CN108479038A - 羽毛球球场训练机器人 - Google Patents

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Abstract

羽毛球球场训练机器人包括捡球系统、收集整理系统、箱内送球系统、弹射发球系统、球拍击打系统。捡球系统由铲球机构、举升机构、翻转机构三部分组成,实现地面上散落的羽毛球的回收,将其收入铲斗内部,并通过举升和翻转动作,进而将铲斗内部的球运送至机器内部。收集整理系统由运球输送带、中间收集筒以及码摞转盘三部分组成,实现羽毛球的回收与有效整理。升降送球系统由整体驱动机构,固定平台机构,终端丝杠驱动机构组成,将目标从底部接收的羽毛球送往顶端并与弹射发球系统结合。弹射发球系统将从底部送来的羽毛球弹射出去,使羽毛球做抛物线运动,被羽毛球拍在抛物线某一点击打到球场另一侧,弹射机构为系统对目标羽毛球击打的执行件。

Description

羽毛球球场训练机器人
技术领域
本发明是一种运用于羽毛球场,自动收球并可以和运动员对打训练的机器人,属于机器人结构设计领域。
背景技术
自动化是现在科技研发的一个重要的课题,但是经过市场调研,我们发现,羽毛球运动却缺少相应的自动化训练设备,现在的训练机器人大多只能提供单一的辅助作用,功能不是太全面,严格意义来说,这不该是球场训练机器人应有的状态。为此,为了提高人们体育锻炼的效果和效率,同时满足人机互动的需求,创新性地设计了一款既可以捡球收球,又可以发球的球场羽毛球训练机器人,可以广泛应用于日常生活以及运动员的训练。
发明内容
球场训练机器人是一款面对羽毛球运动员使用而设计的羽毛球捡球及陪练的机器人,它能够实现在球场捡取收集羽毛球并实现与运动员的对打。机器人由捡球系统、收集整理系统、箱内送球系统、弹射发球系统、球拍击打系统组成。可以实现从地面上自动拾球、运球至机箱内整理回收、向外弹射发球再用球拍击打的一系列过程。
捡球系统由铲球机构、举升机构、翻转机构三部分组成。其中铲球机构由铲斗、收集滚筒、驱动电机等组成,该机构的主要作用是通过收集滚筒将地上的羽毛球扫入铲斗内部;举升机构由气缸等组成,该机构的主要作用是通过气缸的举升作用,完成铲斗携球从地面举升至机箱顶部的动作;翻转功能主要由铲斗侧面凸出来的部分与机架滑轨形成的高副结构所实现的。在上升的过程中,通过改变高副的位置,使铲斗在其不同的位置上发生翻转。当到达顶部后,通过顶部一高副机构,铲斗最后一次翻转,将球倒入箱体内部。
收集整理系统由运球输送带、中间收集筒以及码摞转盘三部分组成。输送带机构由锥齿轮、直齿轮、万向联轴器、输送带等组成,该机构的主要作用是使落下的球进入两输送带间并随输送带向前运动,实现球回收的有序化;中间收集机构由卡爪、连杆等组成,该机构的主要作用是使从输送带末端下落的球有序进入到收集筒内,并通过连杆卡爪机构实现羽毛球从筒口的出入;码摞转盘机构由码摞转盘、空间槽轮、皮带轮等部分组成,该机构的主要作用是实现转盘上码摞筒的间歇转动,使从收集筒中落下的球能进入到不同的码摞筒内,实现球的最终整理回收。
箱内送球系统由整体驱动机构,固定平台机构,终端丝杠驱动机构组成。该系统主要是将目标从底部接收的羽毛球送往顶端并与弹射发球系统结合。整体驱动机构中由单独电机提供动力,带动传送由传送带实现对载体的运输。
弹射发球系统由驱动机构与弹射机构的配合实现对球的击打,驱动机构由单独电机提供动力,弹射机构由击针及弹簧等组成,弹簧压缩储能而后释放能量,同时弹簧也起到复位的作用。
球拍击打系统由两套驱动组合提供动力,在底座的上部,通过电机带动球拍沿水平轴实现转动;在底座的下方,通过电机带动一对锥齿轮,使底座包含球拍在内沿竖直轴实现转动,即可以分别使球拍在水平方向和竖直方向转动,因此,在两个单驱动的组合方式下,可以完成球拍多角度变化的动作,实现多方位击打。
球场训练机器人设计有如下几个特点:
1.收集筒内的卡爪机构可以实现两对卡爪相对运动,实现羽毛球下落的可控制性。
