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題目：多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī),班級(jí)：機(jī)制1004班學(xué)生：王駿斌指導(dǎo)教師：蔡金平,,,1、研究背景及意義2、設(shè)計(jì)方案3、撿球機(jī)的設(shè)計(jì)4、控制系統(tǒng),1、研究背景及意義,經(jīng)常走過(guò)北區(qū)田徑場(chǎng)都可以看見(jiàn)網(wǎng)球場(chǎng)打網(wǎng)球的人打完球滿地都是網(wǎng)球，他們不得不把他們撿起來(lái)再打，看到這些萌生個(gè)想法能不能做個(gè)自動(dòng)撿網(wǎng)球的機(jī)器，不用人來(lái)?yè)?，機(jī)器自己去撿。,市場(chǎng)上撿球機(jī)調(diào)查目前市面上的撿球機(jī)只有兩種機(jī)械撿球機(jī)，它體積和質(zhì)量都比較大，更難以接受的是它的價(jià)格貴的離譜，一臺(tái)這種撿球機(jī)高達(dá)5000-10000元之間。對(duì)于處于智能化時(shí)代的現(xiàn)在，顯然它們不太適合市場(chǎng)。,市場(chǎng)上撿球機(jī)調(diào)查然而還有些智能撿球機(jī)只是研究能夠自主撿球，根本就沒(méi)考慮好它的效率問(wèn)題和實(shí)用性。,,,,市場(chǎng)對(duì)于一種效率高、體積小、質(zhì)量輕、智能化程度高的網(wǎng)球撿球機(jī)多么的迫切。,2、設(shè)計(jì)方案的選擇,方案一：螺旋輸送機(jī)式優(yōu)點(diǎn)：噪音小、體積相對(duì)小、撿球速度快。缺點(diǎn)：加工困難、成本高，需要二級(jí)提升。方案二：斗式提升機(jī)式優(yōu)點(diǎn)：撿球速度快。缺點(diǎn)：體積大、噪音大、成本高、功耗大,方案三：雙輪摩擦彈射式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低缺點(diǎn)：效率不高、功耗大需要二級(jí)提升。方案四：撥桿儲(chǔ)球式優(yōu)點(diǎn)：撿球速度快、噪音小、體積小、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。缺點(diǎn)：儲(chǔ)球管里得儲(chǔ)滿幾個(gè)球才行,3、撿球機(jī)的設(shè)計(jì),,,,這就是多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī),,,,,,,,,,,,,,,儲(chǔ)球管支架,把手,撥桿保護(hù)罩,推桿,波桿電機(jī),儲(chǔ)球管,上底盤,球桶,,電池,紅外傳感器,上底盤支架,輪胎電機(jī),鎖存器,,,,,控制電路板,下底盤,撥桿,,,紅外傳感器,,,,,,網(wǎng)球通過(guò)收納口進(jìn)入,網(wǎng)球被鎖存器鎖在儲(chǔ)球管中,網(wǎng)球從儲(chǔ)球管中溢出進(jìn)入球桶中,直流電機(jī)帶動(dòng)撥桿把球推進(jìn)球儲(chǔ)球管,4、控制系統(tǒng),主控芯片：AVR中的ATmega16單片機(jī)紅外傳感器電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片：L298N驅(qū)動(dòng)芯片無(wú)線模塊：NRF24L01,,,敬請(qǐng)老師批評(píng)指正！,
目錄
摘要 3
Abstract 4
引言 5
1 多功能智能撿球機(jī)概論 6
1.1 多功能智能撿球機(jī)外形簡(jiǎn)介 6
1.1.1 撿球機(jī)底盤 6
1.1.3 鎖存機(jī)構(gòu) 7
1.2 智能撿球機(jī)的材料簡(jiǎn)介 8
1.2.1 底盤材料 8
1.2.2 車輪材料 8
1.2.3 撿球機(jī)構(gòu)材料 8
1.2.4 固定材料 8
1.2.5 其他材料 8
2 多功能網(wǎng)球撿球機(jī)工作原理 8
2.1 多功能網(wǎng)球撿球機(jī)設(shè)計(jì)原理 9
2.1.1 撿球機(jī)底盤 9
2.1.2 撿球機(jī)構(gòu) 9
2.1.3 球桶的設(shè)計(jì) 10
2.2 控制中心的設(shè)計(jì) 11
2.2.1 撿球機(jī)的控制中央處理器AVR系列中ATmega16 11
2.2.5 紅外線傳感器模塊 13
3 數(shù)據(jù)理論計(jì)算 14
3.1 電機(jī)功率的計(jì)算 14
3.1.1 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出功率 14
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 14
參考文獻(xiàn) 15
附錄 16
致謝 21
摘要
目前市面上已經(jīng)存在的各種網(wǎng)球發(fā)球機(jī)，忽視了把球撿回來(lái)的問(wèn)題，很多訓(xùn)練網(wǎng)球的場(chǎng)所還是原始的采用人工撿球的方法，這樣做不僅僅浪費(fèi)了大量的時(shí)間，也消耗了人的體力。因此研究網(wǎng)球撿球設(shè)備同樣具有重要意義。人們希望制造一款簡(jiǎn)單的網(wǎng)球撿球機(jī)，能夠在網(wǎng)球訓(xùn)練時(shí)輕松撿起，有效提高網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)樂(lè)趣。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外市面上主要網(wǎng)球撿球機(jī)的原理與特點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)有撿球機(jī)的不足之處設(shè)計(jì)了一款新型的多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)。多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置、撿球裝置和中央處理器組成，以蓄電池供電，并用高性能的單片機(jī)作為控制核心對(duì)遙控裝置、尋球機(jī)構(gòu)、撿球裝置進(jìn)行高效集中的控制。多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)能夠通過(guò)遙控器甚至智能手機(jī)遙控完成網(wǎng)球撿取、人推動(dòng)撿球機(jī)運(yùn)動(dòng)完成網(wǎng)球撿取、技術(shù)成熟時(shí)可以通過(guò)無(wú)人操作智能識(shí)別全自動(dòng)網(wǎng)球撿取，可以方便撿拾網(wǎng)球場(chǎng)上散落的網(wǎng)球，并可以通過(guò)遙控?fù)烨驒C(jī)撿球給運(yùn)動(dòng)過(guò)疲勞的人們一點(diǎn)娛樂(lè)。它體積小，自動(dòng)化程度高，能實(shí)現(xiàn)人工手推、遙控和未來(lái)的智能自主撿球，節(jié)省人力資源。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)球撿球機(jī); 控制系統(tǒng); 撿球; 遙控?fù)烨颍欢喙δ軗烨驒C(jī)。
Abstract
