发球机构及具有该发球机构的智能羽毛球发球装置的制作方法

本实用新型涉及运动技术领域，特别涉及一种发球机构及具有该发球机构的智能羽毛球发球装置。

背景技术：

众所周知的是，羽毛球发射机早已被应用在体育训练上，使用该机器让球手可以长时间的训练，而不需要发球员来投掷球。

现有羽毛球发球机通常是通过高速旋转的转轮带动皮带，由皮带搓动羽毛球发出。此类羽毛球发球机能耗非常大，整个机器体积庞大，重量不适合携带移动。

另外，传统羽毛球发球机由于是皮带轮带动羽毛球，有巨大惯性，羽毛球发球模式变化少，不够智能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种发球机构及具有该发球机构的智能羽毛球发球装置，其体积小、便携、能耗低。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种发球机构，其包括：发球控制单元及向发球控制单元提供动力的动力装置；发球控制单元包括球托，球托设置有驱动球托垂直向上接收羽毛球以及水平放倒的球托驱动机构，处于发球位的球托尾部共轴安装有将羽毛球击打出球托的弹性元件，弹性元件远离球托端连接有弹性元件挤压装置，弹性元件朝向球托端安装有将压缩的弹性元件释放的弹簧释放机构，弹性元件挤压装置连接于动力装置。

与现有技术相比，本实用新型有效的控制了发球机构的体积重量，使得更加便携，易于组装。弹簧特性使羽毛球可以以任意速度或角度(预设范围内)从羽毛球机中发出，使各种随机练习成为可能。

进一步，弹性元件为弹簧，其使羽毛球可以以任意速度或角度(预设范围内)从羽毛球机中发出，弹簧击发效能高。

进一步，弹性元件挤压装置包括：底板，其设置于处于发球位时的球托尾部；弹性元件压缩气缸，其设置于发球机构安装座且与弹性元件延伸方向平行，弹性元件压缩气缸的气缸杆连接于底板，底板连接于弹簧远离球托一端，气缸连接于气源组件。通过弹性元件挤压装置可以挤压例如弹簧等构成的弹性元件，从而让弹簧积蓄能量，以便于在弹簧扳机的控制下从中轴中释放弹簧，从而击发球托中的羽毛球。

进一步，弹簧释放机构包括：安装于中轴安装座的中轴，其设置有供弹性元件通过的通孔；套装于中轴且可绕中轴转动的滑块B，其具有推动倾斜面；套装于中轴且与滑块B配合的滑块A，其设置有与滑块B配合的倾斜面；安装于中轴的扳机，其具有位于滑块A与中轴之间的扳机臂以及连接于扳机臂且可封闭中轴端口的扳机头，扳机臂设置有与滑块A配合的斜面；驱动滑块B沿着中轴顺时针或逆时针旋转的驱动组件。

进一步，球托驱动机构为球托驱动电机，该球托驱动电机能够驱动球托正对传送机构，从而进行接球，在接球动作完成后，可以让球托放倒，从而让球托尾部的开口正对弹簧，从而等待释放弹簧而将羽毛球击发出球托，进而完成羽毛球从发球机发球口处发球的动作。

进一步，动力装置包括：气罐，其设置有压力开关，压力开关连接于控制系统；打气机，其连接于气罐。气罐能够给予发球机提供气源动力，而打气机能够让发球机得到持续的气源供给，避免气罐进行外部补充高压气体而造成发球机工作中断。

进一步，发球控制单元还包括：二位二通气动电磁阀、二位五通气动电磁阀，二位二通气动电磁阀连接于气罐，二位二通气动电磁阀连接于二位五通气动电磁阀，二位五通气动电磁阀连接于弹性元件压缩气罐。

进一步，还包括：用于控制发球横向角度的第一步进电机，其通过轴连器连接于发球机构安装座；用于控制发球纵向角度的第二步进电机，其通过皮带连接于花键，花键与发球机构安装座相连。

进一步，球托为尾部开口的锥状结构。

一种智能羽毛球发球装置，其包括前文提到的发球机构。由于发球机控制了发球机构的体积重量，使得更加便携，易于组装。弹簧特性使羽毛球可以以任意速度或角度(预设范围内)从羽毛球机中发出，使各种随机练习成为可能。

