本發(fā)明屬于體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)人口數(shù)量龐大且逐年增加，且擊球練習(xí)是練習(xí)過(guò)程中必不可少的一項(xiàng)；帶彈力繩的回力球或?qū)舸虿⒉荒芴峁┝己玫挠?xùn)練效果；雇用陪練又會(huì)產(chǎn)生高昂的成本。

現(xiàn)有的網(wǎng)球發(fā)球器械使用遙控器遙控，無(wú)法更加直接、智能地進(jìn)行控制；目前尚無(wú)能與撿球機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一操控的發(fā)球機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法，旨在解決現(xiàn)有的網(wǎng)球發(fā)球器械使用遙控器遙控，無(wú)法更加直接、智能地進(jìn)行控制；尚無(wú)能與撿球機(jī)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一操控發(fā)球機(jī)器人的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制方法，所述網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制方法通過(guò)基于ZigBee的遠(yuǎn)程通訊協(xié)議接收來(lái)自撿球機(jī)的控制信號(hào)；接收到發(fā)球指令后，依次啟動(dòng)撥球機(jī)構(gòu)和發(fā)球機(jī)構(gòu)，并通過(guò)兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和時(shí)間來(lái)控制發(fā)球頻率和力度。

進(jìn)一步，所述網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制方法具體包括以下步驟：

步驟一，發(fā)球機(jī)控制器通過(guò)ZigBee遠(yuǎn)程協(xié)議接收來(lái)自發(fā)球機(jī)的信號(hào)，通過(guò)CC2530芯片使得控制器通過(guò)串口接收來(lái)自發(fā)球機(jī)的ZigBee無(wú)線信號(hào)，接收到信號(hào)首先進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，之后按照信號(hào)格式進(jìn)行指令讀取，第一位為控制命令、第二為發(fā)球頻率，解析出控制指令；通過(guò)ZigBee傳輸而來(lái)的信號(hào)經(jīng)由串口進(jìn)入控制器，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)后分析出控制信號(hào)；奇偶校驗(yàn)通過(guò)在每個(gè)長(zhǎng)度為8位的數(shù)據(jù)后加一位奇偶校驗(yàn)位，如8位數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)則該奇偶校驗(yàn)位值為“1”，否則為“0”；

步驟二，控制信號(hào)由兩個(gè)部分組成：?jiǎn)?dòng)/終止命令和發(fā)球頻率，當(dāng)控制信號(hào)為啟動(dòng)時(shí)，撥球機(jī)構(gòu)首先開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)撥球筒對(duì)準(zhǔn)球筐的漏斗洞時(shí)，網(wǎng)球掉落進(jìn)撥球筒，并隨撥球筒一同旋轉(zhuǎn)；

步驟三，當(dāng)撥球筒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并與發(fā)球管道對(duì)準(zhǔn)時(shí)，網(wǎng)球掉落進(jìn)入發(fā)球管道，此時(shí)發(fā)球機(jī)構(gòu)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，網(wǎng)球從發(fā)球管道發(fā)出；其中，撥球機(jī)構(gòu)和發(fā)球機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間由控制信號(hào)中的發(fā)球頻率決定，若控制信號(hào)為終止，則立即停止撥球機(jī)構(gòu)和發(fā)球機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制方法的網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制系統(tǒng)，所述網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制系統(tǒng)包括：

撿球機(jī)控制器，與發(fā)球機(jī)控制器進(jìn)行無(wú)線通信，用于發(fā)出撿球指令；

發(fā)球機(jī)控制器，用于接收命令并進(jìn)行處理；

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，與發(fā)球機(jī)控制器有線連接，用于接收發(fā)球機(jī)控制器的控制信號(hào)；根據(jù)控制信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；

電機(jī)，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊有線連接，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度并反饋給發(fā)球機(jī)控制器；

穩(wěn)壓模塊，與撿球機(jī)控制器、發(fā)球機(jī)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)有線連接，用于提供穩(wěn)定電源。

本發(fā)明提供的網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制系統(tǒng)及控制方法，能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定、全自動(dòng)地發(fā)射網(wǎng)球供練習(xí)者擊打。本發(fā)明提供遠(yuǎn)程控制功能，遠(yuǎn)程控制功能通過(guò)位于撿球機(jī)、發(fā)球機(jī)上的ZigBee無(wú)線通信模塊進(jìn)行；該模塊進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)，并通過(guò)串口與撿球、發(fā)球機(jī)控制器相連。使用者可以與撿球機(jī)器人協(xié)同工作，與撿球機(jī)器人通過(guò)ZigBee無(wú)線通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；能夠通過(guò)預(yù)先設(shè)定好的程序?qū)崿F(xiàn)自主發(fā)球；工作穩(wěn)定、效率高，本發(fā)球機(jī)在通過(guò)撿球機(jī)自動(dòng)控制的情況下最快可實(shí)現(xiàn)每3秒發(fā)一次球的發(fā)球頻率，與現(xiàn)有發(fā)球機(jī)最快2至5秒每球的效率相當(dāng)。本發(fā)明通過(guò)設(shè)定程序，調(diào)整發(fā)球機(jī)進(jìn)球撥輪、發(fā)射器的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和功率調(diào)控發(fā)球頻率、方向的控制，實(shí)現(xiàn)自主發(fā)球；經(jīng)實(shí)際測(cè)試，發(fā)球機(jī)在100％油門下可將發(fā)球距離穩(wěn)定在30米左右，在70％油門下穩(wěn)定在15米左右即機(jī)器人可以通過(guò)對(duì)油門輸出的精細(xì)控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自主發(fā)球。機(jī)器人可方便擴(kuò)展為其他球類發(fā)球機(jī)，如乒乓球、高爾夫球、棒球等。機(jī)器人為模塊化設(shè)計(jì)，發(fā)球機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)球機(jī)構(gòu)可拆卸可更換，通過(guò)更換發(fā)球機(jī)構(gòu)可將機(jī)器人擴(kuò)展為其他球類發(fā)球機(jī)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、撿球機(jī)控制器；2、發(fā)球機(jī)控制器；3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；4、電機(jī)；5、穩(wěn)壓模塊。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制系統(tǒng)包括：撿球機(jī)控制器1、發(fā)球機(jī)控制器2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3、電機(jī)4、穩(wěn)壓模塊5。

