自动捡球机器人4—调研4之采购

我们现在开始按“你只懂代码、硬件零基础”来推进，而且我建议把第一阶段再缩小一级：

你第一件要做的，不是“捡球机器人”，而是一台桌面上的“羽毛球自动定向 + 叠球实验机”。

先证明“乱姿态羽毛球 → 球头统一向下 → 自动进入球筒”这个最核心、最不确定的机械问题。底盘、YOLO、RK3588、STM32、电池全部先不买。

公开原型也支持这种拆解思路：已有羽毛球收集器往往经历多轮机械结构迭代，有项目从刷轮、垂直拨取一直试到水平拉入结构，说明真正需要实验的是机械接触方式，而不是算法；现有开源机器人已经把视觉、底盘、编码器、状态机等做得比较成熟，后面我们可以直接参考。(科学学院)

一、你今天第一件事：什么都别买，先量羽毛球

这一步非常重要，而且很适合你——把机械问题先变成“数据问题”。

BWF 的规则范围是：羽毛裙直径58–68 mm，球头直径25–28 mm，羽毛长度 62–70 mm，整球只有约 4.74–5.50 g。(羽毛球网)

这也是为什么“双皮带定向”有可能非常好用：两条皮带之间留一个“球头能掉下去、羽毛裙掉不下去”的间隙。已有自动捡球专利明确采用了这个原理，并把皮带间距设计成可调。(谷歌专利)

你先找：

至少 10 个羽毛球，最好 2–3 个品牌，再找一个正常羽毛球筒。

然后买一把几十元的数显游标卡尺。

每个球测这几个尺寸：

再测：

球筒内径、球筒长度、12 个球正常叠起来的总长度。

这将成为我们的第一份“机械数据集”。

你不用等所有配件到齐。今天就可以完成这一步。

二、第一台机器长什么样

我们第一台东西甚至没有轮子：

P0-1 桌面实验台 手工放入羽毛球 ↓ ┌───────┐ │ 导向漏斗 │ └───┬───┘ ↓ ┌────────────────────────┐ │ │ │ ═══════════════ │ ← 左皮带 │ │ │ 羽毛裙 │ │ \ / │ │ \ / │ │ ● │ ← 球头垂下 │ │ │ ═══════════════ │ ← 右皮带 │ │ └────────────────────────┘ ↓ 透明导向筒 ↓ 第1个羽毛球 ↓ 第2个羽毛球 ↓ 第3个羽毛球

它只验证三件事情：

定向、输送、叠球。

第一版我们甚至不用“从地上捡”。

因为如果“自动整理 + 叠球”搞不定，把机器人造出来也没意义。

三、第一批采购：控制在 500～800 元

下面这批东西就是我建议你第一次买的。

A. 工具——以后整个机器人都要用

电烙铁暂时不用。

B. 电源：你千万先不要买裸露的 220V 开关电源

你是电气零基础，我不建议第一步碰这种：

┌─────────────────┐ │ L N PE V+ V- │ │ 裸露220V端子 │ └─────────────────┘

虽然便宜，但没必要增加风险。

第一阶段我更推荐：

0–30V / 5A 可调直流实验电源，带限流功能。

大概：

¥200～350。

它就像“电机领域的调试器”。

你可以旋钮控制：

Voltage = 6V Current limit = 1A

以后慢慢升：

12V 18V 24V

发生短路，实验电源会限流，而不是一下子烧东西。

这笔钱值得花。

四、第一台实验机只需要一个电机

不要一上来买八个。

先买：

37 mm 有刷直流减速电机

规格：

额定电压：24V 输出转速：约 60 rpm 功率：不用很大 输出轴：最好6 mm D轴

编码器：

有没有都可以。

第一阶段完全不用编码器。

60 rpm 是有计算依据的。

假设皮带主动轮节圆直径大约 25.5 mm：

圆周约：

π × 0.0255 ≈ 0.080 m \pi \times 0.0255 \approx 0.080mπ×0.0255≈0.080m

60 rpm = 1 r/s。

所以：

皮带速度 ≈ 0.08 m/s。

正好落在我们希望的低速、柔和输送区域。

下面这个产品卡只是让你认识“37 mm / 24 V / 60 rpm 减速电机”长什么样，不用从国外买这个，国内搜同规格即可。

GM37 Geared Motor w/ Encoder - 24V 60RPM

US$15.58

淘宝/1688 搜索关键词直接写：

37GB减速电机 24V 60转 6mm轴

几十元级别就行。

五、第一阶段甚至不要 STM32

这个很重要。

我们用一个：

DC 6–30V / 10A PWM 调速器，带旋钮。

二三十元。

长这样：

┌──────────────────┐ 24V + ──→│ VIN+ OUT+├──→ Motor + 24V - ──→│ VIN- OUT-├──→ Motor - │ │ │ ○旋钮 │ └──────────────────┘

