專利名稱：五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種乒乓球的發(fā)球機(jī)械手，具體是一種采用PLC控制的電氣液聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)和乒乓球高仿真發(fā)球機(jī)械手結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
國內(nèi)和國外的乒乓球自動(dòng)發(fā)球機(jī)都取得了一定的成果，各種不同的乒乓球發(fā)球機(jī)都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合分析后發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)球機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)的限制，都不能完全實(shí)行自動(dòng)控制，某些功能的實(shí)現(xiàn)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)，發(fā)球模式單一，不能真正的模擬真人發(fā)球。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能模擬真人發(fā)球的具有五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，包括機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架上的落球裝置和擊球裝置，其特征在于:所述的擊球裝置包括:—沿X方向移動(dòng)的第一固定架,在該第一固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第一固定架在所述的機(jī)架上移動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)；一沿Z方向移動(dòng)的第二固定架，在該第二固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第二固定架在所述的第一固定架上移動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)；
一沿Y方向移動(dòng)的第三固定架，在該第三固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第三固定架在所述的第二固定架上移動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)；一繞Z方向旋轉(zhuǎn)的第四固定架，在該第四固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第四固定架在所述的第三固定架上轉(zhuǎn)動(dòng)的第二伺服電動(dòng)機(jī)或氣馬達(dá)；—繞X方向旋轉(zhuǎn)的第五固定架,在該第五固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第五固定架在所述的第四固定架上轉(zhuǎn)動(dòng)的第一伺服電動(dòng)機(jī)；一球拍，固定在所述的第五固定架上。所述的第一驅(qū)動(dòng)為液壓缸驅(qū)動(dòng)；所述的第二驅(qū)動(dòng)為氣壓缸驅(qū)動(dòng)；所述的第三驅(qū)動(dòng)為氣壓缸驅(qū)動(dòng)。還包括一回收球裝置，該回收球裝置包括集球斗以及連接在集球斗下的回球管，在集球斗和回球管之間還設(shè)置有第一撥球機(jī)構(gòu)。所述的第一撥球機(jī)構(gòu)包括撥球輪架和步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與撥球輪架連接。所述的落球裝置包括落球管和位于落球管口的第二撥球機(jī)構(gòu)。所述的第二撥球機(jī)構(gòu)包括一擋板和一與擋板連接的驅(qū)動(dòng)氣缸。本實(shí)用新型仿真發(fā)球機(jī)，模擬真人手臂動(dòng)作，球拍實(shí)現(xiàn)向前后、左右、上下、和分別繞X、Z軸運(yùn)動(dòng)，采用一個(gè)液壓缸控制左右移動(dòng)，兩個(gè)氣缸分別控制前后和上下兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，一個(gè)伺服電機(jī)和第二個(gè)伺服電機(jī)或氣馬達(dá)控制球拍繞X、Z軸運(yùn)動(dòng)，還采用了另外一個(gè)相對(duì)較小的氣壓缸來進(jìn)行落球，即落球缸，同時(shí)用一個(gè)調(diào)速步進(jìn)電機(jī)來進(jìn)行傳送球，提高發(fā)球機(jī)的效率。該發(fā)球機(jī)應(yīng)用PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通過遠(yuǎn)程控制來改變發(fā)球快慢、發(fā)球力度、發(fā)球高度及角度等的功能，模擬進(jìn)行人工發(fā)球，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)發(fā)球的效果。

圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2圖1的側(cè)視圖。圖3圖1的A向示意圖。圖4本實(shí)用新型機(jī)械手的整體控制示意圖。其中:1、發(fā)球齒輪，2、步進(jìn)電機(jī)，3、機(jī)架，4、喉箍，5、第一固定架，6、端蓋拉桿，7、導(dǎo)軌，8、雙作用雙活塞桿液壓缸，9、輸球軟導(dǎo)管，10、第二固定架，11、雙作用單活塞桿氣缸，
