乒乓球旋球装置的制作方法

本发明属于体育器材技术领域，具体涉及一种乒乓球旋球装置。

背景技术：

乒乓球作为一项竞技体育运动，也是强身健体的活动，有着十分广泛的群众基础，在乒乓球教学实验演示时，需要对转速、下旋球、上旋球、侧旋球等乒乓球的运动形式进行演示，使学员感观上了解乒乓球的旋转方式，如在演示乒乓球的转速、下旋球、上旋球、侧旋球等，只能靠手动示范演示，因讲解老师手动操作，每次演示的效果也不会完全相同，并且乒乓球在运动中旋转，使学员很难看清楚乒乓球的旋转方式，因而手动演示效果不明显有时需要多次演示。

本

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，为更好更方便的进行乒乓球教学实验演示，本发明的目的是提供一种结构简单、操作简单的乒乓球旋球装置。

本发明的技术方案是：一种乒乓球旋球装置，包括箱体，竖直撑，限位转动连接机构和电机，所述电机设置在竖直撑上，电机轴沿远离电机本体的方向伸出，所述限位转动连接机构设置在竖直撑和箱体上，竖直撑一端与箱体之间通过限位转动连接机构转动连接，使竖直撑一端部与箱体连接，在外力作用下，使竖直撑与箱体连接端围绕连接处旋转，竖直撑的另一端部在以竖直撑与箱体连接处为中心，竖直撑为直径的圆周方向上运动，竖直撑是主要零件之一，目的是为了安装电机以及装置的转动，还包括控制电器旋转速度的控制电路。

进一步限定，所述限位转动连接机构为插槽机构，竖直撑一端与箱体之间通过插槽机构转动连接，该结构可用其他结构替换，包括但不限于：铰链结构，万向轮结构，滑动轴承结构和滚动轴承结构。

进一步限定，所述插槽机构包括箱体上的开口、竖直撑一端部上的卡片和栓结构，所述在箱体内部开口两侧设有安装片，安装片和卡片设有插栓孔，竖直撑一端部插入开口内，栓结构穿入插栓孔。在竖直撑与箱体之间转动方向上，开口的长度大于竖直撑本体长度，整体尺寸一般小于开口6mm，保证支撑的可动性，从而可以使竖直撑在开口内运动，开口内还设有一个卡块，用于固定竖直撑的位置。

进一步限定，所述竖直撑另一端设有l形横梁，l形横梁上设有轴套，电机轴远离电机本体的一端设置在轴套上。

进一步限定，还包括设置在电机轴上的联轴器和球轴，所述竖直撑另一端设有l形横梁，l形横梁上设有轴套，所述球轴设置在联轴器和轴套之间，联轴器连接电机轴和球轴，便于电机的安装，在电机轴相应位置设计轴套，便于球轴的安装，乒乓球穿在球轴上。

进一步限定，竖直撑另一端设有空槽，电机设置在空槽内，上端设计的空槽与电机的大小相配合，竖直撑内部设有空腔，与箱体连通，可以将竖直撑分成两半结构，内部留出空腔，便于布线。

进一步限定，该设计为满足乒乓球旋球装置的需要，保证装置的牢固性，可动性，可拆卸性以及收容性能。箱体的设计主要为了内部电子元件的收容，以及开关旋钮的合理位置，在箱体底面设计三个卡槽，分别容纳电路板电池组，等器件，并在对应的位置设计开孔，便于安装开关及旋钮。

箱体设计成活动形式，包括上端开口的箱本体和上端的板盖，箱本体侧面打孔以便板盖的安装，箱体上安装竖直撑开口就设置在板盖上。

进一步限定，所述控制电路包括电机内的电机线圈；

转向控制模块，改变流过所述电机线圈电流的方向控制所述电机的转向；

转速控制模块，调节所述电机转速控制所述电机的旋转速度。

控制设计主要是控制乒乓球的转速和转向。本设计是通过控制电机的转速和转向进而实现乒乓球转速、转向的控制。控制模块的设计由转速控制模块和转向控制模块两部分组成。

进一步限定，所述电机线圈为直流电机线圈，本设计是通过控制直流电机的转速和转向进而实现乒乓球转速、转向的控制。

转向控制模块为h桥电路控制模块；

转速控制模块，调节所述直流电机线圈电枢供电电压控制所述电机的旋转速度。

通过控制直流电机的转向进而实现乒乓球转向的控制。对于直流电机，通过改变流过电机电流的方向可以实现电机的正反转，而改变流过电机电流的方向可以通过改变加在电机两端电压的方向来实现。要在一个电路中能够随意改变电压的正负。

