《輔助投籃機(jī)器人設(shè)計(jì)》9500字（論文）

第1章緒論1.1研究背景隨著工業(yè)4.0時(shí)代的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在生活的方方面面影響著我們。中國在2020年1至12月份，共制造了23.7萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，較上年同期增長19.1%，創(chuàng)造了中國單年工業(yè)機(jī)器人的單年生記錄，中國制造“智造”將由中國制造向中國的轉(zhuǎn)型，其作用日益凸顯[1]。截止到2019年末，中國共收到了162485項(xiàng)與機(jī)器人有關(guān)的專利，在全世界公布的機(jī)器人專利總數(shù)中，超過了日本，美國，韓國和德國[2]。從機(jī)器人產(chǎn)業(yè)來看，服務(wù)業(yè)和金融業(yè)都是重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。此外，物流、醫(yī)療、教育娛樂和商業(yè)服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域也在迅速發(fā)展[3]。機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)給各行各業(yè)帶來深入的變革，我們國家亟需在機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域有深入研究的人才。從2016年起，國家相關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)了人工智能、編程等相關(guān)政策，鼓勵(lì)和扶持高校把計(jì)算機(jī)技術(shù)列入日常教學(xué)，并將其列入了高考的一項(xiàng)可選科目中。除了校園內(nèi)大力鼓勵(lì)，此外，還舉辦了各類機(jī)器人競賽和技術(shù)交流活動(dòng)，使廣大民眾特別是青少年學(xué)生對(duì)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)和熱愛，并將現(xiàn)代科技知識(shí)傳授給他們，從而為國家的機(jī)器人事業(yè)提供更多的優(yōu)質(zhì)人才。同時(shí)，機(jī)器人競賽及技術(shù)交流活動(dòng)，對(duì)推動(dòng)和促進(jìn)機(jī)器人及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，為國家的可持續(xù)發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)[4]。投籃機(jī)器人比賽最早于2009年從中國臺(tái)灣省發(fā)起，比賽要求投籃機(jī)器人有獨(dú)立的行為決策、運(yùn)動(dòng)控制與視覺感知等能力，競賽旨在通過識(shí)別、抓球、機(jī)器人導(dǎo)航、定位、避障等動(dòng)作來促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的交流和發(fā)展，并促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造力。隨著時(shí)間的推移，參加賽項(xiàng)的隊(duì)伍不斷增加，后續(xù)有印尼、日本、新加坡等隊(duì)伍參加，并采用國際賽的規(guī)則，推進(jìn)了該比賽的國際化。自2012年開始，該賽事被并入中國機(jī)器人大賽（CHINAROBOTCOMPETITION）中，作為子賽項(xiàng)舉辦，吸引了上海交通大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、廈門大學(xué)、重慶大學(xué)、上海大學(xué)等十幾所國內(nèi)高校的隊(duì)伍參加。1.2研究目的及意義投籃機(jī)器人是以機(jī)器人完成自主找球、抓球、傳球以及投球等一系列行為為目標(biāo)的特種機(jī)器人，從形式上有娛樂作用，從內(nèi)涵上有科技教育作用。投籃機(jī)器人的研究分為機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣控制、軟件編程等三方面，是跨學(xué)科研究的產(chǎn)物。目前機(jī)器人的發(fā)展火熱、研究方向眾多，包括機(jī)器人的視覺識(shí)別與跟蹤、運(yùn)動(dòng)控制、定位導(dǎo)航等方向都備受關(guān)注。通過對(duì)投籃機(jī)器人的研究，可以將相關(guān)行業(yè)的理論技術(shù)應(yīng)用于實(shí)物上，促進(jìn)理論的落地；同時(shí)在后續(xù)設(shè)計(jì)和競賽中，通過隊(duì)伍之間的交流推進(jìn)理論的發(fā)展，為機(jī)器人在工業(yè)、國防、以及教育行業(yè)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。