臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置及識別方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其中：臺球滾道，整體成U型槽結構；顏色識別裝置，包括多個顏色傳感器，分別設置于臺球滾道的上方及兩側；臺球阻擋放行裝置，包括前阻擋片、后阻擋片、連桿以及舵機；中央控制系統(tǒng)，分別與多個顏色傳感器相連接。同時還提供了上述識別裝置的識別方法。本發(fā)明能不對球進行額外改動，適用性廣，采用顏色傳感器在兩個球位的四個檢測點從臺球的不同方位全面采集臺球顏色數(shù)據(jù)，綜合分析判斷對全色球和雙色球進行區(qū)分，可靠性高，臺球阻擋放行裝置能精準控制臺球一個接一個依次進入到檢測球位進行檢測，阻擋放行時間精準可控，通用性好，可完全應用于自動臺球機的進一步設計與開發(fā)。
【專利說明】臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置及識別方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化裝備【技術領域】的臺球識別裝置，具體是一種臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置及識別方法，尤其適用于美式16球自動臺球機對全色球和雙色球的識別。
【背景技術】
[0002]臺球是一項在國際上廣泛流行的高雅室內(nèi)體育運動，是一種用球桿在臺上擊球、依靠計算得分確定比賽勝負的室內(nèi)娛樂體育項目。美式16球有一顆白色母球和15顆不同顏色子球。子球中有全色球7個、雙色球7個以及全色8號黑球一個。比賽開始時，15顆子球擺放成正三角形。全色黑8號球居于三角形正中心，其他球按照全色球和雙色球依次間隔擺放。每局球結束后開始新一局時都需要人工將已經(jīng)落袋的所有子球放回臺面，并按照上述規(guī)律進行擺放。而人工手動擺放既耗時費力，同時從經(jīng)濟上而言也需要很多人力成本。因而，研制一款自動擺球的自動臺球機的要求應運而生。而對各個子球的識別區(qū)分技術設計則是自動臺球機設計工作中的一個關鍵環(huán)節(jié)，也是首要攻克的難題。
[0003]目前國內(nèi)已有的美式16球臺球識別方面的專利及資料都是需要對臺球進行個性化改動，例如要在里面嵌入芯片或其他磁性物質(zhì)，以保證球能夠被識別。這樣設計不僅大大增加了生產(chǎn)成本，同時由于制造加工精度的限制，這種特制球?qū)⒉豢杀苊獾某霈F(xiàn)重心偏離中心的現(xiàn)象。同時,一副球的各個球之間的重心分布情況也不能做到一致。而重心的分布直接影響臺球在受到撞擊時的運動情況。這樣就造成不同的球在相同的撞擊條件下將產(chǎn)生不同的運動方式。而臺球運動的要求是各個球除顏色以外不能有其他的區(qū)別。因而，現(xiàn)行的這種設計是對臺球規(guī)則的一種挑戰(zhàn)，不適合進行標準化推廣以及大規(guī)模應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于顏色識別的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置及識別方法，用以在遵守臺球運動規(guī)則的前提下實現(xiàn)對全色球和雙色的區(qū)分與識別。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，包括:臺球滾道、顏色識別裝置、臺球阻擋放行裝置以及中央控制系統(tǒng)，其中:
[0007]-臺球滾道，整體成U形槽結構，并呈一定傾斜角度安裝，臺球滾道的槽寬小于臺球的直徑；
[0008]-顏色識別裝置，包括多個顏色傳感器，分別設置于臺球滾道的上方及兩側；
[0009]-臺球阻擋放行裝置，包括前阻擋片、后阻擋片、連桿以及舵機，所述前阻擋片和后阻擋片一前一后依次設置于臺球滾道的槽底，并位于多個顏色傳感器的感知范圍內(nèi)，所述舵機通過連桿與前阻擋片和后阻擋片相連接，并用于控制前阻擋片和后阻擋片相對于槽底進行抬升下降交替動作，當前阻擋片抬升時，形成檢測球位Si，當前阻擋片下降、后阻擋片抬升時，形成檢測球位S2 ;檢測球位SI到檢測球位S2所轉(zhuǎn)過的角度小于雙色球兩側球冠之間的張角；
[0010]-中央控制系統(tǒng)，分別與多個顏色傳感器相連接，用于接收多個顏色傳感器采集到的顏色信息并進行分析，從而對臺球進行識別。
[0011]優(yōu)選地,對于直徑為57.2mm的標準臺球,所述臺球滾道的槽寬為50mm,槽高為25mm。
