一种具有自校准性能的三摩擦轮球类发射机构

技术领域

本申请属于球状物体发射结构技术领域，涉及一种具有自校准性能的三摩擦轮球类发射机构。

背景技术

近年来，伴随着经济稳步增长，人们生活品质的逐步提高和物质生活逐渐丰富，人们对于体育运动尤为热衷。特别是一些篮球、网球等球类运动由于具备竞技、力量和潮流性，吸引了一大批运动爱好者。对于新手来说，需要的是一款具备可重复性的陪练机器人。对于进阶运动者，接到更加多样、可重复的发球显得尤外重要，从而进行大强度的专业训练。苛待研发一种具备收集、自校准、多姿态精确可重复发射的集成结构，用于制作可巡视的小型机器人，实现球场的智能化升级。同时为球类发射提供一种成熟的结构方案。

目前具备收集、自校准、发射的三摩擦轮发球机构产品还比较少，且现存的产品中存在一些需要改进的问题，简述如下：

(1)目前多数发球机构在发球时不具备自校准的结构性能，导致发球精度难以保证。

(2)从收集球到球发出过程的连贯性较差，有时会出现卡球的情况。

(3)现有的发射机构以单、双摩擦轮居多，发射姿态和动量区间有所限制。三摩擦轮使得球的发射姿态更加全面，同时动量有了质的提升。

发明内容

本申请的目的在于解决球状物体的收集、自校准、发射需求，并在一定程度上克服上述技术问题，提供一种具有自校准性能的三摩擦轮球类发射机构

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案予以实现：

本申请提供一种具有自校准性能的三摩擦轮球类发射机构，包括：

支撑框架，所述支撑框架包括入口框架和发射框架，入口框架与发射框架之间设置有进球轨道和滑轨，并通过横梁连接；进球轨道的入口设置于入口框架处，出口设置于发射框架处；

取球模块，所述取球模块设置于入口框架上，其入口位于入口框架处，用于将进入入口框架的圆球的姿态矫正，并传送至传球模块；

传球模块，所述传球模块设置于滑轨上，其入口与取球模块相连，出口与发射模块相连，用于将来自取球模块的圆球传送至发射模块；

发射模块，所述发射模块设置于发射框架远离入口框架一侧，其入口与传球模块相连，用于将来自传球模块的圆球扶正后发射出去。

进一步地，本申请入口框架和发射框架为矩形框结构件或圆环型结构件；所述入口框架的两侧设置有导向板，用于对进入入口框架的圆球进行导向。

进一步地，本申请取球模块包括固定在横梁顶部的安装座，安装座上沿圆球运动方向依次设置从动摩擦轮、主动摩擦轮、曲柄摇杆驱动电机以及摩擦带驱动电机；安装座的下方沿圆球运动方向设置一对相对设置的摩擦带连接板，两摩擦带连接板相对设置，两端通过销轴相连，两端的销轴上分别套设两个摩擦带轮，摩擦带轮设置于两摩擦带连接板内侧，销轴上的两摩擦带轮间隔设置，两条摩擦带分别套设在两端的摩擦带轮上；靠近发射框架一侧的销轴上套设有同步轮，该销轴的两端通过连接耳固定在横梁上；摩擦带驱动电机通过同步带于同步轮相连，同步轮与摩擦带轮固连，带动摩擦带轮绕销轴转动；主动摩擦轮与曲柄摇杆驱动电机的输出轴相连，主动摩擦轮与从动摩擦轮过盈配合；从动摩擦轮的侧面与连杆的一端相连，连杆的另一端连接在摩擦带连接板上；主动摩擦轮、从动摩擦轮、连杆与摩擦带连接板构成曲柄摇杆机构。

进一步地，本申请主动摩擦轮和从动摩擦轮之间具有1.84mm过盈量，使主动摩擦轮负载在1N·m时产生打滑，实现对曲柄摇杆驱动电机的保护。

进一步地，本申请由主动摩擦轮、从动摩擦轮、连杆与摩擦带连接板构成的曲柄摇杆机构，使摩擦带与摩擦带连接板组成的整体绕作为中心点的销轴旋转，与水平地面形成-3～19度的夹角。

进一步地，本申请传球模块包括单向门连接板、稳球板以及气缸；所述滑轨上设置有滑块，单向门连接板通过滑块与气缸相连，通过气缸驱动单向门连接板沿圆球运动方向运动；所述单向门连接板上设置有四个沿周向均匀布置的悬臂，每个悬臂的一端通过弹簧与单向门连接板相连，另一端安装有滚轮；稳球板通过弹簧安装在横梁上。

