網(wǎng)球自動撿球機(jī)設(shè)計

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據(jù)中國網(wǎng)球協(xié)會官方最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計，到2008 年，憑借鄭潔溫網(wǎng)殺入四強(qiáng)和李娜的奧運會四強(qiáng)，國人網(wǎng)球熱情空前高漲。中國網(wǎng)球人口已突破 800 萬。而隨著李娜法網(wǎng)捧杯，WTA官網(wǎng)甚至認(rèn)為，李娜的大滿貫冠軍將為中國增加 3 億網(wǎng)球人口。由此可分析，我國的網(wǎng)球運動必將蒸蒸日上，市場上對網(wǎng)球撿球機(jī)的需求也會直線增加。 本課題的主要研究目的是本項設(shè)計主要目的是開發(fā)一種網(wǎng)球自動撿球機(jī)，解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，并同時具有高效率和無遺漏的特點。 二、文獻(xiàn)綜述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) 隨著網(wǎng)球這種高強(qiáng)度遠(yuǎn)動的普及，越來越多的人參與其中，但對于普通運動者來說，不可能有球童負(fù)責(zé)為其撿球，遍布全場的網(wǎng)球揀起來實在是件累人、費時的事，針對這一現(xiàn)狀，網(wǎng)球場撿球機(jī)器人應(yīng)運而生[1]。 目前網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)較少，較為經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)球撿球機(jī)多以人工操作為主，又有圓筒式、滾筒網(wǎng)狀式和籃筐式等用彈性條狀材料制作，其間距略小于網(wǎng)球直徑，用力壓下或者滾過球身時將球壓進(jìn)筒或筐中。 網(wǎng)球筐和網(wǎng)球筒是早期提出的方案，有的機(jī)構(gòu)已經(jīng)做出了產(chǎn)品。這類機(jī)構(gòu)一般都十分簡練實用，但效率一般較低，人工參與的比較多。市場上已經(jīng)存在不同種類的網(wǎng)球撿球籃(如圖1、圖2所示)和撿球筒(如圖3、圖4所示)，都是通過人工操作實現(xiàn)的。但是這種撿球機(jī)構(gòu)不能適應(yīng)網(wǎng)球的直徑變化；可能出現(xiàn)“卡球”現(xiàn)象；對網(wǎng)球的傷害較大，減少了網(wǎng)球的使用壽命；不能夠撿拾網(wǎng)球場邊緣的網(wǎng)球，而且對網(wǎng)球場地有一定的損傷。 圖2 網(wǎng)球筐2 圖1 網(wǎng)球筐1 圖4 撿球筒2 圖3 撿球筒1 網(wǎng)球撿球筒的結(jié)構(gòu)更為簡單， 主要由收集筒、手柄和進(jìn)口閥彈簧組成。收集筒用于存儲收集到的網(wǎng)球；手柄便于操作；而進(jìn)口閥彈簧保證了網(wǎng)球的單向通過，使已經(jīng)撿起的網(wǎng)球不會掉落。這種撿球機(jī)構(gòu)簡單方便，成本低，但存在不少缺點。與網(wǎng)球筐一樣，對網(wǎng)球傷害較大；撿球時作用相對較少，需要人工尋找對準(zhǔn)網(wǎng)球，實際上只是減少一個彎腰的動作；效率極低，一次只能撿一個球，存儲球的數(shù)量也十分有限；隨著撿球數(shù)量的增加，撿球難度也增大[2]。 目前市場上還出現(xiàn)了一類手推式網(wǎng)球撿球車。此類撿球車為半自動式，需要有人操作。它體積大且重，相對于智能化撿球機(jī)比較笨拙，既浪費空間，又影響訓(xùn)練人員打球，還需要人工操作，相對于智能化撿球機(jī)浪費了不必要的時間與體力。而且，此類撿球車只適用于地上球較多的情況，它的適用環(huán)境較局限[4]。 圖5 自動網(wǎng)球撿球機(jī) 圖5是一種自動網(wǎng)球撿球機(jī)，該遙控自動網(wǎng)球拾球機(jī)主要組成包括車體、拾球滾筒、儲球箱、驅(qū)動輪、萬向輪、傳動齒輪組、傳感器、電路板、電池和拉桿式推把等部件。其工作原理為：采用后輪驅(qū)動，左、右驅(qū)動輪由兩個電動機(jī)分別帶動，前輪是萬向輪， 起支撐的作用，共同實現(xiàn)拾球機(jī)前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎及后退等動作。