2.球拍击打通过两个单驱动的组合,实现多角度发球或击打。
3.行走上使用全向轮,满足机器人需要灵活运动、快速动作的要求。
4.可以实现集捡球与发球于一体的功能。
5.采用模块化设计,便于拆卸及清理。
附图说明
图1为羽毛球球场训练机器人的整体外形示意图
图2为羽毛球球场训练机器人的内部结构示意图
图3为羽毛球球场训练机器人的捡球系统机构示意图
图4为羽毛球球场训练机器人的送球输送带机构示意图
图5为羽毛球球场训练机器人的收集桶机构示意图
图6为羽毛球球场训练机器人的码摞转盘机构示意图
图7为羽毛球球场训练机器人的升降送球系统机构示意图
图8为羽毛球球场训练机器人的升降送球系统托盘机构示意图
图9为羽毛球球场训练机器人的升降送球系统限位卡杆结构示意图
图10为羽毛球球场训练机器人的弹射发球系统机构示意图
图11为羽毛球球场训练机器人的球拍击打系统机构示意图
图12为羽毛球球场训练机器人的全向轮驱动系统机构示意图
具体实施方法
机器人的整体外形如图1所示,内部结构如图2所示,其主要由捡球系统(1)、收集整理系统(2)、箱内送球系统(3)、弹射发球系统(4)、球拍击打系统(5)及全向轮驱动系统(6)六大部分组成。
捡球系统(2)部分,如图3所示,该系统的作用是:实现地面上散落的羽毛球的回收,将其收入铲斗内部,并通过举升和翻转动作,进而将铲斗内部的球运送至机器内部,实现之后的整理与发射功能。通过滚筒驱动电机(7)驱动滚筒(8)旋转,接触羽毛球后,整体沿滚筒(8)法向推动羽毛球,使球头由于羽毛球自身重力分布不均而朝向滚筒(8),配合滚筒(8)的自身旋转,其上螺旋结构将球卷入收球铲斗(9)。收球铲斗由二级气缸(10)驱动升降,接触外箱体轨道处高副(11)后翻转至水平姿态,举升至最高点时接触外箱体箱壁处高副(12)后翻转至倒球姿态,从而羽毛球滑入机体内。
羽毛球进入机体内部后,也就是进入收集整理系统部分,该系统的作用是实现羽毛球的回收与有效整理。首先进入送球输送带机构,如图4所示。羽毛球从倾倒斜坡(13)滑入一对呈30°至40°区间放置的输送带(14),输送带(14)由单个驱动电机(15)驱动。驱动电机(15)经由锥齿轮(16)带动锥齿轮轴(17)转动,从而与锥齿轮轴(17)配合的直齿轮(18)转动并驱动一对直齿轮轴(19)转动,其中一轴经换向器(20)换向,以至驱动输送带(14)。而后羽毛球落入收集桶中,如图5所示。收集桶上电机(21)驱动连杆(22),连杆(22)通过转动副带动卡爪(23)通过控制球单个下落至转盘,如图6所示。收集桶每落下一球,带轮(24)驱动空间槽轮(25)控制转盘(26)转动60°,直至分拣完成,实现羽毛球收集整理。
进入对打模式后,码摞转盘机构上落球阀门(27)打开使球落入其上小尺寸收集桶(28),其机构与收集桶相同。小尺寸收集桶(28)控制球单个落下,经落球轨道(29)滑落至升降送球系统,如图7所示。球落至托盘机构,如图8所示。电机(30)通过丝杠(31)驱动托盘(32)向后平移,而后举升同步带(33)带动托盘(32)举升至最高点,电机(30)通过丝杠(31)驱动托盘(32)向前平移接触限位卡杆(34)实现翻转,使球滑落至弹射发球系统,如图10所示。托盘(32)翻转后,球落至弹射击针(35)。弹射击针驱动电机(36)带动拨杆(37)触发击针拨片(38),使击针弹簧(39)压缩并释放能量使弹射击针(35)弹出,将球击打至球拍击打系统处,如图11所示。发球球拍(40)由X轴电机(41)驱动,实现挥动发球。对打球拍(42)由Y轴电机(43)驱动,实现挥动接球。并且X轴电机(41)和Y轴电机(43)可微调发球球拍(40)和对打球拍(42)的角度,实现类似人手的翻腕动作从而击打出不同弧线的轨迹。
机器人整体由全向轮驱动系统驱动,如图12所示。该系统由4个全向轮(44)和4个全向轮驱动电机组成(45),可通过对全向轮驱动电机(44)的控制实现全方位的运行。

