机械原理课程设计网球自动捡球机

自动捡球机
徐子衿;陈雅君(指导)
【期刊名称】《作文新天地:小学版》
【年(卷),期】2023()1
【摘要】每周六下午,我都要去打网球,打完一筐球,教练就让我把打出去的球全部捡回来。

网球场很大,球又很多,所以每次都会捡得我腰酸背痛。

时间久了,我渐渐有了一个强烈的想法:我要发明一种自动捡球机。

自动捡球机模拟人形,通体浅蓝色。

它身体的前方有一个喇叭形的开口,通过一根透明的管子连接着网球筐;身体的侧面装着两个精致的按钮,一个是绿色的,另一个是彩色的;上面是一个可爱的脑袋,装有一双雪亮的摄像头大眼睛;底下装着四个圆溜溜的黑色万向轮。

【总页数】2页(P50-51)
【作者】徐子衿;陈雅君(指导)
【作者单位】浙江省宁波市鄞州区华泰小学东校区;不详
【正文语种】中文
【中图分类】G84
【相关文献】
1.网球捡球机自动化控制策略设计
2.基于智能手机的捡球机控制系统设计
3.基于STC89C52单片机的自动化捡球器设计
4.智能控制在自动捡球机器人中的应用
5.基于单目视觉的全自动捡球机器人控制算法设计
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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。

DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.23.156基于视觉识别的智能网球拾取机器人的设计①隋裕召 杨小军* 应振根 刘钊武 王振飞（衢州学院机械工程学院 浙江衢州 324000）摘 要：本文围绕网球场地上网球的收集问题，设计了一种基于视觉识别的智能网球拾取机器人。

采用pixy视觉传感器作为机器人的眼睛，通过颜色识别确定网球目标；Arduino处理器基于最短距离原则确定第一目标，驱动机器人行走到距网球特定距离；三自由度的机械臂及其末端抓取机构按固定预设动作实现网球的抓取、转移、以及投放入收集器等动作。

本设计提高了网球爱好者和运动员的练球效率，节省时间和体力，适应智能化潮流，具有良好的发展前景。

关键词：视觉识别 智能机器人 网球拾取 机械臂中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1674-098X(2017)08(b)-0156-05Abstract: An intelligent Tennis-picking robot based on vision identification is designed in this paper , to deal with the tennis collection on the court. A pixy vision sensor is utilized as the robot's eyes, which determines the tennis target through the color identification. Arduino processor is used to confirm the first target based on the principle of shortest distance, and then drive the robot to a certain place away from the tennis. A manipulator of three degrees of freedom and a grasping mechanism are finally driven to grasp, move, and put in the tennis into the collector according to a preprogrammed action pattern. The design has a good prospect as it improves the efficiency of tennis enthusiasts and athletes, saves time and strength, and meets the trend of intelligence.Key Words: Vision identification; Lntelligent robot; Tennis-picking; Mechanical arm随着社会经济的发展与人民生活水平的提高，人们对于健康越来越重视。

2015-1-29机械原多功能网球发球机原理设计理课程设计组长：组员：目录需求分析结果————————————————————————————2功能要求——————————————————————————————4功能原理设计————————————————————————————4运动规律设计———————————————————————————101.给球连杆机构—————————————————————————102.定位加转机构—————————————————————————123.下层摇转机构—————————————————————————144.击球机构———————————————————————————185.防堵球机构——————————————————————————206.传动系统设计—————————————————————————21最终效果展示———————————————————————————24课程设计的感想和总结———————————————————————25参考文献—————————————————————————————26多功能网球发球机机械系统原理方案设计一、需求分析结果。

网球起源于法国，现在已经成为全世界最流行的球类运动之一，深受广大运动爱好者的喜爱。

但是作为一个对抗性的运动，当你只有一个人的时候或者是需要一个稳定的对手来练习的时候，就会显得十分尴尬，而网球发球机的出现，极大程度上解决了类似的问题。

尽管可能无法获得如同与人对抗时的乐趣，但对于技术的提高与自身的锻炼还是有很大的帮助的。

当前最主流的网球发球机是靠两个轮子的相对旋转时挤压网球将网球打出。

它们在前部都有个出球口，通过出球口可以看见两个轮子，就是这两个由电机带动的轮子通过快速旋转将球挤压射出。

通过上下两个轮子的不同的旋转速度可以把球挤出时产生可以调整的上旋或下旋。

目前市场同类产品中较为常见的有以下两种：TUTOR-03网球发球机球容量:125个球道高度控制:平击球至高吊球最大球速:136公里/小时发球频率:1.5-10秒发球方向控制：双线摇摆，随机摇摆电池款使用时间：3-4小时尺寸：50CM长x 51CM宽x 30CM高重量：19 公斤斯波阿斯SS-3033微电脑智能网球发球机训练机可调发球速度30—150公里/小时，可调出球频率2—12秒/球此两种是市场上较为常见的两种网球发球机，他们都有共同的问题，那就是不够灵活，不能够完美的按照用户需求进行发球，发球线路较为单一，且由于用到了单片机控制电路，导致造价昂贵，售价也是让人望而却步。

