乒乓發球機器人，我的專屬智能乒乓球陪練

王語晴

一、設計緣由

乒乓球是—項很有意思的運動，它不需要多大的場地，只要有個簡易的球桌，大家就能玩得很開心。我家有—張的迷你乒乓球桌，平時只要天氣好，一有時間，我就會將其搬到小區廣場上和爸爸或者同學們玩乒乓球。不過，有時大人和同學們都忙，我—個人就沒法玩了。

偶然的機會，我看到了乒乓球發球機這類的產品。這類產品可以將大量的乒乓球按照不同方向角度，連續不斷地發射出來，感覺挺有意思的，可以用來陪同練習乒乓球。但是，乒乓發球機通常要數干元，最便宜、簡陋的也要接近干元。

想到從二年級上學期開始，我參加了機器人興趣班。這期間，陶老師和沙老師已經教授了我們使用能力風暴系列組件，搭建各種功能的東西，比如巡線車、防久坐智能椅等。我想不妨嘗試一下，用我有的能力風暴組件搭建出一個最簡單的“乒乓發球機器人”，一方面是對學習到的機器人知識綜合應用，另—方面希望能做出實用的機器人為我服務。

二、設計過程

按照對乒乓發球機器人功能的分解，我將其分為三大部分：乒乓球發射系統、左右偏航系統和乒乓球給球系統。

（一）乒乓球發射系統

乒乓球發射系統就是能夠將單個乒乓球發射出去的系統。設計過程中，我考慮了多種實現方式：一開始采用一種像擊打高爾夫球的發射方式，但測試證明擊打方式擊球的力量不穩定，球有時飛得遠，有時飛得近，不適合用于乒乓球的發射。

通過大量的觀察，我發現成熟的乒乓球發射系統通常是用單個或者兩個橡膠輪通過旋轉將乒乓球射出的。所以，參照這種結構，我用能力風暴中巡線車的兩個橡膠輪胎和兩個電機，組成了乒乓球發射系統。但測試發現，即使電機轉速設置為最高，乒乓球發射出的速度也很慢，飛出來就掉在了桌子上。

我想了好久，最終想通了：需要提高兩個橡膠輪胎的轉速，才能夠使得乒乓球發射得更遠。因為電機轉速已經是最高了，所以我想到老師說過，通過齒輪的傳動，能夠將轉速升高或降低，最終形成了左邊兩級的齒輪升速結構。

最終采用的兩級齒輪升速的乒乓球發射系統能夠使乒乓球發射得很快，并能順利地使乒乓球落在對面的乒乓球桌面上。由于轉速太快，發射系統發出很大的噪音，我便買了一支玩具專用潤滑油，用刷子沾了潤滑油把所有軸和齒輪都刷了一遍。

（二）左右偏航系統

打乒乓球通常都是忽左忽右的，能夠練習和鍛煉人的觀察力與反應速度。乒乓發球機器人也需要能夠有這個功能，隨時改變乒乓球的發射方向。

我們將乒乓球發射系統和底座用一個可靈活轉動的軸承連接起來，軸承的齒輪則通過專用的減速齒輪和電機連接，這樣只要電機左右轉動，乒乓球發射系統就能夠向左偏轉或者向右偏轉，也就改變了乒乓球射出的方向。

為了防止左右偏航系統不停地朝著一個方向轉動，而把電線扯斷，我還設計加入了兩個灰度傳感器。單方向旋轉過度后，—側的灰度傳感器就會被遮住。我設計了程序，只要灰度傳感器被遮住了，那就說明不能再朝這個方向繼續轉動了，需要控制電機向反方向轉動，直到對面另一個灰度傳感器被遮住。

（三）乒乓球給球系統

通常乒乓球教練在陪練過程中，都會拿一個臉盆裝滿乒乓球，然后一個個發出。乒乓發球機器人也需要不斷地有乒乓球送到乒乓球發射系統中，才能實現完整的功能。

我在小臉盆底部開一個洞，讓乒乓球不斷地掉落到乒乓球發射系統中。且自然情況下，乒乓球即使裝滿了臉盆，也無法掉落多少，還需要加上一個用于攪拌的棍子，這個棍子由一個電機控制。通過棍子不停地時而順時針、時而逆時針撥弄，乒乓球不急也不慢地掉落到乒乓球發射系統中。

三、系統測試

由乒乓球發射系統、左右偏航系統和乒乓球給球系統組成的乒乓發球機器人終于設計好了，我在迷你乒乓桌上做了測試，功能基本正常。乒乓球給球順利，且都能落在乒乓桌上，只是我的水平不夠，接不住幾個。

而后，我又在樂旋乒乓的標準乒乓桌上做了測試，功能也基本正常。教練們看著這個有點呆萌的機器人，笑得很開心。測試中，我發現有兩個問題：一是標準的乒乓桌很長，乒乓球發射得還不夠遠，需要將乒乓發球機器人放得靠前一點，以后還需調整發射速度;二是標準的乒乓桌很寬，偏航角度還不夠大，不能覆蓋到乒乓桌的兩個角，這些問題待以后再改進。