附图说明

图1为本实用新型第一实施方式中发球机构结构示意图。

图2为本实用新型第一实施方式中发球机构的弹簧释放机构结构示意图，图中示出了与弹簧释放机构配合的弹簧；

图3为本实用新型第一实施方式中发球机构的弹簧释放机构立体图，该图中示出了与弹簧释放机构配合的弹簧；

图4为本实用新型第一实施方式中发球机构的弹簧释放机构示意图。

图4′为本实用新型第一实施方式中发球机构的弹簧释放机构分解图。

图5为本实用新型第二实施方式中具有该发球机构的智能羽毛球发球装置结构示意图，发球机构布置于主机内。

图6为本实用新型第二实施方式中储球机构的立体图一。

图7为本实用新型第二实施方式中储球机构的立体图二。

图8为本实用新型第二实施方式中储球机构略去储球筒固定部以及储球筒的立体图。

图9为本实用新型第二实施方式中储球机构的储球筒固定部结构示意图。

图10为本实用新型第二实施方式中发球机构的气路原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型第一实施方式提供了一种发球机构，参见图1，其包括：发球控制单元及向发球控制单元提供动力的动力装置。发球控制单元包括球托 306，球托为尾部开口的锥状结构，锥状结构内部为羽毛球容置腔，该羽毛球容置腔体为锥形腔,锥形腔的内径至尾部朝向前部逐渐增大，球托设置有驱动球托垂直向上接收羽毛球以及水平放倒的球托驱动机构，图1朝向读者方向为球托垂直向上的方向，而图1所示状态则代表球托处于水平放倒状态，而球托处于图1所示的放倒状态是正好处于发球位，此时位于球托内的羽毛球可以被弹簧击打后从发球口发出羽毛球。处于发球位的球托尾部共轴安装有将羽毛球击打出球托的弹性元件310，弹性元件包括但不仅限于弹簧，弹簧远离球托端连接有弹性元件挤压装置，弹簧朝向球托端安装有将压缩的弹性元件释放的弹簧释放机构，弹性元件挤压装置连接于动力装置。

在图1中示出了气罐300、减压阀301、压力开关302、打气机303、双轴气缸305、球托306、球托驱动电机307、扳机驱动电机308、电源309、弹簧310、底板311、二位二通电磁阀312、二位五通气动电磁阀313，弹簧与球托共轴布置，电源309作为整个发球机构以及储球机构的供电电源，该电源309连接于发射机构(与发球机构具有同等含义)以及储球机构的用电部件，例如扳机驱动电机308、传送机构13以及槽轮驱动装置、控制系统等。本实施例中采用单片机来控制整个羽毛球发球机构。

从图1可以看出，当弹簧被弹性元件加压装置(挤压装置)挤压后，利用弹簧释放机构阻挡弹簧朝向球托一端，在弹簧完成蓄能(底板在双轴气缸带动下挤压弹簧)操作后，通过开启弹簧释放机构而让弹簧击发位于球托内的羽毛球，从而让羽毛球从球托正对的发球口发出。该发球机构结构紧凑，整体空间占用小，在保证工作可靠性和稳定性的前提下，满足便携和易于组装的要求。

继续参见图1，弹性元件挤压装置包括：底板311，底板311设置于处于发球位时的球托尾部；弹性元件压缩气缸305，弹性元件压缩气缸305例如可以选择双轴气缸，双轴气缸设置于发球机构安装座且与弹簧延伸方向平行，双轴气缸的气缸杆连接于底板，底板连接于弹簧远离球托一端，气缸连接于气源组件。通过弹性元件挤压装置可以挤压例如弹簧等构成的弹性元件，从而让弹簧积蓄能量，以便于在弹簧扳机的控制下从中轴中释放弹簧，从而击发球托中的羽毛球。由于弹簧被双轴气缸挤压后，需要让弹簧进行蓄能，持续需要利用弹簧释放机构进行配合，从而使得发球机发球处于可控状态。

参见图1，球托驱动机构307为球托驱动电机，该球托驱动电机能够驱动球托正对传送机构，从而进行接球，在接球动作完成后，可以让球托放倒，从而让球托尾部的开口正对弹簧，从而等待释放弹簧而将羽毛球击发出球托，进而完成羽毛球从发球机发球口处发球的动作。而该图中提供的动力装置包括：气罐300，其设置有压力开关302，压力开关连接于控制系统，本实施例中控制系统使用单片机；打气机303，其连接于气罐，而气罐还设置有减压阀301。气罐能够给予发球机提供气源动力，而打气机能够让发球机得到持续的气源供给，避免气罐进行外部补充高压气体而造成发球机工作中断。

