基于互聯網的自動網球收集機器人的設計

陳炳炘 陳鑫 甘新龍 劉順 孟源

關鍵詞：網球收集;互聯網;APP功能設計

引言

隨著我國經濟的飛速發展，人們越來越注重運動，同時運動方式也更加多樣化。近年來，網球運動在我國發展迅猛，場館建設的規模和數量較往年有著顯著增長，再加上我國多名網球選手在國際賽事的出色表現，使得網球運動逐漸進入尋常百姓家，國人對網球的熱情空前高漲。我國著名網球選手李娜法網封后，WTA官網預測將為中國增加3000萬網球人口。近年來，國家為推動服務機器人產業健康發展，提高國際競爭力，出臺了一系列的政策。通過不斷的構思描摹出其基本框架，分析市場的現有狀況，增加了一些新的服務功能。使用SolidWorks等軟件進行整體框架設計，使用C語言和Android技術進行軟件設計，為該機器人的進一步改進提供理論基礎和設計方案]。

1.1設計背景

對于網球愛好者來說，在進行網球訓練時，撿網球是一件苦差事。網球場地大且寬闊，打出去的多顆網球要一個個的撿，對于已訓練疲憊的練習者來說，無疑是一件枯燥而繁重的工作。在室內網球場中多顆網球堆積在角落，不僅不便于收集，對運動員們的身體也造成了安全隱患。如何才能進行高效且省力的撿球呢，近幾年來，智能機械產品層出不窮，結合我們專業的特色，我們想到了制作一款網球智能收集機器人。用戶利用手機APP或微信小程序即可遠程操控機器人進行撿拾，同時終端可以實時發送驅動指令，使得網球收集機器人能夠根據網球場地的實際情況靈活調整行駛路徑進行撿拾。讓我們在一場酣暢淋漓的訓練后，空出雙手，好好休整。

1.2設計結構

機器人主體結構部分有：主框架結構、運載系統、升降機構、控制系統、傳感系統等。整體以鋁和硬塑料為框架，質地輕盈堅固，采用電機驅動車身運行至目標點，然后經過兩個前棍子收集網球到小車內第一層，再通過螺旋升降器將第一層內網球運送到第二層，從而實現取球。

用戶可通過手機端APP來操控網球智能收集機器人。打開APP，選擇機器人總開關，點擊啟動，機器人便開始運作。進入模式選擇，一共有三種模式：

①自動模式：此時機器人會走弓字型路徑，不亂跑，不漏球，一行一行覆蓋全場，包括邊角區域。此外，機器人還有回歸功能：當機器人內部感應器感知體內已裝至50%時，會向手機發出信號，APP會出現界面和聲音提醒，界面會顯示已收集多少網球，可選擇是否返回。

②定點模式：把一個點作為原點，沿這個點呈螺旋狀向外繞圈收集，適合于網球聚集在小區域內的收集工作，減少了時間的損耗。

③沿邊模式：這時機器人會沿著網球場邊界移動，整體上呈回字型進行收集工作，減少了對球場上運動的干擾，可在運動員進行運動時展開工作，有效地提高了工作效率。

這三種模式使用者可根據實際情況來進行針對性選擇。

1）若點擊“Yes”。則機器人會停止收集網球，根據手機發出的信號，確定使用者所在的位置，通過路徑優化，選擇L字型路線回歸。

2）若點擊“No”。則機器人會繼續進行收集工作，直到收集狀態為100%，會再次進行提醒。在機器人任意工作時間段，可直接點擊回歸功能，使機器人直接返回。

機器人整體運行介紹如圖3所示：

當收集網球到達一定量后，觸發機器人內部的感應器，給予反饋信息，并最終將已收集的網球數量呈現到手機屏幕上。伴隨著提示音，人們即可做出選擇是否讓機器人停止運行。選擇Yes，機器人將自動回歸到釋放它時的位置;選擇NO，機器人將繼續工作，人們也可隨時切換機器人工作的模式。

機器人操控流程如圖4所示：

3.1產品特點

（1）智能APP端控制

與傳統的網球收集器不同，我們的網球收集機器人進行的所有運動與過程都全程由手機端APP操控，大幅減少人工操作機器撿球的工作量，提供智能化的管理。

（2）傳感器的應用

我們的網球收集機器人應用了顏色識別傳感器，防撞傳感器以及光電傳感器。可準確識別網球，并在收集途中避開障礙物，減少機器人的損傷。同時還可將網球數量的多少反饋到手機APP。

