CN208426642U - 一种投篮机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种投篮机器人，包括车架体、投篮机械臂、篮球升降支架和行动轮，其中投篮机械臂设在车架体前部，篮球升降支架设在车架体后部，行动轮位于车架体下部。本实用新型是专门针对篮球运动员实战模拟与训练使用的高仿真投篮动作分解模拟器，其结构简单，方便移动，模拟简单投篮运动机理，其中的投篮机械臂模拟人类的手臂结构，能够实现自动化指令操作，快速灵活地调整角度和投球掌板与篮球的接触面积，实现各点对投篮曲线的仿真实践；在投球掌板上安装传感器可以采集机械臂投球时的施力状态的相关数据，实现运动员投篮时手臂运动拟真、展示投篮机械臂的设计原理，为人体运动拟真机器人的设计提供数据支持。

Description

一种投篮机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，特别涉及一种投篮机器人。

背景技术

目前,人体运动拟真机器人作为复杂机电一体化系统的代表,结合工程学科和科学学科,已然成为学界备受关注的研究领域之一，投篮机器人便是人体运动拟真机器人的一种，可以用于针对篮球运动员实战模拟与训练使用，也可以作为高仿真篮球投射机器人玩具供篮球爱好者使用。在工业4.0的号召下，仿真运动机器人的研发可对未来制造业产品商业化进程有一定启示意义。其中，投篮机械臂是投篮机器人中关键部件，投篮机械臂在进行具体设计之前需要设计概念装置，概念装置能直接地展示设计原理、表达设计理念、演示设计效果，方便采集相关施力数据，对于启示实际产品的设计具有一定的教育意义。因此需要设计一种带有模拟投篮时手掌与手臂的施力状态、能够实现自动化指令操作的投篮机械臂的投篮机器人，能够灵活改变投篮角度、高度和力度。

发明内容

本实用新型所述的一种投篮机器人，包括车架体、投篮机械臂、篮球升降支架和行动轮，其中投篮机械臂设在车架体前部，篮球升降支架设在车架体后部，行动轮位于车架体下部；

所述的投篮机械臂包括投球掌板、投篮臂架体、底座、摆动支杆、摆动轴和摆臂电机，其中，投球掌板设在投篮臂架体上端，投篮臂架体位于底座上方，投篮臂架体下端设有摆动支杆，摆动支杆下端垂直固定在摆动轴上，摆动轴通过轴承支架横向设在底座上，摆动轴上设有齿轮，摆臂电机设在底座上，摆臂电机的输出轴齿轮与摆动轴上的齿轮相啮合；

所述的篮球升降支架包括升降丝杆、升降滑杆、升降电机和U型环，其中，升降丝杆和升降滑杆竖向平行设在篮球升降支架上，升降丝杆的上下两端通过轴承与篮球升降支架连接，升降滑杆上下两端与篮球升降支架固定连接，升降电机设在车架体上，通过联轴器与升降丝杆下端相连，U型环的连杆上设有滚珠螺母和光滑孔，滚珠螺母套设在升降丝杆上，光滑孔套设在升降滑杆上。

所述的投篮机械臂还包括径向位移支架、径向位移电机、径向位移丝杆和径向位移滑杆，其中径向位移丝杆和径向位移滑杆分别设在投篮机械臂的底座上，径向位移丝杆两端通过轴承与底座连接，径向位移滑杆两端固定在底座上，径向位移电机设在车架体上，径向位移电机的输出轴通过联轴器与径向位移丝杆的一端相连，径向位移支架一端通过螺纹孔套设在径向位移丝杆上，径向位移支架底部通过光滑孔套设在径向位移滑杆上；投篮机械臂的摆动轴通过轴承支架横向设在径向位移支架上，摆臂电机也设在径向位移支架上。

所述的投篮机械臂的投篮臂架体上设有掌板连接架、高度调节丝杆和高度调节电机，其中，掌板连接架设在投篮臂架体上部，高度调节丝杆竖向设在投篮臂架体上，两端通过轴承与投篮臂架体连接，高度调节电机的输出轴与高度调节丝杆下端相连；所述的掌板连接架包括掌板底座、支撑杆和螺纹孔底板，掌板底座设在支撑杆上端，螺纹孔底板套设在高度调节丝杆上，支撑杆穿过投篮臂架体上顶板与螺纹孔底板相连；所述的投球掌板与掌板连接架上端的掌板底座枢轴连接。

