[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

技術領域

本發明屬于機器人領域，具體涉及一種基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人。

背景技術

在乒乓球館中的日常訓練過程中，撿取散落在各處的乒乓球對于運動員而言是一件較為消耗體力的工作。而且據醫療統計研究，在劇烈運動過程中，頻繁彎腰撿球會增大后期運動受傷的風險。

申請號為201410109219.5的發明專利公開了一種撿球機，其通過在抽吸管后段設有抽吸艙，將球吸入艙內，在球類運動過程中撿球操作簡便、省時省力，且能夠擦拭球體并抽吸菌塵，減輕了運動人員的工作難度。但是，由于該裝置不能自動在乒乓球館中巡航并發現球體，因此必須要依賴于人的操作，無法實現自動撿球。申請號為201510229859.4的發明專利公開了一種網球撿球機的撿球系統，該撿球系統通過中央處理器接收紅外測距傳感器的測量數據，并根據相關數據向驅動系統發出運動指令；然后通過驅動系統，在中央處理單元的驅動下實現撿球機的行走過程的變速與轉彎。而其撿球裝置，由二自由度機械臂和舵機驅動電路組成，采用二自由度機械臂完成夾球、運球和放球動作。該裝置能夠實現自動化撿球，但其機械臂適用于網球，針對乒乓球的撿球效果不佳，容易導致乒乓球因為壓力而凹陷。因此，目前亟待于開發一種自動撿乒乓球的機器人。

隨著科學技術的發展和人們生活水平的不斷提高，智能手機幾乎已經成為每個人的標配，但更多的使用也意味著更多的浪費，根據相關調查，人們平均換安卓智能手機的時間為2-3年左右，年輕人換新手機的頻率更是在1-2年之間，頻繁地更換意味著舊手機的產出正以很大的數量增長，而廢置的舊手機往往被塵封或者被丟棄，這對環境的污染和硬件資源的浪費是十分巨大的。尤其是目前智能手機的運算能力每年均以極大的數量級增長，相當一部分手機的CPU運算能力已經可以跑大規模的算法，如果隨意丟棄或者塵封，這顯然是對資源的一種極大浪費。

2015年11月9日，Google發布人工智能系統TensorFlow并宣布開源，TensorFlow可被用于語音識別或圖像識別等多項機器深度學習領域，TensorFlow提供了多種系統下的樣例(如Android、Linux、Windows等)，安卓系統下的TensorFlow的應用引起了我們成員的注意，嵌入式設備如果能跑大規模復雜算法，這對于嵌入式設備的應用是一種極大的提升，而離我們身邊的最近的嵌入式設備，就是我們的安卓智能手機。若能夠將智能手機加以利用，就可以設計一種基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，所采用的具體技術方案如下：

基于TensorFlow的自動撿乒乓球機器人，包括車輛本體、單片機、舵機、電源、擺臂、球框和彈性繩；所述的車輛本體的前端鉸接有擺臂；擺臂頂部固定有圓柱形球框，球框的前端開口，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，相鄰兩條彈性繩的間距小于待撿乒乓球的直徑；彈性繩所處的橫截面與球框開口所處的端面間距離小于待撿乒乓球半徑的1/2；擺臂底部與舵機的動力輸出軸連接，控制其旋轉角度；舵機與單片機和電源相連。

作為優選，所述的車輛本體還設置有紅外傳感器、超聲傳感器和圖像識別模塊，紅外傳感器和超聲傳感器設置于車輛本體的前端，用于在車輛行進過程中檢測與前方物體之間的距離；圖像識別模塊與單片機相連，用于采集前方圖像并進行目標識別。

作為優選，所述的彈性繩處于預緊狀態。

作為優選，所述的彈性繩均沿水平方向設置。

作為優選，所述的彈性繩的間距為待撿乒乓球直徑的1/2～3/4。

作為優選，所述的圖像識別模塊采用搭載圖像識別算法的智能手機，單片機上設置有藍牙模塊，智能手機通過自身所帶的藍牙連接藍牙模塊后，實現與單片機的數據交互。

進一步的，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。

進一步的，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：