CN219558661U - 一种智能乒乓球发球机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能乒乓球发球机，包括上云台模块、轴承连接模块和底座，所述上云台模块通过轴承连接模块与底座固定连接，所述上云台模块用于控制乒乓球的发射；所述轴承连接模块用于固定底座并实现上云台模块的三百六十度转动；所述底座用于支撑上云台模块与轴承连接模块进行水平移动。本实用新型通过上云台模块与底座之间的衔接联动实现乒乓球发球机进行高强度或者针对性较强的训练。本实用新型可广泛应用于智能体育技术领域。

Description

一种智能乒乓球发球机

技术领域

本实用新型涉及智能体育技术领域，尤其是一种智能乒乓球发球机。

背景技术

随着机器人学以及半导体技术的发展，机器人变得越来越智能，同时越来越多的领域也出现了机器人的身影。在体育领域，机器人也得到了广泛的应用，体育员为了追求更加优越的身体性能，必不可免的会使用到机器人提供特定的帮助，乒乓球运动员也开始尝试使用机器人进行日常的训练；现有的乒乓球发球机种类主要有桌上型发球机，优点是小巧玲珑，便于携带。但是其功能有所欠缺，且循环性不足，发球方式简单，无法进行强度较高的训练。再者是标准型发球机，标准型发球机的美观性和耐用性都远大于桌上型发球机，且基本的发球功能完善，出球顺畅。但是其所有的发球方式都有程序设定，无法满足训练过程中与用户的进一步互动的需求，在现有的乒乓球发射机技术中，桌上式发球机虽然较为简便且易于使用，但存在着功能性不强，发球方式的缺点；标准型发球机功能较为完善，但互动性不高，不适合模拟真实场景对打，仅能作为强度不高的训练使用；小型的机器人发球机的对打能力比较完善，但是由于受到其运动范围的限制，对打空间范围存在不足，大型的机器人则是需要较大空间，成本较大，价格高昂；对比其他类型的轨道式机器人，仅在机器体积和运动范围上作出了改进，但是在与用户互动方面仍有不足之处。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种智能乒乓球发球机，通过上云台模块与底座之间的衔接联动实现乒乓球发球机进行高强度或者针对性较强的训练。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种智能乒乓球发球机，包括上云台模块、轴承连接模块和底座，所述上云台模块通过轴承连接模块与底座固定连接，其中，所述上云台模块用于控制乒乓球的发射，所述轴承连接模块用于固定底座并实现上云台模块的三百六十度转动，所述底座用于支撑上云台模块与轴承连接模块进行水平移动。

进一步，所述上云台模块包括出球口、固定支架、第一MCU模块、NCU模块、测速模块、摩擦轮、摩擦轮电机、弹仓、3P轴电机和视觉传感器，所述出球口与固定支架的前端固定连接，所述第一MCU模块、测速模块和视觉传感器之间进行电连接并安装于固定支架内，所述NCU模块与视觉传感器进行电连接，所述摩擦轮与摩擦轮电机的一端通过轴承咬合连接，所述摩擦轮电机的另一端固定在固定支架上，所述弹仓安装于固定支架的上端，所述3P轴电机安装于固定支架的侧面。

进一步，所述弹仓包括拨棍、拨盘电机、弹位和拨盘，所述拨盘壁上设于插孔，所述拨棍的一端通过内嵌于插孔与拨盘进行固定连接，所述拨棍的另一端与弹位进行固定连接，所述拨盘电机安装于拨盘内部实现拨盘的三百六十度转动。

进一步，所述轴承连接模块包括第一外圈板、轴承座外圈、第一内圈板、轴承、轴承座内圈、轴承垫高、电机、第二内圈板和第二外圈板，所述第一内圈板以轴承座外圈的轴线为中心均布设置在所述轴承座外圈内侧面，所述第一外圈板、轴承座外圈与轴承垫高通过过盈配合方式进行连接，所述第一外圈板通过螺母与上云台模块固定连接，所述轴承座内圈以轴承的轴线为中心均布设置在所述轴承内侧面，所述第一内圈板和轴承座内圈通过螺丝件固定，所述电机的带有转子的一端转轴面与轴承的一端贴合连接，所述电机的后盖端通过螺母与第二内圈板固定连接，所述第二内圈板以第二外圈板的轴线为中心均布设置在所述第二外圈板内侧面。

