CN106390397A - 一种全方位移动自动捡球运球辅助训练机器人 - Google Patents

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丁承君
尹李亮
高雪
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    • A63B47/02—Devices for handling or treating balls, e.g. for holding or carrying balls for picking-up or collecting
    • A—HUMAN NECESSITIES
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Abstract

本发明涉及一种全方位移动自动捡球运球辅助训练机器人，包括五部分：方位移动底盘支架Ⅰ，收球机构Ⅱ，运球机构Ⅲ、挡球机构Ⅳ和发球机构Ⅴ，其中，底盘支架包括底座1、三个分别由独立电机2驱动的全向轮3；收球机构Ⅱ带有收球毛刷，通过收球电机带动收球毛刷的旋转把球收到收球笼子9；收到收球笼子9中的球通过运球机构Ⅲ，使球传到挡球机构IV处；挡球机构Ⅳ，固定连接在球笼固定板34上，是把运球机构III与发球机构V隔离开并用于实现间歇性的发球的一组机构；发球机构Ⅴ在发球时候，两条同步带39的转向相反,通过调整推杆电机45的行程来调节发球角度。

Description

一种全方位移动自动捡球运球辅助训练机器人
技术领域
本发明属于球类运动体育器械，特别涉及一种用来提高篮球技术、解放捡球工作人员的训练篮球技术的自动捡球运球机器人，同时本机器人具有投球功能，可以参加投球比赛。
背景技术
在大型篮球馆里，运动员需要进行大量的投球训练，在训练过程中，需要解决两个问题：1、运球质量的保证。运动员需要配备专门的运球捡球专员，人工运球每次的运球角度运球力度都不会是一致的，这样每次运动员在投球时会调整自己的投篮动作，这对于运动员来说在训练过程中每次都是改变的，训练练习的是一种习惯，一种位姿保持。2、捡篮球。现有的收集已用篮球的设备是篮球输送器，篮球输送器只能收集投进篮筐的球，对于没有投进去的还需要人工捡回篮球车以备重复使用。这对于捡球专员是一项重复性太多的机械式劳动。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以自动捡球并能保证运球和发球质量的自动捡球运球辅助训练机器人。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种全方位移动自动捡球运球辅助训练机器人，包括五部分：方位移动底盘支架Ⅰ，收球机构Ⅱ，运球机构Ⅲ、挡球机构Ⅳ和发球机构Ⅴ，其中，
底盘支架包括底座1、三个分别由独立电机2驱动的全向轮3，由三个全向轮3分别固定在三条分支上；三条分支中，有两条分支的前端分别固定有横向的收球机构支撑架4，在两个收球机构支撑架4上分别和固定有竖向的升球机构短支撑架5；在第三个分支上固定有升球机构长支撑架6、发球机构固定框架7和推杆电机安装横梁8；
收球机构Ⅱ，在两个升球机构短支撑架5上分别连接有第一可调侧板10和第二可调侧板16，在两个可调侧板的前端连接有收球毛刷，收球毛刷包括筒体，在筒体的表面通过压板14固定有橡胶齿12，筒体的一端通过轴承11安装在第一可调侧板10上，另一端固定在收球电机15的输出轴上；收球笼子9成V子口，一边的两端悬挂在运球笼子17的前端，另一边的两端固定在两个收球机构支撑架4上，收球电机15固定在可调侧板16上，通过收球电机带动收球毛刷的旋转把球收到收球笼子9；
