網(wǎng)球訓(xùn)練場中散落網(wǎng)球智能收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要如今，網(wǎng)球是近年來備受歡迎的重要體育賽事之一。相應(yīng)地，當(dāng)大多數(shù)網(wǎng)球受訓(xùn)者的反饋是由于網(wǎng)球訓(xùn)練場經(jīng)常在使用的時候被網(wǎng)球弄得亂七八糟，開發(fā)網(wǎng)球自動撿球機(jī)就很必要了。網(wǎng)球機(jī)器改善網(wǎng)球運(yùn)動員的運(yùn)動體驗(yàn)，以提高特定路線或場地的性能。然而，目前的商用網(wǎng)球機(jī)沒有提供自動反饋機(jī)制來跟蹤其性能，因此訓(xùn)練課程中收集到的射擊數(shù)據(jù)被手動記錄在紙上或電子上。隨著視頻技術(shù)的進(jìn)步，如計(jì)算能力和分辨率的提高，運(yùn)動分析和對物體的主動研究以及對物體的部分跟蹤在一些運(yùn)動項(xiàng)目，特別是棒球和足球項(xiàng)目中非常成功。然而，追蹤快速運(yùn)動的小網(wǎng)球是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。為了解決這個問題，PainlessTennisCompany開發(fā)了一個跟蹤系統(tǒng)，使計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)被用于網(wǎng)球訓(xùn)練課程。一種新的算法被用來檢測網(wǎng)球訓(xùn)練場的邊界、網(wǎng)球的運(yùn)動和運(yùn)動員擊球的彈跳位置。硬件組件設(shè)計(jì)用于實(shí)時視頻捕獲和圖像處理以及手持通信設(shè)備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法是可靠的。它的跟蹤精度可以與商用網(wǎng)球機(jī)的電流相結(jié)合，它很容易拾起散落在網(wǎng)球訓(xùn)練場上的網(wǎng)球，可以為通過遙控器拾起網(wǎng)球的人提供一點(diǎn)輕松的娛樂。今天市面上有各種網(wǎng)球發(fā)球機(jī)，但撿網(wǎng)球的問題非常棘手。如今，許多網(wǎng)球訓(xùn)練場所仍然使用更原始的撿球方法。這不僅浪費(fèi)了很多時間，而且消耗了人們的體力，浪費(fèi)時間，網(wǎng)球運(yùn)動員休息時間不足，導(dǎo)致精力消耗較多，網(wǎng)球運(yùn)動員在訓(xùn)練期間的表現(xiàn)力下降，所以，研究網(wǎng)球智能撿球器具有重要意義。關(guān)鍵詞：散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)，控制系統(tǒng)，尋球機(jī)構(gòu)，撿球機(jī)構(gòu)，無線遙控。AbstractToday,tennisisoneofthemostpopularandimportantsportseventsinrecentyears.Correspondingly,whenthefeedbackofmosttennistraineesisthattennistrainingcourtsareoftenusedwhentheyaremessedupbytennis,itisnecessarytodevelopanautomatictennispick-upmachine.Tennismachinesimprovetennisplayers'sportsexperiencetoimprovetheperformanceofspecificroutesorvenues.However,thecurrentcommercialtennismachinedoesnotprovideautomaticfeedbackmechanismtotrackitsperformance,sotheshootingdatacollectedinthetrainingcourseismanuallyrecordedonpaperorelectronic.Withthedevelopmentofvideotechnology,suchastheimprovementofcomputingpowerandresolution,motionanalysisandactiveresearchonobjectsandpartialtrackingofobjectshavebeenverysuccessfulinsomesports,especiallybaseballandfootball.However,trackingfast-movingtennisballsisachallengingtask.Tosolvethisproblem,PainlessTennisCompanyhasdevelopedatrackingsystemthatenablescomputervisiontechnologytobeusedintennistrainingcourses.Anewalgorithmisusedtodetecttheboundariesoftennistrainingground,themovementoftennisandthejumpingpositionofplayersbatting.Hardwarecomponentsaredesignedforreal-timevideocaptureandimageprocessingaswellashandheldcommunicationdevices.Theexperimentalresultsshowthatthemethodisreliable.Itstrackingaccuracycanbecombinedwiththecurrentofcommercialtennismachines.Itiseasytopickuptennisballsscatteredonthetennistrainingground.Itcanprovidealittlerelaxedentertainmentforpeoplewhopickuptennisthroughremotecontrol.Thereareallkindsoftennisserversonthemarkettoday,buttheproblemofpickinguptennisisisverydifficult.Today,manytennistrainingvenuesstillusemoreprimitivemethodsofpickingupballs.Thisnotonlywastesalotoftime,butalsoconsumespeople'sphysicalstrengthandtime.Tennisplayerslackofresttime,whichleadstomoreenergyconsumption.Tennisplayersperformancedecreasesduringtraining.Therefore,itisofgreatsignificancetostudytheintelligenttennispickupdevice.Keywords:scatteredtennisintelligentballpicker;controlsystem;ballseekingmechanism;ballpickingmechanism;wirelessremotecontrol.Keywords:Scatteredtennisintelligentpickupmachine;Controlsystems;Ball-seekinginstitutions;Pickingmechanism;Wirelessremotecontrol.