基本信息
- 項目名稱：
- （更新版）基于智能車及攝像頭識別技術的智能網球收球機器人原型機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 此網球收球機器人是基于智能車和攝像頭識別技術開發(fā)的，是集機械設計加工，軟件編程，機電控制三位一體的原型機。收球葉輪是本機器人的主要功能型機構，通過改裝已有的葉輪軸后軸同軸設計，將收球葉輪獨立，確保了收球的流暢和成品便于加工。車體前端設置有攝像頭，能夠在識別場地上散落的網球后自動定向移動收球區(qū)域，進行完全自動化的收集。本原型機前景廣闊，適用于各種網球練習場，網球正規(guī)賽事的撿球收球工作。
- 詳細介紹：
- 1.功能介紹與分解 機器人自動搜尋散落在球場上的網球，通過收球裝置收集網球并通過類“鍬甲蟲”的兩鄂仿生的機械收球臂擴大收球區(qū)域，依靠自身攜帶的電源和電機驅動，自動將網球收集到儲球裝置，并到達一定數量網球時自動或手動調節(jié)儲球裝置的高度，拾球效率高且智能。 此裝置的主要構成：收球裝置、定位裝置、儲球裝置、驅動裝置、框架、傳導裝置 2.收球機械臂裝置 我們希望通過收球裝置到達收球范圍大、速度快、方式簡單便捷且解決收球時的死角問題。我們采用了類風車設計的收球葉輪通過電機驅動按一定速度快速簡便得收集網球，并通過類“鍬甲蟲”的兩鄂仿生的機械收球臂擴大收球面積從而更好的完成收球動作。當智能機器人定位到小球時，通過程序的控制按一定規(guī)律的擺動，將網球驅趕到收球區(qū)域。 3. 儲球裝置 籃筐升降機構：利用鉸接的疊層交叉桁架結構，長度可隨意伸縮的同時，提供了良好的支撐?？蝮w導軌：在框體內設計易于球滾落的導軌。使收集的網球可以按一定順序盡量整齊得排列在框體內，增加收球數量。 4. 攝像頭的選擇 (1)方案一：采用模擬420線板機攝像頭。 板機攝像頭性能比較穩(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，因此需要增加類似于LM1881組成的視頻分離模塊，但是單片機MC56858沒有內置的AD模塊，因此需要外擴高速AD模塊，這樣便提高了系統的成本，降低了系統的穩(wěn)定性。 (2)方案二：采用數字CMOS攝像頭OV6620。 OV6620是CMOS彩色數字攝像頭，可以采用這個攝像頭的黑白模式以減少數據，簡化系統但是同時也滿足路徑識別的要求。攝像頭的像素多達101376，遠遠滿足路徑識別要求。攝像頭內置兩個8位的高速AD轉換器，輸出8位灰度值是通過接口Y0~Y7輸出的，可以直接。數據采集處理相對比較容易，但其價格偏高。 因此考慮到OV6620采集數據可以直接同單片機IO口接口，并且攝像頭直接輸出數字量可以降低系統的成本和提高系統的可靠性，并且十萬像素可以提供大量的路徑信息，可以經過圖形圖像處理，識別各類可以預見的賽道，因此最終攝像頭的方案是采用CMOS數字攝像頭OV6620。 5. 驅動裝置 我們將利用后輪驅動的方式，動力由兩個后輪電機共同提供。通過電機連接兩個輪子，通過電機產生不同的速度，從而調整小車的轉向，調速等功能的實現。這樣能夠增加機器人的靈活性，減小最小轉彎半徑。 6. 框架 采用典型的矩形方框角鋁支架，穩(wěn)固，結實，耐用。制作容易，易于大批量生產。 7. 收球傳動裝置 采用皮帶輪傳動，用低轉速大扭矩直流減速電機單獨驅動。 8. 收球葉輪：依靠另外一個單獨大扭矩減速直流電機驅動，低轉速。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
