桌上冰壶球竞技装置的制作方法

1.本实用新型涉及运动器材技术领域，尤其涉及桌上冰壶球竞技装置。


背景技术：

2.冰壶是一种投掷性竞赛项目，比赛时需持冰壶球从本垒圆心推球向前，推动至预设拦线前，放开冰壶球使其自行以直线或弧线轨道滑向营垒中心，通过冰壶球在营垒中的位置计分。
3.随着机器人自动化的发展，机器人应用的场合逐渐增多，例如工业、医疗、餐饮等多方面均涉及机器人的使用，同时，冰壶球机器人也随之发展。
4.但是，现有的冰壶球机器人多应用于冰上的冰壶球比赛中，体积较大且结构复杂，当应用场合为桌上冰壶球等场地时，使用不便；并且，现有的冰球机器人多为对冰壶球进行搬运和保养工作，无法满足与人进行冰壶球竞技的需求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供桌上冰壶球竞技装置，体积较小且结构简单，能够满足与人进行冰壶球竞技的需求。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.桌上冰壶球竞技装置，包括：
8.若干个冰壶球；
9.桌台；
10.机械臂，所述机械臂包括底座、机械臂本体和连接顶端，所述底座和所述连接顶端分别连接于所述机械臂本体的两端，所述机械臂本体通过所述底座转动连接于所述桌台，所述机械臂本体能在空间中活动，以调整所述连接顶端的空间位置；
11.力控传感器，所述力控传感器的一端连接于所述连接顶端，所述力控传感器用以检测所述连接顶端的受力状况；
12.夹爪组件，连接于所述力控传感器的另一端，所述夹爪组件能夹持或松开所述冰壶球的把手，以使所述机械臂能带动所述冰壶球在所述桌台上滑动并投掷所述冰壶球；
13.图像采集机构，悬设于所述桌台上方，以拍摄所述桌台和所述冰壶球；
14.主机，所述主机与所述机械臂、所述力控传感器、所述夹爪组件和所述图像采集机构均通讯连接，以处理数据和接发信号。
15.可选地，所述夹爪组件包括气缸和夹爪，所述气缸的固定端连接所述力控传感器，所述气缸的伸缩端连接至少两个夹爪，两个所述夹爪能相互配合以夹持或松开所述把手。
16.可选地，所述夹爪设有圆弧面，所述圆弧面能与所述把手的外周形状相配合。
17.可选地，所述夹爪远离所述把手的一侧设有夹爪垫块，所述气缸的伸缩端通过所述夹爪垫块连接所述夹爪。
18.可选地，所述气缸上设有磁性开关，所述磁性开关用以显示两个所述夹爪的夹持
状态。
19.可选地，所述夹爪组件还包括固定板，所述气缸的固定端通过所述固定板连接所述力控传感器。
20.可选地，所述图像采集机构包括摄像头。
21.可选地，所述桌台包括投掷区和计分区，所述投掷区与所述计分区分设于所述桌台的两端，所述机械臂设于所述桌台靠近所述投掷区的一端，所述图像采集机构悬置于所述计分区的上方。
22.可选地，所述桌台上设有启动按钮，所述启动按钮用以控制所述桌上冰壶球竞技装置的启动或关闭。
23.可选地，所述力控传感器为六维力控传感器。
24.有益效果：
25.本实用新型提供的桌上冰壶球竞技装置，通过在桌台上设置机械臂和冰壶球，由于单个机械臂的体积较小，能够实现桌上竞技的目的；主机通讯连接机械臂、力控传感器、夹爪组件和图像采集机构，以实现对该桌上冰壶球竞技装置的控制；其中，机械臂本体通过底座转动连接于桌台上，机械臂本体能在空间内活动，从而使机械臂本体远离底座一端的连接顶端的空间位置可调；连接顶端上连接有力控传感器，力控传感器的另一端连接夹爪组件，夹爪组件能夹持冰壶球的把手，根据图像采集机构获取的冰壶球位置分布，并通过力控传感器检测机械臂连接顶端的受力情况，将位置及受力数据反馈至主机，以便及时调整机械臂的动作，使冰壶球在机械臂的带动下在桌台上滑动并投掷至预设位置以能够得分。该桌上冰壶球竞技装置体积较小且结构简单，能够满足与人进行冰壶球竞技的需求。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例提供的桌上冰壶球竞技装置的俯视图；
