自動撿拾羽毛球裝置

羽毛球運動是一種廣受大眾喜愛的全身運動項目。進(jìn)行羽毛球訓(xùn)練時，一個動作要反復(fù)練很多次，場地上滿是被擊落的羽毛球，彎腰撿球累得快直不起腰的經(jīng)歷讓我記憶深刻。

我希望能設(shè)計一個可以自動將羽毛球拾取到收納儲物籃的裝置。

一、研究過程

（一）調(diào)查研究

著手構(gòu)思設(shè)計之前，我上網(wǎng)查找有關(guān)羽毛球撿拾器、乒乓球撿拾器、自動撿球機(jī)器人等的信息。經(jīng)過一段時間的資料收集，我發(fā)現(xiàn)網(wǎng)球、乒乓球的撿拾裝置不僅種類豐富，且技術(shù)相對成熟，但羽毛球的撿拾裝置并不多見。

受網(wǎng)球和乒乓球撿拾裝置的啟發(fā)，針對羽毛球的撿拾裝置設(shè)計，我主要有兩點考慮：第一是要省力，裝置能自動或半自動遙控；二是羽毛球不被損壞。

（二）設(shè)計思路

設(shè)計收集裝置結(jié)構(gòu)時，我首先想到的是鏟子結(jié)構(gòu)，將羽毛球鏟進(jìn)斗里。后來發(fā)現(xiàn)它需要一個幫手才能更好地配合完成，于是又想到了機(jī)械臂抓取、蒼耳粘貼等方式。經(jīng)過草圖設(shè)計、模型搭建等環(huán)節(jié)，最終確定了“Y”字形旋轉(zhuǎn)滾筒的設(shè)計，把羽毛球“掃”進(jìn)去。如何使掃羽毛球的過程更順暢，我想到了傳送帶設(shè)計。

經(jīng)過與指導(dǎo)老師、專家多次溝通論證，確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由收集裝置、傳送裝置、收納裝置、控制裝置、驅(qū)動裝置、視覺識別模塊、超聲波傳感模塊等組成。

（三）工作原理

該系統(tǒng)采用基于C++的OpenCV庫進(jìn)行編寫，利用多線程優(yōu)化加速識別，通過基本的顏色和值域圖的面積識別羽毛球。在這之上加入機(jī)器學(xué)習(xí)等方案進(jìn)行識別，通過串口協(xié)議通信。

（四）制作模型

自主設(shè)計部件并進(jìn)行3D打印，再與購置的相關(guān)電子元器件連接組裝。

二、創(chuàng)新點

該系統(tǒng)可全自動高效率撿拾羽毛球，機(jī)械結(jié)構(gòu)采用軟毛刷和傳送帶設(shè)計，避免損壞羽毛球，電池容量大，工作時間長。

（一）3D打印的“Y”字形旋轉(zhuǎn)毛刷輥設(shè)計既方便高效撿拾羽毛球，又不會損壞羽毛球。

（二）履帶傳送結(jié)構(gòu)使用減速電機(jī)驅(qū)動，可以緩慢平穩(wěn)地運送羽毛球，不影響前方羽毛球的收集速度。

（三）將超聲波傳感器與視覺模塊結(jié)合，使羽毛球的收集更精準(zhǔn)。

三、進(jìn)一步完善

（一）使用更環(huán)保的能源如太陽能等。

（二）現(xiàn)有設(shè)計偶爾會出現(xiàn)滾軸卡頓的情況，可將墊塊結(jié)構(gòu)改為弧面結(jié)構(gòu)，使羽毛球的傳送過程更順暢。

（三）目前系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，控制板的功能有待進(jìn)一步調(diào)試、拓展。（指導(dǎo)老師：楊艷）

作者心聲

通過本次項目研究，我學(xué)到了很多知識，比如人工智能中的控制板、Open CV開發(fā)平臺、Python語言編程等。在項目研究過程中，我感受最深的是對解決問題的認(rèn)知，最初的設(shè)想與最后的成品有很多不同，這就是研究過程中的成長——一次又一次地推倒重來，以尋求更好的解決方案。

專家點評

王天澤同學(xué)的自動撿拾羽毛球裝置，是一項基于機(jī)器人與人工智能的創(chuàng)新實踐項目。目前為止，該領(lǐng)域已有多個相關(guān)專利與有關(guān)報道。如2000年12月，長沙市雅禮書院中學(xué)常中同學(xué)的“羽毛球拾撿器”就獲得了實用新型專利。又如2022年5月19日有報道稱，寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院羽毛球場上出現(xiàn)了一個酷似小象的“機(jī)器人”。只見“小象”閑庭信步間，清晰地捕捉到掉落在地面的羽毛球的所在位置，有條不紊地將散落的羽毛球“吸”入鼻腔中回收后，整整齊齊地碼放在球筒中。

但通過“自動撿拾羽毛球裝置”這個創(chuàng)新實踐項目，正如王天澤同學(xué)自己總結(jié)的那樣，既學(xué)到了關(guān)于控制板、Open CV開發(fā)平臺、Python語言編程等人工智能方面的知識，又深刻感受到了關(guān)于“解決問題”的認(rèn)知——“最初的設(shè)想和最后的成品有很多不同”。為了獲得最佳效果，他不得不一次又一次推倒重來，以尋求找到更好的解決方案，促使他在研究過程中快速成長。