基于STM32的乒乓球智能自主收集机器人系统设计

摘要

为解决传统人工收集乒乓球效率低下、劳动强度大的问题，设计基于STM32的智能自主收集机器人，以提升作业效率与准确性，为体育设施智能化管理提供创新方案。该机器人采用“嵌入式实时控制+ROS分布式计算”异构架构：运动控制子系统以STM32为主控，基于FreeRTOS系统，通过PID算法优化轨迹，结合麦克纳姆轮实现全向移动；路径规划子系统采用树莓派搭载ROS系统，利用激光雷达采集环境数据，通过Gmapping算法建图，融合A^*全局规划与TEB局部避障算法实现动态障碍规避；硬件采用模块化分层设计，包括麦克纳姆轮、STM32控制单元、树莓派处理单元及激光雷达模块，末端执行机构为仿生曲面滚筒型收集机构。在14×7 m²标准球场测试中，机器人动态避障成功率92%,地图构建误差<0.087 m,航向偏差≤1.2°;乒乓球收集效率测试显示，不同球密度下平均收集率86.9%,较人工方式效率提升53.2%,中高密度场景优势更显著。该设计通过STM32与ROS协同控制，实现动态环境下精准导航与高效收集，大幅减轻人工负担并优化场地管理效率，展示了智能化方案在体育领域的应用潜力，具备较好经济效益与技术迁移价值。

关键词

乒乓球 / 收集机器人 / 路径规划 / PID控制 / ROS / STM32

基金资助

广东省普通高校特色创新项目(KJQN201800606)