一种全自动羽毛球发球装置

1.本发明涉及一种羽毛球自动发球装置，更具体地说，涉及一种以电力为动力，通过红外遥控等控制舵机，机械手，云台装置等机械结构使机构可以以不同的方向，频率和速率，并且可以自动调节水平位置，场地位置来自动发射羽毛球的装置。


背景技术：

2.在现代体育事业快速发展的时代，羽毛球运动尤为广泛，为方便羽毛球爱好者的练习，全自动羽毛球发球装置一直被广泛研究，国内体育产品市场中，江苏威顺尔体育公司的滕礼荣发明一种弹簧蓄能式全自动发球装置，装置对发射角度进行了改进，但发射力度不可控制，另外发球方式并不稳定，自动化程度不够高。另外，国内泰德公司生产的羽毛球发球机以气动为发射动力，但体积庞大，控制系统复杂，价格较高。国外的blackknight公司发明的羽毛球发球机，通过抓取手将羽毛球放置在喷射嘴前，通过高压气体将球喷射发出，但发球角度需手动调节，噪声较大。


技术实现要素：

3.本发明针对上述技术的不足，提供一种使羽毛球发球机器可以完成较高难度的发球动作，并且自动化程度高，可以有效达到羽毛球运动员训练目的的羽毛球自动发球装置。
4.为了达到上述目的，本发明提供了一种全自动羽毛球发球装置，包括进球部分，抓取部分，云台发射部分，万向轮升降部分、底座以及控制系统。
5.进球部分包括主体支撑，主体支撑一侧设有开口，主体支撑上平面设有羽毛球下落口，主体支撑上平面中心处设有通孔，主体支撑内部垂直固定一个垂直支撑板，垂直支撑板位置正对主体支撑一侧的开口，垂直支撑板的上下两端分别固定于主体支撑内部上下表面，垂直支撑板上端水平安装一个第一支撑板，垂直支撑板下端水平安装一个第二支撑板，第二支撑板上平面几何中心处设有通孔。
6.第一支撑板上固定装有舵机，舵机的旋转端从主体支撑上平面中心处的通孔伸出，舵机的旋转端连接在旋转轮筒的圆心处，旋转轮筒包括连接板和六个轮筒，六个轮筒以舵机轴为圆心呈旋转阵列样式安装在连接板上，旋转轮筒的每个轮筒内套接一个可容纳羽毛球的羽毛球球筒，每个羽毛球球筒通过旋转轮筒的旋转与羽毛球下落口的位置相对应。
7.抓取部分设置在主体支撑内部，抓取部分包括遮挡结构、机械手装置、丝杠以及光轴，遮挡结构安装在主体支撑内部上平面的羽毛球下落口处，光轴一端固定在第一支撑板的下平面上，另一端固定在第二支撑板的上平面上，第一支撑板下平面与光轴固定点相对的一侧装有轴承孔，丝杠的一端插入轴承孔内，丝杠的另一端与丝杠电机的旋转端连接，丝杠电机固定在第二支撑板的上平面上。
8.机械手装置包括机械手支架，机械手支架连接端上设有一个螺纹通孔和一个光轴通孔，机械手支架通过螺纹通孔套接在丝杠上，光轴通孔被光轴穿过，并形成上下滑动机构，机械手支架上安装一个机械手电机，机械手电机旋转端上装有电机齿轮，电机齿轮啮合
一个齿轮连接杆，齿轮连接杆与另一个齿轮连接杆啮合，两个齿轮连接杆通过转动轴连接在机械手支架上，两个齿轮连接杆的传动杆末端通过转动轴分别与两个机械手臂末端相连接，机械手臂中部通过转动轴连接在机械手连接杆的一端，机械手连接杆的另一端通过转动轴连接在机械手支架上。
9.云台发射部分设置在抓取部分的正下方，云台发射部分包括下云台板以及前后云台板，两个前后云台板分别竖直安装在下云台板上平面两端，下云台板下方固定装有第一电机，第一电机的电机轴与第二支撑板的通孔过盈连接，下云台板左侧下方设有通孔，通孔与轴过盈连接，轴的一端与第二电机的旋转端连接，下云台板上平面安装一个包裹部分，包裹部分两侧安装两个两侧小轴，包裹部分通过两侧小轴与前后云台板转动连接，其中一个两侧小轴的另一端与第三电机的旋转端相连接，第三电机固定在下云台板的上平面上，包裹部分内并排装有两个相互反向旋转的马达，两个马达的旋转端上分别装有马达齿轮，马达齿轮上套有橡胶套。