Claims (3)

1.羽毛球球场训练机器人,其特征是:包括捡球系统(1)、收集整理系统(2)、箱内送球系统(3)、弹射发球系统(4)、球拍击打系统(5)及全向轮驱动系统(6)六大部分;
捡球系统(2)部分,通过滚筒驱动电机(7)驱动滚筒(8)旋转,接触羽毛球后,整体沿滚筒(8)法向推动羽毛球,使球头由于羽毛球自身重力分布不均而朝向滚筒(8),配合滚筒(8)的自身旋转,其上螺旋结构将球卷入收球铲斗(9);收球铲斗由二级气缸(10)驱动升降,接触外箱体轨道处高副(11)后翻转至水平姿态,举升至最高点时接触外箱体箱壁处高副(12)后翻转至倒球姿态,从而羽毛球滑入机体内;
羽毛球进入机体内部后,首先进入送球输送带机构;羽毛球从倾倒斜坡(13)滑入一对呈30°至40°区间放置的输送带(14),输送带(14)由单个驱动电机(15)驱动;驱动电机(15)经由锥齿轮(16)带动锥齿轮轴(17)转动,从而与锥齿轮轴(17)配合的直齿轮(18)转动并驱动一对直齿轮轴(19)转动,其中一轴经换向器(20)换向,以至驱动输送带(14);而后羽毛球落入收集桶中;收集桶上电机(21)驱动连杆(22),连杆(22)通过转动副带动卡爪(23)通过控制球单个下落至转盘;收集桶每落下一球,带轮(24)驱动空间槽轮(25)控制转盘(26)转动60°,直至分拣完成,实现羽毛球收集整理。
2.根据权利要求1所述的羽毛球球场训练机器人,其特征是:进入对打模式后,码摞转盘机构上落球阀门(27)打开使球落入其上收集桶(28);收集桶(28)控制球单个落下,经落球轨道(29)滑落至升降送球系统;球落至托盘机构,电机(30)通过丝杠(31)驱动托盘(32)向后平移,而后举升同步带(33)带动托盘(32)举升至最高点,电机(30)通过丝杠(31)驱动托盘(32)向前平移接触限位卡杆(34)实现翻转,使球滑落至弹射发球系统;托盘(32)翻转后,球落至弹射击针(35);弹射击针驱动电机(36)带动拨杆(37)触发击针拨片(38),使击针弹簧(39)压缩并释放能量使弹射击针(35)弹出,将球击打至球拍击打系统处;发球球拍(40)由X轴电机(41)驱动,实现挥动发球;对打球拍(42)由Y轴电机(43)驱动,实现挥动接球;并且X轴电机(41)和Y轴电机(43)能调整发球球拍(40)和对打球拍(42)的角度,实现类似人手的翻腕动作从而击打出不同弧线的轨迹。
3.根据权利要求1所述的羽毛球球场训练机器人,其特征是:全向轮驱动系统该系统由4个全向轮(44)和4个全向轮驱动电机组成(45),通过对全向轮驱动电机(44)的控制实现全方位的运行。
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