皮带摩擦发球的羽毛球发球机及方法

本发明涉及羽毛球发球机技术领域，特别是涉及一种利用控制系统来智能控制羽毛球发球方向和力度、利用皮带摩擦发球且可连续更换空满球桶的羽毛球发球机。

背景技术：

近年来，人们对于体育运动越来越重视。羽毛球凭借着其环保、成本较低、参与门槛低、场地限制性低等特点，成为了深受各个年龄阶段人们推崇和喜爱的体育运动。随着羽毛球竞技体育随之不断发展，羽毛球俱乐部、青训基地，乃至国家级的训练基地也不断发展和壮大，各种有助于羽毛球竞技训练的体育器械和智能机器人应运而生，羽毛球发球机的研发便是热门领域之一。

面向羽毛球竞技训练的羽毛球发球机设计的关键技术之一是拥有发球稳定和可灵活改变羽毛球发球方向和力度的能力。中国机械科学研究院和体育大学联合研发的羽毛球发球机，通过挥拍击球的方式来模拟运动员的发球，但精确度和稳定性较差；泰德公司的羽毛球发球机通过双轮摩擦发射的方式将羽毛球射出去，但取球和送球过程较为复杂，且体积较为庞大，不利于搬运和使用；斯波阿斯公司研发的羽毛球发球机，利用发球轮挤压将羽毛球发出，以及配有智能调度操作系统，增加了发球机发球的专业性、多样性和可玩性，但体积和系统都较为庞大，成本也直线上升。

调研显示，现在市场上有售的羽毛球发球机在发球方式和系统上以及发球模式上都大同小异，存在诸多不足之处。首先，发球机构大多采用的是双摩擦轮挤压羽毛球发射，大部分都是依靠挤压球头和羽毛部分加速发射，此种发射方式对羽毛球的羽毛部分损伤较大，大大降低了羽毛球的使用寿命；也有发球机采用只挤压摩擦球头的方式加速发射，减小了对羽毛球的损伤，但是由于羽毛球加速距离较短，因此出球速度有所降低，功能性较差；同时，很多羽毛球发球机发球模式较为单一，不能满足复杂的训练模式。所以，亟需在现有发球机构的基础上研制出具有高稳定性、对羽毛球损害小，可自由改变羽毛球发球方向和力度且满足运动员训练的羽毛球发球机，以满足各种训练模式的需求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种由控制系统来智能控制羽毛球发球方向和力度、利用皮带摩擦发球，并且可连续更换空满球桶的一种羽毛球发球机，其具有工作流程顺畅，机构新颖，以及羽毛球发球稳定、力度大等特点，可满足多种训练模式。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提出一种利用皮带摩擦发球的羽毛球发球机，其包括箱体、更换球桶装置、智能控制系统、推球装置、发球装置、空球桶储存箱和角度改变装置，所述箱体包括上箱体和下箱体，所述更换球桶装置位于上箱体中，所述推球装置固定于更换球桶装置下侧，所述空球桶储存箱通过两条滑轨置于下箱体之中，可与下箱体发生相对运动，形成移动副，所述发球装置位于下箱体前方，处于推球装置下侧，所述角度改变装置固定于下箱体的下面，所述智能控制系统处于更换球桶装置后侧；所述更换球桶装置包括储球桶口、拨转槽轮、弹性旋转挡板、固定挡板、球桶转换传动轴、固定光轴、驱动电机和球桶，所述储球桶口的下侧与所述下箱体固连，所述驱动电机通过联轴器驱动球桶转换传动轴，球桶转换传动轴通过储球桶口的轴孔固定于储球桶口中央位置，驱动电机固定于所述推球装置的固定板上；所述推球装置包括固定板、缠线轮、缠线轮转轴、线簧、电线、推球前端和弯管，所述固定板固连于所述储球桶口的下部，其上端承载驱动电机，两侧固定所述线簧，所述线簧分别位于所述缠线轮的两侧，线簧的第一端固定于缠线轮转轴上，第二端通过螺栓与固定板的螺孔固连，所述电线缠绕在所述缠线轮上，并与推球前端的驱动电机相连；所述角度改变装置包括支架、大齿轮、小齿轮、径向轴承、支撑板、旋转电机齿轮箱和驱动电机，所述驱动电机与旋转电机齿轮箱相连，通过齿轮箱传递扭矩，所述旋转电机齿轮箱的下端与支撑板固连，所述小齿轮与齿轮箱相连，位于支撑架的后端，所述大齿轮固定于支架的上端、支撑板的前端，其与所述小齿轮形成齿轮副、太阳轮系，所述支撑板为门字结构，固定于下箱体的前端铝管上；所述发球装置包括驱动大轮、从动小轮、摩擦皮带、电机、电机齿轮箱、铝管、内置板、钢板和射球板材，所述电机齿轮箱固定于钢板上，其下端由内置板托起，所述钢板与铝管固连，以固定电机、驱动大轮和从动小轮，所述摩擦皮带分别与驱动大轮、从动小轮形成带传动，所述电机通过电机齿轮箱带动驱动大轮转动，驱动大轮带动摩擦皮带运动，进而通过皮带与羽毛球的摩擦与挤压将羽毛球发出去。