There are already a variety of existing tennis ball machine , to some extent neglected to retrieve the ball and then issue a problem , a lot of tennis training places or artificial picking methods do not just spend a lot of time , also consume a person's strength. Therefore research Tennis picking device equally important . People want to manufacture a simple tennis picking machines , tennis training can be easy when it picked up , effectively improve tennis fun. According to the current domestic market principles and main characteristics of tennis picking machines , while for the deficiencies of existing picking machines designed a new type of multi-function smart tennis picking machines . Multifunctional smart tennis picking machines by the drive unit , consisting of a central processing unit and picking to battery -powered and high-performance microcontroller as the core of the remote control device , look for the ball institutions , picking device for efficient centralized control . Multifunctional smart tennis picking machines through remote control and even remote smartphones completed tennis seizure , people picking machine movement to promote the completion of tennis seizure , when the technology is mature intelligent recognition by unmanned automatic seizure of tennis , you can easily pick up scattered tennis on the tennis court , and picking through the remote machine picking people to exercise too tired little entertainment. Its small size , high degree of automation can be achieved manually push , remote and future intelligent picking , saving human resources.
Keywords: Mobile ball machine; control system; ball; remote control
引言
就目前來(lái)說(shuō)，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)在我國(guó)開展的還不夠廣泛。網(wǎng)球初學(xué)者在剛學(xué)習(xí)網(wǎng)球時(shí)需要人來(lái)配合練習(xí)，沒(méi)有合適的陪練人員使他們更加缺乏合適的練習(xí)機(jī)會(huì)。在這種情況下，如果網(wǎng)球場(chǎng)能夠配有網(wǎng)球發(fā)球機(jī)和撿球機(jī)，將解決初學(xué)者不能獨(dú)自練習(xí)和撿球疲勞的問(wèn)題。 為了方便撿球，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些一類手推式網(wǎng)球撿球車。此類撿球車為純機(jī)械式，需要有人操作。人把撿球車推到需要撿起的球前，然后撿球車把球撥入車中。
但是，這種半自動(dòng)的網(wǎng)球撿球工具仍有許多不足之處。它體積大且質(zhì)量重，相對(duì)于智能化撿球機(jī)比較笨拙。既浪費(fèi)了大量的空間，又影響訓(xùn)練人員打球，因?yàn)樵谒鼡烨虻倪^(guò)程中運(yùn)動(dòng)員影響打球。還完全需要人工操作，相對(duì)于智能化撿球機(jī)浪費(fèi)了不必要的時(shí)間與體力。而且，它只適用于地上球較多的情況，但是地上球也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員打球。地上球少時(shí)則沒(méi)有必要用上述撿球車。因此，它的適用環(huán)境較局限，未實(shí)現(xiàn)撿球過(guò)程的自動(dòng)化、智能化。
為了克服以上半自動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī)的不足之處，作者研制了能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)球撿球過(guò)程的智能化、高效化的多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)。多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)由遙控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，撿球系統(tǒng)和中央處理器組成，他能夠?qū)崿F(xiàn)遙控?fù)烨?、高效率人推?dòng)撿球機(jī)撿球、未來(lái)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人尋球和撿球。
1 多功能智能撿球機(jī)概論
1.1 多功能智能撿球機(jī)外形簡(jiǎn)介
智能撿球機(jī)主體由小車底盤、控制中心、撿球機(jī)構(gòu)、鎖存機(jī)構(gòu)等四大部分組成并相互協(xié)調(diào)工作。從而達(dá)到快速智能撿球的目的。
1.1.1 撿球機(jī)底盤
小車底盤是由直徑350mm×2的圓形硬質(zhì)塑料材料做成。兩塊以間隔60mm的距離疊放在一起，中間通過(guò)上底盤支架和螺柱固定，在下底盤上有安裝四個(gè)直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪。在兩塊底盤之間有兩個(gè)上底盤支架支持上底盤支架形成的V形通道的收納口。收納口形成通道的底部與儲(chǔ)球管相連，儲(chǔ)球管是大小略大于網(wǎng)球直徑兩頭90度彎曲的一個(gè)空心管，90度的彎管和直徑略大于網(wǎng)球的作用是便于網(wǎng)球在進(jìn)入儲(chǔ)球管時(shí)運(yùn)動(dòng)不受限制。其中一個(gè)上底盤支架的中間有一個(gè)紅外檢測(cè)傳感器，用于檢測(cè)是否有球進(jìn)來(lái)。上底盤上有儲(chǔ)球管安裝座和U型曹，用于安裝儲(chǔ)球筒和撥球桿的運(yùn)動(dòng)。
1.1.2 撿球機(jī)構(gòu)
5
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）
題目： 多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 王駿斌
