CN106924955A - 一种全向移动的网球发球机器人及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全向移动的网球发球机器人及使用方法，它包括四驱移动底盘，所述四驱移动底盘的顶部安装有用于储存网球的储球器，所述储球器的底部安装有送球装置，所述送球装置的出口与送球管道相连，所述送球管道的出口与发球机构相连，它还包括电控硬件和电控软件。能模拟真人发球，以满足运动员以及网球爱好者的训练需求。

Description

一种全向移动的网球发球机器人及使用方法

技术领域

本发明涉及一种发球机，尤其是指一种可以全方向移动在不同位置，以不同角度、不同速度发射网球的发球机器人及使用方法。

背景技术

网球项目不仅仅是一种高雅的贵族运动，也是让我们心情愉快、陶冶情操、充满活力的运动。越来越多的人利用周末的时间去网球场练习网球，在网球训练中我们最先接触的就是网球发球机了，网球发球机可以帮助你更方便，更快的进行训练。

目前市场上存在的网球发球机的发球大多是利用空气压缩的原理工作，网球被装入一个窄口中固定，窄口直径比球的直径略小，利用空气压缩机压缩空气，推挤网球穿过窄口，网球被发射。这种发球机以气体压力为动力，构件复杂，外形体积较大，其缺点在于空气压缩过程噪音大，网球易磨损，空气压缩消耗的功率较大，难以使用蓄电池供电，移动性不好。而且普通的网球发球机只能放在一个固定的位置发球，而且发球时的速度和仰角也是不可调节，这样发过来的球没有难度，容易让人感到乏味，没有与真人对打的快感。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种全向移动的网球发球机器人及使用方法，能模拟真人发球，以满足运动员以及网球爱好者的训练需求。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种全向移动的网球发球机器人，它包括四驱移动底盘，所述四驱移动底盘的顶部安装有用于储存网球的储球器，所述储球器的底部安装有送球装置，所述送球装置的出口与送球管道相连，所述送球管道的出口与发球机构相连，它还包括电控硬件和电控软件。

所述四驱移动底盘采用具有减震悬挂和麦克拉姆全向轮，它包括车架，所述车架的上顶部安装有双层底板，悬架安装在车架与空心杯电机的安装板之间，所述空心杯电机的输出轴与麦克拉姆全向轮相连能够使四驱移动底盘全向移动。

所述车架采用铝型材搭建而成。

所述储球器包括支撑架，所述支撑架的顶部支撑安装有托盘，所述托盘的顶部安装有承载拨轮，所述承载拨轮由带蜗轮蜗杆减速器的直流电机驱动，所述托盘的外缘均布安装有多根储球架，所述储球架上支撑安装六根垂直环形均布的储球管，所述储球管的下料口设置在承载拨轮的正上方，所述承载拨轮采用三叶片式结构，相邻两个叶片之间的空位能够容纳一个网球。

所述送球装置包括箱体，所述箱体与箱盖通过螺栓安装组合在一起，在其内部形成容纳拨轮的圆柱空腔以及与圆柱空腔相切的入球通道和出球通道，限位环用紧定螺钉固定在步进电机的D型输出轴上对拨轮定位，所述步进电机固定安装在箱体的外侧壁上。

所述送球管道包括连接储球器与送球装置入球通道的直管，连接送球装置出球通道的弯头管，连接发球机构的螺纹软管以及连接弯头管与螺纹软管的弯曲管，所述弯曲管通过卡箍固定在储球器的支撑架上。

所述发球机构包括支撑侧板，所述支撑侧板固定安装在移动底盘的底板上，所述支撑侧板的外端面通过舵机支架固定安装有大功率舵机，所述大功率舵机的连接盘与凸缘联轴器的凸缘相连，D型转轴穿过支撑梁，并用紧定螺钉与其固定在一起，D型转轴的一端插入凸缘联轴器中心孔并与其固连，另一端支撑在带挡边轴承上，所述带挡边轴承放入支撑侧板的安装孔后，用限位环来限定其轴向位置，所述支撑梁上固定安装有无刷电机支架，所述无刷电机支架上安装有两个无刷电机和发射筒，所述无刷电机的下方连接有摩擦轮内衬，所述摩擦轮内衬上套装有硅胶摩擦轮，其中两个所述硅胶摩擦轮对称布置在发射筒的两侧。

