目錄Ⅱ第1章緒論機(jī)器人是一個(gè)高度交叉的前沿學(xué)科。機(jī)器人的誕生和發(fā)展無疑是人類科學(xué)技術(shù)在二十世紀(jì)取得的巨大成就。在過去的40年中，越來越多的機(jī)器人被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，越來越多的機(jī)器人科學(xué)家從事不同方向的機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用。機(jī)器人在世界經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人類生活的各個(gè)方面都忠于人類。機(jī)器人在上個(gè)世紀(jì)為人類文明做出了重要貢獻(xiàn)，機(jī)器人將在二十一世紀(jì)為人類文明做出新的重要貢獻(xiàn)。雖然在中國(guó)的機(jī)器人的研究和開發(fā)起步較晚，但在國(guó)家有關(guān)部門的支持和廣大機(jī)器人科技和教育工作者，以其發(fā)展有助于迅速，已在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的成長(zhǎng)。特種機(jī)器人和智能機(jī)器人已經(jīng)取得了令人矚目的成就，為中國(guó)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。機(jī)器人科學(xué)是一門綜合了機(jī)械、電子、材料、計(jì)算機(jī)、傳感器、仿生、人工智能等多種前沿科學(xué)的綜合性學(xué)科，是最能體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)水平的學(xué)科之一。近年來，隨著計(jì)算機(jī)、傳感器和人工智能等技術(shù)的飛速進(jìn)步，機(jī)器人科學(xué)得到了前所未有的發(fā)展。在制造行業(yè)中，尤其是汽車工業(yè)，機(jī)器人已經(jīng)成為生產(chǎn)線上的主力，可以說一個(gè)企業(yè)其生產(chǎn)線上機(jī)器人的質(zhì)量和數(shù)量幾乎可以說明這個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效率和水平。不僅如此，機(jī)器人的應(yīng)用也擴(kuò)展到很多其他領(lǐng)域，比如偵察、探測(cè)機(jī)器人，護(hù)理機(jī)器人，農(nóng)業(yè)機(jī)器人，甚至還有家用的清潔機(jī)器人。非工業(yè)用途的研究型和教學(xué)型機(jī)器人，其意義遠(yuǎn)不僅是它們自身所能帶來的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這類機(jī)器人往往是各種學(xué)科最新技術(shù)的交叉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在新型機(jī)器人上應(yīng)用的技術(shù)有可能很快就出現(xiàn)在其他領(lǐng)域的實(shí)際產(chǎn)品中，不但促進(jìn)了機(jī)器人自身的發(fā)展，也帶動(dòng)了其他相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的進(jìn)步。當(dāng)今世界，機(jī)器人特別是工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)。據(jù)粗略估算，全球現(xiàn)在至少有76萬臺(tái)機(jī)器人正投入使用。中國(guó)于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。2000年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的擁有量約為3500臺(tái)，其中國(guó)產(chǎn)的占五分之一。研究與市場(chǎng)脫節(jié)是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化過程中一個(gè)急需解決的問題。同時(shí)，我國(guó)的企業(yè)也缺少大規(guī)模集成的經(jīng)驗(yàn)，難以形成很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。為了改善落后局面，使我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域能夠迅速達(dá)到世界先進(jìn)水平，我們必須做到技術(shù)超越，利用技術(shù)的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)不足。而各類機(jī)器人競(jìng)賽就是進(jìn)行機(jī)器人科學(xué)教育和研究的一個(gè)非常好的途徑，也是向大眾普及機(jī)器人知識(shí)、提高全社會(huì)對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)關(guān)注程度的極佳渠道。每年世界各地都有各種主題的機(jī)器人比賽，但是在籃球方面的機(jī)器人比賽還沒有盛行，所以本文將對(duì)輔助投籃機(jī)器人的設(shè)計(jì)展開研究，希望此篇論文能夠我給體育機(jī)器人賽事的發(fā)展提供理論上的支撐。1.1輔助投籃機(jī)器人的研究背景與現(xiàn)實(shí)意義我國(guó)作為一個(gè)體育強(qiáng)國(guó)，在體育運(yùn)動(dòng)方面發(fā)展的越來越強(qiáng)大，乒乓球穩(wěn)居世界第一，排球水平在郎平郎指導(dǎo)的帶領(lǐng)下名列前茅，但在籃球方面面對(duì)具有天賦而且實(shí)力強(qiáng)勁的美國(guó)還是略遜一籌，美國(guó)籃球運(yùn)動(dòng)員們天生個(gè)頭高大，身體素質(zhì)明顯高過我們國(guó)家的運(yùn)動(dòng)員，眾所周知籃球是一項(xiàng)對(duì)抗尤為激烈的體育項(xiàng)目，在對(duì)抗如此激烈的籃球運(yùn)動(dòng)上我們不會(huì)占據(jù)很大的優(yōu)勢(shì)，因此投籃的命中率在一場(chǎng)比賽中會(huì)顯得尤為重要。正是在這樣的背景下，一款能夠輔助人進(jìn)行投籃訓(xùn)練的輔助投籃機(jī)器人便應(yīng)運(yùn)而生了。輔助投籃機(jī)器人的最本質(zhì)功能便是通過傳感器追蹤人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)人做出投籃動(dòng)作時(shí)，機(jī)器人上方的彈簧手做出反應(yīng)，通過彈簧裝置模仿人體的手臂對(duì)投籃者進(jìn)行投籃干擾。