于是你的第一套控制系统就是：

实验电源 │ ↓ 保险丝 │ ↓ 急停/电源开关 │ ↓ PWM旋钮调速器 │ ↓ 24V减速电机

没有一行代码。

这是故意的。

我们先区分：

机械问题

和：

控制问题。

否则球卡住了，你会不知道到底是机械结构不行、电机不行、PWM不行，还是代码不行。

六、机械件第一次怎么买

我建议全部使用2020 铝型材。

为什么特别适合你？

因为它像硬件版的乐高：

┌──────────┐ │ │ │ 2020 │ │ │ └──────────┘ T型螺母可以在槽里随便移动

设计错了不用重新加工。

松开螺丝：

当前位置 ↓ ────────●──────── 改成 ────────────●────

就行。

这对于我们的“实验机”特别重要。

第一台框架冻结为：

长：380 mm 宽：220 mm 高：约180 mm

第一批型材让商家直接切好：

然后：

M5 T型螺母约 50 个；

M5×8 / M5×10 螺丝各约 30；

2020直角连接件约 12 个。

不用自己锯。

七、最重要的双皮带结构，我给你把尺寸先定下来

我们第一版买：

GT2闭环同步带 周长：600 mm 宽度：9 mm 数量：2

配：

GT2 40T同步轮 8 mm孔 数量：4

40T GT2 同步轮节圆直径约：

25.5 mm。

两个轴中心距离大约设计：

260 mm。

所以结构：

俯视图 主动轴 从动轴 │ │ ▼ ▼ O===============================O 左 GT2 皮带 ← 34mm → O===============================O 右 GT2 皮带 ↑ 中心通道

注意：

34 mm 不是最终答案。

只是初始实验值。

为什么从 34 mm 开始？

因为标准球头最大约 28 mm，而羽毛裙最小约 58 mm。(羽毛球网)

所以：

28 mm < 34 mm < 58 mm

理论上：

球头：

能穿过去

羽毛裙：

穿不过去

这就是整个机械定向原理。

八、必须做成“间距可调”

这里千万别焊死。

我们需要测试：

30 mm 32 mm 34 mm 36 mm 38 mm 40 mm

最后根据实验选最佳。

已有专利结构同样强调通过调整传动轮轴向位置改变两条橡胶带的间距，以适应不同羽毛球。(谷歌专利)

所以我们的主动轴实际上长这样：

8mm轴 ─────[轮]────────[轮]───── ↔ ↔ 可以左右滑动 ↓ 紧定螺丝锁住

你用游标卡尺量：

两个皮带内侧距离 = 34.0mm

锁紧。

就完成一次参数配置。

这其实跟你调：

belt_gap=34

没什么本质区别，只不过这里是物理参数。

九、传动轴和轴承怎么买

第一版：

8mm光轴 长度约250 mm 数量2 608ZZ轴承 8×22×7 mm 数量4

轴：

主动轴 ↓ ════════════════ 从动轴 ↓ ════════════════

主动轴的一端通过：

6 mm → 8 mm 联轴器

连接减速电机。

电机 [ MOTOR ] │6mm ▼ [联轴器] │8mm ▼ ══════════════ 主动轴

这样你第一次就会理解：

电机不是直接“带机器人”。

它只负责转动一根轴。

轴再带同步轮。

同步轮再带皮带。

这就是机械传动。

十、但轴承支架别让你自己设计

这部分我们后面直接3D 打印。

你不用有打印机。

淘宝很多：

3D打印代打 PLA PETG

几十块钱就能打印。

我们做四个简单轴承座：

┌───────────┐ │ ◯ │ ← 608轴承 │ │ └───┬───┬───┘ │ │ 2020型材

以及一个：

37GB电机支架

我下一步可以直接按照这套尺寸给你做参数化 CAD 结构，你拿 STEP/STL 给打印店，不需要自己先学 Fusion360。

十一、第一次通电到底怎么操作

这个你严格按照顺序来。

唯一的接线：

可调实验电源 红色 + │ ↓ 保险丝 │ ↓ PWM调速器 VIN+ 黑色 - │ └────→ PWM调速器 VIN- PWM OUT+ ───→ 电机红线 PWM OUT- ───→ 电机黑线