目錄12875_WPSOffice_Level11、緒論 818598_WPSOffice_Level21.1、項(xiàng)目的研究背景 818598_WPSOffice_Level12、設(shè)計(jì)方法 96443_WPSOffice_Level22.1、網(wǎng)球撿球機(jī)的發(fā)展歷史 99699_WPSOffice_Level22.2、軟件使用和設(shè)計(jì) 96443_WPSOffice_Level13、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)概論和組成 983_WPSOffice_Level23.1、機(jī)械子系統(tǒng) 915597_WPSOffice_Level23.2、控制子系統(tǒng) 931315_WPSOffice_Level23.3、導(dǎo)航 99138_WPSOffice_Level23.4、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)組件： 104435_WPSOffice_Level23.5、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)外形簡介 1018598_WPSOffice_Level33.5.1、智能網(wǎng)球撿球機(jī)底盤 106443_WPSOffice_Level33.5.2、鎖存部分 119699_WPSOffice_Level33.5.3、撿球部分 118166_WPSOffice_Level23.6、智能撿球機(jī)的材料簡介 1283_WPSOffice_Level33.6.1、底盤材料 1215597_WPSOffice_Level33.6.2、車輪材料 1231315_WPSOffice_Level33.6.3、取料 129699_WPSOffice_Level14、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)工作原理 1328598_WPSOffice_Level24.1、智能散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)的設(shè)計(jì)原則 144435_WPSOffice_Level34.1.1智能網(wǎng)球撿球機(jī)底盤 148166_WPSOffice_Level34.1.2、撿球部分 1528598_WPSOffice_Level34.1.3、球桶的設(shè)計(jì) 1618395_WPSOffice_Level24.2、控制中心的設(shè)計(jì) 1718395_WPSOffice_Level34.2.1、AVR系列Mega16撿球機(jī)控制CPU 1731260_WPSOffice_Level34.2.2、基于NRF24L01無線模塊的無線傳輸 1716123_WPSOffice_Level34.2.3、基于L298N芯片的驅(qū)動電路 1731335_WPSOffice_Level34.2.4、紅外線傳感器 1831260_WPSOffice_Level24.3、硬件調(diào)試問題及解決方案 1816123_WPSOffice_Level24.4、硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn) 1831335_WPSOffice_Level24.5、定位 184922_WPSOffice_Level24.6、運(yùn)動規(guī)劃與控制 1927629_WPSOffice_Level34.6.1、路徑規(guī)劃 1911005_WPSOffice_Level34.6.2、控制器 1928482_WPSOffice_Level34.6.3、實(shí)驗(yàn) 1983_WPSOffice_Level15、數(shù)據(jù)理論計(jì)算 2027629_WPSOffice_Level25.1.1、撿球機(jī)驅(qū)動原動機(jī)的選擇 2011005_WPSOffice_Level25.1.2、驅(qū)動電動機(jī)輸出功率 2014916_WPSOffice_Level25.1.3、車輪軸的設(shè)計(jì)與校核 2128482_WPSOffice_Level25.1.4、部分電機(jī)接球輸出功率 223902_WPSOffice_Level25.2、撿球機(jī)運(yùn)動速度的計(jì)算 2331765_WPSOffice_Level25.3、球桶尺寸 2329213_WPSOffice_Level25.4、儲球管道設(shè)計(jì) 2415597_WPSOffice_Level16、自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2512689_WPSOffice_Level26.1、撿球機(jī)前進(jìn)路線的確定 2518688_WPSOffice_Level26.2、單片機(jī)的選擇 264605_WPSOffice_Level26.3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2631315_WPSOffice_Level17、總結(jié) 269138_WPSOffice_Level18、致謝 274435_WPSOffice_Level1參考文獻(xiàn) 288166_WPSOffice_Level1附錄 2828598_WPSOffice_Level1附錄A1

無線發(fā)射電路圖 2918395_WPSOffice_Level1附錄A2

無線接受電路圖 2931260_WPSOffice_Level1附錄B1遙控部分程序清單

291、緒論1.1、項(xiàng)目的研究背景隨著人們的體育生活逐漸豐富起來，對于體驗(yàn)更加注重，雖然網(wǎng)球運(yùn)動在我國仍然屬于小眾運(yùn)動，但恰恰也說明了這項(xiàng)運(yùn)動具有上升空間。在國際機(jī)器人聯(lián)合會IFR發(fā)布的2014年服務(wù)機(jī)器人研究報告上，2013年售出近四百萬臺個人和家用服務(wù)機(jī)器人，比上一年同比增長28%，市場規(guī)模近17億美元。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2014至2017出售個人服務(wù)機(jī)器人將近3100萬臺，這也代表著服務(wù)機(jī)器人在服務(wù)領(lǐng)域增長比較快。所以機(jī)器人將越來越走進(jìn)人們的日常生活當(dāng)中，而網(wǎng)球運(yùn)動也在國內(nèi)得到越來越多的喜愛，對于網(wǎng)球愛好者以及運(yùn)動員在進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練的時候，要做一件耗時耗力的工作，就是要頻繁撿起散落訓(xùn)練場各個位置的網(wǎng)球，很少人能像網(wǎng)球運(yùn)動員那樣擁有自己的球童，而具有智能、高效撿球功能的機(jī)器設(shè)備就能夠廣泛應(yīng)用在各種類型的網(wǎng)球訓(xùn)練場地，在進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練時就能夠?yàn)檫\(yùn)動員提供便利。因此網(wǎng)球訓(xùn)練迫切地需求智能撿球機(jī)器來輔助。由此背景之下，本項(xiàng)設(shè)計(jì)將開發(fā)一種智能網(wǎng)球收集為的基礎(chǔ)撿球機(jī)。在現(xiàn)在的市場上的智能網(wǎng)球撿球機(jī)較為稀少，而且那些經(jīng)濟(jì)又方便的智能網(wǎng)球撿球機(jī)多以人手動操作。據(jù)調(diào)查，目前市場上最為常見的網(wǎng)球收集類產(chǎn)品是網(wǎng)球筐，因?yàn)檫@類撿球機(jī)的工作原理非常簡單，手動下壓將網(wǎng)球擠進(jìn)網(wǎng)球籃里，為了使網(wǎng)球進(jìn)入網(wǎng)球籃之后不會掉落，網(wǎng)球籃網(wǎng)格的尺寸通常比網(wǎng)球直徑略小，而且在不撿球的時候，為了輔助網(wǎng)球訓(xùn)練可以將支架倒轉(zhuǎn)，使其站立。這類型撿球機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，價格便宜，但耗費(fèi)人力，撿球效率不高。學(xué)網(wǎng)球的人在剛學(xué)網(wǎng)球的時候往往需要人一起訓(xùn)練。一個匹配良好的高水平游戲可以玩兩個多小時，運(yùn)行距離可以達(dá)到5000米或以上。隨著訓(xùn)練場地的使用和賽前戰(zhàn)術(shù)的發(fā)展，賽前訓(xùn)練的強(qiáng)度越來越大。在這種運(yùn)動環(huán)境下，如果網(wǎng)球訓(xùn)練場能配備網(wǎng)球拾撿機(jī)和發(fā)動機(jī)，將大大提高初學(xué)者網(wǎng)球訓(xùn)練的積極性，解決自訓(xùn)和拾球疲勞的問題。網(wǎng)球訓(xùn)練場推出這款智能撿球機(jī)產(chǎn)品，不僅省錢，而且滿足了網(wǎng)球愛好者對時尚的追求。為了方便人們使用網(wǎng)球，現(xiàn)在市場上已經(jīng)推出了一些手推式網(wǎng)球皮卡車。