一种智能乒乓球机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种智能乒乓球机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

乒乓球机器人是运动员实现自动化训练过程中的设备和器械，能够取代传统陪练员或教练员的部分工作，使得每次的发球动作标准化，帮助运动员高效率的实现训练。

现有技术中的乒乓球机器人大部分通过视觉识别的方式获取乒乓球的轨迹信息和运动员的动作信息，通过乒乓球的轨迹信息和运动员的动作信息控制携带球拍的机械臂实现接球，但不能实现发球动作，无法满足运动员的训练需求，一些机器人虽然能够满足发球动作，但却无法模拟运动员的挥拍动作，从而无法控制击球的回旋速度。

因此，目前的乒乓球机器人无法同时满足发球和接球两类功能，其次，乒乓球的击球形式多种多样，例如上旋、下旋、左手击球和右手击球等，目前的机器人无法模拟出能够满足运动员训练需求的击球形式。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种智能乒乓球机器人，利用抛球单元将乒乓球抛出，配合击球单元中携带球拍的机械臂动作击打抛出的乒乓球，使得机器人能够模拟出训练者所需的击球形式，能够同时应用于发球过程和接球回击过程。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种智能乒乓球机器人，包括：

存球单元，连接在框架上表面，底部通过软管和传输机构与抛球单元连接；

抛球单元，连接在框架上表面边缘，用于将乒乓球抛出；

击球单元，包括首尾依次活动连接的至少一组机械臂，相邻两组机械臂之间依次通过对应的第一关节至第六关节活动连接，第一关节的关节轴垂直布置，第二关节、第三关节和第四关节的关节轴均水平布置且相互平行，第五关节的关节轴垂直布置，第六关节的关节轴水平布置。

机械臂为六组，第一机械臂连接在框架上表面，末端通过第一关节转动连接第二机械臂，第二机械臂末端通过第二关节活动连接第三机械臂，第三机械臂末端通过第三关节活动连接第四机械臂，第四机械臂末端通过第四关节活动连接第五机械臂，第五机械臂末端通过第五关节活动连接第六机械臂，第六机械臂通过第六关节活动连接夹持器，夹持器用于夹持固定球拍。

每个关节均具有与控制器连接的电机。

第三关节的电机连接在第二关节的关节轴轴向方向外侧，第三关节电机的输出轴通过连杆与第三关节的关节轴活动连接。

存球单元包括，连接在框架上的存球筐，存球筐的球筐底面上表面连接球框转盘，下底面连接软管，软管另一端通过传输机构与抛球单元连接；球框底面设有与软管连通的孔，球框转盘沿自身圆心均匀布置至少一组与球框底面连通的通孔；球框转盘的轴线与第一电机连接，第一电机动作带动球框转盘旋转，使球框转盘上的通孔与球框底面的孔对齐并与软管连通。

传输机构包括与第二电机连接的传输转盘，传输转盘边缘设有至少一组开口，第二电机动作带动传输转盘旋转，将来自于球框底面的乒乓球通过转动的开口传输至抛球单元中。

抛球单元包括，位于软管末端两侧的抛球轮，每一组抛球轮均与对应的抛球电机连接，抛球电机带动抛球轮旋转，两抛球轮相向运动挤压乒乓球将其由软管出口抛出至框架表面上方空间。

还具有与图像模块连接的主机，图像模块连接在框架顶部。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、通过击球单元的运动与抛球机构相配合，使击球单元携带的球拍能够以不同高度、弧度、速度和角度击球，击发不同高度、弧度、旋向和速度的球，更接近真实的乒乓球发球效果，从而模拟出训练者所需的击球形式。

2、第三关节的电机在驱动第三关节运动的同时，重量相对较大的第三关节电机靠近第二关节，实现机械臂重量的后移，减小机械臂运动惯量，使击球更加灵活。

3、抛球单元利用相向运动的两抛球轮，每次只抛出一颗乒乓球，配合击球单元在发球的初始位置不变的情况下，获得更大的发球范围，从而发出不同运动类型的球。

4、击球单元能够在图像模块的配合下实现接球回击，使得机器人同时具备发球和接球功能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的乒乓球机器人整体结构示意图；

