CN108434689A - 羽毛球收割机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了羽毛球收割机，属于机器人结构设计领域。由羽毛球拾取举升系统、羽毛球挑选系统以及自主移动系统三个部分组成。全向轮经由独立悬挂系统固定在羽毛球收割机的底盘上，经由拨叉换向机构组合成不同的运动方式，在保证运动过程平稳的同时，使羽毛球收割机快速移动到工作区域。在羽毛球收集的过程中，全向轮底盘驱动机器人按设计轨迹行进，由平行杆对羽毛球进行拾取，依靠基于槽轮机构的链条传动系统对托住羽毛球的多组平行杆进行运输，到达预定的位置后，由联动机构将羽毛球向下推入至基于复合凸轮机构的风洞中，完成羽毛球优劣的挑选，筛选合格的羽毛球在风洞停止通入气流后落入到球桶中。

Description

羽毛球收割机
技术领域
本发明是一种运用于羽毛球运动后收集羽毛球的机器人，属于机器人结构设计领域。
背景技术
随着人们生活水平不断提高，全民运动成为了一种趋势，而羽毛球更是其中一种广受欢迎的运动。因此针对羽毛球运动设计羽毛球拾取的机器人，完成对羽毛球的收集，是十分有必要的。此羽毛球收割机能够为运动员们在羽毛球训练中完成快速收集、整理羽毛球的工作，极大地节省了时间，提高了训练效率。不仅提高了场地整理的效率，同时也是对体育事业智能化方向发展的促进，具有广泛的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于设计了羽毛球收割机，该羽毛球收割机是一款主要用于运动员在羽毛球步伐训练后，对场地中散乱的羽毛球进行收集的机器人。它能够完成对羽毛球的收集、挑选和排列。机器人由羽毛球拾取举升系统、羽毛球挑选系统以及自主移动系统三个部分组成，并利用工业铝型材衔接各个系统以及进行整体的支撑。全向轮经由独立悬挂系统固定在羽毛球收割机的底盘上，经由拨叉换向机构组合成不同的运动方式，在保证运动过程平稳的同时，使羽毛球收割机快速移动到工作区域。在羽毛球收集的过程中，全向轮底盘驱动机器人按设计轨迹行进，由平行杆对羽毛球进行拾取，依靠基于槽轮机构的链条传动系统对托住羽毛球的多组平行杆进行运输，到达预定的位置后，由联动机构将羽毛球向下推入至基于复合凸轮机构的风洞中，完成羽毛球优劣的挑选，筛选合格的羽毛球在风洞停止通入气流后落入到球桶中。在当前球桶装满后，球桶放置平台由下方球面槽轮机构带动旋转，以换至空球桶。
羽毛球收割机，由羽毛球拾取举升系统(1)、羽毛球挑选系统(2)以及自主移动系统(3)三大部分组成。羽毛球挑选系统(2)通过羽毛球拾取举升系统(1)与自主移动系统(3)连接，自主移动系统(3)设置在羽毛球收割机的底部。
羽毛球拾取举升系统(1)由多组平行杆(6)和基于槽轮机构的条传动系统(5)两部分组成。平行杆(6)固连在基于槽轮的链条传动系统(5)中的链条(13)上。基于槽轮的链条传动系统由电机(7)、皮带轮(8)、传动轴(9)、齿轮a(11)、齿轮b(65)、槽轮(10)、链轮(12)和链条(13)组成。电机(7)的输出轴与皮带轮(8)相连，皮带轮(8)与传动轴(9)通过传送带连接，槽轮(10)安装在传动轴(9)的端部，槽轮(10)与齿轮a(11)装配于同一根轴的两端，齿轮a(11)与齿轮b(65)相啮合，齿轮b(65)与链轮(12)装配于同一根轴的两端，链轮(12)的与链条(13)相配合。
工作时，羽毛球收割机的车体整体向前运动，地面的羽毛球进入平行杆(6)内，随后跟随平行杆(6)一起运动。电机(7)动力通过皮带(8)传导，使传动轴(9)末端的槽轮(10)运动，并通过齿轮a(11)、齿轮b(65)和链轮(12)的传动使得链条(13)完成周期间歇运动，且平行杆(6)固连于链条(13)上，跟随运动。
