（沈陽工業(yè)大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110178）

新型智能遙控羽毛球發(fā)球機研制

李 濤 王姍姍 趙 鑫 李星明 武 軍 馮天云

（沈陽工業(yè)大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110178）

羽毛球發(fā)球機的出現(xiàn)解決了由于缺少陪練人員或者陪練的發(fā)球高度、角度、遠近距離等技術(shù)發(fā)揮不穩(wěn)定而導致訓練效果欠佳的問題。本文設(shè)計了一款新型智能遙控羽毛球球發(fā)球機，能滿足不同訓練者的使用要求。該發(fā)球機由儲球機構(gòu)、紅外線遙感系統(tǒng)、分球機構(gòu)、發(fā)球機構(gòu)、水平（俯仰）角度改變機構(gòu)、機架及控制系統(tǒng)組成，以高壓氣體為主動力，并用單片機為控制核心，對儲球機構(gòu)、分球機構(gòu)和角度改變機構(gòu)進行高效集中控制。

羽毛球發(fā)球機；遙控；智能

隨著全民健身運動的開展，羽毛球作為一項既休閑時尚又具有終身鍛煉價值的運動項目， 越來越受到人們的青睞。而在羽毛球?qū)W習訓練過程中，需要人來配合練習，由于缺少陪練人員或者陪練的發(fā)球高度、角度、遠近距離等技術(shù)發(fā)揮不穩(wěn)定而導致訓練效果欠佳。因此，研制一種智能遙控羽毛球發(fā)球機，解決上述問題是十分有必要。羽毛球發(fā)球機將會讓更多的人能更舒適、更有效地進行羽毛球?qū)W習及訓練。

1 羽毛球發(fā)球機現(xiàn)狀

目前世界上羽毛球發(fā)球機生產(chǎn)廠家最具代表性的為“斯波阿斯”、“ 悍克”。前者生產(chǎn)的羽毛球發(fā)球機主要采用兩個輪子擠壓羽毛球頭部將羽毛球打出。通過改變發(fā)球筒角度和自動升降系統(tǒng)來實現(xiàn)多角度、多方位發(fā)球。該類產(chǎn)品原理復雜，生產(chǎn)材料要求較高。通過擠壓的方法將球發(fā)出容易造成羽毛球的損失，會降低羽毛球的使用次數(shù)。生產(chǎn)成本較高，不利羽毛球發(fā)球機的廣泛推廣。后者生產(chǎn)的羽毛球發(fā)球機采用高壓氣體將羽毛球打出，通過改變發(fā)球筒的角度和氣壓大小來實現(xiàn)多角度、多方位的發(fā)球。該設(shè)備動力源較多除了高壓氣缸外還有多個電機。該類產(chǎn)品系統(tǒng)較多，控制系統(tǒng)比較多，體積比較龐大不適合室外場地的使用。綜上可知，研制一種可遙控的、便攜的羽毛球發(fā)球機是十分必要的。

2 羽毛球發(fā)球裝置總體結(jié)構(gòu)及工作原理

本文提出的羽毛球發(fā)球機是集電子、機械、計算機技術(shù)及運動理論知識為一體的綜合技術(shù)產(chǎn)物，具有整體協(xié)調(diào)運作、多功能、自動化的特點。

該羽毛球發(fā)球機主要有分球機構(gòu)（雙夾分球機構(gòu)，彈簧擋板機構(gòu)和電磁鐵）、發(fā)球機構(gòu)（雙作用氣缸、圓環(huán)式定位預緊機構(gòu)、導向管和錐形發(fā)射器）、機位調(diào)整機構(gòu)（俯仰機構(gòu)和左右方向改變機構(gòu)）、底座支架機構(gòu)（上下伸縮的支撐桿和可移動的遙控車）。

圖1

發(fā)球過程如下，在電磁開關(guān)帶動下，羽毛球經(jīng)雙夾分球機構(gòu)從球筒內(nèi)單一分離出來落入發(fā)球筒，有重力作用到達發(fā)球筒指定位置，然后發(fā)球筒運動到指定位置，此時控制氣閥打開，高壓氣體通入氣將球吹打出去。

羽毛球發(fā)出后，發(fā)射器回到初始位置，第二個羽毛球落入發(fā)球筒，循環(huán)上述動作。

3 羽毛球發(fā)球機參數(shù)確定

羽毛球發(fā)球裝置技術(shù)指標如下：

（1）出球頻率：最慢頻率6 球/分，最快頻率 20 球/分，設(shè)有0 檔位，不供球。

（2）出球速度：出口最低速度 40公每小時，出口最高速度 300公里每小時。

（3）橫向調(diào)節(jié)范圍：向左調(diào)整角度45°，向右調(diào)整角度45°

（4）縱向俯仰角度調(diào)節(jié)范圍：向上角度30°，向下角度10°。

（5）整體移動范圍：左右移動610cm，前后移動460cm。

4 羽毛球發(fā)球機關(guān)鍵部位設(shè)計

4.1 分球機構(gòu)