优选地，所述推球前端包括驱动电机、保持架、蜗轮、蜗杆、滚动体、小皮带和前端的海绵，所述滚动体包括滚动体a和滚动体b，其分别均布于保持架的中间部位、保持架的后端，所述蜗杆固定于保持架的中心，并与驱动电机相连，所述蜗杆与4个蜗轮分别形成蜗轮蜗杆传动；所述蜗轮蜗杆通过皮带与滚动体a相连，形成带传动，能带动滚动体a转动，从而使推球前端沿桶壁前进，所述前端的海绵固定于保持架的前端，用于推动羽毛球。

优选地，所述拨转槽轮包括三片设有圆形槽的槽轮片，槽轮片均匀地固定于球桶转换传动轴上，随着球桶转换传动轴转动，所述固定挡板为三根月牙形的薄板，通过三根固定光轴固定于拨转槽轮外侧。

优选地，所述下箱体包括内置板c、内置板d、滑轨和箱体框架，所述内置板c设有三个方形突起，固定于箱体框架的前面，所述内置板d为均匀的起伏形状，固定于箱体框架的下面，其上部放置有两条导轨，以承载空球桶储存箱。

优选地，所述弹性旋转挡板包括固定件，装配弹簧和旋转挡片，固定件设有四组，每组的固定件分别与所述储球桶口和旋转挡片固连于一起，通过装配弹簧安装于所述固定光轴上，以防止上端球桶卡入机器内部。

优选地，所述智能控制系统包括显示屏和智能控制模块，可编程羽毛球落点和更换训练模式。

优选地，所述径向轴承设置于大齿轮的上方、支撑板的内部，通过带动着支撑板转动，从而带动下箱体转动；所述支架由7块板材和1块棒材焊接而成，呈中心对称结构，其作用为支撑整个羽毛球发球机，所述棒材为阶梯结构，其上端支撑并固定着大齿轮。

优选地，所述铝管通过角铝与所述下箱体固连，所述射球板材的下端与铝管固连，其后端与所述内置板b固连，其上端与所述弯管固连；所述内置板包括内置板a和内置板b，内置a通过螺钉固定于铝管的下部，内置板b的后端紧贴下箱体。

一种基于所述皮带摩擦发球的羽毛球发球机的发球方法，其包括以下步骤：s1、将装满羽毛球的球桶横放于储球桶口中，将拨转槽轮拨转180度，装满羽毛球的球桶运转至工作处，空球桶落入空球桶储存箱中，弹性旋转挡板进行限位；s2、当球桶进入指定位置后，推球机构开始工作，驱动电机转动，通过蜗杆、涡轮、小皮带传动使滚动轮a转动，进而使推球前端沿球桶壁前移，从后端推动羽毛球至前端发球装置，缠线轮将后方电线卷起；s3、当羽毛球到达前端发球装置，角度改变装置工作，电机带动齿轮旋转，实现机器主体的左右旋转，调节羽毛球发射角度；s4、推球装置将羽毛球成排运送到摩擦皮带后端，发球装置工作，驱动大轮带动摩擦皮带旋转，将羽毛球发射。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)本发明中将羽毛球桶横排放置，这样可以存放更多羽毛球桶，也可以尽量降低机器高度，提高机器稳定性；