第一次不要装皮带。

让电机空载。

把 PWM 旋钮调到最小。

实验电源先：

Voltage = 6 V

再开机。

慢慢转 PWM。

确认电机：

没有异常声音；

没有发热；

轴正常旋转。

再试：

12 V

最后才：

24 V

方向反了怎么办？

断电。

交换电机两根线。

红 ↔ 黑

电机方向就反了。

就这么简单。

十二、然后先手转机械，不要马上接电机

你的第一套机械结构装完以后：

先用手转主动轴。

你应该能够轻松看到：

手转主动轴 ↓ 两条皮带一起运动 ↓ 从动轴旋转

同时检查：

皮带有没有跑偏；

有没有摩擦型材；

轴有没有明显卡顿；

两个同步轮有没有松。

只有手转完全正常以后，才接电机。

这是以后整个项目都要坚持的习惯：

机械先验证自由运动 → 再通电。

十三、第一颗羽毛球怎么测试

不要一下丢十个。

先拿一个。

第一种：

羽毛朝上 球头朝下 \ / \ / ● ↓ ════════ ════════

看看能不能正常向前。

然后：

羽毛球横着放。

再然后：

球头朝左；

球头朝右；

羽毛端先进入；

球头端先进入；

斜着 45°。

最终我们定义五种典型初始状态：

十四、现在轮到你发挥算法工程师优势了

别凭感觉说：

“好像效果不错。”

我们直接做实验矩阵。

第一轮固定：

gap = 34 mm motor = 60 rpm

每种姿态：

20 次。

一共：

100 次。

CSV：

trial,input_pose,gap_mm,rpm,success,jam,damage,time_s 1,A,34,60,1,0,0,1.42 2,A,34,60,1,0,0,1.36 3,B,34,60,0,1,0,5.00 ...

然后 Python：

success_rate jam_rate damage_rate mean_time

机械研发瞬间变成你熟悉的东西。

十五、第一个验收门槛

只有达到下面标准，我们才继续做“捡球机构”。

如果出现：

B姿态成功率只有70%

不慌。

我们调：

gap 34 → 32 speed 60 → 45 入口角度 0° → 10°

重新跑实验。

这跟调模型超参数基本一样。

十六、等定向成功，才做“自动叠球”

第二阶段 P0-2 非常简单。

皮带出口下面加一个导向漏斗：

两条皮带 ════════ ════════ ↓ 羽毛球 ↓ \ / \ / \ / \ / │ │ │ │ │ │ 球筒

这时候先别迷信我之前说的 74 mm。

以你实际测出来的球和球筒数据为准。

我们设计三种内径：

D1 D2 = D1 + 2mm D3 = D1 + 4mm

做三根短透明测试筒。

看看：

哪个能自己落下；

哪个容易卡羽毛；

哪个叠得最紧；

哪个最后容易拿出来。

这是我们的第二个机械超参数实验。

十七、什么时候才开始做“地面捡球”？

等这个链路成功：

人工随便放球 ↓ 自动定向 ↓ 自动输送 ↓ 自动叠4~6个球

我们才进入 P0-3：

地上的球 ↓ 柔性滚轮 ↓ 斜输送带 ↓ 单球化 ↓ P0-1定向机构 ↓ P0-2球筒

这时才开始研究：

TPU 拨片；

刷轮；

柔性叶片；

滚筒高度；

入口角度。

已有公开实验其实给了我们一个提醒：不同拾球方式表现差异很大，一个项目最终发现水平拉入比前面的刷式和垂直拨取结构更适应羽毛球随机朝向，因此拾球机构也应该做成可更换实验模块，而不是第一次就焊死。(科学学院)

十八、你现在暂时不要买这些东西

第一阶段我明确建议你不要买：

RK3588、Jetson、STM32、ESP32、摄像头、雷达、IMU、编码器底盘、锂电池、麦克纳姆轮、四个行走电机、PCB。

你现有的 4060 Ti 更完全用不上。

现在：

GPU使用率 = 0%

才是正确状态。

十九、第一阶段的完整采购金额

如果你什么工具都没有，大概：

大约：

¥700 左右。

已经有工具的话，核心实验机本体可能只需要：

¥300～400。

所以第一次失败也完全可以接受。

二十、你接下来按这个顺序做

这是目前唯一需要你执行的 checklist：

1. 今天找 10～20 个羽毛球和正常球筒，用游标卡尺测尺寸，把结果发给我。
2. 同时下单：可调实验电源、万用表、24V 60rpm 37GB 电机、PWM 调速模块。
3. 先完成“一个电机安全转起来”，不接任何机械。
4. 我根据你的实测羽毛球尺寸，把P0-1 双皮带定向机构正式定尺寸。
5. 我再给你出第一版CAD/3D打印件、铝型材切割表、螺丝表和装配图。
6. 你按图像搭积木一样组装。
7. 手转正常后接电机。
8. 跑第一轮 100 次定向实验，把 CSV 给我，我们一起调gap / rpm / guide_angle。

其中最重要的是第 1 步。

先不要去淘宝买一整车零件。你先买一把卡尺，拿你将来真正会使用的羽毛球，给我测出：

羽毛裙最大直径、球头直径、整球长度、现有球筒内径，以及 12 个正常嵌套后的总长度。

把这些数字发我以后，我下一步就不再给你讲概念了，直接开始给你定P0-1 的机械尺寸与 CAD 结构。你可以把它理解成：我们正式开始做第一版硬件。