12、磁性開關(guān),13、三位五通電磁換向閥，14、導(dǎo)向桿，15、第一伺服電機(jī),16、第二伺服電機(jī)或氣馬達(dá)，17、球拍夾具，18、懸臂架，19、發(fā)球支架，20、懸掛支架，21、緩沖雙作用單活塞桿氣缸，22、第三固定架，23、第四固定架，24、第五固定架，25、球拍，26、集球斗，27、底座，28、步進(jìn)電機(jī)支架，29、電纜，30、氣壓管線，31、發(fā)球機(jī)，32、控制柜，33、空壓機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明:如圖1、圖2所 示，本實(shí)用新型發(fā)球機(jī)械手結(jié)構(gòu)，包括機(jī)架I以及設(shè)置在機(jī)架I上落球裝置、擊球裝置和回收球裝置三個(gè)部分?；厥涨蜓b置采用回收球系統(tǒng)，主要由回收球網(wǎng)、空氣回球器、步進(jìn)電機(jī)、撥球輪架和回球管組成。通過回收球網(wǎng)，把散落的球通過斜坡，集合到空氣回球器，回收球網(wǎng)也可以采用集球斗26代替。回球管通過喉箍4固定在機(jī)架I上，乒乓球在空氣回球器中由于重力的作用下落進(jìn)入回球管，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)28帶動(dòng)撥球輪架轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度并帶動(dòng)乒乓球從回球管中克服重力作用進(jìn)入到待落球處，等待發(fā)射。落球裝置采用落球系統(tǒng)，第一種結(jié)構(gòu)主要由落球管、分別控制Y，Z軸兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)氣缸、吸盤和傳感器以及相應(yīng)的固定機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。落球機(jī)構(gòu)的主要作用是由氣缸配合吸盤吸附乒乓球，間歇將待落球處的乒乓球運(yùn)送到落球口處并完成落球，如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)乒乓球的間歇循環(huán)發(fā)球。同時(shí)利用傳感器同步發(fā)出信號(hào)給擊球機(jī)構(gòu)使之運(yùn)動(dòng)進(jìn)行擊球。落球系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)主要由落球管和位于落球管口的第二撥球機(jī)構(gòu)組成，其中第二撥球機(jī)構(gòu)包括擋板和與擋板連接的氣缸組成，通過氣缸的間歇?jiǎng)幼魇沟脫醢暹\(yùn)動(dòng)，從而將乒乓球間歇的落下。落球系統(tǒng)的第三種結(jié)構(gòu)主要通過調(diào)速步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)落球齒輪從而將乒乓球間歇的落下。落球裝置的落球管和回收球裝置的回球管通過輸球軟導(dǎo)管9連接成一個(gè)整體。擊球裝置米用擊球系統(tǒng)，擊球系統(tǒng)由底盤移動(dòng)機(jī)構(gòu)和聞仿真兵兵球擊球機(jī)構(gòu)兩部分組成:I)底盤移動(dòng)機(jī)構(gòu):由第一固定架5和第一驅(qū)動(dòng)即液壓缸組成，其中第一驅(qū)動(dòng)為雙作用雙活塞桿液壓缸8，雙作用雙活塞桿液壓缸8帶動(dòng)第一固定架5沿乒乓球桌邊X向可控移動(dòng)。在第一固定架5的下端設(shè)置有導(dǎo)軌7，通過雙作用雙活塞桿液壓缸8的作用，使得第一固定架5的導(dǎo)軌7在機(jī)架I的導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)。2)擊球機(jī)構(gòu):由第一伺服電機(jī)15、第二伺服電機(jī)或氣馬達(dá)16、聯(lián)軸器、第二驅(qū)動(dòng)、第三驅(qū)動(dòng)、第二固定架10、第三固定架22、第四固定架23、第五固定架24以及球拍25等組成。第二驅(qū)動(dòng)為雙作用單活塞桿氣缸11，第三驅(qū)動(dòng)為緩沖雙作用單活塞桿氣缸21。在第二固定架10上有導(dǎo)向桿14，其中第三固定架22套在導(dǎo)向桿14上并以導(dǎo)向桿14為導(dǎo)向并在雙作用單活塞桿氣缸11的作用下上下移動(dòng)。雙作用單活塞桿氣缸11和緩沖雙作用單活塞桿氣缸21縱橫十字聯(lián)動(dòng)，通過PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)Y向和Z向的運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確擊打落球。擊球時(shí)由第五固定架24的球拍夾具17固定的球拍25做仿真打擊，其中球拍夾具17為萬向夾緊機(jī)構(gòu)。通過第一伺服電機(jī)15和第二伺服電機(jī)或氣馬達(dá)16改變擊發(fā)球運(yùn)轉(zhuǎn)形式，與雙作用單活塞桿氣缸11和緩沖雙作用單活塞桿氣缸21組合實(shí)現(xiàn)擊發(fā)高仿真旋球。第一伺服電機(jī)15和第二伺服電機(jī)或氣馬達(dá)16分別控制X軸方向的球拍旋轉(zhuǎn)和Z軸方向的球拍旋轉(zhuǎn)，并以此實(shí)現(xiàn)各種旋轉(zhuǎn)球。機(jī)械手的自由度為5個(gè)，X方向用第一驅(qū)動(dòng)的液壓缸控制，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)停止，實(shí)現(xiàn)發(fā)球的空間位置可變，即橫向移動(dòng)氣缸。Y、Z軸方向則分別通過第二驅(qū)動(dòng)的氣缸和第三驅(qū)動(dòng)的氣缸控制，即前后移動(dòng)和縱向移動(dòng)，而落球則通過另外一個(gè)氣缸控制，即氣缸充當(dāng)閥門的作用。此外繞X軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度則分別通過第一伺服電機(jī)和第二伺服電機(jī)或氣馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，即五個(gè)可控自由度。輸入球裝置通過調(diào)速步進(jìn)電機(jī)2帶動(dòng)發(fā)球齒輪I來實(shí)現(xiàn)，動(dòng)作過程則由PLC控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)。該乒乓球發(fā)球機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)球頻率可調(diào)，能夠調(diào)節(jié)乒乓球轉(zhuǎn)速的大小，以及乒乓球球速的快慢。并且能夠自動(dòng)收集運(yùn)動(dòng)員擊回的乒乓球進(jìn)入儲(chǔ)球設(shè)備準(zhǔn)備循環(huán)發(fā)球。本實(shí)用新型機(jī)械手采用PLC控制，在本機(jī)構(gòu)控制部分，采用了三菱公司的FX2n系列PLC——FX2n?