萬向輪轉(zhuǎn)動時通過傳動齒輪組帶動拾球滾筒[5]，傳動齒輪組與萬向輪之間是采用單向推力軸承聯(lián)接， 保證了拾球滾筒在前進(jìn)時轉(zhuǎn)動而自動拾球, 而在后退時停轉(zhuǎn)以防止?jié)L 筒反轉(zhuǎn)將網(wǎng)球帶出箱外[6]。 拾到的網(wǎng)球暫時存放在儲球箱中，儲球箱設(shè)計為抽屜式結(jié)構(gòu)，可隨時安放和取出。拉桿式推把可根據(jù)拾球人員身高的變化而相應(yīng)地調(diào)節(jié)長度，推把長度的范圍在70～120cm，該結(jié)構(gòu)非常靈活。結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮到傳感器的安裝， 用于避障檢測用的兩對紅外反射式傳感器分別安裝在前面左、右兩端，三對紅外對射式傳感 器安裝在儲球箱的上部內(nèi)側(cè)。電路板和電池是拾球機(jī)的控制系統(tǒng)，控制著其他部件的動作[4]。 目前較先進(jìn)的拾球器是全自動拾球機(jī)，采用機(jī)械臂和圖象識別等高科技，不需人工操作，可以完全自動拾球，但效率低，每次只能拾起一個球，且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜， 成本相當(dāng)高，不容易推廣[3]。 國外的自動撿球機(jī)構(gòu)也較少,大部分常見的都是半自動人工參與的,如圖6,7均為手動式撿球機(jī)[7,8]，這兩款撿球機(jī)與上述國內(nèi)撿球機(jī)比較類似，純手動操控，機(jī)構(gòu)簡單，操作方便，價格低廉，但人性化不足。 圖7 國外撿球機(jī)2 圖6 國外撿球機(jī)1 圖9 國外撿球機(jī)4 圖8 國外撿球機(jī)3 圖8和圖9為國外的半自動撿球機(jī)[10,11]，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價成本高，體積較大，占空間，操作簡單，撿球效率高，但不能自主完成撿球過程，需要人的輔助，綜合來說需要改進(jìn)的部分較多。 除此之外，關(guān)于乒乓球撿球機(jī)的研究也比較多，由于乒乓球與網(wǎng)球結(jié)構(gòu)上比較相似，同時為了拓展視野，我也對乒乓球撿球機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)研。 乒乓球的直徑為40mm，質(zhì)量為2.7g，具有體積小、質(zhì)量輕的特點，特別適合吸力裝置吸取。風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動時，抽風(fēng)的一端會形成負(fù)壓;如果將一個管道與風(fēng)扇的抽風(fēng)面相連接，則在風(fēng)扇的作用下，管道內(nèi)的氣壓將小于管道外的大氣壓， 管道口附近的物體將在壓力差的作用下被吸進(jìn)管道里[11]。利用這個原理制作的撿乒乓球機(jī)如圖10所示。 圖10 乒乓球撿球機(jī)器人1 再有一種就是“收割式”撿球機(jī)，該方案撿球效果好且設(shè)計與制造方便，機(jī)械傳動鏈少，造價低。其設(shè)計圖如圖11所示。其工作原理為：人手握可調(diào)節(jié)的推桿以正常行走速度向有散落乒乓球的區(qū)域走動，帶動撿球機(jī)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動輪又帶動葉輪轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動，通過葉輪齒片將乒乓球劃入撿球機(jī)內(nèi)，過擋球板，進(jìn)入可方便拆卸的儲球盒內(nèi)，實現(xiàn)了散落滿地乒乓球的撿拾工作[12]。 圖11 乒乓球撿球機(jī)2 相對于體積小，質(zhì)量輕的乒乓球，高爾夫球與網(wǎng)球更為接近，在此，我還查找了有關(guān)高爾夫球撿球機(jī)的相關(guān)資料。 由于高爾夫球場面積廣，對撿球機(jī)器人的需求并不高，因此只有較為簡單的撿球裝置，如圖12所示[13]： 圖12 高爾夫撿球器 網(wǎng)球撿球機(jī)的需求量很大，國內(nèi)外相關(guān)設(shè)計也不少。