一种能与人对打乒乓球的机器人

摘要

一种能与人对打乒乓球的机器人，它涉及一种机器人，具体涉及一种能与人对打乒乓球的机器人。本发明为了解决现有乒乓球机器人各自由度对应的执行机构的累积误差较大，且制作成本高的问题。本发明包括移动机构和击球机构，所述移动机构包括平行球网移动组件、两个方管支架、两个不锈钢导轨和两个垂直球网方向移动组件，两个方管支架分别设置在乒乓球台的两侧，每个方管支架分别各安装一个垂直球网方向移动组件，两个不锈钢导轨并排平行设置在两个方管支架之间，每个不锈钢导轨的两端分别各与相对应的一个垂直球网方向移动组件连接，平行球网移动组件安装在两个不锈钢导轨上，击球机构安装在平行球网移动组件上。本发明用于与人对打乒乓球。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种能与人对打乒乓球的机器人。

背景技术

乒乓球机器人的应用场合有两种，一是为职业的乒乓球运动员提供模仿竞争对手的 打法的训练，二是给业余乒乓球爱好者做陪练。在控制系统和机械结构速度能满足要求的 情况下，我们以能精确的将球击打回运动员所在的球台上的特定位置为目标。国内外类似 的技术有：1988年美国设计的乒乓球机器人；90年代西班牙的乒乓球机器人；日本的乒 乓球机器；浙江大学的仿人形乒乓球机器人等。现有乒乓球机器人各自由度对应的执行机 构的累积误差较大，且制作成本高。

发明内容

本发明为解决现有乒乓球机器人各自由度对应的执行机构的累积误差较大，且制作 成本高的问题，进而提出一种能与人对打乒乓球的机器人。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括移动机构和击球机构，所述 移动机构包括平行球网移动组件、两个方管支架、两个不锈钢导轨和两个垂直球网方向移 动组件，两个方管支架分别设置在乒乓球台的两侧，且每个方管支架沿长度方向的轴线均 与乒乓球台沿长度方向的中线平行，每个方管支架分别各安装一个垂直球网方向移动组 件，两个不锈钢导轨并排平行设置在两个方管支架之间，且每个不锈钢导轨的轴线均与乒 乓球台沿宽度方向的中心线平行，每个不锈钢导轨的两端分别各与相对应的一个垂直球网 方向移动组件连接，平行球网移动组件安装在两个不锈钢导轨上，击球机构安装在平行球 网移动组件上，所述击球机构包括球拍、球拍平台、击球支撑平台、导轨、滚动滑块、支 撑圆台、第一舵盘、第一齿轮、第二齿轮、气缸、第一舵机、PVC管、钢管、提升电机、 提升连杆、提升曲柄、击球连杆、击球曲柄、法兰盘、舵机座、第二舵盘和第二舵机，导 轨安装在击球支撑平台的上表面上，球拍平台通过滚动滑块安装在导轨上，滚动滑块沿导 轨直线移动，舵机座安装在球拍平台上，第一舵盘与第一舵机连接，第一舵机安装在舵机 座上，击球曲柄的一端与第一舵盘连接，击球曲柄的另一端与击球连杆的一端连接，击球 连杆的另一端通过角铝铰链与球拍上部的背面连接，球拍下部的背面通过角铝铰链与球拍 平台的上表面连接，气缸固定安装在击球支撑平台上，气缸的气杆与球拍平台连接，PVC 管通过尼龙轴承插装在击球支撑平台的中部，钢管的下端穿过PVC管与击球支撑平台下 方的法兰盘连接，支撑圆台通过尼龙轴承套装在钢管的下部，且支撑圆台位于击球支撑平 台的下表面与法兰盘的上表面之间，支撑圆台的上端与击球支撑平台的下表面连接，第一 齿轮套装在支撑圆台的外侧壁上，第二舵机固定安装在击球支撑平台上，第二舵机的输出 轴穿过击球支撑平台与位于击球支撑平台下方的第二舵盘连接，第二舵盘与第二齿轮连 接，第二齿轮与第一齿轮啮合，提升电机安装在钢管的上端，提升电机的输出轴与提升连 接杆的一端连接，提升连接杆的另一端与提升曲柄的一端连接，提升曲柄的另一端与PVC 管的外侧壁连接。