這種撿球車純粹是機(jī)械式的，需要有人操作。人們把皮卡推到需要撿的網(wǎng)球的前面，然后拿起手推車，把球拉進(jìn)車?yán)?。然而，這種半自動化的網(wǎng)球撿球器仍有許多缺點(diǎn)。由于它體積大而笨重，與智能網(wǎng)球撿球器相比，它顯得相對笨拙。它不僅影響了教練的比賽，而且浪費(fèi)了大量的場地訓(xùn)練空間，因?yàn)樗绊懥巳藗冊诮忧蜻^程中打網(wǎng)球。還有一個完全需要手動操作，這浪費(fèi)了不必要的體力和時間相比，智能拾球。而且，它只能在訓(xùn)練場上用于更多的網(wǎng)球運(yùn)動，但是當(dāng)?shù)孛嫔嫌懈嗟木W(wǎng)球運(yùn)動時，它會影響人們的運(yùn)動。當(dāng)球在地面上時，不需要使用這種類型的撿拾器。在拐角和障礙物之間的球不能被有效地拾起，所以它只適用于拾起障礙物較少且遠(yuǎn)離墻壁的球。由于其體積小、靈活性好，且具有水平向轉(zhuǎn)角運(yùn)動的優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了上述缺點(diǎn)。另一方面，使用AVR芯片，由于其核心功能強(qiáng)大，運(yùn)行速度超快，存儲信息量大。這種撿球機(jī)控制更加靈活，誤差率大大降低。但同時，由于缺乏有效的路徑規(guī)劃機(jī)制，在撿球撿球機(jī)的視覺角落可能會出現(xiàn)一些球的位置。所以，一些小球不能成功地?fù)炱饋?，?dǎo)致錯誤。在這方面，本設(shè)計(jì)還必須多考慮今后爭取實(shí)現(xiàn)真正死角收球。所以，其應(yīng)用環(huán)境更為有限，無法實(shí)現(xiàn)撿球過程的自動化和智能化。2、設(shè)計(jì)方法2.1、網(wǎng)球撿球機(jī)的發(fā)展歷史網(wǎng)球起源于19世紀(jì)，迄今已經(jīng)有100多年歷史，而且對網(wǎng)球運(yùn)動的而研制的運(yùn)動機(jī)械也發(fā)展了很長一段時間，技術(shù)已逐步走向成熟，而且市場上已經(jīng)存在不少品牌的撿球機(jī)，多為手動、半自動撿球，全智能模式的撿球機(jī)較少。在中國的網(wǎng)球發(fā)展還是比較緩慢，學(xué)生接觸網(wǎng)球大多數(shù)是高中或者大學(xué)之后，接觸時間不長，導(dǎo)致跟網(wǎng)球相關(guān)的體育機(jī)械產(chǎn)品發(fā)展也比較緩慢。2.2、軟件使用和設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要采用AutoCAD進(jìn)行圖紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括11個零件結(jié)構(gòu)圖，分別為撥桿、撥桿電動機(jī)、儲球管、進(jìn)球桶卡座、輪胎電機(jī)支架、球桶、上底盤、上底盤支架、鎖存器、下底盤、多功能智能撿球機(jī)裝配圖和總結(jié)構(gòu)圖紙。還使用了Proteus進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真，主要是設(shè)計(jì)遙控器電路圖和主電器圖。遙控器電路圖由無線發(fā)射電路圖和無線接收電路圖構(gòu)成。3、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)概論和組成設(shè)計(jì)的散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)必須更多的了解訓(xùn)練場環(huán)境，而不是盲目地徘徊撿球，這樣容易導(dǎo)致?lián)烨驒C(jī)進(jìn)入球場內(nèi)影響人們網(wǎng)球運(yùn)動。它需要精確找到網(wǎng)球的位置并按不同的情況導(dǎo)航到不同的地點(diǎn)。具體來說，它需要保持在網(wǎng)球訓(xùn)練過程中離開球場直到確認(rèn)撿球機(jī)接球，然后將網(wǎng)球重新運(yùn)回球場。首先，本設(shè)計(jì)介紹實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的第一步并分析其中的一些挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)一個能自動撿球的控制平臺并實(shí)現(xiàn)了一個ROS軟件用于基礎(chǔ)控制和里程計(jì)的堆棧。然后需要擴(kuò)展軟件棧的運(yùn)動能力，帶有一個視覺檢測模塊和一個固定的紅外線探測器。散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)分為機(jī)械和控制兩個子系統(tǒng)。3.1、機(jī)械子系統(tǒng)包括三個限位開關(guān)，網(wǎng)球撿拾器，輪子和電機(jī)。當(dāng)限位開關(guān)被觸發(fā)時，回避障礙。網(wǎng)球撿拾器由一個撥桿組成，將網(wǎng)球掃入儲球管中，鎖存器講網(wǎng)球鎖在儲球管內(nèi)。與此同時，步進(jìn)電機(jī)用于旋轉(zhuǎn)網(wǎng)球撿拾器。從原型中可以看出，網(wǎng)球儲球管用于存儲網(wǎng)球。電子室用于放置電池。運(yùn)動輪可根據(jù)車輪導(dǎo)航自由轉(zhuǎn)動。運(yùn)動機(jī)構(gòu)由四個步進(jìn)電機(jī)和運(yùn)動輪組成，用于控制撿球機(jī)的導(dǎo)航方向。3.2、控制子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)由前、側(cè)限位開關(guān)板、電機(jī)組成，驅(qū)動板、9V至5V電源板、微控制器板、L298N電機(jī)驅(qū)動板。3.3、導(dǎo)航根據(jù)文獻(xiàn)綜述確定撿球機(jī)的導(dǎo)航/采集區(qū)域，其中集中采集網(wǎng)球最多的區(qū)域，網(wǎng)球集中分布在球場邊緣，因此，該撿球機(jī)將集中掃描球場邊緣。撿球機(jī)的設(shè)計(jì)堅(jiān)固穩(wěn)定?？刂谱酉到y(tǒng)由前、側(cè)限位開關(guān)板、電機(jī)驅(qū)動器、電源板、L298N組成。電機(jī)驅(qū)動器、側(cè)限位開關(guān)板、微控制器板。對智能開發(fā)的網(wǎng)球撿球機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過研究發(fā)現(xiàn)這種撿球機(jī)的原型能夠很好地取回網(wǎng)球。例如，重復(fù)10次拾取時，收集到的平均球數(shù)約為60%（12/20球），但是，有時由于電機(jī)故障，撿球機(jī)無法取回所有球，收集到的平均球數(shù)為0%（0/20球）。然而，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，這項(xiàng)研究的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自動撿球，即設(shè)計(jì)了一臺作為體育工具智能收集網(wǎng)球的機(jī)器。在這方面，散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)由一個機(jī)械結(jié)構(gòu)、一個控制器系統(tǒng)和一個導(dǎo)航系統(tǒng)組成。3.4、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)組件：(1)、運(yùn)動部分：四個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的運(yùn)動輪(2)、視覺檢測部分：超聲波測距系統(tǒng)用來測試撿球機(jī)與網(wǎng)球之間的距離，紅外線測距傳感器用來測試目標(biāo)物是否為網(wǎng)球(3)、球部：網(wǎng)球進(jìn)入球入口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動杠桿將球推入球管，網(wǎng)球鎖在球管內(nèi)的球鎖內(nèi)。(4)、控制部分：AVRATMega16芯片的主芯片，L298N驅(qū)動芯片的電機(jī)驅(qū)動芯片。