CN104474683A - 一种机器人网球发球装置 - Google Patents

Abstract

一种机器人网球发球装置，它由蜗牛式壳体、电机、牛角式漏斗、支架及传动杆组成，蜗牛式壳体经铆钉与电机、牛角式漏斗连接，支架经支撑轴与电机、牛角式漏斗连接，电机经铆钉与支架连接，传动杆一端经偏心轴与支架连接、另一端经小轴与蜗牛式壳体连接。本发明结构简单合理新颖，操作简便，既能替代网球陪练员陪练，又能提高训练效果，实用性强。

Description

一种机器人网球发球装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种网球训练器材。

背景技术

目前网球训练器主要有以下几种形式，单轮式网球发球机、移动网球训练器、一种适用于网球训练的发球装置。单轮式网球发球机，结构简单、成本低、由计算机控制、不会产生卡球、可调发球速度，但不能自动移动发球，也不能调整发球方向，虽然可调发球速度、靠单个摩擦轮发球，发球速度控制性差，球路及落球点也很难控制，训练难度低且也不能提升，只能应用于简单训练动作，实用性差；移动网球训练器，使用操作方便，可移动使用，发球速度可调，落点平稳，制作成本低，但不能自动移动发球，也不能自动调整发球方向，虽然可调发球速度，能移动使用，但很难实现高难度训练动作，对球路及落球点不易控制，自动化程度低，灵敏度差，不利于技能的提升；一种适用于网球训练的发球装置，结构简单，安全可靠，成本低，操作简单，但不能模拟陪练员移动发球动作发球，虽然转动轴安装在套管内并可相对套管上下移动，亦可360°旋转，但不能自动调整发球角度、并且转动轴和炮筒连接也无法旋转，也没有驱动调整发球方向和旋转的动力机构，只能靠人操作利用底座四周设置有方向脚轮来转动，自动化程度低，随机性差，训练难度低，运动员的训练技能很难提升，另外投球口上端敞口设有控制器，因此靠感应装置及气动开关很难控制每次发球个数，不能模拟陪练员陪练发球动作，直接影响训练人员的技能提升。

发明内容

本发明的目的是：提供一种机器人网球发球装置，它结构简单合理新颖，操控简便，造价低，能克服背景技术中的缺陷并兼具其优点，训练效果好，实用性强。

实现本发明所采取的技术方案是：该设备由蜗牛式壳体、电机、牛角式漏斗、支架及传动杆组成，蜗牛式壳体经铆钉与电机、牛角式漏斗连接，支架经支撑轴与电机、牛角式漏斗连接，电机经铆钉与支架连接，传动杆一端经偏心轴与支架连接、另一端经小轴与蜗牛式壳体连接。

为了给击打网球不同动作提供动力，调节击打网球力的大小，模拟陪练员走动发球、正手抽球、调球及高压球等动作，该电机有三台，第一台为变频电动机经铆钉与蜗牛式壳体连接，它的轴垂直插入蜗牛式壳体内、轴端经螺栓连接着发球器；第二台为步进电机经铆钉连接在蜗牛式壳体上侧，它的轴上有锥形齿轮、击发器和齿轮；第三台为变频电动机经铆钉、轴承连接在支架下端。

为了模拟陪练员各种击打网球动作，及提高训练员接球的难度，蜗牛式壳体出球口的处一段腔体为倒喇叭式且内壁上有螺旋线，出球口外侧套着一个能扭动的喇叭式出球管，出球管内壁上有螺旋线并经滚轮与蜗牛式壳体出球口处一段腔体活动连接，出球口的一面设置有小轴，出球口左侧面有一小圆孔、右侧面有一大圆孔、上侧面有一个矩形孔，小圆孔、大圆孔及牛角式漏斗下口圆心相对；牛角式漏斗内设置有半球形球模，沿半球形球模开口直径上有轴，该轴经轴承与牛角式漏斗壁滚动接触，其轴端有锥形齿轮。

为了模拟陪练员走动击打网球各种动作，在支架上端设置有支撑轴、下端设置了三个槽轮均经轴承与支架连接，第一个槽轮与第三台变频电动机共轴并且和第二个槽轮在一条道轨上滚动，第三个槽轮在另一条道轨上滚动，第三个槽轮上有偏心轴经传动杆与蜗牛式壳体出球口一面的小轴连接。

