模块化机器人足球训练系统 |
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| 申请号 | CN201611252666.1 | 申请日 | 2016-12-30 | 公开(公告)号 | CN106799029A | 公开(公告)日 | 2017-06-06 |
| 申请人 | 昆山福斯巴智能科技有限公司; | 发明人 | 石飞; 黄怡; 张帆; 吴梦颖; 何强; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种模 块 化 机器人 足球 训练系统，包括：主控系统、若干个发球模块、若干个球 门 模块、若干个机器人球员模块和若干个视觉捕捉模块，所述发球模块、球门模块、机器人球员模块和视觉捕捉模块均连接到主控系统，此主控系统用于控制发球模块的发球总数、发球时间间隔并通过声音播放器提示 指定 的发球模块的发球速度、足球旋转方向、发球 角 度，同时主控系统指定球门模块或者机器人球员模块作为目标；所述发球模块包括发球 框架 、传球框架、旋转平台、导球板、送球机构、左凹形轮和右凹形轮。本发明提供了高效率和高难度的发球方式，还对球员的接球方式、接球出球时间、出球准确度、短时间内大量触球提供高标准和高要求，对球员足球 水 平的提高十分有益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种模块化机器人足球训练系统，其特征在于：包括：主控系统（1）、若干个发球模块（2）、若干个球门模块（3）、若干个机器人球员模块（4）和若干个视觉捕捉模块（5），所述发球模块（2）、球门模块（3）、机器人球员模块（4）和视觉捕捉模块（5）均连接到主控系统（1），此主控系统（1）用于控制发球模块（2）的发球总数、发球时间间隔并通过声音播放器（6）提示指定的发球模块的发球速度、足球旋转方向、发球角度，同时主控系统（1）指定球门模块（3）或者机器人球员模块（4）作为目标； |
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| 说明书全文 | 模块化机器人足球训练系统技术领域[0001] 本发明涉及一种模块化机器人足球训练系统，属于足球训练领域。 背景技术[0002] 现代足球的发展趋向对抗强度更高，攻防节奏更快，这就要求足球球员身体条件更出色，反应更快，技术更好。随着科技的高速发展，先进技术手段可逐步应用到足球运动的各个环节中，如足球外形设计、门线检测技术、球员康复技术和辅助训练技术等，其中辅助训练技术是针对球员在球场上处理球的能力进行训练。在一场正规足球比赛中，球员的触球次数几十次，即使核心球员最多不过上百次，仅计算有效触球次数就更少，球员大部分时间都在进行无球跑动。而在反击进攻中，参与进攻的球员总触球次数也就几次，如果在接球与出球环节处理不好，进攻时就无功而返，反之防守时容易丢球失球，不仅影响成绩，更重要的是影响士气，因此，作为一场足球比赛最基本和关键的组成部分，每次接球和出球的质量，对足球比赛的影响非常重要。现有的人为的接球出球练习 ( 如国内外广泛应用的“溜猴游戏”) 和以赛带练等都是训练接球和出球能力的好办法，但前者由于球速较慢对球员的压力不够，同时受球员本身水平的限制；后者则是比赛次数太少。因此单纯依靠传统的训练方法与训练器材已经难以满足现代足球的发展需要，且不能提供给球员较大的接球出球压力的环境，在训练时也不能进行大量的不间断的高水平练习，无益于球员的水平提高。 发明内容[0003] 本发明提供一种模块化机器人足球训练系统，该模块化机器人足球训练系统提供了高效率和高难度的发球方式，还对球员的接球方式、接球出球时间、出球准确度、短时间内大量触球提供高标准和高要求，对球员足球水平的提高十分有益，系统基于球员完成接/传球动作的时间及准确性评价。 [0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种模块化机器人足球训练系统，包括：主控系统、若干个发球模块、若干个球门模块、若干个机器人球员模块和若干个视觉捕捉模块，所述发球模块、球门模块、机器人球员模块和视觉捕捉模块均连接到主控系统，此主控系统用于控制发球模块的发球总数、发球时间间隔并通过声音播放器提示指定的发球模块的发球速度、足球旋转方向、发球角度，同时主控系统指定球门模块或者机器人球员模块作为目标；所述发球模块包括发球框架、传球框架、旋转平台、导球板、送球机构、左凹形轮和右凹形轮，所述送球机构位于导球板和传球框架之间，用于采集来自传球框架的足球，所述传球框架位于发球框架的正后方，所述左凹形轮和右凹形轮分别安装于旋转平台上表面的左侧和右侧，一左电机和右电机分别安装于旋转平台下表面，此左电机通过左转轴驱动左凹形轮旋转，此右电机通过右转轴驱动右凹形轮旋转，所述左转轴和右转轴平行设置，所述导球板位于左凹形轮和右凹形轮之间间隙的正上方； 所述球门模块包括球门框、球门指示模块和进球检测模块，所述球门指示模块进一步包括环形 LED 灯带和指示灯驱动电路板，此环形 LED 灯带沿球门框四周边缘设置，所述进球检测模块进一步包括至少1个激光发射器、至少1个激光接收器和进球驱动电路板，所述激光发射器与激光接收器一一对应安装于球门框背面，所述进球驱动电路板根据是否存在激光光路被遮挡判定足球是否射中球门并将判定结果信号传输给主控系统； 所述发球模块的传球框架内安装有旋转螺杆，此传球框架的底部开有一进球口，所述球门模块的球门框底部开有一出球口且其底板上开有一引导槽，此引导槽一端与球门框的出球口连接，另一端与发球模块的进球口连接； 所述机器人球员模块包括移动机器平台、安装于移动机器平台底部的全维轮和安装于移动机器平台上表面的半圆空球壳，一固定柱设置于半圆空球壳内，一振动传感器位于固定柱顶端内置。 [0005] 上述技术方案中进一步改进的方案如下：1. 上述方案中，所述左凹形轮、右凹形轮的侧表面为内凹的圆弧面。 [0006] 2. 上述方案中，所述机器人球员模块上设置有LED 灯带。 [0008] 4. 上述方案中，所述球门模块还包括一防反弹弹性平板，此防反弹弹性平板悬挂于球门框的正后方。 [0009] 5. 上述方案中，所述半圆空球壳材质为弹性橡胶材料。 [0010] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：1. 本发明模块化机器人足球训练系统，其解决了传统训练方法受球员本身水平限制的技术问题，提供给球员较大的接球出球压力的环境，并能够进行大量的不间断的高水平练习；解决了给球员创造高强度接传球训练环境的问题，包括对运动目标和静止目标进行接传球传球训练的环境；球门模块上的光电传感器和机器人球员模块上的震动传感器用来感知球员传球的准确性，足球通过高速旋转的左凹形轮、右凹形轮，被射出发球模块，且旋转平台可选择，实现多角度发射足球，提供了高效率和高难度的发球方式，还对球员的接球方式、接球出球时间、出球准确度、短时间内大量触球提供高标准和高要求，对球员足球水平的提高十分有益，系统基于球员完成接/传球动作的时间及准确性评价。 [0011] 2. 本发明模块化机器人足球训练系统，其球门模块可以用来训练定点接/传球，可以全维移动的机器人球员模块可以用来训练移动中接/传球；整个系统模块化设计，可以根据需要设置所需要的布局。自由的选择投入训练的各模块数量从而灵活的应对各种针对性训练；其次，位于发球模块上的摄像头及视觉系统用来感知球员接球的准确性，球门模块上的光电传感器和机器人球员模块上的震动传感器用来感知球员传球的准确性。