一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置

摘要

一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，包括小车，控制模块、光伏追踪装置、储物仓、机械手臂、摄像头模块、发球装置安装在小车上；控制模块连接光伏追踪装置，控制光伏追踪装置最强光强；控制模块连接机械手臂，控制机械手臂将拾取的垃圾、球类放到储物仓；控制模块连接摄像头模块，控制摄像头模块对扫描到的球类、垃圾自动进行分类识别；控制模块连接发球装置，控制发球装置发出不同球类。本发明装置在运动场等场地捡垃圾、捡球并可以将球分类；也可以在运动员训练的时候，用作发网球、棒球、高尔夫球等。

权利要求

1.一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，包括小车（1），控制模块（2）、光伏追踪装置（3）、储物仓（4）、机械手臂（5）、摄像头模块（6）、发球装置（7）安装在小车（1）上；其特征在于，控制模块（2）连接光伏追踪装置（3），控制模块（2）根据外界光强控制光伏追踪装置（3）始终追踪到最强光强；控制模块（2）连接机械手臂（5），控制机械手臂（5）将拾取的垃圾、球类放到储物仓（4）；储物仓（4）由两部分组成，中间用隔板隔离，当摄像头模块（6）对球类垃圾进行判别分类后，由机械手臂（5）将球类和垃圾放到储物仓（4）对应的部分；控制模块（2）连接摄像头模块（6），控制摄像头模块（6）对扫描到的球类、垃圾自动进行分类识别；

控制模块（2）连接发球装置（7），控制发球装置（7）发出不同球类；所述光伏追踪装置（3）由：

光伏板（3.1）、支架（3.2）、圆形云台（3.3）组成，光伏板（3.1）安装在支架（3.2）上，支架（3.2）控制光伏板（3.1）上下移动，支架（3.2）安装在圆形云台（3.3）上，圆形云台（3.3）控制光伏板（3.1）在水平360°范围内转动。

2.根据权利要求1所述一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，其特征在于，所述发球装置（7）包括底盘（7.1），底盘（7.1）内设驱动/传动装置，驱动/传动装置连接旋转盘（7.2），旋转盘（7.2）上固定安装有力度调节杆（7.5），力度调节杆（7.5）随旋转盘（7.2）一起转动；该发球装置（7）固定安装有弹簧，弹簧连接击球杆（7.3），该发球装置（7）上部固定有一管道槽（7.4），管道槽（7.4）两端分别为：进球口（7.4.1）、出球口（7.4.2），击球杆（7.3）的击球端部对应出球口（7.4.2）。

3.根据权利要求1所述一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，其特征在于，所述发球装置（7）包括底盘（7.1），底盘（7.1）内设驱动/传动装置，驱动/传动装置连接竖直支撑杆（7.6），该发球装置（7）固定有一管道槽（7.4），管道槽（7.4）一端设有竖直进球口（7.4.3），竖直支撑杆（7.6）一端对应竖直进球口（7.4.3）。

说明书

一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置

技术领域

[0001] 本发明一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，用于户外运动场时球类的拾取和发球，以及球类垃圾清理。

背景技术

[0002] 大学运动场包括：网球场、篮球场、羽毛球场、排球场等体育运动场地，一般运动场都集中修建和统一管理。由于场所面积大和使用频繁，运动场管理难于安排专人专区保洁。同时运动场内的网球、羽毛球等球类初学者需要进行大量的练习，单独练习时容易产生捡球疲劳等问题，使其更加缺乏合适的练习；某些练习场所即使有适当的陪练人员，也会乏味于单调枯燥的喂球和捡球，影响初学者和教练的学习和讲授效果。

[0003] 目前，市场上有一些专业捡球机或发球机，但往往都是针对专业运动员开发的。专业捡球机或发球机对于普通练习者来说，成本很高，同时功能单一，往往只针对某一项球类运动，当普通练习者球类兴趣转变后不再适用。