(5)、傳感部分：紅外傳感器，無線模塊NRF24L01步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的運(yùn)動輪：硬塑料輪，直徑60毫米機(jī)械結(jié)構(gòu)組成：儲球管：網(wǎng)球直徑在6.541到6.858厘米之間，重量在56.7到58.5克之間。儲球管的直徑比網(wǎng)球的直徑稍大。儲存管總長395.210cm，球管總長223.100cm。鎖：直徑略大于球管直徑，限制了網(wǎng)球的單向運(yùn)動。其原理是L形機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度。L的直角軸旋轉(zhuǎn)使網(wǎng)球通過，之后扭轉(zhuǎn)彈簧返回旋轉(zhuǎn)鎖存器。無線模塊：紅外傳感器：它可以檢測人或某些動物發(fā)出的紅外輻射，以及把它轉(zhuǎn)換成電信號輸出。量子型紅外線探測器與波長有關(guān)紅外光。其特點(diǎn)是靈敏度高，反應(yīng)快，且對紅外波長反應(yīng)的靈敏度。因此，可以不接觸地檢測物體釋放的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出。撿球機(jī)可以利用紅外回波信號識別出散亂網(wǎng)球的方向和距離。主芯片ATmega16：基于增強(qiáng)型AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，因?yàn)锳Tmega16具有高級的指令集和單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率為1MIPS/MHz，所以能減緩系統(tǒng)在處理速度和功耗之間的矛盾。L298N驅(qū)動芯片由一個4通道邏輯驅(qū)動電路組成。3.5、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)外形簡介散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由撿球機(jī)底盤、控制中心AVR芯片、鎖存部分、撿球機(jī)構(gòu)四個部分組成，它們互相協(xié)調(diào)完成工作?？梢詫?shí)現(xiàn)智能收集網(wǎng)球的目的。3.5.1、智能網(wǎng)球撿球機(jī)底盤智能網(wǎng)球撿球機(jī)底盤采用的是圓形硬質(zhì)塑料材料，它的直徑為350mm。兩塊底盤以60mm堆放在一起，由上底盤支架和螺釘柱進(jìn)行固定。四個直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動輪安裝在下底盤上，轉(zhuǎn)向幾何形狀使它具有良好的穩(wěn)定性，可高速運(yùn)作。對于由上底盤支架形成一個通道的，兩個底盤支架之間有兩個支架，底盤距離地面非常近，網(wǎng)球訓(xùn)練場是平的，在路上的輪胎非常適合使用。入口形成通道的底部連接到儲球管。儲球管是一個空心管，比網(wǎng)球直徑稍大2度。角度為的彎曲管道直徑比網(wǎng)球直徑略大，能使網(wǎng)球順利通過。當(dāng)網(wǎng)球進(jìn)入存球管時，運(yùn)動不會受到限制。在上底盤支架之間有一個紅外線檢測傳感器，用來檢測是否有網(wǎng)球進(jìn)入通道口。在底盤上有一個U型槽和儲球管座，用于安裝撥桿和儲球管的運(yùn)動。3.5.2、鎖存部分鎖存器是一種機(jī)械裝置，它允許網(wǎng)球在比網(wǎng)球直徑稍大的塑料球管的左端和右端上僅以垂直方式運(yùn)動。鎖存器的作用是將球拉入儲球管中，使網(wǎng)球只能垂直運(yùn)動，而不依賴于垂直和垂直重力運(yùn)動機(jī)制。它可以有效地將網(wǎng)球存放在儲球管內(nèi)而不讓網(wǎng)球返回。網(wǎng)球因?yàn)橹亓Χ陆?，鎖存器的原理是一個可以旋轉(zhuǎn)60度的L形機(jī)構(gòu)。網(wǎng)球通過時，L形直角軸旋轉(zhuǎn)。網(wǎng)球順利通過后，在軸的中間有一個扭轉(zhuǎn)彈簧，可以使鎖存器旋轉(zhuǎn)后恢復(fù)L形狀。圖1.1.3（鎖存器）3.5.3、撿球部分撿球部分由電機(jī)驅(qū)動，以驅(qū)動硬塑料撥桿。根據(jù)撿球機(jī)的網(wǎng)球拾取機(jī)制，收集在地上的網(wǎng)球，然后集中運(yùn)送給球員。它使用兩個水平定位的運(yùn)動輪，是通過輪帶獨(dú)立驅(qū)動的。杠桿和電機(jī)輸出軸連接在一起，電機(jī)轉(zhuǎn)動控制桿推動撿球機(jī)運(yùn)動。網(wǎng)球在撥桿球座的作用下產(chǎn)生垂直向上的力，使網(wǎng)球垂直上升運(yùn)動。3.6、智能撿球機(jī)的材料簡介3.6.1、底盤材料母材選用硬塑料板，是重要的有機(jī)合成高分子材料，應(yīng)用非常廣泛。網(wǎng)球質(zhì)量不大，網(wǎng)球質(zhì)量180-200g，直徑65-67mm。網(wǎng)球訓(xùn)練場為長23.77米，寬8.23米的矩形。在運(yùn)動過程中，智能撿球機(jī)的運(yùn)動速度約為0.4-0.7m/s。在這種較為低速的運(yùn)動中，在滿足條件下，使用硬質(zhì)塑料的優(yōu)點(diǎn)有：質(zhì)量輕，化學(xué)穩(wěn)定性好，不生銹，易獲得，密度低，價格低廉。3.6.2、車輪材料本次設(shè)計(jì)的網(wǎng)球撿球機(jī)的驅(qū)動方式為四輪驅(qū)動，分別使用四個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，前后輪都采用兩只萬向輪進(jìn)行導(dǎo)向。前輪的萬向輪采用市場上最常見的普通萬向輪，其主要參數(shù)如下表所示輪子直徑mm：65輪面寬度mm：30安裝高度mm：108單輪承載kg：105底板規(guī)格mm：92*64安裝孔距mm：75*45安裝孔徑mm：9輪子軸承：一體軸承外面是一個大約2毫米的橡膠輪。選擇橡膠來增加運(yùn)動時與地面的摩擦系數(shù)，具有高耐磨，耐高溫，使用壽命長的特點(diǎn)，并緩沖對地面的影響。從而達(dá)到高效穩(wěn)定的工作效率。3.6.3、取料球部是一根直徑為5毫米的塑料棒。曲率半徑為70mm。端部比中部稍小，使用的塑料具有良好的韌性，在力較大時不會斷裂。質(zhì)量越低，輸出扭矩越小，節(jié)電效果越好。固定材料：硬角鋁、螺絲、螺絲、螺絲等各類緊固件。其他材料：通用電路板，各種類型的電線連接器，各種電子元件。圖1.1.2（撿球部分圖）圖1.1.2(撿球部分實(shí)物圖)4、散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)工作原理智能撿球機(jī)由遙控部分、運(yùn)動部分、視覺檢測部分、撿球部分和CPU等構(gòu)成，由電池提供電能，并用AVR單片機(jī)作為控制中心對遙控部分、紅外線尋球機(jī)構(gòu)、撿球部分進(jìn)行拾取的控制，實(shí)現(xiàn)智能自動撿球。設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：(1）運(yùn)動部分：因?yàn)榫W(wǎng)球訓(xùn)練場散落網(wǎng)球分布不均勻而且隨機(jī)，智能撿球機(jī)需要運(yùn)動到網(wǎng)球訓(xùn)練場各個位置進(jìn)行撿球，然后集中。（2）視覺檢測部分：由紅外線傳感器組成，通過紅外線傳感器檢測到的信號傳輸?shù)娇刂浦行?，?jīng)過控制中心轉(zhuǎn)換為網(wǎng)球撿球機(jī)運(yùn)動信號，進(jìn)行撿球。（3）撿球部分：智能撿球機(jī)運(yùn)動通過控制中心的信號運(yùn)動到散落網(wǎng)球的位置，通過撿球撥桿把網(wǎng)球撥到儲球管中，鎖存器將網(wǎng)球鎖起，最后疊加進(jìn)入球桶中，再集中利用。（4）控制部分：設(shè)計(jì)控制部分采用2片AVR單片機(jī)ATMega16作為主控芯片，由ACR芯片控制小車運(yùn)行。L298N電機(jī)驅(qū)動模塊，NRF24L01無線模塊，紅外傳感器模塊，電壓檢測模塊，巴克模塊，數(shù)碼管顯示，高性能繼電器等組成。4.1、智能散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)的設(shè)計(jì)原則主要設(shè)計(jì)一款效率高、無遺漏的散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)，解決同類產(chǎn)品可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，能有效檢測到網(wǎng)球散落在訓(xùn)練場的位置，進(jìn)行自動撿球操作。