CN112238457A

CN112238457A - 一种基于机械臂的网球机器人

Info

Publication number: CN112238457A
Application number: CN201910652612.1A
Authority: CN
Inventors: 杨帆; 钱佳忠; 王文杰
Original assignee: Zhejiang Deepcode Robot Co ltd
Current assignee: Zhejiang Deepcode Robot Co ltd
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-01-19

Abstract

本发明提供了一种基于机械臂的网球机器人，包括所述机械臂包括依次设置的旋转主体、第一段杆、第二段杆、第三段杆和第四段杆；以所述旋转主体的转轴所垂直的平面为参考平面：所述第一段杆的转轴平行于参考平面；所述第二段杆为两个方向能转动的机构，包括连接座和杆体，所述连接座的转轴平行于参考平面，杆体安装与连接座上，其转轴垂直于连接座的转轴；所述第三段杆的转轴垂直于第二段杆杆体的转轴；所述第四段杆的转轴与第三段杆的转轴垂直，网球拍设置在第四段杆上。本发明实现了利用机械臂模拟运动员用个网球拍击球，且机构灵巧、动作敏捷，对动力的要求低，容易控制。

Description

一种基于机械臂的网球机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术，尤其涉及一种网球机器人。

背景技术：

对于采用采用机械臂的打网球机器人，目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于机械臂的网球机器人。本发明所采用的技术方案是这样的：

一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于包括所述机械臂包括依次设置的旋转主体、第一段杆、第二段杆、第三段杆和第四段杆；

以所述旋转主体的转轴所垂直的平面为参考平面：

所述第一段杆的转轴平行于参考平面；

所述第二段杆为两个方向能转动的机构，包括连接座和杆体，所述连接座的转轴平行于参考平面，杆体安装与连接座上，其转轴垂直于连接座的转轴；

所述第三段杆的转轴垂直于第二段杆杆体的转轴；

所述第四段杆的转轴与第三段杆的转轴垂直，网球拍设置在第四段杆上。

进一步地，所述第一段杆、第二段杆、第三段杆的长度依次递减。

进一步地，所述第二段杆连接座的驱动电机通过连杆体系和第二段杆中的连接座的转轴连接，所述连杆体系采用所述第一段杆、第五杆、第六杆和第七杆组成，所述第一段杆、第五杆、第六杆和第七杆构成顶点处为转动连接的可变形的平行四边形，第六杆和第一段杆平行，第五杆和第七杆平行，所述连接座的转轴和第七杆固定连接、与第一段杆为活动连接。

进一步地，所述旋转主体的固定座设置轮式行走装置，所述轮式行走装置设置多个轮子，各轮子由其独立的电机通过减速机构驱动并配有转向机构。

进一步地，所述旋转主体的顶部设置连接架，所述第一段杆的电机安装在旋转主体的连接架上，所述旋转主体连接该连接架的颈部和旋转主体的固定座之间通过角接触轴承连接；所述第一段杆的电机的输出轴和该连接架之间通过角接触轴承连接；所述第二段杆连接座的驱动电机也安装在该连接架上，其输出轴和该连接架之间通过角接触轴承连接；所述第二段杆杆体通过深沟球轴承连接在其连接座上；第三段杆的转轴与第二段杆上的连接架通过深沟球轴承连接；第四段杆的转轴与第三段杆上的连接架通过深沟球轴承连接。

进一步地，它设置有离体视觉系统及控制系统；视觉系统获得网球的运动位置数据，然后预测网球的路线，控制系统根据视觉系统预测的网球路线，控制网球机器人到达预测的线路附近，控制机械臂击球。

