作者：丁文龍 、王小軍、任劍杰、張釗銘

單位：寧夏大學(xué)

指導(dǎo)老師：康彩

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

? ? ?? 隨著人們對(duì)機(jī)器人技術(shù)智能化本質(zhì)認(rèn)識(shí)的加深，機(jī)器人技術(shù)開(kāi)始源源不斷地向人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域滲透。在這其中，服務(wù)機(jī)器人作為一個(gè)重要分支，在國(guó)內(nèi)外研究領(lǐng)域已經(jīng)得到普遍重視。服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣,主要從事維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。但至目前為止，乒乓球撿拾器在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的發(fā)展卻較為滯后。文中所述的智能撿乒乓球機(jī)器人，正是一種應(yīng)用于兵乓球體育賽事的自主式移動(dòng)的服務(wù)機(jī)器人。智能撿乒乓球機(jī)器人可以應(yīng)用在業(yè)余或?qū)I(yè)的乒乓球訓(xùn)練基地或訓(xùn)練學(xué)校，使用智能撿乒乓球機(jī)器人可以減輕訓(xùn)練人員回收乒乓球的負(fù)擔(dān)，能夠減少訓(xùn)練時(shí)的無(wú)效訓(xùn)練時(shí)間，提高運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效率，使運(yùn)動(dòng)員可以更好的投入到專業(yè)的訓(xùn)練當(dāng)中，從而取得更好的比賽成績(jī)。

? ? ? ?智能撿乒乓球機(jī)器人利用OpenMV對(duì)乒乓球進(jìn)行定位，接著機(jī)器人接收到乒乓球的位置前往撿球，到達(dá)位置時(shí)，升降臺(tái)降下?lián)烨蚩?，利用撿球筐底部彈簧，?duì)乒乓球進(jìn)行拾取，完成撿球。

? ?? ? 本項(xiàng)目涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、Solidworks、機(jī)械原理等知識(shí)以及自動(dòng)化、傳感器、圖像處理等先進(jìn)技術(shù)，在實(shí)際中應(yīng)用了Solidworks三維構(gòu)圖，Arduino編程、Python編程和計(jì)算機(jī)模擬的知識(shí)，是多學(xué)科綜合運(yùn)用的結(jié)果。

? ? ?? 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外撿乒乓球機(jī)器人的研究有兩個(gè)方向:一是夾持式，二是吸附式。第一類中機(jī)械手的設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，且機(jī)械手與球之間是硬接觸，容易對(duì)乒乓球造成機(jī)械式的損傷。第二類比第一類在技術(shù)上更成熟，但由于在拾取后真空泵要持續(xù)工作，耗能比大，不符合當(dāng)下節(jié)能減排的思想。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的機(jī)器人在靈活性與節(jié)能減排等方面都有很大的提升，經(jīng)濟(jì)與實(shí)用效益都非?？捎^。

二、開(kāi)發(fā)過(guò)程

? ? ?? 本設(shè)計(jì)完全是基于實(shí)踐考慮，設(shè)計(jì)之初進(jìn)行了詳細(xì)的前期考察和調(diào)研;根據(jù)考察的結(jié)果制定具體的設(shè)計(jì)方案和要求，初步設(shè)計(jì)出整體的布局和結(jié)構(gòu)外形; 使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行虛擬樣機(jī)的仿真模擬，并優(yōu)化;根據(jù)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)制作物理樣機(jī);進(jìn)行撿球?qū)嶒?yàn)，最終確定樣機(jī)形式。

(1) 前期考察調(diào)研

? ? ?? 各大體育場(chǎng)館的乒乓球訓(xùn)練、比賽場(chǎng)地進(jìn)行了實(shí)地考察，了解服務(wù)人員對(duì)撿球車有什么需求和建議，對(duì)比目前在用的撿球方法和撿球器械的撿球器械的優(yōu)缺點(diǎn)。

(2) 撿球車定型

? ?? ? 根據(jù)考察的結(jié)果，選定本設(shè)計(jì)的撿球機(jī)器人利用升降臺(tái)升降撿球筐撿球。

(3) 乒乓球撿球車的三維機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

? ? ?? 撿乒乓球機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括底盤的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、撿球結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)球機(jī)構(gòu)，通過(guò)三維建模確定整車設(shè)計(jì)可行性，并對(duì)各零部件做出優(yōu)化，最終確定整車的數(shù)據(jù)。

(4) 乒乓球撿球車運(yùn)動(dòng)仿真

? ? ??利用SolidWorks對(duì)所建立的三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，通過(guò)軟件分析查看整車效果并做優(yōu)化處理，生成最終的裝配圖和工程圖。

(5) 調(diào)試圖像識(shí)別

? ? ??利用OpenMV對(duì)乒乓球進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)一定算法，確定位置。

(6) 調(diào)試超聲波避障

? ? ??利用超聲波模塊對(duì)障礙物進(jìn)行避障。

(7) 調(diào)試撿球裝置

? ?? ?利用升降臺(tái)升降撿球筐撿球。

(8) 調(diào)試程序

?? ? ? 對(duì)圖像識(shí)別程序、超聲波避障程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序等一系列程序進(jìn)行組合，構(gòu)建OpenMV與Arduino之間的通信。

(9) 乒乓球撿球車的制造

? ? ? ?根據(jù)零件圖和裝配圖選取探索者套件，完成整機(jī)組裝，并為撿球車配置整套電控系統(tǒng)，對(duì)組裝好的撿球車進(jìn)行調(diào)試。

?三、程序代碼

超聲波避障部分代碼：

升降臺(tái)部分代碼：

圖像識(shí)別部分代碼：

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