CN103203105B - 机器人气动装置及击球机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人气动装置及击球机构，包括：一连接板，所述连接板表面设置有多个接口，所述多个接口在所述连接板内部形成通路；一充气单元，包括一高压球阀，所述充气单元与所述多个接口中的一第一接口密封连接；一储气单元，所述储气单元与所述多个接口中的一第二接口密封连接；一气压感应单元，所述气压感应单元与所述多个接口中的一第三接口密封连接；一输气单元，包括一电磁阀，所述输气单元与所述多个接口中的一第四接口密封连接；其中，所述连接板、充气单元、储气单元、气压感应单元和输气单元在高压球阀和电磁阀关闭时形成一封闭气路。本气动装置储气压力高，射门动作和射门力量可调性强，成本低。

Description

机器人气动装置及击球机构

技术领域

本发明涉及一种气动装置，特别是适用于踢球机器人的气动装置及击球机构。

背景技术

随着人类社会科学发展和技术进步，自动化控制越来越多地渗入社会生产和生活的各个领域。人们越来越多地试图将各种不必以人亲自完成的动作交由智能控制的执行机构去完成，或者说，机器人的适用领域已经得到了空前的扩大。人们常常举办智能机器人比赛，以鼓励自动化控制领域的工程师能够提高机器人的控制智能。

例如，在机器人足球比赛中，由智能移动机器人为队员构成的足球队，采用类似于人类足球比赛的规则进行比赛，机器人在比赛过程中完全自主踢球，比赛以踢进对方球门居多者为胜方。常见的足球机器人踢球装置一般通过以下两种方式实现踢球：一、利用电磁方式驱动踢球杆，实现足球机器人不同射门距离的踢球；二、利用气动元件作为动力源，通过控制电磁阀开闭来控制气路的通断，以此来实现足球机器人射门。基于电磁方式的踢球装置，射门力量大、距离远，但需要升压高达几百伏，成本昂贵，且存在一定的高压危险因素；基于气动方式的踢球装置，由于气压限制，往往射门距离较短，如果提高气压，则气密性难以保证，而且随着储气量的减少，气压降低，踢球的力量也随之逐渐减弱。上述两种踢球装置，其踢球杆与足球的接触点位置在踢球时往往始终不变，不能根据控制器指令进行调整，射门方式单一，不能实现足球的平射动作和挑射动作的互换。

本领域的技术人员致力于研究一种能够高压储气，射门动作和射门力量可调的击球机构及踢球机器人。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中，机器人气动装置气密性差，无法随着储气量变化而调节气压执行动作，气动执行机构动作单一的不足，提供一种机器人气动装置和应用其的击球机构。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种机器人气动装置，其特点在于，所述气动装置包括：

