本申请涉及智能玩具，具体涉及足球机器人及其捕捉红外线足球的方法。
背景技术：
足球机器人具有极高的趣味性、可玩性、观赏性，但是市场上的足球机器人大多是基于视觉追踪、抓取、释放足球，在此过程中需要图像处理，算法复杂，对处理的运算能力具有较高的要求，叠加视觉传感器，结构复杂、价格高昂，从而使得消费市场很小。
技术实现要素：
本申请的目的在于提出一种改进足球机器人及其捕捉红外线足球的方法，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种足球机器人，所述足球机器人包括：红外线雷达，用于识别红外线足球的方向；测距传感器，用于测量指定方向上障碍物的距离；驱动装置，至少包括两组电机、轮子、履带，其中，第一电机带动第一履带转动，第二电机带动第二履带转动；夹球装置，至少包括舵机、齿轮组、蜗轮、蜗杆、机械爪，其中，所述舵机与所述齿轮组连接，所述齿轮组中的一个齿轮与所述蜗杆同轴，所述蜗杆与所述涡轮啮合，所述机械爪通过十字轴与所述涡轮同轴连接，所述舵机通过所述齿轮组带动所述蜗杆转动，所述蜗杆转动时，带动啮合的所述涡轮转动，进而带动所述机械爪张开或闭合；主控制器分别与所述红外线雷达、所述测距传感器、所述驱动装置中的两组电机、所述夹球装置中的舵机电连接，其中，所述主控制器不断根据所述红外线雷达识别的红外线足球的方向、所述测距传感器测量的距离信息，不断调整所述驱动装置中的两组电机的转动，以追踪所述红外线足球，直到红外线足球的方向、距离信息满足预设条件，则控制所述夹球装置中的舵机转动，从而控制所述机械爪抓取所述红外线足球。
在一些实施例中，所述足球机器人还包括由可释放互连的积木件搭建的左右两个手臂及手，其中，每只手通过轴销与手臂连接，该手可围绕该轴销转动，每个手臂通过两个齿轮与所述足球机器人的躯体连接，该手臂受外力作用后，带动所述两个齿轮转动，则该手臂可饶其中一个齿轮转动且停止在目标位置。
在一些实施例中，在所述驱动装置中每一个履带配置一个主轮、两个副轮，其中，该主轮与履带啮合，且该主轮与电机连接，两个副轮分别占着该履带的一个角，该履带由该主轮驱动且通过两个副轮与地面接触。
在一些实施例中，所述红外线雷达、所述测距传感器、所述机械爪位于所述足球机器人的中轴线上，从上往下依次是所述红外线雷达、所述测距传感器、所述机械爪。
在一些实施例中，所述红外线雷达包括：红外线接收管阵列、两级放大电路、微控制单元，具体的：
在一些实施例中，所述红外线接收管阵列由不同朝向的红外线接收管组成，每个红外线接收管电连接一个两级放大电路，其中，每个两级放大电路将红外线接收管生成的电信号分别进行一级放大、二级放大生成一级放大电信号、二级放大电信号，并将该一级放大电信号、二级放大电信号传输至所述微控制单元，所述微控制单元根据每个红外线接管对应的一级放大电信号、二级放大电信号识别出红外线足球的方向。
第二方面，本申请提供了一种足球机器人捕捉红外线足球的方法，所述方法包括：通过控制舵机来控制机械爪的张开；通过红外线雷达识别红外线足球的方向；通过测距传感器测量指定方向上障碍物的距离信息；如果红外线足球的方向、距离信息不满足预设条件，执行如下追踪步骤：根据该红外线足球的方向，控制所述足球机器人的移动，同时，再次通过所述红外线雷达识别红外线足球的方向和通过所述测距传感器测量指定方向上障碍物的距离信息；响应于红外线足球的方向、距离信息不满足所述预设条件，则继续执行所述追踪步骤，否则，控制机械爪的闭合，用于抓取所述红外线足球。
在一些实施例中，根据该红外线足球的方向，控制所述足球机器人的移动，包括：如果测得的红外线足球的方向在预设的方向集内，但距离信息大于预设距离范围的最大值，则根据该红外线足球的方向，通过分别控制两个电机的正转和/或反转，以控制所述足球机器人向所述红外线足球的方向移动；如果测得的红外线足球的方向不在所述预设的方向集内，则控制所述足球机器人转圈。