27.图2是本实用新型实施例提供的桌上冰壶球竞技装置的轴侧图；
28.图3是本实用新型实施例提供的桌上冰壶球竞技装置的主视图；
29.图4是本实用新型实施例提供的桌上冰壶球竞技装置的右视图；
30.图5是本实用新型实施例提供的机械臂与冰壶球配合的轴侧图；
31.图6是本实用新型实施例提供的机械臂与冰壶球配合的主视图；
32.图7是本实用新型实施例提供的桌上冰壶球竞技装置的竞技流程图。
33.图中：
34.1、桌台；11、投掷区；12、计分区；
35.2、机械臂；21、底座；22、机械臂本体；23、连接顶端；
36.3、力控传感器；
37.4、夹爪组件；41、气缸；411、磁性开关；42、夹爪；421、夹爪垫块；43、固定板；
38.5、图像采集机构；
39.6、主机；
40.7、冰壶球；71、把手。
具体实施方式
41.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
42.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
44.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
45.如图1-图6所示，本实施例提供的桌上冰壶球竞技装置(以下简称为“装置”)，包括桌台1、机械臂2、力控传感器3、夹爪组件4、图像采集机构5和若干个冰壶球7。桌台1上放置有多个冰壶球7，机械臂2包括底座21、机械臂本体22和连接顶端23，底座21和连接顶端23分别连接于机械臂本体22的两端，机械臂本体22通过底座21转动连接于桌台1，机械臂本体22能在空间内活动，以调整连接顶端23的空间位置；力控传感器3的一端连接于连接顶端23，能通过力控传感器3检测连接顶端23的受力状况；夹爪组件4连接于力控传感器3的另一端，夹爪组件4能夹持或松开冰壶球7的把手71，以使机械臂2能带动冰壶球7在桌台1上滑动并投掷冰壶球7；图像采集机构5悬设于桌台1上方，以拍摄桌台1和冰壶球7；主机6与机械臂2、力控传感器3、夹爪组件4和图像采集机构5均通讯连接，以进行数据处理和信号接发。
46.该装置通过设置桌台1并在桌台1上设置机械臂2和冰壶球7，以实现与人进行桌上冰壶球竞技的目的。由于该装置采用单个机械臂2，使得用于投掷冰壶球7的机械臂2的体积减小，从而能够满足桌上竞技时的场地空间限制。该装置通过主机6通讯连接机械臂2、力控传感器3、夹爪组件4和图像采集机构5，以实现对该装置的整体控制，由主机6对各部分的反馈信息进行处理，并根据获得的反馈发送控制指令以驱动各部分动作，进而使该装置能完成桌上冰壶球竞技。其中，机械臂本体22通过底座21转动连接于桌台1上，且机械臂本体22能在空间内活动，从而使机械臂本体22远离底座21一端连接的连接顶端23的空间位置可调，以能将连接顶端23移动至冰壶球7上方，并通过夹爪组件4实现抓取和投掷冰壶球7。可以理解的是，机械臂本体22已有现有结构，如epson c8-1401s型号的机械臂本体，在此不再过多赘述其具体结构及运动原理。连接顶端23上连接有力控传感器3，力控传感器3的另一端连接夹爪组件4，从而能通过力控传感器3检测机械臂2尤其是连接顶端23和其上所连接
的夹爪组件4在投掷冰壶球7时的受力情况，并将检测结果反馈至主机6后，由主机6发送控制指令，调整机械臂2的位姿，以能通过夹爪组件4实现稳定、可靠地抓取和投掷冰壶球7，降低由于机械臂3对冰壶球7所施加的力过大或过小造成操作失误。夹爪组件4能夹持冰壶球7的把手71，以使机械臂2与冰壶球7实现连接。通过图像采集机构5获取的桌台1和不同冰壶球71的分布位置，通过力控传感器3检测连接顶端23的受力情况，将上述的位置及受力数据反馈至主机6，从而确定即将投掷的冰壶球7的预设位置，以便及时调整机械臂2的空间位置及动作，使冰壶球7在机械臂2的带动下在桌台1上滑动并投掷至预设位置，实现桌上冰壶球竞技。该装置体积较小且结构简单，能够满足与人进行冰壶球竞技的需求。
