新型球类自助借还机的制作方法

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及到一种新型球类自助借还机。

背景技术：

目前大学校园里每天都有体育活动，为了鼓励大学生运动积极性，学校免费提供各种球类给同学，但又需要人来看管这些球以防止丢失，费时费力。自助球类借还机在某种程度上可以不需要人看管，实现自助借还的作用。当然亦可以在公司、单位中使用，以此来增强员工的身体素质，排解工作压力。

目前市场上出现有自助球类借还机，对比文件201620175268.3所提出的一种球类自助出借器能运用刷卡方便自动租借篮球、足球等球类，并能自助刷卡还球的球类自助出借器，该对比文件采用电磁铁、档环和档杆的共同工作进行自动借还球，这种结构过于简单，且在借还过程中容易出现故障，便利程度大大降低。

大部分的球类出借装置其部分功能类似于球类分拣机、自动售货机和借还图书的机制的整合。而上述机制的整合对于球类自助借还机所需要达到的目的远远不够。

现有的技术设备能实现球类分拣，但无法判断球类损坏。

因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是为了鼓励大学生运动积极性，学校免费提供各种球类给同学，但又需要人来看管这些球以防止丢失，费时费力。自助球类借还机可以不需要人看管，实现自助借还。当然亦可以在公司、单位中使用，以此来增强员工的身体素质，排解工作压力，从而提供一种新型球类自助借还机。

本发明具有完整的借球、检查损坏、还球、存球的功能。借球：人将身份卡(学生卡或员工卡)放入感应面板后，显示面板显示您的借还信息，通过显示面板来选择需要借的球类。随后通过出球装置的移动与旋转出球。还球：通过反弹高度来判断球类是否漏气或损坏，当检测出球未损坏后，通过步进电机控制其移动至升降台，之后进行球类分拣。分拣完成后，球类被推送到对应的储球装置。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

新型球类自助借还机，包括还球机构、检测机构、升降机构、分拣机构、储球机构、出球机构和控制机构；

所述还球机构包括一设置于地面上端的滑行轨道、设置于滑行轨道上端的空心箱体，所述空心箱体底部连接的滑行滚轮带动空心箱体在滑行轨道处进行前后移动，所述空心箱体顶部开设有还球口，所述空心箱体一端还连接有连接杆，所述连接杆与步进电机一输出轴端连接；

所述检测机构包括一光电传感器发射装置和与所述光电传感器发射装置对称设置的光电传感器接收装置，所述光电传感器发射装置和光电传感器接收装置均设置于空心箱体底部上方2/5处；

所述还球机构后侧连接有升降机构，所述升降机构包括一垂直设置于地面上端的传送带，所述传送带通过传送带固定装置固定于地面上端，传送带上端也通过传送带固定装置固定，所述传送带通过传送带底部的驱动电机驱动，所述传送带前侧还设有一垂直于地面设置的围栏，所述围栏与传送带之间还设有倾斜板，倾斜板一端与传送带之间通过连接装置连接，倾斜板另一端靠近围栏侧还设有一缓冲挡板，所述缓冲挡板上设有缓冲海绵，倾斜板一端靠近传送带处还向外延伸有间距为23cm的轨道，所述轨道末端设有分拣机构；

所述分拣机构包括轨道、分拣箱、篮球储球通道、足球储球通道和排球储球通道，所述轨道末端连接有篮球储球通道，所述轨道正下方设有所述分拣箱，所述分拣箱底面中心设有称重传感器，所述分拣箱前端连接有块，所述分拣机构还包括有步进电机二，所述步进电机二通过电机支撑座固定于分拣机构外侧，所述步进电机二输出轴端通过连杆机构与块连接，所述分拣箱上下两面呈通孔状，所述分拣箱在滑行导轨上进行左右方向的移动，所述滑行导轨与分拣箱之间设有一挡板，所述挡板右侧下端设有排球储球通道，所述挡板左侧下端设有足球储球通道；所述篮球储球通道、排球储球通道和足球储球通道末端连接至储球机构；

