体育辅助训练自动发球机器人及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种体育辅助训练自动发球机器人及其工作方法。
背景技术
伴随计算机、自动化、人工智能等技术领域突飞猛进的发展，机器人技术相关研究已成为业界备受关注的焦点。其中，在人体运动辅助方面，机器人技术的引入使之进一步趋于人性化、个性化、便捷化。目前，体育辅助训练机器人已经广泛应用到竞技体育与国民素质教育的诸多领域。努力提高国内各种机器人的技术水平，特别是设计出适合于各种体育训练用途的智能机器人机构和提高其控制水平，发挥并普及其应用推广优势，将进一步促进国民健康水平及竞技体育事业的高效发展与稳健提升。
目前，像篮球、排球等大球的收发球训练还是靠陪练员来实现的，这样陪练员工作强度大、效率低且陪练员不具备长时间供球的能力，当失去陪练员时，训练员就不能获取传来球的训练效果，直接影响技能的提升。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种使用方便，实用性强，训练效果好的体育辅助训练自动发球机器人及其工作方法。
本发明采用以下方案实现：一种体育辅助训练自动发球机器人，包括带有车轮的底盘，所述底盘上铰接安装有倾斜设置并能上下摆动的机架，所述机架上设置有发射机构以及将球夹取后放置在发射机构上的夹取机构。
进一步的，所述发射机构包括两排滚轮形成的V形发射轨道，位于发射轨道后方安装有驱动端朝向发射轨道的发射气缸，发射气缸驱动端安装有发射推板。
进一步的，所述夹取机构包括铰接安装于机架上能前后摆动的摆动架，所述摆动架自由端安装有能相对摆动架转动的转动架，所述转动架前端一侧设置有固定夹爪、另一侧设置有活动夹爪。
进一步的，所述转动架上设置有能相对其前后滑动的滑块，所述活动夹爪前部为向中间弯的弧形结构，活动夹爪后部铰接于转动架上，活动夹爪后端与滑块之间连接有联动杆，联动杆两端分别与活动夹爪和滑块相铰接。
进一步的，所述滑块上安装有气缸，转动架上固定安装有位于滑块前方的固定块，所述气缸驱动端固定连接于固定块上。
进一步的，所述机架上安装有用以驱动摆动架摆动的第一电机，第一电机的主轴上安装有第一齿轮，所述摆动架下端铰接轴上安装有与第一齿轮相啮合的第二齿轮；所述摆动架自由端安装有一转轴，所述转动架可拆卸连接于转轴上，摆动架上安装有用以驱动转轴转动的第二电机，第二电机主轴上安装有第三齿轮，所述转轴上安装有与第三齿轮啮合的第四齿轮。
进一步的，所述底盘上设置有用以驱动机架摆动的角度调节机构，所述角度调节机构包括能相对底盘前后滑动的滑动板，所述滑动板和机架之间连接有俯仰杆，俯仰杆上端铰接于机架上、下端铰接于滑动板上，所述滑动板由第三电机通过丝杆螺母副驱动前后滑动。
进一步的，所述车轮共四个并采用麦克纳姆轮，每个车轮的车轮轴经联轴器与位于其内侧的驱动电机连接，所述底盘上设置有用以安装电机的电机固定板，所述电机固定板一侧铰接于底盘上、另一侧通过避震器与底盘连接。
本发明另一技术方案：一种如上所述体育辅助训练自动发球机器人的工作方法，包括以下步骤：（1）夹取机构的摆动架向后摆动，固定夹爪和活动夹爪配合将指定位置的球夹爪；（2）夹取机构的摆动架向后摆动，活动夹爪松开使球掉落在发射机构；（3）发射机构将球推射出去，完成一次发球动作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明体育辅助训练自动发球机器人设计合理，具备取球和发球功能，灵活性好，使用方便，实用性强，训练效果好，可有效减轻陪练员的工作强度，提高训练水平。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例立体图；
图2是本发明实施例中发射机构立体图；
图3是本发明实施例夹取机构立体图；
图4是图3的局部视图；
图5是本发明实施例中角度调节机构示意图；
图6是本发明实施例中驱动电机安装示意图；
图中标号说明：100-底盘、110-车轮、120-滑动板、130-俯仰杆、140-第三电机、150-驱动电机、160-电机固定板、170-避震器、200-机架、210-铰接座、220-第一电机、300-发射机构、310-滚轮、320-发射气缸、330-发射推板、400-夹取机构、410-摆动架、411-转轴、412-第二电机、420-转动架、421-固定夹爪、422-活动夹爪、423-滑块、424-联动杆、425-气缸、426-固定块、427-固定座。
具体实施方式