所述电控硬件分为两个部分并分别放置在电控盒和电池盒内，包括单片机控制板、电源稳压板、直流电机驱动板、步进电机驱动板、无刷电调、锂电池和电源开关，这两个盒子固定在四驱移动底盘上底板中央位置两侧；所述单片机控制板为电控系统的智能核心，所述电源稳压板用于把锂电池电源稳压成12V和5V为电控各硬件提供电源，所述直流电机驱动板用于驱动储球器的直流电机和四驱移动底盘的空心杯电机，步进电机驱动板用于驱动送球装置的步进电机，无刷电调用于驱动发球机构的无刷电机，上述硬件容纳在电控盒中，而电池盒里含有锂电池和电源开关。

所述电控软件为控制发球机器人的单片机程序，由这个程序控制四驱移动底盘的全向移动；控制储球器和拨球机构各自拨轮的转动；控制发球机构的发射筒的仰角以及硅胶摩擦轮弹射网球的力度。

任意一项网球发球机器人的使用方法，它包括以下步骤：

1）将网球由下而上放置在储球器的六根储球管202中；

2）打开电池盒的电源开关，网球从储球管落到托盘与拨轮叶片之间形成的空位中，当网球由拨轮驱动下转到托盘唯一开孔处时，网球又会落入储球器下方的送球装置中；

3）送球装置中的拨轮把网球通过送球管道推向发球机构；

4）调节发球机构中的大功率舵机进而调节发射筒的仰角，当网球经过高速旋转的硅胶摩擦轮时，网球会从发射筒以设定的角度弹射出去。

本发明有如下有益效果：

1、本发明可以实现网球发球机可以全向移动，并以不同角度和不同速度发射网球，它能满足运动员以及网球爱好者的训练需求，也减轻了教练员的劳动强度，同时其制造成本低廉，使用方便，能适用于不同地面条件的运动场地。

2、通过将悬挂连接在车架与空心杯电机安装板之间，其中悬挂上的避震弹簧可以减小网球弹射时产生的后坐力，所述麦克拉姆全向轮由空心杯电机带动旋转，可使四驱移动底盘全向移动。

3、所述拨轮有三个叶片组成，相邻两个叶片之间的空位可容纳一个网球，拨轮由带蜗轮蜗杆减速器的直流电机驱动下而慢速旋转，所述托盘承载拨轮叶片间的网球，托盘开有一孔，当其上网球在拨轮驱动下转到托盘的这个孔位时，网球会落下，掉入送球装置中，同时储球管内的网球会立即补充到拨轮叶片空位中，所述支撑架用于支撑储球器，同时其内侧空间安装送球装置。

4、所述拨轮有三个叶片，相邻两个叶片之间的空位可容纳一个网球，它通过其轴颈上的径向螺纹孔用紧定螺钉固定在步进电机D型输出轴上，所述步进电机的前端带有减速器，并安装在箱体外侧，它驱动拨轮把入球通道下来的网球逐个推向出球通道。

5、所述无刷电机的下方连接有摩擦轮内衬，所述两个硅胶摩擦轮套在各自摩擦轮内衬上，它们布局在发射筒两侧，当网球在送球装置的拨轮驱使下经过高速旋转的硅胶摩擦轮时，网球会从发射筒弹射出去。

6、所述的电控软件为控制发球机器人的单片机程序，由这个程序控制四驱移动底盘的全向移动，储球器和拨球机构各自拨轮的转动，以及发球机构发射筒的仰角和硅胶摩擦轮弹射网球的力度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的整体结构图。