进一步地，本申请横梁上设置有至少2个稳球板。

进一步地，本申请发射模块包括两块相对设置，且形状相同的安装板；两安装板的中部设置有通孔，用于发射圆球；两安装板之间设置有以120°均匀布置的三个摩擦轮安装座，每个摩擦轮安装座上均安装有摩擦轮和扶正器。

进一步地，本申请扶正器包括销钉和轴承，所述销钉两端安装在摩擦轮座上，轴承套设在销钉上，所述销钉上还套设有用于轴向限位的套筒。

进一步地，本申请安装板为玻璃纤维板；摩擦轮为铝制轮，所述铝制轮上用胶辊工艺包裹有邵氏硬度A60的5mm厚的聚氨酯层；所述摩擦轮座为一体式结构。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请采用双摩擦带取球，具有自动居中效果，对于所取入圆球的进入状态要求不高；运用曲柄摇杆机构，可以使摩擦带在面对不同尺寸圆球时自由调整位置，适用范围广泛；曲柄摇杆的传动采用了一对起过载保护作用的摩擦轮，避免摩擦带在刚接触圆球的瞬间以及因其他原因所产生的严重过载对电机造成损伤；加入了由单向门和气缸组成的传球模块，提高了整体的连贯性，使球在发射前具有自准性，同时有效的避免了取球与发球之间因衔接不当而出现的卡球问题；在发射模块中，相比于双摩擦轮与四摩擦轮，采用三摩擦轮的发球方式具有更高的精度。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请整体结构的等轴侧视图。

图2a为本申请取球模块的等轴测图。

图2b为本申请取球模块的剖视图。

图3a为本申请传球模块的等轴测图。

图3b为本申请传球模块的剖视图。

图4a为本申请发射模块的等轴测图。

图4b为本申请发射模块的剖视图。

其中，1-支撑框架，2-进球轨道，3-销轴，4-同步带，5-摩擦带驱动电机，6-主动摩擦轮，7-从动摩擦轮，8-连杆，9-摩擦带连接板，10-摩擦带，11-气缸，12-滚轮，13-稳球板，14-单向门连接板，15-悬臂，16-滑轨，17-摩擦轮驱动电机，18-摩擦轮，19-扶正器，20-摩擦轮座，21-安装板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图对本申请做进一步详细描述：

参见图1，本申请实施例公开了一种具有自校准性能的三摩擦轮球类发射机构，通过支撑框架1，将固定于支撑框架1上方的取球模块、通过气缸11和滑轨16固定于支撑框架1内部的传球模块以及固定于支撑框架1前方的发射模块，有机的组合成一个整体；圆球从框架后方的入口进入，在摩擦带10的带动下，途径进球轨道2，气缸11带动由四个悬臂15及单向门连接板14组成的单向门，将圆球送入发射模块，扶正器19保证圆球处于正确的发射前位置，三个摩擦轮18同时旋转，完成圆球的发射动作。

如图2a和2b所示，在取球模块中，包括摩擦带驱动电机5，通过螺栓固定与支撑框架1上，摩擦带驱动电机5与摩擦带10之间使用同步带4传递动力；两条摩擦带10使用摩擦带连接板9组合在一起，一端通过销轴3铰接在支撑框架1上，另一端铰接在连杆8上；主动摩擦轮6安装在曲柄摇杆驱动电机上，并与从动摩擦轮7一同固定于支撑框架1上，二者之间具有1.84mm过盈量，保证主动摩擦轮6负载在1N·m时产生打滑，实现对驱动电机的保护；由上述构件组成的曲柄摇杆机构，可使摩擦带10与摩擦带连接板9组成的整体绕中心点销轴3旋转，与水平地面形成-3～19度的夹角，提高与圆球的接触效果；两条摩擦带10平行安置并保持一定距离，当圆球以偏向两侧的姿态进入时，在两条摩擦带10的作用下，会形成驱使圆球居中的摩擦合力，实现圆球姿态的自动矫正。

如图3a和3b所示，在传球模块中，单向门连接板14上装有悬臂15，悬臂15一端连着弹簧，另一端上装有滚轮12，四个悬臂15与两块连接板共同构成单向传送门，可使圆球从后向前单向通过；两块连接板分别与气缸11相固定，并装置在滑轨16上；稳球板13安装在支撑框架1上方并连接有弹簧，可实现圆球单向通过并保证圆球通过后的稳定性；当摩擦带10将圆球带入进球轨道2时，气缸11带动单向门向后移动至圆球后，再向前移动，带动圆球通过上方稳球板13。

