CN209900626U - 一种捡球机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种捡球机械臂，涉及机器人技术领域，本实用新型所设计的多功能捡球机器人改变了市场上的捡球机器人通过机械臂的抓取，实现捡球的功能；采用吸风式捡球方法，将地面上的多个球通过吸风机产生的负压作用吸附在吸盘上，采用风力作为捡球的动力，更加高效、环保；本实用新型通过设计不同形状和尺寸的吸盘和不同档位的风力相互配合，在使用的过程中，针对不同的球类进行合理的设置，可实现多种球形的捡取；本实用新型通过容置孔内的半圈挡片形成螺旋风场，增大负压流场的吸风作用，使吸风机产生螺旋风，可增强吸风机的吸风效果，进一步提高捡球效率。

Description

一种捡球机械臂

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种捡球机械臂。

背景技术

网球、羽毛球、乒乓球等竞技运动在全世界范围内盛行，同时随着人们生活水平的提升，人们开始注重自己的生活质量的提高，越来越多的人开始通过网球、羽毛球、乒乓球等运动锻炼身体。因此，球类运动的训练场和运动场也日益增多，但是，训练场和运动场上球的收集成为一个耗时费力的问题。

一开始，这些球场都是通过雇佣专门的球场服务人员进行捡球或者是训练者自己捡球。如果是通过雇佣专门的球场服务人员进行人工捡球的话，将会增加训练馆的人力成本。如果是训练者自己捡球的话，一方面会占用训练者较多的训练时间，另一方面球类运动的训练比较注重动作的连贯性，通过连续的动作训练，形成肌肉记忆，有助于球技的提高。

随着科技的发展，人们开始考虑研发和使用捡球机械臂进行捡球，也取得了一定的成效。但是，目前市场上的捡球机械臂还存在着捡球的种类较为单一，结构很复杂，设计成本较高并且捡球效率相对较低等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是一种捡球机械臂，采用风力作为捡球的动力，更加高效、环保，可实现多种球形的捡取。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种捡球机械臂，包括吸盘、机械臂和旋转云台；所述吸盘包括吸球孔板和吸风机；所述吸球孔板上的容置孔外端与球体对应设置；所述吸风机的抽吸口与所述容置孔连通，以此实现通过所述吸风机来对球体进行抽吸定位容置；所述机械臂的前端与所述吸盘连接，来实现所述吸盘通过机械臂来旋转定位；所述机械臂的后端与所述旋转云台连接，以此实现所述吸盘的空间定位。

进一步地，所述吸球孔板与所述吸盘上可拆卸连接；还设有多个可拆卸的所述吸球孔板；且不同的所述吸球孔板上的容置孔分别与乒乓球、网球或羽毛球匹配设置。

进一步地，所述容置孔内还设有两个相互错开的半圈挡片。

进一步地，所述机械臂包括依次联接的第一阶臂、第二阶臂、第三阶臂、第四阶臂、舵机一和舵机二；所述第一阶臂的后端的从动齿轮与所述旋转云台的主动齿轮形成齿轮啮合传动结构；所述第一阶臂的前端通过所述舵机一带动所述第二阶臂与第一阶臂的相对转动连接；所述第二阶臂的前端固定设有气缸，且所述气缸的活塞杆与所述第三阶臂的后端固定连接，以此实现所述第三阶臂的轴向前后移动；所述第三阶臂的前端通过舵机二与所述第四阶臂的后端连接，以此实现所述第四阶臂的转动；所述第四阶臂的前端与所述吸盘连接。

进一步地，所述旋转云台底端有转动电机，所述转动电机上的主动齿轮带动第一阶臂下的从动齿轮转动，使机械臂在水平面上0～360°范围内周向绕轴旋转。

进一步地，还设有可卸储球箱；所述可卸储球箱为开口向上的箱体结构；所述机械臂通过旋转云台设在所述可卸储球箱的前部。

进一步地，还设有红外传感器、风压传感器和超声波传感器；所述红外传感器设在所述吸风机的外壳上；所述风压传感器设在所述吸风机的吸风管道内壁上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型所设计的多功能捡球机械臂改变了市场上的捡球机械臂通过机械臂的抓取，实现捡球的功能；采用吸风式捡球方法，将地面上的多个球通过吸风机产生的负压作用吸附在吸盘上，采用风力作为捡球的动力，更加高效、环保。

2、本实用新型通过设计不同形状和尺寸的吸盘和不同档位的风力相互配合，在使用的过程中，针对不同的球类进行合理的设置，可实现多种球形的捡取。

3、本实用新型通过容置孔内的半圈挡片形成螺旋风场，增大负压流场的吸风作用，使吸风机产生螺旋风，可增强吸风机的吸风效果，进一步提高捡球效率。当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型的立体结构示意图；

