shane|闭着眼睛都能投进！3D遥感、轨迹追踪，这个小哥做了个“百发百中”篮球框
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《灌篮高手》的梦想每个男孩都有 ， 不过 ， 投球老进不去怎么办？
这不 ， 除了自己勤学苦练技巧 ， 一个名叫 Shane Wighton 的技术小哥想从“篮球框”入手 ， 试试能不能让它自己来接球 。
5月份 ， 一个“篮球投篮”视频在油管爆火 ， 浏览量接近50万 。 不过让这么多人来看可不是因为 Shane的投篮技巧 ， 而是因为 ， 这个篮框实在是太特别了：只要你能击中篮板 ， 这个篮板就能通过神奇的力量让球进筐！网友们亲切的给它去了个名字——百发百中篮板 。
这版篮板上的每个弧线角度都经过了精密的计算 ， 利用了蒙特卡罗法和最小二乘法 ， 极大地提高了进球率 。 视频里刚开始的想法非常简单 ， 就是觉得要做一个“曲面”的篮板 ， 让打在上面的球都能被弹到篮筐里 ， 就像这样
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不管你投中篮板的哪里 ， 球都能靠着曲面篮板 ， 顺利进筐 。
不过 ， Shane对这个命中率并不满意 ， 毕竟这球还是要先砸在篮板上 ， 还不是真正的“百发百中” 。 于是下一版视频里 ， 他就又更新了装备 ， 利用计算机视觉和轨迹追踪 ， 制造了一个可以上下左右灵活移动的篮板 。
你没听错 ， 这是个能主动为你的球调整自己位置的篮框 ， 就像这样
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这只篮板的后面安装了3只微型电机 ， 每个电机控制一个连杆 ， 因此这个篮板有三个自由度 。
同时 ， 这只篮板还安装了摄像头 ， 可以识别击球人 ， 只让固定的人进球；并且通过轨迹追踪 ， 在球脱手的短时间内做出判断 ， 如何调整位置才能增加进球率 。
因为有了一定的挪动范围 ， 这只篮框让接球的半径范围扩大了不少 ， 也让“百发百中”更加名副其实了 。
不过 ， 小范围的挪动还是没能满足小哥 ， 毕竟有些球偏得太远 ， 连球框的边都碰不到 。 他希望做一只活动范围更大的篮板 ， 能够做到在篮球不触碰到篮板的情况下 ， 直接完美进球 。
最近 ， Shane重新更新了这只篮板的设计 ， 这次 ， 篮板可以在整面墙自由挪动了
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让球筐配合遥感相机移动 ， 做个自由移动的篮球框这么难吗？
在开始整个项目之前 ， 我们先把整个思路理一遍 。
首先 ， 需要一个3D遥感相机 ， 负责监看整个场地 ， 包括球的运动轨迹 ， 然后篮球框追踪篮球 ， 自动地上下左右移动 ， 实现完美投篮 。
最最关键的就是这个能够自由移动的篮筐了 ， 为了加快球筐的运动速度 ， Shane尽可能少地用到一些重的材料 ， 整体轻便才是一个灵活的的球筐该有的样子 。
不过要让它自由移动也没有那么容易 ， 这需要支撑篮筐的横竖两轴足够灵活和耐力 ， Shane选择了两根长炭纤维棒作为两轴 。
其余的滑轮和防滑钉之类的装备也无需专门购买 ， 可以用3D打印加工制成 ， 安装在两轴上 。
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两轴端接上一个超重电机 ， 这些电机具有超强的扭矩 ， 这也是球筐得以快速运动的关键 。
但是这带来了一个问题 ， 用于保证电机静止的皮带可能会因为过度的摩擦绷断 。 现在Shane用了一条完整的长皮带 ， 在背板上下也都进行了连接 ， 要让球筐倾斜接球的话 ， 需要这样一推一拉搭配进行 。
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不过 ， 还需要考虑的一点是 ， 如果球筐向上移动 ， 根据运动规律 ， 球筐会自然向下垂 ， 同时 ， 不管是移动倾斜马达还是位置马达 ， 球筐都会根据惯性移动 ， 不会保持在自然状态 。
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停 ， 我们先模拟计算一下？线性代数在这里就派上用场了 。
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关于代码部分 ， Shane也在之前的基础上进行了修订和调整 ， 来适应最新的要求 。
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不过 ， 在进行最终的测试前 ， 我们先来看看把这个自动篮球框的所有零件组装起来之后会发生什么 ， 比如 ， 我们现在试着让它移动5毫米：
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emmm别慌 ， 小场面 ， 只是皮带粘合处断了而已 。
经过了几天的修复和整理 ， 终于 ， 我们能看到黑眼圈超重的Shane ， 和一个正常移动的篮球框了 。
