(完整版)捡球机器人简介
乒乓球捡球器的设计原理
乒乓球捡球器的设计原理一、引言乒乓球捡球器是一种自动化设备，用于在乒乓球比赛中捡取球。
它能够提高比赛效率，减少人工捡球的时间和精力。
本文将详细介绍乒乓球捡球器的设计原理，包括机械结构、电力驱动、控制系统、传感器技术和人工智能技术等方面。
二、机械结构乒乓球捡球器的机械结构主要由捡球机构和移动机构组成。
捡球机构采用旋转式设计，通过电机驱动旋转，将乒乓球捡起并放入收集箱。
移动机构采用轮式设计，通过电机驱动轮子，实现捡球器的移动和定位。
同时，机械结构还需要考虑球的大小和形状等因素，以确保捡球器的准确性和稳定性。
三、电力驱动乒乓球捡球器的电力驱动主要采用直流电机驱动。
直流电机具有调速性能好、控制精度高等优点，能够满足捡球器对速度和精度的要求。
同时，直流电机还具有体积小、重量轻等优点，能够降低捡球器的整体重量和体积。
四、控制系统乒乓球捡球器的控制系统主要采用单片机或PLC等控制芯片实现。
控制系统需要实现以下功能：1.电机控制：通过控制电机的速度和方向，实现捡球器的移动和旋转。
2.传感器信号处理：通过传感器检测乒乓球的位置和数量等信息，并将信息传递给控制系统进行处理。
3.人工智能算法实现：通过人工智能算法实现对乒乓球的识别和预测，提高捡球的准确性和效率。
五、传感器技术乒乓球捡球器采用传感器技术进行检测和识别。
主要包括以下几种传感器：1.超声波传感器：通过发射超声波并接收反射波来判断乒乓球的位置和距离等信息。
2.红外线传感器：通过检测乒乓球的红外辐射来判断其位置和存在等信息。
3.摄像头传感器：通过拍摄图片或视频等方式来识别乒乓球的数量和颜色等信息。
六、人工智能技术乒乓球捡球器采用人工智能技术进行识别和预测。
主要包括以下几种技术：1.图像识别技术：通过训练神经网络等算法实现对乒乓球的识别和分类。
2.机器学习技术：通过训练数据模型来提高对乒乓球的识别和预测能力。
3.深度学习技术：通过建立深度神经网络模型来实现对乒乓球的更准确识别和预测。
一种智能乒乓球捡拾机器人的设计研究
一种智能乒乓球捡拾机器人的设计研究作者：赵晓玉李宇李玲玲来源：《科技风》2020年第24期摘要：乒乓球运动是一种世界流行的球类体育项目，但是捡球是一件非常让人头疼的事情，基于此，研制了一款智能乒乓球捡拾机器人。
本机器人外壳由铝板制作，其主控芯片为STM32F407，由行走装置、捡拾装置、识别计数装置和报警与自动出球装置组成，多种装置巧妙设计机械结构和连接电路，它们之间相互配合工作，使机器人能够圆满地完成捡拾球的任务。
此款智能乒乓球捡拾机器人集识别、捡拾、计数、显示、自动出球、报警、远程控制等一系列功能于一体，可实现不间歇工作，减少劳动力，捡拾效率高，具有广阔的应用前景。
关键词：捡拾机器人;乒乓球;识别;报警;远程控制1 研制背景及意义众所周知，乒乓球运动是一种世界流行的球类体育项目，同时它也是我们中国的国球，我们的乒乓球健将取得世界乒乓球比赛的大部分冠军，甚至多次包揽整个赛事的所有冠军。
这项运动老少咸宜，又不需要十分复杂的运动场地和器械，因此受到大多数人的喜爱，越来越多的人开始学习打乒乓球。
但是在打乒乓球的过程中总有一件事让打球的人很头疼，那就是捡球。
现在的乒乓球直径40.00毫米，比一个鸡蛋还要小，其重量为2.6～2.8克，也比较轻，不太容易捡拾。
每当要捡起一个乒乓球的时候，捡球的人就要弯一次腰，对于长期从事这项工作的人来说是一个很大的身体负担。
正因为如此，设计一种能够代替人捡拾乒乓球的机器人就有了它的重要性。
这种机器人能够又好又快地将散落在地面上的乒乓球捡起，并且把不同颜色的乒乓球分类，然后放入指定的位置进行回收，以便下一次使用。
尽管这个机器人所实现的功能相对来说十分简单，但是它确实能帮助人类完成工作，减少人类的负担，这也是服务类机器人的重要使命。
2 智能乒乓球捡拾机器人的组成及工作原理2.1 智能乒乓球捡拾机器人简介该机器人外殼部分主要由铝板制作，其主要特点是全智能化、自动化捡球。