运球机构Ⅲ，通过运球机构下连接支架21固定连接在升球机构短支撑架5上，通过上连接支架27固定连接在升球机构长支撑架6上；运球机构同步带22是双面齿同步带，运球机构驱动轮29和运球机构从动轮20是带挡边同步带轮，固定在传送定位板18上，从动轮支撑轴19穿过从动轮轴实现同步带22的张紧；运球笼子17在运球机构同步带22正下方,上端固定在球笼固定板34上,下端固定在升球机构长支撑架6的下端；收到收球笼子9中球接触到同步带22后，由同步带22将球卷入运球笼子17中，通过摩擦力的作用，使球传到挡球机构IV处；
挡球机构Ⅳ，固定连接在球笼固定板34上，是把运球机构III与发球机构V隔离开并用于实现间歇性的发球的一组机构；
发球机构Ⅴ，通过转轴支撑36与连接角铁35铰接，连接角铁35固定连接到球笼固定板34上，其前端固定有发球机构支撑架42，用来支撑设置在两侧的发球机构同步带39及同步带轮，对于每一侧，发球机构同步带39安装在带挡边的发球机构主动轮38和从动轮41上，发球机构从动轮41安装在过渡联接轴40上，发球机构主动轮38受发球机构电机48的驱动；推杆电机45的推杆末端联接发球机构支撑架42，另外一端固定在推杆电机底座46上，推杆电机底座46固定在推杆电机安装横梁8上；
发球机构Ⅴ在发球时候，两条同步带39的转向相反,通过调整推杆电机45的行程来调节发球角度。
其中，挡球机构Ⅳ，包括挡球舵机30、挡球杆31和挡球杆辅助支撑杆33，挡球舵机30通过舵盘32将挡球舵机的力传递给挡球杆31，通过挡球杆31运动后的不同位置状态，实现运球机构III与发球机构V的隔开与连通；挡球杆辅助支撑杆33用来分担部分挡球杆31受到的球的推力；当需要间歇性的发球时，用到挡球机构。
本发明有益效果在于：在设计理念方面采用模块化设计思路使得结构简单紧凑。便于装配、拆卸维护。从收球模块到运球模块到发球模块，都采用了单向往复循环设计理念，机械效率高。在功能方面，适用面大，可以拾取足球、排球、篮球等。
附图说明
图1为全方位移动自动捡球运球机器人整体结构图
图2为全方位移动自动捡球运球机器人底盘整体机构图
图3为全方位移动自动捡球运球机器人收球机构整体图
图4为全方位移动自动捡球运球机器人运球机构整体图
图5为全方位移动自动捡球运球机器人挡球机构整体图
图6为全方位移动自动捡球运球机器人发球机构整体图
图7为全方位移动自动捡球运球机器人工作状态图
图1至图7中：1、底座；2、全向轮电机；3、全向轮；4、收球机构支撑架；5、升球机构短支撑架；6、升球机构长支撑架；7、发球机构固定框架；8、推杆电机安装横梁；9、收球笼子；10、可调侧板；11、轴承；12、橡胶齿；13、收球毛刷焊接件；14、压板；15、收球毛刷电机；16、可调侧板；17、运球笼子；18、传送定位板；19、从动轮支撑轴；20、运球机构从动轮；21、运球机构下连接支架；22、运球机构同步带；23、张紧轮；24、支撑轮轴；25、张紧轮侧板；26、支撑块；27、运球机构上连接支架；28、运球机构电机；29、运球机构驱动轮；30、挡球舵机；31、挡球杆；32、舵盘；33、挡球杆辅助支撑杆34、球笼固定板；35、连接角铁36、转轴支撑37、电机固定板38、发球机构驱动轮39、发球机构同步带40、过渡联接轴41、发球机构从动轮42、发球机构支撑架43、导向长圆管44、推杆电机连接板45、推杆电机46、推杆电机底座47、导向短圆管48、发球机构电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施方式进一步的详细说明：
图1为本发明的全方位移动自动捡球运球机器人整体结构图，整个自动捡球运球辅助训练机器人由五部分构成全方位移动底盘Ⅰ，收球机构Ⅱ，运球机构Ⅲ、挡球机构Ⅳ和发球机构Ⅴ。
机器人在遥控指挥下全方位底盘(结构如图2)可以在平面内平移、原地旋转，以不同转弯半径转动、斜线行走。机器人底盘支架由多条方钢管焊接而成，底座1为相互呈120°的三条分支，在底座1上又焊接有用来联接其他功能模块的方管，从而构成底盘支架。由电机2驱动的三个全向轮3分别固定在三条分支上。3个全向轮将各个电机的转动转化为可以带动底盘Ⅰ在任意方向的运动，从而实现机器人在地面内任意方向的移动。当相邻的两个电机驱动与之联接的全向轮向相反的方向转动时，机器人在地面上可以实现直线移动。当目标物在机器人侧面时，不需要控制转弯来拾取，机器人可以横向移动。当三个电机同时驱动全向轮向同一个方向转动时机器人实现原地转弯。
