专利名称：计算机控制乒乓球发球装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种乒乓球发球机，尤其是可以模拟随机发出不转球以及沿任意方向旋转的旋转球的装置。
背景技术：
乒乓球运动是一种具有广泛群众基础的体育运动项目。为了满足人们的乒乓球训练要求，已经出现了不少有关乒乓球发球装置方面的发明，市场上也可以购买到这方面的产品。从目前的市场情况来看，很多产品发出的球不能模拟真实的比赛场景，例如，旋球的旋转方向有限(如八种旋球)，而不能随机发出旋转方向可以任意变化的转球，满足不了专业运动员训练的要求。还有一些发球机产品，虽然功能较强，但结构复杂，造价昂贵，对于普通用户来说价格难以接受。鉴于上述情况，又考虑到当前的计算机控制技术取得的迅猛发展，我们期望将最新的计算机技术和机械式的发球机构结合起来，设计出一种智能化的发球系统。同时，为了适应不同层次用户的需求，我们期望这种发球装置具有一种模块化的结构，使得可以根据所需功能，来增减该装置的零部件，以便于实现产品的系列化，满足各类不同用户的需求。
发明内容
本发明是一种能够按照用户指令序列，连续发出一系列不转球和沿任意方向旋转的旋转球的乒乓球发球装置。该装置的特点是通过与现代嵌入式计算机技术相结合，实现发球速度和旋转方向的控制和设定，以满足各种用户的特定的训练要求。本发明采用的技术方案是，一种乒乓球发球装置，由储球和供球机构，抛球及旋球机构组成。其特征在于储球和供球机构包括一个由储球圆筒及转盘形成的容器。转盘上面面安装了一个小圆筒。转盘的下面有一个或多个直径和长度略大于乒乓球直径的出球管。 转盘通过轴承安装在支架上，并由电机通过齿轮驱动而旋转。圆筒内壁固定连接有一个之间约等于乒乓球直径的圆盘，它位于供球管上方，而供球管的下端则与鼓风管相连。转盘出球管的轴线与供球管的轴线平行，且都位于以转盘中心轴为中心线的一个圆柱面内。抛球机构包括风扇、电机、鼓风管、软管、传输管、抛射管、叶轮、抛射管位置调节机构组成。鼓风管的上端连接供球管，出口与传输管的进口之间保持一定间隙，使得乒乓球可以顺利从鼓风管进入传输管，而传输管又能够沿其轴线自由旋转。旋球机构由转筒、电机、摩擦环组成。抛球机构的抛射管中心轴线与旋球机构的摩擦环中心轴线平行，而且这两条轴线的相对位置可以调整。这种调整是通过抛射管位置调节机构来实现的。抛射管位置调节机构包括悬架、弹簧、径向位置调节轴、锥齿轮、径向位置调节步进电机、圆周方向位置调节步进电机组成。抛射管位于悬架的矩形导孔内。抛射管内侧(相对摩擦环中心轴线)受到两个弹簧压迫，外侧压在径向位置调节轴的一端。调节轴与悬架通过螺栓连接，轴的另一端安装了锥齿轮。锥齿轮由径向位置调节步进电机驱动，而径向位置调节步进电机则固定在抛射管上。
悬架与传输管刚性连接在一起，而传输管的中心轴与旋球机构的摩擦环中心轴线重合。该传输管可以在圆周方向位置调节步进电机驱动下旋转，并通过悬架带动抛射管相对于摩擦环的沿圆周方向移动。旋球机构的转筒内壁嵌有摩擦环。摩擦环可以用橡胶制作，它的内壁前端直径比后端直径小。转筒通过轴承固定在支架上，并且通过齿轮在一个电机驱动下旋转。乒乓球的运动方式和发球频率完全取决于电机的转速或转角(如果增加一个摇摆机构，则发球方向也可由步进电机控制)。这些电机的运动可以很方便地通过计算机(如单片机)进行控制，另外，在每次发出一个乒乓球之前，通过一个液晶显示屏向用户显示将要发出乒乓球的运动方式。
图1 抛球及旋球机构立体示意图；图2 抛球及旋球机构纵向剖视图；图3:图2中A-A视图；图4:图2中B-B视图；图5 储球及供球机构立体示意图；图6 储球及供球机构剖视图；图7 转盘及供球盘体俯视图；图8:计算机控制系统。附图标记说明1转筒；2摩擦环；3齿轮；4电机；5支架；6抛射管；7弹簧；8皮带轮；9叶轮；10 电机；11软管；12轴承；13传输管；14供球管；15鼓风管；16弹簧；17悬架；18径向位置调节轴；19锥齿轮；20锥齿轮；21步进电机；22齿轮；23步进电机；24叶轮支承；25轴承J6 叶轮轴；27支架(与5连为一体)；28圆筒；四挡球圆盘及其支撑；30储球圆筒；31转盘； 32轴承；33盘体(与14相连)；34齿轮；35齿轮；36电机；
