抛射机器人及抛射方法与流程

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种抛射机器人及抛射方法。

背景技术：

在足球及排球的教学中，学生(或学员)的接球动作需要反复训练才能达到熟练。目前，足球和排球的接球训练中，通常都是采用人力发球的形式。这种单一动作的不断重复非常容易导致发球者疲劳，另外，人力发球的力度、方向、射出角度往往不能准确控制，难以达到完美的训练效果。

在某些需要中、远距离抛射(抛投)物料的应用场景中，采用人力投掷往往不能准确控制落点，或因要求落点距离过远而投掷不到落点处，给抛射(抛投)作业带来不便，另外，若是物料本身含有对人体健康有害的物质，人力投掷还会给操作者带来健康隐患。

因此，研发出一种能代替人力的抛射机器人对于足排球的教学及中远距离抛射(抛投)作业具有都较大的促进意义，但遗憾的是，目前市面上未见此类机器人。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种抛射机器人及抛射方法，它解决了目前足、排球的接球训练中，人力发球容易导致发球者疲劳，以及人力发球的力度、方向、射出角度不能准确控制的问题，还解决了某些需要中、远距离抛射(抛投)物料的应用场景中，采用人力投掷不能准确控制落点的问题。

本发明的技术方案是：抛射机器人，包括底座、减震轮组件、承重轮组件、夹持转运装置及抛射装置；

底座呈方形，其四角按顺时针顺序依次定义为第一角、第二角、第三角和第四角；

减震轮组件安装在底座的第一角和第三角处，承重轮组件安装在底座的第二角和第四角处；

夹持转运装置包括对称设置在底座相对两侧边处的两个子机构；子机构包括竖向移动组件、横向移动组件及夹持组件；夹持组件安装在横向移动组件上，其在横向移动组件的驱动下做水平方向的往复直线运动；横向移动组件安装在竖向移动组件上，其在竖向移动组件的驱动下做竖直方向的往复直线运动；竖向移动组件安装在底座上；

抛射装置设置在底座上，并位于夹持转运装置的两个子机构之间，其包括支撑架、摆动架及驱动组件；支撑架安装在底座上；摆动架铰接在支撑架上端，并可绕铰接处做竖直平面内转动；驱动组件与摆动架关联，以驱动摆动架绕铰接处转动；摆动架上设有用于放置待抛射物件的托板。

本发明进一步的技术方案是：承重轮组件包括全向轮a、轴座a及驱动电机a；全向轮a活动安装在轴座a上，轴座a固定安装在底座上，驱动电机a安装在底座上，并与全向轮a连接，以驱动全向轮a转动；

减震轮组件包括拱形架、合页、弹簧、全向轮b、轴座b、驱动电机b及安装板；拱形架固定安装在底座上，合页的第一页固定安装在拱形架上，第二页为可转动的自由页，安装板固接在合页第二页上，弹簧上端连接在拱形架上，下端连接在安装板上，全向轮b活动安装在轴座b上，轴座b固定安装在安装板下端，驱动电机b安装在轴座b上，并与全向轮b连接，以驱动全向轮b转动；

两个承重轮组件的全向轮a平行布置，两个减震轮组件的全向轮b垂直于全向轮a平行布置。

本发明再进一步的技术方案是：竖向移动组件包括导向架、从动轮a、轴座c、驱动电机c、主动轮a、同步带a、滑块及连接块a；导向架包括两根平行布置的竖杆、连接在两根竖杆下端的下横杆及连接在两根竖杆上端的上横杆，下横杆固接在底座上；从动轮a活动安装在轴座c上；轴座c固定安装在导向架的下横杆上；驱动电机c固定安装在导向架的上横杆上；主动轮a固接在驱动电机c的机轴上，并位于从动轮a的正上方；同步带a绕设在主动轮a与从动轮a之间；滑块活套在导向架的两根竖杆上；连接块a同时与同步带a和滑块固定连接，其随同步带a做竖直方向的往复直线运动，进而带动滑块做竖直方向的往复直线运动；

横向移动组件包括水平杆、导向块、驱动电机d、轴座d、主动轮b、从动轮b、同步带b及连接块b；水平杆两端分别活套在导向块上；两个导向块分别固接在滑块的两端，并处在同一高度；驱动电机d和轴座d均固定安装在滑块上；主动轮b固接在驱动电机d的机轴上；从动轮b活动安装在轴座d上，并与主动轮b处在同一高度；同步带b绕设在主动轮b与从动轮b之间；连接块b同时与同步带b和水平杆固定连接，其随同步带b做水平方向的往复直线运动，进而带动水平杆做水平方向的往复直线运动；

