陳林+談佳欣+成宇

【摘 要】球類器材是體育館常見的、借出與歸還的頻率較高運(yùn)動(dòng)器材。目前體育館球類器材借還的流程復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，給借球者、管理者帶來了不便。本文提出了一種新型體育館球類自助借還裝置，包括還球機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)球機(jī)構(gòu)、借球機(jī)構(gòu)、動(dòng)作機(jī)構(gòu)、控制單元，實(shí)現(xiàn)了籃球、足球、排球的自助借還，簡化了借還球流程，提高了借還球的效率，提升用戶使用體驗(yàn)，降低了人力管理成本，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】球類借還一體機(jī)；機(jī)電一體化；人機(jī)交互技術(shù)

目前大學(xué)校園里每天都有體育活動(dòng)，在學(xué)校里沒有球類運(yùn)動(dòng)器材的同學(xué)也可以向?qū)W校管理人員借用球類，然而通過專門的管理人員來管理這些球以防止丟失，這樣的管理方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本體育館球類自助借還裝置可以實(shí)現(xiàn)球類的自助借還，減少管理成本。當(dāng)然也可以在社區(qū)、大型公司中使用，以此來增強(qiáng)員工的身體素質(zhì)，排解工作壓力。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

基于單片機(jī)控制的體育館球類自助借還裝置由箱體、控制系統(tǒng)、借球系統(tǒng)、還球系統(tǒng)、運(yùn)球系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)由顯示屏、單片機(jī)、計(jì)數(shù)傳感器、位置檢測傳感器組成；借球系統(tǒng)由出球軌道、防彈細(xì)桿、出球擋板、控制出球擋板的步進(jìn)電機(jī)、出球口、出球箱組成；還球系統(tǒng)由還球口、還球軌道、還球擋板、控制還球擋板的步進(jìn)電機(jī)組成；運(yùn)球系統(tǒng)由儲(chǔ)球管、儲(chǔ)球管彈簧結(jié)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)、絲桿、絲桿支撐座、限位擋板組成。

箱體由6塊板組成，構(gòu)成機(jī)器的外殼，如圖2所示?？刂葡到y(tǒng)的顯示屏設(shè)置在箱體的右上部，供使用者操作和查看信息，且顯示屏下方設(shè)置有IC卡閱讀器；單片機(jī)設(shè)置在箱體的內(nèi)部，控制整個(gè)機(jī)器；計(jì)數(shù)傳感器設(shè)置在儲(chǔ)球管入口，計(jì)算儲(chǔ)球量；位置檢測傳感器設(shè)置在運(yùn)球系統(tǒng)儲(chǔ)球管的上下運(yùn)動(dòng)極限位置，可以判斷儲(chǔ)球管的位置，以執(zhí)行不同動(dòng)作。如圖2和圖1所示，借球系統(tǒng)的出球軌道由支撐桿支撐，且從右至左設(shè)有兩級(jí)傾斜軌道，一級(jí)傾斜軌道傾斜程度小，既有導(dǎo)軌的作用，也有儲(chǔ)球的作用，二級(jí)斜軌道傾斜程度大，只有導(dǎo)軌的作用，便于球類的快速滾出；防彈細(xì)桿、出球擋板和控制出球擋板的步進(jìn)電機(jī)安裝在出球軌道的一級(jí)、二級(jí)軌道結(jié)合處，可以控制球的滾出；出球口設(shè)置在出球軌道的左部最末端；出球箱設(shè)置在出球口的下面，安裝在箱體外殼上。如圖2和圖1所示，還球系統(tǒng)的還球口設(shè)置在箱體的左上部，靠近顯示屏；還球軌道由支撐桿支撐，且從左至右設(shè)有兩級(jí)傾斜軌道，一級(jí)傾斜軌道最左端設(shè)置在還球口處，且傾斜程度大，起到導(dǎo)軌的作用，便于球類的快速滾入，二級(jí)斜軌道傾斜程度小，既有導(dǎo)軌的作用，也有儲(chǔ)球的作用。如圖4所示，運(yùn)球系統(tǒng)的儲(chǔ)球管設(shè)置在儲(chǔ)球管彈簧結(jié)構(gòu)上，儲(chǔ)球管彈簧結(jié)構(gòu)安裝在絲桿上，絲桿安裝在絲桿支撐座，步進(jìn)電機(jī)安裝在絲桿支撐座上，驅(qū)動(dòng)絲桿，從而帶動(dòng)儲(chǔ)球管上下移動(dòng)；限位擋板設(shè)置在出球軌道的最高端，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，從而帶動(dòng)擋球板上下。