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 1.設計目的 設計一種可搭配不同組件，并進行二次開發(fā)的智能網球收集機器人，此機器人能夠在不同的工作模式下勝任收球工作。機器人機械制作部分力求用最簡單的機構完成收球的工作，降低機器人的制造成本和加工，維修難度。機器人的電控和傳感器部分，會依照機器人不同的工作要求，來搭配相應的工作組件。例如在賽場模式下，機器人會加裝速度傳感器和GPS定位系統，能夠讓機器人迅速的定位場地上遺落的網球，并以最快的方式收球。在練習場模式下，機器人加裝攝像頭組件，能夠搜尋到場地上遺落網球的集中區(qū)域，達到最大的收球效率。 2. 基本思路 利用前置導向臂將前方約一米寬度區(qū)域的網球引導到收球機構前段。使用葉輪機構，將網球抬高到一定的高度，在后端利用重力自動掉落在收球籃筐里。在車體前段可外加傳感器及攝像頭裝置，使機器人擁有自動識別網球并追蹤收集的功能。后輪動力驅動部分采用兩個大扭矩轉速電機來完成，通過電機轉速不同實現車體的轉向，原地轉向和倒退，增加機器人的靈活性。 3. 創(chuàng)新點 A．原型車具有豐富的可擴展性，搭配不同的傳感器并調節(jié)電機轉速控制，能使機器人在不同的場合下工作。 B. 收球機構易于制造，加工難度低，不易故障。和其他收球機構相比，大大降低了設計難度。 C.攝像頭識別技術大大增加了車體的智能化，機器人能夠自動自主運行。 4. 技術關鍵 （1）robocup攝像頭識別技術 （2）傳感器控制，機電控制 （3）收球葉輪的加工和設計
科學性、先進性
- 能夠通過攝像頭識別技術，快速識別定位網球。突破了以往收球機器人純人力操作的不便。收球葉輪非同軸設計增加了車體的美觀，該神前后配重。在降低工藝復雜性的前提下，降低成本。
獲獎情況及鑒定結果
- 挑戰(zhàn)杯校賽一等獎，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，正在進行搭載融合測試。機電部分制作并編程完畢，正在完善和調試。
技術轉讓方式
- 創(chuàng)造發(fā)明專利
作品可展示的形式
- 實體展示，實際視頻展示，圖紙，三維仿真動畫
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 1.技術優(yōu)勢：通過robocup攝像頭識別技術，達到智能收球的目的。車體制作簡單，適于大批量生產和制造。 2. 適用范圍、市場分析和推廣前景 網球原本是一項貴族運動，但在近幾年已逐步走進了尋常百姓家。隨著中國女子網球賽事的蓬勃發(fā)展，越來越多的人開始學習網球。網球場館的建設也迎來了一陣新的高峰。但是目前很多大型比賽都是通過人工式撿球方式來撿球。我國在撿球器目前有3項專利都是通過純機械機構的人力手收球裝置，不但需要人緊跟機器的操作，而且收球速度慢，不能適應正規(guī)比賽的需要。我們設計的這種網球收球機器人是一種技術含量更高更加方便的智能網球收球機器人。既能夠適應傳統網球練習場大量收集的目的，又能在正規(guī)的體育賽事中發(fā)揮快速撿球的能力，是一個充滿新鮮感和實用性的智能化機器人。此機器人不僅可以面向城市中各家網球培訓機構，體育場進行銷售。更可以直接大批量轉賣給各大賽事的組委會，增加比賽的看點，變相提高收益。
同類課題研究水平概述
- 我國在撿球器目前有3項專利都是通過純機械機構的人力手收球裝置，不但需要人緊跟機器的操作，而且收球速度慢，不能適應正規(guī)比賽的需要。我們設計的這種網球收球機器人是一種技術含量更高更加方便的智能網球收球機器人。既能夠適應傳統網球練習場大量收集的目的，又能在正規(guī)的體育賽事中發(fā)揮快速撿球的能力，是一個充滿新鮮感和實用性的智能化機器人。