机械原理课程设计说明书设计题目网球训练发球机专业班号设计者指导教师完成时间目录一．设计背景及设计任务 (2)二．最初方案设想 (2)三．基本功能分析及最终方案 (2)四．解决方案的简单说明 (3)五．相关机构设计 (3)六．相关数据计算 (4)七．设计总结 (7)八．参考文献 (7)一．设计背景及设计任务起源于法国的网球现在成为了全世界最流行的球类运动之一，深受户外运动人士的喜爱。

但事实上，作为一个对抗性的运动，当你只有一个人的时候，或许也只能徒唤奈何了，而我们的这个网球发球机的设想，便是为了应对这种情况而产生的。

尽管可能无法获得如同与人对抗时的乐趣，但对于技术的提高与自身的锻炼还是有很大的帮助的。

经过我们小组分析讨论，我们一直认为网球发球机是一个很有前景的机械设备，所以我们决定设计一个网球训练发球机。

二．最初方案设想原理：采用抛石机原理，考杠杆把球抛掷出去优点：结构简单，便于设计缺点：因为是连杆机构，所以速度不能过高，如果速度过高，机构将产生强烈震动。

三．基本功能分析及最终方案功能基本要求： 1.自动连续发球2.发球速度可调，且具有一定的速度3.落点的随机性4.必要时可以加上下旋最终方案：顶盘承载球，转盘每转一圈可实现一次发球，球落入通道后进入摩擦轮中间，接着有摩擦产生的速度带出。

四．解决方案的简单说明顶盘承载球，转盘每旋转一圈片刻实现一次罚球，球落入通道后进入摩擦轮中间，接着有摩擦产生的速度带出。

机构的两岸滑块机构是锯齿结构，其与主体部分底部的半齿轮啮合可以带动主体的左右旋转。

自动发球的连续性可以有出转盘的旋转周期大小确定，发球速度由摩擦轮的速度控制，上下旋可由上下摩擦轮的速度相对性决定，出球角度的左右旋问题取决于连杆锯齿机构的运动。

因此，可以近似地认为出球具有随机性。

五．相关机构设计1.出球机构组成零件：顶盘，底盘，转盘，电主轴2.发球机构组成零件：输球通道，摩擦轮系，动动力源电机3.左右旋机构组成零件：小型电机，凸轮，连杆，锯齿，主体转盘凸轮连杆锯齿4.支撑机构组成零件：矩形支撑台，四个可调高度支撑架六、相关数据计算1 首先网球通过球网所需数据相关数据：标准网球场地尺寸：22.77m（长）×8.23m（宽），网球中心上沿距地面为0.914m。

科技与创新｜Science and Technology & Innovation2024年 第08期DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.08.034全自动化的网球收集装置的设计＊冀梦婷，徐 振，刘续坤，曹登博，王 震（郑州科技学院车辆与交通工程学院，河南 郑州 450064）摘 要：随着网球运动的发展和普及，为方便网球运动员及爱好者拥有更好的网球体验，创新设计出了全自动化的网球收集装置，该装置能够自动识别和收集网球，提高了网球场地的使用效率和安全性。

该装置采用先进的计算机器觉模块openMV 和超声波测距模块，能够准确地识别网球，并通过收集装置将其收集到指定位置。

同时，该装置还具有L298N 驱动模块，可以实现对收集车速度的精确控制。

实验结果表明，该装置具有高效、准确、可靠等优点，在实际应用中具有广阔的前景。

关键词：超声波测距；摄像头捕捉；HC-05无线通信模块；L298N 驱动中图分类号：TP391.41 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）08-0118-03——————————————————————————＊［基金项目］郑州科技学院大学生创新训练项目（编号：DC202211）1 背景简介随着社会的发展及各式运动的普及，越来越多的人们愿意通过运动来锻炼身体，网球为其中一项。