47.可选地，桌台1包括投掷区11和计分区12，投掷区11与计分区12分设于桌台1的两端，机械臂2设于桌台1靠近投掷区11的一端，图像采集机构5悬置于计分区12的上方。
48.投掷区11和计分区12绘制有圆圈，其设置尺寸和距离等参数可以根据冰壶球竞技的规则适应性确定，能够实现竞技需要即可。机械臂2设置于投掷区11的一侧，以能将一方的冰壶球7由投掷区11投掷到计分区12，参与人作为竞技的另一方，控制投掷区11另一侧的冰壶球7，以实现双方竞技。具体地，机械臂2的底座21在桌台1上的具体设置位置可以根据需要设定。图像采集机构5设置于计分区12的上方，能准确拍摄桌台1以及已投掷的冰壶球7的位置分布，以便于确定即将投掷的冰壶球7的预设位置。图像采集机构5可设置为能旋转的结构，从而满足拍摄需求。
49.可选地，图像采集机构5包括摄像头。
50.可选地，桌台1上设有启动按钮，用以控制该装置的启动或关闭。可以理解的是，启动按钮可以通过控制该装置电源的方式启动或关闭装置。
51.继续参照图1-图6，可选地，夹爪组件4包括气缸41和夹爪42，气缸41的固定端连接于力控传感器3，气缸41的伸缩端连接至少两个夹爪42，两个夹爪42能相互配合以夹持或松开把手71。优选地，气缸41包括两个伸缩端，且两个伸缩端分设于固定端相对的两侧，以使两个伸缩端所对应连接的两个夹爪42能实现夹持功能。
52.该装置通过机械臂2实现夹爪组件4的定位，以使能夹爪42移动至把手71附近，并在气缸41的带动下，使两个夹爪42实现夹持或松开把手71的功能。
53.可选地，夹爪42设有圆弧面，圆弧面能与把手71的外周形状相配合，以能在夹持把手71时能贴合把手71的外周，提高夹持的稳定性和可靠性。优选地，可以在圆弧面表面设置防滑部，以保证夹持把手71时的可靠性。
54.可选地，夹爪42远离把手71的一侧设有夹爪垫块421，气缸41的伸缩端通过夹爪垫块421连接夹爪42，以补偿位于气缸41两侧的伸缩端与夹爪42之间较长的行程，降低通过连接杆等连接所带来的稳定性不足的风险。优选地，夹爪42和夹爪垫块421可以为一体式结构。
55.可选地，气缸41上设有磁性开关411，磁性开关411用以显示两个夹爪42的夹持状态。优选地，磁性开关411可以与主机6通讯连接，以便准确掌握夹爪42的夹持状态，提高智能性。
56.可选地，夹爪组件4还包括固定板43，气缸41的固定端通过固定板43连接于力控传感器3上。
57.固定板43的设置可使气缸41的连接处接触面积增大，缓解由于选用的机械臂2的
连接顶端23体积小造成气缸41端部与连接顶端23的连接可靠性低的问题。
58.可选地，力控传感器3为六维力控传感器，以能更好地感应多个方向的受力情况。
59.可以理解的是，该装置在使用时通过图像采集机构5将获取的图像传送至主机6，主机6通过图像处理后得到桌台1上若干个冰壶球7的分布位置，以此为基础判断该场竞技是否结束、计算击球策略和竞技比分。
60.在机械臂2动作之前，主机6需要根据反馈的图像及数据信息计算出进攻或防守策略，机械臂2根据主机6的指令执行预设的投掷速度、角度以及预设位置等。由于桌台1的表面状态、冰壶球7与桌台1之间摩擦等因素影响，投掷出的冰壶球7实际到达的位置与预设位置会存在偏差，该装置能根据投掷后的结果与预期目标对比，计算偏差进而优化投掷策略。
61.主机6控制机械臂2的动作及图像采集的方法包括以下步骤：