附图说明 [0012] 附图1为本发明模块化机器人足球训练系统结构示意图；附图2为本发明模块化机器人足球训练系统中发球模块结构示意图； 附图3为附图2的局部结构示意图； 附图4为本发明模块化机器人足球训练系统中球门模块结构示意图一； 附图5为本发明模块化机器人足球训练系统中球门模块结构示意图二； 附图6为本发明模块化机器人足球训练系统中机器人球员模块结构示意图。 [0013] 以上附图中：1、主控系统；2、发球模块；3、球门模块；4、机器人球员模块；5、视觉捕捉模块；6、声音播放器；7、旋转螺杆；8、底板；9、引导槽；21、发球框架；22、传球框架；221、进球口；23、旋转平台；24、导球板；25、送球机构；26、左凹形轮；27、右凹形轮；28、左电机；281、左转轴；29、右电机；291、右转轴；31、球门框；311、出球口；32、球门指示模块；33、进球检测模块；34、环形 LED 灯带；35、指示灯驱动电路板； 36、激光发射器；37、激光接收器；38、进球驱动电路板；39、防反弹弹性平板；41、移动机器平台；42、全维轮；43、半圆空球壳；44、固定柱；45、振动传感器；46、LED 灯带。 具体实施方式[0014] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：实施例：一种模块化机器人足球训练系统，包括：主控系统1、若干个发球模块2、若干个球门模块3、若干个机器人球员模块4和若干个视觉捕捉模块5，所述发球模块2、球门模块3、机器人球员模块4和视觉捕捉模块5均连接到主控系统1，此主控系统1用于控制发球模块2的发球总数、发球时间间隔并通过声音播放器6提示指定的发球模块的发球速度、足球旋转方向、发球角度，同时主控系统1指定球门模块3或者机器人球员模块4作为目标； 所述发球模块2包括发球框架21、传球框架22、旋转平台23、导球板24、送球机构25、左凹形轮26和右凹形轮27，所述送球机构25位于导球板24和传球框架22之间，用于采集来自传球框架22的足球，所述传球框架22位于发球框架21的正后方，所述左凹形轮26和右凹形轮27分别安装于旋转平台23上表面的左侧和右侧，一左电机28和右电机29分别安装于旋转平台23下表面，此左电机28通过左转轴281驱动左凹形轮26旋转，此右电机29通过右转轴 291驱动右凹形轮27旋转，所述左转轴281和右转轴291平行设置，所述导球板24位于左凹形轮26和右凹形轮27之间间隙的正上方； 所述球门模块3包括球门框31、球门指示模块32和进球检测模块33，所述球门指示模块 32进一步包括环形 LED 灯带34和指示灯驱动电路板35，此环形 LED 灯带34沿球门框31四周边缘设置，所述进球检测模块33进一步包括至少1个激光发射器36、至少1个激光接收器 37和进球驱动电路板38，所述激光发射器36与激光接收器37一一对应安装于球门框31背面，所述进球驱动电路板38根据是否存在激光光路被遮挡判定足球是否射中球门并将判定结果信号传输给主控系统1； 所述发球模块2的传球框架22内安装有旋转螺杆7，此传球框架22的底部开有一进球口 221，所述球门模块3的球门框31底部开有一出球口311且其底板8上开有一引导槽9，此引导槽9一端与球门框31的出球口311连接，另一端与发球模块2的进球口221连接； 所述机器人球员模块4包括移动机器平台41、安装于移动机器平台41底部的全维轮42和安装于移动机器平台41上表面的半圆空球壳43，一固定柱44设置于半圆空球壳43内，一振动传感器45位于固定柱44顶端内置。 [0015] 上述左凹形轮26、右凹形轮27的侧表面为内凹的圆弧面。 [0016] 上述机器人球员模块4上设置有LED 灯带46。 [0017] 上述视觉捕捉模块5安装于发球模块2的上部，用于视频采集、跟踪特定足球的颜色来判断球在场上的位置，进而判断球员是否正常停球，以及停球时间信息。 [0018] 上述球门模块3还包括一防反弹弹性平板39，此防反弹弹性平板39悬挂于球门框31的正后方。 [0019] 上述半圆空球壳43材质为弹性橡胶材料。 [0020] 本发明模块化机器人足球训练系统进一步阐述如下，包括发球模块，球门模块和移动机器人球员模块及视觉捕捉系统，另外有手持界面设备用于人机交互，其整体结构如下：一种足球训练系统包括多个发球模块、多个球门、多个机器人球员模块和视觉捕捉系统；主控系统控制训练全过程中发球总数和发球时间间隔、指定某个发球模块发球并通过声音提示球员，控制指定的发球模块的发球速度、足球旋转方向、发球角度。 [0021] 主控系统随机或安装设定指定某个球门模块或者机器人球员模块为目标并提示球员向目标传球。主控系统获得并存储足球命中球门以及球员接球和出球过程所用的时间的信息。 [0022] 采用声音提示球员指定的发球模块，目标球门模块或机器人球员模块采用 LED 灯带发光来提示球员。 [0023] 整个系统可以根据需求模块化配置成不同的场地形式，如附图1 2所示，方形或圆~形场地设置。 [0024] 发球模块内含两个足球发球机及自动上球系统。一个发球机发球模块包括两个电机、一对凹形轮、发球指示模块和发球框架；两个电机和发球指示模块均固定在发球框架上，发球框架固定在地面上，两个电机分别驱动两个凹形轮，两个凹形轮的轮轴两端均发球框架转动连接，且两个凹形轮的轴线平行，两个凹形轮的结构相同，凹形轮的轴截面轮廓和横截面均为圆弧形，两个凹形轮的凹形轮廓内周构成不完整球形结构，该不完整球形结构的直径小于足球直径，发球指示模块在控制子系统的控制下提醒球员哪个发球子系统将要发射足球。每一个发球模块上安装有一套视觉捕捉系统，由一个摄像头作为视频采集装置，跟踪特定足球的颜色来判断球在场上的位置，进而判断球员是否正常停球，以及停球时间信息。 [0025] 球门模块包括球门、球门指示模块和进球检测模块；球门为框架结构，球门指示模块包括环形 LED 灯带和球门指示驱动电路板，球门的四周上固定一个环形 LED 灯带，球门指示驱动电路板根据控制子系统的指令驱动该球门上的环形 LED 灯带的点亮，以指示要求球员射中的目标球门；进球检测模块包括多个激光发射器、多个激光接收器和多个进球驱动电路板，激光发射器、激光接收器和进球驱动电路板均固定在球门背面，激光发射器与激光接收器一一对应固定在球门上，进球驱动电路板根据是否存在激光光路被遮挡，判定足球是否射中球门，并将判定结果信号传输给控制系统。在球门模块中增加防球反弹结构，防球反弹结构为平板结构，采用橡胶或塑料材质，悬挂于球门的正后方，同时在地面上设置有收纳足球的沟槽。 [0026] 机器人球员模块为一台无线网络控制的移动机器人。其运动结构为全维轮平台，可以在平面上全方位移动。此移动机器人中包括控制系统，驱动系统和电机模块。其车体上方具有一个具有弹性的橡胶材质的半圆球壳，内部与车平台上方的固定住连接固定。球壳内部安装有震动传感器，当球员射来的足球击中球壳时，震动传感器将判定球员击中目标。小车具有车灯来提示球员击中目标。小车的最大速度是5m/s，用于模拟一个运动的目标。 [0027] 球员的训练过程，如上图1，2，3步骤所示。通过发球模块发球，球员接到球后，根据球门模块或机器人球员模块的提示，把球射向目标。同时，系统的摄像头系统会记录球员和球的互动。分析软件系统会根据球员的准确率及反应速度进行评价，找出球员的强弱项，并针对性的生成改善性训练计划。 |
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