一连接板，所述连接板表面设置有多个接口，所述多个接口在所述连接板内部形成通路；

一充气单元，包括一高压球阀，所述充气单元与所述多个接口中的一第一接口密封连接；

一储气单元，所述储气单元与所述多个接口中的一第二接口密封连接；

一气压感应单元，所述气压感应单元与所述多个接口中的一第三接口密封连接；

一输气单元，包括一电磁阀，所述输气单元与所述多个接口中的一第四接口密封连接；

其中，所述连接板、充气单元、储气单元、气压感应单元和输气单元在高压球阀和电磁阀关闭时形成一封闭气路。

较佳地，所述高压球阀一端通过一第一高压接头与所述连接板连接，高压球阀另一端通过一第二高压接头与一外界充气装置相通。

较佳地，所述储气单元包括一高压气瓶，所述高压气瓶通过一气瓶接头与所述连接板连接。

较佳地，所述气压感应单元包括一压力传感器，所述压力传感器通过一第三高压接头与所述连接板连接。

较佳地，所述电磁阀一端通过一第四高压接头与所述连接板连接，电磁阀另一端通过一第五高压接头与一气动铜管连接。

较佳地，所述连接板呈“L”形状，所述多个接头分布设置在不同端面上。

较佳地，所述连接板其中至少一个端面设置有螺纹孔，该螺纹孔不与所述封闭气路相通。

较佳地，所述连接板内部气体通路的内表面光滑，转弯处为圆弧面，所述连接板为一体成形的金属。

较佳地，所述第五高压接头为卡套式不锈钢接头。

一种踢球机器人的击球机构，其特点在于，所述击球机构包括：

至少一个前述的气动装置；

一数字信号处理单元，所述数字信号处理单元与所述气压感应单元和输气单元连接。

较佳地，所述数字信号处理单元根据所述气压感应单元传输的信号，控制输气阀门的开闭时间。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：本发明揭示的气动装置储气压力高，可调性强，成本低，结构简单。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例下的气动装置的结构爆炸图。

图2为本发明一个具体实施例下的击打装置的结构爆炸图。

图3为本发明一个具体实施例下的击球机构的结构示意图。

图4为本发明一个具体实施例下的击打装置击球时其中一个效果示意图。

图5为本发明一个具体实施例下的击打装置击球时另一个效果示意图。

具体实施方式

本发明的实施例将参照附图进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件将用相同的元件符号表示。附图只是为了便于说明本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。出于清楚叙述的目的，结构爆炸图中的大量螺钉螺栓等固定零件和垫圈等密封元件将不再依次罗列说明，本领域的技术人员应该明白这些都是业内常用的技术手段。

图1为本发明一个具体实施例下的气动装置的结构爆炸图。在该实施例中，气动连接板10内部设有多个气体通道(图未示出)，气体通道在气动连接板10的端面形成多个通气接口，该多个通气接口设置内螺纹，便于与其它高压密封接头连接，气体通道在所述连接板内部彼此相通。根据通气接口连接的部件作用不同，这些接口可以分为充气接口、储气接口、气压感应接口和输气接口等等，与此对应地，各个部件及其组合件也可称之为充气单元、储气单元、气压感应单元和输气单元等等。气动连接板10可能还设置更多的通气接口，当多余的接口暂无连接的部件时，应将空置的接口用高压封口封死，以保证该气动连接板10、充气单元、储气单元、气压感应单元和输气单元形成一封闭气路。各个通气接口的作用并不固定，若部件和部件之间调换位置后仍能与相应的通气接口完成很好的高压密封，并对整体气动装置的结构安排没有不良影响，则部件之间可以进行任意的调换。气动连接板10可以由金属一体成型，也可以由其它能够进行高压气体密封连接的材料制成。出于降低流体阻力的考虑，气动连接板10内部气体通路的内表面应尽可能光滑，通道转弯处应为圆弧面，以降低高压气体在通道内的压力损失。在本实施例中，气动连接板10形状为L状近似长方体，所述多个接头分布设置在不同端面上。近似长方体该近似长方体的伸出部分还设置有螺纹孔，便于将气动连接板10固定安装。

一高压球阀20通过一90°高压接头22与气动连接板10的充气接口(图未示出)连接，形成充气单元，该高压球阀另一端通过充气高压接头24与外界充气设备相通。当需要充气时，该充气高压接头24与充气设备(例如空气压缩机)密封连接，开启高压球阀20，高压气体通过此充气接口进入气动连接板10，从而进入相应的储气单元。在一个优选实施例中，充气高压接头24选用高压快速充气接头，以保证快捷地完成充气动作。

储气单元包括一高压气瓶30，该高压气瓶30通过一密封垫片34和气瓶接头36与气动连接板10的储气接口12连接。高压气瓶30材料不限，但应具备能达到存储十几个大气压的气体的能力。

气压感应单元包括一压力传感器40，该压力传感器40与压力传感器连接螺母46连接，压力传感器连接螺母46通过传感器高压接头48与气动连接板10的气压感应接口14连接。本领域的技术人员应该明白，压力传感器40测量流体压力，并将压力信号以模拟信号或数字信号的方式向处理器传输，这是个业内较为成熟的技术，任何一种合适的能够用来精确测量高压气体压力的传感器都能适用。