本設(shè)計主要工作是通過對不同撿球機(jī)功能、特點、和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析后，得到設(shè)計撿球機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)問題，從而對現(xiàn)有的設(shè)計方法加以改進(jìn)，設(shè)計出一種更加高效、智能、防卡球現(xiàn)象的自動撿球機(jī)。 參考文獻(xiàn) [1] 席澤生. 網(wǎng)球場撿球機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計[J].電氣與自動化,2012,,41(2):140-141 [2] 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隨著我國網(wǎng)球運動的不斷普及，越來越多的人開始參與到其中，網(wǎng)球訓(xùn)練中網(wǎng)球的使用數(shù)量會很多，基本上會布滿整個網(wǎng)球場，這時撿球便成為一件令人頭疼的事，因此設(shè)計一款結(jié)構(gòu)簡單，價格實惠，能夠快速撿起網(wǎng)球的網(wǎng)球機(jī)器人的需求也日益增長。 本課題的主要研究內(nèi)容：設(shè)計一款高效的網(wǎng)球自動撿球機(jī)，解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象，并具有高效率和無遺漏的特點。 擬解決的關(guān)鍵問題有： （1） 撿球方式的選擇； （2） 傳動方式的選擇； （3） 行走速度分析； （4） 球道數(shù)選擇。 2．?dāng)M采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析 研究方法： 利用文獻(xiàn)調(diào)研和市場調(diào)查對市場上已有產(chǎn)品進(jìn)行分析，比選實現(xiàn)本課題目標(biāo)的最佳技術(shù)途徑和機(jī)械機(jī)構(gòu)方案，以此為基礎(chǔ)，完成零件和整機(jī)的圖紙設(shè)計。 技術(shù)路線： 確立設(shè)計背景 期刊檢索 市場調(diào)研 專利檢索 修改完善 初步設(shè)計 原理設(shè)計 強(qiáng)度校核 結(jié)構(gòu)草圖 裝配圖 零件圖 設(shè)計說明書 實施方案： （1） 查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解相關(guān)設(shè)計方案及原理； （2） 撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計； （3） 撿球機(jī)零部件參數(shù)計算，以及選取； （4） 撿球機(jī)三維圖及二維CAD圖紙繪制； （5） 撰寫畢業(yè)論文。 可行性分析： 目前關(guān)于網(wǎng)球撿球機(jī)的研究也很多，這些研究做出的撿球機(jī)均可以實現(xiàn)，并可以輕松完成撿球任務(wù)，因此只要參照現(xiàn)有的設(shè)計方案的原理以及結(jié)構(gòu)形式，并加以計算、改進(jìn)，一套可行的新的設(shè)計方案是完全可以實現(xiàn)的。 四、論文（設(shè)計）進(jìn)度安排 起止時間 主要內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 3.9－3.22 3.23－4.5 4.6－4.19 4.20-5.15 5.16至月底 查閱相關(guān)資料，撰寫文獻(xiàn)綜述，翻譯外文資料，完成開題報告的撰寫 完成撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運動方案設(shè)計 撿球機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)件選型 完成撿球機(jī)裝配圖和主要零部件圖的繪制 撰寫畢業(yè)論文 了解現(xiàn)有網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)造，和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 完成初步方案設(shè)計 完成結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 完成裝配圖和零件圖 完成整個畢業(yè)設(shè)計 五、審核意見 導(dǎo)師意見 導(dǎo)師簽字: 年 月 日 審核小組意見 審核小組成員簽字： 年 月 日 11