球员训练机器人“逐日”1.0 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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专业版 球员训练机器人“逐日”1.0

简介:一个可以用于球员室内训练的机器人系统

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2022-10-09 18:05:38
更新时间: 2023-12-29 11:09:13
描述

0.啥也不说,机器先上!!!

 

  展示视频已上传B站,欢迎指导:

【球员训练机器人“逐日”1.0 展示】

https://www.bilibili.com/video/BV1EK411U7s5/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=ec87b7964c869f0403643da3947fe0c2

所有工程资料链接都在视频下方┗|`O′|┛ 嗷~~

 

1.研究背景:

     体育锻炼可以增强体质,为健康的人格提供物质基础。著名的体育教育家马约翰先生曾说:“体育是培养健全人格的最好工具。”很多人在体育锻炼时都会选择球

类运动为载体来增强体质,于是对于一个刚接触球类运动的小白来说合理的训练显得尤为重要。而传统的人工训练对教练的水平有着较高要求,且费用普遍不低,

各种原因让一些球类运动爱好者望而却步。

    所以开发一款高性能的球员训练机器人系统来充当‘辅助教练’训练球员显得尤为重要!!!于是就有了下面的球员训练机器人“逐日”

 

 

 

2.机器介绍:

2.1‘逐日’机器人的三维模型与实物的渐变图:

2.2‘逐日’机器人的整体设计框图和模型体现:

萨芬

 

通过上面两张图片我们知道机器人由:移动机构(底盘),取球机构,下发射机构,上发射机构 四部分组成,下面我们分别进行讲解

 

 

 

3.机器结构讲解:

 

3.1移动机构(底盘)

1.底盘是相对简单的由铝管搭建的平面机构,从爆炸视图可以看出主要组成部件有四套M3508无刷电机,C620电机调速器,航发全向轮和一个定位系统模块组成

2.黄色的连接片是通过雕刻机加工的环氧板

 

 

3.2下发射机构

1.铝管框架;

2.摩擦轮驱动电机是M3508,通过未减速的高速端驱动;

3.推球气缸选用CDJ2KB系列不自旋气缸,一个即可实现想要的功能;

 

 

3.3上发射机构

1.铝管框架;

2.摩擦轮驱动电机是MN5212,电机驱动器选用开源的odrive;

3.推球气缸选用CDJ2KB系列不自旋气缸,一个即可实现想要的功能;

 

 

3.4取球机构

1.铝管框架;

2.抓球机构的执行元件是手指气缸;

3.翻转的驱动电机是M3508;

 

 

 

4.机器的主要机构控制原理讲解:

 

4.1移动机构(底盘)----全向轮底盘 **********************************************************************************************************************************

全向轮底盘可以实现全向的移动,如图

 

难道这就是所谓的全向移动

不!

 

 

实现上面的运动才是全向轮特长,因该如何实现呢?

下面将详细的讲解全向轮底盘的控制,GO!

 

 

该解决的问题:如何求解四个轮子的速度--V轮

 

 

 

问题:如何求解底盘的速度--Vox,Voy,w

 

 

到现在,我们已经推导了一种运动过程下的a角的底盘控制算法。下面我们对所有运动过程进行推导

 

 

1.机器需要到达右上方的目标状态

 

 

2.机器需要到达左上方的目标状态

 

 

3.机器需要到达左下方的目标状态

 

 

4.机器需要到达下方的目标状态

 

 

到此,所有过程我们都已经完成推导。

 

如果你坚持到这里,恭喜,你离成功已经不远了!!!

 

 

CoppeliaSim仿真软件的教程可以参考【Vrep(CoppeliaSim)-Simulink】让机器人仿真变得简单V-rep(一)_哔哩哔哩_bilibili

 

 

Lua语言的使用方式与C/C++语言类似,有C/C++基础的读者很快可以上手,放一个Lua语言的教程:runoob.com/lua/lua-tuto

 

 

OK,通过以上仿真软件对底盘控制算法验证和完善之后就可以转动实物的调试了。

 

 

本机器开发采用的嵌入式软件开发平台是Keil uVision5和STM32CubeMX。

代码附有注释,对应于仿真软件CoppeliaSim的代码,应该比较好理解,不在过多解释

 

 

硬件电路简化如下:

 

其他准备工作都解决之后就可以进行底盘的落地调试了!!!