我相信隨著人們的生活水平的持續(xù)不斷的提高，人們?cè)谌粘Ｉ钪幸矔?huì)需要越來越多的智能化、專業(yè)化的體育設(shè)備來代替以往耗費(fèi)人力的運(yùn)動(dòng)，這當(dāng)中全世界都在打的籃球無疑會(huì)是最重要的一部分。而大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能也將更加深度的與之融合，這是未來的一大必然趨勢，當(dāng)緊隨這一趨勢時(shí)我們?cè)O(shè)計(jì)、制造出來的產(chǎn)品獲得成功的概率將會(huì)大幅增加。此款輔助投籃機(jī)器人正是在這一大趨勢之下應(yīng)運(yùn)而生，其也必定將為市場產(chǎn)品的更新與推廣提供理論依據(jù)與實(shí)踐基礎(chǔ)，為大眾生活的多姿多彩貢獻(xiàn)一份力量。投籃機(jī)器人的研究也可以應(yīng)用于教育和娛樂行業(yè)。目前各大高校都在開設(shè)機(jī)器人專業(yè)，將機(jī)器人的研究與教學(xué)相結(jié)合，可以推動(dòng)機(jī)器人學(xué)和人工智能研究的深入發(fā)展，也和國家的十四五規(guī)劃相契合。同時(shí)隨著社會(huì)文娛行業(yè)的發(fā)展，機(jī)器人娛樂也更加的普及，籃球運(yùn)動(dòng)在我國深受喜愛，投籃機(jī)器人的推廣可以將娛樂和科技相結(jié)合，是很好的科教推廣、寓教于樂以及文娛發(fā)展的途徑。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀投籃擲機(jī)器人是一種特殊的機(jī)器人，它可以識(shí)別、抓取籃球、進(jìn)行投籃等行為。國內(nèi)外有不少高校和研究機(jī)構(gòu)對(duì)投籃機(jī)器人進(jìn)行了研究。日本的Toyota公司于2019年推出AI投籃機(jī)器人Cue3，它的高度為6英尺10英寸，該機(jī)器人的身體上布置了一組傳感器用來測量其與籃筐的距離并調(diào)整角度與力度，使用可轉(zhuǎn)動(dòng)的手臂和膝蓋完成投籃動(dòng)作。Cue3根據(jù)內(nèi)嵌的高速攝像機(jī)采集的三維立體圖像來定位籃球框的具體位置，并依據(jù)傳感器收集到的信息來調(diào)節(jié)胳膊肘和膝關(guān)節(jié)的幅度，投球時(shí)的精確度由手指頭來操縱，進(jìn)而讓它可以精確投籃動(dòng)作。運(yùn)用人工智能技術(shù)，Cue3進(jìn)行了二十多萬次的投籃訓(xùn)練，并在練習(xí)中不斷改進(jìn)。在測試中Cue3可以在180分鐘內(nèi)持續(xù)投進(jìn)1000個(gè)球。Toyota公司后來又對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了改進(jìn)，推出了Cue4[5]。Cue4具有由15個(gè)關(guān)節(jié)和23個(gè)電機(jī)軸組成的碳纖維框架，使用小型電機(jī)替換原電源線，并且在人型腳掌下方安裝了輪子，經(jīng)過改進(jìn)Cue4可以單手自主取球，自主移動(dòng)，并具有搖擺中修復(fù)投籃角度的能力。圖1.1Toyota公司的Cue3（左）和Cue4（右）美國的投籃機(jī)器人設(shè)計(jì)樣式繁多，競爭激烈。AmberMatthew設(shè)計(jì)了機(jī)器人RoboDoves，一個(gè)箱體機(jī)器人，利用齒輪傳動(dòng)投籃。StephanPierre-Louis設(shè)計(jì)了機(jī)器人RoboShot，該機(jī)器人可以完成投籃、罰球、三分球和半場投籃。由GreenMachine團(tuán)隊(duì)制作的投射機(jī)器人Zeke，底盤使用3D打印的滾筒用以平滑滑動(dòng)，采用輪式可張合的集球器抓取球，使用魚叉彈力管完成籃球的彈射。圖1.2美國的機(jī)器RoboDoves（左）、RoboShot（中）、Zeke（右）意大利的Comau公司制作了Racer7-1.4機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了抓球和投籃。圖1.3的機(jī)器人使用機(jī)器視覺完成籃球的識(shí)別，規(guī)劃最短的抓球路徑。夾具的材質(zhì)輕且硬，使用伺服電機(jī)控制機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)，可以在2.7秒完成一個(gè)三分球投籃。圖1.3Comau公司的Racer7-1.4機(jī)器人和日本、美國、意大利相比，我們國家的投籃機(jī)器人起步較晚，但依托機(jī)器人競賽平臺(tái)，各大高校都積極參與到制作投籃機(jī)器人的隊(duì)伍中來。輔助投籃機(jī)器人的設(shè)計(jì)方法很多。