2)本发明中的更换球桶装置，利用对立两端带有圆形槽的槽轮来实现空满球桶的转换，球桶更换流程较为顺畅，动力原件较少，更换效率较高；

3)本发明中的推球装置，利用涡轮、蜗杆、皮带进行推球前端的移动的传动，配合缠线轮与线簧，实现后端电线的灵活放置，结构较为新奇，且运行灵活；

4)本发明的发球装置借鉴了双摩擦轮挤压发球机构的原理，在此基础上通过驱动大轮、从动小轮以及摩擦皮带组成的带传动进行发球，通过摩擦皮带与羽毛球头的挤压与摩擦实现羽毛球的发球，发球行程相比传统摩擦轮发球较长，利于羽毛球飞行的稳定性。

附图说明

图1为隐藏上箱体的智能控制羽毛球发球方向和力度的羽毛球发球机的内部立体结构示意图；

图2为羽毛球发球机的局部立体结构示意图之一；

图3为羽毛球发球机的局部立体结构示意图之二；

图4为隐藏上箱体和储球桶口的羽毛球发球机的内部立体结构示意图；

图5为推球装置中推球机构的局部立体结构示意图之一；

图6为推球装置中推球机构的局部立体结构示意图之二；

图7为推球装置的立体结构示意图；

图8为隐藏空球桶储存箱的羽毛球发球机的局部立体结构示意图；

图9为隐藏支撑板的角度改变装置的局部立体结构示意图；

图10为角度改变装置的立体结构示意图；

图11为发球装置的立体结构示意图；

图12为发球装置的局部放大立体结构示意图；

图13为隐藏内置板a的推球装置的局部立体结构示意图。

附图标记：

1、更换球桶装置；2、推球装置；3、箱体；4、空球桶储存箱；5、角度改变装置；6、发球装置；7、智能控制系统；

11、储球桶口；12、弹性旋转挡板；13、拨转槽轮；14、驱动电机；15、固定光轴；16、固定挡板；17、球桶转换传动轴；18、联轴器；19、球桶；201、固定板；202、前端的海绵；203、保持架；204、滚动体b；205、滚动体a；206、小皮带；207、蜗轮；208、蜗杆；209、驱动电机；210、电线；211、线簧；212、缠线轮转轴；213、缠线轮；31、上箱体；32、下箱体框架；33、内置板c；34、滑轨；35、内置板d；51、支架；52、大齿轮；53、小齿轮；54、支撑板；55旋转电机齿轮箱；56、驱动电机；57、径向轴承；601、内置板a；602、铝管；603、驱动大轮；604、电机；605、摩擦皮带；606、从动小轮；607、射球板材；608、轴承；609、轴承螺栓；610、电机齿轮箱；611、内置板b；612钢板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制本发明要求保护的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1、图2和图3，给出了本发明所提出的一种智能控制羽毛球发球方向和力度的羽毛球发球机的一个实施例的整体结构。该羽毛球发球机包括更换球桶装置1、推球装置2、箱体3、空球桶储存箱4、角度改变装置5、发球装置6和智能控制系统7；箱体3分为上下两部分，上箱体31和下箱体框架32；更换球桶装置1固定于下箱体框架32的上部、上箱体31之中；推球装置2固定于下箱体框架32的上方、更换球桶装置1的下侧位置；空球桶储存箱4位于下箱体框架32之中，可与下箱体框架32相对运动；角度改变装置5位于箱体3的下面，整个装置为中心对称结构，起到支撑整个羽毛球发球机的作用；发球装置6固定于下箱体框架32的前方，处于推球装置2的下侧，固定于中间位置；智能控制系统7固定于上箱体31的内部，更换球桶装置1的后侧。

