多功能拾球机器人-机器谱-robotway

机器谱

【S151】多功能拾球机器人

图文展示3264(1)

副标题

作品说明

作者：胡文杰袁芳梅徐江林宋秦宇丁全景

单位：北方民族大学机电工程学院

指导老师：郑彦平张春涛

1. 设计目的

近来，国家对于青少年体质要求日益提高，体育运动成为越来越多人的生活部分，其中球类运动员越来越多。而在球类运动中，常常会出现因失误操作而导致球飞离运动区域，为了解决烦琐的拾球过程，给运动员腾出更多的训练时间，因此本项目设计出这台多功能拾球机器人。

作品说明

多功能拾球机器人

2. 工作原理

多功能拾球机器人由底部四轮驱动的底座、载球体和机械夹取臂组成。底座是以电机带动麦克纳姆轮的差速转动实现机器人的移动和转向，核心构成是四个麦克纳姆轮以及相关的控制模块。

它的工作原理基于静摩擦力和辊子的轴线速度，这决定了麦克纳姆轮线速度和平行于辊子轴线的分速度之间的关系。麦克纳姆轮包含两种不同的轮子，称为“麦克纳姆轮左”和“麦克纳姆轮右”，它们可以通过调整转速和转动方向实现车辆的向左或向右前方运动。机器人的上部分为四个舵机组成的机械臂，由一级舵机控制平面转动来控制机械臂抓取的横向距离。一级舵机转动的角度和机械臂扫过的面积即为机器人所能工作的工作区域；二级舵机控制机械臂的垂直方向转动的区域，实现机械臂的抬起和放下；三级舵机控制夹取器的工作角度，以此来实现夹取方向的转动；四级舵机控制夹取器的张合，根据球体的大小调整夹取的角度，不会损坏球体。

机器人通过定位球体的位置，自动移动到球体附近，首先由一级舵机调整水平方向的角度，让球体位于二级舵机的运动路径范围内，接着控制二级舵机起落，使机械臂尽量靠近球体，然后控制三级舵机转换夹取器的夹口，使球体能够被夹住，最后由四级舵机控制夹取器对球体进行夹取。多功能拾球机器人装有麦克拉姆轮，可以实现八个方向的自由行进，甚至是原地进行任何度数的转向，便于对各个方向球类的拾取。

本作品机器人的四轮上安装了类似越野的弹簧机构，此举是为了解决机器人因特殊情况被某些障碍物阻挡而影响实际效果，这将赋予机器人在颠簸路段行驶的能力，在恶劣环境下有能力工作且能持续工作的能力，这将十分有利于提高多功能拾球机器人进行拾掇球类的效率问题。

3. 作品创新点

① 机器人采用机械臂和机械夹拾取球体，增加了机器人的灵活性和多功能性，有效应对各种地形、各种球类形状的不同带来的各种影响。

② 本作品机器人还装有自动拾装系统，能够将球体规律的存放于储存器中，以便于下一次使用。

4. 可行性分析

① 多功能拾球机器人结构相对简单，生产工序简便。

② 机器人体积较小，便于携带，可在不同场所工作。

③ 机器人制作对于材料要求不高，生产成本较低。

④ 球场需求量大，销售市场广阔，具有较大收益前景。

5. 作品难点及解决方案

5.1 作品难点

① 机器人需要拾取小球，机械臂的质量影响工作效果。

② 机器人程序设计还不完善，对于机器人的运行灵活度和多样性运动具有阻碍。

5.2 解决方案

① 优化机械臂结构，尽量减轻机械臂质量。

② 优化程序结构，适当改进机械臂的灵活度。

6. 示例程序

int a=0,b=0,c=0,d=0,e=0;

