捡球机器人简介.doc

智能捡球机器人
作者：田伟，郭萧
所在院校： 北方民族大学
一、背景简介
随着社会科技文明的不断发展，智能化逐渐走进人们日常生活中。由于人们惰性带来的一系列身体问题逐渐引起人们对体育运动的重视。如果能将体育运动中一些服务性的工作交给机器人来完成，那么体育运动就达到了一种自动化加娱乐性双重效果了。
介于此，我们由球场上散乱的球类入手，开发了此款智能捡球机器人。此机器人以freescalek60芯片为主控，用两只线性CCD模块作为寻找小球的“眼睛”，并能将搜寻的图像实时显示，真正达到一种智能捡球的功能。

二、硬件设计

该捡球机器人以飞思卡尔公司的kenitis系列的k60芯片作为主控芯片，利用两只线性CCD作为传感器采集视野中所有敏感点并将其返回到k60主控中，然后软件程序对返回的信号进行滤波等操作，将此信号对比分析并实时在液晶屏上显示此信号，经过一系列分析操作后，控制机器人运动到目标小球的后方，并转动收纳电机将球收入到指定位置，搜寻过程中，该机器人需在不同方位进行搜寻，因此加入一个控制舵机，这样便可以全方位，无死角的对各个方向进行检测和控制，以此便完成了一个智能捡球的任务。
三、软件设计

该系统软件设计实在IAR Embedded Workbench开发调试环境下采用纯c语言编程实现的，该设计包括线性CCD采集图像处理程序设计，液晶显示屏点对点显示程序设计，舵机控制程序设计，以及机器人移动捡球部分的控制程序设计，其中最复杂的当属所有模块有逻辑的组合在一起，整体实现功能的接口部分的程序。
四、捡球测试
通过捡球原理与机械硬件结构的结合，搭建出最终机器人模型。整体装配过程中，需对摄像头角度等进行测定范围，将其视野能达到最大化用乒乓球来模拟目标球，散乱放置在指定区域中，进行在线调试，将所有参数设定到最佳之后，捡球机器人的初步调试工作完成，即可将程序烧录到主控制器的FIASH中，实现机器人的脱机运行。接下来进行二次测试：分别在机器人近距离处的周边放置乒乓球，依次检查在不同球分布位置不同条件下的捡球动作执行效果；然后将机器人周边的球取走，检查机器人在找不到球的情况下的动作执行效果。完成以上测试后，再次调整实际运动所需的各项参数，再次检查。经过多次实际运行测试，机器人能够基本顺利进行各项动作。

五、总结
这个智能捡球机器人能够大大减缓在乒乓球或者网球训练过程中因人工收集而造成的效率低下，工作量大的弊端，并且设计的机器人捡球，更能提高人们对一些球类运动的积极性，一方面解决了人工方面的繁琐工作，一方面提高了人们的兴趣。
在做这个项目时我们了解了许多关于捡球系统的功能，发现目前已有的捡球机器人种类较少，并且捡球动作的实现主要是通过机械手等机械装置来捡球，这些捡球装置多因为机械结构的限制，，对于位于墙角和藏于障碍物之间的球类不能有效捡取，因而只适用于障碍物较少并且远离墙壁的球类的捡取。介于此我们设计此机器人的硬件结构搭建过程中，采用移动小车的模型，利用电机带动收集轮的转动来收集小球，因其体积较小，灵活性强，可以水平移动到角落等的优点，有效解决了上述的各种弊端。另一方面，采用飞思卡尔系列的芯片，鉴于其内核的强大，运算速度超快，信息量存储较大，对于此类讲求机器人的控制更是灵活，失误率大大降低。但是同时由于我们缺乏有效的路径规划机制，有些球类的位置可能正好存在于捡球机器人的视觉死角位置，从而造成有些小球不能顺利被捡取，造成失误，在这方面以后还要多多考虑，争取做到真正的无死角收取小球。