10.万向轮升降部分包括手摇升降台和万向轮，手摇升降台焊接在底座上，手摇升降台的丝母上固定安装一个第三支撑板，第三支撑板的水平板面设有四个螺孔，主体支撑下平面通过四个螺栓螺接在第三支撑板的水平板上，手摇升降台上端的一侧安装有手轮，万向轮安装在底座下平面四个角处。
11.控制系统安装在竖直支撑板的后板面上，控制系统包括内嵌控制程序的单片机、外围电路以及若干个远距离红外开关装置，红外开关通过外围电路与单片机相连，并传送红外信号，单片机与第一电机、第二电机、第三电机、舵机以及包裹部分内的马达均为电连接，并输出控制信号。
12.上述全自动羽毛球发球装置，其特征在于，遮挡结构为中心处设有圆形开口的橡胶挡片，圆形开口的直径大于羽毛球下端橡胶球体最大横截面直径，并小于羽毛球上端横截面直径。
13.上述全自动羽毛球发球装置，优选方式下，机械手臂中部的转动轴穿接在机械手臂上，转动轴的两端分别装有机械手连接杆，两个机械手连接杆另一端分别通过转动轴连接在机械手支架上下两端面上。
14.上述全自动羽毛球发球装置，优选方式下，下云台板通过第三电机翻转的角度为0-90度，下云台板通过第一电机旋转的角度为0-180度。
15.上述全自动羽毛球发球装置，优选方式下，两个马达齿轮之间的距离与云台羽毛球下端半球体状橡胶的最大直径相同。
16.上述全自动羽毛球发球装置，优选方式下，旋转轮筒平面几何中心上有卡槽，卡槽内设有卡扣，卡扣与舵机的转轴过盈连接。
17.上述全自动羽毛球发球装置，优选方式下，底座下端后侧的两个万向轮设有刹车装置。
18.上述全自动羽毛球发球装置，优选方式下，还包括遥控器，遥控器与全自动羽毛球发球装置的控制系统远距离无线红外连接。
19.本发明的有益效果在于：
20.1、本发明整体装置结构合理、紧凑，所占空间较小。
21.2、本发明能够利用舵机控制六个羽毛球球筒，稳定控制旋转位置。
22.3、本发明的六个羽毛球球筒可以一次承载68个羽毛球，降低放球频率，保证使用者训练强度。
23.4、本发明采用机械手实现抓球运动，稳定可靠。
24.5、本发明运用反向旋转的马达进行发球，节能环保。
25.6、本发明可利用云台结构，可以保证在指定范围内完成所有方向的发球任务。
26.7、本发明采用了万向轮结构，易于整个器械的移动以及调整不同高度。
27.8、本发明与现有技术相比，本发明具有结构简单、成本低和精度高等优点。
附图说明
28.图1是本发明的整体结构主视图。
29.图2是本发明的整体结构侧视图。
30.图3是本发明的整体结构俯视图。
31.图4是本发明的整体结构轴测图。
32.图5是本发明的抓取部分的机械手装置的轴测图。
33.图6是本发明的抓取部分的机械手装置抓紧状态下的轴测图。
34.图7是本发明的云台发射部分的云台的轴测图。
35.图中：1、羽毛球球筒，2、旋转轮筒，3、主体支撑，4、底座，5、万向轮，6、遮挡结构，7、第一支撑板，8、光轴，9、控制系统，10、第三支撑板，11、羽毛球，12、丝杠，13、机械手装置，14、垂直支撑板，15、第三电机，16、云台发射部分，17、第二电机，18、丝杠电机，19、第二支撑板，20、舵机，21、手轮，22、卡扣，23、第一电机，24、手摇升降台，25、前后云台板，26、包裹部分，27、下云台板，28、轴，29、云台羽毛球，30、马达齿轮，31、两侧小轴，32、机械手支架，33、机械手电机，34、齿轮连接杆，35、机械手连接杆，36、机械手臂。