學(xué) 號(hào)： 20101173
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： 機(jī)制1004班
指導(dǎo)教師： 蔡金平 職 稱： 講師
二 0 一四 年 五 月
目錄
摘要 3
Abstract 4
引言 5
1 多功能智能撿球機(jī)概論 6
1.1 多功能智能撿球機(jī)外形簡(jiǎn)介 6
1.1.1 撿球機(jī)底盤 6
1.1.3 鎖存機(jī)構(gòu) 7
1.2 智能撿球機(jī)的材料簡(jiǎn)介 8
1.2.1 底盤材料 8
1.2.2 車輪材料 8
1.2.3 撿球機(jī)構(gòu)材料 8
1.2.4 固定材料 8
1.2.5 其他材料 8
2 多功能網(wǎng)球撿球機(jī)工作原理 8
2.1 多功能網(wǎng)球撿球機(jī)設(shè)計(jì)原理 9
2.1.1 撿球機(jī)底盤 9
2.1.2 撿球機(jī)構(gòu) 9
2.1.3 球桶的設(shè)計(jì) 10
2.2 控制中心的設(shè)計(jì) 11
2.2.1 撿球機(jī)的控制中央處理器AVR系列中ATmega16 11
2.2.5 紅外線傳感器模塊 13
3 數(shù)據(jù)理論計(jì)算 14
3.1 電機(jī)功率的計(jì)算 14
3.1.1 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出功率 14
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 14
參考文獻(xiàn) 15
附錄 16
致謝 21
摘要
目前市面上已經(jīng)存在的各種網(wǎng)球發(fā)球機(jī)，忽視了把球撿回來(lái)的問(wèn)題，很多訓(xùn)練網(wǎng)球的場(chǎng)所還是原始的采用人工撿球的方法，這樣做不僅僅浪費(fèi)了大量的時(shí)間，也消耗了人的體力。因此研究網(wǎng)球撿球設(shè)備同樣具有重要意義。人們希望制造一款簡(jiǎn)單的網(wǎng)球撿球機(jī)，能夠在網(wǎng)球訓(xùn)練時(shí)輕松撿起，有效提高網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)樂(lè)趣。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外市面上主要網(wǎng)球撿球機(jī)的原理與特點(diǎn)，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)有撿球機(jī)的不足之處設(shè)計(jì)了一款新型的多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)。多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置、撿球裝置和中央處理器組成，以蓄電池供電，并用高性能的單片機(jī)作為控制核心對(duì)遙控裝置、尋球機(jī)構(gòu)、撿球裝置進(jìn)行高效集中的控制。多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)能夠通過(guò)遙控器甚至智能手機(jī)遙控完成網(wǎng)球撿取、人推動(dòng)撿球機(jī)運(yùn)動(dòng)完成網(wǎng)球撿取、技術(shù)成熟時(shí)可以通過(guò)無(wú)人操作智能識(shí)別全自動(dòng)網(wǎng)球撿取，可以方便撿拾網(wǎng)球場(chǎng)上散落的網(wǎng)球，并可以通過(guò)遙控?fù)烨驒C(jī)撿球給運(yùn)動(dòng)過(guò)疲勞的人們一點(diǎn)娛樂(lè)。它體積小，自動(dòng)化程度高，能實(shí)現(xiàn)人工手推、遙控和未來(lái)的智能自主撿球，節(jié)省人力資源。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)球撿球機(jī); 控制系統(tǒng); 撿球; 遙控?fù)烨?；多功能撿球機(jī)。
Abstract
There are already a variety of existing tennis ball machine , to some extent neglected to retrieve the ball and then issue a problem , a lot of tennis training places or artificial picking methods do not just spend a lot of time , also consume a person's strength. Therefore research Tennis picking device equally important . People want to manufacture a simple tennis picking machines , tennis training can be easy when it picked up , effectively improve tennis fun. According to the current domestic market principles and main characteristics of tennis picking machines , while for the deficiencies of existing picking machines designed a new type of multi-function smart tennis picking machines . Multifunctional smart tennis picking machines by the drive unit , consisting of a central processing unit and picking to battery -powered and high-performance microcontroller as the core of the remote control device , look for the ball institutions , picking device for efficient centralized control . Multifunctional smart tennis picking machines through remote control and even remote smartphones completed tennis seizure , people picking machine movement to promote the completion of tennis seizure , when the technology is mature intelligent recognition by unmanned automatic seizure of tennis , you can easily pick up scattered tennis on the tennis court , and picking through the remote machine picking people to exercise too tired little entertainment. Its small size , high degree of automation can be achieved manually push , remote and future intelligent picking , saving human resources.
