一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人
专利汇可以提供一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴 机器人 ，属于机器人领域。包括 硬件 和 软件 ，硬件包括底座、转动装置、主控设备和 传感器 设备， 软件包 括自动行驶功能模 块 、机器人与运动员同步运行功能模块、数据保存功能模块、塑胶跑道 数据处理 模块、 激光雷达 数据处理模块和PID调节模块。本发明解决运动员在训练过程中不了解自己的跑步姿势、过弯道 加速 情况、直线冲刺情况等问题，实现了具有保持与运动员同步行驶、根据设定速度自主沿着跑道行驶、保存运动员运动视频、保存运动员运动速度和 低 电压 报警提示功能的跑步运动员训练陪伴机器人。，下面是一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人专利的具体信息内容。
1.一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人，包括硬件和软件，其特征在于：
所述硬件包括底座、转动装置、主控设备和传感器设备，所述转动装置包括前驱动轮、后从动轮、电机、舵机和电子调速器，所述前驱动轮和后从动轮分别安装在底座的前端和后端，所述前驱动轮与后从动轮通过转轴传动连接，所述电机安装在底座前端用以驱动所述前驱动轮，所述前驱动轮和后从动轮上均连接有舵机，所述舵机的输出轴上设有平衡板，所述平衡板两端均固定连接有弹簧，所述舵机与主控设备电连接，所述电子调速器安装所述底座上，所述电子调速器分别与电机和主控设备电连接；
所述主控设备包括工控机和底层控制器，所述工控机和所述底层控制器均安装在底座上，所述工控机与所述底层控制器进行传输连接，所述底层控制器通过采集所述传感器设备的数据解算出机器人当前的姿态和实际的速度，并将姿态数据和实际速度上传给工控机，所述工控机与所述舵机电连接，所述底层控制器与电子调速器电连接；
所述传感器设备包括第一摄像头、第二摄像头、激光雷达、光电编码器和驱动电源，所述第一摄像头、第二摄像头和激光雷达均与所述工控机电连接，所述第一摄像头位于底座的前端，所述底座上设有支架，所述第二摄像头和激光雷达均设置在所述支架上，所述光电编码器安装在底座上，所述光电编码器与所述底层控制器电连接；所述驱动电源设置在所述底座的侧面，所述驱动电源分别与所述工控机和底层控制器电连接；
所述软件包括自动行驶功能模块、机器人与运动员同步运行功能模块、数据保存功能模块、塑胶跑道数据处理模块、激光雷达数据处理模块和PID调节模块；所述自动行驶功能模块分别与所述第一摄像头、第二摄像头、激光雷达传输连接，所述自动行驶功能模块用于接收第一摄像头、第二摄像头拍摄并处理后的数据以便控制机器人沿塑胶跑道按设定的速度自动行驶；所述机器人与运动员同步运行功能模块与所述自动行驶功能模块连接，所述机器人与运动员同步运行功能模块用于控制跑步运动员训练陪伴机器人与运动员保持同步行驶；所述数据保存功能模块与所述塑胶跑道数据处理模块连接，所述数据保存功能模块用于将第一摄像头拍摄获取的塑胶跑道图像处理并保存，所述塑胶跑道数据处理模块用于将第二摄像头拍摄获取的塑胶跑道图像处理并保存；所述激光雷达数据模块与所述机器人与运动员同步运行功能模块连接，所述激光雷达数据模块用于处理激光雷达获取运动员与机器人距离的数据并反馈给所述机器人与运动员同步运行功能模块；所述PID调节模块与所述工控机块连接，所述PID调节模块用于调节所述工控机反馈回来的前驱动轮速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述底层控制器与工控机采用TTL串口通信方式，使用CP2102作为串口通信芯片。
3.根据权利要求2所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述底层控制器使用ISP方式下载程序，并在所述串口通信芯片的电路基础上增加串口一键下载电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：还包括报警器、第一差动齿轮箱、以及第二差动齿轮箱，所述报警器设在所述底座上，所述报警器与驱动电源电连接；所述第一差动齿轮箱设在所述底座前部用于控制前驱动轮，所述第二差动齿轮箱设在所述底座后部用于控制后从动轮。