[0004] 太阳能光伏发电具有运行无噪声、无污染、配置较为灵活等诸多优点，具有很好的发展前景。同时大学生在户外运动场参加锻炼时，大多为晴好天气，阳光充分，如能充分利用运动场太阳能，以及把练习需要的发球机和方便实用的捡球机以及运动场地保洁机综合利用起来，设计一种价格低廉、并且能够满足普通练习者练习的太阳能综合智能机器装置，成了一个具有十分重要和现实意义的课题。

发明内容

[0005] 本发明提供一种采用光伏电源的智能捡球、发球、保洁装置，在运动场等场地捡垃圾、捡球并可以将球分类；也可以在运动员训练的时候，用作发网球、棒球、高尔夫球等，也可以对草坪进行自动割草。该装置功能齐全，省去很多人力和物力。

[0006] 本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，包括小车，控制模块、光伏追踪装置、储物仓、机械手臂、摄像头模块、发球装置安装在小车上；控制模块连接光伏追踪装置，控制光伏追踪装置最强光强；

[0007] 控制模块连接机械手臂，控制机械手臂将拾取的垃圾、球类放到储物仓；

[0008] 控制模块连接摄像头模块，控制摄像头模块对扫描到的球类、垃圾自动进行分类识别；

[0009] 控制模块连接发球装置，控制发球装置发出不同球类。

[0010] 所述控制模块为DSP控制器。

[0011] 所述光伏追踪装置由：光伏板、支架、圆形云台组成，光伏板安装在支架上，支架控制光伏板上下移动，支架安装在圆形云台上，圆形云台控制光伏板在水平360°范围内转动。

[0012] 所述发球装置包括底盘，底盘内设驱动/传动装置，驱动/传动装置连接旋转盘，旋转盘上固定安装有力度调节杆，力度调节杆随旋转盘一起转动；

[0013] 该发球装置固定安装有弹簧，弹簧连接击球杆，该发球装置上部固定有一管道槽，管道槽两端分别为：进球口、出球口，击球杆的击球端部对应出球口。

[0014] 所述发球装置包括底盘，底盘内设驱动/传动装置，驱动/传动装置连接竖直支撑杆，该发球装置固定有一管道槽，管道槽一端设有竖直进球口，竖直支撑杆一端对应竖直进球口。

[0015] 所述发球装置的设驱动/传动装置包括电机，电机连接齿轮组。

[0016] 一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，该装置用于户外运动场时球类的拾取和发球，以及球类垃圾清理。

[0017] 本发明一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，有益效果如下：

[0018] 1、太阳能光伏发电与储能装置共同构成光储一体化持续稳定供电系统；

[0019] 2、太阳光角度自动调整与最大功率点跟踪技术（MPPT）；

[0020] 3、摄像头模块进行对物体进行智能图像识别与自动分类；

[0021] 4、对多种球类，如：网球、棒球和高尔夫球等实现捡球、分类和发球，克服单一化装置功能，扩大使用范围与提高利用效率；

[0022] 5、对物体（球类、垃圾等）实行智能定位、判别、分类（清扫）和处理；

[0023] 6、能够利用小车进行远程遥控与不间断巡视，利用摄像头将监视到的画面通过远程通信时时传输给监控室，有效扩大监控和管理面积。

附图说明

[0024] 图1为本发明流程原理图。

[0025] 图2为本发明装置结构示意图。

[0026] 图3为本发明装置的小车结构示意图。

[0027] 图4为本发明光伏追踪装置电气原理图。

[0028] 图5为本发明光伏追踪装置结构示意图。

[0029] 图6为本发明储物仓结构示意图。

[0030] 图7为本发明机械手臂结构示意图。

[0031] 图8为本发明摄像头模块结构示意图。

[0032] 图9为本发明发球装置结构示意图。

[0033] 图10为本发明用于高尔夫球的发球装置结构示意图。

[0034] 图11为本发明超声波测距时序图。

具体实施方式

[0035] 一种采用光伏电源的智能捡球、发球及保洁装置，包括小车1，控制模块2、光伏追踪装置3、储物仓4、机械手臂5、摄像头模块6、发球装置7安装在小车1上；

[0036] 控制模块2连接光伏追踪装置3，控制光伏追踪装置3最强光强；控制模块2连接机械手臂5，控制机械手臂5将拾取的垃圾、球类放到储物仓4；控制模块2连接摄像头模块6，控制摄像头模块6对扫描到的球类、垃圾自动进行分类识别；控制模块2连接发球装置7，控制发球装置7发出不同球类。

