一种投篮机器人装置

1.一种投篮机器人装置，系统组成包括步进电机、光电传感器、直流电机、单片机、火焰传感器和激光传感器；其特征在于：所述步进电机、光电传感器、直流电机、火焰传感器和激光传感器分别于单片机连接；硬件模块包括电动驱动模块、传感器组、数码显示计分模块和电动传动机构；其中，传感器组包括激光传感器、红外传感器和循迹传感器所述机器人装置的活动空间是黑线白底的贴纸规划出的路径，通过寻迹传感器采集信息，MCU控制两台直流电机实现寻迹行走；在行走的同时激光传感器对球进行感应，当采集到有球的信号时，通过MCU与L298N驱动步进电机实现取球；取球成功后，利用红外检测火焰传感器和红外发生器的导航寻找篮框并接近篮筐，到达投篮位置，进行投篮；当球进篮框时，安装在篮框上的红外传感器被遮挡，输出低电平，MCU驱动数码管显示进球数；投篮完成后，机器人能够继续在红外导航下重回轨迹，继续重复上述步骤。

一种投篮机器人装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及娱乐领域，尤其是一种投篮机器人装置。\n背景技术\n[0002] 21世纪的今天，机器人已经无处不在，机器人的种类与功能更是无奇不有，例如体育竞技类机器人，就是已市场化的产品，但其种类不多，且普遍价格昂贵，成本极高。而篮球机器人竞技则是一项正欲兴起的竞技项目。热爱机器人的我们便萌发了设计篮球机器人的想法。以“盛群单片机竞赛”为锲机，借鉴足球机器人的成功经验，我们根据允许的经费与条件，设计出了低成本的智能投篮机器人。它在初步具备与篮球机器人相似的功能的同时大大的降低了成本，具备较大的灵活性和较高的商业开发价值。\n发明内容\n[0003] 现有技术不能满足人们需要，为弥补现有技术不足，本发明旨在提供一种投篮机器人装置。\n[0004] 为实现该技术目的，本发明采用的技术方案是：一种投篮机器人装置，系统组成包括步进电机、光电传感器、直流电机、单片机、火焰传感器和激光传感器；所述步进电机、光电传感器、直流电机、火焰传感器和激光传感器分别于单片机连接；硬件模块包括电动驱动模块、传感器组、数码显示计分模块和电动传动机构；其中，传感器组包括激光传感器、红外传感器和循迹传感器。\n[0005] 进一步，所述整个装置，机器人的活动空间是黑线白底的贴纸规划出的路径，通过寻迹传感器(核心为：ST168)采集信息，MCU控制两台直流电机实现寻迹行走。在行走的同时激光传感器对球进行感应，当采集到有球的信号时，通过MCU与L298N驱动步进电机实现取球。取球成功后，利用红外检测火焰传感器和红外发生器的导航寻找篮框并接近篮筐，到达投篮位置，进行投篮。当球进篮框时，安装在篮框上的红外传感器被遮挡，输出低电平，MCU驱动数码管显示进球数。投篮完成后，机器人能够继续在红外导航下重回轨迹，继续重复上述步骤。\n[0006] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：该投篮机器人装置，电压比较器的使用降低了环境光照对机器人的影响，但是，在光照强度高于红外发射源的户外环境，机器人的运行稳定性有所降低；传感器等硬件设备需要一定的时间对所检测量的改变做出反应，在小车以较快速度重新定向进入轨道这个环节中，小车的实际位置与传感器检测到的位置存在较大误差，这给程序的编写带来了困难。而大幅降低车速，将影响到系统整体运行效率。于是，我们在尽量少降低车速的前提下，着力增强程序的容错能力，最终解决此问题；粗略测算，入轨成功率至少九成以上。\n[0007] 现代，机器人技术飞速发展，在许多领域已能够取代人类进行工作，特别是在一些危险的、不宜人类接近的场合，机器人的应用更是有着显著的优势。在本机器人中应用的定位与红外导航技术，不仅可以用于，例如：流水线作业，码头货物自动搬运等，工业自控系统；在排雷、排爆等危险领域也有广泛的应用。