表2-1設(shè)計(jì)參數(shù)表項(xiàng)目指標(biāo)1、啟動一次撿球數(shù)量/個＞1002、啟動一次撿球周期/min≤303、撿球范圍/mm＞10004、檢測距離/m≥34.1.1智能網(wǎng)球撿球機(jī)底盤下底盤：采用硬質(zhì)塑料板材料，形狀為圓形，四個邊緣有四個輪槽，寬度為32mm，上底盤：采用硬質(zhì)塑料板料，外形為圓形。智能網(wǎng)球撿球機(jī)的底盤是保證撿球機(jī)能智能運(yùn)動的主要框架結(jié)構(gòu)。使用硬質(zhì)塑料底盤，使其可在網(wǎng)球訓(xùn)練場地自由運(yùn)動。每個電機(jī)驅(qū)動一個車輪，確保足夠的功率和速度。以達(dá)到高速穩(wěn)定的工作效率。跑車底盤的設(shè)計(jì)考慮了摘球器的美觀、體積、收球效果和美觀、四臺電機(jī)的安裝空間、蓄電池的安裝空間和控制電路等綜合因素。圖2.1.1(下底盤)4.1.2、撿球部分球部撥桿外圓直徑為10毫米，內(nèi)孔直徑為6毫米，長度為75毫米，曲率半徑為70毫米。木棍的兩端稍微小一些。內(nèi)孔與大扭矩直流減速拾波電機(jī)主軸連接，并用銷固定，防止產(chǎn)生相對運(yùn)動。當(dāng)撿球機(jī)運(yùn)動到網(wǎng)球的位置時，網(wǎng)球經(jīng)過撥桿劃入儲球管內(nèi)，經(jīng)過鎖存器鎖鎖住，最后將網(wǎng)球存放在存放管內(nèi)。安裝在撿拾器電機(jī)上端的另一個紅外檢測傳感器檢測操縱桿并向控制中心發(fā)送信號以停止撿拾器電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。此時，操縱桿保持向上約40度的水平。這就完成了網(wǎng)球的撿球。當(dāng)?shù)诙€網(wǎng)球被拾起時，同一個第二個網(wǎng)球進(jìn)入儲球管，將第一個網(wǎng)球鎖起來。而此時，就有兩個網(wǎng)球在儲球管中。當(dāng)進(jìn)入第三個球時，儲球管就有三個網(wǎng)球，再有一個網(wǎng)球進(jìn)入，那么第一個進(jìn)入的網(wǎng)球就會溢出儲球管頂部到儲球管中的球桶中，網(wǎng)球在后面。拿起球，進(jìn)入球內(nèi)。在撿球過程中，中央處理器將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)碼管，以顯示球的數(shù)量。當(dāng)球滿了，警報喇叭就會報警。圖2.1.2（撿球部分剖面示意圖）4.1.3、球桶的設(shè)計(jì)球桶為直徑356mm、高為386mm,總體積為的圓柱形塑料圓桶。塑料球桶上方的凹陷是用來安裝把手槽。手柄通過旋轉(zhuǎn)與塑料球桶上表面形成約100度的角度。固定后，固定后的推桿可以拉伸，拉伸后，人們可以用手推動撿球機(jī)，實(shí)現(xiàn)高效撿球。塑料桶裝滿球后，可以通過桶上方的心形圓桶倒出。圖2.1.3（球桶）4.2、控制中心的設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)使用兩個AVR微控制器（ATMega16用于芯片）。遙控部分采用杭州茂威科技有限公司生產(chǎn)的FSK無線模塊（NRF24L01），提高了控制的可靠性；跑車和遙控器采用協(xié)議式通信，根據(jù)它們之間的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而提高了控制的效果?？刂撇糠质褂酶咝阅?、低功耗8位AVR微處理器ATMega16。驅(qū)動電機(jī)部分采用L298N單片集成電路，四通道驅(qū)動設(shè)計(jì)，接收DTL或TTL邏輯電平，驅(qū)動敏感負(fù)載和開關(guān)功率晶體管。4.2.1、AVR系列Mega16撿球機(jī)控制CPUATMega16是一種基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。4.2.2、基于NRF24L01無線模塊的無線傳輸NRF24L01是一種無線通信芯片，無線通信的最高速度就會達(dá)到2米（bps）。它采用FSK調(diào)制，集成了自己豐富的短突發(fā)協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)1到6或點(diǎn)對點(diǎn)的無線通信。公司還為通信模塊提供了一個GERBER文件。它可以直接處理，可以方便地實(shí)現(xiàn)無線通信功能。它非常適合于單片機(jī)系統(tǒng)的無線通信功能的建立。4.2.3、基于L298N芯片的驅(qū)動電路L298是一種高電亞大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。本設(shè)計(jì)通常使用15英尺的多端口封裝L298N，它由一個4通道邏輯驅(qū)動電路構(gòu)成。圖（撿球機(jī)控制系統(tǒng)示意圖）4.2.4、紅外線傳感器它可以檢測人或某些動物發(fā)出的紅外輻射，以及把它轉(zhuǎn)換成電信號輸出。量子型紅外線探測器與波長有關(guān)紅外光。其特點(diǎn)是靈敏度高，反應(yīng)快，且對紅外波長反應(yīng)的靈敏度。因此，可以不接觸地檢測物體釋放的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出。撿球機(jī)可以利用紅外回波信號識別出散亂網(wǎng)球的方向和距離。圖2.2.5（紅外傳感器）4.3、硬件調(diào)試問題及解決方案(1）、當(dāng)程序通過燃燒器寫入單片機(jī)時，單片機(jī)不能按預(yù)定的設(shè)計(jì)工作。經(jīng)老師喚醒后，用示波器檢測晶體振蕩電路是否正確。在檢測開始時，晶體振動沒有產(chǎn)生鋸齒狀波形。后來，電容器被換成振蕩電路，產(chǎn)生鋸齒狀波形。(2)、在檢測無線傳輸模塊的傳輸數(shù)據(jù)時，編寫了一個簡單的程序，但無線模塊不能正常工作。用萬用表檢測無線傳輸模塊的插腳電平后，發(fā)現(xiàn)有一個插腳錯誤，沒有接地，于是連接了一個跳線。線。4.4、硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過一段時間的調(diào)試，采球機(jī)可以達(dá)到基本的任務(wù)要求。然而，在這一時期，出現(xiàn)了一些問題，即無線模塊不太穩(wěn)定，即遙控部分。由于未知原因，易受干擾，使遙控器靈敏度降低。所以，如何解決跑車的速度問題已成為一個重大問題。軟件調(diào)試是在硬件協(xié)調(diào)的情況下進(jìn)行的，通常問題可能不是硬件。4.5、定位為了確定網(wǎng)球在訓(xùn)練場上的位置，本設(shè)計(jì)使用了計(jì)算機(jī)視覺檢測系統(tǒng)跟蹤球場線，并使用可見的線條和運(yùn)動線索來推斷網(wǎng)球的位置。在使用運(yùn)動線作為其特點(diǎn)是球場線相對稀疏且非唯一，它們只限制了撿球機(jī)的位置維度。也就是說，通過觀察運(yùn)動線，撿球機(jī)可以確定它的方向和距離直線，而不是它沿直線的橫向位置。的從這個觀察得到的位置分布，是沿著球場線的兩條平行線。然而，在沒有什么獨(dú)特標(biāo)志的網(wǎng)球訓(xùn)練場上，并不是所有的線對撿球機(jī)都是可見的，這樣就導(dǎo)致?lián)烨驒C(jī)無法精確找準(zhǔn)網(wǎng)球位置。此外,網(wǎng)球訓(xùn)練場是高度對稱的，所以一系列的運(yùn)動時的測量是必要的建立在撿球機(jī)所處位置上。因?yàn)閮?nèi)在的對稱性要求多重假設(shè)，本設(shè)計(jì)進(jìn)行蒙特卡羅定位(MCL)[5]方法的本地化使用運(yùn)動線觀察到的標(biāo)志。首先，本設(shè)計(jì)假設(shè)撿球機(jī)的最初放置在面對發(fā)球線的邊線上。第二,為了提高精度，本設(shè)計(jì)限制了撿球機(jī)的路徑靠近球場線。4.6、運(yùn)動規(guī)劃與控制導(dǎo)航運(yùn)動規(guī)劃與控制框架在不同場景中負(fù)責(zé)生成最優(yōu)的和可行的路徑，并用于生成控件使撿球機(jī)從起點(diǎn)精確地運(yùn)動到目標(biāo)網(wǎng)球。