在一些实施例中，所述预设的方向集为：左方、左前方、正前方、右前方、右方。
在一些实施例中，所述红外线雷达识别红外线足球的方向，包括：对不同朝向的红外线接收管生成的电信号分别进行一级放大、二级放大，生成一级放大电信号、二级放大电信号；根据各个红外线接收管的二级放大电信号判定红外线辐射源是否为红外线足球，响应于是所述红外线足球，如果存在最多一个二级放大电信号不小于预设饱和阈值，则采用二级放大电信号判定所述红外线足球的方向，否则，采用各个红外线接收管一级放大电信号判定所述红外线足球的方向。
本申请提供的足球机器人及其捕捉红外线足球的方法，采用红外线雷达、测距传感器、驱动装置追踪红外线足球，且采用夹球装置抓取红外线足球，该足球机器人结构简单，且捕捉红外线足球的准确性高。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请的足球机器人的一个实施例的结构示意图；
图2是本申请的足球机器人的一个实施例中部分驱动转置和部分夹球装置的结构示意图；
图3是本申请的捕捉红外线足球的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示出了本申请的足球机器人的一个实施例的结构示意图。如图所示，该足球机器人由可释放的互连的积木件搭建而成。该足球机器人包括红外线雷达101，红外线雷达101用于识别红外线足球的方向。在本实施例中，红外线足球的表面均于的镶嵌着若干个红外线发光管，其中，所有红外线发光管都对外发射相同周期频率的红外线数字信号。红外线雷达101主要由红外线接收管阵列、两级放大电路、微控制单元组成。其中，红外线接收管阵列由不同朝向的红外线接收管组成，每个红外线接收管电连接一个两级放大电路，每个两级放大电路将红外线接收管生成的电信号分别进行一级放大、二级放大生成一级放大电信号、二级放大电信号，并将该一级放大电信号、二级放大电信号传输至微控制单元。微控制单元分次不断的读取各个红外线接收管的二级放大电信号，对于每个红外线接收管，将本次读取的二级放大电信号减去上一次读取的二级放大电信号得到差值，如果该差值为正，且大于预设上升沿阈值，则判定处于上升沿，计算相邻的两个上升沿之间的时长作为周期时长，如果存在至少一个红外线接收管对应的二级放大电信号的周期时长与红外线足球发射的数字信号的周期时长相同，则判定该红外线辐射源是红外线足球。然后，确定红外线足球的方向。如果各个二极放大电信号都小于饱和阈值，则从各个二级放大电信号中选取值最大的二级放大电信号，该值最大的二级放大电信号对应的红外线接收管的方向作为红外线足球的方向；如果各个二级放大电信号中只有一个二级放大电信号大于等于饱和阈值，则该红外线接收管的方向作为红外线足球的方向；如果各个二级放大电信号中至少有两个二级放大电信号大于等于饱和阈值，则从各个一级放大电信号中选取值最大的一级放大电信号，该值最大的一级放大电信号对应的红外线接收管的方向作为红外线足球的方向。其中，大于等于饱和阈值意味着超出二级放大电路的量程。
在本实施例中，红外线雷达101与主控制器105通过有线连接的方式进行通信，且主控制器105通过该有线连接的方式为红外线雷达101供电。
在本实施例中，足球机器人还包括测距传感器102，用于测量指定方向上障碍物的距离。该指定方向是指测距传感器102的正前方，即左机械爪1041、右机械爪1042的中间。在本实施例中，该测距传感器102是激光测距传感器。
在本实施例中，足球机器人还包括驱动装置。该驱动装置分左右两组，以右边的一组为例，右半边的驱动装置包括电机1031、履带1032、主轮1033及图2中示出的副轮1034、副轮1035，其中，电机1031与主轮1033连接，主轮1033与履带1032啮合，电机1031转动可带动主轮1033转动，进而驱动履带1032。副轮1034、1035分别占着履带1032的一个角，履带1032通过副轮1034、1035与地面接触。
