一种乒乓球机器人的制作方法

1.本实用新型涉及体育机器人技术领域，特别是涉及一种乒乓球机器人。


背景技术：

2.乒乓球机器人是一种可以和人类进行多回合乒乓球对打的机器人，其可用于对专业运动员进行训练以及与业余爱好者进行互动对战，在国内乒乓球运动广泛普及的情况下，乒乓球机器人越来越受到欢迎。
3.现有的乒乓球机器人主要有如下几种：
4.(1)采用并联机器人作为乒乓球机器人的主体结构，这类机器人的工作空间较为狭小，击球范围无法完整覆盖整个乒乓球台6；
5.(2)采用具有六个旋转关节的工业机器人作为乒乓球机器人的主体结构，这种机器人的工作空间依旧较为有限，面对击球点位置贴近球网时，将会疲于应对；
6.(3)采用两个导轨作为击球单元的移动平台，击球单元与导轨共计三个自由度，这种机器人自由度过少，无法做出复杂的击球动作；
7.(4)把两个具有单导轨的五自由度机械臂分别安置在乒乓球桌的两侧用于协作击球的乒乓球机器人，这种机器人的主要缺陷在于双机械臂的共同协作的控制算法较为复杂，且整体机械结构较为臃肿；
8.(5)把五自由度串联机械臂固定于麦克纳姆轮平台用于保证机械臂的全向移动，并以此作为乒乓球机器人。这种机器人会使得机器人的整体重心位置极高，更易侧翻，且无法快速移动。