具体实施例方式下面结合附图，说明本发明的工作方式。图1及图2分别为本发明的抛球及旋球机构立体示意图及纵向剖视图。乒乓球经输球管14到达鼓风管9，鼓风机将球吹入软管11，然后到达抛射管6。电机10通过皮带驱动叶轮9旋转，将乒乓球从抛射管射出。通过调节电机10的转速，即可调节乒乓球的飞行速度。另一方面，电机4通过齿轮5驱动转筒1旋转。转筒1内壁嵌有摩擦环2。摩擦环 2可以用橡胶制作，它的内壁前端直径比后端直径小。当乒乓球从抛射管6飞出时，如果与旋转的摩擦环2的内壁接触摩擦，就会产生旋转。球的旋转速度的大小和方向取决于乒乓球与摩擦环2之间的摩擦力的大小和方向。图3是图1的A-A视图。从图3可见，抛射管6位于悬架17的矩形导孔内，6的一侧是弹簧7及16，另一侧是调节轴18。在弹簧7及16的作用下，抛射管6紧压在轴18的一端。18与悬架17之间通过螺纹配合。18的另一端安装有锥齿轮19，19由步进电机21通过锥齿轮20驱动。步进电机21安装在抛射管6上。当步进电机21驱动锥齿轮19转过一定角度时，轴18将沿轴向移动相应的距离，从而使抛射管6 (相对于摩擦环2中心轴线) 作径向移动，如图3箭头所示。这样，就可以通过步进电机调节抛射管的径向位置。另一方面，悬架17与传输管13刚性连接在一起。传输管13的轴线与摩擦环2轴线重合。传输管13通过齿轮在步进电机23的驱动下可以绕中心轴转动，并通过悬架17带动抛球管6沿圆周方向移动(相对于摩擦环2中心轴线)，如图3箭头所示。综上所述，抛射管6的中心轴线的位置相对于摩擦环2的中心轴线的位置可以沿半径方向和圆周方面移动，而移动距离由两个步进电机21和23控制。通过调节6与2的相对位置，可以改变乒乓球与摩擦环2接触时所受摩擦力的大小和方向。同时，摩擦环2 的转速和乒乓球的抛出速度对摩擦力的大小和方向也有调节作用。通过这些调节，可以发出具有任意旋转方向和速度的旋转球。此外容易看出，如果抛射管6的中心轴线与摩擦环 2的中心轴线接近到一定程度，乒乓球从6飞出时将不与摩擦环接触，从而成为不转球。图4为图2中B-B视图。从图中可以看出，叶轮9通过轴沈，轴承25固定在支承 M上，而M则固定抛射管6上。电机10通过皮带驱动皮带轮8，带动叶轮旋转。电机10 也是安装在抛射管上的。下面描述储球与供球机构。图5及图6分别是储球与供球机构的立体图及剖视图。其中乒乓球装在由圆筒30及转盘31形成的容器内。转盘31的结构如图中剖视图及图7中俯视图所示。小圆筒观固定安装在转盘31里面。31的下面是一个直径和长度略大于乒乓球直径的出球管，该出球管内只能容纳一个乒乓球。转盘31通过轴承32安装在支架27上。电机36通过齿轮35驱动转盘31旋转。当31的出球管转到圆盘四( 与30固定相连，而30则固定在支架27上)下方时，它的进口被四挡住，同时，它的出口与盘体33 中的供球管对齐，乒乓球便落进供球管内。这样，每当转盘31转一周，就有一个乒乓球进入供球管。调节31的转速，即可以调节进球速度。需要说明的是，在图5及图6所示转盘31 中，我们只画了一个出球管。实际上，可以采用多出球管结构，即，沿圆周对称排列多个出球管，使得每当转盘31转一周时，有多个乒乓球依次进入供球管。计算机控制上述装置的一个特点是，乒乓球飞行速度直接可控过调节电机10的转速控制，旋转速度和旋转方向通过调节抛射管6中心轴线与摩擦环2的中心轴线的相对位置、电机4 的旋转速度进行控制。而抛射管6中心轴线与摩擦环2的中心轴线的相对位置可以通过步进电机21与23调节。此外，发球频率可以通过调节电机36的转速进行控制。综上所诉，乒乓球的运动方式和发球频率完全由5个电机控制(如果增加一个摇摆机构，则发球方向也可由步进电机控制)。这些电机的运动可以很方便得通过计算机(如单片机)控制。所以，通过如图8所示系统，即可实现发球装置的智能化，使得用户可以根据训练要求，通过键盘或无线遥控器设定发球方式，也可以命令发球机以可定制方式发出一系列乒乓球，例如，先发出10个上旋球，然后发出5个下旋球等等。因为本发明具有上述模拟任意随机发球功能，故在每次发出一个乒乓球之前，通过一个液晶显示屏向用户显示将要发出乒乓球的运动方式，显示方式可以为文本形式，或以图像形式显示一个运动员正在进行某个发球动作，而该动作发出的乒乓球与即将要发出的乒乓球具有相同的运动方式。
