CN107398909B - 一种飞盘发射机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞盘发射机器人，该机器人包括发射装置，所述发射装置包括发射台以及设于所述发射台上的轨道、转盘、用于存储飞盘的飞盘箱以及舵机，所述轨道呈弧形设置，所述轨道和所述转盘之间形成供飞盘飞出的通道；所述舵机位于轨道一端，且安装有用于推动飞盘进入通道的拨片；所述飞盘箱底部设有容纳一个飞盘的缺口。本发明中通过发射装置的设计，可以实现飞盘基本的发射功能，还可以实现飞盘的自动进给；使用时，将飞盘装入到飞盘箱内，舵机带动拨片推动最下边飞盘进入到轨道里，然后利用转盘和轨道的摩擦力带动飞盘加速旋转飞出；可以通过改变转盘的转速以及改变转盘与轨道之间摩擦力的大小来改变飞盘的发射距离。

Description

一种飞盘发射机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人技术，特别涉及一种具有改变飞盘发射角度性能的飞盘发射机器人。

背景技术

近年来，机器人已经在我们的生活中得到了广泛的利用。作为机器人的一个重要领域，娱乐机器人或竞赛机器人也在快速发展，用于飞盘投射竞赛或用于训犬逗狗的飞盘发射机器人就是一种典型应用。但是现有的飞盘发射装置不能调整飞盘发射角度，从而使飞盘落点无法快速灵活地调整。

因此需要对飞盘发射机器人的进行改进，以解决飞盘发射机器人存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新的飞盘发射机器人，该飞盘发射机器人具有改变飞盘发射角度的性能。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种飞盘发射机器人，包括发射装置，所述发射装置包括发射台以及设于所述发射台上的轨道、转盘、用于存储飞盘的飞盘箱以及舵机，所述轨道呈弧形设置，所述轨道和所述转盘之间形成供飞盘飞出的通道；所述舵机位于轨道一端，且安装有用于推动飞盘进入通道的拨片；所述飞盘箱底部设有容纳一个飞盘的缺口，所述缺口的横截面为弧形，其周长小于等圆的周长，且大于等圆的周长的一半；靠近所述舵机一端的所述缺口的弦长大于所述拨片的长度。

进一步的改进，所述发射装置下端安装有云台机构，所述云台机构包括支架、两个第一铰球组件和一个第二铰球组件；两个第一铰球组件和一个第二铰球组件呈三角形布设，第二铰球组件通过支撑架固定在支架上，两个第一铰球组件通过升降单元可以上下运动；升降单元包括两个竖直安装于所述支架上的滑轨和丝杆、通过滑块滑动连接于所述滑轨上的连杆，所述丝杆穿过滑块并与其螺纹连接，所述连杆上端穿过固定在支架上的滑槽与连杆连接件连接，所述滑槽通过支撑梁固定在支架上，所述丝杆下端安装有固定在支架上且用于驱动丝杆升降的驱动电机；第一铰球组件包括第一球铰底座以及铰接于所述第一球铰底座内的第一球形铰接头，所述第一球形铰接头下端通过块状板与所述连杆连接件连接，所述第一球铰底座上端连接云台面，所述云台面与所述发射台连接；所述第二铰球组件包括第二球铰底座以及铰接于所述第二球铰底座内的第二球形铰接头，所述第二球形铰接头的上端通过所述块状板与所述云台面连接，所述第二球铰底座与所述支撑架连接。

进一步的改进，所述云台机构下端连接有升降机构，所述升降机构包括机架、竖直设于所述机架四周的滑杆以及通过螺母固定连接于所述滑杆上的升降板，所述支架固定安装在所述升降板上。

进一步的改进，所述机架安装在移动机构上，所述移动机构包括底盘，所述底盘下端面上安装有四个轮毂，所述轮毂上安装有法兰盘，所述法兰盘一端与所述轮毂连接，另一端连接转轴，所述转轴通过联轴器与旋转电机连接，所述旋转电机的输出轴端安装有电机支架，所述电机支架固定在底盘下端面；所述底盘为由4块T型板相互叠加而成的矩形结构，每块T型板均包括一横板和一纵板，相邻横板之间相互叠加，相邻纵板之间相互叠加，且各T型板之间通过可用来调整底盘长度和宽度的连接孔连接。

进一步的改进，所述转轴上套设有两轴承支架，且两所述轴承支架均安装在所述联轴器与所述法兰盘之间。

进一步的改进，所述底盘上端面上安装有连接件，用于底盘与机架的固定连接。

进一步的改进，所述轨道上还安装有防护板，该防护板的形状与所述轨道的形状相适配；所述转盘外还套设有硅胶套。

进一步的改进，还包括控制系统，所述控制系统包括：相互通信的上位机通讯模块和下位机主控模块以及通过CAN总线与所述下位机主控模块连接的发射装置、云台机构和移动单元。