在两条分支的前端分别固定有横向的收球机构支撑架4和固定在其上的竖向的升球机构短支撑架5。
收球机构如图3，在升球机构短支撑架5上通过螺栓安装有上下可调的两个侧板10和16。收球毛刷包括筒体，在筒体的表面焊接有用来固定橡胶齿12的压板14，筒体的一端通过轴承11安装在可调侧板10上，另一端固定在收球电机15的输出轴上。收球笼子9成V子口，一边的两端悬挂在运球笼子17的前端，另一边的两端固定在两个收球机构支撑架4上。收球电机15固定在可调侧板16上，机器人可以把散落在地上的球，通过收球电机15使得收球毛刷14高速旋转，橡胶齿与球接触，毛刷会迅速牵引球进入收球笼子9。
运球机构如图4，通过运球机构连接支架21、27用螺栓联接固定在升球机构短支撑架5和升球机构长支撑架6上。运球机构同步带22是双面齿同步带，运球机构驱动轮29和运球机构从动轮20是带挡边同步带轮，固定在传送定位板18上，从动轮支撑轴19穿过从动轮轴实现同步带的张紧。张紧轮23增大了同步带的张紧力。运球笼子17在运球机构同步带22正下方,上端固定在球笼固定板34上,下端固定在升球机构长支撑架6的下端。通过收球机构把球收到收球笼子9中，这时橡胶齿12会从球后侧顶住球，给球一个与同步带22接触的力，当球接触到同步带22，由同步带22将球卷入运球笼子17中，通过摩擦力的作用，使球传到挡球机构IV处。运球同步带22在运球驱动带轮29，从动轮20的传动下将球压在运球笼子17下方，运球同步带22与球的相互挤压、摩擦，克服球的重力快速上传。
挡球机构如图5，是安装在球笼固定板34上的，用来把运球机构III与发球机构V隔离开的一组机构。挡球舵机30安装在球笼固定板34上，通过舵盘32将挡球舵机的力传递给挡球杆31，通过挡球杆31运动后的不同位置状态，实现运球机构III与发球机构V的隔开与连通。挡球杆辅助支撑杆33是用来辅助支撑挡球杆31的，由于运球机构III给球一个通过球笼固定板34的推力，当挡球杆运动到挡球的位置时，挡球杆辅助支撑杆33可以分担部分挡球杆31受到的球的推力，从而减少挡球杆31和挡球舵机30的负载。挡球杆辅助支撑杆33通过螺栓联接在球笼固定板34上。
当球被传输至球笼固定板34处，挡球杆31将球挡住，球与运球同步带摩擦，球在运球笼子17内原地打转。当下一个球再次拾起传送上来时，排队在下方。依次类推，直至整个笼子排满，运球机构电机28停止转动，收球毛刷电机15停止转动。
挡球机构的作用是当需要间歇性的发球时，就需要用到挡球机构。当球是连续性的发射，那么此时挡球机构的挡球杆31应该是打开的。如果需要间歇性的发球，那么此时挡球机构的挡球杆31会间歇性的打开或者关闭。
发球机构如图6，通过转轴支撑36与连接角铁35铰接，连接角铁35通过螺栓联接到球笼固定板34上。两侧的发球机构同步带39安装在带挡边同步带轮38、41上，发球机构从动轮41安装在过渡联接轴40上，发球机构主动轮38安装在发球机构电机48上。过渡联接轴40通过螺栓联接在发球机构电机固定板37上。两侧电机固定板37通过螺栓联接安装在发球机构支撑架42上。推杆电机45的推杆末端联接发球机构支撑架42，另外一端固定在推杆电机底座46上，推杆电机底座46固定在推杆电机安装横梁8上。
发球机构工作原理：发球机构是由两条高速运转的同步带组成，转速可同时达到3000r/min，且两同步带的转向相反。当球进入发球机构导轨支架上时，通过自身的重力作用下滚动。球一旦接触到两同步带，会瞬间被卷入皮带中，且球瞬间加速到与同步带同速，直至把球射出去。