如图4a和4b所示，在发射模块中，摩擦轮18与对应的摩擦轮驱动电机17安置在摩擦轮座20上，三个摩擦轮座20以120°均布于两块安装板21上组成一个整体；安装板21为玻璃纤维板。摩擦轮18采用胶辊工艺在铝制轮上包一层5mm厚的聚氨酯，且根据实验验证，选用邵氏硬度A60的聚氨酯性能最佳；摩擦轮座20采用了一体式设计，可以使每个发射轮组更加模块化，增加了维修性和更换性；扶正器19安装在摩擦轮座20上，采用销钉套着轴承，并用套筒进行轴向限位，当摩擦轮座20存在安装误差时，扶正器19依旧可以把球扶正到三个摩擦轮18内切圆的中心。

本申请的原理：

本申请用双摩擦带的取球方式，通过与圆球表面接触时产生的摩擦合力，自动完成入球姿态的矫正，使圆球保持居中；用曲柄摇杆机构使摩擦带10可以在一定程度上自由调整与圆球的距离和接触角度，极大地提高了适应能力；用摩擦轮18传动作为曲柄摇杆机构的传动方式，有效的为电机提供了过载保护；在摩擦带10取球后加入传球模块，提高圆球在机构内部传动的流畅性，避免了摩擦带10直接传给发球模块时可能造成的卡球情况与停球等待问题；用三摩擦轮18方式发球，在发球前利用扶正器19校准发球前的初始位置，保证了较高的发球精度；通过取球模块、传球模块、发球模块的分工与各模块间的紧密配合，实现了从取球到发球的完整流程。

本申请圆球从取球模块的开口处进入，取球模块设置有由两条平行摩擦带10组成的动力部分，通过来自驱动电机的动力，利用与球面的摩擦将圆球带入传球轨道；两条摩擦带10通过板件连接成一个整体，并与摩擦轮18和连杆8共同组成曲柄摇杆机构，使摩擦带10末端上下摆动，实现摩擦带10与球面的接触，达到收集的目的，同时摩擦带10收集具备全流程控制的功能特点；传球模块设置有四个活动臂，利用弹簧和限位设计共同组成单向门，单向门在滑轨16上通过两个放置于两侧的气缸11作往复运动，实现圆球从取球模块到发射模块的传送；发射模块设置有三个摩擦轮18与扶正器19，扶正器19将球扶正到三个摩擦轮18内切圆的中心，三个摩擦轮18由两块安装板21链接起来，且按照120°均布，圆球与三个摩擦轮18存在一定过盈量，通过与摩擦轮18的过盈接触摩擦实现发射。

取球模块安装有两条平行的摩擦带10，两条摩擦带10保持一定间距，在与圆球接触传递过程中，球体会在摩擦合力的作用下向中间留有的间距中心线靠近，使圆球自动完成从初始的偏离位置向居中对齐的动作；两条摩擦带10通过板件链接成为一个整体，再与大摩擦轮18及两侧的连杆8共同构成曲柄摇杆结构，使得摩擦带10能够改变与地面之间的角度和距离，方便摩擦带10取不同尺寸或高度位置的圆球。

曲柄摇杆的传动方式为摩擦轮18传动，其中小轮材料为钢，大轮摩擦面材料为邵氏硬度60A的聚氨酯，通过对大、小轮尺寸和二者接触过盈量的调整，使小轮负载在1N·m时产生打滑，以保证过载时对电机的保护。

传球模块采用气缸11传动，具有更快的响应速度。

发球模块采用三摩擦轮18发射方式，具有更高的精确度，同时在限位器和扶正器19的作用下，圆球具有更准确的发射前初始位置，进一步提高了发球的精度。

本发明的工作过程如下：

步骤1：取球模块的曲柄摇杆机构工作，使摩擦带10与圆球表面接触；

步骤2：摩擦带10将圆球运送至进球轨道2内，并进行初步的中心调整；

步骤3：传球模块两侧气缸11带动单向门向后移动到圆球后方，再带动圆球一起向前移动，待圆球通过限位器并到达发射前的预设初始位置时停止。

步骤4：发射模块的扶正器19在圆球到达初始位置时保证将球扶正到三个摩擦轮18内切圆的中心，三个摩擦轮18同时开始旋转，过盈接触带动圆球发射。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。