CN111840952A - 轮式足球机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轮式足球机器人，包括：底盘；下端面为多边形框架结构；若干全向轮机构，呈环形阵列连接在底盘的下端面并用于带动底盘移动；平移定位机构，固定设置在底盘上端面中部，且用于记录全向轮机构带动底盘移动的坐标记录；踢球机构，设置在底盘上端面一侧且用于带动足球移动；足球收放机构，设置在底盘上端面另一侧且用于承接足球和将足球释放出。本发明可自行移动，集发球、接球与一体，不仅可以发射足球，还可发射各类不同大小的球体。

Description

轮式足球机器人

技术领域

本发明涉及足球训练装置，涉及用于守门员守门或队员停、接球的训练，在指导人员不足的中小学、体校可得到应用的辅助陪练装置，具体为轮式足球机器人。

背景技术

机器人已经广泛应用到竞技体育与国民素质教育的诸多领域，努力提高国内各种机器人的技术水平，特别是设计出适合于各种体育训练用途的智能机器人机构和提高其控制水平，发挥并普及其应用推广优势，将进一步促进国民健康水平及竞技体育事业的高效发展与稳健提升。

目前常见训练用的足球机器人多为单一发射功能的机器人，移动十分不方便，因此，本发明设计的机器人为可自行移动机器人，具备接球和踢球功能的轮式移动足球机器人，机器人由四轮全向底盘移动，采用柔性尼龙网篮筐将从远处抛来的足球接住，并将该球放在指定的区域内，然后用摆动腿将球踢向指定的球门或区域。

在现有的足球机器人中，大多采用电机带动摩擦轮转动，达到发球的效果，且移动十分不便。采用摩擦轮的方式，发射比较平稳，但成本较高，摩擦轮易损耗，电机的转速要足够大，且摩擦过度会造作足球损坏。由于现有技术多采用摩擦轮发射，成本较高，且易损坏球体，仅具有单一发射功能，移动不便。因此，开发一款能够具有多适应性的陪练机器人非常有必要。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种实施灵活、结构简单且操作便利的轮式足球机器人。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

轮式足球机器人，其包括：

底盘；下端面为多边形框架结构；

若干全向轮机构，呈环形阵列连接在底盘的下端面并用于带动底盘移动；

平移定位机构，固定设置在底盘上端面中部，且用于记录全向轮机构带动底盘移动的坐标记录；

踢球机构，设置在底盘上端面一侧且用于带动足球移动；

足球收放机构，设置在底盘上端面另一侧且用于承接足球和将足球释放出。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述的全向轮机构包括：

电机固定座，其一侧边通过合页与底盘连接；

驱动电机，固定在电机固定座上端面；

全向轮，其径向中心通过联轴器与驱动电机的驱动转轴连接，由驱动电机驱动全向轮转动且全向轮的下边缘超出底盘下端面并用于与地面接触。

龙门架，跨设在电机固定座上方且下端两侧均与底盘上端面固定连接；

避震器，下端与电机固定座另一侧连接，上端与龙门架固定连接。

作为一种较优的实施方式，优选的，所述的踢球机构包括：

第一连接架，下端固定在底盘上端面一侧；

转动杆，通过立式轴承座转动固定在第一连接架接近底盘边缘的一侧；

棘轮，固定连接在转动杆中部；

摆动杆，一端固定在棘轮一侧的转动杆上，其另一端向下延伸；

一对辅助杆，一端分别固定连接在转动杆两端；

一对菱形轴承座，分别与一对辅助杆一一对应并连接在辅助杆的另一端；

一对弹簧，与一对辅助杆一一对应，其一端通过弹簧固定轴与菱形轴承座连接，其另一端通过弹簧挂钩与第一连接架下部固定连接；

步进电机，固定在第一连接架远离底盘边缘的一侧且其转轴上连接有链轮，所述的链轮通过连接链条与棘轮连接，由步进电机驱动链轮带动棘轮旋转，使转动杆另一端牵引摆动杆沿接近底盘中部方向摆动，使一对弹簧蓄力，并由步进电机停止驱动后，使弹簧复位，令摆动杆摆动且用于踢出足球。