机器人在遥控指挥下可以移动到指定位置，也可以停止在拾最后一个球的位置，通过调整推杆电机45的行程来调节想要的发球的角度，调整好后，推杆电机45停止移动。启动电机48，当电机达到想要的速度时，启动挡球舵机30，通过舵盘32驱动挡球杆31，挡球杆逆时针转动，退出至极限位置，使挡球杆31不再阻挡球通过球笼固定板34。此时启动运球机构电机28，运球机构驱动轮29驱动运球机构同步带22，运球机构同步带带动球到达导向短圆管47上，高速旋转的发球机构驱动轮38驱动发球机构同步带39.使得球瞬间加速，球到达导向长圆管43上，发球机构同步带继续使球加速，最后脱离发球机构同步带射向预想的位置。

Claims (1)

1.一种全方位移动自动捡球运球辅助训练机器人，包括五部分：方位移动底盘支架Ⅰ，收球机构Ⅱ，运球机构Ⅲ、挡球机构Ⅳ和发球机构Ⅴ，其中，
底盘支架包括底座(1)、三个分别由独立电机(2)驱动的全向轮(3)，由三个全向轮(3)分别固定在三条分支上；三条分支中，有两条分支的前端分别固定有横向的收球机构支撑架(4)，在两个收球机构支撑架(4)上分别和固定有竖向的升球机构短支撑架(5)；在第三个分支上固定有升球机构长支撑架(6)、发球机构固定框架(7)和推杆电机安装横梁(8)；
收球机构Ⅱ，在两个升球机构短支撑架(5)上分别连接有第一可调侧板(10)和第二可调侧板(16)，在两个可调侧板的前端连接有收球毛刷，收球毛刷包括筒体，在筒体的表面通过压板(14)固定有橡胶齿(12)，筒体的一端通过轴承(11)安装在第一可调侧板(10)上，另一端固定在收球电机(15)的输出轴上；收球笼子(9)成V子口，一边的两端悬挂在运球笼子(17)的前端，另一边的两端固定在两个收球机构支撑架(4)上，收球电机(15)固定在可调侧板(16)上，通过收球电机带动收球毛刷的旋转把球收到收球笼子(9)；
运球机构Ⅲ，通过运球机构下连接支架(21)固定连接在升球机构短支撑架(5)上，通过上连接支架(27)固定连接在升球机构长支撑架(6)上；运球机构同步带(22)是双面齿同步带，运球机构驱动轮(29)和运球机构从动轮(20)是带挡边同步带轮，固定在传送定位板(18)上，从动轮支撑轴(19)穿过从动轮轴实现同步带(22)的张紧；运球笼子(17)在运球机构同步带(22)正下方,上端固定在球笼固定板(34)上,下端固定在升球机构长支撑架(6)的下端；收到收球笼子(9)中球接触到同步带(22)后，由同步带(22)将球卷入运球笼子(17)中，通过摩擦力的作用，使球传到挡球机构IV处；
挡球机构Ⅳ，固定连接在球笼固定板(34)上，是把运球机构III与发球机构V隔离开并用于实现间歇性的发球的一组机构；
发球机构Ⅴ，通过转轴支撑(36)与连接角铁(35)铰接，连接角铁(35)固定连接到球笼固定板(34)上，其前端固定有发球机构支撑架(42)，用来支撑设置在两侧的发球机构同步带(39)及同步带轮，对于每一侧，发球机构同步带(39)安装在带挡边的发球机构主动轮(38)和从动轮(41)上，发球机构从动轮(41)安装在过渡联接轴(40)上，发球机构主动轮(38)受发球机构电机(48)的驱动；推杆电机(45)的推杆末端联接发球机构支撑架(42)，另外一端固定在推杆电机底座(46)上，推杆电机底座(46)固定在推杆电机安装横梁(8)上；
发球机构Ⅴ在发球时候，两条同步带(39)的转向相反,通过调整推杆电机(45)的行程来调节发球角度。
(2).根据权利要求(1)所述的机器人，其特征在于，挡球机构Ⅳ，包括挡球舵机(30)、挡球杆(31)和挡球杆辅助支撑杆(33)，挡球舵机(30)通过舵盘(32)将挡球舵机的力传递给挡球杆(31)，通过挡球杆(31)运动后的不同位置状态，实现运球机构III与发球机构V的隔开与连通；挡球杆辅助支撑杆(33)用来分担部分挡球杆(31)受到的球的推力；当需要间歇性的发球时，用到挡球机构。
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