网球挥拍机械手制造技术

本实用新型专利技术公开了一种网球挥拍机械手，包括：球拍夹持机构，腰部转动机构，重心升降机构，肩部转动机构和肘部转动机构，在腰部转动机构上设有重心升降机构，在重心升降机构上设有肩部转动机构和肘部转动机构，在肘部转动机构上设有球拍夹持机构，腰部转动机构包括基座、腰部底板和设在基座上的第一转动机构，第一转动机构由腰部电动机、第一腰部同步带轮、腰部同步带、第二腰部同步带轮及腰部轴组成，第一腰部同步带轮连接于腰部电动机的输出轴，第二腰部同步带轮与腰部轴固定连接，腰部同步带分别与第一腰部同步带轮、第二腰部同步带轮分别啮合，所述腰部底板连接于腰部轴。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是关于网球发球与挥拍击球的装置，具体的说，是关于网球发球和网球挥拍动作示范、教学与学习的装置，属体育用品领域；同时本技术还涉及一种教学用机器人装置，特别涉及一种用于教学科研用的机械手臂，属教学用品领域；本技术也涉及一种娱乐用机器人，特别涉及一种用于娱乐的机械手臂，属娱乐用品领域。
技术介绍
随着经济、教育的发展，生活水平的迅速提高，人们从事各种体力劳动的机会和时间大大减少，而网球运动又不断升温，越来越多的人投入到了网球大军中，网球逐渐的大众化，喜爱网球的人越来越多，尤其深受广大青年人的喜爱。而目前国内网球球馆的设备仍存在着较大的缺陷，所使用的网球训练设备，科技含量低，价格高，易损坏，更无法模拟网球挥拍击球的各种动作，在无人指导时初学者很难获得大量有用的挥拍击球动作的感性认识及经验从某种程度上影响了初学者技战术水平的极高；同时在网球的相关研究领域尚缺乏一种模拟人挥拍击球的机械手臂，从而影响了有关人员开展一系列的网球研究工作，如对网球运动中网球飞行路线、网球的各种受力、阻抗、击球能量优化设计等的网球运动深度分析。如今机器人在社会生产与生活中的应用越来越广泛，各高校纷纷开设有关机器人的相关课程，然而在机器人特别是机械手臂的实践教学领域缺乏一种能够向人们直观的展示机械手臂运动过程、如何通过编程来改变机械手臂的运动过程以及如何显示机械手臂在一次运动过程中所消耗能量的教学用机械手臂，学习者不能够深刻的学习机器人的相关知识；同时在现有的各种机器人比赛中，尚无一项比赛以挥拍动作、击球消耗的能量和网球飞行距离三者间的关系、通过编程控制挥拍动作来实现最佳击球效果等为主题的机器人比赛，同时也缺乏参与该类比赛的相关机器人。另外网球训练要双人对打，运动强度大，尤其是在接发球训练方面，工作量大而且枯燥无聊，急需一种发球机来代替，而市场上销售的网球发球机多是由电动机带动摩擦轮依靠摩擦力将球挤压出去，此类设备的缺点是网球易磨损，或者是采用气动装置将球推出发球管，此类设备的缺点是噪声大且网球的旋向不易控制。
技术实现思路
本技术提供一种能够模拟网球正手击球动作的网球挥拍机械手，该装置利用机械手臂的力矩大，快速反应及无疲劳重复动作能力，通过执行控制装置中的程序可模拟人类正手击打网球的动作，并且可在此机械手上开展一系列的网球研究工作。该机械手还能够向人们直观的展示机械手臂运动过程，并可显示机械手臂在一次运动过程中所消耗能量，可广泛的应用于机器人教学中。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种网球挥拍机械手，包括球拍夹持机构，腰部转动机构，重心升降机构，肩部转动机构和肘部转动机构。其特征在于，在腰部转动机构上设有重心升降机构，在重心升降机构上设有肩部转动机构和肘部转动机构，在肘部转动机构上设有球拍夹持机构。所述的腰部转动机构包括基座、腰部底板和设在基座上的第一转动机构。