专利名称：小型半自动捡球机器及其方法
技术领域：
本发明涉及半自动机器，尤其涉及一种小型半自动捡球机器及其方法。
背景技术：
无论是在比赛场上还是在训练场上，小球类的运动参与者最头疼的是频繁地弯腰去捡散落在地面上的球。 为了解决这个问题，已经出现了能实现捡球功能的各种设计。主要有三类一、利用简单的机械机构将球一个个分别捡起放到球篮里；二、利用气泵或者利用弹性挤压的方法，把球压进容器，实现捡球功能；三、设计一个具有局部摄像头或者全局视觉传感器实现理想化的智能识别导航系统的捡球机器人。 在实际应用中，上述方法不足之处在于一、捡球的机械装置在实际使用中效率比较低，有些设计一次只能捡一个球；二、捡球的动作比较繁琐或者机构比较复杂，导致实用性不高；三、一些理想化的设计在实际应用中的可行性不高。比如，在小车的头部安装摄像头的方法进行球识别的机器人，其最大的局限在于判断的视觉范围过于狭窄，无法进行路径规划，很难应用在像网球场这种大型场地中。又比如，用气泵吸球的方法需要安装气泵，增加结构的复杂性，并且在吸球的同时会把地面上的杂物、尘土等吸进球盒，给使用者带来麻烦。四、一些智能识别导航的机器人在现有技术条件下和经济条件下，可行性减低。比如，有一个在球场中央安装一个全局传感器进行识别导航的设计。这个设计的问题是，在现有的技术条件下，一个装在球场中央上方的全局传感器很难识别哪些在地面上杂乱无章的小球体，并且这种难度会随着球场上光线变化而增加，因为那些小球体和地板的色差不明显。另外，这种智能识别的机器人的制造成本和维护成本比较高。在技术条件和经济条件的限制下，这些设计方法和理论很难实现。
发明内容
本发明目的是克服现有技术不足，提供一种经济性好、可行性高的小型半自动捡球机器及其方法。 小型半自动捡球机器包括输送底板、电控系统、巻球装置、输送带、底盘和储球机构和辅助连接机构；输送底板包括左挡板、右挡板、左引导板、右引导板和基板；其中输送底板的基板上端两侧设有左挡板和右挡板，基板的下端两侧设有左引导板和右引导板；电控系统包括主动齿轮、直流电机、平键、电机法兰、直流电池、控制按钮、前光电传感器和后光电传感器；其中电控系统的直流电机通过平键与主动齿轮连接，直流电机固定在电机法兰上，直流电机与直流电池、控制按钮连接，前传感器安放在左引导板的内侧面上，后传感器安放在左挡板的内侧面上，前光电传感器和后光电传感器控制直流电机的通断；巻球装置包括从动齿轮、主动轴、从动轴、左主动带轮、右主动带轮、主动轴轴套、轴承、左从动带轮、右从动带轮、从动轴轴套、主动辊筒、从动辊筒和连接螺钉；其中从动齿轮、左主动带轮、右主动带轮和主动辊筒通过连接螺钉连接成一体，左从动带轮、右从动带轮和从动辊筒通过连接螺钉连接成一体，左主动带轮和右主动带轮通过轴承与主动轴连接，主动轴轴套
套在主动轴上并顶住轴承内侧，左从动带轮和右从动带轮通过轴承连接，从动轴轴套套在
从动轴上并顶住轴承的内侧，从动齿轮和电控系统的主动齿轮啮合；输送带包括高弹性海
绵、齿轮带；其中高弹性海绵粘接在齿轮带的外表面，齿轮带分别与巻球装置的左主动带
轮、右主动带轮、左从动带轮、右从动带轮啮合；底盘和储球机构包括万向轮、从动轮、左挡
板、右挡板、储球盒、底盘连接板、扭簧压紧架、连接杆、前挡板；其中底盘和储球机构底部
的前方两侧分别设有万向轮，底盘和储球机构底部的后方两侧分别设有从动轮；底盘和储
球机构上依次设有底盘连接板、直流电池、前挡板、储球盒、扭簧压紧架和连接杆，储球盒左
右两侧分别设有左挡板和右挡板；辅助连接机构包括保护罩盖、左支撑板、右支撑板、手柄、
上底板安放台、下底板安放台；其中保护罩盖安装在左支撑板和右支撑板的六个螺钉孔