机器人的控制电路简单，其主控芯片是STM32F407，该系列芯片是ST旗下的一款常用的增强型系列微控制器，功能强大，运行速度快，内存大，低功耗，适用于各种电力电子系统方面的应用。
捡球机器人计划书
捡球机器人计划书1 自动拾取乒乓球机器人的发展现状国内、国外都还没有专门用来自动拾取机器人出现，经过查阅相关资料和相关报道，有关于乒乓球拾取的应用，现在没有成熟可推广的技术。
自动拾取乒乓球机器人的应用，能使运动员节省体力与时间，增加训练时间，节省人力和节约经费。
对于我国来说，乒乓球是国球，参与学习和训练的爱好者，数量庞大，该自动拾取乒乓球机器人的应用节省弯腰捡球次数，提高工作效率，降低了训练成本，不在需要球童来捡球，节省了人力。
国内、国外都还没有专门用来自动拾取乒乓球机器人的出现。
现在没有成熟可推广的技术。
自动拾取乒乓球机器人可以依托扫地机器人，拾取系统和球袋子。
若产品研发成功便可填补这领域的空白。
2 自动拾取乒乓球机器人的设计路径规划技术是机器人控制技术研究中一个十分重要的问题，到目前为止，研究方法主要有传统方法和智能法2 大类。
传统的路径规划方法———自由空间法、图搜索法、删格解耦法和人工势场法等；智能路径规划的方法———基于模糊逻辑的机器人路径规划和基于神经乒乓络方法的机器人路径规划等。
目前市场上捡球机器人所采用的夹持器以虎钳式为主，夹持精度不高，运动效率低，而专业化的机械臂价格昂贵，功能多样化，可以完成机械臂在非特定环境下的自主抓取。
目前国内已有一部分可以拾取乒乓球的机器人，但还没有基于真实环境的机型，现有的机器人采用的抓取方法主要以虎钳式为主，所用夹持器只有2 ～3个自由度，自由度不高，作业半径小。
国外现有的拾取乒乓球机器人只能实现半自动化，无法独立自主找到散落的球并完成捡拾，而且因为体型过于庞大，无法运用于赛场。
总体来说，国内外在通过移动平台捡拾乒乓球上的技术还是不够成熟，提升空间很大，同时，它的市场前景又相当广阔。
针对以上存在的问题，本文在以往方法的基础上，改善乒乓球自拾取过程的各个环节，提出一种基于视觉捕捉的乒乓球自拾取方法，并设计整体方案，搭建物理样机，开发出一套造价低廉，控制精度较高，适用于市场的乒乓球拾取机器人系统，即移动机器人与机械臂联合平台，并进行效果验证。
投篮机器人说明书
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
e、严禁随意掰动各个光电检测元件
f、防止摔击
四、发展前景
目前，机器人已经越来越多、越来越广泛地应用于生产生活的各个方面。在机器人的研究领域里面，每个国家都在积极的研究，一直是于热门的领域，也取得的非常好的效果，希望将来能过替代人工操作；目前为止，本设计已经能过大概的模拟出“活物”的控制系统，但还是处于机器人研究的摸索阶段，还不过智能；投篮机器人在电子玩具上不仅有良好的观赏性，而且在控制精度领域里面也有大的进展。
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0xFF,0xFF,0xC3,0xC3,0xC3,0xC3,0xFF,0xFF,
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x12,0x13,0x1F,0x13,0x11,0x10,0x10,0x10,
0x10,0x10,0x30,0x30,0x33,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x00,
0x00,0x01,0x01,0x03,0x03,0x07,0x04,0x08,//"第",
0x10,0x01,0x00,0x04,0x07,0x06,0x06,0x07,
二、原理说明
乒乓球捡球机器人的设计与实现
