多功能智能网球捡球机设计(编辑修改稿)

多功能智能网球捡球机设计(编辑修改稿)内容摘要：

小车底盘 是由直径 350mm 2的圆形硬质塑料材料做成。 两块以间隔 60mm 的距离叠放在一起，中间通过上底盘支架和螺柱固定，在下底盘上有安装四个直流减速电机驱动轮。 在两块底盘之间有两个上底盘支架支持上底盘支架形成的 V形通道的收纳口。 收纳口形成通道的底部与储球管相连，储球管是大小略大于网球直径两头 90 度弯曲的一个空心管， 90 度的弯管和直径略大于网球的作用是便于网球在进入储球管时运动不受限制。 其中一个上底盘支架的中间有一个红外检测传感器，用于检测是否有球进来。 上底盘上有储球管安装座和 U型曹，用于安装储球筒和拨球杆的运动。 捡球机构 捡球机构由马达驱动一根硬质塑料拨杆。 拨杆与电机输出主轴连接在一起，电机转动带动拨杆旋转，拨杆推动网球运动，拨杆和球在储球筒的弧形几何外形下产生竖直向上的一个分力，使网球竖直向上运动。 7 图 （捡球机构图） 图 (捡球机构实物图 ) 锁存机构 锁存器是由安装在直径略大于网球直径的塑料储球管左右两端上的一个只能够让球单向运动的机构。 锁存器的作用是拨球杆把球拨进储球管中让网球只能竖直向上运动而不会依靠重力竖直向下运动的一个机构，他能有效地把网球储存在进球管中而不 8 让网球因为重力掉下去。 锁存器的原理是一个可以旋转 60度的 L 形的机构，他可以通过 L 形状的 L 直角处的轴转动 ，轴的中间有扭簧用来复原旋转后 L 形的锁存器。 图 （锁存器） 智能捡球机的材料简介 底盘材料 底座材料选择为硬质塑料板。 对于网球而言，其质量不大，网球质量为 180200g，直径为 65mm。 并且网球场比较平坦。 捡球机在运动时的运动速度为。 在这种低速的运动下，捡球机运行平稳，捡球机受到的力并不大。 对材料的力学性能要求并不高。 普通的硬质塑料的许用力学参数远远超过实际使用时的力学要求。 硬质塑料的强度、硬度、塑性、韧性等力学性能都能满足使用条件。 在满足使用要求的条件下，硬质塑料具有易加工、易成型、易获取、密度小、价格便宜的众多优点。 车轮材料 车轮是捡 球机与地面接触的重要部分。 承担着所有地面与捡球机的力，材料对其影响极大。 但因为捡球本身的质量轻，运动速率小，受力小。 所以选择硬质塑料。 其直径为 60mm。 外边为后约 2mm的橡胶轮，选用橡胶为了增加运动时与地面的摩擦因数并且可以缓冲在地面不平时的冲击。 从而达到高效稳定的工作效率。 捡球机构材料 捡球机构为一根直径为 5mm 的塑料曲杆。 曲率半径为 70mm。 两端略小于中间，利用的是塑料有极好的韧性，在受力较大时不会折断。 质量较小，减小了输出力矩，节省了电能。 固定材料 固定材 料：硬质角铝、螺钉、螺杆、螺柱等各类紧固件。 其他材料 万用板、各类线接头、各类电子元器件（单片机、电阻、二极管、发光二极管、电动机、数码管） 9 2 多功能网球捡球机工作原理 多功能网球捡球机是将散落于球场的各个地方的网球收集捡起。 根据其工作目的，可将工作原理分为三部分： 1 移动部分， 2 捡球部分， 3 控制部分。 1）移动部分：因为网球散落于球场各个地方，捡球机需要运动到各个地方，才能进行捡起散落的网球。 2）捡球部分：当捡球机运动到网球所在地时。 则需 要通过捡球机构将网球捡入存球筒中，将网球集中捡起，重复利用。 