Keywords: Mobile ball machine; control system; ball; remote control
引言
就目前來(lái)說(shuō)，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)在我國(guó)開展的還不夠廣泛。網(wǎng)球初學(xué)者在剛學(xué)習(xí)網(wǎng)球時(shí)需要人來(lái)配合練習(xí)，沒(méi)有合適的陪練人員使他們更加缺乏合適的練習(xí)機(jī)會(huì)。在這種情況下，如果網(wǎng)球場(chǎng)能夠配有網(wǎng)球發(fā)球機(jī)和撿球機(jī)，將解決初學(xué)者不能獨(dú)自練習(xí)和撿球疲勞的問(wèn)題。 為了方便撿球，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些一類手推式網(wǎng)球撿球車。此類撿球車為純機(jī)械式，需要有人操作。人把撿球車推到需要撿起的球前，然后撿球車把球撥入車中。
但是，這種半自動(dòng)的網(wǎng)球撿球工具仍有許多不足之處。它體積大且質(zhì)量重，相對(duì)于智能化撿球機(jī)比較笨拙。既浪費(fèi)了大量的空間，又影響訓(xùn)練人員打球，因?yàn)樵谒鼡烨虻倪^(guò)程中運(yùn)動(dòng)員影響打球。還完全需要人工操作，相對(duì)于智能化撿球機(jī)浪費(fèi)了不必要的時(shí)間與體力。而且，它只適用于地上球較多的情況，但是地上球也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員打球。地上球少時(shí)則沒(méi)有必要用上述撿球車。因此，它的適用環(huán)境較局限，未實(shí)現(xiàn)撿球過(guò)程的自動(dòng)化、智能化。
為了克服以上半自動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī)的不足之處，作者研制了能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)球撿球過(guò)程的智能化、高效化的多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)。多功能智能網(wǎng)球撿球機(jī)由遙控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，撿球系統(tǒng)和中央處理器組成，他能夠?qū)崿F(xiàn)遙控?fù)烨?、高效率人推?dòng)撿球機(jī)撿球、未來(lái)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人尋球和撿球。
1 多功能智能撿球機(jī)概論
1.1 多功能智能撿球機(jī)外形簡(jiǎn)介
智能撿球機(jī)主體由小車底盤、控制中心、撿球機(jī)構(gòu)、鎖存機(jī)構(gòu)等四大部分組成并相互協(xié)調(diào)工作。從而達(dá)到快速智能撿球的目的。
1.1.1 撿球機(jī)底盤
小車底盤是由直徑350mm×2的圓形硬質(zhì)塑料材料做成。兩塊以間隔60mm的距離疊放在一起，中間通過(guò)上底盤支架和螺柱固定，在下底盤上有安裝四個(gè)直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪。在兩塊底盤之間有兩個(gè)上底盤支架支持上底盤支架形成的V形通道的收納口。收納口形成通道的底部與儲(chǔ)球管相連，儲(chǔ)球管是大小略大于網(wǎng)球直徑兩頭90度彎曲的一個(gè)空心管，90度的彎管和直徑略大于網(wǎng)球的作用是便于網(wǎng)球在進(jìn)入儲(chǔ)球管時(shí)運(yùn)動(dòng)不受限制。其中一個(gè)上底盤支架的中間有一個(gè)紅外檢測(cè)傳感器，用于檢測(cè)是否有球進(jìn)來(lái)。上底盤上有儲(chǔ)球管安裝座和U型曹，用于安裝儲(chǔ)球筒和撥球桿的運(yùn)動(dòng)。
1.1.2 撿球機(jī)構(gòu)
撿球機(jī)構(gòu)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一根硬質(zhì)塑料撥桿。撥桿與電機(jī)輸出主軸連接在一起，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)撥桿旋轉(zhuǎn)，撥桿推動(dòng)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)，撥桿和球在儲(chǔ)球筒的弧形幾何外形下產(chǎn)生豎直向上的一個(gè)分力，使網(wǎng)球豎直向上運(yùn)動(dòng)。
圖1.1.2 （撿球機(jī)構(gòu)圖）
圖 1.1.2 (撿球機(jī)構(gòu)實(shí)物圖)
1.1.3 鎖存機(jī)構(gòu)
鎖存器是由安裝在直徑略大于網(wǎng)球直徑的塑料儲(chǔ)球管左右兩端上的一個(gè)只能夠讓球單向運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。鎖存器的作用是撥球桿把球撥進(jìn)儲(chǔ)球管中讓網(wǎng)球只能豎直向上運(yùn)動(dòng)而不會(huì)依靠重力豎直向下運(yùn)動(dòng)的一個(gè)機(jī)構(gòu)，他能有效地把網(wǎng)球儲(chǔ)存在進(jìn)球管中而不讓網(wǎng)球因?yàn)橹亓Φ粝氯?。鎖存器的原理是一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)60度的L形的機(jī)構(gòu)，他可以通過(guò)L形狀的L直角處的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的中間有扭簧用來(lái)復(fù)原旋轉(zhuǎn)后L形的鎖存器。