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ４ ２ ． ３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ０ ０ １— ３ ８ ８ １（ ２ ０ １ ４ ｌ ３— ０ １ ６— ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔａ ｂ ｌ ｅ Ｔｅ ｎｎ ｉ ｓ Ｐｉ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｒｏ ｂ ｏ ｔ
２ ０ １ ４年 ２月
机床 与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ Ｔ０ＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ ＣＳ
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０１ ４ Ｖｏ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． ３
第４ ２卷 第 ３期
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １—３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ３ ． ０ ０ ５
ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｅ ｎ ｎ ｉ ｓ ｐ ｉ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｗ ｅ ｌ ｌ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ ｒ ｅ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ ｂ ａ ｌ ｌ ｐ ｉ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｅ ｎ ｎ ｉ ｓ ｐ ｉ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ；Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｔ ｅ ｎ ｎ ｉ ｓ ；Ｃ ＭＯＳ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ； Ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
关于乒乓球捡球机器人的设计应用
592023年6月上 第11期 总第407期信息技术与应用China Science & Technology Overview1绪论1.1作品背景和意义乒乓球作为国球，越来越多的人喜欢打乒乓球，在乒乓球的学习中，发球是最基础最重要的一环，其中，发球和捡球的效率决定练习的时长。
为了更快更好地练习，减少运动员在练习过程中繁重的捡球工作。
通过对市场上捡球机器人的调查，捡球机器人都存在一些问题，如种类较多、速度较慢、成本较高、工作效率较低等。
因此，研究一款智能化乒乓球捡球机器人，能够自动拾取散落在球场上的乒乓球，可以在减少人力投入、提高训练效率等方面发挥重要的作用。
1.2 问题分析捡球机器人利用传感器对目标物体进行识别，再利用目标物体的位置信息，进行轨迹规划，进而通过控制机器人实施捡球。
为了解决这个问题，机器人通过树莓派收集传感器数据，采用深度强化学习算法[1]，在学习的过程中，不断实时定位，小车选择出最优的路径规划，规避障碍物，快速运动到指定地点，同时机械臂运动可以更加准确地抓取目标乒乓球。
通过深度学习算法，可以将小车运动最优化，机械臂的控制简单化，使整个捡球的稳定性、实用性及操作精度得到更好的保障。
2机器人系统总体设计2.1系统运行逻辑框架乒乓球捡球机器人的运行流程为:（1）经过系统的图像训练，在树莓派之中生成所需要抓取的乒乓球的模板帧。
（2）图像识别模块在周围寻找相似的模板，并进行靠近。
