一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于排球专项训练的辅助系统，尤其是基于单片机控制的一种用 于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，该机械手模拟拦网运动员手臂的左右摆 动和伸缩动作，提高排球运动员的扣球技术水平。
【背景技术】
[0002] 扣球是排球运动中发、垫、传、扣、拦的五大技术之一。在排球比赛中，扣球是主要 的得分技术。在关键时刻，能否扣球得分，关系到在比赛中能否获得主动权甚至是比赛的胜 利。一个排球运动员要熟练的掌握扣球技术，都必须要经过长期的专项训练，基于科学训练 理论和技术，适当引入辅助训练系统和专用设备，可以有效减少陪练教练的工作强度，可以 为提高运动员的训练水平提供必要的技术保障。
[0003] 目前，排球运动专项训练辅助设备的科学研究工作虽已取得丰富成果，但是在产 品化和商用方面尚处于起步阶段，不能够满足当前国际排球技术发展对排球专项训练系统 的科学化、信息化和工业化需求，在一定程度上阻碍了我国排球运动的发展进程。如中国专 利CN201701712U中设计的排球扣球手法辅助练习器，该设计的主要是构成是一个长手柄 与一对模拟手掌，两者相连接构成该排球球扣球手法辅助练习器。陪练教练手握长手柄，伸 举模拟手掌进行拦网。虽然应用该排球扣球手法辅助练习器，可以避免陪练教练的起跳动 作，但对陪练教练的体能有一定要求。
[0004] 在专利CN103007510A中设计的机械手，具有四个自由度，即械手的上下移动、机 械手与水平面的夹角可调、模拟手的伸缩以及机械手的左右摆动。但是该机械手只能实现 单人拦网，不能模拟实际排球比赛中双人拦网的情形，拦网范围小。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能够模拟双人拦网真实情境的简单、安全和实用的辅 助训练系统。在排球扣球技术训练中使用该机械手，排球运动员可以针对某一范围的双人 拦网多次练习某些专项扣球技术。陪练教练在场地外通过按键控制辅助训练系统工作。
[0006] 本发明所采用的技术方案：
[0007] -种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：包括机械部 分和控制部分两部分，机械部分包括：一个底座（1)、一根立柱（2)、一根支架（3)、一个箱体 外壳（4)、四根连臂（5、6、7、8)和四只模拟手掌（9、10、11、12)、四个肘关节（13、14、15、16)、 一个调节机械手高度的旋钮（17)和两个调节机械手与水平面夹角的旋钮（18、19)，底座 (1)为圆柱形，该底座（1)中心处有一个圆柱形凹槽，凹槽内壁设有内螺纹，立柱（2)为圆柱 形，该立柱（2)底端外周上设有与凹槽内壁上的内螺纹相配合的外螺纹，该底座（1)与该 立柱（2)通过螺纹机械旋接在一起，控制部分包括：一个键盘模块（20)、一个电源模块、一 个单片机、两个步进电机驱动器和八个步进电机。
[0008] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：底座 (1)为圆柱形，该底座（1)中心处有一个圆柱形凹槽，凹槽内壁设有内螺纹，立柱（2)为圆柱 形，该立柱（2)底端外周上设有与凹槽内壁上的内螺纹相配合的外螺纹，该底座（1)与该立 柱（2 )通过螺纹机械旋接在一起。
[0009] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：支架 (3)-端为圆柱形套筒，一端为T型，支架（3)的圆柱形套筒可无缝隙的套在立柱（2)上，并 可在无阻碍的情况下沿立柱（2)上下移动，套筒的侧面有一圆孔，圆孔内壁设有内螺纹，调 节机械手高度的旋钮（17)底端外周上设有与圆孔内壁上的内螺纹相配合的外螺纹，向内旋 转调节机械手高度的旋钮（17)，可紧固该支架（3)与该立柱（2)，使该支架（3)固定于该立 柱（2)上，不可上下移动，向外旋转调节机械手高度的旋钮（17)，该支架（3)与该立柱（2)松 开，该支架（3 )可以沿立柱（2 )上下移动，从而调节机械手的高度。
[0010] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：箱体 外壳（4)的左侧表面突出两个圆筒，这两个圆筒可无缝隙的套接在支架（3)的T型两端，并 可在无阻碍的情况下做以该支架（3) T型的横杆为轴的转动，圆筒的侧面有一圆孔，圆孔内 壁设有内螺纹，两个调节机械手与水平面夹角的旋钮（18、19)底端外周上设有与圆孔内壁 上的内螺纹相配合的外螺纹，向内旋转调节机械手与水平面夹角的旋钮（18、19)，可紧固该 箱体外壳（4)与该支架（3)，该箱体外壳（4)不转动，向外旋转调节机械手与水平面夹角的 旋钮（18、19)，该箱体外壳（4)与该支架（3)松开，该箱体外壳（4)可以做以该支架（3) T型 的横杆为轴的转动，从而调节机械手与水平面夹角。
[0011] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：箱体 外壳（4)的右侧表面有四个圆孔以及前表面的左下角处有一个圆孔，连接键盘模块（20)的 导线从箱体外壳（4)的前表面左下角处的圆孔引出，控制四根连臂（5、6、7、8)转动的四个 步进电机的转轴分别从箱体外壳（4)的右侧表面的四个圆孔伸出，四根连臂（5、6、7、8)的 一端分别与四个步进电机的转轴通过螺丝固接在一起，四个步进电机的转轴转动，便可带 动四根连臂（5、6、7、8 )做机械转动，从而实现机械手的左右摆动。