进一步的改进，所述发射装置包括：

舵机模块，用于控制拨片推动飞盘进入通道；

无刷电机模块，用于控制转盘的转动速度，进而调节飞盘的发射速度；

处理器，用于对接收到的来自下位机主控模块的信号进行处理，并控制舵机模块以及无刷电机模块的转动；

测速模块，用于对飞盘的发射速度进行测量，并将所得信号传递给处理器。

进一步的改进，所述CAN总线与所述处理器之间还依次设有收发器和CAN控制器。

本发明的有益效果如下：

1.本发明中通过发射装置的设计，可以实现飞盘基本的发射功能，还可以实现飞盘的自动进给；使用时，将飞盘装入到飞盘箱内，舵机带动拨片推动最下边飞盘进入到轨道里，然后利用转盘和轨道的摩擦力带动飞盘加速旋转飞出；可以通过改变转盘的转速以及改变转盘与轨道之间摩擦力的大小来改变飞盘飞出时的速度。

2.本发明采用云台机构的设计，可使所得飞盘发射机器人具有改变飞盘发射角度的性能；使用时，电机带动丝杆转动，丝杆通过滑块带动连杆上下移动；通过连杆的上下移动以及球形铰接头的转动来改变飞盘发射时的俯仰角和滚转角。

附图说明

图1为本发明飞盘发射机器人的结构示意图；

图2为本发明中发射装置的俯视图；

图3为本发明中发射装置的右视图；

图4为本发明中云台机构的结构示意图；

图5为本发明中升降机构的结构示意图；

图6为本发明中移动机构的结构示意图；

图7为本发明中移动机构的俯视图；

图8为本发明中控制系统的结构框图；

图9为本发明中发射单元的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1、图2、图3所示，本发明的一种飞盘发射机器人，包括发射装置4，所述发射装置包括发射台401以及设于所述发射台上的轨道402、转盘403、用于存储飞盘的飞盘箱404以及舵机405，所述轨道402呈弧形设置，所述轨道402和所述转盘403之间形成供飞盘飞出的通道409；所述舵机405位于轨道402一端，且安装有用于推动飞盘进入通道409的拨片406；所述飞盘箱404底部设有容纳一个飞盘的缺口4041，所述缺口的横截面为弧形，其周长小于等圆的周长，且大于等圆的周长的一半；靠近所述舵机一端的所述缺口的弦长大于所述拨片的长度。本发明中缺口的高度略大于一个飞盘的高度，小于两个飞盘的高度。

本发明中通过发射装置的设计，可以实现飞盘基本的发射功能，还可以实现飞盘的自动进给；使用时，将飞盘装入到飞盘箱内，舵机带动拨片推动最下边飞盘进入到轨道里，然后利用转盘和轨道的摩擦力带动飞盘加速旋转飞出；可以通过改变转盘的转速以及改变转盘与轨道之间摩擦力的大小来改变飞盘的发射距离。本实施例中舵机为180度大扭矩舵机，舵机型号为SR-1501MG，该舵机为金属齿轮，15公斤扭矩，响应更快，寿命更长。

参见图1、图4所示，本实施例中所述发射装置下端安装有云台机构3，所述云台机构包括支架301、两个第一铰球组件和一个第二铰球组件；两个第一铰球组件和一个第二铰球组件呈三角形布设，第二铰球组件通过支撑架302固定在支架301上，两个第一铰球组件通过升降单元可以上下运动；升降单元包括两个竖直安装于所述支架301上的滑轨303和丝杆304、通过滑块305滑动连接于所述滑轨303上的连杆306，所述丝杆304穿过滑块305并与其螺纹连接，所述连杆306上端穿过固定在支架301上的滑槽307与连杆连接件308连接，所述滑槽307通过支撑梁315固定在支架301上，所述丝杆304下端安装有固定在支架301上且用于驱动丝杆304升降的驱动电机316；第一铰球组件包括第一球铰底座309以及铰接于第一球铰底座309内的的第一球形铰接头310，所述第一球形铰接头下端通过块状板311与所述连杆连接件308连接，所述第一球铰底座309上端连接云台面312，所述云台面312与所述发射台401连接；所述第二铰球组件包括第二球铰底座313以及铰接于所述第二球铰底座313内的的第二球形铰接头314，所述第二球形铰接头314的上端通过所述块状板311与所述云台面312连接，所述第二球铰底座313与所述支撑架302连接。本发明中第一球形铰接头正向设置是指固定座在下，球形转头在上的设置，对应文中是指，固定座与块状板连接，球形转头设于第一球铰底座内，与云台面连接；第二球形铰接头反向设置是指固定座在上，球形转头在下，对应文中是指，固定座与云台面连接，球形转头设于第二球铰底座内与支撑架连接。