图3为本实用新型的立体结构示意图；

图4为本实用新型的机械臂与吸盘结构的剖视图；

图5为本实用新型的吸盘结构示意图；

图6为本实用新型的移动机构示意图；

图7为本实用新型的吸球孔板结构示意图；

图8为本实用新型的容置孔内的半圈挡片结构示意图；

图9为本实用新型的控制系统完整结构示意图；

图10为本实用新型的另一实施例的羽毛球吸球孔板结构示意图；

图11为本实用新型的另一实施例的羽毛球吸球孔板结构示意图；

图12为本实用新型的吸风机内的风机和风扇结构示意图；

图中标号说明：

10、吸盘；11、吸球孔板；111、容置孔；1111、半圈挡片；12、吸风机；20、机械臂；21、第一阶臂；211、从动齿轮；22、第二阶臂；221、气缸；23、第三阶臂；24、第四阶臂；25、舵机一；26、舵机二；30、旋转云台；31、转动电机；301、主动齿轮；40、移动机构；41、行走机构；411、车轮；412、步进电机；50、可卸储球箱；60、红外传感器；70、风压传感器；80、超声波传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1至图12，对本发明作进一步地说明：

结合附图1、图2、图3，一种捡球机器人，包括吸盘10、机械臂20、旋转云台30和移动机构40；所述吸盘10包括吸球孔板11和吸风机12；所述吸球孔板11上的容置孔111外端与球体对应设置；所述吸风机12的抽吸口与所述容置孔111连通，以此实现通过所述吸风机12来对球体进行抽吸定位容置；所述机械臂20的前端与所述吸盘10的基座连接，来实现所述吸盘10通过机械臂20来二维空间旋转定位；所述机械臂20的后端与所述旋转云台30连接；所述吸盘10通过所述机械臂20来实现三维空间定位；所述移动机构40设在所述旋转云台30的下部。

还设有可卸储球箱50；所述可卸储球箱50为开口向上的箱体结构；所述机械臂20通过旋转云台30设在所述可卸储球箱50的前部；所述移动机构40设在所述可卸储球箱50下。

结合附图4，所述机械臂20包括依次联接的第一阶臂21、第二阶臂22、第三阶臂23、第四阶臂24、舵机一25和舵机二26；所述第一阶臂21的后端的从动齿轮211与所述旋转云台30的主动齿轮301形成齿轮啮合传动结构；所述舵机一25定位设在所述第一阶臂21的前端，且通过舵机一25带动所述第二阶臂22与第一阶臂21的相对转动连接；所述第二阶臂22的前端固定设有气缸221，且所述气缸221的活塞杆与所述第三阶臂23的后端固定连接，以此实现所述第三阶臂23的轴向前后移动；所述第三阶臂23的前端通过舵机二26与所述第四阶臂24的后端连接，以此实现所述第四阶臂24的转动；所述第四阶臂24的前端与所述吸盘10的基座固定连接。所述机械臂20采取的结构能够实现所述吸盘10的多自由度的调节。

进一步地，所述旋转云台30底端有转动电机31，所述转动电机31上的主动齿轮301带动第一阶臂21下的从动齿轮211转动，使机械臂20在水平面上0～360°范围内周向绕轴旋转。

结合附图5，还设有红外传感器60、风压传感器70和超声波传感器80；所述红外传感器60设在所述吸风机12的外壳上，用来探测地面上的球体；所述风压传感器70设在所述吸风机12的吸风管道内壁上，通过检测气压大小来判断球是否充满吸盘10上的容置孔111；所述超声波传感器80设在可卸储球箱50的外侧壁上，用来探测到周围有障碍物。本发明可检测球的有无，小车可以根据场地的不同，行走不同的路线，通过控制车速的慢快来节省时间和电能；还设有可以通过手机远程控制捡球机器人的开关，来实现远程操作和控制。

结合附图6，所述移动机构40为轮式驱动行走机构41；所述行走机构41包括车轮411和步进电机412；所述车轮411的转动轴与步进电机412的输出转动轴固定连接来实现绕轴转动，以此实现对所述车轮411转动的控制；以此通过车轮411分别通过步进电机412来进行转动驱动，以此实现分别对所述车轮411进行转动的控制，通过对前两个驱动轮进行不同转速的控制，可来实现车体的任意方向的转动。

结合附图7，所述吸球孔板11与所述吸盘10上可拆卸连接；还设有与多种球类还匹配设置多个可拆卸的所述吸球孔板11；且不同的所述吸球孔板11上的容置孔111分别与乒乓球、网球或羽毛球匹配设置；这些吸盘10是用来吸球的，将球吸进容置孔111中，通过负压作用将球固定在容置孔111上。