从上文可知，动力装置由打气机、储气罐(气罐)、压力开关、减压阀组成。打气机对储气罐打气增加储气罐中的气压值，当气压达到预期峰值时，压力开关工作，断开打气机通路，使其停止工作，当气压低于预设值时压力开关连通打气机工作，通过上述过程，确保发球机运行储气罐中压强在一定范围内，且以减压阀预设的压强对发球机构提供恒定气压。

另外，发球控制单元还包括：二位二通气动电磁阀、二位五通气动电磁阀，二位二通气动电磁阀连接于气罐，二位二通气动电磁阀连接于二位五通气动电磁阀，二位五通气动电磁阀连接于弹性元件压缩气罐。参见图10，从该图可知，二位二通电磁阀312、二位五通气动电磁阀313、双轴气缸305、气罐300等元件的气路连接关系如下：打气机303通过管路而连接到气罐 300，气罐300通过管路而连接到二位二通电磁阀312，而二位二通电磁阀312 连接于二位五通气动电磁阀313，二位五通气动电磁阀313连接到双轴气缸 305。

参见图2-4，弹簧释放机构包括：安装于中轴安装座的中轴318，其设置有供弹簧通过的通孔，当双轴气缸挤压弹簧时，底板会朝向中轴方向挤压弹簧。套装于中轴且可绕中轴转动的滑块B，其具有推动倾斜面，而套装于中轴且与滑块B配合的滑块A则设置有与滑块B配合的倾斜面。安装于中轴的扳机，其具有位于滑块A与中轴之间的扳机臂以及连接于扳机臂且可封闭中轴端口的扳机头，此处的中轴端口作为弹簧击发出口，扳机臂设置有与滑块A配合的斜面，驱动滑块B沿着中轴顺时针或逆时针旋转的驱动组件包括：扳机驱动电机308、皮带轮316、皮带317，滑块B设置有皮带安装槽，从图 3中可以看出，在双轴气缸之上布置有弹簧释放机构安装壳，该弹簧释放机构安装壳呈U形，且弹簧释放机构安装壳朝向底部端设置有端板，这里的弹簧释放机构安装壳作为中轴安装座，中轴布置于端板处，而扳机驱动电机308 安装于通过支架(图中未示)而设置于弹簧释放机构安装壳或者是发球机构内部其他支架上，而扳机驱动电机308的动力输出端安装皮带轮316，皮带轮316通过皮带317连接滑块B。该弹簧释放机构的工作原理在于：扳机驱动电机308带动皮带轮316定向转动，通过皮带带动滑块B320绕中轴318 转动，且不发生水平移动。由于滑块A319与滑块B320接触面为斜面，且滑块A319在中轴318上嵌套为仅做水平移动，当滑块B320发生旋转时，推动滑块A319左移，继而推动扳机321闭合，封闭中轴318，从而咬住弹簧310；当滑块B320再次旋转时，滑块A319右移回到与滑块B320咬合的位置，同时失去对扳机321的控制，释放弹簧310，被压缩的弹簧伸展而击打球托306 内的羽毛球，从而完成一次击球动作。

继续参见图4、图4′，扳机与滑块B之间的安装形式如下：中轴318 上设置有与滑块A319和滑块B320配合的轨道，滑块A、滑块B具有与各自轨道配合的外形，中轴后部的圆柱状体作为滑块B的转动轨道，中轴前部的异形结构作为滑块A的水平移动轨道，中轴前部在圆柱的基础上设置有上平直导向面318a、下平直导向面318b，而在上平直导向面的两侧设置有倾斜面，在下平直导向面的两侧设置有倾斜面，靠近中轴前部自由端设置有两个竖向平面，两个竖向平面用于安装两个U形扳机安装部321a，扳机321通过扳机底部轴321′而安装于U形扳机安装部，通过滑块A319和滑块B320的凹凸咬合结构，使被扳机驱动电机308带动转动的滑块B320推动滑块A319做向左的移动，在滑块A319内侧为扳机设定了槽状结构319a，当滑块A319被推至最左侧，扳机就沿着内槽行进闭合。中轴内部为弹簧通道(通孔)，当扳机闭合则可以让弹簧蓄能，扳机打开，则蓄能的弹簧可以击发羽毛球。