如图1、图3、图4所示，更换球桶装置1包括储球桶口11、弹性旋转挡板12、拨转槽轮13、驱动电机14、固定光轴15、固定挡板16、球桶转换传动轴17、联轴器18和球桶19。储球桶口11通过下侧的凸缘和若干螺栓与下箱体框架32的若干螺孔固定连接；驱动电机14通过联轴器18连接着球桶转换传动轴17，球桶转换传动轴17通过储球桶口11的轴孔，固定于储球桶口11的中央位置，驱动电机14固定于推球装置2的固定板201上，驱动电机14带动球桶转换传动轴17转动；拨转槽轮13由三片有两个相对圆形槽的槽轮片组成，圆形槽的位置用于存放球桶19，槽轮片共有三套，通过槽轮片中心位置的轴孔均匀地固定于球桶转换传动轴17上，随着球桶转换传动轴17转动，其作用为将球桶19运送到指定位置；弹性旋转挡板12包括固定件、装配弹簧和旋转挡片，固定件共有四组，结构相同，每组的固定件分别与储球桶口和旋转挡片固连于一起，通过装配弹簧安装在固定光轴15上，可绕固定光轴15转动，其作用为防止上端球桶19卡入机器内部；固定挡板16为三根月牙形的薄板，共有三套，通过三根固定光轴15固定于拨转槽轮13外侧，其作用为防止上端球桶19卡入机器内部。

如图4、图5、图6、图7所示，推球装置2包括固定板201、前端的海绵202、保持架203、滚动体b204、滚动体a205、小皮带206、蜗轮207、蜗杆208、驱动电机209、电线210、线簧211、缠线轮转轴212、缠线轮213和弯管214。前端的海绵202固定于保持架203的前端；固定板201固连于储球桶口11的下部，其上端可承载驱动电机14，两侧固定线簧211；线簧211，共有两个，分别位于缠线轮213的两侧，线簧的第一端固定于缠线轮转轴121上，第二端通过螺栓与固定板201的螺孔固定连接，线簧通过旋转存储弹性势能。电线210缠绕在缠线轮213上，其一端与推球前端的驱动电机209相连，当推球前端返回时，具有弹性势能的缠线轮213可以将后方的电线210卷起来；缠线轮转轴212固定于缠线轮213内部，可以带动缠线轮213转动。滚动体，包括滚动体a205和滚动体b204，滚动体a205共有四个，均匀地分布在保持架203的中间部位，滚动体b204共有4个均布于保持架203的后端；蜗杆208，固定于保持架的中心，一端与驱动电机209相连，通过驱动电机209带动其转动；蜗轮207共有4个，与同一个蜗杆208形成蜗轮蜗杆传动机构，固定于保持架203的中间位置；蜗轮208和蜗杆207通过小皮带206与滚动体a205相连，形成带传动，通过驱动电机209可带动蜗杆207转动，从而使滚动体a205转动，使得整个推球前端在球桶19中向前移动，从而推动羽毛球前进。弯管214固定于上箱体的前端、球桶19的前方，其作用为将羽毛球传送到发球装置6上。

如图2、图8所示，箱体3包括上箱体31、下箱体框架32、内置板c33、滑轨34和内置板d35。其中下箱体框架32、内置板c33、滑轨34、内置板d35共同构成下箱体；内置板c33，其上面有三个方形的突起，固定于下箱体框架32的前面；内置板d35，为均匀的起伏形状，固定于下箱体框架32的下面，其作用为承载空球桶储存箱4；导轨34，共有两条，设置于内置板d35的上方，其作用为保护空球桶储存箱4，防止空球桶储存箱4与下箱体框架32相对移动时造成磨损。