具体实施方式
36.如图1、图2所示，本发明一种全自动羽毛球发球装置，包括进球部分，抓取部分，云台发射部分16，万向轮升降部分、底座4以及控制系统9。
37.进球部分包括主体支撑3，主体支撑3一侧设有开口，主体支撑3上平面设有羽毛球下落口，主体支撑3上平面中心处设有通孔，主体支撑3内部垂直固定一个垂直支撑板14，垂直支撑板14位置正对主体支撑3一侧的开口，垂直支撑板14的上下两端分别固定于主体支撑3内部上下表面，垂直支撑板14上端水平安装一个第一支撑板7，垂直支撑板14下端水平安装一个第二支撑板19，第二支撑板19上平面几何中心处设有通孔。
38.如图2、图3所示，第一支撑板7上固定装有舵机20，舵机20的旋转端从主体支撑3上平面中心处的通孔伸出，舵机20的旋转端连接在旋转轮筒2的圆心处，旋转轮筒2包括连接板和六个轮筒，六个轮筒以舵机20旋转端的轴为圆心呈旋转阵列样式安装在连接板上，旋转轮筒2的每个轮筒内套接一个可容纳羽毛球11的羽毛球球筒1，每个羽毛球球筒1通过旋转轮筒2的旋转与羽毛球下落口的位置相对应。
39.如图2所示，抓取部分设置在主体支撑3内部，抓取部分包括遮挡结构6、机械手装置13、丝杠12以及光轴8，遮挡结构6安装在主体支撑内部上平面的羽毛球下落口处，光轴8一端固定在第一支撑板7的下平面上，另一端固定在第二支撑板19的上平面上，第一支撑板
7下平面与光轴8固定点相对的一侧装有轴承孔，丝杠12的一端插入轴承孔内，丝杠12的另一端与丝杠电机18的旋转端连接，丝杠电机18固定在第二支撑板19的上平面上。
40.如图5所示，机械手装置13包括机械手支架32，机械手支架32连接端设有一个螺纹通孔和一个光轴通孔，机械手支架32通过螺纹通孔套接在丝杠12上，光轴通孔被光轴8穿过，并形成上下滑动机构，机械手支架32上安装一个机械手电机33，机械手电机33旋转端上装有电机齿轮，电机齿轮啮合一个齿轮连接杆34，齿轮连接杆34与另一个齿轮连接杆34啮合，两个齿轮连接杆34通过转动轴连接在机械手支架32上，两个齿轮连接杆34的传动杆末端通过转动轴分别与两个机械手臂36末端相连接，机械手臂36中部通过转动轴连接在机械手连接杆35的一端，机械手连接杆35的另一端通过转动轴连接在机械手支架32上。
41.如图7所示，云台发射部分16设置在抓取部分的正下方，云台发射部分16包括下云台板27以及前后云台板25，两个前后云台板25分别竖直安装在下云台板27上平面两端，下云台板27下方固定装有第一电机23，第一电机23的电机轴与第二支撑板19的通孔过盈连接，下云台板27左侧下方设有通孔，通孔与轴28过盈连接，轴28的一端与第二电机17的旋转端连接，下云台板27上平面安装一个包裹部分26，包裹部分26两侧安装两个两侧小轴31，包裹部分26通过两侧小轴31与前后云台板25转动连接，其中一个两侧小轴31的另一端与第三电机15的旋转端相连接，第三电机15固定在下云台板27的上平面上，包裹部分26内并排装有两个相互反向旋转的马达，两个马达的旋转端上分别装有马达齿轮30，马达齿轮30上套有橡胶套。
42.如图1、图2所示，万向轮升降部分包括手摇升降台24和万向轮5，手摇升降台24焊接在底座4上，手摇升降台24的丝母上固定安装一个第三支撑板10，第三支撑板10的水平板面设有四个螺孔，主体支撑3下平面通过四个螺栓螺接在第三支撑板10的水平板上，手摇升降台24上端的一侧安装有手轮21，万向轮5安装在底座4下平面四个角处。