图2为本发明的四驱移动底盘结构图。

图3为本发明的储球器结构图。

图4为本发明的送球装置结构图。

图5为本发明的送球管道安装图。

图6为本发明的发球机构结构图。

图中：四驱移动底盘10、储球器20、送球装置30、送球管道40、发球机构50、电控硬件60；

车架101、双层底板102、悬架103、空心杯电机104、麦克拉姆全向轮105；

储球架201、储球管202、承载拨轮203、托盘204、直流电机205、支撑架206；

箱盖301、拨轮302、箱体303、限位环304、步进电机305、入球通道306、出球通道307；

直管401、弯头管402、卡箍403、弯曲管404；

支撑侧板501、舵机支架502、大功率舵机503、凸缘联轴器504、支撑梁505、D型转轴506、带挡边轴承507、无刷电机支架508、无刷电机509、硅胶摩擦轮510、摩擦轮内衬511、发射筒512。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

结合参照图1，本发明提供的一种全向移动的网球发球机器人包括四驱移动底盘10、储球器20、送球装置30、送球管道40、发球机构50、电控硬件60和电控软件；所述四驱移动底盘10的顶部安装有用于储存网球的储球器20，所述储球器20的底部安装有送球装置30，所述送球装置30的出口与送球管道40相连，所述送球管道40的出口与发球机构50相连，它还包括电控硬件60和电控软件。本发明的四驱移动底盘10具有减震悬挂和麦克拉姆全向轮，其发球机构50采用双摩擦轮挤压弹射方式来发球，它可实现在网球场全方位移动，并以不同仰角，不同速度发射网球。

结合参照图2，所述的四驱移动底盘10包括车架101、底板102、悬挂103、空心杯电机104和麦克拉姆全向轮105，四驱移动底盘10中的车架101由3030铝型材搭建而成，底板102分上、下两层铺设在车架101上，悬挂103连接在车架101与空心杯电机104安装板之间，其中的避震弹簧可以减小网球弹射时产生的后坐力，麦克拉姆全向轮105由空心杯电机104带动旋转，可使四驱移动底盘10全向移动。

结合参照图3，所述的储球器20，包括储球架201、储球管202、拨轮、托盘204、直流电机205和支撑架206，所述储球架201用于支撑六根垂直环形均布的储球管202，所述储球管202内径为65mm，网球逐个由下而上地垂直放置在其中，所述拨轮有三个叶片组成，相邻两个叶片之间的空位可容纳一个网球，拨轮由带蜗轮蜗杆减速器的直流电机205驱动下而慢速旋转，所述托盘204承载拨轮叶片间的网球，托盘204开有一孔，当其上网球在拨轮驱动下转到托盘的这个孔位时，网球会落下，掉入送球装置30中，同时储球管202内的网球会立即补充到拨轮叶片空位中，所述支撑架206用于支撑储球器20，同时其内侧空间安装送球装置30。

结合参照图4，所述的送球装置30包括箱盖301、拨轮302、箱体303、限位环304和步进电机305，所述箱体303与箱盖301通过螺栓安装合在一起，它们内部形成了容纳拨轮302的圆柱空腔以及与圆柱空腔相切的入球通道和出球通道，所述限位环304用紧定螺钉固定在步进电机305D型输出轴上，用于限制拨轮302轴向位置，所述拨轮302有三个叶片，相邻两个叶片之间的空位可容纳一个网球，它通过其轴颈上的径向螺纹孔用紧定螺钉固定在步进电机305D型输出轴上，所述步进电机305的前端带有减速器，并安装在箱体303外侧，它驱动拨轮302把入球通道下来的网球逐个推向出球通道。

结合参照图5，所述的送球管道40，包括连接储球器20与送球装置30入球通道的直管401，连接送球装置30出球通道的弯头管402，连接发球机构50的螺纹软管405以及连接弯头管402与螺纹软管405的弯曲管404，所述弯曲管404被卡箍403固定储球器20的支撑架206上。