比如方雁峰通過對(duì)輔助投籃機(jī)器人傾斜角度的調(diào)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)輔助投籃機(jī)器人的直立，通過加速度傳感器及陀螺儀分別得到平衡機(jī)器人兩個(gè)輪子的線速率和轉(zhuǎn)向角速率，為了實(shí)現(xiàn)兩輪自平衡機(jī)器人可以相對(duì)的靜止和直立行走，可以同時(shí)將轉(zhuǎn)速控制信號(hào)與平衡控制信號(hào)疊加到兩個(gè)輪子的電機(jī)上，再次，該兩輪平衡機(jī)器人主要通過攝像頭進(jìn)行拍攝，將采集到的圖像信息傳給單片機(jī)處理后，將處理結(jié)果反饋給兩輪子，實(shí)現(xiàn)兩輪自平衡機(jī)器人的車體方向控制，但是利用攝像頭采集控制方向較為復(fù)雜，而且分析運(yùn)算量大。杜文浩建立了一套比較完備的雙輪式自平衡機(jī)械手的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其與隨動(dòng)平衡進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，對(duì)兩輪自平衡狀態(tài)進(jìn)行了分析，并對(duì)其進(jìn)行了理論模擬。該結(jié)果對(duì)軟件控制器的設(shè)計(jì)和算法中的參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，選用STM32F7的高性能控制器作為一種單眼視覺系統(tǒng)，建立了一個(gè)比較完善的、適用于該系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了軟件控制。重慶大學(xué)的投籃機(jī)器人基于Windows平臺(tái)下的C++進(jìn)行開發(fā)，使用stm32單片機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，使用OpenCV實(shí)現(xiàn)機(jī)器人視覺識(shí)別球，球的彈射則是使用氣缸氣動(dòng)彈射。西北工業(yè)大學(xué)的投籃機(jī)器人使用鋼材和碳纖維結(jié)構(gòu)。機(jī)器人使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)籃球排球檢測，識(shí)別速度快。使用全向輪底盤，ROS系統(tǒng)控制底盤的運(yùn)動(dòng)，彈射使用了氣動(dòng)裝置。廈門大學(xué)的投籃機(jī)器人使用了三模塊設(shè)計(jì)，兩側(cè)為氣缸及部分電路，抓球裝置在機(jī)器人中部，使用可收縮的桿，極具創(chuàng)新性。機(jī)器人的控制使用全向輪，同時(shí)配備了激光雷達(dá)測距和攝像頭圖像采集，機(jī)器人的移速較快。而上海大學(xué)的投籃機(jī)器人經(jīng)歷了迭代更新。第2章總體方案設(shè)計(jì)及參數(shù)確認(rèn)2.1總體方案設(shè)計(jì)2.1.1工作原理輔助投籃機(jī)器人，是通過視覺信號(hào)判斷接球人手上是否有球，當(dāng)系統(tǒng)判斷接球人處于無球狀態(tài)下，通過計(jì)算于接球人的距離，通過機(jī)械臂將籃球傳給接球人，同時(shí)，可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)讓機(jī)器人進(jìn)行移動(dòng)，在最合適的位置進(jìn)行傳球動(dòng)作。2.1.2輔助投籃機(jī)器人總體設(shè)計(jì)輔助投籃機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)組成如圖2-1所示，一共5自由度，每個(gè)自由度都有一個(gè)驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。圖2-1機(jī)器人示意圖介紹了輔助投籃機(jī)器人的各個(gè)部分的構(gòu)成及作用。基本組件：底由底座、萬向輪、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)輪等組成。機(jī)座的功能是支承和旋轉(zhuǎn)大臂零件，承擔(dān)整個(gè)機(jī)械臂的所有重量和工作負(fù)荷，因此，機(jī)座必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。此外，它還需要能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)向和穩(wěn)定性，保證在工作中的籃球機(jī)器人能夠平穩(wěn)的工作。輔助投籃機(jī)器人的胳膊典型地包括用于控制臂移動(dòng)的零件，例如油缸，汽缸，齒輪齒條機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)，螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等，它們與諸如液壓、氣壓或馬達(dá)之類的驅(qū)動(dòng)力源配合，以完成手臂的不同動(dòng)作。副投手機(jī)器人的胳膊主要包括兩個(gè)部分：大臂部分和前臂部分。大臂件：由大臂、齒輪、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)組成。