羽毛球跟随拾取举升系统(1)到达指定位置后，由羽毛球挑选系统(2)对羽毛球完成挑选。羽毛球挑选系统(2)由基于复合凸轮机构的风洞系统(14)、基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)和联动机构(16)三部分构成。三部分均由螺栓与车体固连，其中联动机构(16)位于基于复合凸轮机构的风洞系统(14)的上方，基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)位于基于复合凸轮机构的风洞系统(14)的下方。
联动机构(16)中上方平台为定平台(17)，定平台与车体固连，下方平台为动平台(18)，两者之间经由主动杆及从动杆(19)连接，主动杆(19)与三个电机(20)分别固连。三个电机(20)分别驱动三个主动杆(19)，从而实现下方动平台(18)XYZ轴三个自由度方向上的平动。基于复合凸轮机构的风洞系统(14)，主要由复合凸轮(21)、拉力弹簧(22)和风洞系统(23)组成，其中复合凸轮(21)由凸轮a(24)与凸轮b(25)组成。复合凸轮(21)连接在凸轮动力输出轴(67)上，凸轮动力输出轴(67)与凸轮驱动电机(68)相连。拉力弹簧(22)一端固连在羽毛球收割机的车体上，一端固连在风洞截止板(66)。在凸轮驱动电机(68)的驱动下，凸轮动力输出轴(67)转动并驱动复合凸轮(21)转动。复合凸轮(21)的运动完成对气阀a(26)和气阀b(27)的控制。
基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)主要由球面槽轮(28)和盛放羽毛球筒的转盘(29)组成。盛放羽毛球桶的转盘(29)通过转盘轴承(60)完成支撑定位。转盘轴承(60)与车体直接固连。
工作时，先由联动机构(16)中的三个运动链(19)驱动动平台(18)运动到指定位置，将平行杆U形环(4)内的羽毛球经由平台下方的气缸(30)推落至风洞(31)中；空气压缩机(32)将空气压入气道(33)，当气阀a(26)关，气阀b(27)开，气流从风洞(31)上方流出，羽毛球落入风洞(31)时，若羽毛球完好则会因气体的流动在风洞(31)中旋转，若羽毛球有缺则会因气体流动受力不均，从而偏离风洞(31)落入托盘(34)中，当气阀a(26)开，气阀b(26)关，完好的羽毛球将会落入风洞(31)中，而后落入转盘(29)上盛放的球桶(35)内，当羽毛球的数量达到指定目标后，转盘下方的槽轮机构(28)驱动转盘(29)旋转，更替球桶(35)。
羽毛球收割机的自主移动系统(3)由驱动电机(36)、全向轮系统(37)、拨叉换向机构(38)、减振机构(39)以及传动系统(40)组成。电机(36)的输出轴通过皮带与其下方的拨叉换向机构(38)相连，拨叉换向机构(38)通过皮带与传动系统(40)相连，传动系统(40)经由螺栓与车架固连，传动系统(40)通过皮带向减振机构(39)传输动力，减振机构(39)通过法兰(4)与全向轮系统(37)固连。
全向轮系统(37)包含左旋全向轮a(41)、左旋全向轮b(42)及右旋全向轮a(43)、右旋全向轮b(44)，同旋向的轮子采用对角布置，全向轮系统(37)经由法兰(4)与减振机构(39)相固连。减震机构(39)由弹性元件(45)、减振器(46)、上下摆臂(47)部分构成，弹性元件(45)套在减震器(46)上，上下摆臂(47)分别装配在减震器(46)的两端。拨叉换向机构(38)包含一根动力输入轴(49)、中间轴a(50)、中间轴b(51)、动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)、一组单向拨叉(56)、一组双向拨叉(57)、以及驱动拨叉的气缸a(58)、气缸b(59)。动力输入轴(49)通过皮带与驱动电机(36)输出轴相连，位于最上方，其两端通过螺栓与车体固连，动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)与动力输入轴(49)通过齿轮相互配合，中间轴a(50)、中间轴b(51)、与拨叉a(56)、拨叉b(57)固连，气缸a(58)、气缸b(59)分别装配在中间轴a(50)、中间轴b(51)两端。传动系统(40)中驱动电机(36)是主动力源，通过皮带轮(61)及花键(62)完成动力的传递。