随着网球运动的发展，喜欢打网球的人数逐渐增多，也慢慢出现一些问题困扰着人们。

当人们在网球场进行网球训练时，大多不希望进行捡球这一动作，这会浪费人们的精力与体力，尤其对于网球运动员来说，他们更不想把体力浪费在捡球上。

因此，人们在打网球前一般会准备一些网球，当网球被打到稍微偏远的地方，就直接使用下一颗球，减少捡球环节，从而节省时间和体力。

而等到他们运动完后，网球场上各个地方会散落大量的网球，打扫这些对网球场来说也比较浪费人力、物力。

针对此问题，现在市面上已经出现了方便收集网球的装置，只是现有的滚筒状网球收集车需人力推动完成操作，并不是完全自动化的装置，无法很好地实现全自动回收网球。

自主式网球拾取机器人系统要实现一个智能移动网球捡取系统，机器人集群需要解决的关键问题主要有：采集图像的时间间隔，处理图像时的调试；在机器人进行移动时，需要对路径的规划和碰撞进行预测、检测，在对网球进行识别时，存在诸多干扰，如运动的人、光线明暗的变化、其它类球物体，只依靠单一的形状识别与单一的颜色识别则无法完成识别任务。

标签：图像；机器识别；随机算法1 简介1.1 项目的研究意义近年来网球运动在我国发展迅猛，场馆建设的规模和数量显著增长，参与该项运动人口数明显增加，规模不等的赛事层出不穷[1]。

网球运动作为当今的一种时尚运动，对人们的身、心健康能起到良好的促进作用，普通网球练习者在进行大量的网球练习时，捡球的工作量也较大，对于已训练疲惫的练习者来说，捡球无疑是一件枯燥而繁重的工作。

目前已有研究着眼于自动捡球技术开发，市场上成熟的产品很少，因此智能捡取网球机器人市场潜力较大。

1.2 国内外研究现状20世纪90年代来，微电子技术、移动互联网技术、人工智能技术的快速发展带动了机器人技术的高速增长，且服务机器人需求潜力巨大。

图1为2013年密西根学院研制的智能拾球车。

在整个系统中，最难的技術就是对网球的夹取。

它的动力是由电池驱动的，每一次充电，基本可以使用4小时，一旦电量有所降低，驱动系统会自动驱动小车到充电站自动充电。

总的来说，这套系统，将一个DC变成了非常灵活的系统。

2 拟采取的研究方法、技术路线或研究方案2.1 研究方法（1）采用基于“最小运动代价近距离球优先”的路径规划方法；（2）利用MATLAB对机器人的运动轨迹进行仿真，为保证仿真实验结果的客观性，采用随机算法产生任务；（3）通过PC对全局摄像头与载体摄像头进行图像处理，完成对目标的识别与机器人定位实现全局定位。

2.2 研究方案2.2.1 理论研究与模型建立通过处理体育场全局摄像头与机器人载体摄像头所采集的图像来定位机器人与网球的位置，利用球与机器人的颜色和形状特征来实现目标识别。

网球场捡球机器人系统设计席泽生【摘要】针对网球场捡球的需要,采用VEX的组件设计了网球场捡球机器人.该捡球机器人通过遥控运动或自主运动,完成捡球、储球、运球、放球的操作.通过在网球场的实际运行,验证了捡球机器人的可行性和实用性.%The tennis collection robot is designed to satisfy the needs of ball-picking on the tennis court. The modules provided by VEX are used in the mechanical structure and control system of the robot. The tennis collection robot can realize a series of operations, such as picking, storing and transferring balls. The practice on the tennis court proves that the robot is feasible and practical.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2012(041)002【总页数】2页(P140-141)【关键词】机器人;系统设计;捡球【作者】席泽生【作者单位】东南大学自动化学院,江苏南京211189【正文语种】中文【中图分类】TH12;TP2420 引言国际机器人协会针对全球机器人相关发展的调查报告显示，服务型机器人市场将首先呈现大幅增长。

据估计，2007年底已有49 000台专用服务机器人安装使用，娱乐和休闲机器人也将达到740余万台，2008-2011年各种家用机器人将达到460余万台。

机器人将越来越多地走进日常生活，成本低廉，操作方便，运行可靠便成为这类机器人的主要特点。

随着网球这种高强度远动的普及，越来越多的人参与其中，但对于普通运动者来说，不可能有球童负责为其捡球，遍布全场的网球拣起来实在是件累人、费时的事，针对这一现状，网球场捡球机器人应运而生。