#define ECHOPIN A0
#define TRIGPIN A1
#include <Servo.h>
Servo servo_pin_4;
Servo servo_pin_7;
Servo servo_pin_11;
Servo servo_pin_3;
Servo servo_pin_8;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(ECHOPIN, INPUT);
pinMode(TRIGPIN, OUTPUT);
servo_pin_4.attach(4);
servo_pin_4.write( 120);
servo_pin_7.attach(7);
servo_pin_7.write( 90);
servo_pin_11.attach(11);
servo_pin_11.write(90);
servo_pin_3.attach(3);
servo_pin_3.write( 100);
servo_pin_8.attach(8);
servo_pin_8.write(90);
delay(300);
}
void loop()
{
digitalWrite(TRIGPIN, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIGPIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIGPIN, LOW);
float distance = pulseIn(ECHOPIN, HIGH);
Serial.println(distance);
if(0<distance)
{
int a=120;b=90;c=60;d=100;e=90;
servo_pin_4.write(a);
delay(200);
servo_pin_7.write(b);
delay(200);
servo_pin_11.write(c);
delay(200);
servo_pin_3.write(d);
delay(200);
servo_pin_8.write(e);
delay(200);

for(d=150;d>=100;d-=1)
{servo_pin_3.write(d);delay(30);}
delay(200);
//1;夹取球体
for(d=100;d<=120;d+=1)
{servo_pin_3.write(d);delay(30);}
//2；夹球预设位置
delay(200);
for(a=120;a>=35;a-=1)
{servo_pin_4.write(a);delay(30);}
//3：接近球体
delay(200);
for(b=90;b>=80;b-=1)
{servo_pin_7.write(b);delay(30);}
//4；夹取
/* delay(200);
for(a=35;a<=45;a+=1)
{servo_pin_4.write(a);delay(60);}
delay(200);
for(a=45;a>=35;a-=1)
{servo_pin_4.write(a);delay(60);}
//5；返回接近夹取位置
delay(200);
for(b=80;b<=100;b+=1)
{servo_pin_7.write(b);delay(30);}
//6；移动收纳器上方
delay(200);
for(a=35;a<=105;a+=1)
{servo_pin_4.write(a);delay(30);}
delay(200);
for(b=100;b>=60;b-=1)
{servo_pin_7.write(b);delay(30);}
delay(200);
for(c=60;c<=100;c+=1)
{servo_pin_11.write(c);delay(30);}
delay(1000);
*/
//7：放下球体
for(d=120;d>=100;d-=1)
{servo_pin_3.write(d);delay(30);}
delay(200);
for(b=60;b<=90;b+=1)
{servo_pin_7.write(b);delay(30);}
delay(200);
//for(c=90;c>=60;c-=1)
//{servo_pin_11.write(c);delay(30);}
//8：回到初始的点
delay(200);
for(a=105;a<=120;a+=1)
{servo_pin_4.write(a);delay(30);}
delay(100);
}
}

7. 项目总结

随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。其中服务机器人作为一个重要分支，在国内外研究领域已经得到普遍重视。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。但至目前为止，球类捡拾器在国内外市场上的发展却较为滞后。基于此，本项目运用探索者创新套件设计出一款多功能捡球机，是能够自主移动、自动识别并拾取球的一类服务型机器人。该机器人由捡球装置（舵机、架子组成）、运动装置（麦克拉姆轮、电机等）、储球装置等多个装置集于一体，能够实现自主导航和避障，提高了运行效率，其次也可以手机操控，方便用户的使用。在设计原理上本作品运用探索者搭建，机身强度高，确保了机器坚固耐用。中央处理芯片是整个机器的核心，里面储存着机器能够实现定位、避障、拾取的核心代码，能搞确保机器高效稳定运行。

多功能拾球机具有较高的自动化、操作简便、维护简单等特点，随着科技的发展，多功能捡球机的未来会越来越广阔。首先机器的人工智能技术将进一步提高，实现更精准的球场环境识别和自主决策；其次将继续优化捡球机的硬件和软件设计，提高机器的性能节约机器的成本；最后随着体育事业的发展，多功能捡球机运用将会更加广泛。

* 本项目未获得作者开源授权，无法提供资料下载。

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