【技术领域】

[0001] 本发明涉及一种轮式足球机器人，特别是一种将智能手机的传感器测量、高速计算功能与足球的定位、接球、击球相结合的机器人。

【背景技术】

[0002] 随着越来越多的智能足球机器人推出，并且智能足球机器人经常进行比赛，具有很高的观赏性和趣味性，但由于目前市场上的足球机器人视觉传感器昂贵，机械结构复杂，导致价格昂贵，从而消费市场很小。

[0003]随着互联网时代的到来，使用智能手机的人越来越多，而且现在智能手机的摄像头具有强大的图像处理功能，将智能手机与足球机器人结合起来将给人们带来一种新颖的娱乐方式。

【发明概要】

[0004]本发明提供了一种基于智能手机的轮式足球机器人及其操作方法，该轮式足球机器人与智能手机相结合，给人们带来全新、智能的娱乐体验。

[0005] 为实现上述技术特征，本发明所采用的技术方案为：一种基于智能手机的轮式足球机器人，包括机器人底盘装置，机器人底盘装置的头部安装有持球机构，持球机构上安装有避障系统，机器人底盘装置靠近尾部的上表面安装有主控系统，机器人底盘装置靠近头部的上表面安装有摄像头跟随系统。主控系统可接收并处理摄像头跟随系统发送的图像信号和避障系统检测到的位置信号，进而控制机器人底盘装置和持球机构的动作。

[0006] 主控系统包括电源，电源连接降压模块和稳压模块，同时为主控制器、电机驱动模块、主控制器扩展板、蓝牙模块供电，电机驱动模块连接主控制器，控制机器人底盘装置轮子的转动，蓝牙模块可通过无线传输信号与智能手机蓝牙连接。

[0007] 摄像头跟随系统包括智能手机，智能手机通过塑料紧固螺钉固定在手机支架上，手机支架连接舵机U型支架，舵机通过舵机支架固定在机器人底盘装置上。通过智能手机上打开前置摄像头应用，摄像头识别发光球颜色并计算发光球大小，以及发光球在摄像头视场中心上下左右的偏离距离，并将采集的数据通过OTG线传输给主控系统，通过主控系统主控制器计算上下偏离距离，控制舵机转动，从而带动智能手机跟随发光球上下摆动，达到跟随效果。

[0008] 所述握球机构包括两个L型支架，所述L型支架固定安装在机器人底盘装置头部的左右两侧，所述L型支架的顶端安装有180度转向器，所述180度转向器的输出轴与其中一个爪子连接。

[0009] 爪子为两个对称安装的，均采用四连杆机构，通过齿轮啮合保证其动作的同步性，实现对滚珠的夹紧动作。

[0010] 避障系统包括两侧各一个红外传感器，红外传感器通过传感器支架固定在抱球机构的L型支架上，红外传感器可以检测其与障碍物的距离，并将距离信号传输给主控制器。

[0011] 机器人底盘装置包括底盘支架，底盘支架上安装有底盘上板，底盘上板的左右两侧安装有电机支架，电机支架上安装有电机，电机通过联轴器与车轮连接，底盘上板中间安装有蓄电池，为电机提供动力，底盘上板头部安装有两根立柱，立柱之间安装有万向轮。

一种基于智能手机操作轮式足球机器人的方法，包括以下步骤：

按下降压模块上的电源开关，启动轮式机器人；

打开智能手机，点击进入相应的手机应用程序；

智能手机的前置摄像头可以自动开启，通过智能手机的摄像头捕捉其视野范围内的标记彩色球体；

智能手机通过OTG线将球体的画面传输给主控，主控计算球体与摄像头视野中心的垂直偏差，控制舵机转动，进而调整智能手机的俯仰角度，从而捕捉球体的位置信息。

主控制器通过计算球体在摄像机视野内的大小以及相对于摄像机视野中心左右的偏差来控制两个电机的转速，实现机器人的前进和转弯；

当物体进入摄像机视场中心，且球体尺寸达到目标值时，主控制器控制握球机构上的180度舵机转动，使爪子闭合并准确夹住球体，舵机202转动，智能手机回到初始位置；

机器人在原地缓慢旋转，利用摄像头寻找标有与球不同颜色的球门，当摄像头捕捉到球门后，机器人便朝球门方向移动。

当球门位于摄像机视野中心，且球门尺寸达到目标值时，主控制器控制握球机构上的180度舵机转动，使爪子松开，舵机转动，智能手机回到初始位置；两个电机同时等速反转，机器人后退一段距离停止，然后开始加速前进，击中球后，立即反转、刹车，完成击球动作。

本发明的有益效果如下：

这款基于智能手机的轮式机器人，将智能手机摄像头的图像采集、图像分析功能融合在一起，通过主控系统对采集的图像信号进行分析处理，控制机器人的运动。轮式足球机器人通过简单的机械结构，实现了对发光球的跟踪、夹持发光球、传送发光球、定位击打发光球等动作，让智能手机的娱乐形式更加科技化。同时，足球机器人的娱乐方式更加智能化，充分利用了智能手机摄像头和距离传感器的功能，大大降低了制造成本。