本发明的有益效果是：本发明采用非摇臂式的击球方式，使得个自由度对应的执行 机构的积累误差小，积累误差小于2cm，这使得本发明的机械结构惯量较小，对动力源的 要求不高，因而成本低廉，另外通过计算机控制系统对乒乓球飞行轨迹和旋转状况的提取 与分析计算，可使回球落点十分精确；对于落到机器人所在球台并弹起至少18cm的乒乓 球，通过完善的球拍角度、气缸流速、电机转速控制，能做到以一定速度范围内的任意回 球速度落到对面球台任意指定点。以现有的控制系统还未达到此效果，但通过把球送到球 拍前，手动操作气缸击打进行的实验，观测到回球状态与人直板式握拍推打乒乓球效果基 本一致。若想通过此机器人击打旋转球、弧圈球，还需要提升电机以及垂直球网机构的联 动来实现。

附图说明

图1是击球机构整体结构示意图，图2是平行球网移动机构结构示意图，图3是本 发明去掉击球机构后的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种能与人对 打乒乓球的机器人包括移动机构和击球机构，所述移动机构包括平行球网移动组件、两个 方管支架1、两个不锈钢导轨2和两个垂直球网方向移动组件，两个方管支架1分别设置 在乒乓球台的两侧，且每个方管支架1沿长度方向的轴线均与乒乓球台沿长度方向的中线 平行，每个方管支架1分别各安装一个垂直球网方向移动组件，两个不锈钢导轨2并排平 行设置在两个方管支架1之间，且每个不锈钢导轨2的轴线均与乒乓球台沿宽度方向的中 心线平行，每个不锈钢导轨2的两端分别各与相对应的一个垂直球网方向移动组件连接， 平行球网移动组件安装在两个不锈钢导轨2上，击球机构安装在平行球网移动组件上，所 述击球机构包括球拍3、球拍平台4、击球支撑平台5、导轨6、滚动滑块7、支撑圆台8、 第一舵盘9、第一齿轮10、第二齿轮11、气缸12、第一舵机13、PVC管14、钢管15、 提升电机16、提升连杆17、提升曲柄18、击球连杆19、击球曲柄20、法兰盘21、舵机 座22、第二舵盘23和第二舵机24，导轨6安装在击球支撑平台5的上表面上，球拍平台 4通过滚动滑块7安装在导轨6上，滚动滑块7沿导轨6直线移动，舵机座22安装在球 拍平台4上，第一舵盘9与第一舵机13连接，第一舵机13安装在舵机座22上，击球曲 柄20的一端与第一舵盘9连接，击球曲柄20的另一端与击球连杆19的一端连接，击球 连杆19的另一端通过角铝铰链与球拍3上部的背面连接，球拍3下部的背面通过角铝铰 链与球拍平台4的上表面连接，气缸12固定安装在击球支撑平台5上，气缸12的气杆与 球拍平台4连接，PVC管14通过尼龙轴承插装在击球支撑平台5的中部，钢管15的下 端穿过PVC管14与击球支撑平台5下方的法兰盘21连接，支撑圆台8通过尼龙轴承套 装在钢管15的下部，且支撑圆台8位于击球支撑平台5的下表面与法兰盘21的上表面之 间，支撑圆台8的上端与击球支撑平台5的下表面连接，第一齿轮10套装在支撑圆台8 的外侧壁上，第二舵机24固定安装在击球支撑平台5上，第二舵机24的输出轴穿过击球 支撑平台5与位于击球支撑平台5下方的第二舵盘23连接，第二舵盘23与第二齿轮11 连接，第二齿轮11与第一齿轮10啮合，提升电机16安装在钢管15的上端，提升电机 16的输出轴与提升连接杆17的一端连接，提升连接杆17的另一端与提升曲柄18的一端 连接，提升曲柄18的另一端与PVC管14的外侧壁连接。