小臂零件：由前臂、傳動(dòng)軸、同步傳動(dòng)帶等組成，用于在臂的一端上固定用于驅(qū)動(dòng)腕部動(dòng)作的步進(jìn)電機(jī)。手腕零件：手腕外殼，傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)軸，機(jī)械接口等。2.2輔助投籃機(jī)器人的參數(shù)確定輔助投籃機(jī)器人的總體尺寸，輔助投籃機(jī)器人軀體為下底100cm,上底為120cm高為220cm。本設(shè)計(jì)共有四個(gè)輪子，分別是兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和兩個(gè)萬向輪，（1）大臂長度加底座的高度約1500mm，小臂的長度約800mm，大臂小臂轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為，旋動(dòng)速度為6r/min。（2）腕部和末端執(zhí)行器重量約為15kg，籃球的重量約為600-650g，接球時(shí)工件對(duì)末端執(zhí)行器的作用力為100N，執(zhí)行器能夠承受的最大負(fù)載為300N。最上方的模擬干擾手為彈簧選擇原長為30cm,勁度系數(shù)較小，因?yàn)閯哦认禂?shù)越小，彈簧進(jìn)行單位長度的形變量所需要的力越小，本設(shè)計(jì)的彈簧是為了能夠使上方干擾臂以一定加速度運(yùn)動(dòng)，因此不需要太大勁度系數(shù)的力。彈簧的強(qiáng)度系數(shù)與我們?cè)谥谱鲝椈蓵r(shí)所設(shè)定的彈簧尺寸和材質(zhì)有很大關(guān)系，較大的彈性體可以減少彈簧的圈數(shù)和密度，而在較低的工作環(huán)境下，彈簧的強(qiáng)度系數(shù)也會(huì)隨之增大。因此本設(shè)計(jì)彈簧的選擇應(yīng)該是長度為30cm，外徑為6cm左右，圈數(shù)為6圈，彈簧絲直徑為6mm的低碳鋼作為設(shè)計(jì)彈簧的材質(zhì)，以此用來保證彈簧的彈性。2.3本章小結(jié)本章主要確定以及選擇設(shè)計(jì)的總體方向和各部分零部件的尺寸，通過選擇外部材料和內(nèi)部零部件，使設(shè)計(jì)有了整體的規(guī)劃，將大致框架確定好后接下來能夠確定其他零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算校核。第3章其他零部件的設(shè)計(jì)3.1萬向輪的選擇本設(shè)計(jì)底部共有四個(gè)輪子，前面兩個(gè)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪，后面兩個(gè)為萬向輪也就是所謂的活動(dòng)腳輪，它可以進(jìn)行三百六十度的旋轉(zhuǎn)。萬向輪的主要目的是提供支撐，在機(jī)器進(jìn)行轉(zhuǎn)向等指令時(shí)能夠讓機(jī)器變得平穩(wěn)。圖3-1萬向輪3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)這種機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)不可避免地會(huì)遇到各種各樣的阻力，這些阻力包括滾動(dòng)阻力，空氣阻力，加速度阻力等，而這些力統(tǒng)統(tǒng)都由驅(qū)動(dòng)力來克服。圖3-2驅(qū)動(dòng)輪3.2.1計(jì)算滾動(dòng)阻力式（3-1）上述式子中是該機(jī)器人的輪子與籃球場表面的滾動(dòng)摩擦阻力，是輪子與軸承之間的阻力。式（3-2）上面式子中，P表示的是輪子和地面間的壓力及整個(gè)機(jī)器人的整體重量，輔助投籃機(jī)器人的總體重量為60kg，則,d為車輪軸直徑，設(shè)計(jì)數(shù)值為，D為車輪直徑，在該設(shè)計(jì)中，Q為輪子所受的載荷，而為摩擦因數(shù)通常為0.5代入式子中：3.2.2空氣阻力的計(jì)算空氣阻力是當(dāng)機(jī)器人開始運(yùn)動(dòng)時(shí)由于和周圍的空氣產(chǎn)生了相對(duì)位移從而形成的作用在軀干部位的阻力，而影響空氣阻力大小的原因有很多，比如外部環(huán)境的影響風(fēng)，風(fēng)的大小會(huì)影響所受空氣阻力的大??；還與機(jī)器人的體積大小以及所用材料的材質(zhì)有關(guān)，當(dāng)所用的材質(zhì)比較光滑時(shí)，受到的阻力相對(duì)會(huì)比較小；當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大小也會(huì)影響所受阻力的大小。本設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)速度較低，工作環(huán)境中風(fēng)的影響不會(huì)太大，而且整體的設(shè)計(jì)為圓臺(tái)狀光滑表面，因此所受的空阻力會(huì)十分小可以忽略不計(jì)，則3.2.3加速度阻力下面為計(jì)算公式：在機(jī)器人的加速過程中，它必須克服自己的體重所帶來的慣性力，也就是它的加速度。