一种用于体育教学和训练的机器人的制作方法

本发明涉及一种体育教学辅助设备，具体是一种用于体育教学和训练的机器人。

背景技术：

拳击运动可以增强人体的力量，提高人的灵敏性和反应能力，促进人的身心健康发展，越来越受到年轻人的热爱。拳击爱好者的日常训练，往往不是依靠实战，而是基本动作的简单重复，日积月累的基本动作训练，才有利于让训练者打下扎实的基本功，进而使竞技水平得到稳步提升。

拳击的基本动作训练，往往要依靠陪练的协助，对于业余运动员或初级爱好者来说，聘请陪练的价格昂贵，而且拳击运动本身具有一定危险性，训练过程中难免有误伤。因此，如果能设计一种仿生机器人，用于代替陪练，辅助拳击爱好者或初学者完成基本动作训练，必将有助于提高竞技水平，同时还能节约开支，一举两得。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述问题，所提供了一种用于拳击教学和训练的机器人。

本发明是按照以下技术方案实施的。

一种用于体育教学和训练的机器人，包括基台和多根支柱，所述支柱的高度能够根据使用者的身高进行调整；所述基台上表面两侧设有两条齿条，基台侧面设有超声波收发器；基台上设有在基台上表面滑动的底座，底座底部形成两条截面为梯形的凸起部，底座上表面两侧固定有两个第四电机，第四电机的转子上均嵌套有齿轮，两组齿轮分别与两组齿条啮合；底座上设有仿真人体，包括头部、躯干、上肢；所述上肢包括击打部、缓冲部、仿真前臂，仿真后臂；所述仿真前臂包括通过螺纹连接的调节前部和调节后部，调节后部后端通过第一连接部连接仿真后臂；所述调节前部前端向内凹陷，所述击打部表面为柔性球形结构，固定于缓冲部前端，缓冲部后端变粗，嵌入调节前部前端的凹陷部，并与凹陷部底端通过弹簧相连；调节前部前端外壁嵌套有套箍；所述仿真后臂包括第二连接部和第三连接部；第二电机的转子贯穿第二连接部前端，转子与第一连接部静连接；所述仿真人体两肩部位置均设有轴承，轴承外圈连接躯干部，内圈连接转盘；转盘上设有第一支架和第一电机，第一电机的转子贯穿第一支架并与第三连接部静连接；仿真人体内部还设有两组第三电机，第三电机的转子与转盘中心静连接；仿真人体的腹部设有一组插座，插座通过两根连接线分别连接两个拳击手套；所述拳击手套外层为导电材质，连接线为三芯屏蔽线，其中一根芯线一端连接拳击手套外层，另一端通过电阻r4连接电源负极；仿真人体内部设有相互串联的电阻r1、r2、r3，r1一端连接电源正极，仿真人体躯干部和头部表面分为三个区域，每个区域表面均覆着导电材料，其中颈部以上区域表面通过导线连接r1与r2之间节点，胸部区域表面通过导线连接r2与r3之间节点，上腹部区域表面通过导线连接r3电阻一端；所述仿真人体头部设有指示灯。

所述基台上设有两条相互平行的截面为梯形的轨道，底座底部的凸起部嵌入轨道内且与轨道紧密贴合。

所述拳击手套内部设有第一控制电路和陀螺仪模块。

所述仿真人体内部设有第二控制电路，第二控制电路中包括用于监测r4电阻两端电压的adc模块，还包括用于控制所有电机、指示灯的主控制器。

所述仿真前臂主体为abs工程塑料材质；仿真后臂主体为金属材质。

所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机为步进电机。

所述指示灯为rgb灯。

本发明获得了如下有益效果。

本发明提供了一种用于体育教学和训练的机器人，用于作为拳击教学和培训的辅助。本发明所述机器人，一方面能够在控制电路的驱动下，控制仿真前臂、仿真后臂、击打部分别模拟真实人体小臂、大臂、拳头的动作，训练者以防守姿势阻挡攻击，当击中人体时，仿真前臂内置缓冲装置，可减少人体的疼痛感，减轻伤害，同时，仿真前臂和仿真后臂迅速缩回，准备下一个周期的攻击动作；另一方面，仿真人体设置三个不同有效击打区域，在训练者的手套内设置控制电路并内置陀螺仪，控制电路通过连接线连接用于感知攻击动作，并控制机器人做出防守遮挡姿势；当击中有效击打区域时，仿真人体内置检测电路能够检测到受攻击区域的类型，并控制指示灯发出不同颜色；第三，机器人底座可前后滑动，模拟近身攻击和后退动作。此外，机器人的“臂长”以及“身高”均可调节，适合不同身材的使用者。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中仿真前臂的结构示意图；

图3是本发明中仿真后臂与肩部连接处的结构示意图；

图4是本发明中仿真后臂的结构示意图；

图5是本发明中底座的结构示意图；

图6是本发明中仿真人体的结构示意图；

图7是本发明中击打部位检测电路图。

其中，1.基台；2.支柱；3.仿真人体；4.击打部；5.缓冲部；6.仿真前臂；61.调节前部；62.调节后部；63.套箍；64.弹簧；65.第一连接部；7.仿真后臂；71.第二连接部；72.第三连接部；8.轴承；9.拳击手套；10.连接线；11.插座；12.第一支架；13.第一电机；14.第二电机；15.转盘；16.第三电机；17.底座；18.第四电机；19.齿轮；20.齿条；21.凸起部；22.指示灯。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行进一步的技术说明。