本实施方式中，气缸12通过气杆推动球拍平台4，使球拍3主动击打来球，气缸12 的气压控制在0.5MPa以内即可；第一舵机13通过第一舵盘9、击球曲柄20、击球连杆 19来改变球拍3的击球角度；第二舵机24通过第二舵盘23驱动第二齿轮11转动，第二 齿轮11通过第一齿轮10带动击球支撑平台5在水平方向小角度转动，以准确的实现球拍 3的击球动作。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种能与人对打乒乓 球的机器人的击球机构还包括限位螺栓39，PVC管14的外侧壁上开有长孔14-1，限位 螺栓39穿过PVC管14外侧壁上的长孔14-1与钢管15的外侧壁连接。

本实施方式的技术效果是：如此设置，有效的防止了PVC管14与钢管15之间的 相对转动，避免了由于PVC管14发生转动导致的击球机构的击球误差。其它组成及连接 关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种能与人对 打乒乓球的机器人的平行球网移动组件包括击球机构安装平台25、同步带26、主动带轮 座27、主动带轮28、电机座29、直流微电机30、主动带轮滑动小车31、从动带轮滑动 小车32、从动带轮座33、从动带轮34和四个方管35，主动带轮滑动小车31上固定安装 有两个方管35，从动带轮滑动小车32上固定安装有两个方管35，主动带轮滑动小车31 和从动带轮滑动小车32分别与相对应的一个方管支架1滑动连接，主动带轮滑动小车31 上的每个方管35分别套装在相对应的一个不锈钢导轨2的一端上，从动带轮滑动小车32 上的每个钢管35分别套装在相对应的一个不锈钢导轨2的一端上，主动带轮座27固定安 装在主动带轮滑动小车31上，主动带轮28安装在主动带轮座27上，从动带轮座33固定 安装在从动带轮小车32上，从动带轮34安装在从动带轮座33上，主动带轮28通过同步 带26与从动带轮34连接，电机座29固定安装在主动带轮滑动小车31上，直流微电机 30安装在电机座29上，直流微电机30的输出轴与主动带轮28连接，击球机构安装平台 25安装在两个不锈钢导轨2上，且击球机构安装平台25与两个不锈钢导轨2滑动连接， 击球机构安装平台25与同步带26的带身连接，法兰盘21安装在击球机构安装平台25 上。

本实施方式的技术效果是：如此设置，直流微电机30驱动主动带轮28转动，主动 带轮28通过同步带26带动从动带轮34转动，同步带26带动击球安装平台25沿两个不 锈钢导轨2直线移动，进而使球拍23能够准确移动到乒乓球的落点出进行击球。其它组 成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种能与人对 打乒乓球的机器人的每个垂直球网移动组件包括驱动电机36、驱动带轮37、驱动带轮支 架38和驱动带，驱动带轮支架38固定安装相应的一个方管支架1上，驱动带轮37安装 在驱动带轮支架38上，驱动电机36的输出轴与驱动带轮37连接，驱动带套装在驱动带 轮37上，驱动带的两端分别于相对应的一个方管35连接。

本实施方式的技术效果是：如此设置，两个驱动电机36同步驱动两个驱动带轮37 转动，两个驱动带轮37通过两个驱动带拉动两个不锈钢导轨2沿两个方管支架1直线移 动。其它组成及连接关系与具体实施方式一或三相同。

工作原理

本发明中第一舵机13、第二舵机24、气缸12、直流微电机30、两个驱动电机36均 与计算机控制系统连接，计算机控制系统采集并分析乒乓球落点及速度信息后，操控第一 舵机13、第二舵机24、气缸12、直流微电机30、两个驱动电机36使球拍3以移动到准 确位置以最佳角度主动击打来球。