乒乓发球机器人，我的专属智能乒乓球陪练

王语晴

一、设计缘由

乒乓球是—项很有意思的运动，它不需要多大的场地，只要有个简易的球桌，大家就能玩得很开心。我家有—张的迷你乒乓球桌，平时只要天气好，一有时间，我就会将其搬到小区广场上和爸爸或者同学们玩乒乓球。不过，有时大人和同学们都忙，我—个人就没法玩了。

偶然的机会，我看到了乒乓球发球机这类的产品。这类产品可以将大量的乒乓球按照不同方向角度，连续不断地发射出来，感觉挺有意思的，可以用来陪同练习乒乓球。但是，乒乓发球机通常要数干元，最便宜、简陋的也要接近干元。

想到从二年级上学期开始，我参加了机器人兴趣班。这期间，陶老师和沙老师已经教授了我们使用能力风暴系列组件，搭建各种功能的东西，比如巡线车、防久坐智能椅等。我想不妨尝试一下，用我有的能力风暴组件搭建出一个最简单的“乒乓发球机器人”，一方面是对学习到的机器人知识综合应用，另—方面希望能做出实用的机器人为我服务。

二、设计过程

按照对乒乓发球机器人功能的分解，我将其分为三大部分：乒乓球发射系统、左右偏航系统和乒乓球给球系统。

（一）乒乓球发射系统

乒乓球发射系统就是能够将单个乒乓球发射出去的系统。设计过程中，我考虑了多种实现方式：一开始采用一种像击打高尔夫球的发射方式，但测试证明击打方式击球的力量不稳定，球有时飞得远，有时飞得近，不适合用于乒乓球的发射。

通过大量的观察，我发现成熟的乒乓球发射系统通常是用单个或者两个橡胶轮通过旋转将乒乓球射出的。所以，参照这种结构，我用能力风暴中巡线车的两个橡胶轮胎和两个电机，组成了乒乓球发射系统。但测试发现，即使电机转速设置为最高，乒乓球发射出的速度也很慢，飞出来就掉在了桌子上。

我想了好久，最终想通了：需要提高两个橡胶轮胎的转速，才能够使得乒乓球发射得更远。因为电机转速已经是最高了，所以我想到老师说过，通过齿轮的传动，能够将转速升高或降低，最终形成了左边两级的齿轮升速结构。

最终采用的两级齿轮升速的乒乓球发射系统能够使乒乓球发射得很快，并能顺利地使乒乓球落在对面的乒乓球桌面上。由于转速太快，发射系统发出很大的噪音，我便买了一支玩具专用润滑油，用刷子沾了润滑油把所有轴和齿轮都刷了一遍。

（二）左右偏航系统

打乒乓球通常都是忽左忽右的，能够练习和锻炼人的观察力与反应速度。乒乓发球机器人也需要能够有这个功能，随时改变乒乓球的发射方向。

我们将乒乓球发射系统和底座用一个可灵活转动的轴承连接起来，轴承的齿轮则通过专用的减速齿轮和电机连接，这样只要电机左右转动，乒乓球发射系统就能够向左偏转或者向右偏转，也就改变了乒乓球射出的方向。

为了防止左右偏航系统不停地朝着一个方向转动，而把电线扯断，我还设计加入了两个灰度传感器。单方向旋转过度后，—侧的灰度传感器就会被遮住。我设计了程序，只要灰度传感器被遮住了，那就说明不能再朝这个方向继续转动了，需要控制电机向反方向转动，直到对面另一个灰度传感器被遮住。

（三）乒乓球给球系统

通常乒乓球教练在陪练过程中，都会拿一个脸盆装满乒乓球，然后一个个发出。乒乓发球机器人也需要不断地有乒乓球送到乒乓球发射系统中，才能实现完整的功能。

我在小脸盆底部开一个洞，让乒乓球不断地掉落到乒乓球发射系统中。且自然情况下，乒乓球即使装满了脸盆，也无法掉落多少，还需要加上一个用于搅拌的棍子，这个棍子由一个电机控制。通过棍子不停地时而顺时针、时而逆时针拨弄，乒乓球不急也不慢地掉落到乒乓球发射系统中。

三、系统测试

由乒乓球发射系统、左右偏航系统和乒乓球给球系统组成的乒乓发球机器人终于设计好了，我在迷你乒乓桌上做了测试，功能基本正常。乒乓球给球顺利，且都能落在乒乓桌上，只是我的水平不够，接不住几个。

而后，我又在乐旋乒乓的标准乒乓桌上做了测试，功能也基本正常。教练们看着这个有点呆萌的机器人，笑得很开心。測试中，我发现有两个问题：一是标准的乒乓桌很长，乒乓球发射得还不够远，需要将乒乓发球机器人放得靠前一点，以后还需调整发射速度;二是标准的乒乓桌很宽，偏航角度还不够大，不能覆盖到乒乓桌的两个角，这些问题待以后再改进。