乒乓陪練機器人

文/寧波市職教中心學校 余達輝 王奇棟 鮑張磊 指導老師/李政

乒乓球作為我國的國球，已成為人們日常生活不可缺少的一部分。打乒乓球正常情況下至少需要兩個人才行，如果只有一個人，只能對著墻打，很枯燥又不能提高訓練水平。為此如何讓一個人也可以打乒乓球既不枯燥又能提高訓練水平，成了我們的研究目標。

通過科技查新工作，我們了解到現在市面上的乒乓發球機功能不夠完善，還有改進的空間，我們設計的乒乓陪練機器人可以填補這個領域的空白。

乒乓陪練機器人分為兩部分：一個是撿球機器人，一個是發球機器人。

發球機器人負責完成發球動作，可實現發上弦球、下弦球等一系列動作，不需要人為干預。同時機器人還可以隨機改變發球方向與發球速度，與實戰情況基本相同。該裝置主要由鋰電池電源、舵機、輪胎馬達、彈射馬達、蝸桿、調速旋鈕等部件組成。其工作原理為：將發球機放置位于場地上方的中央方塊區域，它的關鍵部件在于兩個橡膠彈射輪，通過高速旋轉，以及橡膠輪的摩擦力，可將乒乓球從球桌一端高速彈向球桌另一端，球員接球并將乒乓球打回時，被球網攔住并最終落回到乒乓球桌面上。

撿球機器人可安置在球桌的對方半場或地面，可實現自動撿球功能，將散落在桌面或地面的乒乓球撿起并回收到發球機器人中。該裝置主要由鋰電池電源、舵機、投擲馬達、輪胎馬達、軌跡卡、回收裝置等部件組成。其工作原理為：負責收集散落在球桌上的乒乓球，在它的機身底部安裝有軌跡卡，軌跡卡相當于機器人的眼睛，可以識別桌面上的撿球路線，所以啟動電源后撿球機會自動沿著場地中的軌跡掃描整個球桌。當撿球機行進至路線終點時，即桌面掃描完畢，此時撿球機會將收集到的乒乓球全部送回到發球機中，完成乒乓球的回收。

乒乓陪練機器人的額定工作電壓為8～10V，最高允許工作電壓15V。電池容量為900mAh，工作電流為100mA。具體工作流程為：首先將發球機器人分別擺放到乒乓球桌的指定發球區。其次，打開發球機電源開關，并分別旋轉上下輪調速旋鈕，調節乒乓球彈射高度。再次，如需提高練球難度，可以打開方向輪電源開關，調節乒乓球彈射角度，使球的落點左右隨機改變。最后啟動撿球機器人，開始撿球工作。該項目在研發過程中運用了機器人編程、工業產品設計、機械構件組裝與調試等專業知識。

乒乓陪練機器人工作的整個過程循環往復，不再需要人為干預，球員只需專注于練球，不需要停下來撿球，也不用擔心發球機里的球不夠用，既提高了練球的效率，又節約了人力。通過多次實驗，我們發現乒乓陪練機器人總體情況良好，能夠出色地實現預想效果，該項目中撿球機器人目前可以實現球桌表面的乒乓球回收工作，下一步我們將努力完善回收功能，最終實現能回收散落在地面上的乒乓球。

乒乓陪練機器人獲得第十二屆青少年機器人創新大賽一等獎。