进一步，所述底座包括水平电机、辅助轮、动力轮、第一支板、第二支板、连接板和第二MCU模块，所述底座的侧壁设置有连接板，所述连接板的两端侧壁分别贴合有第一支板和第二支板，所述第一支板与第二支板均安装有辅助轮，所述连接板的内侧安装有动力轮与水平电机，所述动力轮固定在水平电机的转轴端，所述连接板的底部安装有第二MCU模块。

进一步，所述第一MCU模块和第二MCU模块均具有两个CAN通信结构接口和一个串口通信接口，所述第一MCU模块的第一CAN通信结构接口与轴承连接模块的电机电连接，所述第一MCU模块的第二CAN通信结构接口与底座的第二MCU模块电连接，所述第二MCU模块的第一CAN通信结构接口与底座的水平电机电连接，所述第二MCU模块的第二CAN通信结构接口分别与轴承连接模块的电机和上云台模块的3P轴电机电连接，所述第二MCU模块的串口通信接口与上云台模块的NCU模块电连接。

进一步，还包括电源模块，所述电源模块分别与第一MCU模块、第二MCU模块和NCU模块电连接，为第一MCU模块、第二MCU模块和NCU模块工作提供24V输出电压源。

本实用新型的有益效果是：本实用新型乒乓球发球机通过轨道进行空间上的移动，通过不同的轨道，能够满足多种多样的需求，同时解决了小型机器人发球机对打的范围不足的问题，且在造价上远低于大型的机器人发球机；轨道发球机在机械结构上主要可以分为两部分，一部分是底盘，负责在轨道上进行移动；另一部分则是云台，云台具有三百六十度旋转的功能，同时发射机构也能够进行一定角度的上下偏转，满足了发射不同的球的需求。同时，通过加装视觉传感器和NUC，能够做到通过视觉的算法分析针对用户进行高强度或者针对性较强的训练。

附图说明

图1是本实用新型智能乒乓球发球机的装置主体示意图；

图2是本实用新型上云台模块的剖面图；

图3是本实用新型上云台模块的俯视图；

图4是本实用新型上云台模块中弹仓的内部结构示意图；

图5是本实用新型上云台模块中弹仓的供弹装置示意图；

图6是本实用新型轴承连接模块的拆分零件示意图；

图7是本实用新型乒乓球发球机底座的剖面图；

图8是本实用新型乒乓球发球机底座的俯视图；

图9是本实用新型MCU模块之间的数据传输流程示意图；

附图标记：1、上云台模块；2、底座；3、轴承连接模块；4、轨道；5、出球口；6、弹仓；7、第一MCU模块；8、测速模块；9、摩擦轮；10、摩擦轮电机；11、3P轴电机；12、视觉传感器；13、拨棍；14、拨盘电机；15、拨盘；16、弹位；17、第一外圈板；18、轴承座外圈；19、第一内圈板；20、轴承；21、轴承座内圈；22、轴承垫高；23、电机；24、第二内圈板；25、第二外圈板；26、辅助轮；27、动力轮；28、水平电机；29、第二MCU模块；30、第一支板；31、第二支板；32、连接板；33、NCU模块。

具体实施方式

本实用新型提供了一种智能乒乓球发球机，包括上云台模块1、轴承连接模块3和底座2，所述上云台模块1通过轴承连接模块3与底座2固定连接，其中，所述上云台模块1用于控制乒乓球的发射，所述轴承连接模块3用于固定底座2并实现上云台模块1的三百六十度转动，所述底座2用于支撑上云台模块1与轴承连接模块3进行水平移动。