优选的，所述容置孔111为球状凹槽结构，且所述容置孔111的尺寸分别与待吸取的球体尺寸匹配设置；通过设置多个容置孔，当部分容置孔在装置工作的时候吸附住球体时，会增大其他未被封堵的容置孔的吸力，吸附力更强。

结合附图8，所述容置孔111内还设有两个相互错开的半圈挡片1111；吸风机12在吸风时，通过容置孔内的半圈挡片1111形成螺旋风场，增大负压流场的吸风作用，增大对球的吸力。

所述吸风机12的前端用垫圈通过螺栓与所述吸盘10相连接。

所述舵机一25和舵机二26可采用转动电机来替换；通过转动电机的转动输出轴分别与第二阶臂22和第四阶臂24固定连接，以此实现所述第二阶臂22和第四阶臂24的轴向转动。

结合附图9，还设有控制台；控制台内设有控制系统和电池；所述控制系统与所述吸风机12、机械臂20、步进电机412、红外传感器60、风压传感器70和超声波传感器80连接。控制系统用来处理传感器采集的信号并处理，此外对开关模式的执行。所述红外传感器60探测到球后，控制系统控制步进电机412使小车减速，从而使吸盘10能够充分吸取附近的球。

当控制系统采集到风压传感器70的检测值达到或者超过预设的压力数值时，此时控制系统判断吸盘10上已吸满了球后，控制系统就会控制旋转云台30、舵机一25和舵机二26，来实现整个机械臂20的旋转和伸缩，最终形成“n”型，使吸盘10。旋转至储球箱50上方，并通过降低吸风机12转速，来减小吸风的压力，使球落入储球箱内，完成捡球和放球。当风压传感器70在控制系统内预设的一段时间内没有变化或在极小的范围内波动时，此时，控制系统判断在小车附近没有散落的球，进而从捡球模式进入收球模式，将吸盘10上已收取的球落入储球箱，再开始寻球模式，继续循环工作。

一种捡球机器人控制方法，基于所述的捡球机器人，更换待吸取的球类型号的吸盘，同时确定待捡球的场地无其他异物后，启动本装置来进行捡球操作，包括寻球模式、吸球模式和收球模式；

寻球模式：当红外传感器60未探测到球时，小车进入寻球模式，此时控制系统控制步进电机412，使小车开始加速；且本装置从场地靠外边一个角由外往内行走，并采用“方形蚊香”型路线来进行寻球；

吸球模式：吸盘10上的红外传感器60探测到球后，进入捡球模式；同时控制系统控制步进电机412使小车减速，从而使吸盘10能够充分吸取附近的球；当球填满了吸盘10上的槽孔，风压传感器70的检测值达到或者超过预设的压力数值时，控制系统控制小车进入收球模式；

收球模式：控制系统控制旋转云台30、舵机一25和舵机二26，来实现整个机械臂20的旋转和伸缩，使吸盘10停留至可卸储球箱50上方，并通过降低吸风机12转速来减小吸风的压力，使球落入可卸储球箱50内来完成单次收球；

完成单次收球后，再次进入寻球模式来实现多次的循环工作，直至最终完成捡球工作，关闭开关并停在指定位置。

进一步地，在寻球模式中，当超声波传感器80探测到周围有障碍物时，控制系统采集到超声波传感器80传来的信号后，就会发出指令，使控制小车的行走装置，使其改变速度与方向，使小车避开障碍物。

本装置有三种捡球模式，分别应用于乒乓球场地，羽毛球场地和网球场地。在不同的球场上应用时，将吸盘10成相应的球类型号并打开相应的工作模式，控制系统控制小车按照预先设定的路径行走，进行捡球。(乒乓球，网球和羽毛球场地都是方形场地，路径形式一样，只是场地的大小尺寸不同)。开始工作后，控制系统控制步进电机412驱动行走机构41，使小车走遍半场，然后移动到另一半场，重复工作，完成整个球场的捡球工作。在乒乓球，羽毛球和网球场地工作时，从靠外边默认为左上角一个角开始吸，小车行走路径设置为“方形蚊香”型，由外往内行走，然后转移到另半场重复运行，最终完成捡球工作，并停在指定的位置。

结合附图10和图11，在另一实施例中，所述吸球孔板11包括多圈环状支撑板和连接筋；所述环状支撑板同轴间距设置，并通过所述连接筋来实现多个环状支撑板的固定连接；两两相邻的所述环状支撑板之间的间隙与吸风机12的抽吸口对应设置，以此实现对羽毛球的抽吸；通过设置交错的连接筋，还可以减小多个环状间隙的吸口，可以提高整个吸盘的吸力，也可以产生节流的效果，同时可减少装置的动力源输入，更加节能。