43.如图2所示，控制系统9安装在竖直支撑板14的后板面上，控制系统(9)包括内嵌控制程序的单片机、外围电路以及若干个远距离红外开关装置，红外开关通过外围电路与单片机相连，并传送红外信号，单片机与第一电机23、第二电机17、第三电机15、舵机20以及所述包裹部分26内的马达均为电连接，并输出控制信号。
44.遮挡结构6为中心处设有圆形开口的橡胶挡片，圆形开口的直径大于羽毛球11下端橡胶球体最大横截面直径，并小于羽毛球11上端横截面直径。
45.如图5所示，机械手臂36中部的转动轴穿接在机械手臂36上，转动轴的两端分别装有机械手连接杆35，两个机械手连接杆35另一端分别通过转动轴连接在机械手支架32上下两端面上。
46.如图6所示，其抓取过程为机械手电机33通过齿轮传动带动齿轮连接杆34进行旋转，齿轮连接杆34连接机械手臂36，从而带动机械手臂36完成抓取动作。机械手连接杆35起限位作用，防止机械手臂开合过大或过小。
47.如图7所示，下云台板27通过第三电机15翻转的角度为0-90度，下云台板27通过第一电机23旋转的角度为0-180度。
48.两个马达齿轮30之间的距离与云台羽毛球29下端半球体状橡胶的最大直径相同。
49.如图3所示，旋转轮筒2平面几何中心上有卡槽，卡槽内设有卡扣22，卡扣22与舵机20的转轴过盈连接。
50.底座4下端后侧的两个万向轮5设有刹车装置。
51.如图2所示，全自动羽毛球发球装置还包括遥控器，所述遥控器与全自动羽毛球发球装置的控制系统9远距离无线红外连接。
52.全自动羽毛球发球装置可固定安放在运动场地，以一定频率、一定球速向特定方向投射球，协助运动员击球，达到训练要求。全自动羽毛球发球装置的投球方向、发球频率和球速均要求可调。
53.全自动羽毛球发球装置的进球部分位于装置的最上方并固定于主体支撑3上部。抓取部分位于进球部分下方并通过光轴固定在主体支撑3内部。云台发射部分16位于抓取部分下方固定在主体支撑内底板上。万向轮升降部分位于装置的最下方通过万向轮升降部分的升降台支撑起以上三个部分。
54.本发明由控制系统9对以上部分进行自动旋转控制，带动羽毛球球筒1旋转至羽毛球下落口处，所需发射的羽毛球11经由遮挡结构6下落至抓取部分，羽毛球进入全自动发球机内部的动作过程是羽毛球放置在羽毛球球筒1之中，羽毛球与主体支撑3上部的下落口有一定距离，球在重力的作用下有着向下运动的趋势。
55.整个进球部分共有六个羽毛球球筒1，六个羽毛球球筒1套置在旋转轮筒2中，当一筒球打空后，使用者通过红外遥控器来控制舵机20，舵机20准确控制羽毛球球筒1旋转到与下落口相对应的位置，保证羽毛球能够顺利下落至抓取部分，保证使用者减少添球频率。
56.抓取部分包括有遮挡结构6安装在主体支撑3内部上表面的羽毛球下落口出，用于保障羽毛球11从羽毛球掉落至羽毛球下落口中不会继续下落。机械手装置13在主体支撑3的内部，固定在丝杠12和光轴8上，机械手臂36用来抓取羽毛球11并带动其下落，机械手臂36通过铰链连接与机械手连接杆35和齿轮连接杆34进行连接，通过机械手电机33控制齿轮连接杆34带动机械手连接杆35和机械手臂36抓取遮挡结构6中的羽毛球11，机械手支架32安装在丝杠12和光轴8上，控制着机械手装置13的上下移动。
57.羽毛球11被抓取至云台动作是羽毛球在重力作用下落入遮挡结构6中，遮挡结构6可以保证羽毛球不会继续下落。
