【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种新型乒乓球发球机该机在所用技术和所实现功能方面比目前已注册专利或已上市的任何乒乓球发球机都更加优越。
技术介绍
近几十年，多种乒乓球发球机被专利技术，注册专利和生产这些装置可顺序将乒乓球从球场或球台的一端投射至另一端球台上供打球者练习回球。练习者可根据需要设置球的投射频率，飞行轨迹及旋转等。其中有些设计还包括回球集球网。相关技术可参考下列专禾U 美国专利 3，794，011，4，116，4 38，4，325，351，4，917，380，4，844，458，5，009，421， 5，335，9054,5，383，658,5，485，995,5，533，722,6，186，132,6，202，236,6，371，872, 6，604，517。中国专利 02217946，03218645，87214545，9321 3663，93244555，94217832， 97240522，98230401，99207740。乒乓球发球机用于从球台的发球机一侧，按实际比赛中对手可能打出球的飞行速度，轨迹及旋转将球射至练球者一侧的球台上供练球者练习回球。现有专利技术均未令人满意地实现这一点。主要是两方面。第一，可编程性。乒乓球比赛中，对手打来的每一个球有其独特的飞行速度，轨迹及旋转。理想的乒乓球发球机应允许用户对球的各项特性参数，例如飞行速度，初始三维射角，轨迹及旋转等，以足够精度(例如二进制8位或16位)按实际球员能产生的球性范围，进行程序化设置。并将足够数量的特性参数组合以数字形式存入系统存储器作为(乒乓球)球库。发球机可随时调用球库中这些参数以产生...
【技术保护点】
一种数字控制，用户可编程全自动乒乓球发球机，包括： 一个置于发球机底部的盛球及电机驱动的输球机构的容器（Ｆ）， 一个多节可伸缩的竖管组件（Ｅ），其下端连接（Ｆ）的出口，上端连接发球机上部的方位角定位机构（Ｄ），该竖管组件既为发球机上面部分提供支撑，也为乒乓球提供了一条由容器（Ｆ）至前述发球机上面部分的通道， 由相对安装在一段球可通过的管道两侧的电机直接驱动，转速可调控的抛球轮（ＤＷ１，ＤＷ２）构成的抛球头（Ａ）， 一个电机驱动的三维角度定位机构（其组成为：方位角定位机构（Ｄ），高低角定位机构（Ｃ）和侧旋角定位机构（Ｂ），这些机构呈三角形机械连接（图２）），该机构用于抛球头环绕三条非平行的，基本（但并不必须）正交的轴线的角度定位，并为乒乓球提供一条由前述多节可伸缩的竖管组件上端至抛球头入口的通道， 一个装在该竖管组件上的三角架将发球机支撑在地板上， 一套由ＣＰＵ（单片机，微处理机，或数字信号处理机），适配的电源，传感器及逻辑电路，用户界面及编程（图５）组成的数字控制器，发球机的抛球头是连接在前述三维角度定位机构的机械输出端。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】的局限。特此申明。图1所示为此项发明(图中未包括此项发明的回球集球网。将在另外图例中介绍)。图中A是抛球头，直线bp是球的射出线。B是侧旋角设定机构。该机构使抛球头A 绕射出线bp徊转以设定出球的侧旋角度D是本发球机的方位角定位机构。该机构使抛球头A，侧旋角定位机构B，高低角定位机构C三部分一起绕固定的(上下)纵向轴廻转，侧旋角定位机构B和方位角定位机构D经由轴销pi及p2相连结。C是本发球机的高低角定位机构。该机构由电机驱动的丝杠组件构成。其作用是使抛球头A、侧旋角定位机构B—起绕轴销pl，P2连成的轴线廻转以按需要改变球的射出线bp与水平面的夹角。E是一个多节可伸缩的竖管组件。F是一可容纳由电机驱动的输球机构、系统的电子部分及一定数量乒乓球的容器。H是一个三角架，用于将整个系统支撑于地板上。图2为本系统A-B-C-D各部细节。如图2所示，抛球头A包括两个利用安装板相对安装在一段管子两侧的电机Ml和M2、安装在这些电机Ml和M2的旋转输出轴上的两个乒乓球抛射轮盘DWl和DW2、红外反射型传感器Sl和S2、红外线发光二极管e、以及与e隔着管子相对地设置的红外探测器g。