通过控制直流电机的转速进而实现乒乓球转速演示的控制，直流电机的稳态转速可表示为：

式中：n为转速；u为电枢电压；i为电枢电流；r为电枢回路总电阻；φ为励磁磁通；ke为由电机结构决定的电动势常数。

由上式可以看出，调节直流电机转速的方法有：调节电枢供电电压u；减弱励磁磁通φ；改变电枢回路电阻r。对于要求在一定范围内无极平滑的调速系统来说，以调节电枢供电电压方式为最好。本次设计采用变压调速控制小型直流电机的转速。

进一步限定，所述h桥电路控制模块包括l298n芯片，开关sw1选通l298n芯片上的in1，in2控制电机的转向，ena为电机使能端，ena使能端有效时，in1、in2转向选通信号有效，l298n芯片上的ena接入调制信号控制电机的调速与启停，sensa、sensb和gnd一起接地，out1，out2之间接入控制的直流电机的正负极，vcc为芯片供电端，vs为电机供电端都接入9v电压，l298n芯片正负极之间外接4个二极管d1、d2、d3、d4。外围的这4个二极管d1、d2、d3、d4用于泄流保护，防止感应电流过高损坏l298n芯片。电机串联保险丝，保护电机。

进一步限定，所述转速控制模块为pwm脉冲宽度调制模块，用pwm脉冲宽度调制方式调节输入小型直流电机的电压，实现变压调速。脉冲宽度调制(pwm)是在不改变脉冲方波周期的前提下，通过调整其整个周期的脉冲方波的占空比，从而达到等效模拟电压输出的目的，pwm信号发生电路的方法有多种：通过普通电子元件构成pwm发生电路；单片机自动生成pwm信号；可编程逻辑器件编程产生pwm信号；专用芯片产生pwm信号等。考虑到本次设计的实用性、经济性以及简单性，该设计采用普通电子元件构成pwm发生电路，所述pwm脉冲宽度调制模块包括555定时器，接成多谐振荡器，通过改变滑动变阻器的阻值改变输出pwm信号的占空比，调制输入直流电机的电压实现变压调速。555定时器构成的pwm发生电路如图1所示，555定时器vcc接9v直流供电电源，r端接vcc，cv端经电容c1(10nf)接入地，tr端经电容c2(50nf)接入地，th端接入tr，tr端通过电阻r1(10k)、滑动变阻器r2(200k)、电阻r2(10k)接入9v供电电源，通过调节滑动变阻器r2的阻值调节输出pwm信号的占空比。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，使乒乓球发球演示教学更加方便；具有结构简单，维修方便，加工成本低、生产效率高等优点。

附图说明

图1是本发明立体结构示意图。

图2是本发明乒乓球旋球装置去掉球轴、轴套和联轴器后的主视图。

图3是本发明乒乓球旋球装置去掉球轴、轴套和联轴器后的左视图。

图4是本发明竖直撑部位的结构主视图。

图5是本发明竖直撑部位的结构左视图。

图6是本发明卡块结构的主视图。

图7是本发明卡块结构的左视图。

图8是本发明卡块结构的俯视图。

图9是本发明插槽机构部位的结构视图。

图10是本发明乒乓球旋球装置电路控制图。

图11是典型h桥电路图。

图12是h桥集成电路芯片l298n驱动电路原理图。

图13是本发明转向控制部分电路连接图。

图14是可以采用别的h桥集成芯片，lg9110集成芯片接线图。

图15是555定时器构成的pwm发生用于控制转速的电路图。

图中：

1、箱体2、竖直撑3、电机

4、卡片5、栓结构6、安装片

7、卡块8、球轴9、l形横梁

10、轴套11、联轴器21、直流电机线圈

22、转向控制模块23、转速控制模块

具体实施方式

如图1-9所示，本发明一种乒乓球旋球装置，包括箱体1，竖直撑2，插槽机构和电机3。

所述插槽机构设置在竖直撑2和箱体1上，竖直撑2一端与箱体1之间通过插槽机构转动连接。

所述插槽机构包括箱体1上的开口、竖直撑一端部上的卡片4和栓结构5，所述开口两侧设有安装片6，安装片6和卡片4设有插栓孔，竖直撑2一端部插入开口内，栓结构5穿入插栓孔。