（3）机器人捡球系统的红外避障传感器开始检测是否有障碍物。
当检测到障碍物时，红外传感器将信号传递给树莓派，树莓派控制运动模块做出相应运动并再次检测是否有障碍物存在。
（4）到达所需要的模板帧处，当树莓派根据图像判别机器人当前的位置合适时，树莓派对抓取模块发出抓取命令，机器人抓取乒乓球并将其存储到机械爪旁的框中[2-3]。
2.2机器人搭建机器人以树莓派为核心模块，辅以摄像头作为机器视觉部分的接收，获取机器人身前的目标检测区域。
乒乓球捡球机器人的设计与实现
乒乓球捡球机器人的设计与实现乒乓球是一项广受欢迎的体育运动，对于提高反应速度和手眼协调能力有很大帮助。
然而，乒乓球比赛中会产生大量的乒乓球，这些球的捡拾和整理是一项耗时耗力的任务。
为了解决这个问题，我们可以设计一款乒乓球捡球机器人，以实现快速、准确的捡球目标。
机械结构乒乓球捡球机器人应具备一个可以容纳多个乒乓球的容器，通常可以设计成一个可旋转的圆盘或是一个可以伸缩的抽屉。
圆盘的表面可以有一些特殊的纹理或结构，以帮助固定乒乓球。
在圆盘的下方，可以设置一个或多个小型旋转电机，以帮助圆盘快速旋转。
当电机接收到捡球指令时，电机带动圆盘旋转，将乒乓球送入圆盘的中心孔洞中。
控制系统捡球机器人的控制系统应该包括一个主控制器和多个传感器。
主控制器负责接收用户的指令并控制捡球机器人的动作。
传感器则负责检测乒乓球的位置和数量。
控制系统应当能够根据传感器检测到的信息，自动调整机器人的捡球策略。
例如，当圆盘内的乒乓球数量达到一定阈值时，控制系统应当能够自动暂停圆盘的旋转，以防止乒乓球掉出圆盘。
视觉系统为了实现准确的捡球，捡球机器人还应该配备一个视觉系统。
视觉系统包括一个高分辨率摄像头和一个图像处理器。
摄像头负责拍摄乒乓球场的全景图像，并将图像数据传输给图像处理器。
图像处理器则负责分析图像数据，识别并定位乒乓球的位置。
通过视觉系统的帮助，捡球机器人可以更加准确地找到乒乓球，从而提高捡球效率。
机械设计首先需要设计机器人的机械结构。
考虑到乒乓球的尺寸和重量，我们需要为机器人设计一个能够容纳足够多乒乓球的容器。
乒乓球是一项广受欢迎的体育运动，对于提高反应速度和手眼协调能力有很大帮助。
然而，乒乓球比赛中，捡球是一项耗时且耗费体力的任务。
为了解决这个问题，本文介绍了一种智能乒乓球自动捡球机器人的设计与实现。
该机器人主要由红外传感器、微型处理器、机械手臂、球仓等组成。
机器人通过红外传感器检测乒乓球的位置，将信息传递给微型处理器进行分析。
工业机器人--乒乓球拾取机器人
知识技能设计大赛--乒乓球拾取机器人设计By高二（14）班吴俊琨乒乓球拾取机器人一，总体方案设计：由于要使用乒乓球拾取机器人的场所多为乒乓球赛场，而赛场一般比较宽敞，且地面平整，而且乒乓球形状规则，体重轻，为了设计小巧简便的乒乓球拾取机器人，首先要选择合适的机械臂的运动形式。
我选择圆柱坐标型机械臂。
它所占空间较小，工作范围较大，动作比较灵活，且结构相对简单。
另外，乒乓球在比赛场分布散乱，需要乒乓球能够识别乒乓球的位置，然后运动到合适的位置，然后拾起，然后放到合适的位置，为了提高效率，乒乓球机器人自身带一个装球篮，这样机器人可以拾取多个球后再运到合适位置，由操作人员把乒乓球放到合适的位置。
综上机器人的总体方案图如下二，驱动形式：乒乓球体拾取机器人拾取的对象乒乓球体重轻，所以机器人的转动，提升以及机器人的行走可以使用电动机带动，不仅响应快，环保，而且结构简单。
并且液压驱动可能会有液压油泄露，给比赛场地带来污染。
对于小臂的伸缩，也可以使用齿轮齿条，小臂结构小，使用齿轮齿条会使制作更不方便，而用气动可以很方便的解决。
最后，机器人的手部，由于拾取的乒乓球形状规则，体重轻，可以使用吸盘式的机械手，这时采用气动可以方便的实现吸盘的动作，并且气动响应快，可以提高效率。
综上机器人的腰部转动是通过电动机带动齿轮的转动，肩关节的上下移动是通过电动机转动啮合齿条来实现的，小臂的伸缩是通过气动来实现的，手部对乒乓球的拾起，放下是通过启动来实现的。