其中，参照图1和图8，本实用新型的目的在于为乒乓球爱好者或职业运动员提供一个具备陪练、成本可控且具备多种特性的乒乓球发射机，该机器的机械结构主要由上云台、底盘、轨道4等构成。上云台具有独立的发射结构、电机23、3P轴电机11、弹仓6、拨盘15结构、视觉传感器12、测速模块8以及滑环模块，其中电机23为Y轴电机。上云台还加装NCU模块33。底盘部分具有水平方向的电机，使得机器能够在轨道4上进行水平滑动。在硬件方面，配备有两个MCU模块，MCU模块具有两个CAN通信结构和一个串口通信结构。底盘的CAN1负责机器底盘的电机控制，CAN2负责与上下云台进行通信，底盘的串口负责与NUC进行通信。云台MCU的CAN1负责上下云台的电机控制，CAN2负责与底盘MCU进行通信，串口空置不使能。在电源方面，采用了24V电池供电的方式。

进一步作为优选实施例，所述上云台模块1包括出球口5、固定支架、第一MCU模块7、NCU模块33、测速模块8、摩擦轮9、摩擦轮电机10、弹仓6、3P轴电机11和视觉传感器12，所述出球口5与固定支架的前端固定连接，所述第一MCU模块7、测速模块8和视觉传感器12之间进行电连接并安装于固定支架内，所述NCU模块33与视觉传感器12进行电连接，所述摩擦轮9与摩擦轮电机10的一端通过轴承咬合连接，所述摩擦轮电机10的另一端固定在固定支架上，所述弹仓6安装于固定支架的上端，所述3P轴电机11安装于固定支架的侧面。

其中，参照图2和图3，弹仓6具备储藏乒乓球的功能，同时上供弹的设计有效减短了弹链，有效减少卡弹情况的产生。视觉传感器12主要是识别乒乓球的轨迹以及人体运动趋势，通过算法分析，有效地让用户的体验更加良好。摩擦轮9由摩擦轮电机10带动，使用了电机内嵌式的设计，有效节省了空间，MCU模块主要控制P轴电机和Y轴电机，同时与底盘MCU进行通信，乒乓球经过摩擦轮9后由测速模块8内射出，测速模块8将乒乓球速度反馈给MCU并调节摩擦轮9的转速，对乒乓球的射速形成闭环控制。

进一步作为优选实施例，所述弹仓6包括拨棍13、拨盘电机14、弹位16和拨盘15，所述拨盘15壁上设于插孔，所述拨棍13的一端通过内嵌于插孔与拨盘15进行固定连接，所述拨棍13的另一端与弹位16进行固定连接，所述拨盘电机14安装于拨盘15内部实现拨盘15的三百六十度转动。

其中，参照图4和图5，是弹仓6底盘的拨弹和供弹装置，通过拨盘电机14带动拨盘15旋转，拨棍13将乒乓球推向弹管，并由摩擦轮9摩擦射出，同时，拨盘15上方的乒乓球落入弹位16中，能够形成较好的发射连续性。

进一步作为优选实施例，所述轴承连接模块3包括第一外圈板17、轴承座外圈18、第一内圈板19、轴承20、轴承座内圈21、轴承垫高22、电机23、第二内圈板24和第二外圈板25，所述第一内圈板19以轴承座外圈18的轴线为中心均布设置在所述轴承座外圈18内侧面，所述第一外圈板17、轴承座外圈18与轴承垫高22通过过盈配合方式进行连接，所述第一外圈板17通过螺母与上云台模块1固定连接，所述轴承座内圈21以轴承的轴线为中心均布设置在所述轴承内侧面，所述第一内圈板19和轴承座内圈21通过螺丝件固定，所述电机23的带有转子的一端转轴面与轴承的一端贴合连接，所述电机23的后盖端通过螺母与第二内圈板24固定连接，所述第二内圈板24以第二外圈板25的轴线为中心均布设置在所述第二外圈板25内侧面。

其中，参照图6，上下的外圈板和内圈板分别固定在云台和底盘上；外圈板和内圈板使用过盈配合的方式组合在一起。上外圈板、轴承座外圈18、和轴承垫高22三者使用过盈配合组合到一起；上内圈板和轴承座内圈21使用螺丝件固定到一起。电机23上部分跟内圈板使用螺丝件固定到一起，电机23下部分固定到内圈板上。电机23内部通过电机23与轴承的组合，实现云台的三百六十度转动。