[0012]優(yōu)選地，所述顏色識別裝置還包括傳感器安裝架，所述傳感器安裝架架設于臺球滾道的上方，所述多個顏色傳感器分別固定于傳感器安裝架的頂板及側板上。
[0013]優(yōu)選地，所述顏色傳感器為四個，分別為第一顏色傳感器、第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器，其中，第一顏色傳感器設置于檢測球位Si的正上方，用于對檢測球位Si進行檢測，第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器分別設置于檢測球位S2的正上方及左右兩側，用于對檢測球位S2進行檢測；所述第一顏色傳感器、第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器檢測點的檢測方向相互垂直。
[0014]優(yōu)選地，當雙色球兩側球冠之間的張角為120°時，所述檢測球位SI到檢測球位S2所轉(zhuǎn)過的角度為114.6°。
[0015]優(yōu)選地，所述槽底開有一前一后兩個矩形槽，所述前阻擋片和后阻擋片分別通過合頁連接在兩個矩形槽處；所述舵機設置于矩形槽的下方。
[0016]優(yōu)選地，所述中央控制系統(tǒng)還與舵機相連接，用于控制舵機轉(zhuǎn)動，從而控制前阻擋片和后阻擋片進行抬升下降交替動作。
[0017]優(yōu)選地，所述中央控制系統(tǒng)設置有黑色特征信息。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種上述臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置的識別方法，包括以下步驟:
[0019]步驟1，將待識別臺球依次擺放在臺球滾道上；舵機通過連桿同時控制前阻擋片和后阻擋片的抬起和，從而控制待識別臺球依次通過檢測球位SI和檢測球位S2 ；
[0020]步驟2，前阻擋片抬升，當?shù)谝粋€待識別臺球進入檢測球位SI，第一顏色傳感器工作，采集待識別臺球的顏色數(shù)據(jù)并傳送至中央控制系統(tǒng)暫時存儲；
[0021]步驟3，前阻擋片下降，后阻擋片抬升，第一個待識別臺球進入檢測球位S2，第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器輪流工作，分別采集待識別臺球的頂部及兩側顏色數(shù)據(jù)，并將采集到的顏色數(shù)據(jù)傳送至中央控制系統(tǒng)暫時存儲；
[0022]步驟4，中央控制系統(tǒng)對四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)進行對比:
[0023]當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)相同時，待識別臺球為全色球；
[0024]當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)與中央控制系統(tǒng)中設置的黑色特征信息相匹配時，待識別臺球為黑色8號球；
[0025]當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)不相同時，待識別臺球為半色球。
[0026]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術特點:
[0027]1、采用槽寬小于臺球直徑且以一定傾斜角度安裝的U形槽作為臺球滾道，臺球放置于滾道上時被U型槽槽壁架起，實現(xiàn)懸空，不與滾道底部接觸，使臺球著滾道做嚴格的直線滾動；
[0028]2、通過兩塊一前一后安裝的阻擋片抬升和下降組合交替進行控制臺球依次經(jīng)過兩個顏色檢測球位，從兩個檢測球位中獲得的顏色數(shù)據(jù)綜合分析識別處臺球全色和雙色的特征。
[0029]3、顏色識別裝置由4個顏色傳感器組成，沿著滾道方向看，第一顏色傳感器布置在檢測球位SI的正上方進行預檢測，另外3個顏色傳感器分別布置在與檢測球位SI相鄰的檢測球位S2正上方和兩側，這三個傳感器圍繞檢測球位S2進行檢測，能夠得到精確的顏色信息；
[0030]本發(fā)明能完全遵守臺球運動現(xiàn)行規(guī)則，不對球進行額外改動，適用性廣，采用顏色傳感器在兩個球位的4個檢測點從臺球的不同方位全面采集臺球顏色數(shù)據(jù)，綜合分析判斷對全色球和雙色球進行區(qū)分，可靠性高，另外，臺球阻擋放行裝置能精準控制臺球一個接一個依次進入到檢測球位進行檢測，阻擋放行時間精準可控，通用性好，可完全應用于自動臺球機的進一步設計與開發(fā)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0032]圖1為本發(fā)明整體結構示意圖；