工作时，驱动电机(36)通过带轮(61)将动力传入到拨叉换向机构(38)中，拨叉换向机构(38)中的动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)通过花键(62)将动力输出至十字轴万向节(63)和全向轮驱动轴(64)，通过气缸a(58)、气b(59)拨动不同的拨叉a(56)、拨叉b(57)驱动全向轮系统(37)完成前后、左右平移以及旋转。全向轮驱动轴(64)通过连接法兰(4)驱动全向轮，使得羽毛球收割机可以灵活、自主的移动。
弹性元件(45)为螺旋弹簧。
羽毛球收割机设计有如下几个特点：
该装置实现了自动收集、挑选和整理羽毛球的功能，具有较高的效率及可靠性。
创新的使用气流筛选的方法，对收集的球进行筛选，剔除坏球。该方法具有较高的可操作性和准确性。
该装置使用了齿轮箱拨叉换向的方法对全向轮完成控制，实现了其全方位移动。
附图说明
图1为羽毛球收割机的整体外形示意图。
图2为羽毛球收割机的内部结构示意图。
图3为羽毛球收割机的拾取举升系统示意图。
图4为羽毛球收割机拾取举升系统的槽轮机构示意图。
图5为羽毛球收割机的羽毛球挑选系统示意图。
图6为羽毛球收割机挑选系统的联动机构示意图。
图7.1、7.2、7.3为羽毛球收割机挑选系统的风洞系统示意图。
图8为羽毛球收割机挑选系统的球桶转运系统示意图。
图9为羽毛球收割机的自主移动系统示意图。
图10为羽毛球收割机自主移动系统的全向轮示意图。
图11为羽毛球收割机自主移动系统的减振机构示意图。
图12.1、12.2为羽毛球收割机自主移动系统的拨叉换向机构示意图。
具体实施方式
羽毛球收割机的整体外形如图1所示，内部结构如图2所示，其主要由羽毛球拾取举升系统(1)、羽毛球挑选系统(2)以及自主移动系统(3)三大部分组成。羽毛球挑选系统(2)通过羽毛球拾取举升系统(1)与自主移动系统(3)连接，自主移动系统(3)设置在羽毛球收割机的底部。
羽毛球拾取举升系统(1)由多组平行杆(6)和基于槽轮机构的链条传动系统(5)两部分组成，如图3所示。平行杆(6)固连在基于槽轮的链条传动系统(5)中的链条(13)上。基于槽轮的链条传动系统由电机(7)、皮带轮(8)、传动轴(9)、齿轮a(11)、齿轮b(65)、槽轮(10)、链轮(12)和链条(13)组成。电机(7)的输出轴与皮带轮(8)相连，皮带轮(8)与传动轴(9)通过传送带连接，槽轮(10)安装在传动轴(9)的端部，槽轮(10)与齿轮a(11)装配于同一根轴的两端，齿轮a(11)与齿轮b(65)相啮合，齿轮b(65)与链轮(12)装配于同一根轴的两端，链轮(12)的与链条(13)相配合。
工作时，羽毛球收割机的车体整体向前运动，地面的羽毛球进入平行杆(6)内，随后跟随平行杆(6)一起运动。电机(7)动力通过皮带(8)传导，使传动轴(9)末端的槽轮(10)运动，并通过齿轮a(11)、齿轮b(65)和链轮(12)的传动使得链条(13)完成周期间歇运动，如图4所示，且平行杆(6)固连于链条(13)上，跟随运动。
羽毛球跟随拾取举升系统(1)到达指定位置后，由羽毛球挑选系统(2)对羽毛球完成挑选。羽毛球挑选系统(2)主要由基于复合凸轮机构的风洞系统(14)、基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)和联动机构(16)三部分构成，如图5所示。三部分均由螺栓与车体固连，其中联动机构(16)位于基于复合凸轮机构的风洞系统(14)的上方，基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)位于基于复合凸轮机构的风洞系统(14)的下方。