该段管子的直径可以允许乒乓球自由通过。轮盘DWl的橡胶外沿和轮盘DW2的橡胶外沿的间距较乒乓球的直径稍小。当乒乓球在管内被由图2中的左向右推至轮盘DWl和DW2之间时，便被两抛球轮盘DWl和DW2夹带并抛射出去；出球的初速、旋转及方向由两抛球轮盘DWl和DW2的转速、转向及bp线的指向所确定。轮盘DWl 和DW2对称安装于乒乓球抛射管纵向中心线两侧，并使得该中心线与bp线成为一线。在轮盘DWl和DW2上各有一环形反光带(图2中仅示出轮盘DWl的环形反光带)。反光带上交替均勻分布着吸收或反射红外光的区间。当抛球轮盘DW1、DW2转动时，朝向反光带的反射型传感器Sl和S2向系统的数字控制器输送电脉冲信号。其频率分别代表了轮盘DW1、DW2 的转速。数字控制器反复地将此测定的转速与它们的设定值比较并相应调节驱动电机Ml、 M2的电压，如此实现对轮盘DW1、DW2的数字闭环转速控制。轮盘DWl上的所述环形红外反光带与红外反射型传感器Sl构成一种光电增量型编码器；该编码器的组件被嵌入在电机控制机构的不同部分中。作为本专利的其它实施方式，也可用专门的(不限于光电的)编码器(增量型或绝对型均可)安装于运动链接的适当位置。或使用本身已装设编码器的电机(编码器通常装于电机转轴的后端)。但这些实施方式结构更复杂且通常更昂贵。当乒乓球射出时，会短时阻断从二极管e射向探测器g的红外线。探测器g检测到此时即向数字控制器发送一脉冲信号。如此核查射出球的数量和时刻。如图2所示，本发球机的方位角设置机构D主要由两段管状构件组成。其中较细的管(内管)插入较粗的管(外管)。WM是一蜗杆组件，由蜗杆及蜗杆驱动轮DW4用一根轴(蜗杆组件轴)相连而成。若采用齿轮传动时，蜗杆驱动轮DW4是一齿轮。若采用皮带轮传动时，蜗杆驱动轮DW4是一皮带轮。蜗杆组件WM的轴的两端经由轴承和托架板固定在方位角设置机构D的外管上。与蜗杆组件WM配套的蜗轮WG则嵌入方位角定位机构D的内管外壁。方位角定位机构D的内管与图1中的竖管组件E实际上是同一根管的不同区段。 电机M4经由传动带或齿轮驱动蜗杆驱动轮DW4。内外管之间在其重叠区段两端装有转动轴承。如图2中双箭头线d所示，当蜗杆组件WM在电机M4驱动下转动时，方位角定位机构D的外管将围绕内管绕上述两转动轴承所确定的轴线徊转，同时携带着安装在方位角定位机构D的外管上的所有部件一同徊转(即，蜗杆组件丽，电机M4，红外反射型传感器S4，抛球头A，侧旋角定位机构B和高低角定位机构C)。S4是与Si，S2类似的红外反射型传感器， 用类似方式检测驱动轮DW4的运动。有一点不同的是蜗杆驱动轮DW4上的环形反光带，其红外吸收与反射区域的边界线是弧线而非直线。这是为避免机械震动时触发红外反射型传感器S4送出错误脉冲信号。系统的数字控制器随时监测S4所生成的脉冲和电机M4的转动方向，从而监测该机构的位置和速度并产生对电机M4的相应控制。这便形成本系统一个轴向的数字闭环位置控制(而该机构的徊转速度则可作为一中间参量使用)。此轴向的数字闭环位置控制使用一套嵌入式编码器，实现本发球机抛球头的横向摆动及定位。作为此发明的另一实施方式，内管外壁也可不用嵌入式蜗轮而用嵌入式普通齿轮。或者专门的增量型或绝对型的编码器(不一定是光电的)也可用于对该机构的运动编码。或者也可用本身带有编码器的电机。或者也可用步进电机。但这些实施方式一般体积更大，更复杂，更昂贵。[0013]图2中的B是本发球机侧旋角定位机构。采用与方位角定位机构D相同的设计。 方位角定位机构D与侧旋角定位机构B的外管上的托架经由轴销pl，p2连结。侧旋角定位机构B的内管与抛球头A的抛球管相接。如图2中双箭头线b所示，当电机M3转动时，侧旋角定位机构B的内管带动抛球头A —同绕抛球线bp徊转。依此在需要时设定抛出球的侧旋角度。侧旋角定位机构B是本发球机的又一套数字闭环位置控制机构。图2中的C是本发球机高低角定位机构。它由电机驱动的丝杠组件构成。该组件的下端经由托架和轴销安装于方位角定位机构D的外管上，上端则用轴销连结在侧旋角定位机构B的外管上。