中，手柄安装在左支撑板和右支撑板后方的两个圆孔中，左支撑板和右支撑板的内侧分别
设有上底板安放台和下底板安放台，下底板安放台设置在上底板安放台下方，输送底板放
置在辅助连接机构的上底板安放台上，或者放置在下底板安放台上，左支撑板、右支撑板安
放在底盘和储球机构的底盘连接板上，电控系统的电机法兰与左支撑板连接固定，巻球装
置的主动轴左端和从动轴左端与辅助连接机构的左支撑板连接固定，巻球装置的主动轴右
端和从动轴的右端与右支撑板连接固定。 半自动捡球方法包括如下步骤 1)操纵员手握着手柄，推着巻球机器往球的方向前进； 2)巻球机器到达球前方时，球挡住了前光电传感器发出的光束，前光电传感器把光信号转化为电信号传送到电控系统的控制单元； 3)电控系统的控制单元控制直流电池给直流电机输送直流电，直流电机带动主动齿轮开始转动； 4)主动齿轮通过与从动齿轮的啮合，驱动巻球装置； 5)左主动带轮和右主动带轮通过与齿轮带的啮合，带动输送带； 6)左引导板和右引导板引导球进入到巻球口 ； 7)球与输送带的高弹性海绵接触，球在高弹性海绵发生弹性变形产生的压力和基板产生的摩擦力共同作用下顺着基板向上滚动； 8)球运动到基板的末端，挡住了后光电传感器发出的光束，后光电传感器把光信
号转化为电信号传送到电控系统的控制单元，控制单元控制直流电池停止供电； 9)球在左挡板和右挡板的限制下顺着基板末端向下滚入储球盒； 10)电控系统有手动模式，操作员能够通过控制按钮控制直流电机的转动； 11)任务结束后，打开弹簧压紧架，把储球盒取走。 本发明与现有技术相比本发明具有的有益效果 1)捡球的机械装置可靠性高，并且在实际使用中效率高； 2)系列捡球动作简洁实用； 3)灵活性好，能够通过改变基板和输送带之间的距离实现捡不同直径的小型球类； 4)适用性好，能够应用在乒乓球的小型训练场上，也容易应用在像网球场这种大型场地中；
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5)制造成本和维护成本比较低； 6)可行性高，在现有技术条件下和经济条件下，这些设计方法和理论很容易实现。
图1为小型半自动捡球机整体结构示意图； 图2为小型半自动捡球机工作原理图； 图3为小型半自动捡球机输送底板示意图； 图4为小型半自动捡球机巻球装置和输送带的装配图； 图5为小型半自动捡球机动力齿轮啮合图； 图6为小型半自动捡球机从动齿轮和主动带轮的装配图； 图7为小型半自动捡球机底盘和储球机构图； 图8为小型半自动捡球机输送底板在左右支撑板上的安放图； 图9为小型半自动捡球机工作视图； 图10为小型半自动捡球机手柄的局部视图。 图中，输送底板1、电控系统2、巻球装置3、输送带4、底盘和储球机构5、辅助连接 机构6、左挡板11a、右挡板11b、左引导板12a、右引导板12b、基板13、主动齿轮21、直流电 机22、平键23、电机法兰24、直流电池25、控制按钮26、前光电传感器27a、后光电传感器 27b、包括从动齿轮31、主动轴32a、从动轴32b、左主动带轮33a、右主动带轮33b、主动轴轴 套34、主动轴轴承35、左从动带轮36a、右从动带轮36b、从动轴轴套37、主动辊筒38a、从动 辊筒38b，连接螺钉39、高弹性海绵41、齿轮带42、万向轮51、从动轮52、左挡板53a、右挡板 53b、储球盒54、底盘连接板55、扭簧压紧架56、连接杆57、前挡板58、保护罩盖61、左支撑 板62a、右支撑板62b、手柄63、上底板安放台65、下底板安放台66。