联动机构(16)中上方平台为定平台(17)，定平台与车体固连，下方平台为动平台(18)，两者之间经由主动杆及从动杆(19)连接，主动杆(19)与三个电机(20)分别固连，如图6所示。三个电机(20)分别驱动三个主动杆(19)，从而实现下方动平台(18)XYZ轴三个自由度方向上的平动。基于复合凸轮机构的风洞系统(14)，主要由复合凸轮(21)、拉力弹簧(22)和风洞系统(23)组成，如图7.1所示，其中复合凸轮(21)由凸轮a(24)与凸轮b(25)组成，如图7.2所示。复合凸轮(21)连接在凸轮动力输出轴(67)上，凸轮动力输出轴(67)与凸轮驱动电机(68)相连。拉力弹簧(22)一端固连在羽毛球收割机的车体上，一端固连在风洞截止板(66)。在凸轮驱动电机(68)的驱动下，凸轮动力输出轴(67)转动并驱动复合凸轮(21)转动。复合凸轮(21)的运动完成对气阀a(26)和气阀b(27)的控制，如图7.3所示。
基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)主要由球面槽轮(28)和盛放羽毛球筒的转盘(29)组成，如图8所示。盛放羽毛球桶的转盘(29)通过转盘轴承(60)完成支撑定位。转盘轴承(60)与车体直接固连。
工作时，先由联动机构(16)中的三个运动链(19)驱动动平台(18)运动到指定位置，将平行杆U形环(4)内的羽毛球经由平台下方的气缸(30)推落至风洞(31)中；空气压缩机(32)将空气压入气道(33)，当气阀a(26)关，气阀b(27)开，气流从风洞(31)上方流出，羽毛球落入风洞(31)时，若羽毛球完好则会因气体的流动在风洞(31)中旋转，若羽毛球有缺则会因气体流动受力不均，从而偏离风洞(31)落入托盘(34)中，当气阀a(26)开，气阀b(26)关，完好的羽毛球将会落入风洞(31)中，而后落入转盘(29)上盛放的球桶(35)内，当羽毛球的数量达到指定目标后，转盘下方的槽轮机构(28)驱动转盘(29)旋转，更替球桶(35)。
羽毛球收割机的自主移动系统(3)由驱动电机(36)、全向轮系统(37)、拨叉换向机构(38)、减振机构(39)以及传动系统(40)组成，如图9所示。电机(36)的输出轴通过皮带与其下方的拨叉换向机构(38)相连，拨叉换向机构(38)通过皮带与传动系统(40)相连，传动系统(40)经由螺栓与车架固连，传动系统(40)通过皮带向减振机构(39)传输动力，减振机构(39)通过法兰(4)与全向轮系统(37)固连。
全向轮系统(37)包含左旋全向轮a(41)、左旋全向轮b(42)及右旋全向轮a(43)、右旋全向轮b(44)，同旋向的轮子采用对角布置，如图10所示，全向轮系统(37)经由法兰(4)与减振机构(39)相固连。减震机构(39)主要由弹性元件(45)、减振器(46)、上下摆臂(47)等部分构成，弹性元件(45)套在减震器(46)上，上下摆臂(47)分别装配在减震器(46)的两端，如图11所示。拨叉换向机构(38)包含一根动力输入轴(49)、中间轴a(50)、中间轴b(51)、动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)、一组单向拨叉(56)、一组双向拨叉(57)、以及驱动拨叉的气缸a(58)、气缸b(59)。动力输入轴(49)通过皮带与驱动电机(36)输出轴相连，位于最上方，其两端通过螺栓与车体固连，动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)与动力输入轴(49)通过齿轮相互配合，中间轴a(50)、中间轴b(51)、与拨叉a(56)、拨叉b(57)固连，气缸a(58)、气缸b(59)分别装配在中间轴a(50)、中间轴b(51)两端，如图12.1所示。传动系统(40)中驱动电机(36)是主动力源，通过皮带轮(61)及花键(62)完成动力的传递。
