自动捡球机器人的机械结构设计

0 引言球类运动员及其运动爱好者日常训练就是对一个动作的反复的机械性的练习，从而形成肌肉记忆，进而取得最佳效果。

由于训练强度高，球场的周围会散落大量的球，如乒乓球、网球、羽毛球等，不仅影响场地使用面积，给训练者带来了很多麻烦，完全靠人力去完成球类的捡拾，既浪费精力又浪费时间。

为了解决球场上大量球的捡拾工作，有良好的运动氛围，实现捡球过程的自动化、智能化、高效化。

国内外研究了多种人工、半自动和全自动的捡球装置，如武泽孟[1]研制的智能捡球机、夏春风[2]研制的乒乓球捡球机是针对乒乓球的，丁正龙[3]研制的全方位运动捡球机，还有冯嘉伟[4]、吕腾飞[5]等也是针对网球的，徐爱群[6]、王华玲[7]研制的羽毛球捡球机是针对羽毛球的，这些装置和设备针对某一种球类进行设计，无法满足多方面需求，因此，开发出多功能具有自主运动捡球、整理为一体的捡球机具有巨大的市场潜力。

1 工作原理及总体方案设计该设备的主要任务是自主捡球，主要应用在乒乓球、网球和羽毛球比赛场或者练习场上。

其工作流程如下：当捡球机开启，进入工作模式，先绕球场边界绕行一周，再按S 型绕整个场地移动，在捡球机移动过程中机械手处于离地面较近的位置，当机械手中的红外传感器检测到有球在抓手中，舵机驱动抓手闭合，视觉传感器识别球的种类，根据识别到不同的球将信息传给控制器，控制器处理信息，将驱动信号发送给机械臂底盘舵机，控制机械臂转向不同的储球装置。

机械臂的转动角度为固定值，转到一定位置，抓手打开，球下落沿轨道进入储球装置。

机械臂按原路返回继续下一个抓取动作。

当遇到人或者其他障碍物时，安装在捡球机车体上的超声波传感器将信息传输给控制器，控制器将信息处理传输给全向轮驱动电机，捡球机可自动绕行。

当完成捡拾工作，捡球机返回初始点，发出声音提示工作人员更换储球装置，最终完成工作。

自主运动捡球机主要由机械臂、分拣装置及储球装置、全向轮、电机、传感器构成。

其整体装配图如图1所示。

自动拾取乒乓球机器人的机械结构设计刘仕文（东莞理工学院城市学院，广东东莞523419）在乒乓球场上训练或比赛的时候，地面上肯定会有很多出界和无效的乒乓球。

目前，主要还是通过人工的方式来捡球和送球，这明显降低了工作的效率和提高了工作人员的劳动强度。

虽然已经有很多智能机器人被应用到我们的日常生活中，但是并没有被专门应用于乒乓球场上的机器人。

因此，如果能将智能机器人应用于乒乓球场上，实现捡球和送球的自动化，其必将大大提高该工作的效率和降低工作人员的劳动强度。

本自动拾取乒乓球机器人主要应用于乒乓球训练场或比赛场上，其主要功能是自动拾取乒乓球。

该自动拾取乒乓球机器人的工作流程如下：当自动拾取乒乓球机器人通过声控装置自动识别并接收到运动员发出的捡球命令后，首先采用图像识别技术自动识别乒乓球的方位，接着对乒乓球的位置分布作一个最优的行程判断，然后再走到乒乓球所在的地方，最后将乒乓球捡起并放进存放腔中；当机器人接收到由运动员发出的送球指令后，再自动把乒乓球送给运动员。

为便于读者更好地理解机械结构的设计思路，本文从一开始就引入总体设计方案，然后对各主要机构进行详细的设计和分析，最后介绍设计的总体效果。

1总体设计方案1.1行走方式机器人行走机构的分类和特点如表1所示[1]。

由于乒乓球场一般都比较宽敞，且地面比较平整，所以选择轮式行走方式比较合理。

而且，轮式机器人的设计和制作过程相对其它类型机器人较为简单，其自动控制系统的设计也相对容易。

1.2捡球方式捡球方式有两种可供选择的方案。

一种方案是设计一个机械手，直接将乒乓球抓取起来，再将乒乓球放到存放腔中；另一种方案是仿照吸尘器的原理，将乒乓球吸起来，再存放到存放腔中。

如果设计一个机械手直接抓取乒乓球，则需要设计的活动关节较多，所设计的机构将较为复杂，而且在自动控制方面也较难处理。

由于自动拾取乒乓球机器人作用的对象是乒乓球，其重量较轻、体积较小，因而比较容易吸取。

因此，本设计采用第二种方案。

技术平台乒乓球智能捡取机器设计构想翟伟东（西北工业大学计算机学院，陕西 西安 710072）摘 要：本设计构想旨在设计一种捡取乒乓球的智能机器，它能够在各种乒乓球场馆进行运作。