结合参照图6，所述的发球机构50，包括两个支撑侧板501、舵机支架502、大功率舵机503、凸缘联轴器504、支撑梁505、D型转轴506、带挡边轴承507、无刷电机支架508、两个无刷电机509、两个硅胶摩擦轮510、两个摩擦轮内衬511和发射筒。发球机构50中支撑侧板501安装移动底盘10的底板102上，用于支撑发球机构50，大功率舵机503通过舵机支架502安装在支撑侧板501外侧，其舵机连接盘与凸缘联轴器504的凸缘固连，D型转轴506穿过支撑梁505，并用紧定螺钉与其固定在一起，D型转轴506的一端插入凸缘联轴器504中心孔并与其固连，另一端支撑在带挡边轴承507上；带挡边轴承507放入支撑侧板501的安装孔后，用限位环来固定其轴向位置，无刷电机支架508与支撑梁505固连，其上安装有两个无刷电机509和发射筒512，无刷电机509的下方连接有摩擦轮内衬511，两个硅胶摩擦轮510套在各自摩擦轮内衬511上，它们布局在发射筒512两侧，当网球在送球装置30的拨轮302驱使下经过高速旋转的硅胶摩擦轮510时，网球会从发射筒512弹射出去。

进一步的，所述电控硬件60包括单片机控制板，电源稳压板，直流电机驱动板，步进电机驱动板，80A无刷电调以及24V锂电池和电源开关，电控硬件分为两个部分并分别放置在电控盒和电池盒内，这两个盒子固定在四驱移动底盘10上底板中央位置两侧；所述单片机控制板为电控系统的智能核心，所述电源稳压板用于把24V锂电池电源稳压成12V和5V为电控各硬件提供电源，所述直流电机驱动板用于驱动储球器20的直流电机205和四驱移动底盘10的空心杯电机104，步进电机驱动板用于驱动送球装置30的步进电机305，80A无刷电调用于驱动无刷电机509，上述硬件容纳在电控盒中，而电池盒里含有24V锂电池和电源开关。

进一步的，所述电控软件为控制发球机器人的单片机程序，由这个程序控制四驱移动底盘10的全向移动，储球器20和拨球机构30各自拨轮的转动，以及发球机构50发射筒512的仰角和硅胶摩擦轮510弹射网球的力度。

实施例2：

任意一项网球发球机器人的使用方法，它包括以下步骤：

1）将网球由下而上放置在储球器20的六根储球管202中；

2）打开电池盒的电源开关，网球从储球管202落到托盘204与拨轮203叶片之间形成的空位中，当网球由拨轮203驱动下转到托盘唯一开孔处时，网球又会落入储球器20下方的送球装置30中；

3）送球装置30中的拨轮302把网球通过送球管道40推向发球机构50；

4）调节发球机构50中的大功率舵机503进而调节发射筒512的仰角，当网球经过高速旋转的硅胶摩擦轮510时，网球会从发射筒512以设定的角度弹射出去。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (10)

1.一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：它包括四驱移动底盘（10），所述四驱移动底盘（10）的顶部安装有用于储存网球的储球器（20），所述储球器（20）的底部安装有送球装置（30），所述送球装置（30）的出口与送球管道（40）相连，所述送球管道（40）的出口与发球机构（50）相连，它还包括电控硬件（60）和电控软件。

2.根据权利要求1所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述四驱移动底盘（10）采用具有减震悬挂和麦克拉姆全向轮，它包括车架（101），所述车架（101）的上顶部安装有双层底板（102），悬架（103）安装在车架（101）与空心杯电机（104）的安装板之间，所述空心杯电机（104）的输出轴与麦克拉姆全向轮（105）相连能够使四驱移动底盘（10）全向移动。

3.根据权利要求2所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述车架（101）采用铝型材搭建而成。

4.根据权利要求1所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述储球器（20）包括支撑架（206），所述支撑架（206）的顶部支撑安装有托盘（204），所述托盘（204）的顶部安装有承载拨轮（203），所述承载拨轮（203）由带蜗轮蜗杆减速器的直流电机（205）驱动，所述托盘（204）的外缘均布安装有多根储球架（201），所述储球架（201）上支撑安装六根垂直环形均布的储球管（202），所述储球管（202）的下料口设置在承载拨轮（203）的正上方，所述承载拨轮（203）采用三叶片式结构，相邻两个叶片之间的空位能够容纳一个网球。