下面分析一下机器人的行走装置的驱动方式：乒乓球拾取机器人是轮式行走装置，为了实现拾取整个场地的乒乓球，转弯是必须的，所以我采用的行走形式是：两个后轮驱动，一个前轮导向。
其结构如下图对于后轮，电机带动齿轮1转动，齿轮1再带动齿轮2转动，齿轮2带动主轴转动，带动锥齿轮的转动使两后轮转动，机器人行走对于前轮，电机带动带轮的转动，使得前轮转向，实现机器人的转向。
三．机器手臂对于直角坐标型机器臂，这种机器臂臂部由三个相互正交的移动副组成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
智能捡球机器人
作者：田伟，郭萧
所在院校：北方民族大学一、背景简介
随着社会科技文明的不断发展，智能化逐渐走进人们日常生活中。
由于人们惰性带来的一系列身体问题逐渐引起人们对体育运动的重视。
如果能将体育运动中一些服务性的工作交给机器人来完成，那么体育运动就达到了一种自动化加娱乐性双重效果了。
介于此，我们由球场上散乱的球类入手，开发了此款智能捡球机器人。
此机器人以freescalek60芯片为主控，用两只线性CCD模块作为寻找小球的“眼睛”，并能将搜寻的图像实时显示，真正达到一种智能捡球的功能。
二、硬件设计
该捡球机器人以飞思卡尔公司的kenitis系列的k60芯片作为主控芯片，利用两只线性CCD作为传感器采集视野中所有敏感点并将其返回到k60主控中，然后软件程序对返回的信号进行滤波等操作，将此信号对比分析并实时在液晶屏上显示此信号，经过一系列分析操作后，控制机器人运动到目标小球的后方，并转动收纳电机将球收入到指定位置，搜寻过程中，该机器人需在不同方位进行搜寻，因此加入一个控制舵机，这样便可以全方位，无死角的对各个方向进行检测和控制，以此便完成了一个智能捡球的任务。
三、软件设计
该系统软件设计实在IAR Embedded Workbench开发调试环境下采用纯c语言编程实现的，该设计包括线性CCD采集图像处理程序设计，液晶显示屏点对点显示程序设计，舵机控制程序设计，以及机器人移动捡球部分的控制程序设计，其中最复杂的当属所有模块有逻辑的组合在一起，整体实现功能的接口部分的程序。
四、捡球测试
通过捡球原理与机械硬件结构的结合，搭建出最终机器人模型。
整体装配过程中，需对摄像头角度等进行测定范围，将其视野能达到最大化用乒乓球来模拟目标球，散乱放置在指定区域中，进行在线调试，将所有参数设定到最佳之后，捡球机器人的初步调试工作完成，即可将程序烧录到主控制器的FIASH中，实现机器人的脱机运行。
接下来进行二次测试：分别在机器人近距离处的周边放置乒乓球，依次检查在不同球分布位置不同条件下的捡球动作执行效果；然后将机器人周边的球取走，检查机器人在找不到球的情况下的动作执行效果。
完成以上测试后，再次调整实际运动所需的各项参数，再次检查。
经过多次实际运行测试，机器人能够基本顺利进行各项动作。
五、总结
这个智能捡球机器人能够大大减缓在乒乓球或者网球训练过程中因人工收集而造成的效率低下，工作量大的弊端，并且设计的机器人捡球，更能提高人们对一些球类运动的积极性，一方面解决了人工方面的繁琐工作，一方面提高了人们的兴趣。
在做这个项目时我们了解了许多关于捡球系统的功能，发现目前已有的捡球机器人种类较少，并且捡球动作的实现主要是通过机械手等机械装置来捡球，这些捡球装置多因为机械结构的限制，，对于位于墙角和藏于障碍物之间的球类不能有效捡取，因而只适用于障碍物较少并且远离墙壁的球类的捡取。
介于此我们设计此机器人的硬件结构搭建过程中，采用移动小车的模型，利用电机带动收集轮的转动来收集小球，因其体积较小，灵活性强，可以水平移动到角落等的优点，有效解决了上述的各种弊端。
另一方面，采用飞思卡尔系列的芯片，鉴于其内核的强大，运算速度超快，信息量存储较大，对于此类讲求机器人的控制更是灵活，失误率大大降低。
但是同时由于我们缺乏有效的路径规划机制，有些球类的位置可能正好存在于捡球机器人的视觉死角位置，从而造成有些小球不能顺利被捡取，造成失误，在这方面以后还要多多考虑，争取做到真正的无死角收取小球。