 

 

到这里,全向轮底盘的控制算法已经讲解完成!有不理解的欢迎留言。

相信通过对上面教程的参考,大家都能够拥有属于自己的真正意义上的全向移动底盘

 

 

4.2发射机构----摩擦轮发射 **********************************************************************************************************************************

 

1.组成:摩擦轮有两个部分,外层与弹丸接触,一般由质地较软表面摩擦力较大的材料制成,里面是电机充当动力源。

 

 

2.原理:一对摩擦轮往不同的方向旋转,弹丸从第一位置与摩擦轮接触,被摩擦轮挤压至第二位置完成加速,最终高速射出。

 

 

摩擦轮的弹道很难做到非常稳定,也就是瞄准发射的时候会打歪。什么因素会影响弹丸发射呢?

 

3.稳定性影响因素:摩擦轮材质摩擦发射结构形式尺寸和间距摩擦轮电机, 摩擦轮电调(电子调速器)

 

摩擦轮材质

1.硅胶摩擦轮:

   早期的摩擦轮材质为硅胶,但是摩擦轮在高速运转时,与弹丸接触的部分极易因离心力和摩擦而膨胀,若不用钢线进行周向加固,经过长期摩擦,在切向力的作用下,硅胶轮就会容易脱落。

2.聚氨酯摩擦轮:

   如何解决摩擦轮脱落这一问题呢?在制造行业中,有一种很重要的工艺叫胶辊工艺,它以金属和其他材料为内芯,在外面覆上橡胶制成的辊状物(甜甜圈就是一种辊状物)。它能够很好地将橡胶和金属结合在一起,避免脱落。

而外覆橡胶的材质就是聚氨酯,由聚酯(或聚醚)与二异氰酸脂类化合物聚合而成,具有耐磨、耐撕裂、耐老化等优点,很适合作为比赛用的摩擦轮。

 

摩擦发射结构形式

改变摩擦发射结构形式???

对,为了获得可靠的摩擦加速效果,摩擦发射已经由最初始的双摩擦轮演变出了很多新型的结构

 

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单摩擦轮结构:

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四摩擦轮结构和三摩擦带结构:

 

这部分的摩擦发射结构会在4.3发射机构2代 中进行详细讲解,这里不再重复。

 

 

尺寸和间距

如果摩擦轮的尺寸过大而间距过小,第一发就会受到很大的挤压力来达成高射速,但同时摩擦轮受到的反作用力也会使自己转速下降,导致第二发的射速大大降低。

这个问题在当我们需要非常高射击频率时会表现得非常明显,也是导致摩擦轮弹道不稳的重要原因之一。

 

摩擦轮电机

驱动摩擦轮的电机扭力、转动惯量越大,转动越平稳,弹道也就更稳定,但力量大的电机相应的重量也会增大,如果发射机构的重量过大,就很难控制它迅速瞄准了。

 

摩擦轮电调(电子调速器)

我们可以通过编码器实时检测摩擦轮的转速并进行反馈,最后电调执行对转速的控制,以此实现对摩擦轮转速的检测和控制。

有的电调内部算法更好,不需要通过反馈也能够有效地控制电机转速。

可以采用开源odrive驱动方案:

 

 

 

4.3发射机构2代 ******************************************************************************************************************************************

 

为了获得可靠的摩擦加速效果,摩擦发射已经由最初始的双摩擦轮演变出了很多新型 的结构

双摩擦轮结构:

 

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单摩擦轮结构: 虽难只有一个摩擦轮,单她有很长的摩擦加速路段,保障了摩擦加速效果!

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四摩擦轮结构: 左图结构前后排布,实现多级加速;右图圆周分布,实现全方位加速

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三摩擦带结构: 摩擦带结构,使球获得足够的加速时间

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通过对以上多种摩擦发射结构特点的分析,

’逐日‘发射机构 2代  诞生了!!!

 

发射 俯仰 两部分组成

 

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将摩擦轮换成了摩擦带,增长了摩擦加速时间,使球获得稳定的发射速度。

 

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摩擦带结构组件结构如下:

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双摩擦带发射机构:

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俯仰调节机构:

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硬件电路:

 

 

 

【球员训练机器人“逐日”1.0 展示】

https://www.bilibili.com/video/BV1EK411U7s5/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=ec87b7964c869f0403643da3947fe0c2

所有工程资料链接都在视频下方┗|`O′|┛ 嗷~~

 

 

 

 

 

 

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