此款機(jī)器人面向的是所有籃球興趣愛好者，投籃也是籃球運(yùn)動(dòng)中最基礎(chǔ)的，根據(jù)調(diào)查和采訪打籃球的人，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)普遍存在的問題，有些人在日常一個(gè)人訓(xùn)練投籃時(shí)命中率會(huì)非常的高，但是到了賽場(chǎng)上打比賽的時(shí)候命中率會(huì)下降的特別快，這個(gè)問題產(chǎn)生的原因就是人們?cè)谕痘@時(shí)沒有進(jìn)行干擾訓(xùn)練，當(dāng)你打比賽受到干擾時(shí)訓(xùn)練的投籃動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生變形，這個(gè)輔助投籃機(jī)器人的設(shè)計(jì)會(huì)很好的解決這個(gè)問題。1.2輔助投籃機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前我國(guó)的智能機(jī)器人發(fā)展迅速，許多產(chǎn)業(yè)的機(jī)器人變得越來越智能化，隨著人們的人均收入的不斷提高，也對(duì)自身的生活品質(zhì)有了更高的要求，同時(shí)隨著新的年輕一代逐漸長(zhǎng)大，父母在工作上的壓力越來越大，同時(shí)陪同孩子的時(shí)間越來越少，現(xiàn)有的機(jī)器人已經(jīng)明顯沒有辦法達(dá)到這些要求。在平時(shí)訓(xùn)練投籃的過程中，難免會(huì)有獨(dú)自一個(gè)人的情況，本設(shè)計(jì)有著自動(dòng)傳感追蹤功能設(shè)計(jì)，會(huì)對(duì)一個(gè)人的投籃水平進(jìn)乃至一個(gè)國(guó)家的籃球事業(yè)做出貢獻(xiàn)，目前市面上暫無此款機(jī)器人，與之相類似的有守門員機(jī)器人。第2章總體方案設(shè)計(jì)及參數(shù)確認(rèn)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工作原理將一個(gè)信號(hào)發(fā)射裝置放在人體上源源不斷的發(fā)出信號(hào)，而在本設(shè)計(jì)的機(jī)器人內(nèi)部裝有信號(hào)接收裝置，它可以在當(dāng)人體與機(jī)器人位置比較接近時(shí)接收到處在人體的信號(hào)發(fā)射裝置發(fā)射而來的信號(hào)，通過判斷距離從而可以定位人體的位置接著進(jìn)行信號(hào)處理，調(diào)整好與人身上發(fā)射裝置的距離，與此同時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)讓機(jī)器人可以通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)朝人的位移方向做出移動(dòng)。當(dāng)人的運(yùn)動(dòng)發(fā)生停止并且準(zhǔn)備投籃時(shí)，接收器接收到發(fā)射裝置停止運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人上方的彈簧裝置模擬干擾投籃動(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)器人主要由整體軀干、驅(qū)動(dòng)裝置、控制裝置、彈簧機(jī)構(gòu)等部件組成。（1）驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)器人一共有四個(gè)輪子，位于后半部分的兩個(gè)輪選用萬向輪，它可以隨意旋轉(zhuǎn)，并且能夠起到支撐的作用。前面則為電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪，可以為機(jī)器人位移時(shí)提供動(dòng)能，同時(shí)也可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)來使機(jī)器人達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。（2）軀干部分軀干整體形狀設(shè)計(jì)為圓臺(tái)狀，分為底座和軀干部位，材質(zhì)選為硬質(zhì)塑料能夠盡可能的減輕機(jī)器人重量，圓臺(tái)狀能夠提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性以及減小在運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的空氣阻力。（3）控制結(jié)構(gòu)采用BLK-MD-BC04-B藍(lán)牙模塊，支持UART,

USB,

SPI,

PCM,

SPDIF等接口，并支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，這是一款公司自主研發(fā)的藍(lán)牙模塊，它的優(yōu)點(diǎn)十分多，不僅價(jià)格便宜，工作時(shí)的功耗也非常低，體積也很小，方便安裝在機(jī)器上，最重要的是它的靈敏性不錯(cuò)，受外界干擾的能力比較強(qiáng)，它的功能非常完善，僅僅需要少量的元件即可發(fā)揮它強(qiáng)大的功能。單片機(jī)通過采集藍(lán)牙數(shù)據(jù)，判斷人的當(dāng)前位置，然后控制直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠追蹤人的運(yùn)動(dòng)并且對(duì)于投籃動(dòng)作做出攔截反應(yīng)。（4）彈簧結(jié)構(gòu)為了模仿人體對(duì)于投籃訓(xùn)練者的干擾，采用彈簧結(jié)構(gòu)，通過焊接的方式，將桿和鋼板焊接在一起，彈簧壓縮后恢復(fù)原長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生一定的彈力，底部為吸盤式電磁鐵，通過電流控制根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換的原理實(shí)行彈簧的壓縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人投籃時(shí)的干擾。