进一步地，所述网球机器人进入打球模式时，由视觉系统预测网球轨迹，计算出击球点；在击球前，由旋转主体的驱动电机驱动旋转主体从初始角度向后旋转，进入准备状态。

进一步地，每次击球后或一开始进入打球模式时，机械臂都运动回到初始位置。

进一步地，所述初始位置时，旋转主体转至初始角度，机械臂曲臂上举球拍，球拍正面面向前方。

由于采用本发明的技术方案，本发明实现了利用机械臂模拟运动员用个网球拍击球，且机构灵巧、动作敏捷，对动力的要求低，容易控制。

附图说明

图1为本发明网球机器人的实施例示意图。

图2为本发明网球机器人的机械臂处在初始位置时的示意图。

图3为本发明网球机器人的机械臂打开到某一角度时的示意图，以便观察其结构。

图4为本发明网球机器人的主体部位剖视图。

具体实施方式

参照附图。本发明提供的一种基于机械臂的网球机器人包括所述机械臂包括依次设置的旋转主体100、第一段杆1、第二段杆、第三段杆3和第四段杆4。

以所述旋转主体100的转轴106所垂直的平面为参考平面，该参考面一般可以认为是水平面：

旋转主体100的顶部设置连接架107，所述第一段杆1的电机安装在旋转主体的连接架107上。所述第一段杆1的转轴平行于参考平面，第一段杆可以采用沿轴向并列的双杆结构，其中一根和第一段杆的驱动电机11连接，另一根杆被动转动，这样，不仅提高力学性能，而且为其后的杆件设置提供空间和连接位置。

所述第二段杆为两个方向能转动的机构，包括连接座21和杆体22，杆体22既能随连接座21一起以连接座21的转轴210为轴转动，又能以其自身的转轴为轴转动。所述连接座21的转轴210平行于参考平面，当然也和第一段杆的转轴平行，杆体22安装可转动地安装在连接座21上，杆体22的转轴垂直于连接座的转轴210，为了提高其抗击球反作用力的能力，转轴210和杆体22的转轴最好在同一平面上。

为了提高机械臂对指令响应的敏捷性，所述第二段杆连接座21的驱动电机24通过连杆体系和第二段杆中的连接座21的转轴210连接，所述连杆体系采用所述第一段杆1、第五杆5、第六杆6和第七杆7组成，所述第一段杆1、第五杆5、第六杆6和第七杆7构成顶点处为转动连接的可变形的平行四边形，第六杆6和第一段杆1平行，第五杆5和第七杆7平行，所述连接座的转轴210和第七杆7固定连接、与第一段杆10为活动连接，第一段杆的双杆中，其中之一与第一段杆1的转轴固定连接，驱动电机11通过驱动第一段杆1的转轴转动来驱动双杆中的该杆转动，双杆中的另一根杆活套在第五杆5的转轴上，第五杆5的转轴和第一段杆1的转轴在同一直线上，驱动电机24通过驱动第五杆5的转轴带动第五杆5转动，进而通过该连杆体系带动转轴210转动。这样，驱动电机24即相对于旋转主体100几乎没有力臂，对于机械臂击球时的动作相应无影响，提高动作的敏捷性，并有助于降低对各电机的要求。所述连接座21上安装杆体22的驱动电机25，使得安装杆体22按照垂直于连接座的转轴210的轴线转动。

所述第三段杆3的转轴30垂直于第二段杆杆体22的转轴，可以在杆体22的末端安装连接架31，将第三段杆3的驱动电机32安装在连接架31上，由驱动电机32驱动转轴30转动，并进而带动第三段杆3转动，最佳地，为提高抗击球反作用力的能力，第二段杆杆体22的转轴和转轴30的轴线最好在同一平面上。

所述第四段杆4的转轴与第三段杆3的转轴30垂直，网球拍200设置在第四段杆4上。可以在第三段杆3的末端安装连接架41，将第四段杆4的驱动电机42安装在连接架41上，由驱动电机42驱动第四段杆4的转轴转动，并进而带动第四段杆4转动，最佳地，为提高抗击球反作用力的能力，第四段杆4的转轴和转轴30的轴线最好在同一平面上。