另外，在滑块A319的端部安装有若干小弹簧322，该小弹簧322连接有底盖323。设置小弹簧322、底盖323的目的在于：使用小弹簧322推动滑块 A319右移回到与滑块B320咬合的位置，而底盖323布置有与扳机321匹配的开口，而中轴318中弹簧可以通过该开口击发羽毛球，而底盖323可以固定在弹簧扳机结构安装壳。

参见图1，而发球机构还可以设置转向控制系统，转向控制系统包括：用于控制发球横向角度的第一步进电机，其通过轴连器连接于发球机构安装座；用于控制发球纵向角度的第二步进电机，其通过皮带连接于花键，花键与发球机构安装座相连。在图1中，转向控制系统包括花键304、第一步进电机314、第二步进电机315，参见图6，第一步进电机314、第二步进电机 315连接于控制系统以及电源。花键304与第一步进电机314相连，同时由花键与下部的三脚架轴相连，而第二步进电机315通过轴连器连接于发射机构，第一步进电机314连接于皮带轮，皮带轮通过皮带而连接花键，第一步进电机314通过皮带轮转动皮带带动花键做水平转动。单片机下达水平转动指令给第一步进电机精确控制发球横向角度，单片机下达垂直转动指令给第二步进电机，精确控制发球纵向角度。

本实用新型的第二实施方式提供了一种智能羽毛球发球装置，其包括第一实施方式提供的发球机构。

对于装配本实用新型第一实施方式所提供的发球机构的智能羽毛球羽毛球发球装置而言，可以采用与之配套的现有储球机构。

而本实用新型第二实施方式针对该发球机构所匹配的储球机构可以参考图5所示。图5中示出了球筒1、球筒底盘2、主机3(发球机构布置于主机内)、脚架4、发球口5，发球口5正对处于发球位的球托，球托的喇叭口朝向该发球口，球托的大小与羽毛球大小适配。

参见图6-9，智能羽毛球羽毛球发球装置的储球机构包括：基座和多个储球筒。基座具有储球筒固定部10和位于储球筒固定部下部的羽毛球抓取孔，储球筒11周向安装于储球筒固定部10，储球筒固定部设置有驱动储球筒下开口正对羽毛球抓取孔的储球筒驱动机构12。

参见图8，储球筒驱动机构12包括：槽轮结构以及驱动槽轮结构的槽轮驱动装置，这里的槽轮驱动装置选择槽轮驱动电机120，槽轮结构包括：从动槽轮121、主动拨盘122以及机架123，主动拨盘122上的圆柱销1220进入槽轮上的径向槽以前，凸锁止弧将凹锁止弧锁住，则槽轮静止不动。圆柱销1220进入径向槽时，凸、凹锁止弧刚好分离，圆柱销1220可以驱动槽轮转动。当圆柱销1220脱离径向槽时，凸锁止弧又将凹锁止弧锁住，从而使槽轮静止不动，上述槽轮结构为成熟的现有技术。因此，当主动拨盘122作连续转动时，槽轮被驱动作单向的间歇转动。槽轮结构的从动槽轮121连接于储球筒固定部，槽轮结构的主动拨盘122连接于槽轮驱动装置(即槽轮驱动电机120)。槽轮结构能够快速的进行储球筒的切换，从而完成有球储球筒与无球储球筒之间的切换。

需要指出的是，该储球机构的基座为上下两层结构，储球筒固定部分布于上层，羽毛球抓取孔分布于下层，而在图5中，露出主机的部分即为储球筒固定部，该储球筒固定部可以安装储球筒，并且，储球筒固定部可以在槽轮结构的驱动下进行转动，从而轮换储球筒至工作位(装满羽毛球的储球筒下开口正对羽毛球抓取口的位置)。而基座除了储球筒固定部、储球筒暴露于主机外，基座其余部分布置于主机内部，这样对于整个羽毛球发球装置的体积小型化是大有裨益的。如果整个储球机构完全暴露于主机外部，则势必造成占用体积更大，从这里可以看出，将储球机构设置成上下两层结构让储球机构的空间布局更加紧凑，对于整机的体积小型化具有积极促进作用。而位于主机内的储球机构部分可以参考图6-9。需要注意的是，在图6-9中并未示出位于下层的羽毛球抓取孔，而下层可以是一个板状结构，相应的在该板状结构上设置一个与羽毛球外形匹配的圆孔作为羽毛球抓取孔即可。而羽毛球抓取孔位于机械抓手正上方。