本发明采用云台机构的设计，可使所得飞盘发射机器人具有改变飞盘发射角度的性能；使用时，电机带动丝杆转动，丝杆通过滑块带动连杆上下移动；通过连杆的上下移动以及球形铰接头的转动来改变飞盘发射时的俯仰角和滚转角。

参见图1、图5所示，本实施例中所述云台机构3下端连接有升降机构2，所述升降机构2包括机架201、竖直设于所述机架201四周的滑杆202以及通过螺母204固定连接于所述滑杆202上的升降板203，所述支架301固定安装在所述升降板203上。本发明中升降板通过螺母与滑杆固定连接，使用时，通过控制螺母来调节升降板的移动。

参见图1、图6、图7所示，本实施例中所述机架201安装在移动机构1上，所述移动机构1包括底盘108，所述底盘108下端面上安装有四个轮毂101，所述轮毂101上安装有法兰盘102，所述法兰盘102一端与所述轮毂101连接，另一端连接转轴103，所述转轴103通过联轴器与旋转电机104连接，所述旋转电机104的输出轴端安装有电机支架105，所述电机支架105固定在底盘108下端面；所述底盘108为由4块T型板相互叠加而成的矩形结构，每块T型板均包括一横板109和一纵板110，相邻横板之间相互叠加，相邻纵板之间相互叠加，且各T型板之间通过可用来调整底盘长度和宽度的连接孔111连接。本发明通过轮毂的转动，来调节飞盘发射时的方向角；旋转电机通过法兰盘带动轮毂的转动，轮毂采用Mecanum轮，Mecanum轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。由4个这种新型轮子进行组合，可以更灵活方便的实现全方位移动功能；电机支架的设计，是为了便于安装旋转电机，使旋转电机的受力在电机外壳上而减少电机轴上所受的力。

本发明中通过连接孔使得T型板可以沿其长度方向和宽度方向移动，从而来改变底盘的大小，该设计增强了底盘的适应性、复用性；由于T型板相互叠加而成，因此导致了两个相邻电机的轴相差了一个平板的厚度，因此在相邻电机中位于平板下方的一个，电机支架下方设置一垫片，其厚度就等于一个平板的厚度。

参见图6、图7所示，本实施例中所述转轴103上套设有两轴承支架106，且两所述轴承支架106均安装在所述联轴器与所述法兰盘102之间。本发明中采用轴承支架的设计，为了让电机的输出轴与轮子中间的转轴尽量减少所受横向力；相邻电机中位于平板下方的一个，轴承支架下方设置一轴承垫片，其厚度就等于一个平板的厚度，避免了电机轴与轴承支座的中心不同轴。

参见图6所示，本实施例中所述底盘108上端面上安装有连接件107，用于底盘108与机架201的固定连接。本发明采用连接件的设计，使得底盘可以方便地与其他部件相连接，使其可以使用多种环境多任务。

参见图2所示，本实施例中所述轨道402上还安装有防护板407，该防护板407的形状与所述轨道402的形状相适配；所述转盘403外还套设有硅胶套408。本发明中在轨道的上端面安装防护板，防止飞盘被挤出去；同时轨道采用聚苯乙烯泡沫板制成，可以使得轨道与飞盘之间有较大的摩擦力，能够增大飞盘飞出时的速度；在转盘外套设硅胶套，是为了增大转盘与飞盘之间的摩擦力，增大飞盘飞出去时的速度。

参见图8所示，本实施例中还包括控制系统，所述控制系统包括：相互通信的上位机通讯模块501和下位机主控模块502以及通过CAN总线503与所述下位机主控模块502连接的发射单元504、云台单元505和移动单元506。本发明中采取分块控制将不同模块封装成独立控制单元，该方法可以实现多个子模块共同协作，提高了系统的可靠性和稳定性。

参见图9所示，本实施例中所述发射单元504包括：

舵机模块5041，用于控制拨片406推动飞盘进入通道409；

无刷电机模块5042，用于控制转盘403的转动速度，进而调节飞盘的发射速度；

处理器5043，用于对接收到的来自下位机主控模块502的信号进行处理，并控制舵机模块5041以及无刷电机模块5042的转动；

测速模块5044，用于对飞盘的发射速度进行测量，并将所得信号传递给处理器5043；

本发明在使用过程中，首先处理器接收到来自下位机主控模块的信号，然后对信号进行处理并将信号发送给舵机模块以及无刷电机模块，舵机模块控制舵机转动，舵机带动拨片转动，使得拨片推动飞盘进入轨道，无刷电机模块控制无刷电机转动，进而无刷电机带动转盘转动，转盘的转动以及转盘的轨道之间的摩擦力控制飞盘飞出，当飞盘的发射速度达不到预定要求时，测速模块将信号传递给处理器，处理器进行处理后将信号传递给无刷电机，无刷电机改变转速；处理器选用基于AVR系列单片机的arduino，型号为atmega-328p。