投球掌板与掌板连接架之间的转轴与投球掌板固定连接，与掌板连接架轴承连接，投球掌板的转轴与摆动轴之间通过传动带相连，使投球掌板的转轴与摆动轴同步旋转；投篮臂架体上还设有过渡轮，所述的过渡轮设在过渡轮连杆的一端，过渡轮连杆的中间位置垂直设有转轴杆，转轴杆的另一端套设于转轴座内，转轴座固定在投篮臂架体上，传动带搭接在过渡轮上；过渡轮连杆的另一端通过连杆驱动杆与掌板连接架的螺纹孔底板相连。

所述的行动轮包括转向轮和动力轮，转向轮通过转向桥设在车架体下部的前端，动力轮设在车架体下部的后端；车架体上还设有转向电机和动力电机，转向电机的输出轴通过转向连杆与转向桥相连，动力电机的输出轴通过驱动皮带与动力轮的轴杆相连。

所述的投球掌板掌面上，沿弧线排列有指柱，指柱的上端截面为向掌心倾斜的弧形面。

所述的摆臂电机、径向位移电机、高度调节电机、升降电机、转向电机和动力电机分别与单片机相连，所述的单片机设在底座上，由单片机控制摆臂电机、径向位移电机、高度调节电机、升降电机、转向电机和动力电机运行。

本实用新型的工作原理：

初始状态，由单片机控制转向电机运行，调整转向轮的角度，同时动力电机运行，驱动动力轮将机器人移动至指定的投篮站位点；

到达站位点后，将篮球放置于篮球升降支架的U型环上，升降电机开始运行，通过联轴器带动升降丝杆旋转，驱动U型环沿着升降丝杆和升降滑杆上升到预定高度处；

U型环升高到指定高度处后，摆臂电机的输出轴齿轮反向旋转，通过摆动轴上的齿轮带动摆动轴向后旋转，进而摆动支杆驱动投篮臂架体向后倾斜，使投球掌板低于U型环；径向位移电机反向运行，径向位移电机的输出轴通过联轴器带动径向位移丝杆反向转动，驱动径向位移支架沿径向位移滑杆向后滑动，搭载投篮臂架体向后运行直到投球掌板位于篮球正下方；

然后再分别由摆臂电机正向或方向旋转微调投篮臂架体的倾斜角度，由径向位移电机正向或方向旋转微调投篮臂架体的前后位置，由高度调节电机正向或方向旋转，其输出轴带动高度调节丝杆旋转，驱动螺纹孔底板向上或向下运行，带动掌板连接架整体向上或向下运行，直到投球掌板的五跟指柱的上端面与篮球接触，至此，调整投篮臂架体至合理投篮角度，做好投球前准备；

接到投球指令后，摆臂电机开始正向运行，短时间内输出转矩，摆动轴向前旋转，通过摆动轴和摆动支杆带动投篮臂架体快速向前摆动，提供投球的动力，同时，径向位移电机正向运行，带动径向位移丝杆正向转动，驱动径向位移支架沿径向位移滑杆向前滑动，搭载投篮臂架体向前运行，为投篮臂架体提供向前的动力，增加投球力度。最终，篮球在摆臂电机和径向位移电机的驱动下，被投球掌板投出。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种投篮机器人是专门针对篮球运动员实战模拟与训练使用的高仿真投篮动作分解模拟器，其结构简单，方便移动，模拟简单投篮运动机理，其中的投篮机械臂模拟人类的手臂结构，能够实现自动化指令操作，快速灵活地调整角度和投球掌板与篮球的接触面积，实现各点对投篮曲线的仿真实践；在投球掌板上安装传感器可以采集机械臂投球时的施力状态的相关数据，实现运动员投篮时手臂运动拟真、展示投篮机械臂的设计原理，为人体运动拟真机器人的设计提供数据支持。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型投篮机械臂结构示意图。

