乒乓球智能撿取機器設(shè)計研究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了乒乓球智能撿取機器設(shè)計研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：本設(shè)計構(gòu)想旨在設(shè)計一種撿取乒乓球的智能機器，它能夠在各種乒乓球場館進(jìn)行運作。該機器可依靠四驅(qū)車底盤在場地間移動，它攜帶有紅外探測器，能夠利用紅外感知進(jìn)行障礙檢測，從而自動躲避障礙物。在移動中，該機器能夠通過攜帶的圖像傳感器，檢測視野中是否出現(xiàn)乒乓球，確定存在后能夠主動撿取。該機器在四驅(qū)車底盤上搭載了獨特的乒乓球吸取裝置，它能夠利用風(fēng)扇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的氣壓差，使乒乓球吸入到攜帶的收納盒中。總之，該撿取機器能夠克服傳統(tǒng)人力撿球費力費時的缺點，大大提高人們的訓(xùn)練質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：紅外感知；圖像傳感器；壓力差

引言

“乒乓球”是我國最引以為豪的體育運動之一，常年獲得各種獎項的冠軍，也長期引領(lǐng)了國民的“乒乓熱”。我國乒乓球場館眾多，學(xué)習(xí)人數(shù)也是居高不下。在訓(xùn)練和比賽的過程中，經(jīng)常會用到大量的乒乓球，從而會產(chǎn)生很多掉落在地上的球。為處理這些球，通常大家都會在用完所有球之后手動進(jìn)行撿球，這必然會浪費大量人力，也會導(dǎo)致訓(xùn)練時間的浪費。目前，我國大多數(shù)場館還是采用著人工撿球的方式去進(jìn)行乒乓球的撿取，費時費力。市面上也有一些撿球機，主要是通過搭載在傳統(tǒng)小車（如四驅(qū)車）上的機械手臂來拾取，這些機器因為自身物理機械結(jié)構(gòu)的限制性，對于墻角和一些障礙物之間的乒乓球不能有效撿取，即效率較低且適用的局限性太大。為了減輕運動員的負(fù)擔(dān)，使大家能夠純粹享受乒乓球運動的樂趣，因而提出一種乒乓球智能撿取機器的設(shè)計構(gòu)想。

1設(shè)計方案

這種乒乓球智能撿取機器由以下5個部分組成：機器控制模塊、紅外傳感器、乒乓球識別模塊、吸取裝置、核心處理模塊。

1.1機器控制模塊

機器控制模塊用來控制整個機器的運作狀態(tài)，實現(xiàn)機器的啟動、停止及自主運行，并能夠接受核心處理模塊發(fā)來的轉(zhuǎn)向或停止信號進(jìn)行轉(zhuǎn)向。它采用單片機作為檢測和控制核心，并使用12V的鋰電池進(jìn)行供電，以及通過LM7805芯片進(jìn)行調(diào)壓。它能夠根據(jù)用戶設(shè)置的運行路線，控制機器前行，也能夠根據(jù)核心控制模塊通過蟻群算法實現(xiàn)的最優(yōu)路徑，進(jìn)行自主搜尋。

1.2紅外傳感器

紅外傳感器的功能是用來檢測障礙物，并將監(jiān)測信息發(fā)送給核心處理模塊。機器兩側(cè)都安裝有紅外線傳感器，在指定距離內(nèi)檢測到障礙就向核心處理模塊發(fā)送信號，報告障礙位置，待障礙消除后結(jié)束信號發(fā)送。

1.3乒乓球識別模塊

該模塊的功能是識別行進(jìn)路途中遇到的乒乓球。在機器的前方安裝有CMOS圖像傳感器，它能夠感知周圍環(huán)境并獲取乒乓球的位置，并將位置信息發(fā)送給核心處理模塊。

1.4吸取裝置

該裝置的功能就是用來吸取所識別到的乒乓球，并通過設(shè)計的出口掉落到附帶的收納盒中。該裝置主要包括風(fēng)扇、出球口、擋板、吸球口四個部分，它能夠搭載在小車上進(jìn)行工作。在遇到乒乓球時，機器會控制該裝置的風(fēng)扇電源開關(guān)，利用風(fēng)扇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的氣壓差產(chǎn)生吸力，乒乓球通過吸球口進(jìn)入管道，并從出球口掉落到預(yù)先在出口下面安裝的收納盒中。考慮到出口可能會減弱吸球管內(nèi)的氣壓，造成吸力不強，因為在出球口處設(shè)計一個輕型的自動復(fù)位擋板，正常情況下，擋板會因重力而處于垂直位置，當(dāng)撿球風(fēng)扇啟動時，在管內(nèi)負(fù)壓的作用下，擋板會被吸起遮住洞口，從而確保撿球裝置對球的吸力。該擋板會與周圍管道形成一個凹槽，被吸取的乒乓球會掉入凹槽中，待風(fēng)扇關(guān)閉時，擋板自動打開，球自然掉落到出口的收納盒中。

