一种网球发球机的制作方法

本实用新型涉及一种发球机，尤其涉及一种适用于网球训练的网球发球机，属于体育器材领域。

背景技术：

网球发球机自动地发射网球，供训练人员练习使用，可以代替教练喂球，将教练从单调枯燥的喂球中解放出来。通过网球发球机，训练人员不需要教练陪练，虽然能够反复、多角度的获得击打训练，但是现有的网球发球机所发射的网球在横向、纵向的发射角度范围窄、发射高度有限、球轨迹变化少，且落点位置单一、训练难度低，无法获得多种多样的网球击打练习，不能满足不同层次人员的训练需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种网球发球机，发球机自动调节网球在横向的发射角度、在纵向的发射角度以及发射速度，发射方式变化多端，克服了上述现有技术中存在的缺陷，适应于不同层次人员的训练需求。

本实用新型的技术方案提供了一种网球发球机，其设计要点在于，所述发球机包括基架、适于发射网球的发射机构、适于推动网球加速的发球驱动机构、适于发射机构与基架连接的连接轴、适于向发射机构输送网球的球输送机构、适于调整网球在纵向发射角度的俯仰机构和控制装置：

所述基架至少由支撑座、驱动转轴、基架架体和第1电机构成；支撑座包括呈圆盘状的圆盘底座、设置在圆盘底座上方和且与该圆盘底座左右两相对边侧固定的左支撑架和右支撑架，驱动转轴设置在圆盘底座的下方且与圆盘底座相垂直并固定；支撑座装配在基架架体上，通过驱动转轴和基架架体轴连接；第1电机的输出轴与驱动转轴轴连接，以驱动支撑座相对于基架架体绕驱动转轴转动；

所述发射机构至少由一端封闭的发射圆筒、推球活塞和活塞推杆构成；活塞推杆的一端部贯穿发射圆筒的封闭端，伸入到发射圆筒内并与位于发射圆筒内的推球活塞固定，另一端部位于封闭端的外侧；发射圆筒的侧壁上设置适于网球输入的入球孔；

所述发球驱动机构包括发射缸体、推力杆、第1线圈、第2线圈和永磁体；推力杆的一端部贯穿发射缸体的一端，伸入到发射缸体的内部，并与位于发射缸体的永磁体固定；第1线圈、第2线圈分别嵌装并固定于发射缸体内的两端侧，适于驱动推力杆做伸出和缩回运动；永磁体与第1线圈、第2 线圈共轴线配合；发球驱动机构的推力杆的另一端部与活塞推杆的另一端部固定连接，适于推动位于发射圆筒内的网球加速并发射；

所述连接轴包括第1连接轴和第2连接轴，第2连接轴为中空的圆筒状结构；第1连接轴和发射圆筒的左边侧固定，第2连接轴和发射圆筒的右边侧固定，第1连接轴、第2连接轴共轴线配合，与发射圆筒的轴线相垂直，第2连接轴与位于发射圆筒的入球孔连通；

所述球输送机构配置的输球管的输出端与第2连接轴的右端部连通，并活动配合，第2连接轴相对于输球管的输出端可转动；

所述俯仰机构的第2电机与第1连接轴轴连接以驱动发射机构绕连接轴转动；

所述第1电机、第2电机控、发球驱动机构分别与控制装置电连接。

在实施应用过程中，本实用新型还有如下进一步可选的技术方案。

作为可选地，所述发射机构还包括设置在发射圆筒内的挡球机构和复位弹簧，挡球机构主要由中部设置通孔的呈圆盘状的挡球盘、固定在挡球盘左边侧的滑杆、固定在挡球盘右边侧的挡杆，活塞推杆贯穿挡球盘的通孔并滑动配合，滑杆与位于发射圆筒的滑槽滑动配合，以限定挡球机构只有沿活塞推杆轴向的运动自由度；推球活塞位于滑杆和挡杆之间。