作为一种较优的实施方式，优选的，所述的摆动杆和辅助杆均均通过法兰盘与转动杆连接。

作为一种较优的实施方式，优选的，所述的足球收放机构包括：

第二连接架，下端与底盘上端面固定连接；

承接台，为上下两端面敞开的环形框体结构且下部与第二连接架固定连接；

承接部，为三面由尼龙网围合形成的U形结构，其U形敞开侧朝向远离踢球机构的方向，其下端固定连接在承接台上端且用于引导承接的足球落入承接台中；

底盖，可水平滑动地贴合在承接台的下端面上且用于启闭承接台下端面；

一对滑座，分别与底盖两侧连接且滑座上还均连接有舵机；

一对滑轨，固定在第二连接架下部且与一对滑座一一对应且滑座滑动连接在滑轨上；

一对气缸，分别设置在底盖设有滑座的两侧且与第二连接架固定连接，气缸的推杆端与底盖远离踢球机构的一侧固定连接，由气缸的推杆伸缩，带动底盖启闭承接台下端面，令承接台内收纳的足球落出或约束在承接台内。

作为一种较优的实施方式，优选的，其还包括过渡板，其设置在承接台远离踢球机构的一侧且两端分别与一对气缸的推杆端末连接，一对气缸的推杆还通过L形连接座与底盖固定连接。

本发明主要解决日常体育训练中的装置移动过程不便及发射装置成本高、易损坏球体的问题。常见的足球训练机器人大多仅具有单一发射功能，移动过程较不方便。发球装置大多采用摩擦轮发射球体，成本较高，摩擦轮摩擦不仅会使自身磨损，还会损坏球体。所以我们团队致力于设计一种成本低，移动方便，且发射装置降低对足球破坏的轮式足球机器人。

本发明发射装置采用步进电机带动棘轮拉伸弹簧，使弹簧蓄能，当步进电机转过一定角度，弹簧释放弹性势能，踢球腿将足球踢出。也可以采用气缸作为动力源，将足球击打发射。

通过上述方案，本发明具有如下优势：

1、摆动杆的可调控行程大，根据踢球的高度、距离不同，可以选用劲度系数不同的弹簧；

2、应用范围广，由于接球部分足够大，不仅仅可以接住足球，还可以接住排球、橄榄球、篮球等球体；

3、底盘采用四轮结构，通过四个全向轮的转速转向适当组合，可以实现机器人在平面上三自由度的全方位移动；

4、全向轮机构通过避震器和合页形成的悬挂系统可以将动力传递给车轮，还能补偿轮子本身的坑坑洼洼导致的平稳性不足，保证四个轮子同时着地，起到缓冲作用，适应大部分复杂场地；

5、平移定位机构可以采用市销定位装置实现小车导航功能，采用UWB全场定位的方式，具有更快的传输速度，对小车的位置进行更精确的判读，信号穿透能力强。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本发明可自行移动，集发球、接球与一体，不仅可以发射足球，还可发射各类不同大小的球体。本发明成本低，移动方便，且发射装置可有效降低对球体的破坏。一个常用的足球训练设备，大多仅具有单一发射功能，若移动至其他位置，需要一定的人力，不够便捷，本发明的低盘移动装置可有效解决这一问题。本发明发射装置可调控行程大，根据踢球的高度、距离不同，可以选用劲度系数不同的弹簧。相对于摩擦轮，可有效降低对球体的破坏。本发明接、放球装置，可接住从远处飞来的足球，且可将足球放至指定位置，有助于足球球员的训练，同时可以建立足球训练数据库，为球员大赛前的训练提供重要的技术依据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：