式（3-3）式子中m為本設(shè)計(jì)滿載時(shí)的重量，而為旋轉(zhuǎn)慣量換算系數(shù)，它的值經(jīng)過查表可得為1.06，則為機(jī)器人加速時(shí)加速度的最大值,代入可得3.2.4電機(jī)功率的估算電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的公式：式（3-4）本設(shè)計(jì)中為雙驅(qū)動(dòng)輪結(jié)構(gòu)，因此n=2,為電機(jī)的工作效率，是最大速度，代入公式3.3彈簧裝置支架設(shè)計(jì)機(jī)器人的軀干部位為厚度5mm的硬質(zhì)塑料所組成的掏空臺(tái)體，中間被一塊硬質(zhì)鋼板分隔，鋼板中央掏出一個(gè)小孔，為了能夠讓桿能通過鋼板與上方彈簧裝置連接，鋼板中心設(shè)計(jì)一個(gè)卡槽用來加固彈簧。圖3-3支架結(jié)構(gòu)上圖為彈簧裝置的支架結(jié)構(gòu)，它的下面為長度100mm寬度50mm的鋼板，它的作用是當(dāng)彈簧受到擠壓變形后，整個(gè)支架會(huì)向下產(chǎn)生一段位移，在鋼板下方有電磁裝置，通電后產(chǎn)生磁場可以將鋼板吸住。鋼板的上方為焊接的桿，它的作用是連接上方鋼板與下方鋼板，長度為400mm，桿上半部位板的上方連接有兩個(gè)模擬人體手臂的橡膠手進(jìn)行投籃干擾。3.4電磁裝置的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要電磁裝置用來產(chǎn)生磁場使彈簧機(jī)構(gòu)產(chǎn)生作用，其工作原理為通電螺線圈產(chǎn)生磁場，其三維圖如圖3-4所示圖3-4電磁裝置3.5裝配設(shè)計(jì)3.5.1機(jī)器人裝配圖圖3-5機(jī)器人裝配圖3.5.2大臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大臂結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。圖3-5機(jī)器人大臂結(jié)構(gòu)3.5.3大臂軸的設(shè)計(jì)圖3-6大臂軸的結(jié)構(gòu)尺寸簡圖3.5.4小臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-7所示。圖3-7小臂結(jié)構(gòu)圖3.5.5腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)腕部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-8腕部結(jié)構(gòu)圖軸的結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-9所示。圖3-9腕部軸結(jié)構(gòu)尺寸簡圖3.6本章小結(jié)這一章重點(diǎn)介紹了其它關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算，包括萬向輪和傳動(dòng)輪，對(duì)其進(jìn)行三維建模的繪制，對(duì)于驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行了電機(jī)的計(jì)算選擇，其次對(duì)于彈簧支架以及彈射裝置，完成了設(shè)計(jì)和三維模型，并完成了整個(gè)零件的組裝，一個(gè)大體上較為完整的輔助投籃機(jī)器人設(shè)計(jì)便設(shè)計(jì)出來。第4章驅(qū)動(dòng)輪零件4.1電機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)選用型號(hào)電機(jī)，其額定輸出功率為300W，其圖如圖4-1所示圖4-1伺服電機(jī)4.2聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)由于的價(jià)格比45鋼貴，在考慮經(jīng)濟(jì)的方面上本設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器采用45鋼的材質(zhì)，它能夠大大降低設(shè)計(jì)的成本，圖如4-2所示圖4-2聯(lián)軸器4.3驅(qū)動(dòng)輪支架設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)輪支架的作用是連接輪子與機(jī)器人底座，能夠保證在電機(jī)帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器能夠平穩(wěn)移動(dòng)，材質(zhì)同樣選擇為45鋼，如圖4-3所示圖4-3輪架4.4驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)輪外圈為軟橡膠材質(zhì)，其優(yōu)點(diǎn)為不僅能夠減少使用時(shí)的噪音，而且相比硬質(zhì)橡膠能夠更加貼合運(yùn)動(dòng)場地的使用，如圖4-4所示圖4-4驅(qū)動(dòng)輪4.5驅(qū)動(dòng)輪總裝圖將聯(lián)軸器與支架聯(lián)結(jié)之后，安裝上驅(qū)動(dòng)輪，整體如圖4-5所示。