作为可选地，所述球输送机构包括适于储存网球的球斗、拨球盘、输球管和第3电机，输球管的输入端与球斗的底部连通，输出端部与第2连接轴的右端部连通；拨球盘的圆周上设置多个沿径向向外延伸的拨球爪，拨球爪伸入输球管内，适于拨推网球沿输球管滑滚，第3电机的输出轴与拨球盘轴连接。

作为可选地，所述发球机还包括压力传感器，压力传感器装配在挡球机构的挡杆242的端部；当压力传感器反馈的压成值大于预设的压力阈值时，操纵第3电机停止，否则操纵第3电机转动。

作为可选地，所述第2连接轴的内表面、发射圆筒的内表面、推球活塞的表面分别涂敷一层特氟龙涂层。

作为可选地，所述第1连接轴通过轴承、轴承座与左支撑架的顶端部固定；所述第2连接轴通过轴承、轴承座与右支撑架的顶端部固定。

作为可选地，所述俯仰机构还包括减速机，第2电机的输出轴经减速机与第1连接轴轴连接。

作为可选地，所述第2电机的输出轴与减速机的输入轴间通过链轮机构或齿轮机构连接。

作为可选地，所述第1电机、第2电机、第3电机为步进电机。

作为可选地，所述发球机还包括车轮，所述车轮至少由设置在基架架体后边侧的第1车轮、第2车轮以及设置在基架架体前边侧的第3车轮、第4 车轮构成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：第1电机驱动基架的支撑座偏转，改变了网球的发射方向，以调节网球在横向的发射角度，横向的发射角度为从向正左侧、向正前、向正右侧间任一角度，即在-90度到90度之间任意调节；第2电机驱动发射机构绕连接轴转动，改变了网球的发射倾角，以调节网球在纵向的发射角度，纵向的发射角度从水平向前到垂直向上间的任一角度可调，即在0-90度间任意调节；改变发球驱动机构的励磁电流大小改变发球驱动机构的输出力来调节网球的发射速度。因而，控制装置生成相应的控制信号操纵操纵第1电机、第2电机动作调节网球在纵向、在横向的发射角度，网球在纵向的发射角度0-90度范围任意调节、在横向的发射角度 -90-90度范围任意调节，发射角度无限制，使得发球机所发射的网球的发射角度、速度、落地点多变、具有随机性，更好地模拟了真实的发球方式，训练难度较大，满足了不同层次，不同人员的训练需求。

附图说明

图1、一种网球发球机的示意图。

图2、为图1中的发球机的左视示意图。

图3、为图2中发射机构与发球驱动机构的示意图。

图4、为图3中发射机构的另一种结构示意图。

图5、基架的俯视示意图。

图6、基架架体与车轮的示意图。

图7、控制装置的控制原理连接框图。

其中，10-基架，11-支撑座，111-圆盘底座，112-左支撑架，113-右支撑架，12-驱动转轴，13-基架架体，14-第1电机，15-推力轴承，16-车轮， 161-第1车轮，162-第2车轮，163-第3车轮，164-第4车轮，20-发射机构， 21-发射圆筒，211-入球孔，22-推球活塞，23-活塞推杆，24-挡球机构，241- 滑杆，242-挡杆，25弹簧，30-发球驱动机构，31-发射缸体，32-推力杆，33- 第1线圈，34-第2线圈，35-永磁体，40-连接轴，41-第1连接轴，42第2 连接轴，50-球输送机构，51-球斗，52-拨球盘，53-输球管，54-第3电机， 60-俯仰机构，61-第2电机，62-减速机，70-压力传感器，80-控制装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