箱体1开口内还设有一个卡块7，用于固定竖直撑2的位置。

所述竖直撑2另一端设有空槽，电机3设置在空槽内，竖直撑2内部设有空腔，与箱体连通，本设计中竖直撑2分成两半结构。

所述竖直撑另一端侧表面设有l形横梁9，l形横梁9与竖直撑2侧表面构成u型结构，l形横梁9上设有轴套10，所述电机3的电机轴沿远离电机3本体的方向伸出，电机轴前端设有联轴器11，联轴器11还连接球轴8的一端，球轴8另一端设置在轴套10上及球轴8设置在联轴器11和轴套10之间。

如图10所示，为本发明的控制电路，控制电路包括电机内的直流电机线圈21，转向控制模块22和转速控制模块23。

转向控制模块22实现电机转向。

实现电机转向，最简单的方法是采用h桥电路，其典型电路如图11所示，电路中，q1、q4导通q2、q3关闭，电机正向旋转，q1、q4关闭q2、q3导通，电机反向旋转。在实际使用中，用分立元件制作h桥电路很麻烦，市面上有封装好的h桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了。常用的h桥集成电路有lg9110、l293d、l298n、tn7257p、sn754410等。

本次设计采用h桥集成电路芯片l298n，l298n驱动电路原理图如图12所示：

l298n芯片集成了2个h桥电路，可以同时控制两个电机的正反转运行，很适合用作小型直流电机控制。本次设计只控制一个电机的正反转，只用到了其中1路h桥电路，电路连接如图13所示。

图中in1、in2、ena、out1、out2用于1个电机的控制与输出；in3、in4、enb、out3、out4用于另一个电机的控制与输出，本次接线用in1、in2、ena、out1、out2控制直流电机。开关sw1用于选通in1，in2控制电机的转向，ena为电机使能端，ena使能端有效时，in1、in2转向选通信号有效，ena接入pwm调制信号控制电机的调速与启停。sensa、sensb和gnd一起接地，out1，out2之间接入控制的直流电机的正负极，vcc芯片供电端，vs电机供电端都接入9v电压，外围4个二极管d1、d2、d3、d4用于泄流保护，防止感应电流过高损坏l298n芯片。电机串联保险丝，保护电机。

当然也可以采用别的h桥集成芯片，用于电机的控制，如lg9110集成芯片，接线如图14所示。

芯片oa，ob(图中1，4)端接入控制的直流电机，vcc端(图中2，3)接入电源，gnd(图中8，5)接入地线，ia，ib(图中6，7)控制电机的转向。

转速控制模块23控制转速，本次设计的实用性、经济性以及简单性，该设计采用普通电子元件构成pwm发生电路，由555定时器接成多谐振荡器，通过改变滑动变阻器的阻值改变输出pwm信号的占空比，调制输入直流电机的电压实现变压调速。555定时器构成的pwm发生电路如图15所示，555定时器vcc接9v直流供电电源，r端接vcc，cv端经电容c1(10nf)接入地，tr端经电容c2(50nf)接入地，th端接入tr，tr端通过电阻r1(10k)、滑动变阻器r2(200k)、电阻r2(10k)接入9v供电电源，通过调节滑动变阻器r2的阻值调节输出pwm信号的占空比。

本实例的工作过程：按下开关启动旋球装置，乒乓球的旋转速度通过调节滑动变阻器的阻值实现，乒乓球的旋转方向通过方向按钮调节。手动配合机械装置模拟不同方位的乒乓球球速和旋向演示示范。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”“横”“竖”“纵”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具备特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。