图1为本发明方案的简要实施结构示意图；

图2为本发明方案的底盘和全向轮机构、平移定位机构配合的简要结构示意图；

图3为本发明方案的踢球机构的简要结构示意图；

图4为本发明方案的足球收放机构的简要结构示意图；

图5为本发明方案的足球收放机构的承接台、底盖和气缸的简要配合示意图；

图6本发明方案的全向轮机构的简要结构示意图。

具体实施方式

如图1至图6之一所示，本发明轮式足球机器人，其包括：

底盘1；下端面为多边形框架结构；

若干全向轮机构110，呈环形阵列连接在底盘1的下端面并用于带动底盘1移动；

平移定位机构120，固定设置在底盘1上端面中部，且用于记录全向轮机构110带动底盘1移动的坐标记录；

踢球机构2，设置在底盘1上端面一侧且用于带动足球移动；

足球收放机构3，设置在底盘1上端面另一侧且用于承接足球和将足球释放出。

其中，作为一种可能的实施方式，进一步，所述的全向轮机构110包括：

电机固定座124，其一侧边通过合页与底盘1连接；

驱动电机121，固定在电机固定座124上端面；

全向轮111，其径向中心通过联轴器125与驱动电机121的驱动转轴连接，由驱动电机121驱动全向轮111转动且全向轮的下边缘超出底盘1下端面并用于与地面接触。

龙门架112，跨设在电机固定座124上方且下端两侧均与底盘1上端面固定连接；

避震器122，下端与电机固定座124另一侧连接，上端与龙门架112固定连接。

另外，作为一种较优的实施方式，优选的，所述的踢球机构2包括：

第一连接架21，下端固定在底盘1上端面一侧；

转动杆22，通过立式轴承座216转动固定在第一连接架21接近底盘1边缘的一侧；

棘轮213，固定连接在转动杆22中部；

摆动杆215，一端固定在棘轮213一侧的转动杆22上，其另一端向下延伸；

一对辅助杆2171，一端分别固定连接在转动杆22两端；

一对菱形轴承座217，分别与一对辅助杆2171一一对应并连接在辅助杆2171的另一端；

一对弹簧219，与一对辅助杆2171一一对应，其一端通过弹簧固定轴218与菱形轴承座217连接，其另一端通过弹簧挂钩220与第一连接架21下部固定连接；

步进电机210，固定在第一连接架21远离底盘边缘的一侧且其转轴上连接有链轮212，所述的链轮212通过连接链条与棘轮213连接，由步进电机210驱动链轮212带动棘轮213旋转，使转动杆22另一端牵引摆动杆215沿接近底盘1中部方向摆动，使一对弹簧219蓄力，并由步进电机210停止驱动后，使弹簧219复位，令摆动杆215摆动且用于踢出足球。

作为一种较优的实施方式，优选的，所述的摆动杆215和辅助杆2171均均通过法兰盘与转动杆22连接。

作为一种较优的实施方式，优选的，所述的足球收放机构3包括：

第二连接架311，下端与底盘1上端面固定连接；

承接台350，为上下两端面敞开的环形框体结构且下部与第二连接架311固定连接；

承接部310，为三面由尼龙网围合形成的U形结构，其U形敞开侧朝向远离踢球机构2的方向，其下端固定连接在承接台350上端且用于引导承接的足球落入承接台350中；

底盖360，可水平滑动地贴合在承接台350的下端面上且用于启闭承接台350下端面；

一对滑座330，分别与底盖360两侧连接且滑座330上还均连接有舵机370；

一对滑轨320，固定在第二连接架311下部且与一对滑座一一对应且滑座滑动连接在滑轨上；

一对气缸340，分别设置在底盖360设有滑座330的两侧且与第二连接架311固定连接，气缸340的推杆端与底盖360远离踢球机构2的一侧固定连接，由气缸340的推杆伸缩，带动底盖360启闭承接台350下端面，令承接台350内收纳的足球落出或约束在承接台350内。

作为一种较优的实施方式，优选的，其还包括过渡板351，其设置在承接台350远离踢球机构2的一侧且两端分别与一对气缸340的推杆端末连接，一对气缸340的推杆还通过L形连接座与底盖360固定连接。

本方案的简要工作原理为：

尼龙网合围的承接部310可将远处飞来的足球缓冲落入承接台350，控制底盘1运动适当位置，气缸340伸长将承接台350及其中足球运出，给舵机370上电，使底盖360打开，从而使承接台350中的足球滚入指定区域。

