乒乓球拾取机器人

乒乓球拾取机器人
一、总体方案设计
由于要使用乒乓球拾取机器人的场所多为乒乓球赛场，而赛场一般比较宽敞，且地面平整，而且乒乓球形状规则，体重轻，为了设计小巧简便的乒乓球拾取机器人，首先要选择合适的机械臂的运动形式。

对于直角坐标型机器臂，这种机器臂臂部由三个相互正交的移动副组成。

带动腕部分别沿X、Y、Z三个坐标轴的方向作直线移动。

结构简单，运动位置精度高。

但所占空间较大，工作范围相对较小。

在乒乓球赛场妨碍了运动运的运动，且平时放置时占地面积大。

对于关节型的机器臂，由动力型旋转关节和前、下两臂组成。

关节型机器人以臂部各相邻部件的相对角位移为运动坐标。

动作灵活，所占空间小，工作范围大，能在狭窄空间内饶过各种障碍物。

乒乓球机器人使用场地较好，使用关节型结构复杂，不够简便。

对于极坐标型机械臂，臂部由两个转动副和一个移动副组成。

产生沿手臂轴X的直线移动，绕基座轴Y的转动和绕关节轴Z的摆动。

其手臂可作绕Z轴的俯仰运动，能抓取地面上的物体。

通过俯仰来实现上下移动，动作不够灵活，占地面积达，工作范围小。

对于圆柱坐标型机械臂，臂部由一个转动副和两个移动副组成。

相对来说，所占空间较小，工作范围较大。

综上，选择圆柱坐标型机械臂是比较合适的。

它所占空间较小，工作范围较大，动作比较灵活，且结构相对简单。

腰部考电动机带动旋转，肩关节的上下移动是通过电动机转动啮合齿条来实现的，小臂的伸缩是通过气动来实现的。

其次要选择合理的行走机构由于赛场一般比较宽敞，且地面平整，所以选择轮式行走方式是比较合适的。

综上机器人的总体方案图如下
另外，乒乓球在比赛场分布散乱，需要乒乓球能够识别乒乓球的位置，然后
运动到合适的位置，然后拾起，然后放到合适的位置，为了提高效率，乒乓球机器人自身带一个乒乓球箱，这样机器人可以拾取多个球后再运到合适位置，由操作人员把乒乓球放到合适的位置。

因此总体方案设计思路
1.机器人动作设计：自动避障、拾捡乒乓球。

2.机器人工作过程设计：
（1）自动避障过程：机器人会通过两个光电开关来判断其前方是否有障碍物，如果有障碍物机器人会采取相应的策略自动避障，直到调整好位置。

（2）其次通过摄像头采集机器人正前方的环境信息，判断乒乓球是否在机器人的正前方，如果乒乓球在正前方则返回信息给主控制卡，并启动机械臂拾捡乒乓球，接着再次开始检测，否则根据设定好的策略调整机器人的位置，左移、右移、前进或者后退，直到扫描完整个设定的移动区域。

二、驱动形式
乒乓球体拾取机器人拾取的对象乒乓球体重轻，所以机器人的转动，提升以及机器人的行走可以使用电动机带动，不仅响应快，环保，而且结构简单。

并且液压驱动可能会有液压油泄露，给比赛场地带来污染。

对于小臂的伸缩，也可以使用齿轮齿条，链轮等来实现，小臂结构小，使用齿轮齿条会使制作更不方便，而用气动可以很方便的解决。

最后，机器人的手部，由于拾取的乒乓球形状规则，体重轻，可以使用关节式的机械手以方便灵活的抓取乒乓球。

综上机器人的腰部转动是通过电动机带动齿轮的转动，肩关节的上下移动是通过电动机转动啮合链轮来实现的，小臂的伸缩是通过电动机来实现的，对乒乓球的拾起，放下是通过启动来实现的。

下面分析一下机器人的行走装置的驱动方式：
乒乓球拾取机器人是轮式行走装置，为了实现拾取整个场地的乒乓球，转弯是必须的，所以我采用的行走形式是：两个后轮驱动，一个前轮导向。

其结构如下图
对于前轮，电机带动带轮的转动，使得前
轮转向，实现机器人的转向。

对于后轮，电机带动齿
轮1转动，齿轮1再带动齿
轮2转动，齿轮2带动主轴
转动，带动锥齿轮的转动使
两后轮转动，机器人行走
三、机械手
机械手的结构形式有夹持式和吸盘式，乒乓球的形状规则可采用夹持式，夹持式机械手结构如下：
机械手
当机器人要拾起乒乓球时，电动机带动机械手指开，把乒乓球装套住后，机械爪将乒乓球抓住，在机器人转到背后，然后机械爪张开，乒乓球落入乒乓球箱内，完成各个动作。

四、设计总结
1、本设计通过现阶段实际的安装调试表明，可实现自动避障，起降机械臂拾取乒乓球，大致能完成系统总体设计中预期的各项功能。

2、本设计的难点在于利用摄像头准确定位乒乓球，并调整机器人车身位置，使乒乓球正好处于机器人前方位置，以便于机械臂拾获乒乓球。