夹持组件包括气瓶、气缸a、电磁阀a、减压阀a、流量阀a及动作执行件；气瓶固定安装在底座上，其内设有容纳压缩空气的内腔，其外壁上设有连通至其内腔的进气口a和出气口a，出气口a上设有气压表a；气缸a固接在水平杆的端头上，其包括缸体a、活塞a及活塞杆a，活塞a活动安装在缸体a内腔中，并将缸体a内腔分隔为有杆腔a和无杆腔a，缸体a外壁上设有连通至有杆腔a的进出气口a和连通至无杆腔a的进出气口b，活塞杆a后端固接在活塞a上，并位于有杆腔a中，活塞杆a前端从有杆腔a中伸出；电磁阀a为两位五通电磁阀，其上设有入口a、出口a、出口b、排气口a和排气口b，入口a通过管道与气瓶的出气口a连通，出口a通过管道与减压阀a的进气端连通，出口b通过管道与气缸a的进出气口a连通，排气口a与出口a单方向连通，从出口a进入电磁阀a内的气体仅通过排气口a排出，排气口b与出口b单方向连通，从出口b进入电磁阀a内的气体仅通过排气口b排出；减压阀a的出气端通过管道与流量阀a的进气端连通，流量阀a的出气端通过管道与气缸a的进出气口b连通；动作执行件连接在气缸a的活塞杆a前端，动作执行件为平板。

本发明更进一步的技术方案是：两个夹持组件的动作执行件相互正对；夹持转运装置还包括形状呈“n”形的刚性架，刚性架两端分别固接在两个夹持组件的气缸a的缸体a上。

本发明更进一步的技术方案是：气瓶外壁上设有连通至其内腔的出气口b，出气口b上设有气压表b；

驱动组件包括气缸b、电磁阀b、减压阀b及流量阀b；气缸b固定安装在底座上，其包括缸体b、活塞b及活塞杆b，活塞b活动安装在缸体b内腔中，并将缸体b内腔分隔为有杆腔b和无杆腔b，缸体b外壁上设有连通至有杆腔b的进出气口c和连通至无杆腔b的进出气口d，活塞杆b后端固接在活塞b上，并位于有杆腔b中，活塞杆b前端从有杆腔b中伸出，并与摆动架铰接；电磁阀b为两位五通电磁阀，其上设有入口b、出口c、出口d、排气口c和排气口d，入口b通过管道与气瓶的出气口b连通，出口c通过管道与减压阀b的进气端连通，出口d通过管道与气缸b的进出气口c连通，排气口c与出口c单方向连通，从出口c进入电磁阀b内的气体仅通过排气口c排出，排气口d与出口d单方向连通，从出口d进入电磁阀b内的气体仅通过排气口d排出；减压阀b的出气端通过管道与流量阀b的进气端连通，流量阀b的出气端通过管道与气缸b的进出气口d连通。

本发明的技术方案是：一种抛射方法，应用于上述的抛射机器人，步骤如下：

s01，将待夹取的物件放在夹持转运装置的两个动作执行件之间，然后控制两个气缸a的活塞杆a同步伸出，将物件夹住；

本步骤中，控制流量阀a以调节夹持速度，控制减压阀a以调节夹持力度，控制电磁阀a的通电时间以调节气缸a活塞杆a的伸出长度；

s02，控制两个子机构的竖向移动组件和横向移动组件同步运动，将物件移动至托板的正上方；

本步骤中，启动驱动电机c以控制滑块竖直升降运动，启动驱动电机d以控制水平杆的水平往复移动；

s03，控制两个气缸a的活塞杆a同步缩回，使物件掉落在托板上，接着控制气缸b的活塞杆b伸出，使摆动架绕铰接点向上做弧形估轨迹运动，放置在托板上的物件也随着摆动架做弧形轨迹运动，当摆动架停止运动时，托板上的物件在惯性作用下被抛射出去；

本步骤中，通过控制电磁阀b的通电时间达到调节气缸b活塞杆b的伸出长度的目的，进而实现物件抛射角度的调节；通过调节流量阀b的通气量达到控制气缸b活塞杆b的伸出速度的目的，进而实现物件抛射力度的调节；通过控制驱动电机a和驱动电机b的运行状态达到控制底板移动及转向的目的，进而实现抛射地点及抛射方向的调节。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、抛射机器人可实现物件的夹持、转运和抛射，应用前景较为广阔，其底座下端设有减震轮组件，可有效降低抛射机器人移动过程中的震动。