图2是本发明一个或多个实施例提供的乒乓球机器人整体结构示意图；

图3是本发明一个或多个实施例提供的乒乓球机器人整体结构示意图；

图1中：1、存球单元，2、主机，3、传输机构，4、框架，5、抛球单元，6、击球单元，7、图像模块；

图2中：8、球筐转盘，9、球筐底面，10、第一电机，11、软管，12、传输转盘，13、第二电机，14、外壳，15、抛球电机，16、抛球轮；

图3中：17、第一关节，18、第二关节，19、第三关节电机，20、连杆，21、第三关节，22、第四关节，23、第五关节，24、第六关节。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术中所描述的，目前的乒乓球机器人无法同时满足发球和接球两类功能，其次，乒乓球的击球形式多种多样，例如上旋、下旋、左手击球和右手击球等，目前的机器人无法模拟出能够满足运动员训练需求的击球形式。

因此针对现有乒乓球机器人无法模拟能够满足运动员训练需求的击球形式的问题，以下实施例给出一种智能乒乓球机器人，利用两组抛球电机挤压乒乓球将其抛出，配合击球单元中携带球拍的机械臂动作击打抛出的乒乓球，使得机器人能够模拟出训练者所需的击球形式，并且该击球形式能够同时应用于发球过程和接球回击过程。

实施例一：

如图1-3所示，一种智能乒乓球机器人，包括：

连接在框架4上表面的存球单元1、抛球单元5、击球单元6和主机2，框架4顶部连接图像模块7，底部连接传输机构3。

如图2所示，存球单元1包括，连接在框架4上的存球筐，存球筐的球筐底面9上表面连接球框转盘8，下底面连接软管11，软管11另一端通过传输机构3与抛球单元5连接；球框底面9设有与软管11连通的孔，球框转盘8沿自身圆心均匀布置至少一组与球框底面9连通的通孔，且球框转盘8的轴线与第一电机10连接，第一电机10动作带动球框转盘8旋转，使球框转盘8上的通孔与球框底面9的孔对齐并与软管连通。

球筐底面9为圆形，底面边缘有一个圆形孔，孔的直径不小于乒乓球的直径。第一电机10位于球筐底面9的下底面且与球框转盘8连接，球框转盘8为均匀布置至少两个圆形孔的圆柱形零件(本实施例为四个圆孔)，第一电机10的输出轴连接在球框转盘8的轴线上，当存球筐内充满乒乓球时，球框转盘8上的每一个孔内均会储存一颗乒乓球，第一电机10带动球框转盘8旋转，当球框转盘8上的孔与球框底面9上的孔轴线重合时，球框转盘8上储存的乒乓球会通过球框底面9上的孔落入软管11内，通过传输机构3运送至抛球单元5，实现每次出球一个的功能。

如图2所示，传输机构3包括与第二电机13连接的传输转盘12，传输转盘12边缘设有至少一组开口，第二电机13动作带动传输转盘12旋转，将来自于球框底面9的乒乓球通过转动的开口传输至抛球单元5中。

传输机构3具有两段传输软管，第一传输软管连接在球框底面9和传输转盘12的入口之间，第二传输软管连接在传输转盘12的出口和抛球单元5之间，两端传输软管形成完整的软管11。

传输转盘12位于外壳14内部，第二电机13布置在外壳14外部，且输出轴与传输转盘12的轴线连接，外壳12侧部设有圆形的入口和出口，直径不小于乒乓球且各自连接传输软管。

本实施例中，传输转盘12边缘设有四组半圆形开口，第二电机13动作带动传输转盘12旋转，将来自于球框底面9的乒乓球通过转动的开口传输至抛球单元5中。

如图2所示，抛球单元5包括，位于软管11两侧的抛球轮16，每一组抛球轮16均与对应的抛球电机15连接，抛球电机15带动抛球轮16旋转，两抛球轮16挤压乒乓球将其由软管11出口抛出。

本实施例通过电机挤压实现抛球。抛球时首先两个抛球电机15提前启动，带动抛球轮16达到一定的转速，之后传输转盘12在电机13的带动下转动一定角度，将一颗乒乓球送入抛球机构5，将球抛出。

如图3所示，击球单元6包括首尾依次活动连接的至少一组机械臂，相邻两组机械臂之间依次通过第一关节17至第六关节24活动连接，第一关节17的关节轴垂直布置，第二关节18、第三关节21和第四关节22的关节轴均水平布置且相互平行，第五关节23的关节轴垂直布置，第六关节24的关节轴水平布置。

本实施例中，利用六组机械臂首尾依次活动连接形成击球单元6，相邻两组机械臂之间依次通过第一关节17至第六关节24实现活动连接，第六机械臂通过第六关节24活动连接夹持器，夹持器用于夹持固定球拍；