3）控制部分：控制部分由 AVR 高性能单片机 ATmega16 作为主控芯片、 L298N 电机驱动模块、 NRF24L01 无线模块、红外传感器模块、电压检测模块、降压模块、数码管显示以及高性能的继电器组成。 多功能网球捡球机设计原理 捡球机底盘 捡球机底盘作为该部分保证机器人在场地内自由运动的主要框架结构，保证结构强度，在框架的两侧分别安装由直流电动机驱动的运动轮，运动轮分别通过角铝和螺钉固定，四台减速电机同时驱动，可以通过 左右两边的轮胎旋转方向相反实现转弯，能够在网球场地中灵活的自由运动。 每台电动机驱动一个轮子，保证了足够的动力和运动速度。 从而实现高速稳定的工作效率。 小车底盘充分考虑了捡球机的美观、体积大小、收纳口的收球效果和美观、四个电机的安装空间、以及蓄电池和控制电路的安装空间等综合因素而设计的。 10 图 (下底盘 ) 捡球机构 捡球机构的拨杆外圆直径位 10mm，内孔直径位 6mm,长 75mm,曲率半径为 70mm 的塑料曲杆。 曲杆两头略小。 内孔与大扭矩的直流减速捡球电机主轴连接，并通过销钉固定，防止其产生相对运动。 当捡球机运动到网球所在地时，捡球机通过网球的正上端，网球则通过捡球机的的收纳口进入储球管。 安装在上底盘支架上 的红外检测传感器检测到网球的进入时发送个信号给控制中心处理后捡球电机开始转动。 捡球电机带动拨杆圆周运动，拨杆则推动网球在储球管中完成由水平运动转换到竖直运动。 网球通过安装在储球管上的锁存器后被限制向下运动，最后这个网球就存储在储球管的中，安装在捡球电机正上端的另一个红外检测传感器检测到拨杆后发送一个信号给控制中心处理后停止捡球电机的转动，这时拨杆就停留在水平向上大概 40度左右的方向上，这就完成一个网球的捡起。 当捡第二个网球时，同理第二个网球进入储球筒管中把第一个网球顶起后被锁存器锁死，这时储球管中就储存了两 个球。 当第三个球储存在储球管中，这时再进来一个网球，那么储球管中的最顶上的第一个网球在储球管就溢了出来进入球桶中，在后面的网球捡起来都进入球筒中。 在捡球的过程中每捡一个球，中央处理器都会发送数据给数码管显示球的个数，当球捡满后，报警喇叭就会报警。 图 （捡球机构剖面示意图） 球桶的设计 球桶是直径为 356mm，壁厚为 的圆柱型塑料桶，塑料球桶的上方有凹陷下去用于安装提手的凹槽，提手则可以旋转放入凹槽，提手也可以旋转竖直起来方便人们提动捡球机。 塑料球桶后方也有一个 T 字形的凹槽，凹槽内安装有可伸缩 T形推杆， 11 推杆可以绕凹槽底部的一个轴旋转，旋转后与 塑料球桶上表面形成大概 100 度的角度后固定，固定后推杆就可以拉伸，拉伸后人们就可以通过手推动捡球机完成高效率的捡球。 塑料球桶储满球后可以通过球桶上方的一个酷似心形的一个圆口倒出来。 图 （球桶） 控制中心的设计 本设计采用了 2 片 AVR 单片机 (芯片采用的是 ATmega16）作为处理器，由 AVR芯片控制整个小车的运行，然后由单片机与 nRF24L01 无线模块构成主从式的控制系统，双机采用无线串行通信。 遥控部分采用杭州茂葳科技有限公司生产的 FSK 无线模块（ nRF24L01），从而提高了控制的可靠性；该小车与遥控器采用了协议式的通信，根据它们之间所制定的协议，进行数据传输，从而 提高了控制的有效性。 控制部分采用的是高性能、低功耗的 8位 AVR 微处理器 ATmega16。 驱动小车部分采用了 L298N 单块集成电路，四通道驱动设计，用来接收 DTL 或者 TTL。