CN110604913B - 一种拳击健身辅助机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种拳击健身辅助机器人，通过支架将沙袋固定在轮式底盘上，再通过控制系统对轮式底盘的电机进行控制，完成用户的拳靶训练；该装置不需要特定的训练场地，通过轮式底盘实现不同用户需求能够放置在室内或者室外进行自主训练。不需要陪练人员减少人员投入，同时减少场地大小；相较于双人对打拳击训练，该拳击健身辅助机器人能够在一定范围内自动识别用户的位置，通过控制器控制轮式底盘的移动来自动迎合用户的出拳。
Description
技术领域
本发明属于机械运动领域，具体涉及一种拳击健身辅助机器人。
背景技术
在生活中有很多健身方式，如打羽毛球、乒乓球和篮球等球类运动，这些健身方式基本上都需要一个陪练人员或者需要特定的场地。这样的话就会浪费一定的人力和财力。并且在现有的训练项目中参与训练的人员的安全无法保证可能会出现意外造成对人员的二次伤害。现实社会中一部分人不喜欢或者没时间进行户外运动，所以我们首先从安全性出发，基于现存辅助健身运动存在的缺点，我们以拳击运动为切入点点，以减少人力物力的投入为要求，设计一台拳击辅助健身辅助装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拳击健身辅助机器人，解决了现有的拳击运动存在须要有一个陪练人员或者需要特定的场地，这样就会存在浪费一定的人力和财力的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种拳击健身辅助机器人，包括轮式底盘、支架、沙袋和控制系统，其中，支架固定在轮式底盘的上端面，沙袋放置在支架上；所述控制系统与轮式底盘上的电机电连接，用于控制轮式底盘的行进及转动。
优选地，所述轮式底盘包括单舵轮机构、从动后轮机构和底板，其中，所述从动后轮机构设置有两个，两个从动后轮机构与单舵轮机构呈三角结构布置在底板上；通过底板与支架连接。
优选地，所述的单舵轮机构包括驱动电机、舵轮架、带传动、转盘轴承、制动器、连接轴、驱动轮、联轴器和转向电机，其中，所述舵轮架为U型结构，所述舵轮架的底板上安装大转轮，所述大转轮的端面上安装转盘轴承；所述转向电机固定在舵轮架的一侧侧板上，转向电机的输出轴通过带传动与大转轮啮合连接；所述驱动电机固定在舵轮架上，所述驱动电机的输出轴通过联轴器与连接轴连接；所述连接轴的自由端穿过舵轮架的另一侧侧板上开设的安装孔与制动器连接；所述驱动轮套装在连接轴上，且置于舵轮架的空腔内；通过驱动电机带动驱动轮的转动；同时，转盘轴承的外圈与底板连接。
优选地，所述从动后轮机构包括从动轮支撑杆、从动轮安装板、从动轮支撑架和从动轮，其中，从动轮支撑架为U型结构，所述从动轮支撑架的底板与从动轮安装板连接；所述从动轮安装板的上端面四角均设置有一个从动轮支撑杆，通过从动轮支撑杆与底板连接；从动轮支撑架的两个侧杆分别置于从动轮的两侧端面，并通过心轴与从动轮连接。
优选地，控制系统包括控制器、超声波传感器和红外线传感器，其中，超声波传感器和红外线传感器均与控制器连接；控制器还与轮式底盘上的电机电连接；
所述超声波传感器和红外线传感器均固定在支架上；所述超声波传感器用于采集人与支架之间的距离，并把采集到的距离传输到控制器；所述红外线传感器用于检测支架周围是否有人，并将采集的结果传输到控制器；所述控制器根据接收到的红外线传感器传输的结果和超声波传感器传输的距离控制轮式底盘上电机的启停。
优选地，所述控制器为STM32F407ZGT6型号的单片机。
优选地，超声波传感器的型号为HC-SR04。
优选地，所述沙袋通过弹簧机构固定在支架上。
优选地，所述沙袋为三阶台阶轴结构，分别为第一台阶轴结构、第二台阶轴结构和第三台阶轴结构，其中，第一台阶轴结构、第二台阶轴结构和第三台阶轴结构的直径依次减小；第一台阶轴结构为工作部分；第三台阶轴结构为连接部分；第二台阶轴结构为过渡段。