在本質(zhì)上，策劃者負(fù)責(zé)駕駛汽車把球拿回來，然后把球傳給另一個球的位置。一個計(jì)劃的最優(yōu)性是由它的優(yōu)劣來判斷的長度，易于控制。4.6.1、路徑規(guī)劃網(wǎng)球訓(xùn)練場的環(huán)境相當(dāng)簡單規(guī)劃的觀點(diǎn):它有固定的維度，是四邊都有界，并且有一個一致固定的障礙。撿球機(jī)需要分析其它的靜態(tài)障礙物，如工作臺和動態(tài)障礙物如球員。計(jì)劃者必須尊重兩者環(huán)境約束(障礙)和差異限制條件(例如最小轉(zhuǎn)彎半徑為0.7m如本設(shè)計(jì)的撿球機(jī))。撿球機(jī)的構(gòu)型完全由一個三維向量(x,y,θ)。已知基于搜索的離散配置空間規(guī)劃在如此低維度的狀態(tài)下也能很好地工作空間。特別是基于晶格的規(guī)劃[9]，[10]是一種離散構(gòu)型空間的方法。轉(zhuǎn)換成一組表示的狀態(tài)和連接狀態(tài)間的可行路徑。這些聯(lián)系可以然后進(jìn)行重復(fù)，以達(dá)到上的任何配置晶格。基于網(wǎng)格的規(guī)劃將運(yùn)動規(guī)劃有效地轉(zhuǎn)化為基于圖的搜索問題。它是非常適合本設(shè)計(jì)的平臺，因?yàn)樗苯泳幋a差分約束進(jìn)入計(jì)劃沒有必要后置處理。此外，它很容易實(shí)現(xiàn)并對各種搜索算法進(jìn)行比較對計(jì)劃器的總體架構(gòu)進(jìn)行較大的更改。本設(shè)計(jì)的計(jì)劃很大程度上提供優(yōu)化和簡化，以提高板載性能。4.6.2、控制器這個撿球機(jī)有一個閉環(huán)控制器來控制它使用本地化信息遵循計(jì)劃的路徑準(zhǔn)確?？刂破饔袃蓚€組成部分——速度控制和轉(zhuǎn)向控制。(1)速度控制:控制器控制速度切換到Arduino，再根據(jù)Arduino運(yùn)行PID控制一種輪式編碼器，用來保持所要求的速度。控制器使用0.25m的前視來確定安全運(yùn)行速度。這使得它在接近障礙物時和在倒車段前轉(zhuǎn)彎的路徑之前可以慢下來轉(zhuǎn)彎，。(2)轉(zhuǎn)向控制:本設(shè)計(jì)使用的是基于史丹利使用的撿球機(jī)贏得了DARPA的挑戰(zhàn)賽的轉(zhuǎn)向控制器。該控制器基于非線性反饋函數(shù)的交叉跟蹤誤差x(t)其中測量撿球機(jī)前端中心的橫向距離從軌跡上最近的點(diǎn)開始。在沒有錯誤的情況下，前輪匹配軌跡的全局方向。這個角θ描述最近的路徑段的方向,相對于車輛自身的方向進(jìn)行測量。在沒有任何橫向誤差，控制器點(diǎn)前輪平行于規(guī)劃軌道。u(t)撿球機(jī)在t時刻的速度是基本的轉(zhuǎn)向角控制律由δ(t)=ψ(t)+arctan(kx(t)/u(t)),(3)其中k為可調(diào)增益參數(shù)。使用一個線性自行車模型，輪胎剛度無窮大，轉(zhuǎn)向限制嚴(yán)格，可以表明對于較小的交叉跟蹤誤差，該控制律的結(jié)果是誤差指數(shù)收斂到零。4.6.3、實(shí)驗(yàn)控制器驅(qū)動撿球機(jī)前進(jìn)，所有的計(jì)算都在控制中心完成。這些使用ViconMX運(yùn)動記錄運(yùn)動軌跡捕獲系統(tǒng)，并疊加到地圖上網(wǎng)球訓(xùn)練場，顯示了規(guī)劃器和控制器的性能，每個示例平均運(yùn)行超過10次,展開的節(jié)點(diǎn)數(shù)和運(yùn)行時提供的節(jié)點(diǎn)數(shù)性能的度量，而控制器根據(jù)平均橫道誤差、最終橫道測量、射門失誤和頭球失誤等作出分析，伴隨著這些平均量，報告標(biāo)準(zhǔn)差作為測量本設(shè)計(jì)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)意義。5、數(shù)據(jù)理論計(jì)算5.1.1、撿球機(jī)驅(qū)動原動機(jī)的選擇考慮到撿球機(jī)的轉(zhuǎn)彎問題，所以選定的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。5.1.2、驅(qū)動電動機(jī)輸出功率查得輪胎與地面的滾動摩擦系數(shù)為μ=5mm，而整車的質(zhì)量主要包含撿球機(jī)構(gòu)、同步帶電機(jī)、支架（包括收集裝置）、電池、萬向輪、驅(qū)動電機(jī)以及最大撿球數(shù)約為250個網(wǎng)球等的質(zhì)量，假設(shè)步進(jìn)電機(jī)的重量為2kg，則整車質(zhì)量為整車的行進(jìn)速度為v=0.5m/s，根據(jù)公式v=ωr，可以求得車輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω=rad/s進(jìn)而算的轉(zhuǎn)速為rad/min而且摩擦轉(zhuǎn)矩為M=μm=0.005×40=2N·m取機(jī)械效率，驅(qū)動電動機(jī)的功率為≈40W經(jīng)過篩選，最終選擇常州康達(dá)通用電氣有限公司生產(chǎn)的86精密行星減速步進(jìn)電機(jī)，其工作環(huán)境如下表3-6步進(jìn)電機(jī)工作環(huán)境表項(xiàng)目規(guī)范溫升80℃max環(huán)境溫度-20℃-+50℃絕緣強(qiáng)度100Ωmin，500VDC介電強(qiáng)度500VAC1分鐘回轉(zhuǎn)間隙≤25acrmin主要技術(shù)參數(shù)為機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件的設(shè)計(jì)與校核電機(jī)型號步距角/°相電流/A保持力矩/kg·cm引線數(shù)/條電機(jī)重量/kg85-H250B991.846553.5所以減速比為5。首先確定撿球機(jī)的負(fù)載，其只要負(fù)載特性如下：前輪運(yùn)動受阻力最少為15NP=/η式中:-工作機(jī)所需有效功率。=FV/其中,F為阻力,最小估計(jì)為15N,為工作機(jī)驅(qū)動總效率,估計(jì)為0.4,設(shè)計(jì)v為0.5m/s,由此算得瓦,電動機(jī)至工作機(jī)之間傳動裝置的總效率,估算值為2/3,由此可得。綜合上述可以得出最后前輪驅(qū)動電機(jī)輸出總功率為P=30W。5.1.3、車輪軸的設(shè)計(jì)與校核已知步進(jìn)電機(jī)的保持力矩為6.5N·m。初步確定后車輪軸的結(jié)構(gòu)如圖3-8所示圖3-5后車輪軸結(jié)構(gòu)示意圖（1）根據(jù)車輪的尺寸設(shè)計(jì)I-IV的直徑和長度車輪孔徑為24mm，因此，車輪的軸向定位采用右側(cè)加螺母的方式，而周向定位采用平鍵連接，根據(jù)車輪的尺寸選取，查找《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-連接件與緊固件》表2-37，選取六角螺母C（GB/T41-2000）M24，其主要尺寸為，因此選取?，考慮到車輪的左側(cè)定位，III-IV段制出軸肩，其尺寸為，。（2）聯(lián)軸器的選取參照步進(jìn)電機(jī)軸的尺寸，查找《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-軸及其連接件設(shè)計(jì)》表3-14，初步選取GY1凸緣聯(lián)軸器，其軸孔直徑為14mm，公稱轉(zhuǎn)矩為25000N·m，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表14-1，由于轉(zhuǎn)矩變化小，因此取,聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為N·mm計(jì)算轉(zhuǎn)矩小于公稱轉(zhuǎn)矩，因此符合條件。（3）設(shè)計(jì)IV-V段并選擇軸承座根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，進(jìn)而選取軸承座，軸承座的孔徑為25mm。（4）軸上零件的周向定位車輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接，根據(jù)的尺寸，并查《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊-連接件與緊固件》表3-4，選取平鍵的尺寸為b×h×L=8mm×7mm×36mm，鍵槽的長度為40mm，車輪與軸之間的配合采用間隙配合，配合公差為；聯(lián)軸器與軸的連接，選取平鍵尺寸為b×h×L=5mm×5mm×22mm，鍵槽長度為25mm，二者的配合為過渡配合，配合公差為；軸承座與軸的配合采用過度配合，其配合公差。