为了将网球精准地击打到训练员区域内，设置的发球器为异径管状，发球器大径端为球缺状，两球缺开口圆心相对，发球器小径端为椭圆开口，椭圆开口一侧有一个弹簧式直角三角形控制开关，该控制开关小锐角端经铆钉固定连接在发球器壁上、大锐角端伸入发球器壁内、直角端伸出发球器壁外并带有微型滚轮和矩形孔、矩形孔内穿插着一个一端带弹簧楔子状滑动块、滑动块沿发球器上长方形导向槽内滑动。

本发明的积极效果是：结构简单合理新颖，能模拟陪练员走动发球、正反手抽球、调球、击打高压球等高难度动作，用力可调节，既能定点发球、又能多方向发球、能覆盖训练员的整个训练场区、并且可连续调节发球方向、击打出的球运动方向可随机变化、并且可旋转有力精准，能实现对球路及落球点的控制，训练员接球难度大，训练难度高，但也可降低训练难度，比同类器材发球灵活、机动、快捷、发球自动化程度高等，能训练运动员的反应能力和随机应变能力，能对训练员每个动作进行训练，能满足训练员体能与实战训练的需要，技能训练提升快，也可供教学使用和个人娱乐，实用性强。在使用时对周围环境和居民生活没有任何影响，不仅适用公共活动场所、绿地、也适用于居民小区活动锻炼，适用范围广，在制作方面与同类器材及主要部件相比容易制作，制作用工少、耗能低，所用材料来源广、价格低、容易推广和普及。