工作时，驱动电机(36)通过带轮(61)将动力传入到拨叉换向机构(38)中，拨叉换向机构(38)中的动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)通过花键(62)将动力输出至十字轴万向节(63)和全向轮驱动轴(64)，通过气缸a(58)、气b(59)拨动不同的拨叉a(56)、拨叉b(57)驱动全向轮系统(37)完成前后、左右平移以及旋转，如图12.2所示。全向轮驱动轴(64)通过连接法兰(4)驱动全向轮，使得羽毛球收割机可以灵活、自主的移动。
弹性元件(45)为螺旋弹簧。

Claims (10)

1.羽毛球收割机，其特征在于：由羽毛球拾取举升系统(1)、羽毛球挑选系统(2)以及自主移动系统(3)三大部分组成；羽毛球挑选系统(2)通过羽毛球拾取举升系统(1)与自主移动系统(3)连接，自主移动系统(3)设置在羽毛球收割机的底部。
2.根据权利要求1所述的羽毛球收割机，其特征在于：羽毛球拾取举升系统(1)由多组平行杆(6)和基于槽轮机构的条传动系统(5)两部分组成；平行杆(6)固连在基于槽轮的链条传动系统(5)中的链条(13)上；基于槽轮的链条传动系统由电机(7)、皮带轮(8)、传动轴(9)、齿轮a(11)、齿轮b(65)、槽轮(10)、链轮(12)和链条(13)组成；电机(7)的输出轴与皮带轮(8)相连，皮带轮(8)与传动轴(9)通过传送带连接，槽轮(10)安装在传动轴(9)的端部，槽轮(10)与齿轮a(11)装配于同一根轴的两端，齿轮a(11)与齿轮b(65)相啮合，齿轮b(65)与链轮(12)装配于同一根轴的两端，链轮(12)的与链条(13)相配合。
3.根据权利要求2所述的羽毛球收割机，其特征在于：工作时，羽毛球收割机的车体整体向前运动，地面的羽毛球进入平行杆(6)内，随后跟随平行杆(6)一起运动；电机(7)动力通过皮带(8)传导，使传动轴(9)末端的槽轮(10)运动，并通过齿轮a(11)、齿轮b(65)和链轮(12)的传动使得链条(13)完成周期间歇运动，且平行杆(6)固连于链条(13)上，跟随运动。
4.根据权利要求1所述的羽毛球收割机，其特征在于：羽毛球跟随拾取举升系统(1)到达指定位置后，由羽毛球挑选系统(2)对羽毛球完成挑选；羽毛球挑选系统(2)由基于复合凸轮机构的风洞系统(14)、基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)和联动机构(16)三部分构成；三部分均由螺栓与车体固连，其中联动机构(16)位于基于复合凸轮机构的风洞系统(14)的上方，基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)位于基于复合凸轮机构的风洞系统(14)的下方。
5.根据权利要求2所述的羽毛球收割机，其特征在于：联动机构(16)中上方平台为定平台(17)，定平台与车体固连，下方平台为动平台(18)，两者之间经由主动杆及从动杆(19)连接，主动杆(19)与三个电机(20)分别固连；三个电机(20)分别驱动三个主动杆(19)，从而实现下方动平台(18)XYZ轴三个自由度方向上的平动；基于复合凸轮机构的风洞系统(14)，主要由复合凸轮(21)、拉力弹簧(22)和风洞系统(23)组成，其中复合凸轮(21)由凸轮a(24)与凸轮b(25)组成；复合凸轮(21)连接在凸轮动力输出轴(67)上，凸轮动力输出轴(67)与凸轮驱动电机(68)相连；拉力弹簧(22)一端固连在羽毛球收割机的车体上，一端固连在风洞截止板(66)；在凸轮驱动电机(68)的驱动下，凸轮动力输出轴(67)转动并驱动复合凸轮(21)转动；复合凸轮(21)的运动完成对气阀a(26)和气阀b(27)的控制。