从图6可知，储球筒固定部10周向安装有四个储球筒11，每个储球桶约可以放置12个羽毛球，单个储球筒的内径略大于羽毛球的外径，能够保证羽毛球能够顺畅的从储球筒滑动至储球筒底部，从而方便机械抓手的抓取动作，而机械抓手抓取的是羽毛球的球头部位。

参见图9，储球筒固定部10具有居中布置的从动槽轮装配孔100，该储球筒固定部设置有以从动槽轮装配孔为中心而环形阵列布置的四个储球筒装配开口101，此类结构让储球筒可以以可拆卸方式安装就位于储球筒固定部，从而便于组装和维护，从图9可以看出，储球筒装配开口设置有环形储球筒安装承台102，通过承台结构而可以让中空圆柱状储球筒直接插装于储球筒固定部的开口处，安装更加便利、快捷。

为实现智能化操作，基座设置有探测正对羽毛球抓取孔的储球筒中羽毛球是否抓空的探测元件，例如光电传感器，探测元件连接于控制系统，控制系统连接于储球筒驱动机构。利用光电传感器识别储球筒中的羽毛球是否打完，一旦储球筒中的羽毛球打完，光电传感器会给基座的槽轮驱动电机信号，驱使电机转动一圈，使基座下层的圆孔与下一个储球筒圆心重合，从而使下一个储球筒中的羽毛球能被传送机构抓取并传送。

继续见图6-7，储球机构还包括：设置于羽毛球抓取孔处而用于将储球筒中羽毛球抓取输送至球托的传送机构13。该机构可以实现储球机构与羽毛球发射机构之间的衔接。参见图6，传送机构包括：将羽毛球从储球筒中抽出的机械抓手130、导杆131、驱动机械抓手开合的第一舵机132、驱动机械抓取垂直运动的第二舵机133。导杆131竖向安装于支撑体，这里的支撑体可以是主机内部的支架，也可以是基座自身的支架，导杆安装有导向座134，第一舵机132安装于导向座，第一舵机连接于机械抓手；第二舵机通过连杆 135而连接于导向座。第一舵机控制机械抓手闭合抓取张开释放羽毛球，第二舵机控制机械抓手沿导杆垂直运动，通过简单运动确保羽毛球垂直落入发射机构的球托内。

该智能羽毛球发球装置的工作原理如下：

首先，储球传送机构由基座和四个储球筒构成，每个储球桶约可以放置 12个羽毛球，基座分上下两层，上层用于固定储球筒，下层有一个与圆筒截面同样大小的圆孔，羽毛球由此被传送机构的机械手抓取，同时储球机构下部设置光电传感器，一旦球桶中的球打完，光电传感器会给基座由电机信号，驱使电机转动一圈，使基座下层的圆孔与下一个储球桶圆心重合，从而使下一个储球桶中的羽毛球能被传送机构抓取并传送。传送机构由机械手，两个舵机构成，舵机一(第一舵机)控制机械手闭合抓取张开释放羽毛球，舵机二(第二舵机)控制机械手延连杆垂直运动，通过简单运动确保羽毛球垂直落入发射机构的球托内。

然后，发球控制单元由双轴气缸、球托、二位二通气动电磁阀、二位五通气动电磁阀、弹簧构成。由单片机(前文提到的控制系统)发信号给球托驱动电机307，使球托向上垂直面向传送机构，准备接球；同时单片机发信号给二位二通电磁阀通路，控制二位五通气动电磁阀通路A，使由动力装置提供的恒定气压注入双轴气缸，使双轴气缸的气缸杆伸展，当气缸杆触碰到末端的微动开关，微动开关把信号传递给单片机，单片机发出指令通知扳机驱动电机308，关闭弹簧控制机构(弹簧释放机构)中的扳机；同时单片机发出指令通知球托驱动电机307，将球托放倒与弹簧水平且同轴心；同时单片机提供信号给二位五通气动电磁阀通路B，压缩双轴气缸杆，经过预设的时间后，使双轴气缸杆到达指定压缩位置，由于底座同时连接弹簧与双轴气缸杆，弹簧也同时也压缩了同样的行程，到达指定位置。继而单片机发出指令要求扳机驱动电机308转动，开启弹簧机构(弹簧释放机构)的扳机释放弹簧，完成一次击球动作。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。