張瑋倫 于海航 汪 曦（指導(dǎo)老師）

（遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山114051）

作為當(dāng)今一種休閑時(shí)尚的體育運(yùn)動(dòng)——網(wǎng)球近年來在我國(guó)發(fā)展迅猛，網(wǎng)球場(chǎng)館建設(shè)的規(guī)模和數(shù)量明顯增長(zhǎng)，參與網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的人口數(shù)量顯著增加。但在網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)過程中需要大量的跑動(dòng)，體力消耗巨大，為了避免撿球麻煩，人們會(huì)選擇多帶幾個(gè)網(wǎng)球，而這樣就會(huì)造成網(wǎng)球散落在球場(chǎng)各處的問題，容易造成運(yùn)動(dòng)員跑動(dòng)時(shí)不小心踩球滑倒等安全隱患。

在網(wǎng)球場(chǎng)一般采用人工拾取網(wǎng)球的方式，這樣不光效率低、工作人員的勞動(dòng)量大，還易產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此如何高效省力地拾取網(wǎng)球并存儲(chǔ)，變成了急需解決的問題?；诖宋覀冄兄屏司W(wǎng)球收儲(chǔ)裝置，可在訓(xùn)練時(shí)代替人工拾取，很大程度上節(jié)約了人力消耗，提高了網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的效率，增加了網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的樂趣。

1 網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置的組成

1.1 網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置的簡(jiǎn)介

網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置主要由收取部分、存儲(chǔ)部分、行走部分三大部分組成，裝置的主體結(jié)構(gòu)由PLA 材質(zhì)加工、3D 打印構(gòu)成。網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置前端裝置OpenMV 攝像頭對(duì)網(wǎng)球色彩進(jìn)行采集經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)送到DSP 加工處理通過USB 接口輸出數(shù)據(jù)。網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置主控板接收到數(shù)據(jù)后系統(tǒng)轉(zhuǎn)達(dá)到收取結(jié)構(gòu)開始執(zhí)行收取動(dòng)作，網(wǎng)球進(jìn)入后由存儲(chǔ)部分將網(wǎng)球存進(jìn)球桶完成存儲(chǔ)動(dòng)作。

圖1

1.2 收取結(jié)構(gòu)部分

收取結(jié)構(gòu)部分主要由一個(gè)球輥刷、兩個(gè)輥刷電機(jī)、一對(duì)支撐軸承、收球滑坡組成。由側(cè)部電機(jī)帶動(dòng)球輥刷完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作使網(wǎng)球向裝置內(nèi)部滾動(dòng)，網(wǎng)球經(jīng)過收球坡完成降速到達(dá)收球結(jié)構(gòu)部分。

1.3 存儲(chǔ)部分

存取部分主要由升球轉(zhuǎn)盤、升球電機(jī)、收球滑道、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤電機(jī)、球桶、一組紅外線對(duì)管組成。網(wǎng)球抵達(dá)存儲(chǔ)部位后，首先經(jīng)升球轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)至收球滑道計(jì)數(shù)，網(wǎng)球位于收球滑道受重力下滑至收球桶，收球桶滿后存儲(chǔ)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)更換收球桶。

圖2

1.4 行走部分

行走部分由四個(gè)小脈輪、四個(gè)小行進(jìn)電機(jī)組成安裝在網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置底部，由單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出電信號(hào)給四個(gè)行進(jìn)小電機(jī)控制脈輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置的工作原理

網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置由收取部分、存儲(chǔ)部分、行走部分三部分協(xié)調(diào)配合工作。拾取機(jī)構(gòu)主要由攝像頭采集圖像信號(hào)，對(duì)周邊進(jìn)行檢測(cè)網(wǎng)球位置，再傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行處理。識(shí)別完成后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行進(jìn)到網(wǎng)球位置處，再由電機(jī)帶動(dòng)前置輥刷將網(wǎng)球收取，網(wǎng)球抵達(dá)存儲(chǔ)部分后由升球轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至收球滑道，利用重力使網(wǎng)球下滑完成存儲(chǔ)計(jì)數(shù)。

3 三維設(shè)計(jì)圖結(jié)構(gòu)示意圖

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）用基于Linux 內(nèi)核的開源嵌入式Openwrt 系統(tǒng)，將該系統(tǒng)與路由器整合，并掛載攝像頭完成遠(yuǎn)程圖像回傳，結(jié)合手機(jī)App 實(shí)施遠(yuǎn)程控制。

（2）獨(dú)特的機(jī)械機(jī)構(gòu)完成復(fù)雜情況的拾取，在控制算法上采用獨(dú)創(chuàng)的聯(lián)動(dòng)算法減少工作誤差，使用簡(jiǎn)便快捷。

（3）自主設(shè)計(jì)的收球機(jī)構(gòu)、存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)以及行進(jìn)電機(jī)，在執(zhí)行收球工作中減少了失敗率，提高工作效率。

（4）采用紅外對(duì)管計(jì)數(shù)，能時(shí)刻反應(yīng)出所存儲(chǔ)網(wǎng)球的數(shù)量。

4.2 應(yīng)用

近年來，人工智能領(lǐng)域受到政府與市場(chǎng)的高度關(guān)注，網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置趨于智能化，適用各種室內(nèi)外網(wǎng)球場(chǎng)，收取網(wǎng)球效率約是人工的2～3 倍。對(duì)控制端操作簡(jiǎn)單容易，讓使用者非常輕松掌握。網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置便捷的完成網(wǎng)球拾取存儲(chǔ)，增加了網(wǎng)球愛好者的娛樂時(shí)間、減少了球童的工作量。網(wǎng)球收儲(chǔ)裝置創(chuàng)意新穎是未來生活智能化的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，迎合市場(chǎng)發(fā)展需求。