在本实施中，足球机器人还包括夹球装置。夹球装置包括：图1示出的由左机械爪1041、右机械爪1042组成的机械爪和图2示出的舵机1043、大齿轮1044、小齿轮1045、蜗杆1046、十字轴1047、及图中未示出的涡轮和图1示出的连轴器1048、连接杆1049，其中，大齿轮1044、小齿轮1045共同组成齿轮组，舵机1043与大齿轮1044连接，大齿轮1044与小齿轮1045啮合，小齿轮1045、蜗杆1046套接在同一个十字轴上，涡轮(图中未示出)位于蜗杆1046的下方，蜗杆1046与涡轮啮合，此外，十字轴1047穿插过涡轮中心的十字孔，连轴器1048的一端套接在十字轴1047的一端，连轴器1048的另一端与连接杆1049的一端连接，连接杆1049的另一端与右机械爪1042连接。舵机1043带动大齿轮1044转动，大齿轮1044转动时，带动与其啮合的小齿轮1045转动，小齿轮1045转动，带动穿插过小齿轮1045中心十字孔的十字轴转动，该十字轴转动时，带动套接在该十字轴上的蜗杆1046的转动，进而带动与蜗杆1046啮合的涡轮的转动，因十字轴1047穿插过涡轮中心的十字孔，所以涡轮转动时带动十字轴1047转动，进而带动连轴器1048转动，连轴器1048的另一端与连接杆1049连接，以连轴器1048与连接杆1049连接的一端为目标端，涡轮转动一圈会带动同轴的连轴器1048转动一圈，当目标端水平向前指向时，右机械爪1042张开最小角度，该最小角度是零度，即处于闭合的状态，当目标端水平向后指向时，右机械爪1042被连接杆1049拽到张开最大角度，目标端从水平向前指向正转或反转至水平向后指向时，通过连接杆1049拽着右机械爪1042慢慢张开；目标端从水平向后指向正转或反转至水平向前指向时，通过连接杆1049推动右机械爪1042慢慢闭合。因左机械爪1041、右机械爪1042对称设置，且同时受涡轮驱动，所以左机械爪1041、右机械爪1042同时闭合或张开，用于抓取或释放物体。
在本实施例中，足球机器人还包括主控制器105，主控制器105通过有线的方式与红外线雷达101、测距传感器102、夹球装置的舵机1043、驱动装置的两个电机(其中，一个电机是1031，另外一个电机未示出)电连接，用于提供包括但不限于传输数据、传输指令、供电等功能。
在本实施例中，红外线雷达101、测距传感器102位于垂直方向的中轴线上，左机械爪1041、右机械爪1042作为一个整体也位于垂直方向的中轴线上。从上往下依次是红外线雷达101、测距传感器102、机械爪，其中，红外线雷达101与水平线有一个夹角，该夹角的角度支持可调节，同理，测距传感器102与水平线也有一个夹角，该夹角的角度支持可调节。
在本实施例的一些可选的实现方式中，可将红外线雷达101设置在机械爪与足球机器人躯体之间，且同时位于足球机器人垂直方向的中轴线上和机械爪水平方向的中轴线上。红外线雷达101水平放置，即红外线雷达101检测的正前方是机械爪的中轴线。
在本实施例中，主控制器105不断接收红外线雷达101测量的红外线足球的方向和测距传感器102测量的距离信息，然后不断调整所述驱动装置中的两组电机的转动，以追踪红外线足球，直到红外线足球的方向、距离信息满足预设条件，则控制夹球装置中的舵机1043转动，从而控制左右两个机械爪1041、1042抓取红外线足球。其中，红外线雷达可以检测出在其左方、左前方、正前方、右前方、右方的红外线足球，当红外线雷达检测到红外线足球的方向为正前方且测距传感器102返回的距离信息在预设距离范围内，则判定红外线足球在可抓取的范围内，则控制舵机1043转动一定角度，从而控制机械爪抓取红外线足球。其中，预设距离范围是指测距传感器102测量的其与指定方向上地面之间的距离减去红外线足球的直径后的值加减误差值得到的一个范围。