进一步作为优选实施例，所述底座2包括水平电机28、辅助轮26、动力轮27、第一支板30、第二支板31、连接板32和第二MCU模块29，所述底座2的侧壁设置有连接板32，所述连接板32的两端侧壁分别贴合有第一支板30和第二支板31，所述第一支板30与第二支板31均安装有辅助轮26，所述连接板32的内侧安装有动力轮27与水平电机28，所述动力轮27固定在水平电机28的转轴端，所述连接板32的底部安装有第二MCU模块29。

其中，参照图7和图8，是机器的底盘结构，结构主体主要通过铝管和玻纤板进行组合，在保证机器结构强度足够的同时，合理的控制成本，由水平电机28带动动力轮27的滚动，同时兼以辅助轮26，使得机器在轨道4上的移动更加顺滑和流畅。

进一步作为优选实施例，所述第一MCU模块7和第二MCU模块29均具有两个CAN通信结构接口和一个串口通信接口，所述第一MCU模块7的第一CAN通信结构接口与轴承连接模块3的电机电连接，所述第一MCU模块7的第二CAN通信结构接口与底座2的第二MCU模块29电连接，所述第二MCU模块29的第一CAN通信结构接口与底座2的水平电机28电连接，所述第二MCU模块29的第二CAN通信结构接口分别与轴承连接模块3的电机和上云台模块1的3P轴电机11电连接，所述第二MCU模块29的串口通信接口与上云台模块1的NCU模块33电连接。

其中，参照图9，电池经过电源管理模块向各个模块供电。云台MCU和底盘MCU经过滑环使用CAN2进行通信。NCU接受视觉传感器12的数据并进行计算，最后通过串口与底盘MCU进行通信。底盘MCU使用CAN1控制水平电机28。云台MCU通过CAN2控制Y轴电机、P轴电机、拨盘电机14和摩擦轮电机10。同时测速模块8向云台MCU传输乒乓球的发射速度，接收到乒乓球的发射速度后，云台MCU调整摩擦轮电机10和拨盘电机14的速度，形成对乒乓球发射速度的闭环控制。

进一步作为优选实施例，还包括电源模块，所述电源模块分别与第一MCU模块7、第二MCU模块29和NCU模块33电连接，为第一MCU模块7、第二MCU模块29和NCU模块33工作提供24V输出电压源。

本实用新型的具体实施例如下：

一种智能乒乓球发球机，包括上云台模块1、轴承连接模块3、底座2、出球口5、固定支架、第一MCU模块7、NCU模块33、测速模块8、摩擦轮9、摩擦轮电机10、弹仓6、3P轴电机11、视觉传感器12、拨棍13、拨盘电机14、弹位16、拨盘15、第一外圈板17、轴承座外圈18、第一内圈板19、轴承20、轴承座内圈21、轴承垫高22、电机23、第二内圈板24、第二外圈板25、水平电机28、辅助轮26、动力轮27、第一支板30、第二支板31、连接板32、第二MCU模块29和电源模块等。

工作原理如下：

机器进入工作状态后，MCU通过CAN通信通道跟各个电机建立起连接并进行闭环控制。同时MCU模块同NUC模块建立起通信链路，进行数据互认。MCU在接收到遥控数据后，根据遥控所给的数据进入相对应的模式。同时，NUC开始接收视觉传感器的数据，在初始化中标定乒乓球桌的位置并且实时监控用户的位置。MCU根据遥控所给的数据设定发弹的方式和移动的方式。随后，准备阶段结束后，机器开始发弹，视觉传感器对乒乓球的位置进行实时监控，并根据乒乓球的位置和用户的位置判定乒乓球是否被接中以及乒乓球是否被击回机器方的乒乓球桌。如用户未将球击回机器方球桌或未接到，则判定机器得分。反则，用户接中乒乓球并且击回到机器方的乒乓球桌上，则判定用户得分。MCU在控制发球的过程中，会根据NUC反馈回来的数据对各个电机的运动进行相对应的调整，使得机器能够带给用户更好的体验。同时NUC在检测乒乓球轨迹的同时，对乒乓球的轨迹进行记录并分析，并且形成相应的报告供用户进行参考。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种智能乒乓球发球机，其特征在于：包括上云台模块、轴承连接模块和底座，所述上云台模块通过轴承连接模块与底座固定连接；

