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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- （更新版）基于智能車及攝像頭識(shí)別技術(shù)的智能網(wǎng)球收球機(jī)器人原型機(jī)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 此網(wǎng)球收球機(jī)器人是基于智能車和攝像頭識(shí)別技術(shù)開發(fā)的，是集機(jī)械設(shè)計(jì)加工，軟件編程，機(jī)電控制三位一體的原型機(jī)。收球葉輪是本機(jī)器人的主要功能型機(jī)構(gòu)，通過改裝已有的葉輪軸后軸同軸設(shè)計(jì)，將收球葉輪獨(dú)立，確保了收球的流暢和成品便于加工。車體前端設(shè)置有攝像頭，能夠在識(shí)別場(chǎng)地上散落的網(wǎng)球后自動(dòng)定向移動(dòng)收球區(qū)域，進(jìn)行完全自動(dòng)化的收集。本原型機(jī)前景廣闊，適用于各種網(wǎng)球練習(xí)場(chǎng)，網(wǎng)球正規(guī)賽事的撿球收球工作。
- 詳細(xì)介紹：
- 1.功能介紹與分解 機(jī)器人自動(dòng)搜尋散落在球場(chǎng)上的網(wǎng)球，通過收球裝置收集網(wǎng)球并通過類“鍬甲蟲”的兩鄂仿生的機(jī)械收球臂擴(kuò)大收球區(qū)域，依靠自身攜帶的電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)將網(wǎng)球收集到儲(chǔ)球裝置，并到達(dá)一定數(shù)量網(wǎng)球時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)球裝置的高度，拾球效率高且智能。 此裝置的主要構(gòu)成：收球裝置、定位裝置、儲(chǔ)球裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、框架、傳導(dǎo)裝置 2.收球機(jī)械臂裝置 我們希望通過收球裝置到達(dá)收球范圍大、速度快、方式簡(jiǎn)單便捷且解決收球時(shí)的死角問題。我們采用了類風(fēng)車設(shè)計(jì)的收球葉輪通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)按一定速度快速簡(jiǎn)便得收集網(wǎng)球，并通過類“鍬甲蟲”的兩鄂仿生的機(jī)械收球臂擴(kuò)大收球面積從而更好的完成收球動(dòng)作。當(dāng)智能機(jī)器人定位到小球時(shí)，通過程序的控制按一定規(guī)律的擺動(dòng)，將網(wǎng)球驅(qū)趕到收球區(qū)域。 3. 儲(chǔ)球裝置 籃筐升降機(jī)構(gòu)：利用鉸接的疊層交叉桁架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度可隨意伸縮的同時(shí)，提供了良好的支撐。框體導(dǎo)軌：在框體內(nèi)設(shè)計(jì)易于球滾落的導(dǎo)軌。使收集的網(wǎng)球可以按一定順序盡量整齊得排列在框體內(nèi)，增加收球數(shù)量。 4. 攝像頭的選擇 (1)方案一：采用模擬420線板機(jī)攝像頭。 板機(jī)攝像頭性能比較穩(wěn)定，可以在光線弱的情況下使用。但是攝像頭輸出的模擬PAL信號(hào)，因此需要增加類似于LM1881組成的視頻分離模塊，但是單片機(jī)MC56858沒有內(nèi)置的AD模塊，因此需要外擴(kuò)高速AD模塊，這樣便提高了系統(tǒng)的成本，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (2)方案二：采用數(shù)字CMOS攝像頭OV6620。 OV6620是CMOS彩色數(shù)字?jǐn)z像頭，可以采用這個(gè)攝像頭的黑白模式以減少數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)但是同時(shí)也滿足路徑識(shí)別的要求。攝像頭的像素多達(dá)101376，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足路徑識(shí)別要求。攝像頭內(nèi)置兩個(gè)8位的高速AD轉(zhuǎn)換器，輸出8位灰度值是通過接口Y0~Y7輸出的，可以直接。數(shù)據(jù)采集處理相對(duì)比較容易，但其價(jià)格偏高。 因此考慮到OV6620采集數(shù)據(jù)可以直接同單片機(jī)IO口接口，并且攝像頭直接輸出數(shù)字量可以降低系統(tǒng)的成本和提高系統(tǒng)的可靠性，并且十萬(wàn)像素可以提供大量的路徑信息，可以經(jīng)過圖形圖像處理，識(shí)別各類可以預(yù)見的賽道，因此最終攝像頭的方案是采用CMOS數(shù)字?jǐn)z像頭OV6620。 5. 驅(qū)動(dòng)裝置 我們將利用后輪驅(qū)動(dòng)的方式，動(dòng)力由兩個(gè)后輪電機(jī)共同提供。通過電機(jī)連接兩個(gè)輪子，通過電機(jī)產(chǎn)生不同的速度，從而調(diào)整小車的轉(zhuǎn)向，調(diào)速等功能的實(shí)現(xiàn)。這樣能夠增加機(jī)器人的靈活性，減小最小轉(zhuǎn)彎半徑。 6. 框架 采用典型的矩形方框角鋁支架，穩(wěn)固，結(jié)實(shí)，耐用。制作容易，易于大批量生產(chǎn)。 7. 收球傳動(dòng)裝置 采用皮帶輪傳動(dòng)，用低轉(zhuǎn)速大扭矩直流減速電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。 8. 收球葉輪：依靠另外一個(gè)單獨(dú)大扭矩減速直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，低轉(zhuǎn)速。葉輪和外罩有一定的合理間距，該間距要小于球的直徑，同時(shí)為外罩和葉輪提供充足的間隙。葉輪采用柔性材料，避免了球和車體因接觸角度而造成的誤差。