如图中双箭头线c所示，当电机M5转动时，会改变丝杠组件两端的距离，如此推动抛球头A和侧旋角定位机构B —起绕轴销pl，p2形成的水平轴徊转，从而实现抛球头的高低射角设定。图中Tl和T2为弹性材料制成的舌形构件。用于当B-A组件上下摆动时在方位角定位机构D和侧旋角定位机构B之间保持一条平滑的弧形乒乓球通道。图3给出了图2中高低角定位机构C的细节。丝杠LD是丝杠。DW5是中心通孔带有与丝杠LD相啮和的内镙纹的驱动轮。驱动轮DW5可是皮带轮或齿轮，其具体取决于传动实现的方式。丝杠LD伸缩于一个管状构件中。此管状构件的顶端装有两个带中心通孔的安装板。两安装板由若干小柱形件相连，形成两板之间的空隙。驱动轮DW5夹于两板之间。丝杠LD进出于驱动轮DW5的中心孔及两安装板的中心通孔。驱动轮DW5的上表面也有一个类似于蜗杆驱动轮DW4上的环形红外反光带。当电机M5驱动轮DW5转动时，朝向驱动轮DW5的红外反射型传感器S5将测得驱动轮DW5的运动信号并将该信号送至数字控制器从而使得数字控制器能够跟踪丝杠LD的伸缩位置并通过相应地驱动电机M5而实现对丝杠LD伸缩位置的控制。这是本发球机的又一数字闭环位置控制通道。上述图中未示出电机M5输出轴与驱动轮DW5之间的传动机构。该机构既可由皮带传动也可由齿轮传动实现。图4是图1中F部件的内部俯视图。如图示，该容器内的下部为盆形曲面。该曲面使容器内的球在重力作用下自然向盆底开口处滚动。并落入开口下方的输球机构中。输球机构包括固定在容器底部的外柱桶件R ；内柱桶件Q ；管嘴NZ，其一端伸出容器外壁，另一端经由外柱桶件R上的开口插入R和内柱桶件Q间并固定在容器底部；电机驱动的轮盘 DW6 ；及，安装板MP。内柱桶件Q固定在轮盘DW6上。Q-DW6组件的上端用转动轴承经安装板MP定位。安装板MP用镙钉固定在外柱桶件R的上沿。Q-DW6组件的下端由嵌入容器底部的转动轴承定位。外柱桶件R的几何对称轴与Q-DW6组件的几何对称轴(也是其转动轴线)重合。轮盘DW6可以是一个皮带轮也可以是一个齿轮，取决于选用的驱动方式。内柱桶件Q的垂直外表面及外柱桶件R的垂直内表面的一段，RB1，是用橡胶材料制成。两橡胶表面的距离较乒乓球的直径稍小。而在其它区段外柱桶件R的内柱面与内柱桶件Q的外柱面的间距稍大于乒乓球的直径。当Q-DW6组件按图4中箭头所示方向转动时，落在轮盘 DW6上的球将沿箭头所示方向移动，最终被带入并夹持在两橡胶表面之间而后被送入管嘴 NZ中。NZ伸出容器的一端与图1中竖管组件E底部的弯管相连。使得球可一个推一个地被推向抛球头A。这种双柱面输球机构的优点是其推球的速度很稳定，因而可准确控制球的发射时间。此外，在两橡胶柱面间滚动的球构成又一级减速增力机构。如前所述，图2中的红外线发光二极管e，红外探测器g组合将检测球射出的时间及射出的数量，数字控制器便可依此控制驱动轮盘DW6的电机停或转。容器盒内盛球盆下方的空间还用于安置驱动轮盘 DW6的电机及系统的电子部件。综上所述，此项发明使用了五个通道的电机驱动运动控制机构。其中两个通道为速度控制通道。用于图1中抛球头A以产生射出球的适当速度和旋转。图1中侧旋角定位机构B，高低角定位机构C，方位角定位机构D等部分各用一个位置控制通道。以确定抛球头的位置方向使射出的球具有适当的轨迹，落点及侧旋角。这些运动控制通道均使用编码器，光电或其它物理特性的，增量型或绝对型的，嵌入式(其定义为主元件中有一个或多个是嵌入运动机构的不仅是用于编码的构件中的)或独立式(有其独立的封装)，其中以示例中介绍的嵌入式为最佳实现。这些编码器为运动控制机构提供数字反馈信号。使用数字控制器(单片机，微处理机，数字信号处理器甚或个人电脑)结合适当电子电路(逻辑电路， 电机驱动电路，传感器信号调制电路，用户界面等)，实现了发球机的全数字式控制。上述五个运动控制通道的每一组控制参数，构成一个可独特定义一个(所射出的)球的向量。预先定义的多个此种向量可存入系统存储器作为球库。需要时可瞬间调用产...
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