所述储球机构包括三条不同直径设置的z型圆形管道，各圆形管道内一半长度的地方对称设置有光电传感器发射装置和光电传感器接收装置；所述储球机构圆形管道末端连接有出球机构；

所述出球机构包括一总出球管、槽轮机构、步进电机三、转臂、加长圆柱销和开关机构、槽轮、缺口圆盘、圆柱和步进电机四，所述槽轮与总出球管固定，所述总出球管处设有槽轮机构，所述总出球管前端设有通过支撑架固定于地面上端的步进电机三，所述步进电机三输出端连接有转臂，所述转臂通过加长圆柱销与槽轮机构连接；所述出球机构还包括有三个开关机构，所述开关机构设置于圆形管道与总出球管之间，所述开关机构包括一挡板，所述档板下端连接有弹簧，所述弹簧底部设有一电磁铁装置；

所述控制机构包括一plc控制单元，所述plc控制单元分别与电磁铁装置、步进电机一、光电传感器发射装置、光电传感器接收装置、驱动电机、称重传感器和步进电机二连接。

进一步的，所述还球机构底部前端还设有一破损球收集盒；所述导轨两侧还连接有用于固定导轨的导轨支撑架。

进一步的，所述连接装置为一l型金属板，所述l型金属板通过螺栓将传送带与倾斜板紧固连接；所述传送带处还开设有一可通过球类大小的开口。

本发明的优点在于：

1、本发明结构新颖，设计巧妙，稳定性高；

2、本发明实现了球类器材的自动借还；

3、本发明简化了借球流程，提升借球者的体验；

4、本发明大幅降低了人力、管理成本；

5、本发明通过检测机构的设计可以很好的检测出漏气球、破损球，给职员或学生带来良好的使用氛围；

6、本发明具有广泛推广应用的前景。

附图说明

图1是本发明提出的新型球类自助借还机的整体结构示意图。

图2是本发明提出的新型球类自助借还机检测机构的结构示意图。

图3是本发明提出的新型球类自助借还机检测机构的俯视图。

图4是本发明提出的新型球类自助借还机升降机构的结构示意图。

图5是本发明提出的新型球类自助借还机分拣机构的结构示意图。

图6是本发明提出的新型球类自助借还机储球机构的结构示意图。

图7是本发明提出的新型球类自助借还机出球机构的正等结构示意图。

图8是本发明提出的新型球类自助借还机出球机构的结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、还球机构2、检测机构3、升降机构4、分拣机构5、储球机构6、出球机构11、滑行轨道12、空心箱体13、还球口14、连接杆15、步进电机一21、光电传感器发射装置22、光电传感器接收装置31、传送带32、传送带固定装置33、驱动电机34、围栏35、倾斜板36、缓冲挡板37、轨道41、分拣箱42、称重传感器43、块44、步进电机二45、电机支撑座46、连杆机构47、挡板48、滑行导轨51、圆形管道61、总出球管62、槽轮机构63、步进电机三64、转臂65、加长圆柱销66、开关机构67、档板68、弹簧69、电磁铁装置70、显示面板7、槽轮8、缺口圆盘9、圆柱10、步进电机四

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1-图8所示，本发明提出的新型球类自助借还机，包括还球机构1、检测机构2、升降机构3、分拣机构4、储球机构5、出球机构6和控制机构；

所述还球机构1包括一设置于地面上端的滑行轨道11、设置于滑行轨道11上端的空心箱体12，所述空心箱体12底部连接的滑行滚轮带动空心箱体12在滑行轨道处进行前后移动，所述空心箱体12顶部开设有还球口13，所述空心箱体13一端还连接有连接杆14，所述连接杆14与步进电机一15输出轴端连接；

所述检测机构2包括一光电传感器发射装置21和与所述光电传感器发射装置21对称设置的光电传感器接收装置22，所述光电传感器发射装置21和光电传感器接收装置22均设置于空心箱体底部上方2/5处；