62.s100、根据图像采集机构5的安装位置，如安装角度及与桌台1的距离等因素，使用标定方法建立图像像素与桌台1的对比关系。具体地，在桌台1的三个边角放置三个标定物，测量标定物中心的实际距离，控制图像采集机构5拍照，在图像上读取到三个标定物中心的像素距离，计算出对比关系，获得标定矩阵。
63.s200、根据冰壶球的模板计算出冰壶球的具体位置。
64.具体地，采用模板匹配原理，设得到的矩阵为r(x,y)，模板图像矩阵为t(x
′
,y
′
)，源图像矩阵为i(x,y)，故
[0065][0066]
即模板图像像素减去覆盖的源图像像素的差的平方和为对应矩阵的点的值。若得到的值越接近0，说明匹配程度越高、偏差越小，鉴于模板匹配为现有技术，在此不再过多赘述。通过模板匹配方法取得冰壶球7在图像中的像素坐标，再根据s100得到的标定矩阵获得冰壶球7在桌台1中的实际位置坐标。
[0067]
s300、主机6根据s200中计算的结果得出冰壶球7的最佳路径，包括速度、角度和目标位置。
[0068]
s400、根据s300中计算的路径，机械臂2投掷冰壶球7，其中力控传感器3可以采集六维压力和扭矩，通过实时的力控传感器3的数据和主机6的控制，机械臂2自动调整运动参数。
[0069]
重复s200-s400步骤直到竞技结束，根据s200中获得的冰壶球7的位置来计算得分，判定胜负。优选地，该装置还配有超时机制，当参与人或者机械臂2在规定的时间内没有完成投掷时，该装置能给出超时说明，并结束比赛，等待下一轮竞技。
[0070]
该装置与参与人的竞技流程包括但不限于如图7所示，由参与人开始为例，包括以下步骤：
[0071]
s1、参与人投掷冰壶球7；
[0072]
s2、参与人投掷图像采集/处理；
[0073]
s3、判断投掷是否完成，若是，则执行s4；若否，则执行s5；
[0074]
s4、机械臂2投掷冰壶球7，并执行s6；
[0075]
s5、判断投掷是否超时，若是，则结束竞技；若否，则返回s2；
[0076]
s6、机械臂2投掷图像采集/处理；
[0077]
s7、判断投掷是否完成，若是，则执行s8；若否，则执行s9；
[0078]
s8、判断竞技是否结束；若是，则执行s10；若否，则返回s1；
[0079]
s9、判断是否超时，若是，则结束竞技；若否，则返回s6；
[0080]
s10、判断比分，竞技结束。
[0081]
由参与人开始投掷冰壶球7，通过图像处理装置5的图像采集以及主机6的图像处理，判断投掷是否完成，若参与人已完成投掷，则由机械臂2开始投掷；若参与人的投掷尚未完成，则需要判断参与人的投掷是否超时。
[0082]
在机械臂2投掷时，同样需要经过图像的采集和处理后，判断机械臂2的投掷是否完成，若已完成，则判断竞技是否结束；若未完成，则判断投掷是否超时。
[0083]
在判断投掷是否超时时，若出现超时，则本场竞技结束；若没有超时，则对应返回上一步骤的图像采集/处理，进一步捕捉图像并获取冰壶球7的位置。可以理解的是，图像的获取采用上述的模板匹配原理实现。在判断竞技是否结束时，若判定为结束，则判断比分，获取竞技比赛结果；若尚未结束，则继续由参与人开始新一轮冰壶球7的投掷。
[0084]
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，包括：若干个冰壶球(7)；桌台(1)；机械臂(2)，所述机械臂(2)包括底座(21)、机械臂本体(22)和连接顶端(23)，所述底座(21)和所述连接顶端(23)分别连接于所述机械臂本体(22)的两端，所述机械臂本体(22)通过所述底座(21)转动连接于所述桌台(1)，所述机械臂本体(22)能在空间中活动，以调整所述连接顶端(23)的空间位置；力控传感器(3)，所述力控传感器(3)的一端连接于所述连接顶端(23)，所述力控传感器(3)用以检测所述连接顶端(23)的受力状况；夹爪组件(4)，连接于所述力控传感器(3)的另一端，所述夹爪组件(4)能夹持或松开所述冰壶球(7)的把手(71)，以使所述机械臂(2)能带动所述冰壶球(7)在所述桌台(1)上滑动并投掷所述冰壶球(7)；图像采集机构(5)，悬设于所述桌台(1)上方，以拍摄所述桌台(1)和所述冰壶球(7)；主机(6)，所述主机(6)与所述机械臂(2)、所述力控传感器(3)、所述夹爪组件(4)和所述图像采集机构(5)均通讯连接，以处理数据和接发信号。