58.机械手装置13在机械手电机33，齿轮连接杆34的作用下抓取羽毛球。抓取成功之后，由光轴8引导，丝杠电机带动丝杠12，使机械手装置13带动羽毛球11向下移动。从而将羽毛球带入至云台发射部分16。
59.云台发射部分16，位于云台部分最上部包括有两个相互反向旋转的马达，分别带动两个有一定柔性的橡胶套套住的马达齿轮30，齿轮相互反向高速旋转，旋转部分采用粗糙度高而且有一定柔性的橡胶制成。包裹马达的包裹部分26位于马达齿轮30下部，通过两侧小轴31与前后云台板25进行转动连接，通过第三电机15带动旋转，使包裹部分26前后摆动，云台发射部分16最下方有第一电机23，电机轴与第二支撑板19底部的孔过盈连接，从而带动云台发射部分16进行左右旋转。第二支撑板19固定在垂直支撑板14上。轴28与下云台板27左侧下方孔过盈连接，第二电机17从而带动云台发射部分16以左侧轴28为圆心，使右侧抬起一定角度，从而使羽毛球11能够在上下方向以不同角度发射。这些装置全部由遥控器进行远距离红外遥控给附有程序的单片机控制板即控制系统9发出信号，对各个电动机进行控制。
60.云台发射部分16的结构是为了保证投球方向和发球速度可调。其动作是机械手装
置13抓取羽毛球之后，向下运动至两个反向旋转的马达齿轮30中间。马达齿轮30由反向旋转的马达带动旋转，两个反向旋转的马达可以通过遥控器调整转速，以此改变发球球速，从而来改变发球方向、发球频率、球速。
61.万向轮升降部分，由手摇升降台24和万向轮5组成，手摇升降台24上的第三支撑板10通过四个螺栓，螺母与主体支撑3进行连接，从而支撑起进球、抓取、云台发射三个部分，第三支撑板10安装在升降台的丝杠上，通过拧动手轮21来调节第三支撑板10的高度。底座4将手摇升降台24和万向轮5通过焊接连接，从而完成整体机身结构的连接，在装置的最底部选择万向轮结构来使装置更加灵活稳定。
62.在底座装置中，手摇升降台24和万向轮5与底座4装置进行焊接连接，手摇升降台24可以对装置的高度进行调节，这种结构稳定，易调节，可以满足运动员或其他使用者对于高度的不同需求。
63.在装置的最底部又加入万向轮结构5，可以保证装置在场地内更加易于移动及固定。
64.本发明的主体支撑3为一个框式结构，固定在手摇升降台24上，框上部板有圆形的羽毛球下落口，进球部分固定在主体支撑3上表面上，进球部分的舵机20带动旋转轮筒2旋转，使六个羽毛球球筒1的其中一个与羽毛球下落口对应，使羽毛球能够下落至抓取部分，当其中一个羽毛球球筒1的羽毛球全部下落之后，舵机20会自动带动旋转轮筒2从而带动下一个羽毛球球筒1与下落口对应，从而使羽毛球11能够下落至抓取部分。抓取部分的光轴8和丝杠12安装在主体支撑3内部，用于引导和带动机械手装置13运动。云台发射部分16位于主体支撑3内部的底板上。
65.本发明的旋转轮筒2上有卡槽，卡扣22放置在卡槽内，卡扣22与舵机轴过盈连接，由舵机20带动卡扣22从而带动旋转轮筒2旋转，进而带动羽毛球球筒1进行旋转。
66.本发明的控制系统9，位于主体支撑3内部，与固定在垂直支撑板14后板面上，其包括控制进球部分舵机20，控制发球方向，发球频率以及发球速度的电机和马达的电控装置，控制系统9由单片机、外围电路和各个红外开关组成，单片机内嵌装置的控制程序，全自动羽毛球发球装置的运作过程中通过遥控器向红外开关发送信号，再通过红外开关产生输入信号，经单片机处理，发出输出信号来分别控制各个马达与电机的相关运动。
67.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。