该机器可依靠四驱车底盘在场地间移动，它携带有红外探测器，能够利用红外感知进行障碍检测，从而自动躲避障碍物。

在移动中，该机器能够通过携带的图像传感器，检测视野中是否出现乒乓球，确定存在后能够主动捡取。

该机器在四驱车底盘上搭载了独特的乒乓球吸取装置，它能够利用风扇转动产生的气压差，使乒乓球吸入到携带的收纳盒中。

总之，该捡取机器能够克服传统人力捡球费力费时的缺点，大大提高人们的训练质量。

关键词：红外感知；图像传感器；压力差0 引言“乒乓球”是我国最引以为豪的体育运动之一，常年获得各种奖项的冠军，也长期引领了国民的“乒乓热”。

我国乒乓球场馆众多，学习人数也是居高不下。

在训练和比赛的过程中，经常会用到大量的乒乓球，从而会产生很多掉落在地上的球。

为处理这些球，通常大家都会在用完所有球之后手动进行捡球，这必然会浪费大量人力，也会导致训练时间的浪费。

目前，我国大多数场馆还是采用着人工捡球的方式去进行乒乓球的捡取，费时费力。

市面上也有一些捡球机，主要是通过搭载在传统小车（如四驱车）上的机械手臂来拾取，这些机器因为自身物理机械结构的限制性，对于墙角和一些障碍物之间的乒乓球不能有效捡取，即效率较低且适用的局限性太大。

为了减轻运动员的负担，使大家能够纯粹享受乒乓球运动的乐趣，因而提出一种乒乓球智能捡取机器的设计构想。

1 设计方案这种乒乓球智能捡取机器由以下5个部分组成：机器控制模块、红外传感器、乒乓球识别模块、吸取装置、核心处理模块。

1.1 机器控制模块机器控制模块用来控制整个机器的运作状态，实现机器的启动、停止及自主运行，并能够接受核心处理模块发来的转向或停止信号进行转向。

它采用单片机作为检测和控制核心，并使用12V的锂电池进行供电，以及通过LM7805芯片进行调压。

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。

投篮机器人拣球及弹射机构的设计摘要本文包括投篮机器人从拣球到弹射整个过程的设计。

当电机驱动涵道转动后，由于气流的的反向作用，使得下部气压减小上部气压增大。

从而使弹力球进入桶内当捡球装置内装入弹力球后底座上的电机驱动机械臂发生转向，机械臂上的电机则转动，使得捡球桶口与装球口相对应，此时，涵道反转弹力球即进入装球装置内。

当装球装置内装入球后，驱动凸轮的电机转动。

从而使装球装置与凸轮相脱离。

在弹簧拉力的作用下，使小球弹出去。

关键词：捡球装置，驱动电机，机器人机构设计，弹射机构Robot shooting the ball and pick the design of the ejectionmechanismAbstractsThis article includes shooting robots from picking the ball to catapult the entire process of design. Picking device consists of a bucket fitted with ducted fan configuration, when the motor-driven ducted rotation, due to the reverse flow of the action, so that the lower the air pressure decreases, the upper pressure increases. So that the elastic ball into the barrel. Picking the completion of the action. When the motor-driven robotic device into the stretch and then picking the ball inside the base of the shift occurred when turned pre-designed angle, then turn the motor on the arm, making picking bung opening corresponds with the ball, At this point, ducted reverse, elastic ball into the ball that means. When the ball device built to score, driven cam motor rotation. So that the ball device with cam phase out. Under the action of a spring, so that the pop-up to the ball.Keywords:picking device, drive motor, the robot mechanical design目录1绪论 ........................................... 错误!未定义书签。

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。

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。

“羽众不同”自动化羽毛球机器人创新结构设计摘要：随着社会的发展，机器人开始进入我们的视野，人们的生活逐渐丰富多彩，本文介绍的一种羽毛球机器人机构，该设备通过5G实现自动化陪同训练，且安全性高、劳动强度低。