[0037] 所述控制模块2为DSP控制器。

[0038] 所述发球装置7的设驱动/传动装置包括电机，电机连接齿轮组。

[0039] 如图1所示，在光伏板3.1、充电电池能量供给下，该装置通过超声波传感器、摄像头、光敏传感器采集外界信号、将信号传输给DSP控制器处理，在DSP控制器的监控下，完成保洁、球类识别、拾取和发球的任务。光伏追踪装置3使太阳能得到更好地利用，并降低了太阳能板的规格。

[0040] 如图2、图3所示，小车1由底板和轮子组成，控制模块2、光伏追踪装置3、储物仓4、机械手臂 5、摄像头模块6和发球装置7按一定的顺序排列在小车1上。

[0041] 控制模块2为整个装置的信息搜集和反馈中枢。实现功能有：控制小车1对运动场地进行巡视；根据外界光强控制光伏追踪装置3始终追踪到最强光强；控制机械手臂5将拾取的垃圾和球类放到储物仓4对应的部分；控制摄像头模块6对扫描到的球类和垃圾自动进行分类识别；控制发球装置7发出不同的球类。

[0042] 如图4所示，光伏追踪装置3是一种光电式太阳跟踪装置，通过使用光敏传感器来测定入射太阳光线和跟踪装置主光轴间的偏差,当偏差超过一个闭值时,DSP控制器控制步进电机旋转，使光伏板正对太阳,到达接受光线最佳位置,从而实现对太阳高度角和方位角的跟踪。

[0043] 如图5所示，所述光伏追踪装置3由：光伏板3.1、支架3.2、圆形云台3.3组成，光伏板3.1安装在支架3.2上，支架3.2控制光伏板3.1上下移动，支架3.2安装在圆形云台3.3上，圆形云台3.3控制光伏板3.1在水平360°范围内转动。控制模块2控制光伏板3.1始终正对光照强度最大的角度，最大效率的利用太阳能发电。当光伏板3.1追踪光强最大角度时，支架3.2控制光伏板3.1上下范围内的转动，下面的圆形云台3.3控制光伏板3.1左右360度转动，从而保证光伏板3.1使始终自动追踪到最强光强。

[0044] 如图6所示，储物仓4由两部分组成，中间用隔板隔离。当摄像头模块6对球类垃圾进行判别分类后，由机械手臂5将球类和垃圾放到储物仓4对应的部分，从而实现物品的储存功能。此外，储物仓4中储存垃圾的部分还将一面做成类似抽屉功能，当此部分垃圾储满时，可将此部分拉出倾倒后继续储存垃圾，简化储存垃圾的处理流程。

[0045] 如图7所示，机械手臂5由控制中心2进行控制，接收其发球的各种指令而进行相应的动作。其可以实现抓手的开合和距离大小的控制，同时还可以控制及机械臂的伸缩和长度的控制。从而保证能够拾取一定距离内不同形状和大小的物体，将其准确放入储物仓4中相应部分。

[0046] 如图8所示，为了智能识别垃圾、球，本发明通过摄像头OV7670+AL422B采集信号，传给DSP28335，在DSP28335的处理后判别出物体。摄像头模块6由摄像头和控制中心组成。可对当前扫描到的物体（垃圾或球类）进行识别和分类，根据识别结果将不同指令传递给控制模块2，控制模块2根据接收的信息控制机械手臂5执行不同的动作。