优选地，所述弹簧机构包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧的长度大于第二弹簧的长度；第一弹簧和第二弹簧之间设置有挡板；所述第三台阶轴结构插入至第二弹簧内，且第二台阶轴结构的台阶面与挡板连接；所述第一弹簧固定在支架上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种拳击健身辅助机器人，通过支架将沙袋固定在轮式底盘上，再通过控制系统对轮式底盘的电机进行控制，完成用户的拳靶训练；该机器人不需要特定的训练场地，通过轮式底盘实现不同用户需求能够放置在室内或者室外进行自主训练。不需要陪练人员减少人员投入，同时减少场地大小；相较于双人对打拳击训练，该机器人能够在一定范围内自动识别用户的位置，通过控制器控制轮式底盘的移动来自动迎合用户的出拳。
进一步的，通过转向电机和带传动的配合，实现驱动轮的转动，使得动作更加流畅和精准。
进一步的，通过转盘轴承保证了在轮式底盘上所带动物体位置朝向不变的情况下完成转向，即单舵轮机构整体的转向，同时保证了底板朝向不变。
进一步的，从动后轮机构采用从动轮，克服了万向轮在转向时太灵活从而导致精度不高的问题。
附图说明
图1是本发明涉及的拳击健身辅助机器人的结构示意图；
图2是单舵轮机构的结构示意图；
图3是从动后轮机构的结构示意图；
图4是沙袋的结构示意图；
图5是弹簧机构的结构示意图；
图6是沙袋与弹簧机构的装配示意图；
其中，1、驱动电机 2、舵轮架 3、带传动 4、转盘轴承 5、制动器 6、连接轴 7、驱动轮 8、联轴器 9、转向电机 10、从动轮支撑杆 11、从动轮安装板 12、从动轮支撑架 13、从动轮 14、支架 15、沙袋 16、弹簧机构。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种拳击健身辅助机器人，包括轮式底盘、支架、沙袋和控制系统，其中，支架固定在轮式底盘的上端面，沙袋放置在支架上；所述控制系统与轮式底盘电连接。
所述轮式底盘使得整机中心更加稳定，结构简单方便控制。
所述轮式底盘包括单舵轮机构和从动后轮机构，其中，所述从动后轮机构设置有两个，两个从动后轮机构与单舵轮机构呈三角结构布置；该结构能够很好的完成所需要的前进、后退、转向等运动，并且运动的精度可以得到保证。
所述的单舵轮机构包括驱动电机1、舵轮架2、带传动3、转盘轴承4、制动器5、连接轴6、驱动轮7、联轴器8和转向电机9，所述舵轮架2为U型结构，所述舵轮架2的底板上安装大转轮，所述大转轮的端面上安装转盘轴承4。
所述转向电机9固定在舵轮架2的一侧侧板上，转向电机9的输出轴通过带传动3与大转轮啮合连接。
所述驱动电机1固定在舵轮架2上，所述驱动电机1的输出轴通过联轴器8与连接轴6连接；所述连接轴6的自由端穿过舵轮架3的另一侧侧板上开设的安装孔与制动器5连接。
所述驱动轮7套装在连接轴6上，且置于舵轮架2的空腔内。
通过驱动电机1带动驱动轮7的转动。
转向电机9通过带传动3带动大转轮的转动，大转轮带动转盘轴承4的转动，由于转盘轴承4固定在舵轮架2上，进而通过转盘轴承4的转动带动舵轮架2的整体转动，最终实现驱动轮7的转向。
当机器人对外部环境进行检测需要进行转向时，机器人的控制中心会发出命令，使转向电机9开始转动需要的角度，从而通过同步带带动大转轮进行转动带动驱动轮7和驱动电机1整体转动。
由于之后所选用的转向电机输出轴径向尺寸较小，不宜使用键连接，小带轮与转向电机输出轴的连接采用了紧定螺钉连接。带传动的大带轮连接舵轮支撑架，驱动电机、转向电机、制动器、带传动及驱动轮都直接或者间接与支撑架相连接，转向电机带动小带轮转动，从而带动大带轮转动，也就带动着整个舵轮装置一起完成转动。采用同步带驱动转向的方式通过转向步进电机转动的圈数和传动比可以很好的保证转向的精度。