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計(jì)目的 設(shè)計(jì)一種可搭配不同組件，并進(jìn)行二次開發(fā)的智能網(wǎng)球收集機(jī)器人，此機(jī)器人能夠在不同的工作模式下勝任收球工作。機(jī)器人機(jī)械制作部分力求用最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)完成收球的工作，降低機(jī)器人的制造成本和加工，維修難度。機(jī)器人的電控和傳感器部分，會(huì)依照機(jī)器人不同的工作要求，來(lái)搭配相應(yīng)的工作組件。例如在賽場(chǎng)模式下，機(jī)器人會(huì)加裝速度傳感器和GPS定位系統(tǒng)，能夠讓機(jī)器人迅速的定位場(chǎng)地上遺落的網(wǎng)球，并以最快的方式收球。在練習(xí)場(chǎng)模式下，機(jī)器人加裝攝像頭組件，能夠搜尋到場(chǎng)地上遺落網(wǎng)球的集中區(qū)域，達(dá)到最大的收球效率。 2. 基本思路 利用前置導(dǎo)向臂將前方約一米寬度區(qū)域的網(wǎng)球引導(dǎo)到收球機(jī)構(gòu)前段。使用葉輪機(jī)構(gòu)，將網(wǎng)球抬高到一定的高度，在后端利用重力自動(dòng)掉落在收球籃筐里。在車體前段可外加傳感器及攝像頭裝置，使機(jī)器人擁有自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)球并追蹤收集的功能。后輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分采用兩個(gè)大扭矩轉(zhuǎn)速電機(jī)來(lái)完成，通過電機(jī)轉(zhuǎn)速不同實(shí)現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向，原地轉(zhuǎn)向和倒退，增加機(jī)器人的靈活性。 3. 創(chuàng)新點(diǎn) A．原型車具有豐富的可擴(kuò)展性，搭配不同的傳感器并調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，能使機(jī)器人在不同的場(chǎng)合下工作。 B. 收球機(jī)構(gòu)易于制造，加工難度低，不易故障。和其他收球機(jī)構(gòu)相比，大大降低了設(shè)計(jì)難度。 C.攝像頭識(shí)別技術(shù)大大增加了車體的智能化，機(jī)器人能夠自動(dòng)自主運(yùn)行。 4. 技術(shù)關(guān)鍵 （1）robocup攝像頭識(shí)別技術(shù) （2）傳感器控制，機(jī)電控制 （3）收球葉輪的加工和設(shè)計(jì)
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 能夠通過攝像頭識(shí)別技術(shù)，快速識(shí)別定位網(wǎng)球。突破了以往收球機(jī)器人純?nèi)肆Σ僮鞯牟槐?。收球葉輪非同軸設(shè)計(jì)增加了車體的美觀，該神前后配重。在降低工藝復(fù)雜性的前提下，降低成本。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 挑戰(zhàn)杯校賽一等獎(jiǎng)，挑戰(zhàn)杯省賽決賽作品
作品所處階段
- 車體制作完成。攝像頭程序編寫完畢，正在進(jìn)行搭載融合測(cè)試。機(jī)電部分制作并編程完畢，正在完善和調(diào)試。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 創(chuàng)造發(fā)明專利
作品可展示的形式
- 實(shí)體展示，實(shí)際視頻展示，圖紙，三維仿真動(dòng)畫
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.技術(shù)優(yōu)勢(shì)：通過robocup攝像頭識(shí)別技術(shù)，達(dá)到智能收球的目的。車體制作簡(jiǎn)單，適于大批量生產(chǎn)和制造。 2. 適用范圍、市場(chǎng)分析和推廣前景 網(wǎng)球原本是一項(xiàng)貴族運(yùn)動(dòng)，但在近幾年已逐步走進(jìn)了尋常百姓家。隨著中國(guó)女子網(wǎng)球賽事的蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的人開始學(xué)習(xí)網(wǎng)球。網(wǎng)球場(chǎng)館的建設(shè)也迎來(lái)了一陣新的高峰。但是目前很多大型比賽都是通過人工式撿球方式來(lái)?yè)烨?。我?guó)在撿球器目前有3項(xiàng)專利都是通過純機(jī)械機(jī)構(gòu)的人力手收球裝置，不但需要人緊跟機(jī)器的操作，而且收球速度慢，不能適應(yīng)正規(guī)比賽的需要。我們?cè)O(shè)計(jì)的這種網(wǎng)球收球機(jī)器人是一種技術(shù)含量更高更加方便的智能網(wǎng)球收球機(jī)器人。既能夠適應(yīng)傳統(tǒng)網(wǎng)球練習(xí)場(chǎng)大量收集的目的，又能在正規(guī)的體育賽事中發(fā)揮快速撿球的能力，是一個(gè)充滿新鮮感和實(shí)用性的智能化機(jī)器人。此機(jī)器人不僅可以面向城市中各家網(wǎng)球培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，體育場(chǎng)進(jìn)行銷售。更可以直接大批量轉(zhuǎn)賣給各大賽事的組委會(huì)，增加比賽的看點(diǎn)，變相提高收益。
同類課題研究水平概述
- 我國(guó)在撿球器目前有3項(xiàng)專利都是通過純機(jī)械機(jī)構(gòu)的人力手收球裝置，不但需要人緊跟機(jī)器的操作，而且收球速度慢，不能適應(yīng)正規(guī)比賽的需要。我們?cè)O(shè)計(jì)的這種網(wǎng)球收球機(jī)器人是一種技術(shù)含量更高更加方便的智能網(wǎng)球收球機(jī)器人。既能夠適應(yīng)傳統(tǒng)網(wǎng)球練習(xí)場(chǎng)大量收集的目的，又能在正規(guī)的體育賽事中發(fā)揮快速撿球的能力，是一個(gè)充滿新鮮感和實(shí)用性的智能化機(jī)器人。