2.工作過程

現(xiàn)結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)闡述工作過程。借球過程：當(dāng)使用者需要借用球類時(shí)，將IC卡放置在顯示屏下方的IC卡閱讀器上，IC卡感應(yīng)器確認(rèn)個(gè)人信息后，用戶可點(diǎn)擊顯示屏上的借球按鈕，控制系統(tǒng)發(fā)送指令給驅(qū)動(dòng)出球擋板處的步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)出球擋板下降，處于待借出位置的球沿儲(chǔ)球軌道下落，經(jīng)過出球口，進(jìn)入出球箱，同時(shí)，后續(xù)的球會(huì)在重力的作用下向前滾動(dòng)，驅(qū)動(dòng)出球擋板處的步進(jìn)電機(jī)再次運(yùn)轉(zhuǎn)，擋板隨之上升擋住后續(xù)的球滾入出球箱。隨后顯示屏顯示“借球成功”，使用者便可借走球，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉。借球信息記錄至IC卡里。還球過程：當(dāng)使用者完成運(yùn)動(dòng)，需要?dú)w還球類時(shí)，用戶刷完IC卡，在顯示屏上點(diǎn)擊還球按鈕，同時(shí)用戶將球放入還球口。球類利用重力沿著還球軌道滑到底部，進(jìn)入儲(chǔ)球管道，在儲(chǔ)球軌道入口安裝的計(jì)數(shù)傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)球管現(xiàn)有儲(chǔ)球量，儲(chǔ)球好后，顯示屏上顯示“還球成功”。運(yùn)球過程：當(dāng)儲(chǔ)球管儲(chǔ)存一定數(shù)量的球類后，儲(chǔ)球管入口的計(jì)數(shù)傳感器將計(jì)數(shù)信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，控制驅(qū)動(dòng)還球擋板的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)還球口和儲(chǔ)球管間的還球擋板運(yùn)轉(zhuǎn)，阻止后續(xù)歸還的球類進(jìn)入儲(chǔ)球管道，控制系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)出指令，控制驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)球管的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)儲(chǔ)球管道上升，儲(chǔ)球管道上升至出球軌道最高端時(shí)，位置檢測傳感器檢測到信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，儲(chǔ)球管停止上升，并和還球軌道對(duì)接，在還球軌道設(shè)置有一段限位擋板，使儲(chǔ)球管的進(jìn)球端限制上升，彈簧受壓縮，而另一封閉端會(huì)被翹起，球在重力作用下向儲(chǔ)球管進(jìn)球端滾動(dòng)，滾出儲(chǔ)球管，進(jìn)入出球軌道一級(jí)傾斜軌道，由出球擋板擋住球類并儲(chǔ)存，等待使用者借用。

3.結(jié)論

本產(chǎn)品在學(xué)校體育館的試驗(yàn)效果理想，問卷調(diào)查顯示，同學(xué)們認(rèn)為體育館球類自助借還裝置為同學(xué)們參與體育活動(dòng)提供了極大的便利，增加了同學(xué)們的運(yùn)動(dòng)積極性。本裝置自主創(chuàng)新了利用重力設(shè)計(jì)的借球系統(tǒng)和還球系統(tǒng)，研發(fā)了巧妙的運(yùn)球系統(tǒng)，提高了球類管理效率；并采用了相關(guān)領(lǐng)域的成熟技術(shù)和部件來優(yōu)化了人機(jī)交互體驗(yàn)，便于青少年中老年人操作。

隨著生活水平日益增長，國民健康意識(shí)提高，體育用品的市場前景變得更加廣闊，體育館球類自助借還裝置將會(huì)帶來良好的社會(huì)效益。

作者簡介：

陳林：（1996.03-），男，湖南常德人，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)14級(jí)本科生。

談佳欣：（1996.08-）， 男，上海人，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)15級(jí)本科生。

成宇：（1997.03-），男，貴州都勻人，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)15級(jí)本科生。

張啟航：（1996.06-），男，云南曲靖人，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)15級(jí)本科生。

鐘力：（1963.03-），女，遼寧開原人，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械機(jī)械學(xué)院教師。endprint