（3）高能鋰電池

在21世紀新能源的發展愈發重要，我們的網球收集機器人也順應時代潮流和國家號召，追求節能環保的新理念，從而采用高能鋰電池。該電池可重復使用，減少了資源的損耗，對環境污染少。

（4）輕薄機身

傳統的網球收集器很大且很笨重，因此為減少自身重量對電能的損耗，我們的機器人采用鋁和硬塑料作為機身，使其重量減輕且堅固耐用，節約成本。

（5）模式多樣

網球場地過大，為了能高效地收集網球，我們給機器人設置四種模式，即自動模式，定點模式，沿邊模式，回歸模式。

自動模式：適用于球散落得很雜亂，且沒有區域板塊式得分布狀況。

定點模式：設定一個中心點，機器人將圍繞著這個點做圓周運動去收集散落在地方這個區域內的網球，實現高效，節能化。

沿邊模式：若球大多都掉落在球場的邊界區，即可設定一個區域，讓機器人沿著場地進行收集工作，大幅提高了機器人運作的效率。

回歸模式：機器人收集完網球后，只需人們在小程序或者APP上按動一下按鈕即可讓機器人回到我們的身旁。

3.2產品優勢

經過我們的廣泛調查，發現市面上已經存在部分網球撿拾工具，但其中大部分工具的自動化程度不高，仍需人工來進行輔助。這讓本已經運動疲勞的人們更加力不從心，產生厭煩的心理。相比之下，我們這款網球收集機器人自動化程度更高，設備還配備有多種傳感器，不但能防止收集到其他雜物，還可以辨別障礙物，減少對機體的損傷，延長使用壽命。同時為了提高用戶的體驗感，該款機器人全程低分貝運行，減少噪音污染，再搭配環保節能的高能鋰電池，即可有效提高工作時間，也具有超強的續航能力。在外觀上也推出了多種配色，還可根據用戶的喜好對外觀進行自定義設置，讓用戶擁有完美的體驗。綜合市場的具體情況來看，該款網球收集機器人具有很高的市場競爭力。

4產品前景

根據市場調查，目前網球場約85475所，網球運動人數約為864萬，并且每年網球運動的人口會以10%-12%以上的速度增長，可以說是市場潛力很大。同時目前市場上并沒有多少人專門從事網球撿球這一份工作，即便會有撿球的工作，也會耗費巨大的人力資源成本。

據了解，目前負責撿網球的工作人員工資為7元/每小時，平均年收入約為6120元，反而使用網球智能收集機器人會大大降低人力資源成本。同時對于這種復雜，繁瑣及其枯燥的重復機械性運動，我們自主研發用于收集網球的機器人是不二之選，也可節省開支，也滿足了網球愛好者們對時尚的追求。

市場競爭日趨激烈，產品現階段不足之處是缺乏實際的商業運行，因此我們做好了的準備來保障產品的運作流暢性，同時在產品成功發行以后我們會定期回訪，獲得相應的情況反饋，從而獲得改進方向。我們也會根據實際情況中的不足以及大眾客戶的反饋對產品進行更新換代，去滿足大眾的需求。

5總結

本文設計的網球收集機器人基于互聯網APP工作，利用識別傳感系統配合以上設定的三種搜尋模式能夠高效率完成作業。隨著服務型機器人產業不斷發展，以后若用戶還有其他額外的需求，我們也會根據客戶的反饋建議作出功能上的改善以及技術上的革新。讓我們的這款智能機器人的市場價值和使用價值不斷提高。

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作者簡介：

1.陳炳炘（2000-），男，重慶人，本科，武漢商學院機器人工程專業;主要興趣和研究方向有機器人的集成設計，智能機器人編程，機器人教育;

2.甘新龍（2000-）男，湖北荊州人，本科，武漢商學院機器人工程專業;主要興趣和研究方向有機器人的集成設計，智能機器人編程，機器人教育;

3.劉順（2000-）男，湖北武漢人，本科，武漢商學院機器人工程專業;主要興趣和研究方向有機器人的集成設計，智能機器人編程，機器人教育;

4.孟源（2001-）男，河南鄭州人，本科，武漢商學院機器人工程專業;主要興趣和研究方向有機器人的集成設計，智能機器人編程，機器人教育;

通訊作者： 陳鑫（1988-），男，湖北武漢人，碩士，武漢商學院教師，工程師;主要研究方向：工業機器人系統仿真，視覺識別。

基金項目：大學生創新創業項目，項目號202111654035， 名稱：基于互聯網端APP的全自動網球收集機器人