所述还球机构2后侧连接有升降机构3，所述升降机构3包括一垂直设置于地面上端的传送带31，所述传送带31通过传送带固定装置32固定于地面上端，传送带31上端也通过传送带固定装置32固定，所述传送带31通过传送带底部的驱动电机33驱动，所述传送带31前侧还设有一垂直于地面设置的围栏34，所述围栏34与传送带31之间还设有倾斜板35，倾斜板35一端与传送带31之间通过连接装置连接，倾斜板35另一端靠近围栏34侧还设有一缓冲挡板36，所述缓冲挡板36上设有缓冲海绵，倾斜板35一端靠近传送带处还向外延伸有间距为23cm的轨道37，所述轨道37末端设有分拣机构4；

所述分拣机构4包括轨道37、分拣箱41、篮球储球通道、足球储球通道和排球储球通道，所述轨道37末端连接有篮球储球通道，所述轨道37正下方设有所述分拣箱41，所述分拣箱41底面中心设有称重传感器42，所述分拣箱41前端连接有块43，所述分拣机构4还包括有步进电机二44，所述步进电机二44通过电机支撑座45固定于分拣机构4外侧，所述步进电机二44输出轴端通过连杆机构46与块43连接，所述分拣箱41上下两面呈通孔状，所述分拣箱41在滑行导轨48上进行左右方向的移动，所述滑行导轨48与分拣箱41之间设有一挡板47，所述挡板47右侧下端设有排球储球通道，所述挡板47左侧下端设有足球储球通道；所述篮球储球通道、排球储球通道和足球储球通道末端连接至储球机构5；

所述储球机构5包括三条不同直径设置的z型圆形管道51，各圆形管道内一半长度的地方对称设置有光电传感器发射装置和光电传感器接收装置；所述储球机构5圆形管道末端连接有出球机构6；

所述出球机构6包括一总出球管61、槽轮机构62、步进电机三63、转臂64、加长圆柱销65、开关机构66、槽轮7、缺口圆盘8、圆柱9和步进电机四10，所述槽轮7与总出球管61固定，所述总出球管61处设有槽轮机构62，所述总出球管61前端设有通过支撑架固定于地面上端的步进电机三63，所述步进电机三63输出端连接有转臂64，所述转臂64通过加长圆柱销65与槽轮机构62连接；所述出球机构6还包括有三个开关机构66，所述开关机构66设置于圆形管道51与总出球管61之间，所述开关机构66包括一档板67，所述档板67下端连接有弹簧68，所述弹簧68底部设有一电磁铁装置69；

所述控制机构包括一plc控制单元，所述plc控制单元分别与电磁铁装置、步进电机一、光电传感器发射装置、光电传感器接收装置、驱动电机、称重传感器和步进电机二连接。

进一步的，所述还球机构1底部前端还设有一破损球收集盒；所述导轨两侧还连接有用于固定导轨的导轨支撑架。

进一步的，所述连接装置为一l型金属板，所述l型金属板通过螺栓将传送带与倾斜板紧固连接；所述传送带处还开设有一可通过球类大小的开口。

所述还球机构处还设有一显示面板70。

i、①当还球时，人把单个球放入还球口后，球下落经过位于空心箱体底部上方2/5处的光电传感器一次，球落到底座上表面反弹后的高度若高于2/5，即光电传感器接受到两次遮挡信号，则判断球为完好球。再由步进电机一控制空心箱体沿导轨朝里移动，由于空心箱体的底部是空的，球顺着轨道滑入倾斜板，进入升降机构。否则，步进电机空心箱体相反方向移动，球被送入破损球收集盒。结束检测后，空心箱体归位。

②升降机构：完好的球通过传送带上的截去部分沿轨道滑入倾斜板，缓冲挡板上有海绵，起到缓冲作用，防止球弹走。由于连接装置将倾斜板和传送带固定在了一起，所以当倾斜板会与传送带一起同步移动。电机控制传送带向上移动，球便靠着围栏向上移动，至最高点后，围栏消失，球因倾斜板的倾斜角下滑至轨道，进入分拣机构，带归位初始位置。