主要零部件构成：电机，红外感应构成的检测装置，羽毛球机械臂等装置构成。

该机器人具有自动化，且安全性高、劳动强度低、专门针对人们日常生活锻炼的执行机构。

自动羽毛球机器人由机械臂，滑轮，转向机构等构成。

该机器人适用于家庭、训练馆、学校等，以及不适合现有的大型活动现场，本团队基于该社会现象，开发这一产品。

关键词：羽毛球机器人；机构；自动化引言自动化羽毛球机器人主要通过我国现有的5G技术为基础，在电机的作用下，通过安装在机器人身上的机械臂，以及红外遥感进行检测、识别以及码垛和传球工作。

红外传感可以对传球和打球过程中的羽毛球的坐标进行定位。

机械臂工作台的定位精度和速度平稳性是衡量机器人性能的重要指标，在设计中要格外注重提升机械臂和红外传感的反应识别速度和平稳度，提升对羽毛球传接的控制。

普通机器人发展水平是当前最能体现我国人民文化娱乐方式发展程度的指标，针对其的总体结构、原理、设计要点等方面展开论述。

1 自动化羽毛球机器人概述该机器人主要由机身、行走机构、捡球机构和码放装置组成，能够在各种羽毛球训练基地和训练场馆使用，自动捡拾羽毛球训练后场地中散落在地上的羽毛球，并且将其自动码垛收纳，大大提高运动员的训练效率。

羽毛球机器人由全向平移底座机构、支撑连接机构、击球机构、落球机构与驱动机构。

全向平移底座机构能够完成羽毛球机器人的迅速启动、停止、转弯、滑动等动作，是机器人运动系统的主要组成部分[1]。

羽毛球机器人主要依靠底盘进行运动，底盘即为全向平移底座机构。

底座材料主要采用三角铝型材料，具有质量轻、强度大的优势，在减轻机器人整体质量的同时，还提升了机器人的承重能力。

为了保障行走机构的连接稳定性、刚度与强度，采用三角形铝片与螺栓对接口进行连接[2]。

面向网球运动的捡球机器人控制系统设计摘要：随着人工智能和机器人技术的不断发展，自动化捡球机器人在各种球类运动中的应用变得越来越普遍。

本文以面向网球运动的捡球机器人为研究对象，针对其控制系统设计展开讨论。

通过对机器人的感知、决策和控制模块进行详细的分析和设计，旨在提高机器人的准确性和效率，实现对网球捡球任务的自动化执行。

1. 系统概述面向网球运动的捡球机器人控制系统主要由感知模块、决策模块和控制执行模块组成。

感知模块负责获取环境信息，包括球的位置、速度和方向等；决策模块利用感知信息进行路径规划和动作决策；控制执行模块根据决策结果控制机器人执行相应的动作。

2. 感知模块设计为了准确获取球的信息，感知模块使用摄像头进行实时图像采集，并通过图像处理算法对图像进行分析。

首先，利用机器学习算法训练模型，实现球的目标检测和跟踪；然后，通过计算球的位置和速度，进行球的预测，并将信息传递给决策模块进行下一步决策。

3. 决策模块设计决策模块根据感知模块提供的信息进行路径规划和动作决策。

路径规划算法应考虑球的位置和速度，以及机器人的当前位置和速度，通过优化算法确定最优的移动路径。

动作决策算法根据路径规划结果，决定机器人的具体动作，如移动、旋转等，以实现捡球任务。

4. 控制执行模块设计控制执行模块负责控制机器人执行决策模块生成的指令。

通过调用机器人的动作控制接口，控制机器人进行相应的动作。

例如，当决策模块决定机器人需要向左移动时，控制执行模块发送相应指令给机器人的驱动器，使机器人按照指定路径和速度移动。

5. 系统集成与测试在设计完成后，进行系统集成和测试是必要的。

首先，将感知、决策和控制执行模块整合为一个完整的系统，确保各模块之间的数据交换和通信正常。

然后，通过实验验证系统设计的准确性和性能。

例如，通过在真实网球场景中进行测试，评估机器人的捡球准确率和响应速度。

结论：本文针对面向网球运动的捡球机器人进行了控制系统设计，包括感知模块、决策模块和控制执行模块。