输气单元包括一电磁阀50，所述电磁阀50一端通过一高压接头55、一高压接头组件56和输气高压接头57与所述气动连接板10的输气接口16连接，电磁阀50另一端通过一卡套式不锈钢接头组件52与一气动铜管51连接。这样，当电磁阀开启时，高压气瓶30内的高压气体就可以经气动铜管51输出，从而输出动力。

该气动装置还包括一数字信号处理单元(Digital Signal Processing unit，“DSP”)(图未示出)，DSP可以包括微处理器(μP)、微控制器(μC)、中央处理器(CPU)等。DSP可以固定安装在气动装置在任意合适的位置，也可以安装在机器人其它合适的位置。

压力传感器40将压力信号向DSP传输，DSP响应压力信号，对当前的气体压力值进行判断，并电磁阀50发出控制信号，驱动电磁阀50进行打开和关闭动作。电磁阀50打开时，气动铜管51输出空气，电磁阀50关闭时，气动铜管51停止输出空气。当目前的气体压力值低于一个或多个预先设定的阀值时，DSP相应地延长电磁阀50的开启时间，从而延长空气输出时间，这样，当高压气瓶30的储气量减少时，可以通过输出更多的空气量来保证气压的能量供应。

图2为本发明一个具体实施例下的击打装置的结构爆炸图。在该实施例中，底座100为一长方形壳体，其上设置一击打孔110，一弹簧120通过一连接板122连接在底座100下方，底座100顶部端面设置丝杠孔130和两导杆孔132。

一气缸固定板250通过螺钉固定在底座100上，气缸200前端包括固定螺纹部210和活塞头220。固定螺纹部210穿过击打孔110与气缸固定螺母260螺接拧紧，这样气缸固定螺母260和气缸夹持住气缸固定板250，从而使气缸200与底座100固定连接。一撞击头240通过一撞击头调整螺母230与活塞头220连接。通过旋转撞击头调整螺母230可以调整撞击头240的冲程位置。活塞200进气端通过卡套式不锈钢接头270与前述气动铜管51密封连接，从而通过控制电磁阀50开闭来控制气缸活塞头220的运行。

位置调整座330设置梯形螺母孔和直线轴承孔，击打杆300与位置调整座330枢接。击打杆300底端设置多个螺孔，击打杆调整板310可以根据位置需要选择性地通过相应螺钉固定到击打杆300上。击打杆调整板310设置一弯折部，弯折部的一段还设置一螺孔，击打螺钉320旋入该螺孔中，以增强击打效果。击打杆300底端还同时与弹簧120连接。当活塞头220处在初始位置时，击打杆300上端悬吊在位置调整座330上，下端竖直下垂，当活塞头220受到气压驱动向前推出时，击打杆300击出，随后活塞头220缩回初始位置，击打杆300在弹簧120的弹性作用下复位。弹簧120可以用橡胶件或其它合适的弹性元件代替。在活塞头220没有伸出时，撞击头240与击打杆保持接触。

梯形螺母410和两直线轴承420穿过相应孔位借助螺钉与位置调整座330固定设置。丝杠400穿过梯形螺母410和位置调整座330，下端伸入底座丝杠孔130并悬空；导杆430下端设有螺纹，穿过直线轴承420和位置调整座，下端伸入底座导杆孔132借助螺帽固定设置在底座100上。导杆430上端与导柱安装板440固定连接。丝杠400上端穿过导柱安装板440，借助联轴器460与直流伺服电机470的输出轴连接，直流伺服电机470前端设置一减速器472，保证丝杠合适的转速。直流伺服电机470借助电机安装板450固定在导柱安装板440上。这样，底座100和导柱安装座440通过两根导杆430连接成一个整体，丝杠400固定于导柱安装板440和底座100之间；梯形螺母410在丝杠400上旋动，带动位置调整座330和直线轴承420沿导杆上下滑动。

