项目名称:自动发射乒乓球机器人

组 别: 初中组 奖 项: 第十六届中国青少年机器人竞赛(山西赛区)联赛一等奖
代表团: 山西 参赛队:
队 员: 周芮希 刘一萱 张文杰 辅导教师: 高燕

项目摘要:

项目选题: 我们研究了2016年全球机器人发展趋势包括: 服务机器人市场成长动能十分可期 服务机器人方面,现阶段以扫地机器人、娱乐机器人及医疗看护机器等支撑整体市场。人工智能进步使服务机器人具备与人类沟通互动功能,促使生活陪伴型服务机器人将成为市场新生力军。此外,部分国家地区农业高龄化日益严重,因此也带动农业机器人增长需求。 分析了以上资料,我们发现和李克强总理对战过的羽毛球机器人Robomintone是目前最火的“网红”,作为中学生的机器人爱好者,受到启发,我们决定从基础做起,拓展思维,制作自动发射乒乓球机器人。未来机器人的发展方向之一是“服务性陪伴”,所以我们想从这个方向入手,研制的机器人可以帮助人类进行乒乓球运动的训练,让机器人发射不同角度的“左旋球”或是“右旋球”等乒乓球运动的特有动作,帮助人们进行大量的重复性练习,形成运动惯性。 设计思路:持久的练习是运动员取得好成绩的关键所在,但是对于乒乓球运动员,找到一个合适的练球搭档却并不是一件容易的事,我们想尝试来解决这个问题,用较少的“乐高”组件完成任意方向的行走和连续发射乒乓球动作。 项目制作过程: 1.整体结构分为两个部分:发球区结构和移动区结构 2.发球区 :2个马达代替左右两个滚轮,作用是机器人运行后产生出动能,利用动能和摩擦力把乒乓球打出去,利用电机产生速度差,形成乒乓球的左旋和右旋。 3.推送球区: 两级齿轮加速,上面是一个1:5的,下面是一个1:5,这样一共是1:25的加速。 4.机器人下半部结构:我们制作成了一个底盘,可以控制机器人的前进和左右移动,同时也可以控制上半部分射球机的左右移动和俯、仰运动。这样的设计可以保证机器人朝各个方向发球。 该项目应用了哪些科学方法、科学原理: 科学方法:多次测量、计算求解平均值,控制变量法。 科学原理:齿轮差速原理、力的合成与分解原理。 制作过程具体说明: 结构上,机器人的上半部分我们用2个马达代替左右两个滚轮,作用是机器人运行后产生出动能,利用动能和摩擦力把乒乓球打出去。目前,我们这个机器人能做到打出左旋球和右旋球。实现这个功能的办法是:利用两个电机不同的速度所产生的速度差,形成左旋球和右旋球。机器人的上半部分,我们用了两级齿轮加速,上面是一个1:5的,下面是一个1:5,这样一共是1:25的加速。机器人中部的设计,使用这种轮子,制作成现在的这种结构原因有2个,一是使用大轮子可以增加和乒乓球的接触面。二是乒乓球能较容易的嵌入,起到推球机的作用。和这个装置相对应的另一侧是中部的一个推球机,作用有2个,一是将乒乓球按程度要求推出去,二个将上面放置的球卡住,这样球一个一个的往前推送,在乒乓球发射时不容易被卡死。在推送机器人的装置上,我们设计为软性设备,这样乒乓球就是在被卡住时,也可以弹射出去。 机器人的下半部分,我们制作成了一个 3 底盘,可以控制机器人的前进和左右移动,同时也可以控制上半部分射球机的左右移动和俯、仰运动。这样的设计可以保证机器人朝各个方向发球。 需要注意的方面:在加速、减速和停止时,齿轮承受力比较大,需要注意齿轮松动。同时我们为了配重合理,装入了皮筋,使机器人整体在运行保持平衡和稳定。 我们使用的是乐高机器人套装,用到了2盒EV3机器人套装,2盒EV3机器人备件套装,使用了各种齿轮、转盘、个性化机器人部件以及多种结构元件。编程软件是EV3编程软件。 进一步完善该项目的设想: 1、对此机器人进行进一步的加固,使其结构更为合理和美观。 2、增加机器人底部的其他辅助功能(如自动识别发球位置等),使其功能更加强大。精确控制转动角度,从而精确控制机器人行动的方向和路径。 3、增加程序设置,合理控制发球时间。 4、通过适配的智能手机APP让使用者自行设定机器人击球速度,方向,旋转角度等。 5、通过配备机器手臂并通过机器人的摄像机观察乒乓球的位置并且完成恰当的移动来把球击打回球桌的另一侧。这样就可以完成击球运作,成为真正意义上的“乒乓球训练机器人”。希望机器人最终能走进人们的生活,服务于社会与大众。

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