圖2.1投籃機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)圖（1）交叉升降架(2)導(dǎo)軌槽（3）滾動(dòng)軸承(4)頂板(5)彎臂（6）旋轉(zhuǎn)支撐座(7)第一轉(zhuǎn)軸（8）彎臂(9)第一轉(zhuǎn)軸抓手(10)電池組(11)智能控制柜(12)(13)智能控制芯片(14)若干電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(15)移動(dòng)輪(16)電動(dòng)機(jī)(17)變速箱(18)操作手柄2.2輔助投籃機(jī)器人的參數(shù)確定2.2.1輔助投籃機(jī)器人各部件尺寸、型號(hào)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80cm,上底為40cm高為120cm的掏空臺(tái)體，薄壁厚度約為5mm，臺(tái)體中間有一個(gè)掏孔的鋼板，其作用是能夠?yàn)閺椈商峁┲巫饔茫戏綖閺椈裳b置其中用40cm的桿連接上下支架。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，最上方的模擬干擾手為40cm。2.2.2彈簧選擇彈簧選擇原長(zhǎng)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(zhǎng)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。彈簧的勁度系數(shù)主要跟制造彈簧時(shí)我們規(guī)定的彈簧的大小以及材質(zhì)有關(guān)，彈簧材料直徑越大，彈簧的圈數(shù)和密度越少，工作環(huán)境溫度越低則彈簧的勁度系數(shù)就越大。因此本設(shè)計(jì)彈簧的選擇應(yīng)該是長(zhǎng)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輔助投籃機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程投籃機(jī)器人裝配簡(jiǎn)圖如下頁(yè)所示。圖2.2投籃機(jī)器人正視圖圖2.3投籃機(jī)器人側(cè)視圖此方案的主要運(yùn)動(dòng)原理如下：圖2.4投籃機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原理如圖所示，機(jī)器人采用球和兩個(gè)輪子，兩個(gè)輪子之間的摩擦帶和連接到大輪軸框架上的兩個(gè)橢圓形槽。摩擦帶的張力可以通過調(diào)整大輪的位置來調(diào)整，通常是盡可能緊的。小輪有一個(gè)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，小輪以一定的角速度旋轉(zhuǎn)。由于摩擦帶的張力，靜摩擦力將帶驅(qū)動(dòng)到速度V1運(yùn)動(dòng)，而帶也以靜摩擦力驅(qū)動(dòng)大輪。由于摩擦帶具有16個(gè)球的均勻連接，摩擦帶的作用是通過球板將球移動(dòng)到導(dǎo)向器1中。整個(gè)機(jī)器人以V2的速度移動(dòng)，因此均勻放置在手指區(qū)域的球被推入引導(dǎo)器1。軌道1可容納多達(dá)8個(gè)球，加上導(dǎo)向桿2，可同時(shí)安裝整個(gè)機(jī)器人約12個(gè)球。兩個(gè)輪子的直徑分別為Ф154mm和Ф284mm，相鄰兩片撥球板之間的線距離為196mm，撥球板的長(zhǎng)度為120mm，這些數(shù)據(jù)均經(jīng)過計(jì)算得出，使到當(dāng)取第一個(gè)球的時(shí)候撥球板不會(huì)和前方300mm處的第二個(gè)球發(fā)生干涉相撞而把球給撞亂。當(dāng)其中一個(gè)尺寸改變，其他幾個(gè)尺寸均要跟著改變。從出球口A里出來的球進(jìn)入導(dǎo)軌2，球在重力和慣性的作用下，滾向投射機(jī)構(gòu)，被導(dǎo)軌2末端的十字撥桿擋住。撥桿連接有小電機(jī)，電機(jī)每轉(zhuǎn)45°，撥桿也轉(zhuǎn)45°，其效果是使導(dǎo)軌2里最前面的一個(gè)球進(jìn)到投射機(jī)構(gòu)，而后面的球被撥桿擋住，用單片機(jī)控制小電機(jī)，從而就保證了可以控制到球是一個(gè)一個(gè)地進(jìn)入投射機(jī)構(gòu)的，給投射機(jī)構(gòu)帶來了很大的方便。本方案的困難之處是小輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速和機(jī)器人前進(jìn)的速度要配合得很好，對(duì)單片機(jī)程序和傳感器要求較高。還有對(duì)機(jī)器人取球點(diǎn)的位置和取球時(shí)機(jī)器人前進(jìn)的路線方向要求較高，要求機(jī)器人停在合適的取球開始點(diǎn)上開始取球，并保證機(jī)器人在取球前進(jìn)時(shí)保持方向的不變，保證能在取球區(qū)域上一次性連續(xù)地取同一行（列）上的4個(gè)球，盡量節(jié)省時(shí)間。2.4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。輔助投籃機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1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(jiǎn)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3-1穩(wěn)壓芯片接下來我們選擇的是開關(guān)電源芯片，它屬于降壓型電源管理單片集成電路的開關(guān)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(jiǎn)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(jiǎn)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3-2LM2596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。3.2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(jiǎn)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)，而可以用來進(jìn)行對(duì)序號(hào)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等非易失性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。對(duì)于其模擬功能來說，該單片機(jī)包含一個(gè)多通道位轉(zhuǎn)換器和雙比較器的功能。