5.根据权利要求1所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述送球装置（30）包括箱体（303），所述箱体（303）与箱盖（301）通过螺栓安装组合在一起，在其内部形成容纳拨轮（302）的圆柱空腔以及与圆柱空腔相切的入球通道（306）和出球通道（307），限位环（304）用紧定螺钉固定在步进电机（305）的D型输出轴上对拨轮（302）定位，所述步进电机（305）固定安装在箱体（303）的外侧壁上。

6.根据权利要求1所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述送球管道（40）包括连接储球器（20）与送球装置（30）入球通道的直管（401），连接送球装置（30）出球通道的弯头管（402），连接发球机构（50）的螺纹软管（405）以及连接弯头管（402）与螺纹软管（405）的弯曲管（404），所述弯曲管（404）通过卡箍（403）固定在储球器（20）的支撑架（206）上。

7.根据权利要求1所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述发球机构（50）包括支撑侧板（501），所述支撑侧板（501）固定安装在移动底盘（10）的底板（102）上，所述支撑侧板（501）的外端面通过舵机支架（502）固定安装有大功率舵机（503），所述大功率舵机（503）的连接盘与凸缘联轴器（504）的凸缘相连，D型转轴（506）穿过支撑梁（505），并用紧定螺钉与其固定在一起，D型转轴（506）的一端插入凸缘联轴器（504）中心孔并与其固连，另一端支撑在带挡边轴承（507）上，所述带挡边轴承（507）放入支撑侧板（501）的安装孔后，用限位环来限定其轴向位置，所述支撑梁（505）上固定安装有无刷电机支架（508），所述无刷电机支架（508）上安装有两个无刷电机（509）和发射筒（512），所述无刷电机（509）的下方连接有摩擦轮内衬（511），所述摩擦轮内衬（511）上套装有硅胶摩擦轮（510），其中两个所述硅胶摩擦轮（510）对称布置在发射筒（512）的两侧。

8.根据权利要求1所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述电控硬件（60）分为两个部分并分别放置在电控盒和电池盒内，包括单片机控制板、电源稳压板、直流电机驱动板、步进电机驱动板、无刷电调、锂电池和电源开关，这两个盒子固定在四驱移动底盘（10）上底板中央位置两侧；所述单片机控制板为电控系统的智能核心，所述电源稳压板用于把锂电池电源稳压成12V和5V为电控各硬件提供电源，所述直流电机驱动板用于驱动储球器（20）的直流电机（205）和四驱移动底盘（10）的空心杯电机（104），步进电机驱动板用于驱动送球装置（30）的步进电机（305），无刷电调用于驱动发球机构（50）的无刷电机（509），上述硬件容纳在电控盒中，而电池盒里含有锂电池和电源开关。

9.根据权利要求1所述的一种全向移动的网球发球机器人，其特征在于：所述电控软件为控制发球机器人的单片机程序，由这个程序控制四驱移动底盘（10）的全向移动；控制储球器（20）和拨球机构（30）各自拨轮的转动；控制发球机构（50）的发射筒（512）的仰角以及硅胶摩擦轮（510）弹射网球的力度。

10.采用权利要求1-9任意一项网球发球机器人的使用方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）将网球由下而上放置在储球器（20）的六根储球管202中；

2）打开电池盒的电源开关，网球从储球管（202）落到托盘（204）与拨轮（203）叶片之间形成的空位中，当网球由拨轮（203）驱动下转到托盘唯一开孔处时，网球又会落入储球器（20）下方的送球装置（30）中；

3）送球装置（30）中的拨轮（302）把网球通过送球管道（40）推向发球机构（50）；

4）调节发球机构（50）中的大功率舵机（503）进而调节发射筒（512）的仰角，当网球经过高速旋转的硅胶摩擦轮（510）时，网球会从发射筒（512）以设定的角度弹射出去。