[0012] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：四只 模拟手掌（9、10、11、12)分别和四根连臂（5、6、7、8)通过四个肘关节（13、14、15、16)连接在 一起，四个肘关节（13、14、15、16)内分别有一个步进电机，四个步进电机的转轴转动，便可 带动四只模拟手掌（9、10、11、12)做伸缩运动，达到拦网的目的。
[0013] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：电源 模块用于为控制部分的各模块提供能量。
[0014] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：键盘 模块（20)上设有5个按键，5个按键分别为："L"键、"R"键、"E"键、"S"键和"D" 键，当"L"键按下时，四根连臂（5、6、7、8)相对于排球网向左转动，当"R"键按下时，四根 连臂（5、6、7、8)相对于排球网向右转动，当"E"键按下时，四只模拟手掌（9、10、11、12)伸 出，当"S"键按下时，四只模拟手掌（9、10、11、12)缩回，当"0"键按下时，若电源模块为 开启状态，则单片机控制电源模块关闭，若电源模块为关闭状态，则单片机控制电源模块开 启。
[0015] 所述的一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，其特征是：步进 电机驱动器根据单片机给出的控制信号，驱动步进电机转轴的转动，从而带动四根连臂（5、 6、7、8)的转动以及四只模拟手掌（9、10、11、12)做伸缩运动，达到拦网的目的。
[0016] 本发明的优势在于：本发明能够模拟双人拦网，为排球运动员提供排球扣球技术 训练的真实环境，从而获得良好的训练效果。排球运动员还可以针对某一范围的双人拦网 多次练习某些专项扣球技术，提高专项技能水平。陪练教练在远离排球网的位置按键控制 模拟手掌的伸缩，不必进行起跳，不消耗大量人力，避免起跳给脚踝、膝盖、手指带来的意外 伤害。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的整体结构示意图；
[0018] 图2是本发明系统工作流程示意图；
[0019] 图3是本发明中控制部分的各模块连接关系示意图；
[0020] 图4是本发明中控制部分的电路结构示意图；
【具体实施方式】
[0021] 一种用于排球扣球技术训练的四自由度双人拦网机械手，第一自由度为机械手 的上下移动，第二自由度为机械手与水平面的夹角可调，第三自由度为机械手的左右摆动， 第四自由度为模拟手掌的伸缩。该用于排球扣球技术训练的四自由度机械手包括机械部分 和控制部分两部分。陪练教练在场地外，操作键盘模块（20)，通过按键的不同输入不同的信 号，单片机根据输入信号的不同向步进电机驱动器输出不同的信号，步进电机的转轴根据 步进电机驱动器控制信号的不同做出相应的转动，从而带动机械手的摆动以及四只模拟手 掌（9、10、11、12)的伸缩，达到模拟拦网的目的。
[0022] 所述机械部分包括：一个底座（1)、一根立柱（2)、一根支架（3)、一个箱体外壳 (4)、四根连臂（5、6、7、8)、四只模拟手掌（9、10、11、12)和四个肘关节（13、14、15、16)。
[0023] 机械部分的实施方式如下：
[0024] 底座（1)为圆柱形，半径为200mm，高为200mm。底座（1)中心处有一半径为50mm, 深度为80mm的圆柱形凹槽，凹槽内壁设有内螺纹。立柱（2)为圆柱形，半径为50mm,高为 2000mm。该立柱底端外周上设有与凹槽内壁上的内螺纹相配合的外螺纹，该底座（1)与该 立柱（2)通过螺纹机械旋接在一起。
[0025] 支架（3)-端为圆柱形套筒，一端为T型。支架（3)的圆柱形套筒可无缝隙的套在 立柱（1)上，并可在无阻碍的情况下沿立柱（1)上下移动。套筒的侧面有一圆孔，圆孔内壁 设有内螺纹，旋钮（17)底端外周上设有与圆孔内壁上的内螺纹相配合的外螺纹。向内旋转 该旋钮（17)，可紧固该支架（3)与该立柱（2)，使该支架（3)固定于该立柱（2)上，不可上下 移动。向外旋转该旋钮（17 )，该支架（3 )与该立柱（2 )松开，该支架（3 )可以沿立柱（2 )上 下移动，从而调节机械手的高度。
[0026] 箱体外壳（4)为一长方体，该箱体外壳（4)的长为500mm，宽为200mm，高为200mm。 左侧表面突出两个圆筒，这两个圆筒可无缝隙的套接在支架（3)的T型两端，并可在无阻碍 的情况下做以该支架（3)T型的横杆为轴的转动。圆筒的侧面有一圆孔，圆孔内壁设有内螺 纹，两个旋钮（18、19)底端外周上设有与圆孔内壁上的内螺纹相配合的外螺纹。向内旋转 该旋钮（18、19 )，可紧固该箱体外壳（4)与该支架（3 )，该箱体外壳（4)不转动。向外旋转该 旋钮（18、19)，该箱体外壳（4)与该支架（3)松开，该箱体外壳（4)可以做以该支架（3) T型 的横杆为轴的转动，从而调节机械手与水平面的夹角。
[0027] 箱体外壳（4)的右侧表面有四个圆孔以及前表面的左下角处有一个圆孔，连接键 盘模块（20)的导线从箱体外壳（4)的前表面左