作为本实用新型的一种实施方式，一种网球发球机，如图1-图6所示，所述发球机包括基架10、发射机构20、发球驱动机构30、连接轴40、球输送机构50、俯仰机构60、压力传感器70和控制装置80。所述基架10包括支撑座11、基架架体13和第1电机14，支撑座11的左右两相对边侧设置左支撑架112和右支撑架113。支撑座11装配于基架架体13上，支撑座11通过驱动转轴12和基架架体13轴连接，第1电机14通过驱动转轴12驱动支撑座11转动偏转，以调节网球在横向的发射角度。连接轴40包括第1连接轴 41和第2连接轴42，第2连接轴42为中空的圆筒状结构。发射机构20包括一端封闭的发射圆筒21、推球活塞22和活塞推杆23。活塞推杆23的一端部与位于发射圆筒21内的推球活塞22固定，另一端部贯穿封闭端并伸出。发射机构20通过第1连接轴41、第2连接轴42依次和左支撑架112、右支撑架113轴连接。第2连接轴42的左端部与发射圆筒21上的入球孔211连通。发球驱动机构30的推力杆32与活塞推杆23的另一端固定连接，适于推动处于发射圆筒21内的网球运动加速并发射。球输送机构50配置的输球管53的输出端部与第2连接轴42的右端部相连通，如图3所示。俯仰机构60配置的第2电机61与第1连接轴41轴连接，适于驱动发射机构20绕连接轴40 转动，来调节网球在纵向的发射角度。网球经球输送机构50的输球管53、第 2连接轴42的右端部运动到第2连接轴42的左端部，经入球孔211进入发射圆筒21内，并位于发射圆筒21的封闭端侧，发球驱动机构30的推力杆32 伸出，推动网球运动将网球加速，在该推力杆32的行程末端将网球发射出去，实现网球的发射。控制装置80操纵第1电机14驱动支撑座11转动用以调节网球在横向的发射角度、操纵第2电机61驱发射机构20转动调节网球在纵向的发射角度、操纵发球驱动机构的励磁电流大小来调节网球的发射速度，网球在纵向的发射角度0-90度范围任意调节、在横向的发射角度-90-90度范围任意调节，网球的发射角度广、无限制，使得发球机所发射的网球的发射角度、速度、落地点多变，具有随机性，更好地模拟了真实的发球方式，训练难度较大，满足了不同层次，不同人员的训练需求。

其中，所述基架10，为发球机的承载基础，适于调整网球在横向的发射角度。所述基架10，如图2、图5所示，至少由支撑座11、驱动转轴12、基架架体13、第1电机14、推力轴承15和车轮16构成。支撑座11包括呈圆盘状的圆盘底座111、直立布置的两支撑架，如图2所示，该两支撑架的底端部分别和圆盘底座111的左右两相对边侧固定，如图5所示，构成位于左边侧的左支撑架112和位于右边侧的右支撑架113，用于承载发射机构20。驱动转轴12直立设置，驱动转轴12的上端部和圆盘底座111的中心部固定，位于圆盘底座111的下方，驱动转轴12与圆盘底座111相垂直配合。支撑座 11的底端面通过推力轴承15与基架架体13相贴合，也就是支撑座11的底端面、推力轴承15、基架架体13的顶端面依次贴合，承载支撑座11，驱动转轴12和基架架体13相装配并轴连接装配固定。推力轴承15用以减小支撑座 11相对于基架架体13转动的阻力。第1电机14的输出轴通过第1减速机与驱动转轴12轴连接，驱动支撑座11相对于基架架体13绕驱动转轴12转动，使支撑座11向左、向右偏转，以调节网球在横向的发射角度。选取与基架架体13的前边侧(图5所示的上边侧)相垂直的沿水平方面的直线为参考直线，规定当支撑座11的左支撑架112(或右支撑架113)与参考直线平行时，即处于复位状态，则横向的发射角为0度，向正前方发射；当支撑座11向左偏转时规定横向的发射角度为负，当左支撑架112与参考直线垂直时，横向的发射角为-90度；当支撑座11向右偏转时规定横向的发射角度为正，当左支撑架112与参考直线垂直时，横向的发射角为90度。也就是说，网球在横向的发射角度在-90度到90度范围内连续调整，其中-90度、90度对应网球在横向沿向正左、正右侧方向发射，如图5示的向正左方向发射、向正右方向发射，则发球机具有广角度的横向发射角，可沿水平方向具有-90度到90的任一横向的发射角。