结构的可增减性上述装置的另一个特点是它的结构具有可增减性。1 如果去掉锥齿轮19、锥齿轮20、步进电机21，而将径向位置调节轴18换为调节螺栓，则可以手工方式，调节抛射管6中心轴线相对于与摩擦环2的径向位置；2 ；类似的，可以去掉齿轮22、步进电机23，而通过手工调节抛射管6中心轴线相对于与摩擦环2的圆周方向位置。
权利要求
1.一种乒乓球发球装置，由储球和供球机构，抛球及旋球机构组成。其特征在于储球和供球机构包括一个由储球圆筒及转盘形成的容器。转盘上面安装了一个小圆筒。转盘的下面有一个或多个直径和长度略大于乒乓球直径的出球管。转盘通过轴承安装在支架上，并由电机通过齿轮驱动而旋转。圆筒内壁固定连接有一个之间约为乒乓球直径的圆盘，它位于供球管上方，而供球管的下端则与鼓风管相连。转盘出球管的轴线与供球管的轴线平行， 且都位于以转盘中心轴为中心线的一个圆柱面内。抛球机构包括风扇、电机、鼓风管、软管、 传输管、抛射管、叶轮，抛射管位置调节机构组成。鼓风管的上端连接供球管，出口与传输管的进口之间保持一定间隙，使得乒乓球可以顺利从鼓风管进入传输管，而传输管又能够自由沿其中心轴线旋转。旋球机构由转筒、电机、摩擦环组成。
2.根据权利要求1所述乒乓球发球装置，其特征在于所说的抛球机构的抛射管中心轴线与旋球机构的摩擦环中心轴线平行，而且这两条轴线的相对位置可以调整。这种调整是通过抛射管位置调节机构来实现的。
3.根据权利要求2所述乒乓球发球装置，其特征在于所说的抛射管位置调节机构包括悬架、弹簧、径向位置调节轴、锥齿轮、径向位置调节步进电机、圆周方向位置调节步进电机组成。抛射管位于悬架的矩形导孔内。抛射管内侧(相对摩擦环中心轴线)受到两个弹簧压迫，外侧压在径向位置调节轴的一端。所说调节轴与悬架通过螺栓连接，轴的另一端安装了锥齿轮。锥齿轮由径向位置调节步进电机驱动，而径向位置调节步进电机则固定在抛射管上。
4.根据权利要求3所述乒乓球发球装置，其特征在于所说悬架与传输管刚性连接在一起，而传输管的中心轴线与旋球机构的摩擦环中心轴线重合。该传输管可以在步进电机驱动下旋转，并通过悬架带动抛射管相对于摩擦环中心轴线沿圆周方向移动。
5.根据权利要求1所述乒乓球发球装置，其特征在于所说的旋球机构的转筒内壁嵌有摩擦环。摩擦环可以用橡胶制作，它的内壁前端直径比后端直径小。转筒通过轴承固定在支架上，并且通过齿轮由电机驱动而旋转。
6.根据权利要求1所述乒乓球发球装置，其特征在于乒乓球的运动方式和发球频率完全取决于电机的转速或转角(如果增加一个摇摆机构，则发球方向也可由步进电机控制)。 这些电机的运动可以由计算机(如单片机)控制，从而实现模拟随机发球功能。
7.根据权利要求6所述乒乓球发球装置，其特征在于可以在每次发出一个乒乓球之前，通过一个液晶显示屏向用户显示将要发出乒乓球的运动方式。显示方式可以为文本形式，或以图像形式显示一个运动员正在进行某个发球动作，而该动作发出的乒乓球与即将要发出的乒乓球运动方式相同。
全文摘要
本发明涉及一种乒乓球发球装置。其显著特征是能发出全方位的旋转球以及不转球，并通过现代嵌入式计算机技术，实现发球速度和旋转方向的控制，从而准确模拟真实发球场景。该装置由以下机构组成储球和供球机构，主要包括储球圆筒、转盘、电机和一个供球管；抛球及旋球机构，主要包括抛射管、叶轮、风扇、转筒、电机、摩擦环、悬架、弹簧、调节轴、锥齿轮、步进电机。本发明的另一个特点是，在每发出一个球之前，利用液晶屏显示一个运动员发球动作，表明将要发出的乒乓球的运动方式，以更好地实现发球方式的随机化。此外，本发明的结构呈模块化，以便根据不同层次的用户需求，对发球装置的结构进行增减，实现产品的系列化。
文档编号A63B69/40GK102151399SQ201010108990
公开日2011年8月17日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者李敬群 申请人:李敬群