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让球筐配合遥感相机移动
接下来就需要对遥感相机动手了 。
现在 ， 虽然遥感相机能够告诉你一些距离信息 ， 但它还不能辨别方向 ， 也不认识球筐：
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为了解决这个问题 ， Shane做了一个校准程序 ， 让相机去主动识别球筐墙面以及地面 ， 然后选中球筐为中心位置 。
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为了确保万无一失 ， 实际测量全都是Wighton自己手动完成的 。
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好了 ， 差不多就完成了 ， 我们现在来测试一下：
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？？？？
而且系统也显示已击中：
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但是篮球框完全没有移动 。
费了好久的劲 ， 怕不是做了个寂寞……
不过好在 ， 经过一番检查 ， Shane发现其实不是球筐没移动 ， 而是移动太太太太慢了：
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因为他把数量单位弄错了 切换回来之后 ， 我们可以看到球筐的移动速度终于可以跟上球了 。
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不过还剩下最后一步 ， 你可能也注意到了 ， 这个球筐……其实还没有装上真正的球筐 。
Shane用超轻的玻璃纤维和泡沫制作了背板 ， 篮圈也选择了超轻的材料 ， 既保证了硬度又保证了重量 。
这下终于算是完成了 ， 我们来胆战心惊地看看效果如何：
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太快了没看清？？我们来看个特写机位：
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甚至 ， 背着身也能随便投篮3分笑傲全场 。
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coooooooool！！
视频链接：
https://www.youtube.com/watch?v=myO8fxhDRW0
【shane|闭着眼睛都能投进！3D遥感、轨迹追踪，这个小哥做了个“百发百中”篮球框】Shane Wighton是何方神圣？
2011年 ， Shane Wighton 从北卡罗来纳大学夏洛特分校毕业 ， 读的是机械工程专业 ， 随后他继续在母校获得了计算机科学硕士学位 。 从2012年至今 ， 他一直在3D打印技术开发商和制造商Formlabs公司担任软件工程师 ， 也有自己的团队 。
Shane是一位才华横溢、热爱制造的工程师 ， 在Wighton看来 ， 创造各种各样的事物 ， 并用有趣的方式来分享是一件很快乐的事情 。 虽然他的大部分创造是一些制造项目 ， 不过他也写软件、制作电子设备等 。
Shane把他平时制作的小项目都以视频形式发表在了YouTube上 ， 除了“百发百中的篮板”系列 ， 他还为帮助盲人避障在iPad上做了一款便于在室内行走的工具：
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iPad上配置了一个像保温杯一样的东西 ， 其实这可是整个导航系统的关键 ， 包含微处理器、蓝牙连接模块 ， 以及马达驱动器 。
疫情期间 ， Shane还突发奇想做了一款可以足不出户就能剪发的机器人 。
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在视频中 ， Shane介绍到 ， 这个剪头发机器人总共由三个部位组成：类似于人的手指 ， 用来夹住要剪的头发；用来控制剪刀移动的部分；用来操作剪刀的部分 。 在发型设计上 ， 他还利用3D建模 ， 用颜色的深浅表示头发的长度 ， 比如让机器人知道刘海应该横着剪 ， 耳边周围的头发要沿着耳朵剪 。
这样的剪发机器人 ， 不知道你敢不敢用呢~
Shane于2020年3月开通了自己的YouTube频道 ， 现在粉丝已经有82万了！另外 ， 他首页已有不少作品 ， 对于一个“硬核”发明创造的博主来说 ， 更新频率已经很感人了~
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Shane的主页链接：
https://www.youtube.com/c/StuffMadeHere/videos
感兴趣的朋友可以去他的主页看看~
本文经授权转载自大数据文摘（ID：BigDataDigest） ， 如需二次转载请联系原作者
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