2、抛射机器人的两个子机构共同运作可夹取物件，其夹取力度、夹取速度、夹取位置均可进行调节，可适应不同场景下的物件夹取需求。

3、抛射机器人的两个子机构的动作执行件可被更换，从而适应不同场景下的物件夹取需求。例如，当动作执行件更换为电磁铁时，可吸附铁磁性物件，当动作执行件更换为机械夹爪时，可抓取不规则形状物件。

4、通过控制电磁阀b可实现物件抛射角度的调节，通过调节流量阀b可实现物件抛射力度(即实现抛射距离的调节)的调节，通过控制驱动电机a和驱动电机b的运行状态可实现抛射地点及抛射方向的调节。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为底座、减震轮组件及承重轮组件的连接关系示意图；

图3为夹持转运装置与抛射装置的位置关系示意图；

图4为与气缸a和气缸b相关的气路元件连接关系示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，抛射机器人，包括底座1、减震轮组件、承重轮组件、夹持转运装置及抛射装置；

底座1呈方形，其四角按顺时针顺序依次定义为第一角、第二角、第三角和第四角。

减震轮组件安装在底座1的第一角和第三角处，承重轮组件安装在底座1的第二角和第四角处。减震轮组件包括拱形架21、合页22、弹簧23、全向轮b24、轴座b25、驱动电机b26及安装板27。拱形架21固定安装在底座1上，合页22的第一页固定安装在拱形架21上，第二页为可转动的自由页，安装板27固接在合页22的第二页上，弹簧23上端连接在拱形架21上，下端连接在安装板27上，全向轮b24活动安装在轴座b25上，轴座b25固定安装在安装板27的下端，驱动电机b26安装在轴座b25上，并与全向轮b24连接，以驱动全向轮b24转动。承重轮组件包括全向轮a31、轴座a32及驱动电机a33。全向轮a31活动安装在轴座a32上，轴座a32固定安装在底座1上，驱动电机a33安装在底座1上，并与全向轮a31连接，以驱动全向轮a31转动。两个承重轮组件的全向轮a31平行布置，两个减震轮组件的全向轮b24均垂直于全向轮a31布置，且相互平行。底座1的移动方向通过驱动电机a33和驱动电机b26共同控制，两个驱动电机a33用于控制两个全向轮a31的转动，两个驱动电机b26用于控制两个全向轮b24的转动，当驱动电机a33和驱动电机b26共同启动时，通过运动方向的矢量合成即可实现底座1的直行或转向。

夹持转运装置包括对称设置在底座1相对两侧边处的两个子机构。子机构包括竖向移动组件、横向移动组件及夹持组件。夹持组件安装在横向移动组件上，其在横向移动组件的驱动下做水平方向的往复直线运动。横向移动组件安装在竖向移动组件上，其在竖向移动组件的驱动下做竖直方向的往复直线运动。竖向移动组件安装在底座1上。

竖向移动组件包括导向架41、从动轮a42、轴座c43、驱动电机c44、主动轮a45、同步带a46、滑块47及连接块a48。导向架41包括两根平行布置的竖杆411、连接在两根竖杆411下端的下横杆412及连接在两根竖杆411上端的上横杆413，下横杆412固接在底座1上。从动轮a42活动安装在轴座c43上。轴座c43固定安装在导向架41的下横杆412上。驱动电机c44固定安装在导向架41的上横杆413上。主动轮a42固接在驱动电机c44的机轴上，并位于从动轮a42的正上方。同步带a46绕设在主动轮a45与从动轮a42之间。滑块47活套在导向架41的两根竖杆411上。连接块a48同时与同步带a46和滑块47固定连接，其随同步带a46做竖直方向的往复直线运动，进而带动滑块47做竖直方向的往复直线运动。

横向移动组件包括水平杆51、导向块52、驱动电机d53、轴座d54、主动轮b55、从动轮b56、同步带b57及连接块b58。水平杆51两端分别活套在导向块52上。两个导向块52分别固接在滑块47的两端，并处在同一高度。驱动电机d53和轴座d54均固定安装在滑块47上。主动轮b55固接在驱动电机d53的机轴上。从动轮b56活动安装在轴座d54上，并与主动轮b55处在同一高度。同步带b57绕设在主动轮b55与从动轮b56之间。连接块b58同时与同步带b57和水平杆51固定连接，其随同步带b57做水平方向的往复直线运动，进而带动水平杆51做水平方向的往复直线运动。