参见图9所示，本实施例中所述CAN总线503与所述处理器5043之间还依次设有收发器507和CAN控制器508。本发明中通过CAN总线连接有发射单元、云台单元和移动单元，且每个单元中均设有处理器，文中只描述了发射单元，云台单元与移动单元的控制方式均属现有技术，图中未显示；CAN模块的收发器使用TJA1050，CAN控制器用MCP2515。

以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种飞盘发射机器人，其特征在于，包括发射装置，所述发射装置包括发射台以及设于所述发射台上的轨道、转盘、用于存储飞盘的飞盘箱以及舵机，所述轨道呈弧形设置，所述轨道和所述转盘之间形成供飞盘飞出的通道；所述舵机位于轨道一端，且安装有用于推动飞盘进入通道的拨片；所述飞盘箱底部设有容纳一个飞盘的缺口，所述缺口的横截面为弧形，其弧长小于等圆的周长，且大于等圆的周长的一半；靠近所述舵机一端的所述缺口的弦长大于所述拨片的长度；

所述发射装置下端安装有云台机构，所述云台机构包括支架、两个第一铰球组件和一个第二铰球组件；两个第一铰球组件和一个第二铰球组件呈三角形布设，第二铰球组件通过支撑架固定在支架上，两个第一铰球组件通过升降单元可以上下运动；升降单元包括两个竖直安装于所述支架上的滑轨和两个丝杆、分别通过滑块滑动连接于两个所述滑轨上的两个连杆，所述丝杆穿过滑块并与其螺纹连接，所述连杆上端穿过固定在支架上的滑槽与连杆连接件连接，所述滑槽通过支撑梁固定在支架上，所述丝杆下端安装有固定在支架上且用于驱动丝杆升降的驱动电机；第一铰球组件包括第一球铰底座以及铰接于所述第一球铰底座内的第一球形铰接头，所述第一球形铰接头下端通过块状板与所述连杆连接件连接，所述第一球铰底座上端连接云台面，所述云台面与所述发射台连接；所述第二铰球组件包括第二球铰底座以及铰接于所述第二球铰底座内的第二球形铰接头，所述第二球形铰接头的上端通过所述块状板与所述云台面连接，所述第二球铰底座与所述支撑架连接。

2.根据权利要求1所述的飞盘发射机器人，其特征在于，所述云台机构下端连接有升降机构，所述升降机构包括机架、竖直设于所述机架四周的滑杆以及通过螺母固定连接于所述滑杆上的升降板，所述支架固定安装在所述升降板上。

3.根据权利要求2所述的飞盘发射机器人，其特征在于，所述机架安装在移动机构上，所述移动机构包括底盘，所述底盘下端面上安装有四个轮毂，所述轮毂上安装有法兰盘，所述法兰盘一端与所述轮毂连接，另一端连接转轴，所述转轴通过联轴器与旋转电机连接，所述旋转电机的输出轴端安装有电机支架，所述电机支架固定在底盘下端面；所述底盘为由4块T型板相互叠加而成的矩形结构，每块T型板均包括一横板和一纵板，相邻横板之间相互叠加，相邻纵板之间相互叠加，且各T型板之间通过可用来调整底盘长度和宽度的连接孔连接。

4.根据权利要求3所述的飞盘发射机器人，其特征在于，所述转轴上套设有两轴承支架，且两所述轴承支架均安装在所述联轴器与所述法兰盘之间。

5.根据权利要求3所述的飞盘发射机器人，其特征在于，所述底盘上端面上安装有连接件，用于底盘与机架的固定连接。

6.根据权利要求1所述的飞盘发射机器人，其特征在于，所述轨道上还安装有防护板，该防护板的形状与所述轨道的形状相适配；所述转盘外还套设有硅胶套。

7.根据权利要求1-6任一所述的飞盘发射机器人，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括：相互通信的上位机通讯模块和下位机主控模块以及通过CAN总线与所述下位机主控模块连接的发射单元、云台单元和移动单元。

8.根据权利要求7所述的飞盘发射机器人，其特征在于，所述发射单元包括：

舵机模块，用于控制拨片推动飞盘进入通道；

无刷电机模块，用于控制转盘的转动速度，进而调节飞盘的发射速度；

处理器，用于对接收到的来自下位机主控模块的信号进行处理，并控制舵机模块以及无刷电机模块的转动；

测速模块，用于对飞盘的发射速度进行测量，并将所得信号传递给处理器。

9.根据权利要求8所述的飞盘发射机器人，其特征在于，所述CAN总线与所述处理器之间还依次设有收发器和CAN控制器。

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