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述 小型半自动捡球机器包括输送底板1、电控系统2、巻球装置3、输送带4、底盘和储 球机构5和辅助连接机构6 ;输送底板1包括左挡板11a、右挡板11b、左引导板12a、右引导 板12b和基板13 ;其中输送底板1的基板13上端两侧设有左挡板lla和右挡板llb，基 板13的下端两侧设有左引导板12a和右引导板12b ;电控系统2包括主动齿轮21、直流电 机22、平键23、电机法兰24、直流电池25、控制按钮26、前光电传感器27a和后光电传感器 27b ;其中电控系统2的直流电机22通过平键23与主动齿轮21连接，直流电机22固定 在电机法兰24上，直流电机22与直流电池25、控制按钮26连接，前传感器27a安放在左 引导板12a的内侧面上，后传感器27b安放在左挡板lla的内侧面上，前光电传感器27a和 后光电传感器27b控制直流电机22的通断；巻球装置3包括从动齿轮31、主动轴32a、从动 轴32b、左主动带轮33a、右主动带轮33b、主动轴轴套34、轴承35、左从动带轮36a、右从动 带轮36b、从动轴轴套37、主动辊筒38a、从动辊筒38b和连接螺钉39 ;其中从动齿轮31、 左主动带轮33a、右主动带轮33b和主动辊筒38a通过连接螺钉39连接成一体，左从动带轮 36a、右从动带轮36b和从动辊筒38b通过连接螺钉39连接成一体，左主动带轮33a和右主 动带轮33b通过轴承35与主动轴32a连接，主动轴轴套34套在主动轴32a上并顶住轴承
635的内侧，左从动带轮36a和右从动带轮36b通过轴承35连接，从动轴轴套37套在从动轴 上并顶住轴承35的内侧，从动齿轮31和电控系统2的主动齿轮21啮合；输送带4包括高 弹性海绵41、齿轮带42 ;其中高弹性海绵41粘接在齿轮带42的外表面，齿轮带42分别与 巻球装置3的左主动带轮33a、右主动带轮33b、左从动带轮36a、右从动带轮36b啮合；底 盘和储球机构5包括万向轮51、从动轮52、左挡板53a、右挡板53b、储球盒54、底盘连接板 55、扭簧压紧架56、连接杆57、前挡板58 ;其中底盘和储球机构5底部的前方两侧分别设 有万向轮51，底盘和储球机构5底部的后方两侧分别设有从动轮52 ;底盘和储球机构5上 依次设有底盘连接板55、直流电池25、前挡板58、储球盒54、扭簧压紧架56和连接杆57，储 球盒54左右两侧分别设有左挡板53a和右挡板53b ;辅助连接机构6包括保护罩盖61、左 支撑板62a、右支撑板62b、手柄63、上底板安放台65、下底板安放台66 ;其中保护罩盖61 安装在左支撑板62a和右支撑板62b的六个螺钉孔中，手柄63安装在左支撑板62a和右支 撑板62b后方的两个圆孔中，左支撑板62a和右支撑板62b的内侧分别设有上底板安放台 65和下底板安放台66，下底板安放台66设置在上底板安放台65下方，输送底板1放置在 辅助连接机构6的上底板安放台65上，或者放置在下底板安放台66上，左支撑板62a、右支 撑板62b安放在底盘和储球机构5的底盘连接板55上，电控系统2的电机法兰24与左支 撑板62a连接固定，巻球装置3的主动轴32a左端和从动轴32b左端与辅助连接机构6的 左支撑板62a连接固定，巻球装置3的主动轴32a右端和从动轴32b的右端与右支撑板62b 连接固定。 