5.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述自动行驶功能模块在控制陪伴机器人沿塑胶跑道自动的行驶过程包括以下步骤：
A1.先设定机器人沿塑胶跑道的行驶速度；
A2.通过所述第一摄像头拍摄的图像，对跑道数据进行处理；
A3.观察机器人是否冲出跑道，若机器人没冲出跑道，执行步骤A4，若机器人冲出跑道，将速度设置为1m/s，执行步骤A5；
A4.若塑胶跑道数据处理模块中输出的斜率为0，保持机器人行驶；若斜率不为0，执行步骤A5；
A5.调整舵机转向，执行步骤A6；
A6.采用PID调节模块调整电机输出使斜率为0。
6.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述机器人与运动员同步运行功能模块在控制机器人与运动员保持同步行驶的过程包括以下步骤：
B1.先保持机器人静止状态，由所述激光雷达获取机器人与运动员的距离，调整机器人与运动员的距离为2.5m；
B2.在机器人与运动员同步运行功能模块上的显示屏读取数据，机器人与运动员的距离是否大于2.5m，若距离大于2.5m，实行步骤B1，若距离小于2.5m，实行步骤B3；
B3.对跑道数据进行处理；
B4.在机器人与运动员同步运行功能模块上的显示屏读取数据，机器人与跑道的斜率是否为0，若斜率不为0，执行步骤B5，若斜率为0，执行步骤B6；
B5.调整舵机转向；
B6.在机器人与运动员同步运行功能模块上的显示屏读取数据，若机器人和运动员距离不等于2.5m，执行步骤B7，若机器人和运动员距离等于2.5m，保持机器人行驶；
B7.采用PID调节模块调整电机输出使机器人与运动员的距离等于2.5m。
7.根据权利要求5所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述数据保存功能模块在处理塑胶跑道图像的过程包括以下步骤：
C1.打开第一摄像头，获取当前系统的时间，然后创建视频流文件；
C2.获取所述自动行驶功能模块上的机器人速度数据，将获取到的数据转为文本叠加在当前帧图像中，将当前帧图像写入视频流文件；
C3.在自动行驶功能模块上的显示屏读取速度数据，如果获取的机器人速度数据与设定的速度不相同，则获取下一帧图像，重复C3步骤；如果获取的机器人速度数据与设定的速度相同，则结束获取图像，释放视频流文件，最后结束进程。
8.根据权利要求5所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述塑胶跑道数据处理模块采用RGB和HSV格式对图像进行处理，且包括以下步骤：
D1.打开第二摄像头，读取当前帧图像；
D2.将图像的RBG格式转换成HSV格式，利用迭代阈值分割，采用透视变换，将直方图与投影变换，进行滑动窗口搜索，提取跑道线坐标集，进行多项式拟合，将斜率输出和备份；
D3.在自动行驶功能模块上的显示屏读取速度数据，若机器人的速度与设定的速度相同，结束提取图像；若机器人速度数据与设定的速度不相同，程序继续进行读取下一帧图像，重复D2步骤。
9.根据权利要求6所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述激光雷达数据处理模块在处理运动员与机器人的距离数据包括以下步骤：
E1.驱动激光雷达进行数据采集，获取正负15度范围的距离，计算与设定距离的误差，并采用PID调节模块调整电机输出，若误差为0，不用调节PID调节模块，若误差不为0，采用PID调节模块调整电机输出使得机器人与运动员的距离等于2.5m；
E2.在机器人行驶过程中，在激光雷达数据处理模块上的显示屏读取数据，若采集的运动员与机器人距离等于2.5m，结束采集；若采集的运动员与机器人距离不等于2.5m，重复E1步骤。
10.根据权利要求1所述的一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人,其特征在于：所述PID调节模块在调节前驱动轮速度的过程包括以下步骤：
F1.采集所述电子调节器发出的速度数据；
F2.在PID调节模块上的显示屏读取数据，若数据与设定的速度数据不一致，则通过电子调节器来调节前驱动轮速度与设定的速度数据相同；若数据与设定的速度数据相同，则不用调节前驱动轮的速度。
一种基于ROS的跑步运动员训练陪伴机器人
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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