③进入分拣机构后，尺寸与其他两种大球——足球(直径21.96-22.04cm)和排球(直径20.69-21.327cm)相差比较明显的篮球(直径23.87-24.19cm)将沿着轨道(两轨道间距大于为23cm左右，使得篮球能在轨道上通过而另两种大球则在两轨道间落下。)滑向大球篮球的储球通道，而足球和排球落入分拣箱，球便处于分拣箱底面中心的称重传感器上，由于足球和排球质量相差明显(足球为420-445g，排球为260-280g)得出球体的重量信息后，plc向步进电机发送正反转信号，比如如果是排球则发出正转信号，连杆机构使得块和分拣箱一起沿着导轨向右移动(块与分拣箱是一体的)，分拣箱上下两面都是空的，但由于板，球依然处于分拣箱内。当分拣箱到达排球储球通道后，没有了板的阻挡，排球落入排球储球通道。分拣结束后，分拣箱归位。

④进入储球机构，三种球的储球机构相似，都为三根小圆柱体将球限制住。球落入下面两条圆柱体的间隙中(故球有一小部分是在这两圆柱体下方的)，由于重力球从机构最高处慢慢滚至最低处的圆形管道，上面一条圆柱体是为了防止球意外弹跳而设定的。储球机构呈z形设计，使球一个接一个有序排列，图中设计的每种球的储球机构可各放约15个对应的球(基于大学校园体育活动情况考虑)，即总共约45个球。亦可增大尺寸来增大储球容量。

ii、当借球时，球处于圆形管道内，靠着出球机构的总出球管的表面停住。若人们想要足球或排球(点击显示面板对应的选项)，则plc向步进电机发出对应的反转或正转信号，通过转臂和加长圆柱销使得槽轮机构对应的左移或右移，使圆形管道对准足球、排球出球口，球便滑入总出球管，之后步进电机对应的正转或反转，使得装置归位。

本出球机构还有开关机构，圆形管道中有球的时候(圆形管道对称安装一对光电传感器发射和接收装置，接收不到信号表示有球遮挡)，由于弹簧处于自然长度，将挡板向上顶，挡板隔断了圆形管道外的球。当圆形管道内无球时(光电传感器信号未被遮挡)，plc控制电磁铁得电，挡板立即被吸下，球即可进入圆形管道。圆形管道的尺寸刚好只可容纳一球，挡板上升即可阻断后续球。

加长圆柱销是为了避免人们借篮球时总出球管旋转，其上面的槽轮机构会碰到支撑架而设计的，加长后支撑架就可以远离槽轮机构而加长圆柱销则一直处于槽轮机构的槽内。

槽轮7、缺口圆盘8、圆柱9和步进电机四10这四个部件控制的是总出球管的旋转，而61～65的槽轮机构控制的是总出球管的移动，缺一不可。

若人们想要篮球，则plc向步进电机(它通过杆固定在地上)发出正转信号，通过缺口圆盘7和圆柱销8带动槽轮9(槽轮每两槽间隔角度为60°，槽轮9与总出球管61固定在一起)顺时针转120°，则篮球出球口对准了篮球圆形通道，篮球便滑入总出球管，之后步进电机四10反转，使得装置归位。

本产品的破损检测机构与常用的推杆压住物体测压力的方法不同，抓住球体破损后弹跳力极差的特点，利用光电传感器区分出完好球，不需要用到电机。

本产品用到的升降机构与一般的升降台不同，采用带传动，将倾斜板固定于带上，在围栏的限制下，球便能实现上升。

分拣箱与导轨、挡板的巧妙结合使得球类能实现左右移动进入对应的z型储球机构，z型储球机构使得球一个个有序排列，与显示面板结合后球便能保证一次只有单个球进入出球机构，与常用的储球箱相比，不需要用到振荡器。

产品的出球机构利用两对槽轮，分别控制总出球管道旋转和移动出球。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。