[0014] 主控系统包括电源，电源连接降压模块和稳压模块，同时为主控制器、电机驱动模块、主控制器扩展板和蓝牙模块供电。降压模块的降压操作可以为主控系统中的各个不同控制模块提供稳定的电压。电机驱动模块与主控制器连接，控制机器人底盘装置车轮的转动，从而控制机器人的行走。蓝牙模块可以通过无线传输信号与智能手机的蓝牙连接足球机器人，方便使用手机控制机器人。

[0015] 摄像头跟随系统包括智能手机，智能手机通过塑料紧固螺钉固定在手机支架上，手机支架连接舵机U型支架，舵机通过舵机支架固定在机器人底盘装置上。通过智能手机上打开前置摄像头应用程序，摄像头识别发光球的颜色并计算出发光球的大小，以及发光球在摄像头视野中心上下左右的偏离距离，并将采集的数据通过OTG线传输给主控系统，通过主控系统主控制器计算出上下偏离距离，控制舵机转动，从而带动智能手机跟随发光球上下摆动，达到跟随效果。

[0016] 上述智能手机具有前置摄像头应用程序，该前置摄像头应用程序是通过软件开发的手机应用程序，该手机应用程序自动开启智能手机的前置摄像头，拍摄其视野范围内的标记彩色物体，并计算出物体的大小以及上下左右与摄像头视野中心的偏差距离。上述舵机可在主控制器的作用下转动，通过转动带动智能手机在一定角度内做俯仰动作，从而可以时时捕捉发光球的位置。

[0017] 所述夹球机构包括两个L型支架，固定安装在机器人底盘装置头部的左右两侧，L型支架的顶端安装有180度舵机，180度舵机的输出轴与其中一个爪子相连，爪子可以夹持物体，从而带动物体随机器人一起运动。

[0018] 爪子为两个对称安装的，均采用四连杆机构，通过齿轮啮合保证其动作的同步性，实现对滚珠的夹紧动作。

[0019] 避障系统包括两侧各一个红外传感器，通过传感器支架固定在抱球机构的L型支架上，红外传感器可以检测其与障碍物之间的距离，并将距离信号传输给主控制器，红外传感器将检测到的距离信号传输给主控制系统，主控制系统控制机器人的运动，电机的转动可以带动车轮转动，使机器人前进、转弯、停止和后退。

[0020] 机器人底盘装置包括底盘支架，底盘支架上安装有底盘上板，底盘上板左右两侧安装有电机支架，电机支架上安装有电机，电机通过联轴器与车轮连接，底盘上板中间安装有蓄电池，为电机提供动力，底盘上板头部安装有两根立柱，立柱之间安装有万向轮。机器人通过机器人底盘装置可以行走。

[0021]主控系统通过处理发光球相对于智能手机摄像头视野中心的左右偏差数据，控制左右电机的正反转，使得机器人灵活运动足球机器人，跟踪发光球。

【附图的简要说明】

[0022] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

[0023]图1为本发明的整体结构示意图。

[0024]图2为本发明的主控系统及摄像机跟随系统结构示意图。

[0025]图3为本发明的抱球机构及避障系统的结构示意图。

[0026]图4为本实用新型机器人底盘结构示意图。

[0027] 图5为本发明的控制系统的示意图。

[0028]图中：主控系统10、摄像机跟随系统20、抱球机构30、避障系统40、底盘装置50。

[0029]电机驱动模块101、降压模块102、主控制器103、稳压模块104、主控制器扩展板105、蓝牙模块106。

[0030] 舵机支架201、舵机202、舵机U型支架203、手机支架204、塑料紧固螺丝205、智能手机206。

[0031]L型支架301、180度转向器302、爪子303。

[0032]传感器支架401，红外传感器402。

[0033]底盘上板501、车轮502、电机支架503、底盘支架504、电机505、底板支架506、电池507、立柱508、万向轮509。

【详细方式】

[0034] 下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。

[0035] 本发明的实现方法涉及一种基于智能手机的轮式足球机器人，如图1所示，包括机器人底盘装置50，机器人底盘装置50的头部安装有控球机构30，控球机构30上安装有避障系统40，机器人底盘装置50靠近尾部的上表面安装有主控系统10足球机器人，机器人底盘装置50靠近头部的上表面安装有摄像头跟随系统20。主控系统10可接收并处理摄像头跟随系统20发送的图像信号和避障系统40检测到的位置信号，进而控制机器人底盘装置50和控球机构30的动作。

[0036] 如图2所示，主控系统10包括电源，电源连接降压模块102和稳压模块104，同时为主控制器103、电机驱动模块101、主控制器扩展板105和蓝牙模块106供电。降压模块102的降压操作可以为主控系统10中的各个不同控制模块提供稳定的电压。电机驱动模块101连接主控制器103，控制机器人底盘装置50的轮子502转动，从而控制机器人行走。蓝牙模块106可以通过无线传输信号与智能手机的蓝牙连接，方便用户使用。

标签：足球机器人