2.根据权利要求1所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述夹爪组件(4)包括气缸(41)和夹爪(42)，所述气缸(41)的固定端连接所述力控传感器(3)，所述气缸(41)的伸缩端连接至少两个夹爪(42)，两个所述夹爪(42)能相互配合以夹持或松开所述把手(71)。3.根据权利要求2所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述夹爪(42)设有圆弧面，所述圆弧面能与所述把手(71)的外周形状相配合。4.根据权利要求2所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述夹爪(42)远离所述把手(71)的一侧设有夹爪垫块(421)，所述气缸(41)的伸缩端通过所述夹爪垫块(421)连接所述夹爪(42)。5.根据权利要求2所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述气缸(41)上设有磁性开关(411)，所述磁性开关(411)用以显示两个所述夹爪(42)的夹持状态。6.根据权利要求2所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述夹爪组件(4)还包括固定板(43)，所述气缸(41)的固定端通过所述固定板(43)连接所述力控传感器(3)。7.根据权利要求1-6任一项所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述图像采集机构(5)包括摄像头。8.根据权利要求1-6任一项所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述桌台(1)包括投掷区(11)和计分区(12)，所述投掷区(11)与所述计分区(12)分设于所述桌台(1)的两端，所述机械臂(2)设于所述桌台(1)靠近所述投掷区(11)的一端，所述图像采集机构(5)悬置于所述计分区(12)的上方。9.根据权利要求1-6任一项所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述桌台(1)上设有启动按钮，所述启动按钮用以控制所述桌上冰壶球竞技装置的启动或关闭。10.根据权利要求1-6任一项所述的桌上冰壶球竞技装置，其特征在于，所述力控传感器(3)为六维力控传感器。

技术总结
本实用新型属于运动器材技术领域，公开了桌上冰壶球竞技装置。该桌上冰壶球竞技装置包括若干个冰壶球、桌台和与主机均通讯连接的机械臂、力控传感器、夹爪组件和图像采集机构；机械臂包括底座、机械臂本体和连接顶端，机械臂本体通过底座转动连接于桌台，且能在空间中活动以调整连接顶端的空间位置；力控传感器一端连接连接顶端，以检测连接顶端的受力状况；夹爪组件连接力控传感器的另一端，能夹持或松开冰壶球的把手，使机械臂能带动冰壶球在桌台上滑动并投掷；图像采集机构悬设于桌台上方以拍摄桌台和冰壶球，主机用以处理数据和接发信号。本实用新型提供的桌上冰壶球竞技装置，体积较小且结构简单，能够满足与人进行冰壶球竞技的需求。技的需求。技的需求。


技术研发人员：文斌 钟鑫 吴超 高洁 周皓淇
受保护的技术使用者：苏州塔米机器人有限公司
技术研发日：2023.02.01
技术公布日：2023/9/3