[0047] 如图9所示，所述发球装置7包括底盘7.1，底盘7.1内设驱动/传动装置，驱动/传动装置连接旋转盘7.2，旋转盘7.2上固定安装有力度调节杆7.5，力度调节杆7.5随旋转盘7.2一起转动；该发球装置7固定安装有弹簧，弹簧连接击球杆7.3，该发球装置7上部固定有一管道槽7.4，管道槽7.4两端分别为：进球口7.4.1、出球口7.4.2，击球杆7.3的击球端部对应出球口7.4.2。

[0048] 球从进球口7.4.1进入管道槽7.4，落在出球口7.4.2，电机带动齿轮组转动，从而带动旋转盘7.2转动，力度调节杆7.5固定在旋转盘7.2上面，随旋转盘7.2一起转动，当力度调节杆7.5转到右侧时，拨动击球杆7.3，连接击球杆7.3的两个弹簧一个被拉伸，另一个被压缩，当力度调节杆7.5转过一个角度，击球杆7.3会在弹簧的作用力下恢复到原来的位置，从而将球从出球口7.4.2击打出去。力度调节杆7.5可以改变位置，从而改变拨动击球杆7.3的角度，控制击球的力度，最终实现发远球或近球和不同种类球的功能。发球装置7的电机通过带动不同大小齿轮组实现力矩的传递，给不同球类提供不同的发球力度，保证所发球的力度合适，实现其发球的准确性和发球成功率。

[0049] 如图9所示，所述发球装置7包括底盘7.1，底盘7.1内设驱动/传动装置，驱动/传动装置连接竖直支撑杆7.6，该发球装置7固定有一管道槽7.4，管道槽7.4一端设有竖直进球口7.4.3，竖直支撑杆7.6一端对应竖直进球口7.4.3。由于高尔夫球需要人通过击球杆击打出去，不是由机械结构击球发出，与其它小球类：网球、棒球等发球原理有所不同。因此结构有一定差异，其发球原理为：当高尔夫在竖直进球口7.4.3通过，电机带动竖直支撑杆7.6以一定的频率在竖直面内往复运动，当球落入管道槽7.4后，电机带动竖直支撑杆7.6向下运动，球落入击球点；当球被击出后，竖直支撑杆7.6向上运动，重复上述过程，从而实现发球功能。

[0050] 超声波传感器：

[0051] 如图11所示，为了对需捡垃圾、球的位置精确定位，装置采用超声波测距，超声波测距的基本工作原理：通过DSO28335产生4KHZ的PWM波来给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波,并记下此时的时间T1，当4KHZ的超声波投射到物体而反射回来时，模块输出一回响信号，此时的时间T2，以触发信号和回响信号间的时间差t，来判定物体的距离s。由于超声波常温下在空气中的传播速度约为340m/s,所以发射点距障碍物之间的距离为:

[0052] S=340 t/2=170 t  （1）

[0053] Mega16时钟频率fosc取8MHz,设计数值N,则机器周期 T =8/fosc=1μs,t=NT[0054] S=170×N×T      （2）

[0055] 程序中按式(2)计算距离。

[0056] 霍尔传感器：

[0057] 为了使机器人精确的移动到垃圾、球的位置，本装置不仅通过PWM波控制电机速度，并且利用霍尔传感器测出机器人移动速度，从而精确到达目的地，本发明装置的霍尔效应测距原理：磁场对载流子的作用改变了载流子的运动轨迹，使得通过霍尔元件的电流密度下降，即出现半导体电阻率增大．引起霍尔元件的电阻改变，再把这一电阻信号转换为电压信号。本装置通过在电机上安装的小磁片随电机转动时，使霍尔元件模块输出高低电平，将这一信号传给DSP28335处理，记下它的脉冲频域p。其表达式如下：

[0058]

[0059] 其中 为霍尔灵敏度， 为霍尔系数

[0060] ， 。

[0061]

[0062] 其中 为磁电盘的半径。

[0063] 本发明装置可增添远程通信模块，能够其进行远程遥控与不间断巡视，利用摄像头模块6将监视到的画面通过远程通信时时传输给监控室，有效扩大监控和管理面积。