所述的第一转动机构由腰部电动机、第一腰部同步带轮、腰部同步带、第二腰部同步带轮及腰部轴组成，第一腰部同步带轮连接于腰部电动机的输出轴，第二腰部同步带轮与腰部轴固定连接，腰部同步带分别与第一腰部同步带轮、第二腰部同步带轮分别啮合，所述腰部底板连接于腰部轴。所述的重心升降机构包括升降机构和肩部底板，升降机构由直线导杆、升降电动机、第一升降同步带轮、升降同步带、第二升降同步带轮组成。升降同步带与第一升降同步带轮、第二升降同步带轮啮合，升降同步带连接于肩部底板，升降电动机设在腰部底板上， 第一升降同步带轮连接于升降电动机的输出轴上，第二升降同步带轮连接于由相互连接的直线导杆、腰部底板及重心升降部上固定板构成的框架上，所述的肩部底板与直线导杆滑动连接并可沿直线导杆上下滑动。所述的肩部转动机构包括大臂和第二转动机构，第二转动机构由肩部电动机、第一肩部同步带轮、第二肩部同步带轮、肩部同步带及肩部轴组成。肩部同步带与第一肩部同步带轮、第二肩部同步带轮啮合，第一肩部同步带轮连接于肩部电动机的输出轴上，第二肩部同步带轮固定连接于肩部轴上，所述大臂连接于肩部轴上，所述的肩部电动机设在肩部底板上。所述的肘部转动机构包括小臂和第三转动机构，第三转动机构由肘部电动机、第一肘部同步带轮、第二肘部同步带轮、第三肘部同步带轮、第四肘部同步带轮、二级传动轴、 第一肘部同步带、第二肘部同步带、肘部轴组成。第一肘部同步带与第一肘部同步带轮、第二肘部同步带轮啮合，第一肘部同步带轮连接于肘部电动机输出轴上，第二肘部同步带轮和第三肘部同步带轮均固定连接于二级传动轴上，第二肘部同步带与第三肘部同步带轮、 第四肘部同步带轮啮合，第四肘部同步带轮固定连接于肘部轴上，所述的小臂连接于肘部轴上，所述的肘部电动机设在肩部底板上。与现有技术相比，本技术的优点是1.该机械手可以模拟网球正手击球动作，实现不同的挥拍动作，让人们充分认识到不同挥拍动作所产生的不同效果，这样人们在练习网球时就会主动练习标准挥拍动作， 初学者在观看模拟动作之后可有效避免在学习过程中走弯路，较为迅速提高初学者的技战术水平。2.可在此机械手上开展一系列的网球研究工作，如对网球运动中网球飞行路线、 网球的各种受力、阻抗、击球能量优化设计等的网球运动深度分析。3.该机械手能够向人们直观的展示机械手臂运动过程，也可通过编程来改变机械手臂的运动过程，还可显示机械手臂在一次运动过程中所消耗能量，可广泛的应用于机器人教学中，学习者能够深刻的学习机器人的相关知识。4.通过举办一系列的机器人比赛，例如以挥拍动作、击球消耗的能量和网球飞行距离三者间的关系、通过编程控制挥拍动作来实现最佳击球效果等为主题的比赛，可以激发广大同学积极参与机器人实践的热情，同时在比赛的过程中也大力普及了机器人、编程等方面的相关知识。5.该机械手提供了一种新的网球发球方法即通过机械手臂夹持网球拍击打释球装置释放出的网球来实现发球，通过编程控制机械手臂的运行速度进而可以改变网球的发球速度，通过调整球拍的姿势进而可以改变网球的飞行方向和旋向(如上旋球、下旋球)。附图说明图1是网球挥拍机械手的整体外形图；图2是图1中夹持部分的放大图；图3是图1中肘部和肩部的放大图；图4是图1中肩部剖视图；图5是图1中肘部剖视图；图6是图1中重心升降部放大图；图7是图1中腰部放大图；图8是图6和图7中的结构的连接方式剖视图；图9是图6中重心升降部的上部剖视图；图中1.控制箱 2.电源箱 3.重心升降部上固定板 4.直线导杆 5.重心升降部同步带 6.信号电源线 7.网球 8.抛球勺 9.抛球装置底板 10.套筒 11.旋转电磁铁 12.法兰盘 13.第一肘部同步带 14.第二肘部同步带 15.大臂 16.小臂 17.圆柱销 18.紧固手柄 19.螺钉 20.锁紧环 21.夹持套筒 22.肘部编码器 23.