此產(chǎn)品擁有多個(gè)定時(shí)器模塊，可為使用者進(jìn)行定時(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，此功能的巨大優(yōu)點(diǎn)是能為設(shè)計(jì)產(chǎn)品的人提供易于與外部硬件通信的接口。內(nèi)部保護(hù)特性，例如看門狗定時(shí)器、低電壓復(fù)位和低電壓檢測(cè)等功能的設(shè)置，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(cè)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3-3HT66F60A單片機(jī)3.3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3-4BLK-MD-BC04-B藍(lán)牙模塊3.4主程序模塊實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器的數(shù)據(jù)采集、判斷;電機(jī)的控制；串口數(shù)據(jù)的發(fā)送等功能。通過系統(tǒng)初始化運(yùn)行，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3-5主程序模塊運(yùn)行第4章其他零部件的設(shè)計(jì)第4章其他零部件的設(shè)計(jì)4.1萬向輪的選擇本設(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4-1萬向輪4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)此機(jī)器人在行駛的過程中難免會(huì)受到各種阻力，其中包括的力有滾動(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4-2驅(qū)動(dòng)輪4.2.1計(jì)算滾動(dòng)阻力式（4-1）上述式子中是該機(jī)器人的輪子與籃球場(chǎng)表面的滾動(dòng)摩擦阻力，是輪子與軸承之間的阻力。式（4-2）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0.015代入式子中：4.2.2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?。贿€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4.2.3加速度阻力當(dāng)機(jī)器人開始加速時(shí)，需要克服自身的重量產(chǎn)生的慣性力，這個(gè)慣性力即為加速度阻力。下面為計(jì)算公式：式（4-3）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4.2.4電機(jī)功率的估算電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率的公式：式（4-4）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4.3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4-3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(zhǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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。4.4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(chǎng)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(chǎng)，其三維圖如圖4-4所示圖4-4電磁裝置4.5輔助投籃機(jī)器人總裝圖圖4-5總裝圖4.6本章小結(jié)本章主要是對(duì)其他重要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，重要零部件有萬向輪以及驅(qū)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進(jìn)行了設(shè)計(jì)及三維建模，最后和整體的零部件進(jìn)行總體的裝配，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。致謝第5章驅(qū)動(dòng)輪零件5.1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5-1所示圖5-1伺服電機(jī)5.2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5-2所示圖5-2聯(lián)軸器5.3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5-3所示圖5-3輪架5.4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(chǎng)地的使用，如圖5-4所示圖5-4驅(qū)動(dòng)輪5.5驅(qū)動(dòng)輪總裝圖圖5-5驅(qū)動(dòng)輪5.6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。結(jié)語(yǔ)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。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。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(shì)，當(dāng)緊隨這一趨勢(shì)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(shì)之下應(yīng)運(yùn)而生，其也必定將為市場(chǎng)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。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)性與合理性。同時(shí)我們應(yīng)該將從書本上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)中的各種場(chǎng)景相結(jié)合，努力充實(shí)自己在機(jī)械、電器等方面知識(shí)，多學(xué)科融會(huì)貫通，努力提高自己的技術(shù)能力和競(jìng)爭(zhēng)水平，將這些紙面