所述车轮16的数量为4个，如图6所示，包括第1车轮161、第2车轮 162、第3车轮163和第4车轮164。第1车轮161设置在基架架体13的后边侧(图6的下方)，位于左侧；第2车轮162设置在基架架体13的后边侧，位于右侧；第3车轮163设置在基架架体13的前边侧(图6的上方)，位于左侧；第4车轮164设置在基架架体13的前边侧，位于右侧。发球机的网球发射边侧理解为发球机的前边侧，即与用户相对的边侧，也是基架架体13的前边侧。

其中，所述发射机构20，适于网球发射。发射机构20，如图3、图4所示，至少由发射圆筒21、推球活塞22和活塞推杆23构成。发射圆筒21的一端部封闭，如图3所示，即发射圆筒21的下端部封闭。活塞推杆23的位于上方的一端部与位于发射圆筒21内的推球活塞22固定，如图3所示，位于下方的另一端部贯穿发射圆筒21的封闭端，并经该封闭端伸出，位于发射圆筒21的下方。发射圆筒21的侧壁上设置适于网球输入的入球孔211，如图3 所示，发球驱动机构30与发射机构20共轴线配合，发射缸体31的上端与发射圆筒21的下端部固定，发球驱动机构30的推力杆32与活塞推杆23的位于发射圆筒21下方的一端部固定连接。推力杆32适于推动处于发射圆筒21 内的网球加速运动并发射。

其中，所述发球驱动机构30，适于推球网球加速，获得高速度，并在行程末端将网球发射出去。发球驱动机构30，如图3所示，包括发射缸体31、推力杆32、第1线圈33、第2线圈34和永磁体35。第1线圈33和第2线圈 34，产生磁场力用以驱动推力杆32作伸、缩运动，向外输出推力，将网球加速，使网球获得较高的速度，并飞出发射圆筒21实现发射。第1线圈33和第2线圈34固定于发射缸体31内，位于发射缸体31的两端。推力杆32的一端部伸入发射缸体31内，并与位于发射缸体31内的永磁体35固定。永磁体35与第1线圈33和第2线圈34共轴线，并位于第1线圈33和第2线圈 34内。在第1线圈33和第2线圈34的励磁作用下，永磁体35驱使推力杆 32作伸出运动，将网球加速并发射。

其中，所述连接轴40，适于发射机构20与基架10装配，并相对基架10 绕连接轴40转动。连接轴40，如图2所示，包括第1连接轴41、第2连接轴42。第2连接轴42的中部设置沿其轴线延伸的适于网球滑滚的通孔，也就是说，第2连接轴42呈中空的圆筒状结构，适于网球经第2连接轴42输送到发射圆筒21内。

作为进一步的技术方案，所述发射机构20，如图3所示，还包括设置在发射圆筒21内的挡球机构24和复位弹簧25。挡球机构24主要由中部设置通孔的挡球盘、固定在挡球盘左边侧的滑杆241、固定在挡球盘右边侧的挡杆 242，如图4所示，滑杆241与挡杆242相对设置，由挡球盘的顶端面向上延伸，位于挡球盘的上方。活塞推杆23贯穿挡球盘的通孔并滑动配合，滑杆241 与位于发射圆筒21的滑槽滑动配合，以限定挡球机构24只有沿活塞推杆23 轴向方向的运动自由度。推球活塞位于滑杆241和挡杆242之间。复位弹簧 25设置在推球活塞22和发射圆筒21的封闭端之间，处于压缩状态。当活塞推杆23伸出时，在复位弹簧25的作用下，挡球机构24与活塞推杆23同向运动，如图4所示，即向上运动，挡球机构24将下一个网球挡在第2连接轴 42的左端部，避免网球进入发射圆筒21内，与活塞推杆23发生摩擦而造成网球的磨损，而影响网球的发射。