附图说明

附图1为本发明外部结构示意图；

附图2为附图1的侧视图；

附图3为附图1的俯视图；

附图4为附图1的A-A向蜗牛式壳体剖视图；

附图5为附图2上的B-B向牛角式漏斗剖视图；

附图6为附图4上的发球器外部结构示意图；

附图7为附图6的俯视图；

附图8为附图5上半球形球模外部结构示意图；

附图9为附图8的俯视图；

附图10为附图4上的滚轮及带齿滚动架外部结构示意图；

附图11为附图10的俯视图；

附图12为附图10的侧视图；

附图13为模块控制电机的系统示意图；

附图14为第二台步进电机轴上的击发器大样图；

附图15为附图14的侧视图；

附图16为附图6的局部结构大样图；

附图17为附图16的俯视图；

附图18为附图16的C-C向剖视图。

具体实施方式

本发明如附图1、2、3所示，该设备由电机1、蜗牛式壳体2、牛角式漏斗3、支架4及传动杆42组成，蜗牛式壳体2经铆钉与电机1、牛角式漏斗3连接，支架4经支撑轴与电机1、牛角式漏斗3连接，电机经铆钉与支架连接，传动杆42一端经偏心轴4131与支架4连接、另一端经小轴23与蜗牛式壳体连接。为了击打网球不同动作提供动力、调节击打网球力的大小，模拟陪练员走动发球、正反手抽球、调球及击打高压球等高难度动作，该电机1有三台，第一台为变频电动机11经铆钉连接在蜗牛式壳体2上，它的轴垂直插入蜗牛式壳体2内，它的轴端经螺栓连接着发球器111，发球器111为异径管状，大径端为球缺状，两球缺开口圆心相对，小缺圆开口1111用与第一台变频电动机11轴端螺栓连接，大缺圆开口1112用来放入球，发球器111小径端为椭圆开口、一侧壁上有一个弹簧式直角三角形控制开关1113，直角三角形控制开关1113的小锐角端11131经铆钉连接在发球器111壁上，大锐角端11132伸入发球器111内，直角端11133伸出发球器壁外并带有微型滚轮11134和矩形孔，矩形孔内穿插着一个一端带弹簧11135的楔子状滑动块11136，滑动块11136沿发球器111外壁上长方形导向槽11137内滑动，弹簧11135内有导向杆，导向杆一端与滑动块11136经螺栓连接、另一端穿插在发球器111壁上的固定块11138上的孔内；第二台为步进电机12经铆钉连接在蜗牛式壳体2上侧，步进电机12的轴上有锥形齿轮121、击发器122和齿轮123；第三台为变频电动机13经铆钉、轴承连接在支架4下端，这三台电机1由一个控制模块5控制（如图1、2、3、4、6、7、13、14、15、16、17、18所示）。为了模拟陪练员调小球、调高球动作，使击打出的球旋转有力精准、可随机改变网球运动方向、杀伤力强，能提高训练员接球反应速度和随机应变能力，，蜗牛式壳体2出球口22处一段腔体为倒喇叭式、且内壁上有螺旋线，出球口外侧套着一个能扭动的喇叭式出球管25，出球管25内壁上有螺旋线、并经滚轮250和蜗牛式壳体出球口22处一段腔体滚动连接，该滚轮250有两种，第一种有四个等径滚轮2501经轮架2502等距离连接在出球管25内壁上、沿出球管25长度方向滚动且只能在蜗牛式壳体出球口22处一段腔体外壁上设置的第一种滚轮槽2503内滚动，第一种滚轮槽2503有四个，分别和第一种四个等径滚轮2501对应；第二种有八个滚轮2504，一个大号滚轮25041、两个中号等径滚轮25042和五个小号等径滚轮25043，它们分别经轴均连接在一个带齿2506的滚动架2505上，其中一个大号滚轮25041、一个小号滚轮25043和两个中号等径滚轮25042等距离设置在带齿滚动架2505的一个圆周上，大号滚轮25041和小号滚轮25043在带齿滚动架2505直径上对称设置，两个等径的中号滚轮25042设置在大、小号滚轮的两侧，另外四个小号滚轮25043等距离设置在带齿滚动架2505的另一个圆周上，大号、中号和小号八个滚轮2504均在蜗牛式壳体出球口22处一段腔体外壁圆周上同一个槽内滚动，带齿滚动架2505上的齿2506和第二台步进电机12轴上的齿轮123啮合，在蜗牛式壳体2出球口22的一面设置有小轴23用来调节击打网球各种动作角度、左侧面的小圆孔用来插入第一台变频电动机11的轴、右侧面的大圆孔用来放球、上侧面的矩形孔24用来通过击发器122；牛角式漏斗3下口和蜗牛式壳体2出球口22左侧面的小圆孔、右侧面的大圆孔及发球器111大径端两球缺开口圆心相对；牛角式漏斗3内设置有半球形球模31，沿半球形球模31开口直径上设置有轴32，该轴32经轴承与牛角式漏斗3壁滚动接触，该轴32一端有锥形齿轮33和第二台步进电机12轴上的锥形齿轮121啮合（如图1、2、3、4、5、8、9、10、11、12所示）。为了模拟陪练员走动发球、正反手抽球、调球及击打高压球等高难度动作，在支架4上端设置有支撑轴、下端设置了三个槽轮41，三个槽轮41均经轴承及轴连接在支架4下端，第一个槽轮411和第三台变频电动机13共轴并和第二个槽轮412在一条半圆弧形道轨4120上滚动，第三个槽轮413在另一条半圆弧形道轨4130上滚动，两半圆弧形道轨4120、4130的圆心为同心，第三个槽轮413上有偏心轴经传动杆42与蜗牛式壳体2出球口22一面的小轴23活动连接，传动杆42上有调节孔，传动杆用来调节击打网球的角度（如图1、2、3所示）。

本发明工作原理及使用方法：在击打网球区内设置两道同心半圆弧形道轨4120、4130，半圆弧形道轨4120、4130开口朝向网球网，将该器材放在道轨上，第一槽轮411和第二个槽轮412放在大半径半圆弧形道轨4120上，第三个槽轮413放在小半径半圆弧形道轨4130上，然后启动该器材，三台电机1在设定的程序控制下，第三台变频电动机13驱动槽轮411在半圆弧形道轨4120上往返移动，也驱动了该设备在两条道轨上往返移动；第二台步进电机12经锥形齿轮121、33驱动牛角式漏斗3内的半球形球模31转动，牛角式漏斗3内的球模31将网球逐个放入蜗牛式壳体2内的发球器111内，发球器111在第一台变频电动机11的驱动作用下产生的离心力使网球从发球器111大径端移动到发球器111的小径端椭圆口处被弹簧式直角三角形控制开关1113控制，当发球器111小径端转动到蜗牛式壳体2出球口22上侧面上的矩形孔24时，被第二台步进电机12轴上的击发器122触碰到直角三角形控制开关1113上的滑动块11136，滑动块11136顺长方形导向槽11137滑动被压入直角三角形控制开关1113直角端上的矩形孔内，伸入发球器111内的直角三角形控制开关1113的大锐角瞬间变大、伸向发球器111外，网球脱离发球器111经蜗牛式壳体2出球口22进入出球管25，在出球管25螺旋线作用下产生旋转，第二台步进电机12轴上的齿轮123驱动带齿滚轮架2505转动，在大号、中号及小号滚轮250作用下，出球管25产生扭动，使击打出的网球运动方向随及发生改变，可调小球也可调高球，直角三角形控制开关1113上的滑动块11136在它一端的弹簧作用下恢复原位，直角三角形控制开关1113的大锐角11132变小又伸入到发球器111内、控制下一个球，重复上述过程，该器材可继续陪练球。由于第三个槽轮413上有偏心轴经传动杆42与蜗牛式壳体2出球口22的一面的小轴23活动连接，击打网球角度可连续改变，给训练员提供发球、正反手抽球、调球、击打高压球等高难度训练动作，加之出球管25的扭动，出球方向复合连续变化，能训练运动员的反应能力和随机应变的能力，训练员的技能提升快。如果对训练员的某个动作进行训练，将该装置停在道轨上某个位置、且用传动杆调整该动作的发球角度，再卸下第二台步进电机轴端的齿轮、让出球管25扭动到该训练动作需要的位置即可。