本设计需要保证在底盘上所带动物体位置朝向不变的情况下完成转向，即单舵轮机构整体转向的同时需保证底盘朝向不变，所以需要在舵轮及底盘之间的连接处加上转盘轴承。大带轮与轴承内圈相连接，轴承外圈连接底板，以实现舵轮转动而底板朝向不变的目的。
所述从动后轮机构包括从动轮支撑杆10、从动轮安装板11、从动轮支撑架12和从动轮13，其中，从动轮支撑架12为U型结构，所述从动轮支撑架3的底板与从动轮安装板11连接；所述从动轮安装板11的上端面四角均设置有一个从动轮支撑杆10。
从动轮支撑架12的两个侧杆分别置于从动轮13的两侧端面，并通过心轴与从动轮13进行连接，在心轴与从动轮连接的地方加上轴承用来减小摩擦和从动轮的磨损。
驱动轮7整体通过转盘轴承4的外圈和从动轮13通过从动轮支撑架12固定在支架的下端面，从而使驱动轮7和从动轮13连接在同一个底板上面。
控制系统包括控制器、超声波传感器和红外线传感器，其中，超声波传感器和红外线传感器均与控制器连接。
超声波传感器和红外线传感器均固定在支架上，且置于单舵轮机构的正上方。
超声波传感器用于采集人与支架之间的距离，并把采集到的距离传输到控制器。
所述红外线传感器用于检测支架周围是否有人，并将采集的结果传输到控制器。
所述控制器用于接收红外线传感器传输的结果，并通过该结果控制转向电机9的启停，当红外线传感器检测到舵轮机的正前方有人时，并将该结果传输到控制器，控制器控制转向电机9停止工作，进而控制驱动轮7的转向；否则，驱动轮7带动该机器人装置本体一直转动来检测用户所处的位置。
所述控制器还用于接收超声波传感器传输的距离，并将接收到的距离与预设阈值进行比对，当接收到的距离大于预设阈值时，控制器控制驱动电机1启动，带动驱动轮7向前运动；当接收到的距离等于预设阈值时，控制器控制驱动电机1停止；当接收到的距离小于预设阈值时，控制器控制驱动电机1启动，带动驱动轮7向后运动。
所述控制器采用STM32F407ZGT6单片机系统。
超声波传感器的型号为HC-SR04。
所述超声波传感器，用于采集当前用户与机器人之间的距离，并将采集到的数据传输至控制器。
本发明采用普通12v锂电池作为电源向整体结构提供电源。
为防止机器人在旋转过程中因速度过高用户位置识别不精确和速度过低不能及时检测到用户的位置，我们将辅助装置的转向速度定位普通人转向速度的3倍，通过实验得到辅助装置的转向速度应为30r/min。为防止红外检测传感器对周围物体的误检测，我们将红外检测的距离设定为1.5m。
在拳击健身辅助机器人的机械本体系统模型中，沙袋表面采用的材料是珍珠棉(EPE)，沙袋的内部采用的是橡胶材料，两种材料的常用的力学属性如下表所示。
表1材料的力学属性
沙袋15为三阶台阶轴结构，分别为第一台阶轴结构、第二台阶轴结构和第三台阶轴结构，其中，第一台阶轴结构、第二台阶轴结构和第三台阶轴结构的直径依次减小。
第一台阶轴结构为工作部分；第三台阶轴结构为连接部分；第二台阶轴结构为过渡段。
所述连接部分连接有弹簧机构16。
所述弹簧机构包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧的长度大于第二弹簧的长度；该结构的第二弹簧的作用是为了减轻冲击载荷的作用，第一弹簧主要起支撑和辅助减震的作用，当冲击载荷大到一定程度时，短弹簧不足以支撑，第一弹簧会发挥作用产生弯曲来进行减震。
第一弹簧和第二弹簧之间设置有挡板；该挡板起到缓冲和固定弹簧的作用。
所述第三台阶轴结构插入至第二弹簧内，且第二台阶轴结构的台阶面与挡板连接。
所述第一弹簧固定在支架14上。
在工作时
开机之后，该机器人通过转向电机带动整体单舵轮机构整体开始原地转动，通过红外线传感器检测周围是否有人存在，当红外线传感器检测到有人时，该机器人停止转动；同时，超声波传感器测得人与机器人的距离，将此距离传给控制器并且与预设阈值进行比较，当用户与机器人的距离过大时，通过驱动电机带动驱动轮行走，实现机器人向前进，当距离小于阈值时，通过驱动电机带动驱动轮后退，进而实现机器人的后退。