圖 1.1.3 （鎖存器）
1.2 智能撿球機(jī)的材料簡(jiǎn)介
1.2.1 底盤材料
底座材料選擇為硬質(zhì)塑料板。對(duì)于網(wǎng)球而言，其質(zhì)量不大，網(wǎng)球質(zhì)量為180-200g，直徑為65mm。并且網(wǎng)球場(chǎng)比較平坦。撿球機(jī)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度為0.5-0.7m/s。在這種低速的運(yùn)動(dòng)下，撿球機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，撿球機(jī)受到的力并不大。對(duì)材料的力學(xué)性能要求并不高。普通的硬質(zhì)塑料的許用力學(xué)參數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際使用時(shí)的力學(xué)要求。硬質(zhì)塑料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等力學(xué)性能都能滿足使用條件。在滿足使用要求的條件下，硬質(zhì)塑料具有易加工、易成型、易獲取、密度小、價(jià)格便宜的眾多優(yōu)點(diǎn)。
1.2.2 車輪材料
車輪是撿球機(jī)與地面接觸的重要部分。承擔(dān)著所有地面與撿球機(jī)的力，材料對(duì)其影響極大。但因?yàn)閾烨虮旧淼馁|(zhì)量輕，運(yùn)動(dòng)速率小，受力小。所以選擇硬質(zhì)塑料。其直徑為60mm。外邊為后約2mm的橡膠輪，選用橡膠為了增加運(yùn)動(dòng)時(shí)與地面的摩擦因數(shù)并且可以緩沖在地面不平時(shí)的沖擊。從而達(dá)到高效穩(wěn)定的工作效率。
1.2.3 撿球機(jī)構(gòu)材料
撿球機(jī)構(gòu)為一根直徑為5mm的塑料曲桿。曲率半徑為70mm。兩端略小于中間，利用的是塑料有極好的韌性，在受力較大時(shí)不會(huì)折斷。質(zhì)量較小，減小了輸出力矩，節(jié)省了電能。
1.2.4 固定材料
固定材料：硬質(zhì)角鋁、、螺釘、螺桿、螺柱等各類緊固件。
1.2.5 其他材料
萬(wàn)用板、各類線接頭、各類電子元器件（單片機(jī)、電阻、二極管、發(fā)光二極管、電動(dòng)機(jī)、數(shù)碼管）
2 多功能網(wǎng)球撿球機(jī)工作原理
多功能網(wǎng)球撿球機(jī)是將散落于球場(chǎng)的各個(gè)地方的網(wǎng)球收集撿起。根據(jù)其工作目的，可將工作原理分為三部分：1 移動(dòng)部分，2 撿球部分，3 控制部分。
1）移動(dòng)部分：因?yàn)榫W(wǎng)球散落于球場(chǎng)各個(gè)地方，撿球機(jī)需要運(yùn)動(dòng)到各個(gè)地方，才能進(jìn)行撿起散落的網(wǎng)球。
2）撿球部分：當(dāng)撿球機(jī)運(yùn)動(dòng)到網(wǎng)球所在地時(shí)。則需要通過(guò)撿球機(jī)構(gòu)將網(wǎng)球撿入存球筒中，將網(wǎng)球集中撿起，重復(fù)利用。
3）控制部分：控制部分由AVR高性能單片機(jī)ATmega16作為主控芯片、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、NRF24L01無(wú)線模塊、紅外傳感器模塊、電壓檢測(cè)模塊、降壓模塊、數(shù)碼管顯示以及高性能的繼電器組成。
2.1 多功能網(wǎng)球撿球機(jī)設(shè)計(jì)原理
2.1.1 撿球機(jī)底盤
撿球機(jī)底盤作為該部分保證機(jī)器人在場(chǎng)地內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)的主要框架結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在框架的兩側(cè)分別安裝由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)輪，運(yùn)動(dòng)輪分別通過(guò)角鋁和螺釘固定，四臺(tái)減速電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)左右兩邊的輪胎旋轉(zhuǎn)方向相反實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，能夠在網(wǎng)球場(chǎng)地中靈活的自由運(yùn)動(dòng)。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)輪子，保證了足夠的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)速度。從而實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定的工作效率。小車底盤充分考慮了撿球機(jī)的美觀、體積大小、收納口的收球效果和美觀、四個(gè)電機(jī)的安裝空間、以及蓄電池和控制電路的安裝空間等綜合因素而設(shè)計(jì)的。
圖2.1.1 (下底盤)
2.1.2 撿球機(jī)構(gòu)