全向轮机构110带动底盘1运动至指定区域，区域内放置一颗足球，调整位置使踢球腿215对准足球，给步进电机210上电，链轮212带动棘轮213转动，摆动杆215向上转动，使弹簧219拉伸蓄能，当摆动杆215转过竖直位置，弹簧219释放弹性势能，带动摆动杆215，从而将足球踢出。

以上所述为本发明实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.轮式足球机器人，其特征在于：其包括：

底盘；下端面为多边形框架结构；

若干全向轮机构，呈环形阵列连接在底盘的下端面并用于带动底盘移动；

平移定位机构，固定设置在底盘上端面中部，且用于记录全向轮机构带动底盘移动的坐标记录；

踢球机构，设置在底盘上端面一侧且用于带动足球移动；

足球收放机构，设置在底盘上端面另一侧且用于承接足球和将足球释放出。

2.根据权利要求1所述的轮式足球机器人，其特征在于：所述的全向轮机构包括：

电机固定座，其一侧边通过合页与底盘连接；

驱动电机，固定在电机固定座上端面；

全向轮，其径向中心通过联轴器与驱动电机的驱动转轴连接，由驱动电机驱动全向轮转动且全向轮的下边缘超出底盘下端面并用于与地面接触；

龙门架，跨设在电机固定座上方且下端两侧均与底盘上端面固定连接；

避震器，下端与电机固定座另一侧连接，上端与龙门架固定连接。

3.根据权利要求2所述的轮式足球机器人，其特征在于：所述的踢球机构包括：

第一连接架，下端固定在底盘上端面一侧；

转动杆，通过立式轴承座转动固定在第一连接架接近底盘边缘的一侧；

棘轮，固定连接在转动杆中部；

摆动杆，一端固定在棘轮一侧的转动杆上，其另一端向下延伸；

一对辅助杆，一端分别固定连接在转动杆两端；

一对菱形轴承座，分别与一对辅助杆一一对应并连接在辅助杆的另一端；

一对弹簧，与一对辅助杆一一对应，其一端通过弹簧固定轴与菱形轴承座连接，其另一端通过弹簧挂钩与第一连接架下部固定连接；

步进电机，固定在第一连接架远离底盘边缘的一侧且其转轴上连接有链轮，所述的链轮通过连接链条与棘轮连接，由步进电机驱动链轮带动棘轮旋转，使转动杆另一端牵引摆动杆沿接近底盘中部方向摆动，使一对弹簧蓄力，并由步进电机停止驱动后，使弹簧复位，令摆动杆摆动且用于踢出足球。

4.根据权利要求3所述的轮式足球机器人，其特征在于：所述的摆动杆和辅助杆均均通过法兰盘与转动杆连接。

5.根据权利要求3所述的轮式足球机器人，其特征在于：所述的足球收放机构包括：

第二连接架，下端与底盘上端面固定连接；

承接台，为上下两端面敞开的环形框体结构且下部与第二连接架固定连接；

承接部，为三面由尼龙网围合形成的U形结构，其U形敞开侧朝向远离踢球机构的方向，其下端固定连接在承接台上端且用于引导承接的足球落入承接台中；

底盖，可水平滑动地贴合在承接台的下端面上且用于启闭承接台下端面；

一对滑座，分别与底盖两侧连接且滑座上还均连接有舵机；

一对滑轨，固定在第二连接架下部且与一对滑座一一对应且滑座滑动连接在滑轨上；

一对气缸，分别设置在底盖设有滑座的两侧且与第二连接架固定连接，气缸的推杆端与底盖远离踢球机构的一侧固定连接，由气缸的推杆伸缩，带动底盖启闭承接台下端面，令承接台内收纳的足球落出或约束在承接台内。

6.根据权利要求5所述的轮式足球机器人，其特征在于：其还包括过渡板，其设置在承接台远离踢球机构的一侧且两端分别与一对气缸的推杆端末连接，一对气缸的推杆还通过L形连接座与底盖固定连接。

Images