作为一种改进的方案，所述第2连接轴42的内壁表面、输球管53的内表面，分别涂敷一层特氟龙(即聚四氟乙烯)涂层，有利减小网球的滑滚阻力，使网球滑滚更流畅，提高发球效率。所述发射圆筒21的内壁表面、推球活塞22的外表面分别涂敷一层特氟龙涂层，有利于网球成功发射，减小网球加速发射期间的能量损耗，使网球具有较高的发射速度，理解为网球的线速度。

作为一种优选的方案，所述压力传感器70装配在挡球机构24的挡杆242 的端部，如图4所示，用于探测第2连接轴42内的网球是否挤满。当压力传感器70反馈的压力值大于预设的压力阈值时，表明第2连接轴42内已挤满网球，此时需操纵第3电机停止，否则操纵第3电机转动，直到第2连接轴 42内挤满网球为止。

其中，所述球输送机构50，适于储存并输送网球。球输送机构50，如图2所示，包括球斗51、拨球盘52、输球管53和第3电机54。球斗51用以存放网球，如图1、图2所示，球斗51设置在发射机构的下方，位于左支撑架 112和右支撑架113之间。输球管53沿直立方向布置，输球管53的输入端部与球斗51的底部相连通，输出端部与第2连接轴42的右端部相连通，适于向第2连接轴42内输送网球，即将球斗51内的网球经输球管53、第2连接轴42、入球孔211被输送到发射圆筒21内，并位于发射圆筒21的封闭端侧，以待发射。所述拨球盘52的圆周上设置多个沿径向向外延伸的拨球爪，两相邻的拨球爪之间可容纳网球的部分表面。拨球盘52与输球管53相装配，拨球盘52的拨球爪伸入到该相装配段的输球管内，适于拨推网球沿输球管滑滚，使网球沿着输球管53从下向上滑滚，并经输球管53、第2连接轴42滑滚入到发射圆筒21内。第3电机的输出轴与第2减速机的输入轴轴连接，第2减速机的输出轴与拨球盘52相轴连接，以驱动拨球盘52转动拨推网球沿输球管滑滚。

其中，所述俯仰机构60，适于调整网球在纵向的发射角度。俯仰机构60 包括第2电机61和减速机62。第2电机61的输出轴与减速机62的输入轴轴连接，减速机62的输出轴与第1连接轴轴连接。第2电机61用以驱动发球机构20绕连接轴40转动，调整网球在纵向的发射角度。进一步地，第2电机的输出轴与减速机的输入轴间通过链轮机构或齿轮机构连接。

其中，所述控制装置80，适于操控发球机调整发球方式，如调节网球的发射速度、横向发射角度、纵向发射角度。控制装置80，如图7所示，包括微处理器以及与该微处理电连接的第1电机驱动模块、第2电机驱动模块、第3电机驱动模块、发球驱动模块和网络模块。发球驱动模块为电流控制电路构成，适于产生用于线圈励磁的励磁电流，操纵发球驱动机构动作将网球加速并发射，以及调整励磁电流的大小来调整发球驱动机构的输出力(/功率)，以调节网球的发射速度。第1电机14为步进电机，第1电机14通过第 1步进(电机)驱动器和控制装置80的第1电机驱动模块电连接，所述第2 电机62为步进电机，第2电机62通过第2步进(电机)驱动器与控制装置80的第2电机驱动模块电连接，第3电机54为步进电机，第3电机54通过第3步进(电机)驱动器与控制装置80的第3电机驱动模块电连接。发球驱动机构与控制装置80的发球驱动模块电连接。控制装置80的硬件组态为现有技术，可以由单片机构成，也可以由PLC构成，在此不再详述。