圖4-5驅(qū)動(dòng)輪4.6本章小結(jié)本章主要對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的各部分零件進(jìn)行了介紹和設(shè)計(jì)，我先將驅(qū)動(dòng)輪的輪架設(shè)計(jì)出來，然后將電機(jī)與輪架進(jìn)行裝配，接著將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行配合，最后一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)輪便應(yīng)運(yùn)而生了。第5章輔助投籃機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1電源電路如下圖所示，我們需要將最開始的電壓通過傳導(dǎo)最后變成的電壓作為此單片機(jī)工作電源電路的提供源。開始時(shí)電壓通過傳導(dǎo)經(jīng)過有著三個(gè)引腳的三端穩(wěn)壓器型，它后面的表示將電壓穩(wěn)定為，電壓接著通過圖中3的線路傳導(dǎo)致線性穩(wěn)壓芯片，它可將的電壓穩(wěn)定為的電壓給單片機(jī)提供電源。本設(shè)計(jì)所選擇的兩款單片機(jī)都是進(jìn)行正電壓輸出的三端穩(wěn)壓電路，它們的連接方式比較簡單，容易操作而且成本非常低，對(duì)于我們來說是一個(gè)非常不錯(cuò)的選擇。圖5-1穩(wěn)壓芯片接下來我們選擇的是開關(guān)電源芯片，本發(fā)明屬于一種用于降低功率管理的單片集成電路的電壓調(diào)節(jié)器，上述通過穩(wěn)壓傳導(dǎo)將穩(wěn)定成的電壓的最主要的最主要目的就是為了給它提供電源。系列的工作模式分為正常功耗與低功耗兩種模式，它的輸出電壓分為、、、等，其最大輸出電壓為。此系列的的控制器適用于簡單的高頻率變?yōu)榈皖l率的變換器、正極和負(fù)極互相轉(zhuǎn)換的變換器。根據(jù)它的輸出電壓大小又細(xì)致的劃分為、、、等?？刂菩酒粌H能夠簡化我們對(duì)于電路設(shè)計(jì)時(shí)的步驟，同時(shí)還節(jié)約了設(shè)計(jì)時(shí)的所需要的成本，它的低功耗模式可以增加其使用壽命并且可以外部控制，僅僅通過幾個(gè)外圍元件就可實(shí)現(xiàn)控制的目的。圖5-2LM2596電源芯片上圖所示中，有兩個(gè)濾波電容和,從左邊進(jìn)入芯片第一個(gè)是輸入濾波電容，當(dāng)電壓由于電流或其他因素影響產(chǎn)生突變時(shí)，他能抑制住這種電壓的突變，并且在控制器需要電流導(dǎo)通的時(shí)候能夠提供電流，保證其能夠正常工作。整個(gè)芯片中有一個(gè)二極管,當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，電流停止傳導(dǎo)，此時(shí)二極管可以為電感L提供電流。最右邊則是輸出濾波電容，當(dāng)整個(gè)環(huán)路通電時(shí)，它能夠?yàn)檎麄€(gè)環(huán)路提供穩(wěn)定電壓。5.2主控芯片系列單片機(jī)是一款性價(jià)比高、功能強(qiáng)大具有八位精簡指令集的微控制器。該系列的微型控制單元具有許多實(shí)用的功能，由于它的flash存儲(chǔ)器能夠進(jìn)行多次程序的編寫，這讓使用者能夠更加方便的使用這款單片機(jī)。它擁有兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，和，可進(jìn)行普通數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，而它可以用于存儲(chǔ)序列數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等。它的仿真功能包括一個(gè)多信道位轉(zhuǎn)換器和雙比較器的功能。本產(chǎn)品具有多個(gè)定時(shí)模塊，可供用戶定時(shí)、脈沖產(chǎn)生及產(chǎn)生帶來非常大的方便。它的內(nèi)部安裝有完整的和功能，這個(gè)特性的最大優(yōu)勢在于它可以為用戶提供一個(gè)界面，方便用戶與外部的硬件進(jìn)行通訊。內(nèi)部的保護(hù)功能，如監(jiān)視器定時(shí)器，低電壓復(fù)位，低電壓探測，再加上優(yōu)秀的抗干擾和保護(hù)性能，當(dāng)該微控制器在比較惡劣的環(huán)境下比如受到外界嚴(yán)重電磁干擾的情況下依舊能夠正常工作。該微控制器提供了諸多的功能選項(xiàng)，它的內(nèi)部還構(gòu)建了完整實(shí)用系統(tǒng)振蕩器，不需要其他的外圍元器件。由于其能夠在不同的工作狀態(tài)之間進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，能夠減少功耗，并且優(yōu)化了單片機(jī)的操作。再加上時(shí)基功能、靈活的I/0

