佚 名
【摘 要】本文介绍了一种具有智能寻迹、收球及投篮功能的机器人小车。篮球机器人系统设计包括控制系统硬件设计和软件设计。机器人小车采用BASIC语言编程，以美国微芯公司（Mcrochip）的PIC16F873A单片机为控制核心，硬件系统主要由单片机及控制电路、传感器及转换电路、执行机构及驱动电路等部分组成。 【期刊名称】《科技风》
【年(卷),期】2013(000)013
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【总页数】2页(P18-19)
【关键词】篮球机器人;单片机;传感器
【正文语种】中 文
机器人比赛是激发学生的求知欲和拼搏、创新精神的很好载体，受到了大、中、小学校师生的广泛喜爱。机器人篮球赛作为其中的一种比赛，相对足球机器人而言开展得比较晚，但比赛情况更加复杂，由平面二维控制发展到三维立体空间控制，这也使其更具观赏性。篮球机器人涉及到传感器技术、单片机技术、计算机技术、机械传动、电机驱动、人工智能等诸多领域，非常适合我们大中专学生学习和研究。下面就本人为学生参加全国中职学校机器人大赛所设计制作的篮球机器人做一下简单介绍。 1 控制任务分析
1.1 比赛场地描述
篮球机器人场地见图1。场地采用白中密度板制成，中场线、三分线等线条均采用黑胶带粘贴。篮球筐距地面300mm，在篮筐正下方50mm处，设置一个12V/5W的灯泡为可见光源，用于机器人识别篮筐。在场地三分线上的A、B两点处分别放置50mm×50mm的铁片，以铁片中心为圆点，半径为100mm的范围作为放置篮球的区域，篮球用乒乓球来代替，直径为40mm。
图1
1.2 比赛任务描述
比赛双方各采用一台机器人，该机器人在正常比赛中各种状态下最突出部位在地面上的垂直投影要小于500mm×500mm。比赛分上下两个半场，下半场交换场地。开始前，本组机器人放在中圈靠自己场地一侧，记时开始后，机器人从中圈出发，在场地中需到篮球，并自行拾起篮球后将球投入篮筐。当机器人在A点附近投出一个球后，队员可以在本方机器人去B点的球时，在A的位置手动续球，但不允许机器人在同一点连续投两个以上的球，否则投球无效。机器人连续地在A、B两点间进行球、捡球、篮筐、投篮等循环往复动作，在规定时间内得分多者胜出。
2 系统总体设计思想
本机器人整体外型设计为结构相对简单的轮式移动机器人。根据场地特点及比赛要求，本机器人的总体设计方案为：在机器人小车底盘前方安装左右两个光电传感器用于寻迹，使机器人能从中圈开始直线行走寻到三分线，并可沿三分线往复行走；在底盘前方安装一个电感式接近开关以实现对A、B两点铁片的检测，即确定篮球的位置；投射装置可由收球机构和投球机构组成，收球机构可采用两个电机驱动，一个电机轴垂直与地面安装，带动
连杆可将球扫入收球篓，收球篓连接另外一个轴与地面平行的收球电机，收球电机转动后将球提升放置在弹射装置上，投球机构由一个投球电机来控制，电机转动后将球正对篮框抛射出去；球框下方有一灯泡，机器人可以利用对灯泡的识别对准球框，因此，机器人应有识别灯泡的光电传感器。根据比赛规则，确定本系统的设计目标为实现每次投篮都选择3分球，才有机会获胜，所以机器人在投篮前一定要退出三分线，投球后再进入到三分线沿线行走。系统总体设计框图见图2所示。
图2 篮球机器人系统框图
3 系统硬件设计
3.1 控制器部分
本机器人的控制器采用以微芯公司PIC16F873A单片机为核心控制芯片，加之必要的外围电路即构成本机器人的主控制板。其中，PIC16F873A单片机是微芯公司的8位微处理器，具有体积小、集成度高、易扩展、功耗低、中断处理能力强、价格低等特点。它具有高达4k×14位的FLASH型程序存储器，128字节的EEPROM数据存储器，并自带2路可选择极性的PWM输出，工作电压宽（2.0～5.5V）。
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3.2 系统电源部分
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由于电动机起动瞬间电流很大，会造成电源电压不稳，影响单片机和输入电路工作的稳定性和可靠性，因此采用双电源供电方案，将电机电源和单片机电源完全隔离。单片机以及传感器电路使用5V供电，电动机使用12V供电，两部分电源均采用容量较大的镍氢充电电池。另外，提高电动机的供电电压后，可以提高机器人小车的运行速度和力量，从而可以提高篮球机器人的成绩。
3.3 小车行走电机驱动部分
行为监控为了使机器人小车能双向转动并能实现精确调速，电机应采用H型PWM电路驱动。据此我选用性能优越的小型直流电机驱动芯片L298N，该芯片具有以下优点：1）输出电流大（2A）、电压范围宽（6～46V），能驱动大功率的电机，使机器人获得强劲的动力；2）效率高，功耗小；3）有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能。
为保证其正常工作，在片外需加六个续流二极管。L298N原理图如图3所示。
图3 行走电机驱动电路L 298 N原理框图发糕机
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机器人左侧前后轮两只电机并接至H桥型电路A中Out1和Out2之间，右侧前后轮两只电机并接至H桥型电路B中Out3和Out4之间。通过调节加载到电机上脉冲电压波形的占空比，可实现对小车运动速度的调节，通过对左右电机的分别控制，可实现对小车前进、倒退、左右转等基本控制。
3.4 寻迹部分
这里的寻迹是指机器人小车在篮球场地的白地板上沿着黑线行走，采用的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜物体表面具有不同的反射性质，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白地面时有反射现象，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。传感器就是根据接收管是否收到反射红外光而输出不同的数据，单片机再根据传感器检测的不同数据来判断黑线的位置，从而决定小车的行走路线。
3.5 篮球放置区的定位
机器人利用接近开关可在黑线上识别到铁片，从而到放球的位置。本设计采用工作电压
为6～36V电感式接近开关，其检测最大距离是15MM。接近开关的原理图见图4。当机器人行走至篮球放置区时，接近开关将检测到场地中放置的铁片，黑信号线由高电平转变为低电平传送给机器人，机器人发出停车指令后驱动捡球电机动作。需要说明的是，虽然接近开关的工作电压在6～36V，经过实验，本系统主板提供的5V电源可以使其正常工作，不会出现误判断。