如图1、图3、图9、图10所示，角度改变装置包括支架51、大齿轮52、小齿轮53、支撑板54、旋转电机齿轮箱55、驱动电机56和径向轴承57。驱动电机56，其与旋转电机齿轮箱55相连，通过旋转电机齿轮箱55传递扭矩，其作用为带动角度改变装置改变角度；旋转电机齿轮箱55，其下端通过螺钉与支撑板54固定连接，位于支撑板54上端，其输出端连接着小齿轮53；小齿轮53，与旋转电机齿轮箱55形成转动副，其位置固定于支撑板54的后端；大齿轮52，其通过支架51固定于支架51的上端、支撑板54的前端，为固定结构，自身并不转动，与小齿轮形成齿轮副，太阳轮系；支撑板54，其为门字结构，通过螺钉固定于下箱体框架32的前端铝管上，支架51的上方，包裹着齿轮副，起到防尘的作用，其可随径向轴承57转动；径向轴承57，其设置于大齿轮52的上方、支撑板54的内部，可带动着支撑板54转动，从而带动羽毛球发球机转动，完成角度的改变；支架51由7块板材和1块棒材焊接而成，整体呈中心对称结构，其作用为支撑整个羽毛球发球机，其中棒材为阶梯结构，其上端支撑并固定着大齿轮52；

如图1、图11、图12和图13所示，发球装置6包括内置板a601、铝管602、驱动大轮603、电机604、摩擦皮带605、从动小轮606、射球板材607、轴承608、轴承螺栓609、电机齿轮箱610、内置板b611和钢板612。铝管602，通过角铝和若干螺栓与下箱体框架32的若干螺孔固定连接，固定于下箱体框架32的前端、推球装置2前端的正下方，其作用为支撑整个发球装置。射球板材607，其下端通过凸缘和若干螺栓与铝管602上的螺孔固定连接，其后端与内置板b611固定连接，其上端与弯管214固定连接，其作用为承接推球装置2送来的羽毛球；内置板包括内置板a601和内置板b611，内置a601通过若干螺钉与铝管602固定连接，固定于铝管602的下部，起到承载上方零件的作用，内置板b611其后端紧贴下箱体框架32，起到支撑射球板材607的作用；电机604，共有两个，其输出端分别与电机齿轮箱610相连；电机齿轮箱610，上端分别通过4个螺钉固定于钢板612上，其下端由内置板a601托起；钢板612，共有两个，分别通过4个螺钉与铝管602上的螺孔固连，分别位于铝管602的前端和后端，在铝管602的上侧，起到固定电机604和驱动大轮603以及从动小轮606的作用；驱动大轮603，共有两个，分别与两个电机齿轮箱610连接，形成转动副；从动小轮606，共有两个，其内置轴承608，通过轴承螺栓609固定于钢板612上，形成转动副；摩擦皮带605，共有两条，其与驱动大轮603、从动小轮606形成带传动，电机604带动驱动大轮603转动从而使摩擦皮带运动，通过皮带和羽毛球头的挤压与摩擦将羽毛球发射出去；

如图2所示，智能控制系统7包括显示屏和智能控制模块，可编程羽毛球落点和更换训练模式。

本发明提供的利用皮带摩擦发球的羽毛球发球机，具体工作原理如下：

当装满羽毛球的球桶19横着放置于储球桶口11中，将拨转槽轮13拨转180度，将上方通过重力作用进入拨转槽轮第一端槽口的羽毛球桶19拨转至下方工作处，拨转过程中弹性旋转挡板12被挤压至一边，待羽毛球桶19至指定位置后返回。拨转过程中空羽毛球桶19会从机器第二端坠落至下方空球桶储存箱4中。

当球桶19进入到指定位置，推球机构2开始工作，驱动电机209转动，通过蜗杆208、涡轮207、小皮带206传动使滚动轮a205转动，进而使推球前端沿球桶壁前移，从后端推动羽毛球至前端发球装置6。推球前端返回，具有弹性势能的缠线轮213将后方的电线卷起来。

当羽毛球到达前端发球装置6，角度改变装置5开始工作，电机56带动齿轮旋转，实现机器主体的左右旋转，调节羽毛球发射角度；发球装置6同时工作，推球装置2将羽毛球成排运送到摩擦皮带605后端，摩擦皮带605通过驱动大轮603的高速运转带动，将羽毛球以一定速度发射。发射速度可通过调节电机604的速度进行改变。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有而各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。