半自动捡球方法包括如下步骤 1)操作员手握着手柄63，推着巻球机器往球7的方向前进； 2)巻球机器到达球7前方时，球7挡住了前光电传感器27a发出的光束，前光电传 感器27a把光信号转化为电信号传送到电控系统2的控制单元； 3)电控系统2的控制单元控制直流电池25给直流电机22输送直流电，直流电机 22带动主动齿轮21开始转动； 4)主动齿轮21通过与从动齿轮21的啮合驱动巻球装置3 ; 5)左主动带轮33a和右主动带轮33b通过与齿轮带42的啮合，带动输送带4 ; 6)左引导板12a和右引导板12b引导球7进入到巻球口 ； 7)球7与输送带4的高弹性海绵41接触，球7在高弹性海绵41发生弹性变形产 生的压力和基板13产生的摩擦力共同作用下顺着基板13向上滚动； 8)球7运动到基板13的末端，挡住了后光电传感器27b发出的光束，后光电传感 器27b把光信号转化为电信号传送到电控系统2的控制单元，控制单元控制直流电池25停 止供电； 9)球7在左挡板lla和右挡板lib的限制下顺着基板13末端向下滚入储球盒54 ;
10)电控系统2有手动模式，操作员能够通过控制按钮26控制直流电机22的转 动； 11)任务结束后，打开弹簧压紧架56，把储球盒54取走。
权利要求
一种小型半自动捡球机器，其特征在于包括输送底板(1)、电控系统(2)、卷球装置(3)、输送带(4)、底盘和储球机构(5)和辅助连接机构(6)；输送底板(1)包括左挡板(11a)、右挡板(11b)、左引导板(12a)、右引导板(12b)和基板(13)；其中输送底板(1)的基板(13)上端两侧设有左挡板(11a)和右挡板(11b)，基板(13)的下端两侧设有左引导板(12a)和右引导板(12b)；电控系统(2)包括主动齿轮(21)、直流电机(22)、平键(23)、电机法兰(24)、直流电池(25)、控制按钮(26)、前光电传感器(27a)和后光电传感器(27b)；其中电控系统(2)的直流电机(22)通过平键(23)与主动齿轮(21)连接，直流电机(22)固定在电机法兰(24)上，直流电机(22)与直流电池(25)、控制按钮(26)连接，前传感器(27a)安放在左引导板(12a)的内侧面上，后传感器(27b)安放在左挡板(11a)的内侧面上，前光电传感器(27a)和后光电传感器(27b)控制直流电机(22)的通断；卷球装置(3)包括从动齿轮(31)、主动轴(32a)、从动轴(32b)、左主动带轮(33a)、右主动带轮(33b)、主动轴轴套(34)、轴承(35)、左从动带轮(36a)、右从动带轮(36b)、从动轴轴套(37)、主动辊筒(38a)、从动辊筒(38b)和连接螺钉(39)；其中从动齿轮(31)、左主动带轮(33a)、右主动带轮(33b)和主动辊筒(38a)通过连接螺钉(39)连接成一体，左从动带轮(36a)、右从动带轮(36b)和从动辊筒(38b)通过连接螺钉(39)连接成一体，左主动带轮(33a)和右主动带轮(33b)通过轴承(35)与主动轴(32a)连接，主动轴轴套(34)套在主动轴(32a)上并顶住轴承(35)内侧，左从动带轮(36a)和右从动带轮(36b)通过轴承(35)连接，从动轴轴套(37)套在从动轴上并顶住轴承(35)的内侧，从动齿轮(31)和电控系统(2)的主动齿轮(21)啮合；输送带(4)包括高弹性海绵(41)、齿轮带(42)；其中高弹性海绵(41)粘接在齿轮带(42)的外表面，齿轮带(42)分别与卷球装置(3)的左主动带轮(33a)、右主动带轮(33b)、左从动带轮(36a)、右从动带轮(36b)啮合；底盘和储球机构(5)包括万向轮(51)、从动轮(52)、左挡板(53a)、右挡板(53b)、储球盒(54)、底盘连接板(55)、扭簧压紧架(56)、连接杆(57)、前挡板(58)；其中底盘和储球机构(5)底部的前方两侧分别设有万向轮(51)，底盘和储球机构(5)底部的后方两侧分别设有从动轮(52)；底盘和储球机构(5)上依次设有底盘连接