Claims (3)
1.一种拳击健身辅助机器人，其特征在于，包括轮式底盘、支架(14)、沙袋(15)和控制系统，其中，支架(14)固定在轮式底盘的上端面，沙袋(15)放置在支架(14)上；所述控制系统与轮式底盘上的电机电连接，用于控制轮式底盘的行进及转动；
所述轮式底盘包括单舵轮机构、从动后轮机构和底板，其中，所述从动后轮机构设置有两个，两个从动后轮机构与单舵轮机构呈三角结构布置在底板上；通过底板与支架连接；
所述的单舵轮机构包括驱动电机(1)、舵轮架(2)、带传动(3)、转盘轴承(4)、制动器(5)、连接轴(6)、驱动轮(7)、联轴器(8)和转向电机(9)，其中，所述舵轮架(2)为U型结构，所述舵轮架(2)的底板上安装大转轮，所述大转轮的端面上安装转盘轴承(4)；所述转向电机(9)固定在舵轮架(2)的一侧侧板上，转向电机(9)的输出轴通过带传动(3)与大转轮啮合连接；所述驱动电机(1)固定在舵轮架(2)上，所述驱动电机(1)的输出轴通过联轴器(8)与连接轴(6)连接；所述连接轴(6)的自由端穿过舵轮架(2)的另一侧侧板上开设的安装孔与制动器(5)连接；所述驱动轮(7)套装在连接轴(6)上，且置于舵轮架(2)的空腔内；通过驱动电机(1)带动驱动轮(7)的转动；同时，转盘轴承(4)的外圈与底板连接；
所述从动后轮机构包括从动轮支撑杆(10)、从动轮安装板(11)、从动轮支撑架(12)和从动轮(13)，其中，从动轮支撑架(12)为U型结构，所述从动轮支撑架(12)的底板与从动轮安装板(11)连接；所述从动轮安装板(11)的上端面四角均设置有一个从动轮支撑杆(10)，通过从动轮支撑杆(10)与底板连接；从动轮支撑架(12)的两个侧杆分别置于从动轮(13)的两侧端面，并通过心轴与从动轮(13)连接；
控制系统包括控制器、超声波传感器和红外线传感器，其中，超声波传感器和红外线传感器均与控制器连接；控制器还与轮式底盘上的电机电连接；
所述超声波传感器和红外线传感器均固定在支架上；所述超声波传感器用于采集人与支架之间的距离，并把采集到的距离传输到控制器；所述红外线传感器用于检测支架周围是否有人，并将采集的结果传输到控制器；所述控制器根据接收到的红外线传感器传输的结果和超声波传感器传输的距离控制轮式底盘上电机的启停；
所述沙袋(15)通过弹簧机构(16)固定在支架上；
所述沙袋(15)为三阶台阶轴结构，分别为第一台阶轴结构、第二台阶轴结构和第三台阶轴结构，其中，第一台阶轴结构、第二台阶轴结构和第三台阶轴结构的直径依次减小；第一台阶轴结构为工作部分；第三台阶轴结构为连接部分；第二台阶轴结构为过渡段；
所述弹簧机构包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧的长度大于第二弹簧的长度；第一弹簧和第二弹簧之间设置有挡板；所述第三台阶轴结构插入至第二弹簧内，且第二台阶轴结构的台阶面与挡板连接；所述第一弹簧固定在支架(14)上。
2.根据权利要求1所述的一种拳击健身辅助机器人，其特征在于，所述控制器为STM32F407ZGT6型号的单片机。
3.根据权利要求1所述的一种拳击健身辅助机器人，其特征在于，超声波传感器的型号为HC-SR04。
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| 智能搏击教练机器人的设计;赵国飞;边洪宁;;物联网技术;20180620(第06期);第35-37页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110604913A (zh) | 2019-12-24 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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