乒乓陪練機(jī)器人

文/寧波市職教中心學(xué)校 余達(dá)輝 王奇棟 鮑張磊 指導(dǎo)老師/李政

乒乓球作為我國的國球，已成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠帧４蚱古仪蛘Ｇ闆r下至少需要兩個(gè)人才行，如果只有一個(gè)人，只能對(duì)著墻打，很枯燥又不能提高訓(xùn)練水平。為此如何讓一個(gè)人也可以打乒乓球既不枯燥又能提高訓(xùn)練水平，成了我們的研究目標(biāo)。

通過科技查新工作，我們了解到現(xiàn)在市面上的乒乓發(fā)球機(jī)功能不夠完善，還有改進(jìn)的空間，我們?cè)O(shè)計(jì)的乒乓陪練機(jī)器人可以填補(bǔ)這個(gè)領(lǐng)域的空白。

乒乓陪練機(jī)器人分為兩部分：一個(gè)是撿球機(jī)器人，一個(gè)是發(fā)球機(jī)器人。

發(fā)球機(jī)器人負(fù)責(zé)完成發(fā)球動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)發(fā)上弦球、下弦球等一系列動(dòng)作，不需要人為干預(yù)。同時(shí)機(jī)器人還可以隨機(jī)改變發(fā)球方向與發(fā)球速度，與實(shí)戰(zhàn)情況基本相同。該裝置主要由鋰電池電源、舵機(jī)、輪胎馬達(dá)、彈射馬達(dá)、蝸桿、調(diào)速旋鈕等部件組成。其工作原理為：將發(fā)球機(jī)放置位于場地上方的中央方塊區(qū)域，它的關(guān)鍵部件在于兩個(gè)橡膠彈射輪，通過高速旋轉(zhuǎn)，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(shí)，被球網(wǎng)攔住并最終落回到乒乓球桌面上。

撿球機(jī)器人可安置在球桌的對(duì)方半場或地面，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撿球功能，將散落在桌面或地面的乒乓球撿起并回收到發(fā)球機(jī)器人中。該裝置主要由鋰電池電源、舵機(jī)、投擲馬達(dá)、輪胎馬達(dá)、軌跡卡、回收裝置等部件組成。其工作原理為：負(fù)責(zé)收集散落在球桌上的乒乓球，在它的機(jī)身底部安裝有軌跡卡，軌跡卡相當(dāng)于機(jī)器人的眼睛，可以識(shí)別桌面上的撿球路線，所以啟動(dòng)電源后撿球機(jī)會(huì)自動(dòng)沿著場地中的軌跡掃描整個(gè)球桌。當(dāng)撿球機(jī)行進(jìn)至路線終點(diǎn)時(shí)，即桌面掃描完畢，此時(shí)撿球機(jī)會(huì)將收集到的乒乓球全部送回到發(fā)球機(jī)中，完成乒乓球的回收。

乒乓陪練機(jī)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(fā)球機(jī)器人分別擺放到乒乓球桌的指定發(fā)球區(qū)。其次，打開發(fā)球機(jī)電源開關(guān)，并分別旋轉(zhuǎn)上下輪調(diào)速旋鈕，調(diào)節(jié)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(guān)，調(diào)節(jié)乒乓球彈射角度，使球的落點(diǎn)左右隨機(jī)改變。最后啟動(dòng)撿球機(jī)器人，開始撿球工作。該項(xiàng)目在研發(fā)過程中運(yùn)用了機(jī)器人編程、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械構(gòu)件組裝與調(diào)試等專業(yè)知識(shí)。

乒乓陪練機(jī)器人工作的整個(gè)過程循環(huán)往復(fù)，不再需要人為干預(yù)，球員只需專注于練球，不需要停下來撿球，也不用擔(dān)心發(fā)球機(jī)里的球不夠用，既提高了練球的效率，又節(jié)約了人力。通過多次實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)乒乓陪練機(jī)器人總體情況良好，能夠出色地實(shí)現(xiàn)預(yù)想效果，該項(xiàng)目中撿球機(jī)器人目前可以實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)能回收散落在地面上的乒乓球。

乒乓陪練機(jī)器人獲得第十二屆青少年機(jī)器人創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。