夹持组件包括气瓶61、流量阀a62、气缸a63、电磁阀a64、减压阀a65及动作执行件66。气瓶61固定安装在底座1上，其内设有容纳压缩空气的内腔，其外壁上设有连通至其内腔的进气口a611、出气口a612和出气口b613，出气口a612上设有气压表a614，出气口b613上设有气压表b615。气缸a63固接在水平杆51的端头上，其包括缸体a631、活塞a632及活塞杆a633，活塞a632活动安装在缸体a631内腔中，并将缸体a631内腔分隔为有杆腔a6311和无杆腔a6312，缸体a631外壁上设有连通至有杆腔a6311的进出气口a6313和连通至无杆腔a6312的进出气口b6314，活塞杆a633后端固接在活塞a632上，并位于有杆腔a6311中，活塞杆a633前端从有杆腔a6311中伸出。电磁阀a64为两位五通电磁阀，其上设有入口a641、出口a642、出口b643、排气口a644和排气口b645，入口a641通过管道与气瓶61的出气口a612连通，出口a642通过管道与减压阀a65的进气端连通，出口b643通过管道与气缸a63的进出气口a6313连通，排气口a644与出口a642单方向连通，从出口a642进入电磁阀a64内的气体仅通过排气口a644排出，排气口b645与出口b643单方向连通，从出口b643进入电磁阀a64内的气体仅通过排气口b645排出。减压阀a65的出气端通过管道与流量阀a62的进气端连通，流量阀a62的出气端通过管道与气缸a63的进出气口b6314连通。动作执行件66连接在气缸a63的活塞杆a633前端，动作执行件66为平板。

抛射装置设置在底座1上，并位于夹持转运装置的两个子机构之间，其包括支撑架71、摆动架72及驱动组件。支撑架71安装在底座1上。摆动架72铰接在支撑架71上端，并可绕铰接处做竖直平面内转动。驱动组件与摆动架72关联，以驱动摆动架72绕铰接处转动。摆动架72上设有用于放置待抛射物件的托板721。驱动组件包括气缸b73、电磁阀b74、减压阀b75及流量阀b76。气缸b73固定安装在底座1上，其包括缸体b731、活塞b732及活塞杆b733，活塞b732活动安装在缸体b731内腔中，并将缸体b731内腔分隔为有杆腔b7311和无杆腔b7312，缸体b731外壁上设有连通至有杆腔b7311的进出气口c7313和连通至无杆腔b7312的进出气口d7314，活塞杆b732后端固接在活塞b732上，并位于有杆腔b7311中，活塞杆b732前端从有杆腔b7311中伸出，并与摆动架72铰接。电磁阀b74为两位五通电磁阀，其上设有入口b741、出口c742、出口d743、排气口c744和排气口d745，入口b741通过管道与气瓶61的出气口b613连通，出口c742通过管道与减压阀b75的进气端连通，出口d743通过管道与气缸b73的进出气口c7313连通，排气口c744与出口c742单方向连通，从出口c742进入电磁阀b74内的气体仅通过排气口c744排出，排气口d745与出口d743单方向连通，从出口d743进入电磁阀b74内的气体仅通过排气口d745排出。减压阀b75的出气端通过管道与流量阀b76的进气端连通，流量阀b76的出气端通过管道与气缸b73的进出气口d7314连通。

优选，两个夹持组件的动作执行件66相互正对。夹持转运装置还包括形状呈“n”形的刚性架100，刚性架100两端分别固接在两个夹持组件的气缸a63的缸体a631上，可有效减轻夹持物件时两根水平杆51的变形。

简述本发明的工作过程：

s01，将待夹取的物件放在夹持转运装置的两个动作执行件66之间，然后控制两个气缸a63的活塞杆a633同步伸出，将物件夹住；

本步骤中，控制流量阀a614以调节夹持速度，控制减压阀a65以调节夹持力度，控制电磁阀a64的通电时间以调节气缸a63活塞杆a633的伸出长度。

s02，控制两个子机构的竖向移动组件和横向移动组件同步运动，将物件移动至托板的正上方；

本步骤中，启动驱动电机c44以控制滑块47竖直升降运动，启动驱动电机d53以控制水平杆51的水平往复移动。

s03，控制两个气缸a63的活塞杆a633同步缩回，使物件掉落在托板721上，接着控制气缸b73的活塞杆b733伸出，使摆动架72绕铰接点向上做弧形估轨迹运动，放置在托板721上的物件也随着摆动架72做弧形轨迹运动，当摆动架72停止运动时，托板721上的物件在惯性作用下被抛射出去；

本步骤中，通过控制电磁阀b74的通电时间达到调节气缸b73活塞杆b733的伸出长度的目的，进而实现物件抛射角度的调节；通过调节流量阀b615的通气量达到控制气缸b73活塞杆b733的伸出速度的目的，进而实现物件抛射力度(即实现抛射距离的调节)的调节；通过控制驱动电机a33和驱动电机b26的运行状态达到控制底板移动及转向的目的，进而实现抛射地点及抛射方向的调节。