[0033]圖2為臺球滾道結構示意圖；
[0034]圖3為臺球阻擋放行裝置阻擋狀態(tài)示意圖；
[0035]圖4為臺球阻擋放行裝置放行狀態(tài)示意圖；
[0036]圖5為顏色識別裝置示意圖；
[0037]圖6為雙色臺球整體示意圖；
[0038]圖7為雙色臺球色帶角度關系示意圖；
[0039]圖8為待測球位示意圖；
[0040]圖中:1為第一顏色傳感器，2為第二顏色傳感器，3為第三顏色傳感器，4為第四顏色傳感器，5為顏色傳感器安裝架，6為臺球滾道，7為前阻擋片，8為后阻擋片，9為連桿，10為舵機，11為色帶，12為球冠I，13為球冠II。
【具體實施方式】
[0041]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0042]請同時參閱圖1至圖8。
[0043]本實施例提供了 一種根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了 一種臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，包括:臺球滾道、顏色識別裝置、臺球阻擋放行裝置以及中央控制系統(tǒng)，其中:
[0044]-臺球滾道，整體成U形槽結構，并呈一定傾斜角度安裝，臺球滾道的槽寬小于臺球的直徑；
[0045]-顏色識別裝置，包括多個顏色傳感器，分別設置于臺球滾道的上方及兩側；
[0046]-臺球阻擋放行裝置，包括前阻擋片、后阻擋片、連桿以及舵機，所述前阻擋片和后阻擋片一前一后依次設置于臺球滾道的槽底，并位于多個顏色傳感器的感知范圍內(nèi)，所述舵機通過連桿與前阻擋片和后阻擋片相連接，并用于控制前阻擋片和后阻擋片相對于槽底進行抬升下降交替動作，當前阻擋片抬升時，形成檢測球位Si，當前阻擋片下降、后阻擋片抬升時，形成檢測球位S2 ;檢測球位SI到檢測球位S2所轉(zhuǎn)過的角度小于雙色球兩側球冠之間的張角；
[0047]-中央控制系統(tǒng)，分別與多個顏色傳感器相連接，用于接收多個顏色傳感器采集到的顏色信息并進行分析，從而對臺球進行識別。
[0048]進一步地，對于直徑為57.2mm的標準臺球，所述臺球滾道的槽寬為50mm，槽高為25mm0
[0049]進一步地，所述顏色識別裝置還包括傳感器安裝架，所述傳感器安裝架架設于臺球滾道的上方，所述多個顏色傳感器分別固定于傳感器安裝架的頂板及側板上。
[0050]進一步地，所述顏色傳感器為四個，分別為第一顏色傳感器、第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器，其中，第一顏色傳感器設置于檢測球位Si的正上方，用于對檢測球位Si進行檢測，第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器分別設置于檢測球位S2的正上方及左右兩側，用于對檢測球位S2進行檢測；所述第一顏色傳感器、第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器檢測點的檢測方向相互垂直。
[0051]進一步地，當雙色球兩側球冠之間的張角為120°時，所述檢測球位SI到檢測球位S2所轉(zhuǎn)過的角度為114.6°。
[0052]進一步地，所述槽底開有一前一后兩個矩形槽，所述前阻擋片和后阻擋片分別通過合頁連接在兩個矩形槽處；所述舵機設置于矩形槽的下方。
[0053]進一步地，所述中央控制系統(tǒng)還與舵機相連接，用于控制舵機轉(zhuǎn)動，從而控制前阻擋片和后阻擋片進行抬升下降交替動作。
[0054]進一步地，所述中央控制系統(tǒng)設置有黑色特征信息。
[0055]本實施例提供的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其識別方法包括以下步驟:
[0056]步驟1，將待識別臺球依次擺放在臺球滾道上；舵機通過連桿同時控制前阻擋片和后阻擋片的抬起和，從而控制待識別臺球依次通過檢測球位SI和檢測球位S2 ；
[0057]步驟2，前阻擋片抬升，當?shù)谝粋€待識別臺球進入檢測球位SI，第一顏色傳感器工作，采集待識別臺球的顏色數(shù)據(jù)并傳送至中央控制系統(tǒng)暫時存儲；
[0058]步驟3，前阻擋片下降，后阻擋片抬升，第一個待識別臺球進入檢測球位S2，第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器輪流工作，分別采集待識別臺球的頂部及兩側顏色數(shù)據(jù)，并將采集到的顏色數(shù)據(jù)傳送至中央控制系統(tǒng)暫時存儲；