Claims (7)

1.一种机器人网球发球装置，其特征在于：它由蜗牛式壳体、电机、牛角式漏斗、支架及传动杆组成，蜗牛式壳体经铆钉与电机、牛角式漏斗连接，支架经支撑轴与电机、牛角式漏斗连接，电机经铆钉与支架连接，传动杆一端经偏心轴与支架连接、另一端经小轴与蜗牛式壳体连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人网球发球装置，其特征在于：所述的电机有三台，第一台为变频电动机经铆钉连接在蜗牛式壳体上，该变频电动机的轴垂直插入蜗牛式壳体内、轴端经螺栓连接着发球器；第二台为步进电机经铆钉连接在蜗牛式壳体上侧；第三台为变频电动机经铆钉、轴承连接在支架下端。

3.根据权利要求1所述的一种机器人网球发球装置，其特征在于：所述的蜗牛式壳体出球口处一段腔体为倒喇叭式，出球口外侧套着一个喇叭式出球管，出球管内壁上有螺旋线并经滚轮与蜗牛式壳体出球口处一段腔体活动接触，出球口的一面有小轴，出球口的左侧面有小圆孔、右侧面有大圆孔、上侧面有矩形孔。

4.根据权利要求1所述的一种机器人网球发球装置，其特征在于：所述的牛角式漏斗内有半球形球模，沿球模开口直径有轴，该轴经轴承与牛角式漏斗壁滚动接触，轴的一端有锥形齿轮。

5.根据权利要求1所述的一种机器人网球发球装置，其特征在于：所述的支架下端有三个经轴承连接的槽轮，第一个槽轮和第三台变频电动机共轴并且和第二个槽轮在一条道轨上滚动，第三个槽轮在另一条道轨上滚动，第三个槽轮上的偏心轴经传动杆与蜗牛式壳体出球口一面的小轴连接，调节杆上有调节孔；两条道轨为半圆弧形，两半圆弧道轨的圆心同心，半圆弧形道轨开口朝向网球网。

6.根据权利要求2所述的一种机器人网球发球装置，其特征在于：所述的发球器为异径管状，发球器大径端为球缺状，两球缺开口圆心相对；发球器小径端为椭圆开口，椭圆开口一侧有一个弹簧式直角三角形控制开关，控制开关小锐角端经铆钉固定连接在发球器壁上，控制开关大锐角伸入发球器壁内，控制开关直角端伸出发球器壁外、并带有微型滚轮和矩形孔，矩形孔内穿插着一个带弹簧楔子状滑动块，滑动块沿发球器外壁上的长方形导向槽内滑动。

7.根据权利要求3所述的一种机器人网球发球装置，其特征在于：所述的滚轮有两种，第一种有四个等径滚轮经轮架等距离等距离连接在出球管内壁上、沿出球管长度方向滚动且只能在蜗牛式壳体出球口处一段腔体外壁上设置的第一种滚轮槽内滚动，第一种滚轮槽有四个，分别和第一种四个等径滚轮对应；第二种有八个滚轮，一个大号滚轮、两个中号等径滚轮和五个小号等径滚轮，它们分别经轴均连接在一个带齿的滚动架上，其中一个大号滚轮、一个小号滚轮和两个中号等径滚轮等距离设置在带齿滚动架的一个圆周上，大号滚轮和小号滚轮在带齿滚动架直径上对称设置，两个等径的中号滚轮设置在大、小号滚轮的两侧，另外四个小号等径滚轮等距离设置在带齿滚动架的另一个圆周上，大号、中号和小号八个滚轮均在蜗牛式壳体出球口腔体一段外壁上同一个槽内滚动。