技术实现要素：

9.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种自由度多且击球范围大的乒乓球机器人。
10.技术方案：为实现上述目的，本实用新型的乒乓球机器人，其包括：
11.移动座；
12.球拍；
13.平面运动机构，其用于驱动所述移动座作双轴平移运动；
14.空间运动机构，其座体安装在所述移动座上，所述球拍安装在其执行末端；其能够驱动所述球拍相对于所述移动座作多轴空间运动。
15.进一步地，所述空间运动机构具有四个转动自由度，且所述乒乓球机器人整体的位形空间被描述为e2×
s2×
s2。
16.进一步地，所述平面运动机构的两个运动轴均作平移运动，且两个所述运动轴的平移方向相互垂直。
17.进一步地，所述平面运动机构包括一组横向直线模组以及两组纵向直线模组；所述横向直线模组的两端分别安装在两组所述纵向直线模组的第一平移单元上；所述移动座
安装在所述横向直线模组的第二平移单元上。
18.进一步地，所述乒乓球机器人还包括固定设置的机架；两组纵向直线模组均安装在所述机架上。
19.进一步地，所述横向直线模组与所述纵向直线模组分别由独立的第一电机与第一减速机驱动运转。
20.进一步地，所述空间运动机构包括多个顺次铰接成开链结构的构件；最靠近所述座体的所述构件与所述座体之间转动连接；所述球拍转动安装在最末端的所述构件上；所述空间运动机构的所有转动关节均分别由独立的电机组件驱动运转。
21.进一步地，所述空间运动机构包含的所述构件依次为回转座、第一臂部、第二臂部以及旋转座；所述球拍转动安装在所述旋转座上。
22.进一步地，所述第一减速机为同步带式减速机。
23.进一步地，每组所述电机组件均由第二电机与第二减速机构成，所述第二减速机为行星齿轮减速机。
24.有益效果：本实用新型的乒乓球机器人，通过设置空间运动机构可使球拍实现各种击球姿态，通过设置平面运动机构可大大提升球拍的击球范围，使得乒乓球机器人不仅能做出复杂的击球动作，还能在较大区域内运动击球，且结构稳定可靠，可用于对运动员进行专业训练。
附图说明
25.附图1为乒乓球机器人的整体结构图；
26.附图2为乒乓球机器人主要部分的结构图；
27.附图3为附图1中a部分的放大结构图。
28.图中：1-移动座；2-球拍；3-平面运动机构；31-横向直线模组；311-第二平移单元；32-纵向直线模组；321-第一平移单元；33-第一电机；34-第一减速机；4-空间运动机构；41-座体；42-回转座；43-第一臂部；44-第二臂部；45-旋转座；46-电机组件；5-机架；6-乒乓球台。
具体实施方式
29.下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
30.如附图1与附图2所示的乒乓球机器人，其包括移动座1、球拍2、平面运动机构3以及空间运动机构4；平面运动机构3用于驱动所述移动座1作双轴平移运动；空间运动机构4的座体41安装在所述移动座1上，所述球拍2安装在其执行末端；其能够驱动所述球拍2相对于所述移动座1作多轴空间运动。
31.优选地，所述空间运动机构4具有四个转动自由度，且所述乒乓球机器人整体的位形空间被描述为e2×
s2×
s2，其代表乒乓球机器人具有两个移动关节构成笛卡尔空间平面上的移动，且该平面上共有四个旋转关节，旋转关节的关节轴两两汇交于一点。
32.上述平面运动机构3可以是基于直角坐标的双轴运动机构或基于极坐标的双轴运动机构，附图1所示的实施例中采用的基于直角坐标的双轴运动机构，即所述平面运动机构3的两个运动轴均作平移运动，且两个所述运动轴的平移方向相互垂直。具体地，平面运动
机构3包括一组横向直线模组31以及两组纵向直线模组32，横向直线模组31包括第二平移单元311，第二平移单元311的平移方向平行于乒乓球台6上挡网的长度方向；纵向直线模组32包括第一平移单元321，第一平移单元321的平移方向垂直于；所述横向直线模组31的两端分别安装在两组所述纵向直线模组32的第一平移单元321上乒乓球台6上挡网的长度方向；所述移动座1安装在所述横向直线模组31的第二平移单元311上。两组纵向直线模组32之间的间距不小于乒乓球台6的宽度，且纵向直线模组32上第一平移单元321的行程不小于半个乒乓球台6的长度，如此可保证移动座1具有较大的移动范围。
33.具体地，所述乒乓球机器人还包括固定设置的机架5；两组纵向直线模组32均安装在所述机架5上。机架5独立于乒乓球台6单独相对于地面固定，如此乒乓球机器人运转时不会使乒乓球台6晃动。
34.上述空间运动机构4为机械臂，其包括多个顺次铰接成开链结构的构件，即相邻的构件之间均为转动连接关系；最靠近所述座体41的所述构件与所述座体41之间转动连接；球拍2安装在末端的构件上；所述座体41与所述构件之间的转动关节、每相邻两个所述构件之间的转动关节、以及球拍与最末端构件之间的转动关节均由单独的电机组件46驱动运转。上述所有转动关节中，至少有两个转动关节的转轴是相互垂直的，如此，可使球拍2实现更多击球姿态。
35.本实施例中，所述空间运动机构4包含的所述构件依次为回转座42、第一臂部43、第二臂部44以及旋转座45，回转座42连接座体1，所述球拍2安装在所述旋转座45上。其中，回转座42与第一臂部43之间的转动关节始终不转动，且第一臂部43始终处于竖立状态，其他四个转动关节均可运转转动。回转座42与座体1之间转动关节的转轴始终竖置，第二臂部44两端的两个转动关节始终平置，球拍2与旋转座45之间转动关节的转轴垂直于第二臂部44与旋转座45之间转动关节的转轴，如此球拍2能够实现各种击球位姿。
36.上述结构，通过设置平面运动机构3与机械臂(即空间运动机构4)，平面运动机构3通过移动座1使空间运动机构4在较大的区域内运动，如此，可旋转较小规格的机械臂，乒乓球机器人的整体结构也能设计得较为轻量小巧，机器人运转时自身产生的振动也能控制在较小的幅度内。
37.优选地，所述横向直线模组31与所述纵向直线模组32均为同步带式直线模组，两者分别由独立的第一电机33与第一减速机34驱动运转。如附图3所示，所述第一减速机34为同步带式减速机。采用同步带式减速器的可以使机械臂在平移过程中更为的平稳，并减小冲击。此外，第一电机33为空心杯电机，以使直线模组运转时有较快的速度。
38.每组所述电机组件46均由第二电机与第二减速机构成，所述第二减速机为行星齿轮减速机。行星齿轮减速器的结构较为紧凑，成本较为低廉，且具有一定的精度，能够满足机械臂的使用需求。
39.本实用新型的乒乓球机器人，通过设置空间运动机构可使球拍实现各种击球姿态，通过设置平面运动机构可大大提升球拍的击球范围，使得乒乓球机器人不仅能做出复杂的击球动作，还能在较大区域内运动击球，且结构稳定可靠，可用于对运动员进行专业训练。
40.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和
润饰也应视为本实用新型的保护范围。