在本实施中，足球机器人还包括可释放的互连的积木件搭建的左右两个手臂及手，因左右两个手臂及手是对称设置，以右手臂1061及右手1062为例，右手1062通过轴销1063与右手臂1061连接，右手1062可绕着轴销1063向内转动180度，右手臂1061通过齿轮1064、齿轮1065与足球机器人的躯体连接，其中齿轮1064、齿轮1065的后面与电机1031之间还设置有一个橡胶积木件，当手臂1061受外力作用后，带动齿轮1064转动，齿轮1064转动时，又带动与其啮合的齿轮1065的转动，手臂1061可绕着齿轮1064转动，齿轮1064、齿轮1065受其后橡胶积木件摩擦力的影响，当外力停止时，手臂1061会停止在当前位置，该当前位置即目标位置。
在本实施例中，主控制105通过无线的方式接收智能终端发送的指令，并执行该指令。即足球机器人支持编程。其中，智能终端包括但不限于智能手机、pad。
本申请的上述实施例提供的足球机器人是通过可释放的积木件搭建而成，采用红外线雷达、测距传感器、驱动装置追踪红外线足球，且采用夹球装置抓取红外线足球，该足球机器人结构简单，设计新颖、且捕捉红外线足球的准确性高。
继续参考图3，示出了足球机器人捕捉红外线足球的方法的一个实施例的流程图，包括如下步骤：
步骤301，通过控制舵机来控制机械爪的张开。
在本实施例中，主控制器通过控制舵机的转动，来驱动机械爪慢慢的张开。
步骤302，通过红外线雷达识别红外线足球的方向。
在本实施例中，主控制器主动读取或被动接收红外线雷达识别的红外线足球的方向。该红外线雷达预设的方向集为：左方、左前方、正前方、右前方、右方。该预设的方向集表示该红外线雷达只能检测该方向集内的红外线足球，对于预设的方向集之外的红外线足球，该红外线雷达检测不到，例如，后方的红外线足球。
在本实施例中，红外线雷达主要由红外线接收管阵列、两级放大电路、微控制单元组成。其中，红外线接收管阵列由分别朝向左方、左前方、正前方、右前方、右方的红外线接收管组成，红外线接收管根据接收的红外线的强弱生成相应大小的电信号。两级放大电路将不同朝向上红外线接收管生成的电信号分别进行一级放大、二级放大，生成一级放大电信号、二级放大电信号。微控制单元分次不断的读取各个红外线接收管的二级放大电信号，对于每个红外线接收管的二级放大电信号，将本次读取的二级放大电信号减去上一次读取的二级放大电信号得到差值，如果该差值为正，且大于预设上升沿阈值，则判定处于上升沿，如果该差值为负，且小于预设下降沿阈值，则判定处于下降沿，将上升沿与下降沿之间的时长作为高电平时长，将该下降沿与下一个上升沿之间的时长作为低电平时长，将高电平时长与低电平时长的和作为周期时长，如果存在至少一个红外线接收管对应的二级放大电信号的高电平时长、低电平时长、周期时长与红外线足球发射的红外线数字信号的高电平时长、低电平时长、周期时长都相符，则判定红外线辐射源是红外线足球，然后，需要判定红外线足球的方向。其中，将与红外线足球发射的红外线数字信号的高电平时长、低电平时长、周期时长都相符的红外线接收管称为有效红外线接收管。
微控制单元将有效红外线接收管的二级放大电信号的周期信号称为二级周期信号，将各个二级周期信号高电平时长间的最大电信号值都与预设饱和阈值做比较，如果所有二级周期信号高电平时间内的最大电信号值都小于预设饱和阈值，则选取各个二级周期信号高电平时长间的最大电信号值做比较，值最大的二级周期信号对应的有效红外线接收管的方向作为红外线足球的方向，如果只有一个有效红外线接收管的二级周期信号高电平时长间的最大电信号值大于等于所述预设饱和阈值，则将该有效红外线接收管的方向作为红外线足球的方向，如果至少有两个有效红外线接收管的二级周期信号高电平时长间的最大电信号值大于等于所述预设饱和阈值，则读取最大电信号值大于等于所述预设饱和阈值的所有有效红外线接收管的一级周期信号，将各个一级周期信号高电平时长间的最大电信号值做比较，值最大的一级周期信号对应的有效红外线接收管的方向作为红外线足球的方向。
