陳炳炘 陳鑫 甘新龍 劉順 孟源

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球收集;互聯(lián)網(wǎng);APP功能設(shè)計

引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)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(wǎng)球運動在我國發(fā)展迅猛，場館建設(shè)的規(guī)模和數(shù)量較往年有著顯著增長，再加上我國多名網(wǎng)球選手在國際賽事的出色表現(xiàn)，使得網(wǎng)球運動逐漸進入尋常百姓家，國人對網(wǎng)球的熱情空前高漲。我國著名網(wǎng)球選手李娜法網(wǎng)封后，WTA官網(wǎng)預(yù)測將為中國增加3000萬網(wǎng)球人口。近年來，國家為推動服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，提高國際競爭力，出臺了一系列的政策。通過不斷的構(gòu)思描摹出其基本框架，分析市場的現(xiàn)有狀況，增加了一些新的服務(wù)功能。使用SolidWorks等軟件進行整體框架設(shè)計，使用C語言和Android技術(shù)進行軟件設(shè)計，為該機器人的進一步改進提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計方案]。

1.1設(shè)計背景

對于網(wǎng)球愛好者來說，在進行網(wǎng)球訓(xùn)練時，撿網(wǎng)球是一件苦差事。網(wǎng)球場地大且寬闊，打出去的多顆網(wǎng)球要一個個的撿，對于已訓(xùn)練疲憊的練習(xí)者來說，無疑是一件枯燥而繁重的工作。在室內(nèi)網(wǎng)球場中多顆網(wǎng)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(chǎn)品層出不窮，結(jié)合我們專業(yè)的特色，我們想到了制作一款網(wǎng)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(fā)送驅(qū)動指令，使得網(wǎng)球收集機器人能夠根據(jù)網(wǎng)球場地的實際情況靈活調(diào)整行駛路徑進行撿拾。讓我們在一場酣暢淋漓的訓(xùn)練后，空出雙手，好好休整。

1.2設(shè)計結(jié)構(gòu)

機器人主體結(jié)構(gòu)部分有：主框架結(jié)構(gòu)、運載系統(tǒng)、升降機構(gòu)、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等。整體以鋁和硬塑料為框架，質(zhì)地輕盈堅固，采用電機驅(qū)動車身運行至目標點，然后經(jīng)過兩個前棍子收集網(wǎng)球到小車內(nèi)第一層，再通過螺旋升降器將第一層內(nèi)網(wǎng)球運送到第二層，從而實現(xiàn)取球。

用戶可通過手機端APP來操控網(wǎng)球智能收集機器人。打開APP，選擇機器人總開關(guān)，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(qū)域。此外，機器人還有回歸功能：當機器人內(nèi)部感應(yīng)器感知體內(nèi)已裝至50%時，會向手機發(fā)出信號，APP會出現(xiàn)界面和聲音提醒，界面會顯示已收集多少網(wǎng)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(wǎng)球聚集在小區(qū)域內(nèi)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(wǎng)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(jù)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(wǎng)球，根據(jù)手機發(fā)出的信號，確定使用者所在的位置，通過路徑優(yōu)化，選擇L字型路線回歸。

2）若點擊“No”。則機器人會繼續(xù)進行收集工作，直到收集狀態(tài)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(wǎng)球到達一定量后，觸發(fā)機器人內(nèi)部的感應(yīng)器，給予反饋信息，并最終將已收集的網(wǎng)球數(shù)量呈現(xiàn)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(xù)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(chǎn)品特點

（1）智能APP端控制

與傳統(tǒng)的網(wǎng)球收集器不同，我們的網(wǎng)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(yīng)用

我們的網(wǎng)球收集機器人應(yīng)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(wǎng)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(wǎng)球數(shù)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(fā)展愈發(fā)重要，我們的網(wǎng)球收集機器人也順應(yīng)時代潮流和國家號召，追求節(jié)能環(huán)保的新理念，從而采用高能鋰電池。該電池可重復(fù)使用，減少了資源的損耗，對環(huán)境污染少。

（4）輕薄機身

傳統(tǒng)的網(wǎng)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(jié)約成本。

（5）模式多樣

網(wǎng)球場地過大，為了能高效地收集網(wǎng)球，我們給機器人設(shè)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(qū)域板塊式得分布狀況。

定點模式：設(shè)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(qū)域內(nèi)的網(wǎng)球，實現(xiàn)高效，節(jié)能化。

沿邊模式：若球大多都掉落在球場的邊界區(qū)，即可設(shè)定一個區(qū)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(wǎng)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(chǎn)品優(yōu)勢

經(jīng)過我們的廣泛調(diào)查，發(fā)現(xiàn)市面上已經(jīng)存在部分網(wǎng)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(jīng)運動疲勞的人們更加力不從心，產(chǎn)生厭煩的心理。相比之下，我們這款網(wǎng)球收集機器人自動化程度更高，設(shè)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(huán)保節(jié)能的高能鋰電池，即可有效提高工作時間，也具有超強的續(xù)航能力。在外觀上也推出了多種配色，還可根據(jù)用戶的喜好對外觀進行自定義設(shè)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(wǎng)球收集機器人具有很高的市場競爭力。

4產(chǎn)品前景

根據(jù)市場調(diào)查，目前網(wǎng)球場約85475所，網(wǎng)球運動人數(shù)約為864萬，并且每年網(wǎng)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(wǎng)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(jù)了解，目前負責(zé)撿網(wǎng)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(wǎng)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(fù)雜，繁瑣及其枯燥的重復(fù)機械性運動，我們自主研發(fā)用于收集網(wǎng)球的機器人是不二之選，也可節(jié)省開支，也滿足了網(wǎng)球愛好者們對時尚的追求。

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

5總結(jié)

本文設(shè)計的網(wǎng)球收集機器人基于互聯(lián)網(wǎng)APP工作，利用識別傳感系統(tǒng)配合以上設(shè)定的三種搜尋模式能夠高效率完成作業(yè)。隨著服務(wù)型機器人產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，以后若用戶還有其他額外的需求，我們也會根據(jù)客戶的反饋建議作出功能上的改善以及技術(shù)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(xué)院機器人工程專業(yè);主要興趣和研究方向有機器人的集成設(shè)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(xué)院機器人工程專業(yè);主要興趣和研究方向有機器人的集成設(shè)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(xué)院機器人工程專業(yè);主要興趣和研究方向有機器人的集成設(shè)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(xué)院機器人工程專業(yè);主要興趣和研究方向有機器人的集成設(shè)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(xué)院教師，工程師;主要研究方向：工業(yè)機器人系統(tǒng)仿真，視覺識別。

基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，項目號202111654035， 名稱：基于互聯(lián)網(wǎng)端APP的全自動網(wǎng)球收集機器人