\n附图说明\n[0008] 图1为本发明的系统流程图；\n[0009] 图2为本发明的电机驱动模块电路结构示意图；\n[0010] 图3为本发明的红外发射结构示意图；\n[0011] 图4为本发明的红外接收电路结构示意图；\n[0012] 图5为本发明的循迹传感器结构示意图；\n[0013] 图6为本发明的主板原理图；\n[0014] 图7为本发明的程序流程图。\n具体实施方式\n[0015] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。\n[0016] 请参阅图1～5，本发明实施例中，一种投篮机器人装置，系统组成包括步进电机、光电传感器、直流电机、单片机、火焰传感器和激光传感器；所述步进电机、光电传感器、直流电机、火焰传感器和激光传感器分别于单片机连接；硬件模块包括电动驱动模块、传感器组、数码显示计分模块和电动传动机构；其中，传感器组包括激光传感器、红外传感器和循迹传感器。\n[0017] 进一步，所述整个装置，机器人的活动空间是黑线白底的贴纸规划出的路径，通过寻迹传感器(核心为：ST168)采集信息，MCU控制两台直流电机实现寻迹行走。在行走的同时激光传感器对球进行感应，当采集到有球的信号时，通过MCU与L298N驱动步进电机实现取球。取球成功后，利用红外检测火焰传感器和红外发生器的导航寻找篮框并接近篮筐，到达投篮位置，进行投篮。当球进篮框时，安装在篮框上的红外传感器被遮挡，输出低电平，MCU驱动数码管显示进球数。投篮完成后，机器人能够继续在红外导航下重回轨迹，继续重复上述步骤。\n[0018] 本发明的功能原理为：(一)、红外导航功能\n[0019] 借鉴现今较为成熟的、较为流行的一项机器人竞技项目：足球机器人竞赛，在足球机器人竞技中，机器人通过红外检测传感器感应足球中的红外发射器实现取球，但若我们在球中装入红外发射装置，将增加球的重量，这对小车及其传动机构的机械强度提出了更高的要求，且带动传动机构的电机也必须增大功率，这与当前提倡的“低碳排放量”环保设计主流不相符。故摒弃此取球方案。但我们从中汲取了灵感，我们设想如果在篮筐上装一个红外发射装置，机器人通过红外检测就可以寻找到篮筐了。\n[0020] 通过实验，发现利用红外检测传感器可以感应发射源，但无法精确确定发射源的位置。由于红外检测传感器输出的是反映红外强度的模拟量，故是否感应到发射源取决于MCU高低电平的阀值。寻迹行走小车的原理， MCU跟据各个寻迹传感器的高低电平判断小车是左偏或是右偏以调整小车位置。如果我们可以将模拟信号处理成可以反映小车左偏或右偏的数字信号，则问题解决。运用了电压比较器LM339，将三个红外检测传感器以适当位置和角度排列在车头，当小车偏左或偏右时，两侧的传感器输出值将大于中间的传感器，通过电压比较器，这种偏差将得以向MCU反映。经过试验验证，不仅实现了设想，而且，由于电压比较器的使用抵消了自然光照对红外检测的影响，使机器人能够适应更真实的场地环境，至此红外导航功能完成。\n[0021] (二)、寻轨找球功能\n[0022] 在物体无特殊电气标识的前提下，物体的识别就必须利用此物体特有的物理性质，如其外形，颜色，重量等。\n[0023] 首先我们想到了利用矩阵型的激光传感器，通过小球的圆形外形识别之；但其不仅编程较复杂，重要的是，当出现两个小球时，可能出现影像重叠，容易引起误识别。\n[0024] 之后又利用颜色传感器，研究资料发现，其不仅价格较为昂贵，且感应距离太短，未能符合要求。\n[0025] 以我们现有的知识水平，实现在二维平面内的无特殊标识的物体识别将是困难的。联想到我们用于判断边界的寻迹传感器，何不充分利用现有资源，退而求其次，在一维空间内寻找小球。想到这里问题迎刃而解。充分考虑到小车的速度及惯性，通过试验，我们不断调整取球爪长度和激光传感器的感应范围，并通过程序使其配合得当。同时选用了步进电机作为驱动电机，即可实现夹球，又可进行投篮。最终，完成寻轨取球。\n[0026] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。\n[0027] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。