；贔X2n的控制特點(diǎn)，定義好各個(gè)端子的控制動(dòng)作，對(duì)應(yīng)在X方向、Y方向、Z方向的行程始端和末端都安裝行程開關(guān)作為PLC的信號(hào)，在落球缸位置安裝有傳感器檢測(cè)落球點(diǎn)有無球，從而·給電機(jī)信號(hào)控制電機(jī)輸送兵兵球。在X方向上，安裝有伺服電機(jī)，調(diào)整伺服電機(jī)控制器的電子齒輪比給伺服電機(jī)脈沖，控制球拍在X方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。Z方向上安裝有第二個(gè)伺服電機(jī)或氣馬達(dá)，帶動(dòng)球拍的轉(zhuǎn)動(dòng)。以上這些控制信號(hào)均由PLC完成，并且按照設(shè)定的發(fā)球種類PLC選擇程序內(nèi)部設(shè)定的子程序，完成發(fā)球過程。本實(shí)用新型五自由度高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手采用PLC控制電、氣、液聯(lián)動(dòng)方式控制乒乓球球拍發(fā)出事先設(shè)定的球，其整個(gè)控制圖如圖4所示，發(fā)球機(jī)31的多個(gè)驅(qū)動(dòng)氣缸通過氣壓管線30連接至空壓機(jī)33，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)則通過電纜連接至控制柜32。
權(quán)利要求1.一種五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，包括機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架上的落球裝置和擊球裝置，其特征在于:所述的擊球裝置包括: 一沿X方向移動(dòng)的第一固定架，在該第一固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第一固定架在所述的機(jī)架上移動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)； 一沿Z方向移動(dòng)的第二固定架，在該第二固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第二固定架在所述的第一固定架上移動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)； 一沿Y方向移動(dòng)的第三固定架，在該第三固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第三固定架在所述的第二固定架上移動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)； 一繞Z方向旋轉(zhuǎn)的第四固定架，在該第四固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第四固定架在所述的第三固定架上轉(zhuǎn)動(dòng)的第二伺服電動(dòng)機(jī)或氣馬達(dá)； 一繞X方向旋轉(zhuǎn)的第五固定架，在該第五固定架上連接有一用于驅(qū)動(dòng)該第五固定架在所述的第四固定架上轉(zhuǎn)動(dòng)的第一伺服電動(dòng)機(jī)； 一球拍，固定在所述的第五固定架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，其特征在于:所述的第一驅(qū)動(dòng)為液壓缸驅(qū)動(dòng)；所述的第二驅(qū)動(dòng)為氣壓缸驅(qū)動(dòng)；所述的第三驅(qū)動(dòng)為氣壓缸驅(qū)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，其特征在于:還包括一回收球裝置，該回收球裝置包括集球斗以及連接在集球斗下的回球管，在集球斗和回球管之間還設(shè)置有第一撥球機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，其特征在于:所述的第一撥球機(jī)構(gòu)包括撥球輪架和步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與撥球輪架連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，其特征在于:所述的落球裝置包括落球管和位于落球管口的第二撥球機(jī)構(gòu)，所述的落球管與所述的回球管連接。
6.根據(jù)權(quán)利要 求5所述的五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，其特征在于:所述的第二撥球機(jī)構(gòu)包括一擋板和一與擋板連接的驅(qū)動(dòng)氣缸。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種五自由度的高仿真乒乓球發(fā)球機(jī)械手，包括機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架上的落球裝置和擊球裝置，所述的擊球裝置包括一沿X方向移動(dòng)的第一固定架，在該第一固定架上連接有一第一驅(qū)動(dòng)；一沿Z方向移動(dòng)的第二固定架，在該第二固定架上連接有一第二驅(qū)動(dòng)；一沿Y方向移動(dòng)的第三固定架，在該第三固定架上連接有一第三驅(qū)動(dòng)；一繞Z方向旋轉(zhuǎn)的第四固定架；一繞X方向旋轉(zhuǎn)的第五固定架；一球拍，固定在所述的第五固定架上。本實(shí)用新型仿真發(fā)球機(jī)，模擬真人手臂動(dòng)作，球拍實(shí)現(xiàn)向前后、左右、上下、和分別繞X、Z軸運(yùn)動(dòng)，該發(fā)球機(jī)應(yīng)用PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通過遠(yuǎn)程控制來改變發(fā)球快慢、發(fā)球力度、發(fā)球高度及角度等的功能，模擬進(jìn)行人工發(fā)球,實(shí)現(xiàn)隨機(jī)發(fā)球的效果。
文檔編號(hào)A63B69/40GK203123498SQ20132006032
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者高佩川 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院