基于机器视觉的自动避障网球收集车设计与实现研究摘要：随着社会的进步和全民运动的发展，网球运动近年来大受人们的欢迎，但对很多球员来说，网球捡球也是令人头疼的一大问题，散落在四周的网球使网球捡球人员的工作量变得巨大。

针对这一问题，设计了一种基于摄像头识别技术的智能网球收集车。

作品采用了智能车的摄像头识别技术以及PID控制算法，控制网球收集车在网球场的行走以及定位，实现网球的自动化收集及收集车的稳定控制；利用机械臂和机械爪抓手实现对场地墙边球和凳下球等容易遗漏并且较难收集的球进行收集。

关键词：网球；摄像头；自动化；收集车一、引言随着经济发展和社会的进步，网球运动近年来大受人们的欢迎，越来越多的人们开始逐渐参与网球运动，但对于很多业余选手来说网球的捡球是一大问题。

对于很多在训练场中的业余选手来说，通常都是两人一组，其中一个人会拖着一辆网球车在球网的另一侧给另一个人喂球，多数情况下当一车的球都打光后，两个人就会一起去捡球，所以，在大多数的网球训练场中总是能看到大量的网球散落在四面八方，捡球往往会浪费很多时间，同时，如果网球散落在四周不去处理，则容易丢球。

基于以上背景，本项目组设计了这一款基于摄像头识别技术的智能网球收集车。

二、系统设计（一）系统整体组成及工作流程智能网球收集车由机械爪网球收集结构、双驱动差动轮底盘结构和摄像头智能识别三部分组成。

智能网球收集车车长约0.3m，宽0.2m，高0.2～0.3m，车身整体体积比较小，轻小的网球收集车可快速、自由地在网球场中穿梭。

本项目的装置采用摄像头智能识别技术，以模仿并简化人手设计的机械爪作为收集装置，配有可开合式箱形网球储存空间，网球储存箱可以挂载在小车的后面，也可以拆开使用，由电机带动小车车轮运动前进。

小车为左右驱动，并排的两个轮同时驱动，通过差速进行转弯，摄像头负责识别网球的所在位置，将图像信息处理好后提供给单片机，由单片机实现对网球收集车的智能控制。

网球运动员训练完后，将智能网球收集车放到球场上，开启智能网球收集车后，网球收集车开始通过摄像头智能识别网球散落点，通过控制电机及电机行驶到网球前面，通过舵机的控制，利用机械爪抓取网球放入收集箱内。

机械原理课程设计-网球自动发球机学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化班级：072125成员：刘钱桥郭川川指导老师：***机械原理课程设计报告目录一、设计背景简介 (3)二、最初设想方案简介 (3)三、最终选择方案简介 (4)四、发球机的功能 (4)五、功能的实现 (5)六、送球部分相关参数的计算与选定 (8)七、旋转机构的相关计算与参数选定 (14)八、出球部分相关计算与参数选定 (18)九、设计项目总结 (19)十、参考文献 (19)一、设计背景简介：起源于法国的网球现在成为了全世界最流行的球类运动之一，深受户外运动人士的喜爱。

但事实上，作为一个对抗性的运动，当你只有一个人的时候，或许也只能徒唤奈何了，而我们的这个网球发球机的设想，便是为了应对这种情况而产生的。

尽管可能无法获得如同与人对抗时的乐趣，但对于技术的提高与自身的锻炼还是有很大的帮助的。

二、最初设想方案简介。

类牛头刨床机构：原理：主要采用的是牛头刨床的急回原理，因为急回现象存在着较大的瞬时速度，在击球的同时使球获得大的动能，从而实现抛球。

优点：该机构可以实现送球与抛球的协调统一，由于采用的是牛头刨床的急回原理，故结构可以稍微小一些。

缺点：由于是连杆机构，所以运动速度不可能过大，因此，球的抛射距离不会很远。

三、最终选择方案简介：原理：主要靠得是两个高速反方向旋转的轮把球挤压并抛射出去。

优点：机构体积相对来说比较小，机构平稳性比较好。

可以实现抛球与送球的协调统一。

缺点：球的抛出速度计算比较复杂，只能采用经验公式来粗略计算。

四发球机的功能1、发上旋球、下旋球、平击球。

上旋和下旋是通过上下轮的转速差实现的，发平击球时上下轮的转速一样。

2、球往不同的方向发射，通过旋转机构---齿轮齿条机构实现3、发球高度的调节，通过调整机架上可调支架的长度实现。

五、功能的实现1.其中将上面皮带轮做成圆锥形，如图：这样皮带在转动过程中将沿着圆锥体左右运动，也就可以起到改变上面大皮带轮转速的作用。