[0059]步驟4，中央控制系統(tǒng)對四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)進行對比:
[0060]當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)相同時，待識別臺球為全色球；
[0061]當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)與中央控制系統(tǒng)中設置的黑色特征信息相匹配時，待識別臺球為黑色8號球；
[0062]當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)不相同時，待識別臺球為半色球。
[0063]上述實施例具體為:
[0064]如圖1所示，本實施例包括:顏色傳感器1、顏色傳感器2、顏色傳感器3、顏色傳感器4、顏色傳感器安裝架5、臺球滾道6、前阻擋片7、后阻擋片8、連桿9、舵機10。
[0065]所述的臺球滾道6采用寬度小于臺球直徑的U型槽，將臺球架在槽壁上沿著滾道做嚴格的直線滾動，如圖2。
[0066]所述的舵機10通過連桿9同時控制前阻擋片7和后阻擋片8的升降，來控制依次通過檢測球位SI和S2。檢測球位SI和檢測球位S2的相對位置參見圖8.前阻擋片7處于抬升狀態(tài)，后阻擋片片8處于下降狀態(tài)時，第一個待測臺球停于檢測球位SI等待檢測，如圖3。之后舵機轉(zhuǎn)過一個角度，使得前阻擋片7處于下降狀態(tài)，后阻擋片片8處于抬升狀態(tài)時，第一個待測臺球滾到檢測球位S2等待檢測，同時與之相鄰的第二個待測臺球停在檢測球位SI等待檢測，如圖4。前后阻擋片的上升下降配合交替進行使得每個臺球連續(xù)不斷地依次通過檢測球位SI和檢測球位S2得到對應的檢測數(shù)據(jù)。
[0067]所述的顏色傳感器1、2、3、4安裝在顏色傳感器安裝架5上。顏色傳感器安裝架5安裝于檢測球位S1、S2上方。沿著臺球滾動方向看，顏色傳感器I在檢測球位SI正上方，顏色傳感器2、3、4分別在檢測球位S2右側、正上方、左側，如圖5。當待檢測球停于檢測球位SI時，顏色傳感器I工作,采集顏色數(shù)據(jù),并暫時儲存。待該檢測球到達檢測球位S2時，顏色傳感器2、3、4輪流工作采集數(shù)據(jù)，加上之前顏色傳感器I檢測到的數(shù)據(jù)，總共4組數(shù)據(jù)送入控制器進行判斷，得出球的顏色性質(zhì)結論。
[0068]接下來對本發(fā)明所設計裝置識別全色臺球和雙色臺球的可靠性進行論證。
[0069]美式16球一副球包含I個白色母球和15個子球。15個子球由8個全色球和7個雙色球組成。美式16球打法中7個雙色球地位相同，8個全色球中的黑色8號球是特殊球，剩余的7個全色球地位相同。臺球擺放時，15顆子球擺放成正三角形。全色黑8號球居于三角形正中心，其他球按照全色球和雙色球依次間隔擺放。臺球識別的任務是要區(qū)分出7個地位等同的全色球、7個地位等同的雙色球和I個全黑色8號球。而基于顏色識別原理的設計可以識別多種不同顏色，因而8號球可以直接從全色球中根據(jù)其黑色特征區(qū)分出來。進而言之，基于顏色識別的臺球識別任務就是根據(jù)臺球中全色球和雙色球的顏色分布特征將這兩類球進行識別區(qū)分。
[0070]所述的全色球整個表面的顏色相同。所述的雙色球的顏色分布特征如圖6所示。球體中央有一條色帶11，色帶11中顏色相同。球體表面被色帶I分割后剩余的對稱的球冠112和球冠1113均為白色。雙色臺球色帶角度關系如圖7所示。色帶11的兩邊緣張角為60°，球冠112和球冠1113的張角為120°。
[0071]所述的檢測球位SI和檢測球位S2的相對位置關系如圖8所示。待測臺球從檢測球位SI沿著滾道滾到檢測球位S2所轉(zhuǎn)過的角度為:
[0072]
【權利要求】
1.一種臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，包括:臺球滾道、顏色識別裝置、臺球阻擋放行裝置以及中央控制系統(tǒng)，其中: -臺球滾道，整體成U形槽結構，并呈一定傾斜角度安裝，臺球滾道的槽寬小于臺球的直徑； -顏色識別裝置，包括多個顏色傳感器，分別設置于臺球滾道的上方及兩側； -臺球阻擋放行裝置，包括前阻擋片、后阻擋片、連桿以及舵機，所述前阻擋片和后阻擋片一前一后依次設置于臺球滾道的槽底，并位于多個顏色傳感器的感知范圍內(nèi)，所述舵機通過連桿與前阻擋片和后阻擋片相連接，并用于控制前阻擋片和后阻擋片相對于槽底進行抬升下降交替動作，當前阻擋片抬升時，形成檢測球位Si，當前阻擋片下降、后阻擋片抬升時，形成檢測球位S2 ;檢測球位SI到檢測球位S2所轉(zhuǎn)過的角度小于雙色球兩側球冠之間的張角； -中央控制系統(tǒng)，分別與多個顏色傳感器相連接，用于接收多個顏色傳感器采集到的顏色信息并進行分析，從而對臺球進行識別。