直流伺服电机470与编码器480连接，从而将位置调整座330当前的位置信号传输至前述DSP。位置调整座330上面设置信号板510，导柱安装板440和底座100上各设置上位光电传感器510和下位光电传感器520，作为保护元件。当位置调整座位置上升超过了光电传感器510或下降超过了下位光电传感器520的位置，DSP响应信号，向直流伺服电机470发出停止或者反转的信号，以保证位置调整机构顺利工作。

图3为本发明一个具体实施例下的击球机构的结构示意图。在此实施例中，踢球机器人除设置击球机构外，还包括视觉系统(图未示出)，对当前球和球门的位置做出判断。前述DSP响应压力传感器40传来的气体压力信号，编码器480传来的位置信号和视觉系统传来的球的相关信息，迅速做出判断，决定输气阀门的开闭时间和击打杆300的位置，向电磁阀50、直流伺服电机470发出指令，使击打杆300达到合适的高度，将球击出。

图4和图5为本发明一个具体实施例下的击打装置击球时的执行示意图。当视觉系统传输球门和球的信号，需要将球以平踢的方式击出时，DSP驱动电机旋转，丝杠驱使位置调整座和击打杆上升，达到合适的位置，将球击出。反之亦然，当需要将球以挑踢的方式击出时，DSP驱动电机反向旋转，丝杠驱使位置调整座和击打杆下降，达到合适的位置，将球击出。

以上虽然描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，例如，直流伺服电机可以是其它合适的微型电机，只要能受DSP控制并输出转交信号，都可以适用，这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人气动装置，其特征在于，所述气动装置包括：

一连接板，所述连接板表面设置有多个接口，所述多个接口在所述连接板内部形成通路；

一充气单元，包括一高压球阀，所述充气单元与所述多个接口中的一第一接口密封连接；

一储气单元，所述储气单元与所述多个接口中的一第二接口密封连接；

一气压感应单元，所述气压感应单元与所述多个接口中的一第三接口密封连接，所述气压感应单元包括一压力传感器，所述压力传感器通过一第三高压接头与所述连接板连接；

一输气单元，包括一电磁阀，所述输气单元与所述多个接口中的一第四接口密封连接；

其中，所述连接板、充气单元、储气单元、气压感应单元和输气单元在高压球阀和电磁阀关闭时形成一封闭气路；

所述气动装置还包括一数字信号处理单元，所述压力传感器将压力信号向所述数字信号处理单元传输，所述数字信号处理单元响应压力信号，对当前的气体压力值进行判断，并向所述电磁阀发出控制信号，控制所述电磁阀阀门的开闭时间。

2.如权利要求1所述的气动装置，其特征在于，所述高压球阀一端通过一第一高压接头与所述连接板连接，高压球阀另一端通过一第二高压接头与一外界充气装置相通。

3.如权利要求1所述的气动装置，其特征在于，所述储气单元包括一高压气瓶，所述高压气瓶通过一气瓶接头与所述连接板连接。

4.如权利要求1所述的气动装置，其特征在于，所述电磁阀一端通过一第四高压接头与所述连接板连接，电磁阀另一端通过一第五高压接头与一气动铜管连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的气动装置，其特征在于，所述连接板呈“L”形状，所述多个接头分布设置在不同端面上。

6.如权利要求1至4任一项所述的气动装置，其特征在于，所述连接板其中至少一个端面设置有螺纹孔，该螺纹孔不与所述封闭气路相通。

7.如权利要求1至4任一项所述的气动装置，其特征在于，所述连接板内部气体通路的内表面光滑，转弯处为圆弧面，所述连接板为一体成形的金属。

8.如权利要求4所述的气动装置，其特征在于，所述第五高压接头为卡套式不锈钢接头。

9.一种踢球机器人的击球机构，其特征在于，所述击球机构包括：

至少一个权利要求1至8任一项所述的气动装置；

所述数字信号处理单元与所述气压感应单元和输气单元连接。

10.如权利要求9所述的击球机构，其特征在于，所述数字信号处理单元根据所述气压感应单元传输的信号，控制电磁阀的开闭时间。