图3为本实用新型投篮机械臂的底座结构示意图。

图4为本实用新型投篮机械臂的投篮臂架体结构示意图。

图5为本实用新型投篮机械臂的投篮臂架体侧视结构示意图。

图6为本实用新型底部结构示意图。

图7为本实用新型转向电机、动力电机位置结构示意图。

1、车架体 2、投篮机械臂 3、篮球升降支架 5、投球掌板

6、投篮臂架体 7、底座 8、摆动支杆 9、摆动轴

10、摆臂电机 11、升降丝杆 12、升降滑杆 13、升降电机

14、U型环 15、径向位移支架 16、径向位移电机 17、径向位移丝杆

18、径向位移滑杆 19、掌板连接架 20、高度调节丝杆

21、高度调节电机 22、掌板底座 23、支撑杆 24、螺纹孔底板

25、传动带 26、过渡轮 27、过渡轮连杆 28、转轴杆 29、转轴座

30、连杆驱动杆 31、转向轮 32、动力轮 33、转向桥 34、转向电机

35、动力电机 36、转向连杆 37、驱动皮带 38、指柱。

具体实施方式

请参阅图1-7所示：

本实用新型所述的一种投篮机器人，包括车架体1、投篮机械臂2、篮球升降支架3和行动轮，其中投篮机械臂2设在车架体1前部，篮球升降支架3设在车架体1后部，行动轮位于车架体1下部；

所述的投篮机械臂2包括投球掌板5、投篮臂架体6、底座7、摆动支杆8、摆动轴9和摆臂电机10，其中，投球掌板5设在投篮臂架体6上端，投篮臂架体6位于底座7上方，投篮臂架体6下端设有摆动支杆8，摆动支杆8下端垂直固定在摆动轴9上，摆动轴9通过轴承支架横向设在底座7上方，摆动轴9上设有齿轮，摆臂电机10设在底座7上，摆臂电机10的输出轴齿轮与摆动轴9上的齿轮相啮合；

所述的篮球升降支架3包括升降丝杆11、升降滑杆12、升降电机13和U型环14，其中，升降丝杆11和升降滑杆12竖向平行设在篮球升降支架3上，升降丝杆11的上下两端通过轴承与篮球升降支架3连接，升降滑杆12上下两端与篮球升降支架3定连接，升降电机13设在车架体1上，通过联轴器与升降丝杆11下端相连，U型环14的连杆上设有滚珠螺母和光滑孔，滚珠螺母套设在升降丝杆11上，光滑孔套设在升降滑杆12上。

所述的投篮机械臂2还包括径向位移支架15、径向位移电机16、径向位移丝杆17和径向位移滑杆18，其中径向位移丝杆17和径向位移滑杆18分别设在投篮机械臂2的底座7上，径向位移丝杆17两端通过轴承与底座7连接，径向位移滑杆18两端固定在底座7上，径向位移电机16设在车架体1上，径向位移电机16的输出轴通过联轴器与径向位移丝杆17的一端相连，径向位移支架15一端通过螺纹孔套设在径向位移丝杆17上，径向位移支架15底部通过光滑孔套设在径向位移滑杆18上；投篮机械臂2的摆动轴9通过轴承支架横向设在径向位移支架15上，摆臂电机10也设在径向位移支架15上。

所述的投篮机械臂2的投篮臂架体6上设有掌板连接架19、高度调节丝杆20和高度调节电机21，其中，掌板连接架19设在投篮臂架体6上部，高度调节丝杆20竖向设在投篮臂架体6上，两端通过轴承与投篮臂架体6连接，高度调节电机21的输出轴通过联轴器与高度调节丝杆20下端相连；所述的掌板连接架19包括掌板底座22、支撑杆23和螺纹孔底板24，掌板底座22设在支撑杆23上端，螺纹孔底板24套设在高度调节丝杆20上，支撑杆23穿过投篮臂架体6上顶板与螺纹孔底板24相连；所述的投球掌板5与掌板连接架19上端的掌板底座22枢轴连接。

