[發明專利]基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人

在審

• 申請號: 201611259824.6
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106730683A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 朱安杰;王城波;胡卿莉;王歡;王曰海
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A63B47/02
• 分類號: A63B47/02;A63B102/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 張法高,傅朝棟

1.一種基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，包括車輛本體(1)、單片機(4)、舵機(6)、電源(8)、擺臂(9)、球框(10)和彈性繩(12)；所述的車輛本體(1)的前端鉸接有擺臂(9)；擺臂(9)頂部固定有圓柱形球框(10)，球框(10)的前端開口，后端封閉，且在開口一側的橫截面上固定有若干條間隔排布的彈性繩(12)，相鄰兩條彈性繩(12)的間距小于待撿乒乓球的直徑；彈性繩(12)所處的橫截面與球框(10)開口所處的端面間距離小于待撿乒乓球半徑的1/2；擺臂(9)底部與舵機(6)的動力輸出軸連接，控制其旋轉角度；舵機(6)與單片機(4)和電源(8)相連。

2.如權利要求1所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，所述的車輛本體(1)還設置有紅外傳感器(2)、超聲傳感器(3)和圖像識別模塊(11)，紅外傳感器(2)和超聲傳感器(3)設置于車輛本體(1)的前端，用于在車輛行進過程中檢測與前方物體之間的距離；圖像識別模塊(11)與單片機(4)相連，用于采集前方圖像并進行目標識別。

3.如權利要求1所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，所述的彈性繩(12)處于預緊狀態。

4.如權利要求1所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，所述的彈性繩(12)均沿水平方向設置。

5.如權利要求1所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，所述的彈性繩(12)的間距為待撿乒乓球直徑的1/2～3/4。

6.如權利要求2所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，所述的圖像識別模塊(11)采用搭載圖像識別算法的智能手機，單片機(4)上設置有藍牙模塊(5)，智能手機通過自身所帶的藍牙連接藍牙模塊(5)后，實現與單片機(4)的數據交互。

7.如權利要求6所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，所述的圖像識別算法基于谷歌的開源模型TensorFlow Inception V2，通過對乒乓球圖像進行訓練后，將訓練好的算法移植到智能手機中，利用智能手機搭載的攝像頭采集圖像，并對圖像中的乒乓球進行識別。

8.如權利要求6所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，自動撿乒乓球的方法如下：

機器人首先執行巡航狀態：在整個場地中進行巡航，通過攝像頭采集圖像并識別是否有乒乓球，當識別到圖像中乒乓球的存在時，切換到撿球狀態；

撿球狀態分為接近階段和撿球階段：

接近階段：判斷每個時刻乒乓球出現在攝像頭采集的畫面左側還是右側，若乒乓球出現在畫面左側，則車輛本體(1)向左前方行駛以接近乒乓球；若乒乓球出現在畫面右側，則車輛本體(1)向右前方行駛以接近乒乓球，保證乒乓球在車輛本體(1)的正前方方向；

撿球階段：驅動車輛本體(1)向前移動，同時使用超聲傳感器和紅外傳感器測量乒乓球離車輛本體(1)前端的實時距離，取兩者平均距離確定車輛與球的實際距離；預先計算好球框中心到車前端的距離d，當車輛與球的實際距離介于0.9d～1.1d范圍內時，停止移動并由單片機(4)控制舵機(6)帶動擺臂(9)向水平方向轉動，使球框(10)罩于乒乓球上，將乒乓球壓入彈性繩(12)之間的縫隙中；若執行一次撿球動作后，畫面中乒乓球還位于撿球前的位置，則再次測量乒乓球離車輛本體(1)前端的實時距離，若距離小于d則向后移動后再次執行撿球動作；若距離大于d則向前移動后再次執行撿球動作；撿球成功后若采集圖像中還有其他乒乓球，則返回撿球狀態的接近階段繼續撿下一個球，若圖像中沒有其他乒乓球，則轉變為巡航狀態。

9.如權利要求8所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，機器人在巡航狀態采用隨機碰撞模式：機器人首先按一個默認方向前進，紅外或超聲波模塊檢測到前方障礙物后停止前進，后退一小段距離后轉向130度，轉彎方向為：如果檢測到的障礙在機器人左前方則右轉避障，如果檢測到的障礙在機器人右前方則左轉避障；機器人轉彎后繼續前進運動。

10.如權利要求8所述的基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，其特征在于，機器人在巡航狀態采用耕地模式：機器人做默認向前的運動，遇到障礙物首先向右轉90度，之后向前行走一定距離，然后再右轉90度并向前行走，在下一次遇到障礙物時首先向左轉90度，之后向前行走一定距離，然后再左轉90度并向前行走；如此循環往復完成掃描遍歷避障。