使用等諸多其他的優(yōu)秀特性，使得該微控制器應(yīng)用廣泛，例如量測儀表、工業(yè)控制、各種小型家電、醫(yī)療健康器材、電機(jī)控制等方面。其引腳圖如下圖所示圖5-3HT66F60A單片機(jī)5.3藍(lán)牙模塊本設(shè)計(jì)采用藍(lán)牙通信模塊,藍(lán)牙通信模塊為一款自主開發(fā)的無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，使用它時(shí)能耗較低，占用空間位置很小，而且價(jià)格便宜靈敏性非常高，受到外界干擾的能力很強(qiáng)，是現(xiàn)如今藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域智能化的性價(jià)比非常高的產(chǎn)品。圖5-4BLK-MD-BC04-B藍(lán)牙模塊5.4主程序模塊完成了超聲波傳感器數(shù)據(jù)的采集和判斷，電機(jī)的控制；串口傳輸?shù)裙δ?。在系統(tǒng)的初始化操作中，將采集到的藍(lán)牙數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理最后向單片機(jī)發(fā)送串口數(shù)據(jù)。圖5-5主程序模塊運(yùn)行第6章結(jié)語本畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際需求與痛點(diǎn)，在現(xiàn)如今科技水平迅速發(fā)展的生活里為人們能夠更好地生活設(shè)計(jì)出新型機(jī)器，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的一次性能飛躍。此輔助投籃機(jī)器人具有智能化的特點(diǎn)，在沒有人幫助自己進(jìn)行高強(qiáng)度對(duì)抗投籃訓(xùn)練時(shí)用來輔助自己進(jìn)行投籃練習(xí)，大大促進(jìn)了投籃訓(xùn)練的智能化，也推動(dòng)者體育方面的設(shè)計(jì)發(fā)明向著智能化與標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。本文針對(duì)目前對(duì)于投籃訓(xùn)練的智能化問題，查閱了國內(nèi)外工作機(jī)器人方面的哪些文獻(xiàn)，目前比較熱門的投籃機(jī)器人都是利用機(jī)械臂進(jìn)行籃球的拋射，在本畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，先后進(jìn)行了控制裝置，彈簧裝置，電磁裝置以及傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，通過查閱相關(guān)資料與計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了現(xiàn)如今與其工作原理相似的機(jī)器，并向老師進(jìn)行了專業(yè)方面的請(qǐng)教，最終相對(duì)完整的設(shè)計(jì)出了這款輔助投籃機(jī)器人。輔助投籃機(jī)器人的底座部件包括底座、萬向輪、電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪等。機(jī)座作用是支撐部件，支承和轉(zhuǎn)動(dòng)大臂部件，承受關(guān)節(jié)機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。另外機(jī)座還要求可以進(jìn)行轉(zhuǎn)向及穩(wěn)定，保障籃球機(jī)器人工作時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。輔助投籃機(jī)器人的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動(dòng)源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，本設(shè)計(jì)底部共有四個(gè)輪子，前面兩個(gè)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪，后面兩個(gè)為萬向輪也就是所謂的活動(dòng)腳輪，它可以進(jìn)行三百六十度的旋轉(zhuǎn)。萬向輪的主要目的是提供支撐，在機(jī)器進(jìn)行轉(zhuǎn)向等指令時(shí)能夠讓機(jī)器變得平穩(wěn)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)作為一款全新的輔助投籃機(jī)器人產(chǎn)品自身肯定依舊有著很多的不足。而面對(duì)許許多多暫時(shí)還沒有暴露出來的問題，我們應(yīng)該積極應(yīng)對(duì)，并不斷地根據(jù)當(dāng)下的前沿科技進(jìn)行設(shè)計(jì)的調(diào)整，時(shí)刻保持其先進(jìn)性