投球掌板5与掌板连接架19之间的转轴与投球掌板5固定连接，与掌板连接架19轴承连接，投球掌板5的转轴与摆动轴9之间通过传动带25相连，使投球掌板5的转轴与摆动轴9同步旋转，即当摆动轴9带动投篮臂架体6向后倾斜准备投球时，投球掌板5随之向后倾斜，用于承托篮球；当摆动轴9带动投篮臂架体6向前摆动时，投球掌板5随之向前摆动，与投篮臂架体6共同施力将篮球投出，模拟人在投篮时的手腕与手臂的施力状态；投篮臂架体上还设有过渡轮26，所述的过渡轮26设在过渡轮连杆27的一端，过渡轮连杆27的中间位置垂直设有转轴杆28，转轴杆28的另一端套设于转轴座29内，转轴座29固定在投篮臂架体6上，传动带25搭接在过渡轮26上；过渡轮连杆27的另一端通过连杆驱动杆30与掌板连接架19的螺纹孔底板24相连。当螺纹孔底板24在高度调节电机21的驱动下沿高度调节丝杆20向上或向下运行时，会由连杆驱动杆30带动过渡轮连杆27通过转轴杆28绕转轴座29旋转，过渡轮26随之下降或上升，使传动带25的张力在一定范围内发生松紧变化，保证传动带25与投球掌板5的转轴之间不发生滑动。

所述的行动轮包括转向轮31和动力轮32，转向轮31通过转向桥33设在车架体1下部的前端，动力轮32设在车架体1下部的后端；车架体1上还设有转向电机34和动力电机35，转向电机34的输出轴通过转向连杆36与转向桥33相连，动力电机35的输出轴通过驱动皮带37与动力轮32的轴杆相连。

所述的投球掌板5掌面上，沿弧线排列有五跟指柱38，指柱38的上端截面为向掌心倾斜的弧形面，与篮球表面的弧度相同，目的是更好地贴合篮球表面，起到承托篮球防止篮球脱落的作用。

所述的摆臂电机10、径向位移电机16、高度调节电机21、升降电机13、转向电机34和动力电机35分别与单片机相连，所述的单片机设在底座7上，由单片机控制摆臂电机10、径向位移电机16、高度调节电机21、升降电机13、转向电机34和动力电机35运行。

本实用新型的工作原理：

初始状态，由单片机控制转向电机34运行，调整转向轮31的角度，同时动力电机35运行，驱动动力轮32将机器人移动至指定的投篮站位点；

到达站位点后，将篮球放置于篮球升降支架3的U型环14上，升降电机13开始运行，通过联轴器带动升降丝杆11旋转，驱动U型环14沿着升降丝杆11和升降滑杆12上升到预定高度处；

U型环14升高到指定高度处后，摆臂电机10的输出轴齿轮反向旋转，通过摆动轴9上的齿轮带动摆动轴9向后旋转，进而摆动支杆8驱动投篮臂架体6向后倾斜，使投球掌板5低于U型环14；径向位移电机16反向运行，径向位移电机16的输出轴通过联轴器带动径向位移丝杆17反向转动，驱动径向位移支架15沿径向位移滑杆18向后滑动，搭载投篮臂架体6向后运行直到投球掌板5位于篮球正下方；

然后再分别由摆臂电机10正向或方向旋转微调投篮臂架体6的倾斜角度，由径向位移电机16正向或方向旋转微调投篮臂架体6的前后位置，由高度调节电机21正向或方向旋转，其输出轴带动高度调节丝杆20旋转，驱动螺纹孔底板24向上或向下运行，带动掌板连接架19整体向上或向下运行，直到投球掌板5的五跟指柱38的上端面与篮球接触，至此，调整投篮臂架体6至合理投篮角度，做好投球前准备；

接到投球指令后，摆臂电机10开始正向运行，短时间内输出转矩，摆动轴9向前旋转，通过摆动轴9和摆动支杆8带动投篮臂架体6快速向前摆动，提供投球的动力，同时，径向位移电机16正向运行，带动径向位移丝杆17正向转动，驱动径向位移支架15沿径向位移滑杆18向前滑动，搭载投篮臂架体6向前运行，为投篮臂架体6提供向前的动力，增加投球力度。最终，篮球在摆臂电机10和径向位移电机16的驱动下，被投球掌板5投出。