6.根据权利要求4所述的羽毛球收割机，其特征在于：基于球面槽轮机构的球桶转运系统(15)主要由球面槽轮(28)和盛放羽毛球筒的转盘(29)组成；盛放羽毛球桶的转盘(29)通过转盘轴承(60)完成支撑定位；转盘轴承(60)与车体直接固连；
工作时，先由联动机构(16)中的三个运动链(19)驱动动平台(18)运动到指定位置，将平行杆U形环(4)内的羽毛球经由平台下方的气缸(30)推落至风洞(31)中；空气压缩机(32)将空气压入气道(33)，当气阀a(26)关，气阀b(27)开，气流从风洞(31)上方流出，羽毛球落入风洞(31)时，若羽毛球完好则会因气体的流动在风洞(31)中旋转，若羽毛球有缺则会因气体流动受力不均，从而偏离风洞(31)落入托盘(34)中，当气阀a(26)开，气阀b(26)关，完好的羽毛球将会落入风洞(31)中，而后落入转盘(29)上盛放的球桶(35)内，当羽毛球的数量达到指定目标后，转盘下方的槽轮机构(28)驱动转盘(29)旋转，更替球桶(35)。
7.根据权利要求1所述的羽毛球收割机，其特征在于：自主移动系统(3)由驱动电机(36)、全向轮系统(37)、拨叉换向机构(38)、减振机构(39)以及传动系统(40)组成；电机(36)的输出轴通过皮带与其下方的拨叉换向机构(38)相连，拨叉换向机构(38)通过皮带与传动系统(40)相连，传动系统(40)经由螺栓与车架固连，传动系统(40)通过皮带向减振机构(39)传输动力，减振机构(39)通过法兰(4)与全向轮系统(37)固连。
8.根据权利要求7所述的羽毛球收割机，其特征在于：全向轮系统(37)包含左旋全向轮a(41)、左旋全向轮b(42)及右旋全向轮a(43)、右旋全向轮b(44)，同旋向的轮子采用对角布置，全向轮系统(37)经由法兰(4)与减振机构(39)相固连；减震机构(39)由弹性元件(45)、减振器(46)、上下摆臂(47)部分构成，弹性元件(45)套在减震器(46)上，上下摆臂(47)分别装配在减震器(46)的两端；拨叉换向机构(38)包含一根动力输入轴(49)、中间轴a(50)、中间轴b(51)、动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)、一组单向拨叉(56)、一组双向拨叉(57)、以及驱动拨叉的气缸a(58)、气缸b(59)；动力输入轴(49)通过皮带与驱动电机(36)输出轴相连，位于最上方，其两端通过螺栓与车体固连，动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)与动力输入轴(49)通过齿轮相互配合，中间轴a(50)、中间轴b(51)、与拨叉a(56)、拨叉b(57)固连，气缸a(58)、气缸b(59)分别装配在中间轴a(50)、中间轴b(51)两端；传动系统(40)中驱动电机(36)是主动力源，通过皮带轮(61)及花键(62)完成动力的传递。
9.根据权利要求7所述的羽毛球收割机，其特征在于：工作时，驱动电机(36)通过带轮(61)将动力传入到拨叉换向机构(38)中，拨叉换向机构(38)中的动力输出轴a(52)、动力输出轴b(53)、动力输出轴c(54)、动力输出轴d(55)通过花键(62)将动力输出至十字轴万向节(63)和全向轮驱动轴(64)，通过气缸a(58)、气b(59)拨动不同的拨叉a(56)、拨叉b(57)驱动全向轮系统(37)完成前后、左右平移以及旋转；全向轮驱动轴(64)通过连接法兰(4)驱动全向轮，使得羽毛球收割机可以灵活、自主的移动。
10.根据权利要求8所述的羽毛球收割机，其特征在于：弹性元件(45)为螺旋弹簧。
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