[发明专利]一种带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人

权利要求书

1.一种带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于，包括：

乒乓球发射模块，包括云台、乒乓球输送机构、发球机构；所述云台实现全向发球；乒乓球输送机构由输送管和拨轮组成，将乒乓球从机架上的储球盒输送至发球机构；发球机构安装于云台上，由发射管和两个摩擦轮组成，两个摩擦轮分别由一个电机控制，通过调节电机转速实现球速和乒乓球自旋的控制；

乒乓球回收储存模块，用于回收击回的乒乓球；

视觉模块，包括一个摄像头和一块处理器；摄像头采集图像传输给处理器，通过处理器内置的视觉识别算法识别使用者的方位并将方位信息传给主控模块；

主控模块，包括一个单片机和若干电调，通过算法处理视觉模块传输的数据，控制乒乓球发球模块进行发射。

2.根据权利要求1所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：还包括供球装置，供球装置位于乒乓球发射模块后侧下方，乒乓球输送机构通过拨轮将球输送至发球机构。

3.根据权利要求2所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：所述云台由两个电机分别控制水平和竖直转动。

4.根据权利要求3所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：所述视觉模块的摄像头安装再在发球装置下方。

5.根据权利要求4所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：所述主控模块控制云台发射乒乓球的发射角度，给定云台角度信号和发射信号。

6.根据权利要求4所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：所述处理器内置的视觉识别算法识别使用者的方位的处理方法为：在用户处于摄像头识别区域内时，通过预先训练好的识别模型对乒乓球拍与其它物体做出区分，同时乒乓球拍进行细节识别，通过多帧图像比对，识别出使用者处于正手还是反手，以及接下来的运动方向，预判可能接球位置的功能，确保接下来的发球与用户选择的难度相匹配。

7.根据权利要求6所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：所述主控模块计算乒乓球发射模块发射角度采用的处理方法为：通过传入的人体可能运动方向和用户采取的难度系数共同计算，如难度系数为易，发球角度将与用户可能运动方向相匹配，如难度系数为难，发球角度将和用户可能运动方向相反，达到用户通过难易程度控制训练难度的功能。

8.根据权利要求7所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：所述角度信号和发射信号的给出方法：通过确定的角度，在已知当前的角度和下一角度的情况下，通过PID闭环控制算法保证云台快速转动到给定位置并且保持稳定；发射信号通过给定发射速度基于开环控制算法输出到两个摩擦轮电机，控制电机快速相反旋转将球打出；同时通过电机旋转的差速调节乒乓球的自旋。

9.根据权利要求8所述的带有视觉识别功能的乒乓球陪练机器人，其特征在于：所述云台发射乒乓球角度的控制方法：通过击发球速的水平分速度v1、球与目标落点的距离和空气阻力公式算出乒乓球从击发到落到球桌所需时间t1，以及击发球速的竖直分速度v2和重力加速度公式计算出球落到球桌所需时间t2，t1=t2建立方程解出云台发射的yaw轴角度。