（5）確定軸上倒角尺寸查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-2，取最左端倒角0.8×45°，另一個倒角1×45°。5.1.4、部分電機(jī)接球輸出功率①網(wǎng)球的重量。設(shè)計(jì)所得的儲球管道的長度約為395mm，考慮到單個網(wǎng)球的最大直徑68.58mm，撥桿的厚度4mm,長為74mm，而且每次撥桿運(yùn)動一周只能在儲球管道上方通過一個網(wǎng)球，儲球管道上最多存在1個網(wǎng)球，單個網(wǎng)球的最大重量g;根據(jù)公式計(jì)算撥桿最低功率為P=/η=T×n/(9550×ηw)PW=T×N/（9550×UNK&gt；W）球阻距離t估計(jì)為，n為速度，可計(jì)算為，綜合上述考慮，球部電機(jī)輸出功率：。5.2、撿球機(jī)運(yùn)動速度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球訓(xùn)練場的尺寸如下圖所示，賽場尺寸為23.77m×8.23m,總尺寸為36.57m×18.27m，根據(jù)參數(shù)要求一次撿球周期為30min，因?yàn)橹毙羞\(yùn)動速度比轉(zhuǎn)彎速度快，撿球范圍大于1000mm，所以設(shè)定撿球機(jī)直線運(yùn)動時間為22min，設(shè)定其范圍為1000mm，估算撿球機(jī)的運(yùn)動速度為公式中，v--撿球機(jī)的運(yùn)動速度，m/s;b--網(wǎng)球訓(xùn)練場的寬度,m;n--網(wǎng)球訓(xùn)練場的長度,m;t--撿球機(jī)行走完全場的直線距離所用時間，s;l--撿球機(jī)撿球?qū)挾?；根?jù)實(shí)際情況，撿球機(jī)的運(yùn)動速度設(shè)定為0.5m/s.5.3、球桶尺寸根據(jù)參數(shù)要求：智能撿球機(jī)一次撿球個數(shù)＞100個，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球的直徑為65.41mm＜d＜68.58mm進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，理想狀態(tài)下，裝下100個網(wǎng)球的最小容積為撿取100個網(wǎng)球最大容積為公式中，V--智能撿球機(jī)球桶容積，;--單個網(wǎng)球最大直徑，m;--單個網(wǎng)球最小直徑，m;n--撿球機(jī)球桶的裝球個數(shù)，個.所以撿球機(jī)球桶的容積V需滿足的條件是：，然而實(shí)際情況，撿球個數(shù)往往大于100個，所以撿球機(jī)球桶實(shí)際體積應(yīng)大于最大容積，參考網(wǎng)儲球管道以及撿球機(jī)整體機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確定球桶的實(shí)際內(nèi)部容積基本尺寸為直徑356mm、壁厚1.5mm、高為386mm的圓柱形球桶。驗(yàn)算撿球機(jī)球桶能否滿足一次撿球，可裝球100個以上，實(shí)際撿球機(jī)球桶容積為＞0.0323公式中，V--撿球機(jī)球桶的實(shí)際容積，;d--球桶底圓盤的直徑，m;h--撿球機(jī)球桶高度，m.所以滿足條件，可以使用。球桶三維圖如下圖所示圖2.1.3（球桶）5.4、儲球管道設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置，每次球數(shù)為100個。假設(shè)網(wǎng)球運(yùn)動員一次練習(xí)，發(fā)球次數(shù)為100次，考慮到實(shí)際情況，網(wǎng)前和邊線的網(wǎng)球數(shù)量相對集中。在大多數(shù)球通過網(wǎng)的情況下，分布在邊緣的網(wǎng)球數(shù)量相對較高，所以假設(shè)邊緣附近（2米×18.27米范圍內(nèi)）的網(wǎng)球數(shù)量為40個，網(wǎng)球數(shù)量（4米×18.27米）為20個。剩下的40個網(wǎng)球隨機(jī)分布在網(wǎng)球訓(xùn)練場的其它區(qū)域。進(jìn)球口的寬度設(shè)為0.356米，則進(jìn)球口每單位時間進(jìn)入的網(wǎng)球數(shù)為（根據(jù)進(jìn)球口的最密集面積計(jì)算）個/s公式中，--智能撿球機(jī)單位時間內(nèi)撿取網(wǎng)球個數(shù)，個/s；--網(wǎng)球訓(xùn)練場內(nèi)網(wǎng)球個數(shù)，個；-網(wǎng)球訓(xùn)練場面積，；V--撿球機(jī)運(yùn)動速度，m/s;D--撿球機(jī)撿球?qū)挾?，m.根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，得到單位時間內(nèi)里的撿球個數(shù)，所以設(shè)定撿球的儲球管道數(shù)為1.考慮撥桿寬度以及撿球機(jī)運(yùn)動速度，設(shè)定撿球機(jī)儲球管道寬度為71mm,儲球管道高度設(shè)定主要與撿球機(jī)球桶以及與地面高度有關(guān)，其相關(guān)的尺寸在CAD圖紙有詳細(xì)表示，在這里不作表述。6、自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1、撿球機(jī)前進(jìn)路線的確定考慮到撿球機(jī)的效率，如果設(shè)計(jì)的話，撿球機(jī)智能識別網(wǎng)球并進(jìn)行撿球。智能操作時，會自動降低撿球機(jī)的速度，這樣會影響撿球的效率。所以最好的解決辦法是設(shè)計(jì)合理的撿球路線，提高撿球效率?？紤]到網(wǎng)球訓(xùn)練場的布局和網(wǎng)球的分布，網(wǎng)球訓(xùn)練場周圍有更多的網(wǎng)球，因此撿球路線應(yīng)集中在網(wǎng)球訓(xùn)練場邊緣，有必要在球場上把網(wǎng)球集中在一個位置上。由于網(wǎng)球分布稀疏，路線的其余部分也比較稀疏，因此，撿球機(jī)應(yīng)遵循Z形行走路線并按順序行走路線的其余部分。圖4-1撿球機(jī)行進(jìn)路線示意圖線路圖如圖4-1所示。球從右上角開始，沿著邊線前進(jìn)，到達(dá)網(wǎng)球訓(xùn)練場的另一個邊界。在邊界處撿網(wǎng)球時，因?yàn)檫吔绫容^窄，所以撿球機(jī)需要后退一定的距離，以達(dá)到順利轉(zhuǎn)彎的目的。在轉(zhuǎn)彎過程中，電機(jī)進(jìn)行差速控制，實(shí)現(xiàn)一個轉(zhuǎn)彎，到達(dá)網(wǎng)球訓(xùn)練場的另一個邊界，依次循環(huán)，直到接近起始位置，撿球機(jī)轉(zhuǎn)彎，繼續(xù)在球場上的其它位置接球，沿著圖中所示的路線，繼續(xù)進(jìn)行Z形路線行走，位置基本上與外圍路線的后位置相同，直到它到達(dá)球場的對面邊界并完成一個第二次接球過程。6.2、單片機(jī)的選擇單片機(jī)主要分為通用型/專用型、總線型/非總線型。單片機(jī)具有功耗低、擴(kuò)展靈活、使用方便、控制功能強(qiáng)、體積小、步進(jìn)式等優(yōu)點(diǎn)，單片機(jī)配合使用輸入電機(jī)非常方便。因此，本設(shè)計(jì)中的撿球機(jī)控制部分主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成。本設(shè)計(jì)選取2片AVRATmega16單片機(jī)作為處理器,因其低功耗8位的CMOS微控制器和數(shù)據(jù)吞吐率為1MIPS/MHz，能減緩系統(tǒng)在處理速度和功耗之間的矛盾。6.3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過在網(wǎng)球訓(xùn)練場上的野外作業(yè)，網(wǎng)球訓(xùn)練場長36.60米，寬18.30米，摘球撿球機(jī)速度為0.5米/秒，旋轉(zhuǎn)半徑為50厘米，增加了球的負(fù)載量。