如图1~6所示，一种体育辅助训练自动发球机器人，包括带有车轮110的底盘100，所述底盘100上铰接安装有倾斜设置并能上下摆动的机架200，所述机架200上设置有发射机构300以及用以将球夹取后放置在发射机构上的夹取机构400；本发明体育辅助训练自动发球机器人具备取球和发球功能，主要用于像篮球、排球等大球的收发球训练，使用方便，实用性强，训练效果好，可有效减轻陪练员的工作强度、提高训练水平。
在本实施例中，所述发射机构300包括两排滚轮310形成的V形发射轨道，位于发射轨道后方安装有驱动端朝向发射轨道的发射气缸320，发射气缸驱动端安装有发射推板330；为了减少摩擦，采用两排滚轮作为发射轨道，发射气缸的工作压力可按抛投球质量、距离等因素做一定范围内的调节，利用发射气缸的伸缩杆快速伸出将球击出，调节方式为更换不同规格的气缸或使用调压阀；发射机构结构简单，造价低。
在本实施例中，所述夹取机构400包括铰接安装于机架200上能前后摆动的摆动架410，所述摆动架410自由端安装有能相对摆动架转动的转动架420，所述转动架420前端一侧设置有固定夹爪421、另一侧设置有活动夹爪422；用以放置球的置球架摆在机器人的后方，通过摆动架向后摆动活动夹爪夹取球，然后摆动架再向前摆动，活动夹爪松开将球放置在发射轨道上。
在本实施例中，所述转动架420上设置有能相对其前后滑动的滑块423，所述活动夹爪前部为向中间弯的弧形结构，活动夹爪后部铰接于转动架上，活动夹爪后端与滑块之间连接有联动杆424，联动杆424两端分别与活动夹爪和滑块相铰接；活动夹爪的夹持运动由气缸通过联动杆来实现，能够将气缸的直线运动转换为活动夹爪的摆动，利用继电器控制气缸，实现对球的抓持，不仅便于控制同时也保证了抓取球过程时的稳定性。
在本实施例中，所述滑块423上安装有气缸425，转动架上固定安装有位于滑块前方的固定块426，所述气缸驱动端固定连接于固定块上。
在本实施例中，所述机架200上安装有用以驱动摆动架410摆动的第一电机220，第一电机220的主轴上安装有第一齿轮，所述摆动架下端铰接轴上安装有与第一齿轮相啮合的第二齿轮；所述摆动架410自由端安装有一转轴411，所述转动架420可拆卸连接于转轴上，摆动架410上安装有用以驱动转轴转动的第二电机412，第二电机主轴上安装有第三齿轮，所述转轴上安装有与第三齿轮啮合的第四齿轮，通过第一电机驱动整个摆动架前后摆动，通过第二电机驱动转动架转动。
在本实施例中，所述转动架上通过螺栓固定连接有一固定座427，所述固定座上开设有供转轴从中穿过的固定槽，所述固定座上连接有将转轴锁在固定槽中的锁紧螺钉，所述转轴位于固定槽中的轴段两侧设置有切面，固定槽的宽度与转轴两侧切面之间的宽度相适配。
在本实施例中，所述底盘100上设置有用以驱动机架200摆动的角度调节机构，所述角度调节机构包括能相对底盘前后滑动的滑动板120，所述滑动板110和机架之间连接有俯仰杆130，俯仰杆130上端铰接于机架上、下端铰接于滑动板上，所述滑动板120由第三电机140通过丝杆螺母副驱动前后滑动；通过第三电机带动滑动板前后移动从而改变俯仰杆与底盘之间的角度，达到调节机架角度的目的，便于调整发射角度，灵活性好。
在本实施例中，所述机架和滑动板上分别通过螺栓连接有用以铰接俯仰杆的铰接座，所述机架上设置有多组沿其长度方向间隔排列的用以安装铰接座的安装孔位；机架上的铰接座可以选择不同的孔位安装，使得机架可调节的角度范围较广，便于调试后找到最佳的发射角度。
在本实施例中，所述车轮110共四个并采用麦克纳姆轮，每个车轮100的车轮轴经联轴器与位于其内侧的驱动电机150连接，所述底盘上设置有用以安装电机的电机固定板160，所述电机固定板一侧铰接于底盘上、另一侧通过避震器170与底盘连接；机器人底盘采用四个麦克纳姆轮，适合于不同摩擦系数的环境及场地，通过对电机的正反转及转速的控制，可以实现全方位的移动，移动速度快，机动性强，稳定性较三轮底盘好，每个轮子都配有两个避震器，很好地达到了吸震减震的作用，减少晃动，运行平稳。
一种如上所述体育辅助训练自动发球机器人的工作方法，包括以下步骤：（1）夹取机构的摆动架向后摆动，气缸的伸缩杆伸长使滑块向后滑动，固定夹爪和活动夹爪配合将指定位置的球夹爪；（2）夹取机构的摆动架向后摆动，活动夹爪松开使球掉落在发射机构；（3）发射机构利用发射气缸的伸缩杆快速伸出将球推射出去，完成一次发球动作。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