撿球機(jī)構(gòu)的撥桿外圓直徑位10mm，內(nèi)孔直徑位6mm,長(zhǎng)75mm,曲率半徑為70mm的塑料曲桿。曲桿兩頭略小。內(nèi)孔與大扭矩的直流減速撿球電機(jī)主軸連接，并通過(guò)銷釘固定，防止其產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)撿球機(jī)運(yùn)動(dòng)到網(wǎng)球所在地時(shí)，撿球機(jī)通過(guò)網(wǎng)球的正上端，網(wǎng)球則通過(guò)撿球機(jī)的的收納口進(jìn)入儲(chǔ)球管。安裝在上底盤支架上的紅外檢測(cè)傳感器檢測(cè)到網(wǎng)球的進(jìn)入時(shí)發(fā)送個(gè)信號(hào)給控制中心處理后撿球電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。撿球電機(jī)帶動(dòng)撥桿圓周運(yùn)動(dòng)，撥桿則推動(dòng)網(wǎng)球在儲(chǔ)球管中完成由水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到豎直運(yùn)動(dòng)。網(wǎng)球通過(guò)安裝在儲(chǔ)球管上的鎖存器后被限制向下運(yùn)動(dòng)，最后這個(gè)網(wǎng)球就存儲(chǔ)在儲(chǔ)球管的中，安裝在撿球電機(jī)正上端的另一個(gè)紅外檢測(cè)傳感器檢測(cè)到撥桿后發(fā)送一個(gè)信號(hào)給控制中心處理后停止撿球電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)撥桿就停留在水平向上大概40度左右的方向上，這就完成一個(gè)網(wǎng)球的撿起。當(dāng)撿第二個(gè)網(wǎng)球時(shí)，同理第二個(gè)網(wǎng)球進(jìn)入儲(chǔ)球筒管中把第一個(gè)網(wǎng)球頂起后被鎖存器鎖死，這時(shí)儲(chǔ)球管中就儲(chǔ)存了兩個(gè)球。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)球儲(chǔ)存在儲(chǔ)球管中，這時(shí)再進(jìn)來(lái)一個(gè)網(wǎng)球，那么儲(chǔ)球管中的最頂上的第一個(gè)網(wǎng)球在儲(chǔ)球管就溢了出來(lái)進(jìn)入球桶中，在后面的網(wǎng)球撿起來(lái)都進(jìn)入球筒中。在撿球的過(guò)程中每撿一個(gè)球，中央處理器都會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)給數(shù)碼管顯示球的個(gè)數(shù)，當(dāng)球撿滿后，報(bào)警喇叭就會(huì)報(bào)警。
圖 2.1.2 （撿球機(jī)構(gòu)剖面示意圖）
2.1.3 球桶的設(shè)計(jì)
球桶是直徑為356mm，壁厚為1.5mm的圓柱型塑料桶，塑料球桶的上方有凹陷下去用于安裝提手的凹槽，提手則可以旋轉(zhuǎn)放入凹槽，提手也可以旋轉(zhuǎn)豎直起來(lái)方便人們提動(dòng)撿球機(jī)。塑料球桶后方也有一個(gè)T字形的凹槽，凹槽內(nèi)安裝有可伸縮T形推桿，推桿可以繞凹槽底部的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后與塑料球桶上表面形成大概100度的角度后固定，固定后推桿就可以拉伸，拉伸后人們就可以通過(guò)手推動(dòng)撿球機(jī)完成高效率的撿球。塑料球桶儲(chǔ)滿球后可以通過(guò)球桶上方的一個(gè)酷似心形的一個(gè)圓口倒出來(lái)。
圖 2.1.3 （球桶）
2.2 控制中心的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用了2片AVR單片機(jī)(芯片采用的是ATmega16）作為處理器，由AVR芯片控制整個(gè)小車的運(yùn)行，然后由單片機(jī)與nRF24L01無(wú)線模塊構(gòu)成主從式的控制系統(tǒng)，雙機(jī)采用無(wú)線串行通信。遙控部分采用杭州茂葳科技有限公司生產(chǎn)的FSK無(wú)線模塊（nRF24L01），從而提高了控制的可靠性；該小車與遙控器采用了協(xié)議式的通信，根據(jù)它們之間所制定的協(xié)議，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而提高了控制的有效性?？刂撇糠植捎玫氖歉咝阅?、低功耗的8位AVR微處理器ATmega16。驅(qū)動(dòng)小車部分采用了L298N單塊集成電路，四通道驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，用來(lái)接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載和開關(guān)電源晶體管。
2.2.1 撿球機(jī)的控制中央處理器AVR系列中ATmega16
ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR?RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8?位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16?的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1?MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。??
ATmega16?AVR?內(nèi)核具有豐富的指令集和32?個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU)?相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC?微控制器最高至10?倍的數(shù)據(jù)吞吐率。
2.2.2基于nRF24L01無(wú)線模塊的無(wú)線傳輸?