當(dāng)網(wǎng)球訓(xùn)練場內(nèi)球數(shù)小于20個時，一次性操作時間約為5分鐘，如果單個網(wǎng)球相對分散，也可由遙控?fù)烨驒C(jī)遙控?fù)烨?。通過散亂的網(wǎng)球智能撿球機(jī)，讓乏味的撿球機(jī)工作起來很有趣。本文介紹了一種網(wǎng)球智能撿球機(jī)樣機(jī)的研制和試驗(yàn)。雖然該撿球機(jī)的性能不太令人滿意，仍需進(jìn)一步改進(jìn)。在未來的研究中，可以對導(dǎo)航和儲球管的大小進(jìn)行增強(qiáng)，從撿球機(jī)各子系統(tǒng)的開發(fā)中獲得的經(jīng)驗(yàn)對體育運(yùn)動有很大的意義。7、總結(jié)這種設(shè)計(jì)主要是為了幫助網(wǎng)球運(yùn)動員在網(wǎng)球訓(xùn)練過程中撿起網(wǎng)球并解決問題。在現(xiàn)有產(chǎn)品中，對卡傷球問題不斷地進(jìn)行了構(gòu)思、設(shè)計(jì)和改進(jìn)，最終形成了一套合理并且易于實(shí)現(xiàn)完整的撿球機(jī)構(gòu)，并完成了三維模型的構(gòu)建，相關(guān)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要部分二維圖紙等工作。本設(shè)計(jì)加深了對專業(yè)知識的系統(tǒng)理解，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)能力，對于增強(qiáng)自學(xué)能力以及實(shí)踐能力，有極大的幫助。特別是在設(shè)計(jì)過程中，本設(shè)計(jì)需要不斷地學(xué)習(xí)和改進(jìn)，對鍛煉耐力和毅力也是一個很大的幫助。展望（1）實(shí)物生產(chǎn)：由于設(shè)計(jì)時間和精力的限制，這個設(shè)計(jì)沒有完成生產(chǎn)的東西，所以有許多潛在的改進(jìn)領(lǐng)域是無法驗(yàn)證的，而大多數(shù)的設(shè)計(jì)只是停留在在理論上，本設(shè)計(jì)希望將來有時間進(jìn)行實(shí)物生產(chǎn)。（2）控制部分的具體設(shè)計(jì)：由于工作負(fù)載問題和時間限制，此設(shè)計(jì)沒有完成控制部分的具體設(shè)計(jì)，但隨著拾球路線的理論設(shè)計(jì)，未來需要單一學(xué)習(xí)機(jī)器相關(guān)知識，編寫相關(guān)程序。（3）工作方法的多樣：本設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)撿球機(jī)的自動收集。目前，只完成了自動撿球部分的設(shè)計(jì)。考慮到實(shí)際撿球情況，未來可能需要增加手動控制才能增加撿球機(jī)的便捷性。（4）自動避障功能：這種設(shè)計(jì)只允許網(wǎng)球撿球機(jī)沿著指定的路線運(yùn)動，但實(shí)際上在這種情況下，不可避免地會出現(xiàn)錯誤，因此增加一個自動避障系統(tǒng)可以避免撿球機(jī)出現(xiàn)損壞。散落網(wǎng)球智能撿球機(jī)算是一個挺有意義的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，伴隨著科技的日新月異同，它的發(fā)展也在不斷擴(kuò)展其概念，其日常應(yīng)用方面也將會越來越便捷高效，，而撿球機(jī)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，由全手動到全自動化，這對于機(jī)構(gòu)的對接也有新的構(gòu)想。這就要求我們不斷探索新的需求，開發(fā)新的技術(shù)，使功能更加完善，智能化更加深入。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們將有一個新的世界去探索。在最后，我要感謝我的導(dǎo)師，唐露新老師，在他的指導(dǎo)下，我完成了這篇論文。尤其是在論文選題和研究中以及方法和想法方面，他都對我進(jìn)行精心的指導(dǎo)，我從中受益良多。同時，感謝機(jī)電學(xué)院的全體教師，特別是感謝班主任姬靖老師和輔導(dǎo)員戎明杰老師，在過去的四年里，老師們的幫助使我順利地完成了學(xué)業(yè)。最后，感謝各位科任老師和領(lǐng)導(dǎo)，正是因?yàn)槟銈兊呐κ刮业幕A(chǔ)知識變得扎實(shí)，讓我學(xué)會理論與實(shí)踐的相結(jié)合，不僅完成了學(xué)習(xí)，而且豐富了自己，這也更有利于我今后工作的發(fā)展。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)表。由于本人能力有限，論文中還有很多不足之處，歡迎各位老師同學(xué)批評指正，感謝大家！8、致謝一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于要結(jié)束了。在這短短的幾個月里，你不僅學(xué)習(xí)了大學(xué)四年里學(xué)到的東西，而且把你從老師的教科書中學(xué)到的東西應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用中。測試它的能力。雖然曾經(jīng)有過成功，也曾經(jīng)有過失敗，曾經(jīng)有過歡笑，曾經(jīng)有過眼淚，但過程其實(shí)是最重要的。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在蔡金平老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，本設(shè)計(jì)獲得了豐富的理論知識，在設(shè)計(jì)過程中，本設(shè)計(jì)交了大量的科技文件，以滿足設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求。專業(yè)知識經(jīng)過認(rèn)真的鞏固和培訓(xùn)，在硬件和軟件的結(jié)合上，認(rèn)真聽取了謝老師和一些優(yōu)秀同學(xué)的意見，在很大程度上，本設(shè)計(jì)得到了老師的成功評審。另一方面，它大大提高了它的實(shí)踐能力，對機(jī)械電子領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向有了一定的了解。這一領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)將有助于本設(shè)計(jì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)械知識。在此，本設(shè)計(jì)謹(jǐn)對蔡金平的指導(dǎo)和支持，以及一些學(xué)生的寶貴意見表示衷心的感謝，說沒有你的支持，這個畢業(yè)設(shè)計(jì)就無法順利完成。在今后的工作和學(xué)習(xí)中，本設(shè)計(jì)將以更好的成績回報領(lǐng)導(dǎo)和教師，回報教師和母校的辛勤培養(yǎng)，成為一名優(yōu)秀的大學(xué)畢業(yè)生，奉獻(xiàn)社會。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠圓滿結(jié)束離不開大家的幫助，在這里感謝指導(dǎo)老師唐老師的悉心指導(dǎo)，尤其是在課題初期方案確定時，老師的幫助彌足珍貴，同時感謝研究生們對本設(shè)計(jì)的幫助，大部分問題都是在它們的幫助下解決的，感謝它們能在繁忙中抽出時間對本設(shè)計(jì)提供幫助，另外還要感謝各種文獻(xiàn)資料的編寫者。參考文獻(xiàn)

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無線發(fā)射電路圖附錄A2

無線接受電路圖附錄B1遙控部分程序清單

#include<avr/io.h>#include<string.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//spi標(biāo)志#defineDDR_SPIDDRB#defineDD_MOSI5#defineDD_MISO6#defineDD_SCK7#defineDD_SS4#defineCEPB3#defineIRQPB2#defineHign_24L01_MISOPORTB|=(1<<PB6)#defineLow_24L01_MISOPORTB&=~(1<<PB6)#define