Claims (6)

1.一种投篮机器人，其特征在于：包括车架体、投篮机械臂、篮球升降支架和行动轮，其中投篮机械臂设在车架体前部，篮球升降支架设在车架体后部，行动轮位于车架体下部；

所述的投篮机械臂包括投球掌板、投篮臂架体、底座、摆动支杆、摆动轴和摆臂电机，其中，投球掌板设在投篮臂架体上端，投篮臂架体位于底座上方，投篮臂架体下端设有摆动支杆，摆动支杆下端垂直固定在摆动轴上，摆动轴通过轴承支架横向设在底座上，摆动轴上设有齿轮，摆臂电机设在底座上，摆臂电机的输出轴齿轮与摆动轴上的齿轮相啮合；

所述的篮球升降支架包括升降丝杆、升降滑杆、升降电机和U型环，其中，升降丝杆和升降滑杆竖向平行设在篮球升降支架上，升降丝杆的上下两端通过轴承与篮球升降支架连接，升降滑杆上下两端与篮球升降支架固定连接，升降电机设在车架体上，通过联轴器与升降丝杆下端相连，U型环的连杆上设有滚珠螺母和光滑孔，滚珠螺母套设在升降丝杆上，光滑孔套设在升降滑杆上。

2.根据权利要求1所述的一种投篮机器人，其特征在于：所述的投篮机械臂还包括径向位移支架、径向位移电机、径向位移丝杆和径向位移滑杆，其中径向位移丝杆和径向位移滑杆分别设在投篮机械臂的底座上，径向位移丝杆两端通过轴承与底座连接，径向位移滑杆两端固定在底座上，径向位移电机设在车架体上，径向位移电机的输出轴通过联轴器与径向位移丝杆的一端相连，径向位移支架一端通过螺纹孔套设在径向位移丝杆上，径向位移支架底部通过光滑孔套设在径向位移滑杆上；投篮机械臂的摆动轴通过轴承支架横向设在径向位移支架上，摆臂电机也设在径向位移支架上。

3.根据权利要求1所述的一种投篮机器人，其特征在于：所述的投篮机械臂的投篮臂架体上设有掌板连接架、高度调节丝杆和高度调节电机，其中，掌板连接架设在投篮臂架体上部，高度调节丝杆竖向设在投篮臂架体上，两端通过轴承与投篮臂架体连接，高度调节电机的输出轴与高度调节丝杆相连；所述的掌板连接架包括掌板底座、支撑杆和螺纹孔底板，掌板底座设在支撑杆上端，螺纹孔底板套设在高度调节丝杆上，支撑杆穿过投篮臂架体上顶板与螺纹孔底板相连；所述的投球掌板与掌板连接架上端的掌板底座枢轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种投篮机器人，其特征在于：投球掌板与掌板连接架之间的转轴与投球掌板固定连接，与掌板连接架轴承连接，投球掌板的转轴与摆动轴之间通过传动带相连，使投球掌板的转轴与摆动轴同步旋转；投篮臂架体上还设有过渡轮，所述的过渡轮设在过渡轮连杆的一端，过渡轮连杆的中间位置垂直设有转轴杆，转轴杆的另一端套设于转轴座内，转轴座固定在投篮臂架体上，传动带搭接在过渡轮上；过渡轮连杆的另一端通过连杆驱动杆与掌板连接架的螺纹孔底板相连。

5.根据权利要求1所述的一种投篮机器人，其特征在于：所述的行动轮包括转向轮和动力轮，转向轮通过转向桥设在车架体下部的前端，动力轮设在车架体下部的后端；车架体上还设有转向电机和动力电机，转向电机的输出轴通过转向连杆与转向桥相连，动力电机的输出轴通过驱动皮带与动力轮的轴杆相连。

6.根据权利要求1所述的一种投篮机器人，其特征在于：所述的投球掌板掌面上，沿弧线排列有指柱，指柱的上端截面为向掌心倾斜的弧形面。