所述上云台模块用于控制乒乓球的发射；

所述轴承连接模块用于固定底座并实现上云台模块的三百六十度转动；

所述底座用于支撑上云台模块与轴承连接模块进行水平移动。

2.根据权利要求1所述的一种智能乒乓球发球机，其特征在于：所述上云台模块包括出球口、固定支架、第一MCU模块、NCU模块、测速模块、摩擦轮、摩擦轮电机、弹仓、3P轴电机和视觉传感器，所述出球口与固定支架的前端固定连接，所述第一MCU模块、测速模块和视觉传感器之间进行电连接并安装于固定支架内，所述NCU模块与视觉传感器进行电连接，所述摩擦轮与摩擦轮电机的一端通过轴承咬合连接，所述摩擦轮电机的另一端固定在固定支架上，所述弹仓安装于固定支架的上端，所述3P轴电机安装于固定支架的侧面。

3.根据权利要求2所述的一种智能乒乓球发球机，其特征在于：所述弹仓包括拨棍、拨盘电机、弹位和拨盘，所述拨盘壁上设于插孔，所述拨棍的一端通过内嵌于插孔与拨盘进行固定连接，所述拨棍的另一端与弹位进行固定连接，所述拨盘电机安装于拨盘内部实现拨盘的三百六十度转动。

4.根据权利要求1所述的一种智能乒乓球发球机，其特征在于：所述轴承连接模块包括第一外圈板、轴承座外圈、第一内圈板、轴承、轴承座内圈、轴承垫高、电机、第二内圈板和第二外圈板，所述第一内圈板以轴承座外圈的轴线为中心均布设置在所述轴承座外圈内侧面，所述第一外圈板、轴承座外圈与轴承垫高通过过盈配合方式进行连接，所述第一外圈板通过螺母与上云台模块固定连接，所述轴承座内圈以轴承的轴线为中心均布设置在所述轴承内侧面，所述第一内圈板和轴承座内圈通过螺丝件固定，所述电机的带有转子的一端转轴面与轴承的一端贴合连接，所述电机的后盖端通过螺母与第二内圈板固定连接，所述第二内圈板以第二外圈板的轴线为中心均布设置在所述第二外圈板内侧面。

5.根据权利要求1所述的一种智能乒乓球发球机，其特征在于：所述底座包括水平电机、辅助轮、动力轮、第一支板、第二支板、连接板和第二MCU模块，所述底座的侧壁设置有连接板，所述连接板的两端侧壁分别贴合有第一支板和第二支板，所述第一支板与第二支板均安装有辅助轮，所述连接板的内侧安装有动力轮与水平电机，所述动力轮固定在水平电机的转轴端，所述连接板的底部安装有第二MCU模块。

6.根据权利要求5所述的一种智能乒乓球发球机，其特征在于：所述第一MCU模块和第二MCU模块均具有两个CAN通信结构接口和一个串口通信接口，所述第一MCU模块的第一CAN通信结构接口与轴承连接模块的电机电连接，所述第一MCU模块的第二CAN通信结构接口与底座的第二MCU模块电连接，所述第二MCU模块的第一CAN通信结构接口与底座的水平电机电连接，所述第二MCU模块的第二CAN通信结构接口分别与轴承连接模块的电机和上云台模块的3P轴电机电连接，所述第二MCU模块的串口通信接口与上云台模块的NCU模块电连接。

7.根据权利要求5所述的一种智能乒乓球发球机，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块分别与第一MCU模块、第二MCU模块和NCU模块电连接，为第一MCU模块、第二MCU模块和NCU模块工作提供24V输出电压源。