撿球機(jī)控制器1，與發(fā)球機(jī)控制器2進(jìn)行無(wú)線通信，用于發(fā)出撿球指令；

發(fā)球機(jī)控制器2，用于接收命令并進(jìn)行處理；

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3，與發(fā)球機(jī)控制器2有線連接，用于接收發(fā)球機(jī)控制器2的控制信號(hào)；根據(jù)控制信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；

電機(jī)4，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3有線連接，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度并反饋給發(fā)球機(jī)控制器2；

穩(wěn)壓模塊5，與撿球機(jī)控制器1、發(fā)球機(jī)控制器2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊3、電機(jī)有線連接4，用于提供穩(wěn)定電源。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)球場(chǎng)發(fā)球機(jī)器人控制方法通過(guò)基于ZigBee的遠(yuǎn)程通訊協(xié)議接收來(lái)自撿球機(jī)的控制信號(hào)；接收到發(fā)球指令后，依次啟動(dòng)撥球機(jī)構(gòu)和發(fā)球機(jī)構(gòu)，并通過(guò)兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和時(shí)間來(lái)控制發(fā)球頻率和力度。

具體包括以下步驟：

S101：發(fā)球機(jī)控制器通過(guò)ZigBee遠(yuǎn)程協(xié)議接收來(lái)自發(fā)球機(jī)的信號(hào)，通過(guò)ZigBee傳輸而來(lái)的信號(hào)經(jīng)由串口進(jìn)入控制器，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)后分析出控制信號(hào)；

S102：控制信號(hào)由兩個(gè)部分組成：?jiǎn)?dòng)/終止命令和發(fā)球頻率，當(dāng)控制信號(hào)為啟動(dòng)時(shí)，撥球機(jī)構(gòu)首先開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)撥球筒對(duì)準(zhǔn)球筐的漏斗洞時(shí)，網(wǎng)球掉落進(jìn)撥球筒，并隨撥球筒一同旋轉(zhuǎn)；

S103：當(dāng)撥球筒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并與發(fā)球管道對(duì)準(zhǔn)時(shí)，網(wǎng)球掉落進(jìn)入發(fā)球管道，此時(shí)發(fā)球機(jī)構(gòu)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，網(wǎng)球從發(fā)球管道發(fā)出。其中，撥球機(jī)構(gòu)和發(fā)球機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間由控制信號(hào)中的發(fā)球頻率決定，若控制信號(hào)為終止，則立即停止撥球機(jī)構(gòu)和發(fā)球機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

發(fā)球機(jī)控制器通過(guò)ZigBee遠(yuǎn)程協(xié)議接收來(lái)自發(fā)球機(jī)的信號(hào)，通過(guò)CC2530芯片使得控制器通過(guò)串口接收來(lái)自發(fā)球機(jī)的ZigBee無(wú)線信號(hào)，接收到信號(hào)首先進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，之后按照信號(hào)格式進(jìn)行指令讀取，第一位為控制命令、第二為發(fā)球頻率，解析出控制指令；通過(guò)ZigBee傳輸而來(lái)的信號(hào)經(jīng)由串口進(jìn)入控制器，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)后分析出控制信號(hào)；奇偶校驗(yàn)通過(guò)在每個(gè)長(zhǎng)度為8位的數(shù)據(jù)后加一位奇偶校驗(yàn)位，如8位數(shù)據(jù)中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)則該奇偶校驗(yàn)位值為“1”，否則為“0”。

控制部分采用搭載atmel芯片的arduino開發(fā)板進(jìn)行控制。通過(guò)pid算法調(diào)節(jié)發(fā)球摩擦輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、精確。器人采集到當(dāng)前運(yùn)動(dòng)速度后通過(guò)pid算法與目標(biāo)速度進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，得到使發(fā)球摩擦輪速度平滑過(guò)渡的油門大小后進(jìn)行輸出。發(fā)球機(jī)構(gòu)由一arduino單片機(jī)控制，用一枚L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)。用L7805交直流穩(wěn)壓模塊對(duì)L298N模塊進(jìn)行穩(wěn)壓，防止驅(qū)動(dòng)模塊損壞。借助于模塊化設(shè)計(jì)，機(jī)器人可方便擴(kuò)展為其他球類發(fā)球機(jī)，如乒乓球、高爾夫球、棒球等。本發(fā)明的機(jī)器人為模塊化設(shè)計(jì)，發(fā)球機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)球機(jī)構(gòu)可拆卸可更換，通過(guò)更換發(fā)球機(jī)構(gòu)可將機(jī)器人擴(kuò)展為其他球類發(fā)球機(jī)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。