肩部轴 24.肩部编码器 25.腰部编码器 26.肩部同步带 27.肩部电动机 28.腰部电动机 29.腰部同步带 30.腰部底板 31.机架 32.肘部电动机 33.重心升降部编码器 34.缓冲弹簧 35.重心升降部电动机 36.腰部轴 37.第二肩部同步带轮 38.第三肘部同步带轮 39.第二肘部同步带轮 40.肩部底板41. 二级传动轴42.大臂连接凸台43.肘部轴 44.小臂连本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种网球挥拍机械手，包括：球拍夹持机构，腰部转动机构，重心升降机构，肩部转动机构和肘部转动机构，其特征在于，在腰部转动机构上设有重心升降机构，在重心升降机构上设有肩部转动机构和肘部转动机构，在肘部转动机构上设有球拍夹持机构，所述的腰部转动机构包括基座、腰部底板（３０）和设在基座上的第一转动机构，所述的第一转动机构由腰部电动机（２９）、第一腰部同步带轮（４６）、腰部同步带（２８）、第二腰部同步带轮（４７）及腰部轴（３６）组成，第一腰部同步带轮（４６）连接于腰部电动机（２９）的输出轴，第二腰部同步带轮（４７）与腰部轴（３６）固定连接，腰部同步带（２８）分别与第一腰部同步带轮（４６）、第二腰部同步带轮（４７）分别啮合，所述腰部底板（３０）连接于腰部轴（３６），所述的重心升降机构包括升降机构和肩部底板（４０），升降机构由直线导杆（４）、升降电动机（３５）、第一升降同步带轮（５３）、升降同步带（５）、第二升降同步带轮（５１）组成，升降同步带（５）与第一升降同步带轮（５３）、第二升降同步带轮（５１）啮合，升降同步带（５）连接于肩部底板（４０），升降电动机（３５）设在腰部底板（３０）上，第一升降同步带轮（５３）连接于升降电动机（３５）的输出轴上，第二升降同步带轮（５１）连接于由相互连接的直线导杆（４）、腰部底板（３０）及重心升降部上固定板（３）构成的框架上，所述的肩部底板（４０）与直线导杆（４）滑动连接并可沿直线导杆（４）上下滑动，所述的肩部转动机构包括大臂（１５）和第二转动机构，第二转动机构由肩部电动机（２７）、第一肩部同步带轮（５４）、第二肩部同步带轮（３７）、肩部同步带（２６）及肩部轴（２３）组成，肩部同步带（２６）与第一肩部同步带轮（５４）、第二肩部同步带轮（３７）啮合，第一肩部同步带轮（５４）连接于肩部电动机（２７）的输出轴上，第二肩部同步带轮（３７）固定连接于肩部轴（２３）上，所述大臂（１５）连接于肩部轴（２３）上，所述的肩部电动机（２７）设在肩部底板（４０）上，所述的肘部转动机构包括小臂（１６）和第三转动机构，第三转动机构由肘部电动机（３２）、第一肘部同步带轮（５５）、第二肘部同步带轮（３９）、第三肘部同步带轮（３８）、第四肘部同步带轮（４５）、二级传动轴（４１）、第一肘部同步带（１３）、第二肘部同步带（１４）、肘部轴（４３）组成，第一肘部同步带（１３）与第一肘部同步带轮（５５）、第二肘部同步带轮（３９）啮合，第一肘部同步带轮（５５）连接于肘部电动机（３２）输出轴上，第二肘部同步带轮（３９）和第三肘部同步带轮（３８）均固定连接于二级传动轴（４１）上，第二肘部同步带（１４）与第三肘部同步带轮（３８）、第四肘部同步带轮（４５）啮合，第四肘部同步带轮（４５）固定连接于肘部轴（４２）上，所述的小臂（１６）连接于肘部轴（４３）上，所述的肘部电动机（３２）设在肩部底板（４０）上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩良，张晓坤，刘鸣洲，柳懿麟，应弘辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84