机器人控制-捡拾乒乓球机器人实验

自动拾取乒乓球机器人的研究摘要：为了提高效率，设计一套基于扫地机器人的乒乓球自动拾取机器人系统，由扫地机器人平台搭载塑料桶自由移动对散落在乒乓球场地的乒乓球进行侦测并拾取。

采用扫地机器人的控制系统平台，并通过加装一套无动力的拾取乒乓球的装置；将乒乓球拾取后放入容器中。

经模拟乒乓球场运行证明设计方案可行，该设计的引入节省了大量的人力与时间。

开发的乒乓球自动拾取机器人系统有很强的实用性，具有一定的推广意义。

关键词：自动拾取；扫地机器人；装置；乒乓球我国是乒乓球运动的大国和强国，乒乓球爱好者在练球时，往往练得满地都是乒乓球。

劳累的运动员弯腰捡球既费时又费力。

利用扫地机器人的原理，改造成自动拾取乒乓球机器人，如果成功，对于乒乓球爱好者练球时省时省力，一定会受到欢迎的。

乒乓球捡球设备作为乒乓球训练场馆以及居家场地上的常见设备，在实现机械捡球的同时，也起到了捡球效率高，节省了训练者的大量时间，保存了体力的作用。

但是由于目前机械捡球设备结构及功能的单一性，造成以下问题:一是无法做到快速及时的捡球，使得训练者的练习效率低下，如在乒乓球馆中训练者的速度远远大于捡球的速度，无法进行及时有效的捡球。

这点在乒乓球训练场馆和室外练球场地尤为突出；二是堵球问题，在捡球输送的过程中，这些捡球装置由于机械结构的限制，在乒乓球集中的地方出现了堵球问题；三是无法进行颜色识别，使得乒乓球混在一起无法进行分类；四是不能输送到指定位置，把捡到的球运到指定位置。

因此，针对现有乒乓球机械捡球装置中使用存在的捡球效率低、堵球问题、无法颜色识别分类及运送到指定位置。

因此，针对现有乒乓球机械捡球设备中使用存在的问题，需要在结构和功能上进行综合考虑，以设计满足捡球效率高、无堵塞、颜色识别以及运送到指定位置的一种用于乒乓球的自动拾取及颜色分类存储的设备。

日常乒乓球训练中，为了提高训练效果，减轻运动员和教练员的负担，在乒乓球比赛中最大限度地规避球童受伤的风险，研究人员想到了用扫地机器人来拾取乒乓球。

乒乓球捡取机器人的设计与实现
刘秀杰;祝长生;王安航;李世钰
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2022()10
【摘要】针对乒乓球运动训练时存在的捡球问题,设计了一款乒乓球智能拾取机器人,它有专门的机械拾取结构,控制系统以单片机STM32F103为控制核心,通过Openmv采集乒乓球场景的图像,利用单目视觉技术进行乒乓球的自动识别,采用L298N电机驱动模块和超声波避障模块,在单目视觉导航下,指引智能捡球机器人移动到目标球的位置,再控制机械拾取机构上、下运动完成捡球作业。

通过智能捡球机器人实物模型性能测试表明,该智能捡球机器人能够识别运动场景中的乒乓球,并能引导捡球机器人完成乒乓球的拾取,捡球效率比较高,为以后自动捡球设备提供技术创新与研发思路。

【总页数】7页(P251-256)
【作者】刘秀杰;祝长生;王安航;李世钰
【作者单位】山东科技大学智能装备学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TH39;TP242
【相关文献】
1.科学家设计三代电驱机器人能捡取抛掷乒乓球
2.涵道捡乒乓球机器人的设计与实现探究
3.乒乓球捡球机器人的设计与实现
4.一种基于OpenCV的乒乓球分类捡球机器人的设计与实现
5.基于负压式自动捡乒乓球的机器人设计与实现
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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。

乒乓球拾球机器人本体设计的主要内容乒乓球拾球机器人是一种能够自动拾取乒乓球的机器人，它可以帮助乒乓球训练者省去大量的弯腰拾球时间，提高训练效率。

乒乓球拾球机器人的本体设计是整个机器人的核心，它决定了机器人的稳定性、灵活性和使用寿命。

本文将从材料选择、结构设计和功能布局三个方面阐述乒乓球拾球机器人本体设计的主要内容。

一、材料选择在乒乓球拾球机器人本体的设计中，材料的选择至关重要。

本体需要具备一定的强度和耐磨性，能够承受长时间的工作和频繁的撞击。

材料的轻量化也是考虑的重要因素，可以减少机器人的自身负荷，提高机器人的灵活性和移动速度。

常用的材料包括优质塑料、铝合金等，它们具备较好的强度和轻量化特性，非常适合用于乒乓球拾球机器人本体的设计。

二、结构设计乒乓球拾球机器人本体的结构设计要考虑到机器人的稳定性和灵活性。

机器人需要在运动中保持稳定，同时具备一定的灵活性，能够快速移动和自由转动。

在结构设计上，一般采用多关节、多自由度的机械臂结构，可以实现机器人的灵活移动和准确拾球。

结构的稳固性也需要得到保障，可以采用加固支撑的设计，确保机器人在工作中不会出现晃动和倾倒的情况。

三、功能布局乒乓球拾球机器人本体的功能布局是整个机器人设计的核心。

机器人需要根据乒乓球的位置快速移动和准确拾球，因此需要在本体上布置传感器和执行器，并通过控制系统实现自动化控制。

传感器可以感知乒乓球的位置和运动轨迹，执行器可以帮助机器人快速移动和灵活操作，控制系统可以实现机器人的自主控制和协调运动。

通过合理布局和精准控制，乒乓球拾球机器人可以完成快速、准确的拾球任务，提高训练效率。

乒乓球拾球机器人本体设计是整个机器人设计中的关键环节，它需要考虑材料选择、结构设计和功能布局等多个方面，确保机器人具备稳定性、灵活性和高效性能。

希望本文的介绍对乒乓球拾球机器人的设计有所帮助，能够为乒乓球训练提供更多的技术支持和便利。

第一、材料选择除了强度和轻量化外，材料的耐腐蚀性和耐磨性也是乒乓球拾球机器人本体设计中需要考虑的因素。

多项式插值改进的乒乓球拾球机械臂运动控制
王柯;文彩凤
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2024()6
【摘要】乒乓球拾球机器人在工作过程中易受到场地、机械结构等因素的制约,不能精准拾取乒乓球。

为此,提出多项式插值改进的乒乓球拾球机械臂运动控制。

通过乒乓球捡拾机器人工作示意图及机械臂优化原理,优化设计拾球机械臂的结构,利用3-5-3多项插值法构建拾球机械臂轨迹的轨迹函数,并在此基础上利用混沌粒子群算法实现拾球机械臂的轨迹规划。

实验结果表明,所提方法能够精确地对拾球机械臂的轨迹实施规划,并且其受随机扰动的影响较小,控制误差平均值为0.01,具有良好的控制效果。

【总页数】5页(P348-351)
【作者】王柯;文彩凤
【作者单位】百色学院体育学院;广西科技大学体育学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TP242
【相关文献】
1.基于QPSO的机械臂多项式插值轨迹规划
2.基于多项式插值的五自由度机械臂轨迹规划方法研究
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