1.5核心處理模塊

即軟件的設(shè)計，采用C語言編程，實現(xiàn)包括對紅外傳感器、圖像傳感器所發(fā)送信息的處理，在需要轉(zhuǎn)向時通知控制模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)向，當(dāng)識別到乒乓球時啟動風(fēng)扇，撿取結(jié)束后關(guān)閉風(fēng)扇。每次吸取都會記錄，當(dāng)次數(shù)達(dá)到一定閾值時（收納盒裝滿），通知運行控制模塊關(guān)閉機器。該模塊會記錄每次運行的路線，利用蟻群算法，能夠找到搜尋的最佳路徑（如哪塊區(qū)域掉落的乒乓球數(shù)較多，則在該區(qū)域進(jìn)行搜查的次數(shù)更頻繁）。

2具體工作流程

本文提出的乒乓球智能撿取機器，通過上述設(shè)計，可實現(xiàn)的功能及具體流程如下：用戶啟動撿球機并設(shè)置運行路線，紅外傳感器能夠在運行過程中進(jìn)行障礙感知，攝像頭則能夠進(jìn)行乒乓球的檢測。機器啟動后自動前行。當(dāng)攝像頭的視野內(nèi)捕捉到乒乓球后，圖像傳感器會提取乒乓球的位置信息，并傳給核心處理模塊，核心處理模塊會計算視野中所有乒乓球的距離，從而告知機器控制模塊去拾取，并在其到達(dá)指定位置后打開風(fēng)扇，吸取結(jié)束后關(guān)閉風(fēng)扇，繼續(xù)工作。吸取到的乒乓球?qū)淙氚仓玫氖占{盒中，待運動路線結(jié)束或核心處理模塊記錄吸取次數(shù)達(dá)到最大，機器停止工作。若視野內(nèi)沒有乒乓球，機器在前行中遇到障礙，會發(fā)送信號給核心處理模塊，核心處理模塊對信號進(jìn)行分析，在障礙未結(jié)束之前持續(xù)發(fā)送轉(zhuǎn)向信息給機器的運行控制模塊。機器的運行控制模塊會調(diào)整機器人的運動方向，待障礙完全消除之后，繼續(xù)前進(jìn)。

3結(jié)論

本文闡述了一種乒乓球智能撿球機器的設(shè)計方案，它能夠利用紅外探測器進(jìn)行障礙感知，躲避搜尋場館中的障礙物，并利用圖像傳感系統(tǒng)實現(xiàn)乒乓球的檢測，之后利用設(shè)計的吸取裝置，實現(xiàn)對乒乓球的撿取，從而減少了運動員們的工作量，能夠讓大家更好地享受運動帶來的快樂，而不必為撿球煩惱。乒乓球本身就是我國在國際賽場上最具統(tǒng)治力的運動項目之一，幾乎包攬了該項賽事的所有獎牌。我國有著基數(shù)巨大的乒乓球愛好者，他們對乒乓球運動實為狂熱，因而我國也有著大量的乒乓球訓(xùn)練場館。高效連貫的訓(xùn)練是每個運動者都極力追求的，而落網(wǎng)的乒乓球則成為了訓(xùn)練最大的障礙。乒乓球智能撿取機器的出現(xiàn)，則能夠有效幫助運動者們撿取乒乓球，以提高人們的訓(xùn)練質(zhì)量，同時也避免了人力和時間的浪費，因而該機器的設(shè)計方案在乒乓球運動這個領(lǐng)域有著很大的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

［1］馬曉麗,陳艾華,張雪蓮,張慶功.并聯(lián)機器人機構(gòu)的創(chuàng)新與應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.機床與液壓,2007,35(2):235-237.

［2］許東偉,劉建群,林淦.乒乓球撿球機器人的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.機床與液壓,1001-3881(2014)3-016-4.

［3］安丹陽.新型自主式乒乓球撿球機器人的構(gòu)形及關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.沈陽:東北大學(xué),2008．

［4］徐華舫.空氣動力學(xué)基礎(chǔ)(上)［M］.北京:北京航空學(xué)院出版社,1987．

作者：翟偉東 單位：西北工業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院