如图1～7所示，一种用于体育教学和训练的机器人，包括基台1和多根支柱2，所述支柱2的高度能够根据使用者的身高进行调整；所述基台1上表面两侧设有两条齿条20，基台1侧面设有超声波收发器；基台1上设有在基台1上表面滑动的底座17，底座17底部形成两条截面为梯形的凸起部21，底座17上表面两侧固定有两个第四电机18，第四电机18的转子上均嵌套有齿轮19，两组齿轮19分别与两组齿条20啮合；底座17上设有仿真人体3，包括头部、躯干、上肢；所述上肢包括击打部4、缓冲部5、仿真前臂6，仿真后臂7；所述仿真前臂6包括通过螺纹连接的调节前部61和调节后部62，调节后部62后端通过第一连接部65连接仿真后臂7；所述调节前部61前端向内凹陷，所述击打部4表面为柔性球形结构，固定于缓冲部5前端，缓冲部5后端变粗，嵌入调节前部61前端的凹陷部，并与凹陷部底端通过弹簧64相连；调节前部61前端外壁嵌套有套箍63；所述仿真后臂7包括第二连接部71和第三连接部72；第二电机14的转子贯穿第二连接部71前端，转子与第一连接部65静连接；所述仿真人体3两肩部位置均设有轴承8，轴承8外圈连接躯干部，内圈连接转盘15；转盘15上设有第一支架12和第一电机13，第一电机13的转子贯穿第一支架12并与第三连接部72静连接；仿真人体3内部还设有两组第三电机16，第三电机16的转子与转盘15中心静连接；仿真人体3的腹部设有一组插座11，插座11通过两根连接线10分别连接两个拳击手套9；所述拳击手套9外层为导电材质，连接线10为三芯屏蔽线，其中一根芯线一端连接拳击手套9外层，另一端通过电阻r4连接电源负极；仿真人体3内部设有相互串联的电阻r1、r2、r3，r1一端连接电源正极，仿真人体3躯干部和头部表面分为三个区域，每个区域表面均覆着导电材料，其中颈部以上区域表面通过导线连接r1与r2之间节点，胸部区域表面通过导线连接r2与r3之间节点，上腹部区域表面通过导线连接r3电阻一端；所述仿真人体3头部设有指示灯22。

所述基台1上设有两条相互平行的截面为梯形的轨道，底座17底部的凸起部21嵌入轨道内且与轨道紧密贴合。

所述拳击手套9内部设有第一控制电路和陀螺仪模块。

所述仿真人体3内部设有第二控制电路，第二控制电路中包括用于监测r4电阻两端电压的adc模块，还包括用于控制所有电机、指示灯22的主控制器。

所述仿真前臂6主体为abs工程塑料材质；仿真后臂7主体为金属材质。

所述第一电机13、第二电机14、第三电机16、第四电机18为步进电机。

所述指示灯22为rgb灯。

本发明设计了一种仿生机器人，其肢体在电机的直接或间接驱动下，可代替拳击陪练完成下述动作：

1、近身攻击或后退：第四电机18带动齿轮19旋转，与齿轮19啮合的齿条20固定不动，因此底座17沿齿条20方向滑动，底座17底部的凸起部21及基台1上的凹槽截面均为梯形，能在竖直方向上起到嵌位作用，使底座17不会与基台1发生分离。当第四电机18顺时针或逆时针转动时，底座17可在基台1上沿相反的两方向滑动，从而实现了机器人的近身和后退动作。

2、直拳攻击：第一电机13和第三电机16转动，驱动仿真后臂7的前部甩向胸前，同时第二电机转动，驱动仿真前臂7与仿真后臂之间的夹角变大，从而实现整条手臂在胸前伸直。

3、勾拳攻击：第二电机转动，调整仿真前臂6与仿真后臂7之间夹角，第一电机转动，驱动仿真后臂7挥向身体侧前方，从而可带动击打部4从侧面攻击训练者。

4、判断对方攻击：基台1侧面的超声波收发器，可用于感知训练者身体距离机器人的距离。同时拳击手套9内设有陀螺仪，当训练者向前出拳时，拳击手套内的第二控制电路中的控制器计算拳的轨迹，并预判落点，将落点位置通过连接线内的通讯线路传输给仿真人体内的主控制器，主控制器控制机器人的仿真前臂6和仿真后臂7挡住训练者的拳路，或者控制机器人后退，躲开攻击。

5、判断击中位置：如图6、图7所示，当训练者击中仿真人体时，拳击手套9的导电外壁触碰a、b、c区域中的一个时，,相当于图7中的e点与a、b、c三点中的一个相连，从而形成三种不同的闭合回路，此时，r4电阻上分到的电压不一致，仿真人体中的主控制器通过检测r4电阻上的压降，就能判断出击中位置位于a、b、c中的哪一个。并根据位置的不同，控制指示灯22发出不同颜色的光。

6、前臂力量缓冲：仿真前臂6前部的凹槽底部设有压力传感器，当压力传感器感知到压力瞬间变大时，意味着弹簧64被压缩；即击打部4击中训练者，此时，控制仿真前臂6和仿真后臂7停止攻击动作，向后缩回。此外，集中的瞬间，弹簧64被压缩，将击打训练者的力量中的大部分都泄放掉了，因而训练者不会感觉到过度的疼痛。