本設(shè)計由雙夾分球機構(gòu)，彈簧擋板機構(gòu)和電磁鐵組成，設(shè)計思路是通過機械運動使球在球筒內(nèi)以一定的頻率逐一落下，便于出球均勻以及分球運動的實現(xiàn)。

當兩個電磁鐵都不得電時兩個夾子同時夾緊羽毛球固定；當下電磁鐵帶電下夾子打開，上夾子依舊處于關(guān)閉狀態(tài)。這樣防止多球掉落，同時實現(xiàn)分球；當上電磁鐵帶電上夾子打開，下夾子依舊處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣可以實現(xiàn)多球掉落，下夾子可以鎖住羽毛球；上夾子和下夾子關(guān)閉實現(xiàn)一個分球流程。

圖2

4.2 發(fā)球機構(gòu)

發(fā)球機構(gòu)需要實現(xiàn)每次從分球機構(gòu)分離出來的羽毛球都能到達發(fā)球筒內(nèi)的指定位置，然后將球準確打出。本設(shè)計有四部分組成，分別是雙作用氣缸、圓環(huán)式定位預緊機構(gòu)、導向管和錐形發(fā)射器，設(shè)計思路是通過重力作用羽毛球落入導向管內(nèi)，活塞運動將球準確推到指定位置（圓環(huán)式定位預緊機構(gòu)）。然后通氣孔通入高壓氣體將羽毛球吹打出去實現(xiàn)發(fā)球動作。

圖3

圖4

圖5

采用高壓氣體作為發(fā)射羽毛球的動力源，可以通過控制氣壓的大小或氣閥通氣量的多少來控制氣缸的運動從而控制發(fā)球的力度，從而實現(xiàn)發(fā)射不同球路類型羽毛球。

采用這種錐形發(fā)射器，首先起到穩(wěn)定羽毛球的作用，再者因為氣體沖擊的是羽毛球求托的內(nèi)部，可以免除羽毛球毛片因高壓氣體的沖擊而受損，同時因為發(fā)射器的錐度和標準羽毛球的錐度接近甚至想等，可以提高氣密性。

采用圓環(huán)式定位預緊機構(gòu)，可起到固定羽毛球的作用而不損害羽毛球，同時可以保證準確將羽毛球發(fā)出，保證發(fā)球角度。

4.3 機位調(diào)整機構(gòu)

本羽毛球發(fā)球機的位姿調(diào)整機構(gòu)包括俯仰機構(gòu)和左右方向改變機構(gòu)。俯仰機構(gòu)由雙作用氣缸、氣桿和支撐架組成。左右方向改變機構(gòu)由步進電機、齒輪、軸承等組成。

俯仰機構(gòu)，前端是固定支架，后端是可以伸縮的氣缸。通過氣桿的上下運動來改變俯仰角度，角度調(diào)整范圍-10°～25°。俯仰角度的改變可以實現(xiàn)發(fā)高遠球，低平球，快速殺球等不同方式的球；也可以實現(xiàn)發(fā)前場球，后場球等。

左右方向改變機構(gòu)，由步進電機通過齒輪傳動帶動發(fā)球機構(gòu)底座繞軸擺動，擺動角度左右各45°。通過左右擺動再配合俯仰機構(gòu)就可以實現(xiàn)把球發(fā)到指定的任何位置。實現(xiàn)多角度、多方式、多地點的發(fā)球。

4.4 底座支架機構(gòu)

底座支架機構(gòu)由可以上下伸縮的支撐桿和可移動的遙控車組成。

支撐桿可以伸縮，通過調(diào)整整個發(fā)球機的高度來改變發(fā)球機相對人的位置，從而有助于發(fā)出多角度多方式的球。

遙控車將整體發(fā)球機以及控制機構(gòu)盛放在小車上方，結(jié)構(gòu)精巧，便于移動，可以實現(xiàn)在多種場地的使用和推廣。

結(jié)語

本文以現(xiàn)有羽毛球發(fā)球機為背景，對其進行改進和創(chuàng)新，對其總體設(shè)計做了相應的理論分析，使其結(jié)構(gòu)盡可能簡單且方便控制，為羽毛球愛好者提供便利，滿足了市場的需要。通過軟件對羽毛球發(fā)球機進行仿真，證明智能遙控羽毛球發(fā)球機設(shè)計是完全可行的，并能夠達到預期的效果。

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