2.根據(jù)權利要求1所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，對于直徑為57.2mm的標準臺球,所述臺球滾道的槽寬為50mm,槽高為25mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，所述顏色識別裝置還包括傳感器安裝架，所述傳感器安裝架架設于臺球滾道的上方，所述多個顏色傳感器分別固定于傳感器安裝架的頂板及側板上。
4.根據(jù)權利要求1所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，當雙色球兩側球冠之間的張角為120°時，所述檢測球位SI到檢測球位S2所轉(zhuǎn)過的角度為114.6°。
5.根據(jù)權利要求1所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，所述顏色傳感器為四個，分別為第一顏色傳感器、第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器，其中，第一顏色傳感器設置于檢測球位Si的正上方，用于對檢測球位SI進行檢測，第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器分別設置于檢測球位S2的正上方及左右兩側，用于對檢測球位S2進行檢測；所述第一顏色傳感器、第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器檢測點的檢測方向相互垂直。
6.根據(jù)權利要求1所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，所述槽底開有一前一后兩個矩形槽，所述前阻擋片和后阻擋片分別通過合頁連接在兩個矩形槽處；所述舵機設置于矩形槽的下方。
7.根據(jù)權利要求1所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，所述中央控制系統(tǒng)還與舵機相連接，用于控制舵機轉(zhuǎn)動，從而控制前阻擋片和后阻擋片進行抬升下降交替動作。
8.根據(jù)權利要求7所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置，其特征在于，所述中央控制系統(tǒng)設置有黑色特征信息。
9.一種權利要求1至8中任一項所述的臺球全色和雙色的連續(xù)識別裝置的識別方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，將待識別臺球依次擺放在臺球滾道上；舵機通過連桿同時控制前阻擋片和后阻擋片的抬起和，從而控制待識別臺球依次通過檢測球位SI和檢測球位S2 ； 步驟2，前阻擋片抬升，當?shù)谝粋€待識別臺球進入檢測球位SI，第一顏色傳感器工作，采集待識別臺球的顏色數(shù)據(jù)并傳送至中央控制系統(tǒng)暫時存儲； 步驟3，前阻擋片下降，后阻擋片抬升，第一個待識別臺球進入檢測球位S2，第二顏色傳感器、第三顏色傳感器和第四顏色傳感器輪流工作，分別采集待識別臺球的頂部及兩側顏色數(shù)據(jù)，并將采集到的顏色數(shù)據(jù)傳送至中央控制系統(tǒng)暫時存儲； 步驟4，中央控制系統(tǒng)對四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)進行對比: 當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)相同時，待識別臺球為全色球； 當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)與中央控制系統(tǒng)中設置的黑色特征信息相匹配時，待識別臺球為黑色8號球； 當四個顏色傳感器采集到的顏色數(shù)據(jù)不相同時，待識別臺球為半色球。
【文檔編號】A63D15/00GK103638675SQ201310589933
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】葉超強, 張昊若, 蘇率斌, 羅晶晶, 張強, 梁慶華 申請人:上海交通大學