本实施方式的发球机的工作原理：网球从球斗51滑滚到输球管53的输入端部，被拨球盘52拨推，网球沿输球管53从下向上滑滚，滑滚到第2连接轴42内，经入球孔211滑滚到发射圆筒21内，且位于发射圆筒21的封闭端侧；当网球滑滚到发射圆筒21内时，发球驱动机构被操纵动作，发球驱动机构的推力杆32伸出，将位于发射圆筒21内的网球推动加速，网球获得较高的速度，在推力杆32的行程末端，网球高速运动并飞出发射圆筒21，实现网球的发射，完成网球的一次发射。与此同时，在复位弹簧25的作用下，挡球机构24与活塞推杆23同向运动，如图4所示，即向上运动，挡球机构24 将下一个网球挡在第2连接轴42的左端部，避免网球进入发射圆筒21内，与活塞推杆23发生摩擦而造成网球的磨损。网球挤压压力传感器70，当压力传感器70反馈的压力值大于预设的压力阈值时，操纵第3电机54停止。接着，发球驱动机构被操纵动作，发球驱动机构的推力杆32缩回复位，在推球活塞的作用力下，挡球机构24向发射圆筒的封闭端部进动，压缩复位弹簧52，当挡球机构24运动行程末端时，压力传感器70反馈的压力值为0，则操纵第 3电机54驱动拨球盘52转动，拨球盘52拨推网球沿输球管滑滚一个网球的直径长度，并停止。又一个网球滑滚到发射机构20的发射圆筒21内，再操纵发球驱动机构将该又一个网球加速并发射，如此反复，连续发射网球。操纵发球驱动模块改变输出励磁电流的大小，改变发球驱动机构的输出力，来调节网球发射的出射速度。操纵第2电机61驱动发射机构20转动调节网球在纵向的发射角度，网球在纵向的发射角度0-90度自由调节，其中0度对应网球沿水平方向向前发射，即发射圆筒21沿水平方向发射网球，90度对应网球沿竖直方向向上发射，即发射圆筒21沿竖直方向向上发射网球。操纵第1 电机14驱动支撑座11转动来调节网球在横向的发射角度，网球在横向的发射角度-90-90度范围任意调节，其中-90、90度分别对应网球向左、向右发射，即发射圆筒21向左、向右发射网球。所以，网球的发射角度无限制，使得发球机所发射的网球的发射角度、速度、落地点多变、具有随机性，更好地模拟了真实的发球方式，训练难度较大，满足了不同层次，不同人员的训练需求。另外根据需求，还可以操纵第1电机14驱动支撑座11相对基架架体13 绕驱动转轴12在0-360度范围内转动，即转动一周，网球在横向可以向四面八方发射，可以实现一台发球机适应多人同时进行训练。控制装置操纵发球机，调节网球的发射速度，调节发球方式，网球在纵向的发射角度、在横向的发射角度均实现自由连续可调节，网球的发射角度范围宽，发射角广，随机变化，发射高度变化多样、球轨迹多变，落点位置分布随机，训练难度大。发球机实现网球以不同的发射角度发射、在不同的地点落地，更好地模拟了真实的发球方式，训练难度较大，满足了不同层次，不同人员的训练需求。

与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的技术进步性。

第1电机驱动基架的支撑座偏转，改变了网球的发射方向，以调节网球在横向的发射角度，横向的发射角度为从向正左侧、向正前、向正右侧间任一角度，即在-90度到90度之间任意调节；第2电机驱动发射机构绕连接轴转动，改变了网球的发射倾角，以调节网球在纵向的发射角度，纵向的发射角度从水平向前到垂直向上间的任一角度可调，即在0-90度间任意调节；改变发球驱动机构的励磁电流大小改变发球驱动机构的输出力来调节网球的发射速度。因而，控制装置生成相应的控制信号操纵操纵第1电机、第2电机动作调节网球在纵向、在横向的发射角度，网球在纵向的发射角度0-90度范围任意调节、在横向的发射角度-90-90度范围任意调节，发射角度无限制，使得发球机所发射的网球的发射角度、速度、落地点多变、具有随机性，更好地模拟了真实的发球方式，训练难度较大，满足了不同层次，不同人员的训练需求。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。