nRF24L01是一款由NORDIC公司所生產(chǎn)的無(wú)線通信芯片，無(wú)線通信速度能夠達(dá)到2M（bps）。它采用了FSK調(diào)制，其內(nèi)部集成了自己的Enhanced?Short?Burst協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)1對(duì)6或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線通信。該公司還提供了通信模塊的GERBER文件，可以直接進(jìn)行生產(chǎn)加工，可以很容易實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的功能，非常適合用來(lái)為MCU系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)線通信功能
2.2.3基于L298N芯片驅(qū)動(dòng)電路
L298是SGS(通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司)公司所生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。我們經(jīng)常使用的是15腳Multiwatt封裝的L298N，其內(nèi)部包含有4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，能夠順利的驅(qū)動(dòng)一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)或者兩個(gè)直流電機(jī)。
2.2.4撿球機(jī)電氣簡(jiǎn)圖
圖 2.2.4 （撿球機(jī)控制系統(tǒng)示意圖）
2.2.5 紅外線傳感器
紅外線傳感器抗干擾能力強(qiáng)，可以避免陽(yáng)光和電燈等光線中紅外線的干擾，且具有可見(jiàn)光的反射特性，經(jīng)常作為避障傳感器使用。紅外線傳感器具有內(nèi)置的光濾波器，除了光敏二極管發(fā)出的紅外線外，其它光線都不允許通過(guò)，這就保證了探測(cè)的準(zhǔn)確性。該撿球機(jī)器人采用距離可調(diào)節(jié)的NPN 型光電開關(guān)紅外傳感器。
圖2.2.5 （紅外傳感器）
2.3、硬件調(diào)試存在的問(wèn)題以及解決方案?
1.當(dāng)程序通過(guò)燒錄器寫入單片機(jī)時(shí)，單片機(jī)沒(méi)有按照預(yù)定設(shè)計(jì)工作，后經(jīng)過(guò)老師提?醒，用示波器檢測(cè)晶的震蕩電路是否正確。開始檢測(cè)時(shí)，晶振沒(méi)有產(chǎn)生鋸齒波形，后來(lái)?給震蕩電路換了一個(gè)電容，才產(chǎn)生了鋸齒波形。?
2.檢測(cè)無(wú)線傳輸模塊傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，編寫了一個(gè)簡(jiǎn)單程序，但是無(wú)線模塊不能正常工?作，后用萬(wàn)能表檢測(cè)出無(wú)線傳輸模塊引腳電平，發(fā)現(xiàn)一個(gè)引腳不對(duì)，沒(méi)有接地，從而連?接了一個(gè)跳線。
2.4、硬件調(diào)試的心得與體會(huì)
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試，撿球機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)基本上的任務(wù)要求。但是，在這期間也遇到了一些問(wèn)題，就是無(wú)線模塊不太穩(wěn)定，就是遙控部分，由于未知原因的影響，容易受到干擾，?使遙控不太靈敏。由于這個(gè)原因，怎么解決小車飛車成為了一個(gè)主要問(wèn)題。?
整個(gè)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，大多數(shù)的硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除過(guò)于明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來(lái)調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢?jiàn)硬件是軟件的基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過(guò)，軟件設(shè)計(jì)則更是無(wú)從做起。軟件的調(diào)試要在硬件配合中進(jìn)行，往往問(wèn)題可能不是硬件上的。
3 數(shù)據(jù)理論計(jì)算
3.1 電機(jī)功率的計(jì)算
3.1.1 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出功率
P=P w/η
式中:P w-工作機(jī)所需有效功率。
P w=FV/ηw
其中,F 為生產(chǎn)阻力,最小估算為15N,ηw 為工作機(jī)驅(qū)動(dòng)總效率,估算為2/5,設(shè)計(jì)v 為0.5m/s,由此算得P w>=15×0.5/0.4=19 瓦,η-電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率, 估算為2/3,由此可得P>=19×3/2=28.5W。綜合考慮最后得出前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出總功率為P=30W。
3.1.2 撿球機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)輸出功率
P=P w/η
P w=T×n/(9550×ηw)
撿球阻力距T 估算為1N*m,n 為轉(zhuǎn)速,由此可算得P w=7W。綜合考慮得出撿球機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)輸出功率:P=10W。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)在網(wǎng)球場(chǎng)實(shí)地操作，網(wǎng)球場(chǎng)面積為長(zhǎng)36.60 m，寬l8.30 m，撿球機(jī)器人的運(yùn)行速度為0．5 m／s，旋轉(zhuǎn)半徑為50 cm，一次裝球量為加個(gè)。球場(chǎng)內(nèi)球數(shù)少于20個(gè)時(shí)，一次運(yùn)行時(shí)間約為5 min。如果個(gè)別網(wǎng)球比較分散，還可以通過(guò)手動(dòng)遙控的方式遙控機(jī)器人進(jìn)行撿球．通過(guò)網(wǎng)球撿球機(jī)從可以將繁瑣無(wú)聊的撿球工作變的有趣。
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附錄
附錄A1???無(wú)線發(fā)射電路圖
附錄A2???無(wú)線接受電路圖
附錄A3 撿球機(jī)三維圖
附錄A4 撿球機(jī)實(shí)物圖
附錄B1遙控部分程序清單?