优选的，两两相邻的所述环状支撑板之间形成弧形凹槽结构，且所述弧形凹槽结构与羽毛球的尺寸匹配，以此实现对羽毛球的有效容置。

结合图12，在另一实施例中，与上述实施例不同的是，所述吸风机12为涡流吸风机；包括转动电机和叶轮，所述转动电机带动所述叶轮转动，由于叶轮叶片中间的空气受到离心力的作用，朝着叶轮的运动，在那里空气进入泵体的环形空腔，然后又返回叶轮，重新从叶片的起点以同样的方式又进行循环运动，由于空气被均匀的加速，叶轮旋转时所产生的循环气流使空气以螺旋线的形式从机壳内抽出，所以空气以极高的能量离开泵体，(它所产生的吸是同转速直径离心吸风机的12-17倍)；以此实现对球体更高效的吸附，更加节能高效。

本装置结构简单，操作便捷，可重复利用，经济实用，便于管理，使用灵活，设计合理，结构紧凑，具有很好的市场前景。

需要说明的是，本发明中未详细阐述部分属于本领域公知技术，或可直接从市场上采购获得，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得，其具体的连接方式在本领域或日常生活中有着极其广泛的应用，此处不再详述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语连接亦可认为是动联接和静联接两类：动联接，被联接件的相互位置在工作时可以按需要变化的联接，如轴与滑动轴承、变速器中齿轮与轴的联接等。静联接，被联接件之间的相互位置在工作时不能也不允许变化的联接，如蜗轮的齿圈与轮心、减速器中齿轮与轴的联接等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种捡球机械臂，其特征在于：包括吸盘(10)、机械臂(20)和旋转云台(30)；所述吸盘(10)包括吸球孔板(11)和吸风机(12)；所述吸球孔板(11)上的容置孔(111)外端与球体对应设置；所述吸风机(12)的抽吸口与所述容置孔(111)连通，以此实现通过所述吸风机(12)来对球体进行抽吸定位容置；所述机械臂(20)的前端与所述吸盘(10)连接，来实现所述吸盘(10)通过机械臂(20)来旋转定位；所述机械臂(20)的后端与所述旋转云台(30)连接，以此实现所述吸盘(10)的空间定位。

2.根据权利要求1所述的捡球机械臂，其特征在于：所述吸球孔板(11)与所述吸盘(10)上可拆卸连接；还设有多个可拆卸的所述吸球孔板(11)；且不同的所述吸球孔板(11)上的容置孔(111)分别与乒乓球、网球或羽毛球匹配设置。

3.根据权利要求1所述的捡球机械臂，其特征在于：所述容置孔(111)内还设有两个相互错开的半圈挡片(1111)。

4.根据权利要求1所述的捡球机械臂，其特征在于：所述机械臂(20)包括依次联接的第一阶臂(21)、第二阶臂(22)、第三阶臂(23)、第四阶臂(24)、舵机一(25)和舵机二(26)；所述第一阶臂(21)的后端的从动齿轮(211)与所述旋转云台(30)的主动齿轮(301)形成齿轮啮合传动结构；所述第一阶臂(21)的前端通过所述舵机一(25)带动所述第二阶臂(22)与第一阶臂(21)的相对转动连接；所述第二阶臂(22)的前端固定设有气缸(221)，且所述气缸(221)的活塞杆与所述第三阶臂(23)的后端固定连接，以此实现所述第三阶臂(23)的轴向前后移动；所述第三阶臂(23)的前端通过舵机二(26)与所述第四阶臂(24)的后端连接，以此实现所述第四阶臂(24)的转动；所述第四阶臂(24)的前端与所述吸盘(10)连接。

5.根据权利要求4所述的捡球机械臂，其特征在于：所述旋转云台(30)底端有转动电机(31)，所述转动电机(31)上的主动齿轮(301)带动第一阶臂(21)下的从动齿轮(211)转动，使机械臂(20)在水平面上0～360°范围内周向绕轴旋转。

6.根据权利要求1所述的捡球机械臂，其特征在于：还设有可卸储球箱(50)；所述可卸储球箱(50)为开口向上的箱体结构；所述机械臂(20)通过旋转云台(30)设在所述可卸储球箱(50)的前部。

7.根据权利要求1所述的捡球机械臂，其特征在于：还设有红外传感器(60)、风压传感器(70)和超声波传感器(80)；所述红外传感器(60)设在所述吸风机(12)的外壳上；所述风压传感器(70)设在所述吸风机(12)的吸风管道内壁上。

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