在本实施例的一些可选的实现方式中，红外线雷达预设的方向集不仅包含左方、左前方、正前方、右前方、右方，还包含左后方、右后方。
步骤303，通过测距传感器测量指定方向上障碍物的距离信息。
在本实施例中，主控制器主动读取或被动接收测距传感器测量指定方向上障碍物的距离信息。其中，该指定方向表示测距传感器正前方，当该测距传感器正前方无物体时，测量的是其与地面间的距离，当该测距传感器正前方有物体时，测量的是其与该物体间的距离。
步骤304，判定红外线足球的方向、距离信息是否满足预设条件。
在本实施例中，如果检测的红外线足球的方向为正前方且距离信息的值在预设距离范围内，则判定红外线足球的方向、距离信息满足预设条件，否则，判定不满足条件。其中，上述预设距离范围是指测距传感器测量的其与地面之间的距离减去红外线足球的直径后的值加减误差值得到的一个范围。
在本实施例中，如果红外线足球的方向、距离信息不满足预设条件，则执行步骤305，否则，执行步骤306。
步骤305，根据该红外线足球的方向，控制足球机器人的移动。
在本实施例中，如果测得的红外线足球的方向在预设的方向集内，但距离信息大于预设距离范围的最大值，则根据该红外线足球的方向，通过分别控制两个电机的正转和/或反转，以控制足球机器人向该红外线足球的方向移动。其中，预设的方向集为：左方、左前方、正前方、右前方、右方。如果主控制器确定红外线足球的方向为正前方，则通过控制两个电机正转，控制足球机器人向前移动；如果确定红外线足球的方向为右方或右前方，则通过控制左边的电机正转、右边的电机反转，控制足球机器人向右转；如果确定红外线足球的方向为左方或左前方，则通过控制左边的电机反转、右边的电机正转，控制足球机器人向左转。
在本实施例中，如果测得的红外线足球的方向不在预设的方向集内，则默认红外线足球在足球机器人的后方，然后，控制足球机器人转圈，从右边转即控制左边的电机正转、右边的电机反转；从左边转即控制左边的电机反转、右边的电机正转。
在本实施例中，微控制单元一边控制足球机器人移动，一边继续获取红外线足球的方向和指定方向上障碍物的距离信息，然后判断红外线足球的方向、距离信息是否满足预设条件，即循环执行步骤302至步骤305，直到判断红外线足球的方向、距离信息满足预设条件，停止循环，执行步骤306。举例说明，红外线足球在足球机器人的右方，足球机器人向右转动一下，然后获取红外线足球的方向及距离信息，如果没转动到正前方，则再转动一下，然后获取红外线足球的方向及距离信息，如果还没转动到正前方，不断循环，直到足球机器人转动到红外线足球的正前方，但又因距离信息大于预设距离范围的最大值，则每向前移动一下，检测当前距离信息是否在预设距离范围内，如果当前距离信息不在预设距离范围内，则继续向前移动，否则停止。
步骤306，控制机械爪的闭合，用于抓取红外线足球。
在本实施例中，如果红外线足球的方向是正前方、距离信息在预设范围内，则认定红外线足球在张开的机械爪内。微控制单元控制舵机转动，继而控制机械爪的闭合，用于抓取红外线足球。
在本实施例的一些可选的实现方式中，步骤302与步骤303的位置互换。
本申请的上述实施例中足球机器人先不断通过红外线雷达识别的红外线足球的方向、测距传感器测量的指定方向上的距离信息，不断调整足球机器人向红外线足球移动，以追踪红外线足球，然后，控制机械爪闭合来抓取红外线足球，构思新颖、且捕捉红外线足球的准确性高。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。