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
//spi標(biāo)志
#define DDR_SPI DDRB
#define DD_MOSI 5
#define DD_MISO 6
#define DD_SCK 7
#define DD_SS 4
#define CE PB3
#define IRQ PB2
#define Hign_24L01_MISO PORTB|=(1 << PB6)
#define Low_24L01_MISO PORTB &= ~(1 << PB6)
#define Read_24L01_MISO PINB & (1 << PB6)
#define Hign_24L01_MOSI PORTB |= (1 << PB5)
#define Low_24L01_MOSI PORTB &= ~(1 << PB5)
#define Read_24L01_MOSI PINB & (1 << PB5)
#define Hign_24L01_SCK PORTB |= (1 << PB7)
#define Low_24L01_SCK PORTB &= ~(1 << PB7)
#define Read_24L01_SCK PINB & (1 << PB7)
#define Low_24L01_CSN PORTB &= ~(1 << PB4)
#define Hign_24L01_CSN PORTB |= (1 << PB4)
#define Hign_24L01_CE PORTB |= (1 << PB3)
#define Low_24L01_CE PORTB &= ~(1 << PB3)
#define Read_24L01_CE PINB & (1 << PB3)
//*********************************************NRF24L01*************************************
#define TX_ADR_WIDTH 5 // 發(fā)送地址長(zhǎng)度，最大長(zhǎng)度為5 5*8=40 bit
#define RX_ADR_WIDTH 5 // 接收地址長(zhǎng)度
#define TX_PLOAD_WIDTH 5 // 發(fā)送字節(jié)長(zhǎng)度，
#define RX_PLOAD_WIDTH 5 // 接收字節(jié)長(zhǎng)度
uchar TX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //發(fā)送地址
uchar RX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01}; //接收地址
//***************************************NRF24L01寄存器指令*******************************************************
#define READ_REG 0x00 // 讀寄存器指令
#define WRITE_REG 0x20 // 寫寄存器指令
#define RD_RX_PLOAD 0x61 // 讀取接收數(shù)據(jù)指令
#define WR_TX_PLOAD 0xA0 // 寫待發(fā)數(shù)據(jù)指令
#define FLUSH_TX 0xE1 // 沖洗發(fā)送 FIFO指令
#define FLUSH_RX 0xE2 // 沖洗接收 FIFO指令
#define REUSE_TX_PL 0xE3 // 定義重復(fù)裝載數(shù)據(jù)指令
#define NOP1 0xFF // 保留
//*************************************SPI(nRF24L01)寄存器地址****************************************************
#define CONFIG 0x00 // 配置收發(fā)狀態(tài)，CRC校驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约笆瞻l(fā)狀態(tài)響應(yīng)方式
#define EN_AA 0x01 // 自動(dòng)應(yīng)答功能設(shè)置
#define EN_RXADDR 0x02 // 可用信道設(shè)置
#define SETUP_AW 0x03 // 收發(fā)地址寬度設(shè)置
#define SETUP_RETR 0x04 // 自動(dòng)重發(fā)功能設(shè)置
#define RF_CH 0x05 // 工作頻率設(shè)置
#define RF_SETUP 0x06 // 發(fā)射速率、功耗功能設(shè)置
delay_nms(2);
Hign_24L01_CE; //置高CE，激發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送
delay_nus(10);
Low_24L01_CE;
}
uchar CheckACK(void)
{ uchar sta1;
sta1=SPI_Read(STATUS); // 返回狀態(tài)寄存器
if((sta1&0x20)||(sta1&0x10)) //發(fā)送完畢中斷
{
SPI_RW_Reg((READ_REG+STATUS),0xff); // 清除TX_DS或MAX_RT中斷標(biāo)志
Low_24L01_CSN;
SPI_RW(FLUSH_TX);//用于清空FIFO ！！關(guān)鍵?。〔蝗粫?huì)出現(xiàn)意想不到的后果?。?！大家記?。?！
Hign_24L01_CSN;
return(0);
}
else
return(1);
}
void init_NRF24L01(void)
{
spi_init();
Low_24L01_CE; // 空閑模式
Hign_24L01_CSN; // SPI 關(guān)閉
Low_24L01_SCK; // 關(guān)閉時(shí)鐘
致謝
為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于接近尾聲了，在這短短的幾個(gè)月里，不僅僅考察了大學(xué)四年自己所學(xué)要的東西，更重要的是把自己從老師從課本里所了解的東西應(yīng)用到實(shí)踐應(yīng)用中，檢驗(yàn)了自己的能力。雖然有過(guò)成功，有過(guò)失敗，有過(guò)歡笑，有過(guò)淚水，但是過(guò)程其實(shí)才是最重要的。?
通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在蔡金平指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中,翻閱大量的科技文獻(xiàn),針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求,對(duì)所學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)又認(rèn)真細(xì)致的進(jìn)行鞏固和練習(xí),在硬件和軟件的組合上認(rèn)真聽(tīng)取了謝老師以及一些優(yōu)秀同學(xué)的意見(jiàn),在很大程度上使這次設(shè)計(jì)順利通過(guò)老師的審核和評(píng)定.在另一方面極大地提高了實(shí)踐能力，并對(duì)當(dāng)前機(jī)械和電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，機(jī)械設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)械方面的知識(shí)有極大的幫助。在此，我忠心感謝蔡金平老師的指導(dǎo)和支持，以及一些同學(xué)給出的寶貴意見(jiàn)，可以說(shuō)沒(méi)有了你們的支持，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)不可能這么順利的完成。在未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)中，我將以更好的成績(jī)來(lái)回報(bào)各位領(lǐng)導(dǎo)和老師,回報(bào)老師和母校的辛勤栽培,做一名優(yōu)秀的大學(xué)畢業(yè)生,奉獻(xiàn)社會(huì)。??
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