板(55)、直流电池(25)、前挡板(58)、储球盒(54)、扭簧压紧架(56)和连接杆(57)，储球盒(54)左右两侧分别设有左挡板(53a)和右挡板(53b)；辅助连接机构(6)包括保护罩盖(61)、左支撑板(62a)、右支撑板(62b)、手柄(63)、上底板安放台(65)、下底板安放台(66)；其中保护罩盖(61)安装在左支撑板(62a)和右支撑板(62b)的六个螺钉孔中，手柄(63)安装在左支撑板(62a)和右支撑板(62b)后方的两个圆孔中，左支撑板(62a)和右支撑板(62b)的内侧分别设有上底板安放台(65)和下底板安放台(66)，下底板安放台(66)设置在上底板安放台(65)下方，输送底板(1)放置在辅助连接机构(6)的上底板安放台(65)上，或者放置在下底板安放台(66)上，左支撑板(62a)、右支撑板(62b)安放在底盘和储球机构(5)的底盘连接板(55)上，电控系统(2)的电机法兰(24)与左支撑板(62a)连接固定，卷球装置(3)的主动轴(32a)左端和从动轴(32b)左端与辅助连接机构(6)的左支撑板(62a)连接固定，卷球装置(3)的主动轴(32a)右端和从动轴(32b)的右端与右支撑板(62b)连接固定。
2. —种使用如权利要求所述小型捡球机器的半自动捡球方法，其特征在于包括如下步骤1)操作员手握着手柄(63)，推着巻球机器往球(7)的方向前进；2) 巻球机器到达球(7)前方时，球(7)挡住了前光电传感器(27a)发出的光束，前光电传感器(27a)把光信号转化为电信号传送到电控系统(2)的控制单元；3) 电控系统(2)的控制单元控制直流电池(25)给直流电机(22)输送直流电，直流电机(22)带动主动齿轮(21)开始转动；4) 主动齿轮(21)通过与从动齿轮(21)的啮合驱动巻球装置(3);5) 左主动带轮(33a)和右主动带轮(33b)通过与齿轮带(42)的啮合，带动输送带(4);6) 左引导板(12a)和右引导板(12b)引导球(7)进入到巻球口 ;7) 球(7)与输送带(4)的高弹性海绵(41)接触，球(7)在高弹性海绵(41)发生弹性变形产生的压力和基板(13)产生的摩擦力共同作用下顺着基板(13)向上滚动；8) 球(7)运动到基板(13)的末端，挡住了后光电传感器(27b)发出的光束，后光电传感器(27b)把光信号转化为电信号传送到电控系统(2)的控制单元，控制单元控制直流电池(25)停止供电；9) 球(7)在左挡板(11a)和右挡板(lib)的限制下顺着基板(13)末端向下滚入储球盒(54);10) 电控系统(2)有手动模式，操作员能够通过控制按钮(26)控制直流电机(22)的转动；11) 任务结束后，打开弹簧压紧架(56)，把储球盒(54)取走。
全文摘要
本发明公开了一种小型半自动捡球机器及其方法，机器结构包括输送底板，电控系统，卷球装置，输送带，底盘和储球机构，辅助连接机构。电控系统的前光电传感器和后光电传感器把光信号转化为电信号传送到控制单元，控制单元控制直流电机驱动卷球装置，卷球装置带动输送带，球在高弹性海绵弹性变形产生的压力和基板的摩擦力共同作用下滚动到储球盒。电控系统有手动和自动两种模式，小型半自动捡球机器的前进线路由操作员来控制。捡球机器的机械装置可靠性高、捡球的系列动作简洁实用。本发明具有适用性好、实用性高、制造成本和维护成本比较低、可行性高等优点。
文档编号A63B69/38GK101791468SQ20101012864
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者翁国冲, 胡树根, 赖霞虹 申请人:浙江大学