其中，第一机械臂连接在框架4上表面，末端通过第一关节17转动连接第二机械臂，第二机械臂末端通过第二关节18活动连接第三机械臂，第三机械臂末端通过第三关节21活动连接第四机械臂，第四机械臂末端通过第四关节22活动连接第五机械臂，第五机械臂末端通过第五关节23活动连接第六机械臂，第六机械臂通过第六关节24活动连接夹持器，夹持器用于夹持固定球拍。

第一关节17的关节轴轴线垂直于地面，以第一关节17的关节轴轴线为基准沿水平面转动，能够控制球拍的击球范围；

第二关节18和第三关节21的关节轴轴线均平行于地面，两关节均以自身关节轴的轴线为基准沿垂直面转动，第二关节18和第三关节21协调控制击球高度和球拍击球前后的位置；

第四关节22的关节轴轴线平行于地面，以自身关节轴的轴线为基准沿垂直面转动，控制击球的速度方向，决定回球旋转方向；

第五关节23与第四关节22的关节轴轴线垂直，控制击球速度大小；

第六关节24的关节轴轴线平行于地面，控制击球的仰角。

六组关节相配合，能够模拟不同种类的回球动作，更接近实际的乒乓球击球情况。

运动员进行发球动作时，为先将球抛起之后击发，发球时的击球动作和接球时的击球动作都能够通过球拍在不同角度、不同运动幅度和不同运动方向的情况下击打乒乓球，从而发出不同运动类型的击球种类，例如上旋或下旋，实际运动中，左手发球和右手发球也表现为不同的旋转方向。

而为了达到更好的训练效果，传统训练项目中需要教练员或陪练员在一段时间内，每一次发出的球都能够体现为一种固定的击球种类，从而帮助训练者掌握对该种击球种类应对技巧并形成肌肉记忆，而教练员或陪练员随着体能的下降和经验的差异，并不能确保每一次发出的球都能形成固定的旋向、运动和角度，而采用上述结构的机器人则能够代替人工，模拟训练所需要的击球种类。

通过击球单元的运动与抛球机构相配合，使末端的球拍能够以不同高度、弧度、速度和角度等，击发不同高度、弧度和旋度的球，更接近真实的发球效果，而传统的单纯抛球机构发球其发球的初始位置以及高度是不能改变的，本实施例的发球多样性有限同时具有更大的接球范围。

其中，第三关节电机19连接在第二关节18的关节轴轴向方向外侧，第三关节电机19的输出轴通过连杆20与第三关节21的关节轴活动连接，在实现驱动第三关节21运动的同时，使重量相对较大的第三关节电机19靠近第二关节18，实现机械臂重量的后移，减小机械臂运动惯量，使击球更加灵活。

本实施例中，击球单元6包含六个自由度，一号关节17转轴垂直于地面，二号关节18转轴平行于地面，一二号关节的电机出轴与关节转轴在同一条直线上，三号关节电机19与二号关节电机对向安装，通过连杆20驱动三号关节21运动，四号关节22转轴平行于地面，五号关节23转轴与四号22垂直，六号关节24转轴平行于地面安装。

每个关节都具有与控制器连接的电机，电机输出轴均连接减速器，电机可以为外转子电机，能够实现各关节速度和位置的精准控制。其中的三号关节出轴通过连杆传输，实现机械臂重量的后移，减小机械臂运动惯量，使击球更加灵活。

实际应用中，把大约100个乒乓球放置于存球单元1中，启动机器人，由机器人或者运动员发球，若有运动员发球，则图像模块7启动追踪并预测球的轨迹，选取击球点，控制击球单元6击球。实现人机对打，直到运动员或者机器人出现接球失误。

若由机器人发球，则位于乒乓球存球单元1下部的第一电机10会依次转动，使乒乓球逐个输出到传输机构3中，第二电机13转动，每次使一个乒乓球输入到抛球单元5中抛出一个乒乓球，通过击球单元6控制球拍把抛出的乒乓球击打到设定地点，实现发球。

主机可以利用图像模块搭载的两组摄像头形成双目视觉系统，通过深度学习和机器视觉实现球的定位以及轨迹精准预测，单独控制击球单元实现击球，从而实现人机对抗训练。

上述结构的乒乓球机器人更接近实际的打球情况，运动员发球即为先将球抛起之后击发，达到更好的训练效果，有更好的对打体验。通过携带球拍的击球单元与抛球机构配合能够击发不同高度、弧度、旋度的球，更接近真实发球效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。