同样地，为了提高动作的敏捷性，提高抗击球反作用力的能力，所述第一段杆1、第二段杆2、第三段杆3的长度最好依次递减。

所述旋转主体100连接所述连接架107的颈部和固定座101之间通过角接触轴承201连接；驱动电机11的输出轴和连接架之间通过角接触轴承202连接；所述第二段杆连接座21的驱动电机24也安装在连接架107上，其输出轴和连接架107之间通过角接触轴承203连接；所述杆体22通过深沟球轴承204连接在连接座21上；第三段杆3的转轴与第二段杆上的连接架31通过深沟球轴承205连接；第四段杆4的转轴与第三段杆上的连接架41通过深沟球轴承205连接。通过以上轴承的组合，不仅使得轻量化的机械臂可以自由运动，提高高速状态下的稳定性，可以耐受末端速度要求达到20m/s，同时，可以适配网球击球的特点，减小减速机和电机出轴径向和轴向的受力，及降低击打网球时所受的冲击力。

所述旋转主体100的固定座101设置轮式行走装置。所述轮式行走装置，所述轮式行走装置设置3个或4个轮子103，轮子103由其独立的电机104通过减速机构驱动，轮子103配有转向装置，每个轮子可配有专属的转向装置，所述转向装置包括驱动电机105和齿轮传动机构106，通过电机105驱动齿轮进而带动与齿轮轴连接的轮子转向，可以在网球场内高速往返冲刺运动并提高输出扭矩的方向控制性能，充分适应网球运动特点，且在运动过程中主体的100的Y轴位置恒定，便于网球击球控制的运算和控制。

本发明的基于机械臂的网球机器人设置有离体视觉系统及控制系统。视觉系统和控制系统均可设置在网球机器人之外的某处，通过控制系统发指令给网球机器人，执行指令，做相应的动作。所述控制系统设置网球机器人体外，可以便于控制系统提高配置也、降低网球机器人的负载，既提高控制效果又增加运动的灵活性。作为替代的，视觉系统及控制系统也可设置在网球机器人中。

视觉系统负责获得网球的运动位置数据，然后预测网球的路线，控制系统根据视觉系统预测的网球路线，控制网球机器人到达预测的线路附近，控制机械臂击球。所述视觉系统的摄像头可设置在球场的能够最佳观察网球轨迹、运动员动作、眼神的某一个位置或某几个位置。所述网球机器人进入打球模式时，由视觉系统预测网球轨迹，计算出击球点；

在击球前，由旋转主体100的驱动电机102驱动旋转主体从初始角度向后旋转，进入准备状态。

每次击球后或一开始进入打球模式时，机械臂都运动回到初始位置，便于简化动作轨迹的计算以及增加击球的力量。所述初始位置时，旋转主体100转至所述初始角度，机械臂曲臂上举球拍，球拍正面面向前方，见图1。

在本发明中所述轴泛指实体轴或者轴的中心线。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到本技术方案技术特征的等同的变化或替代，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于包括所述机械臂包括依次设置的旋转主体、第一段杆、第二段杆、第三段杆和第四段杆；

以所述旋转主体的转轴所垂直的平面为参考平面：

所述第一段杆的转轴平行于参考平面；

所述第三段杆的转轴垂直于第二段杆杆体的转轴；

2.如权利要求1所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于所述第一段杆、第二段杆、第三段杆的长度依次递减。

3.如权利要求1所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于所述第二段杆连接座的驱动电机通过连杆体系和第二段杆中的连接座的转轴连接，所述连杆体系采用所述第一段杆、第五杆、第六杆和第七杆组成，所述第一段杆、第五杆、第六杆和第七杆构成顶点处为转动连接的可变形的平行四边形，第六杆和第一段杆平行，第五杆和第七杆平行，所述连接座的转轴和第七杆固定连接、与第一段杆为活动连接。

4.如权利要求1所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于所述旋转主体的固定座设置轮式行走装置，所述轮式行走装置设置多个轮子，各轮子由其独立的电机通过减速机构驱动并配有转向机构。

5.如权利要求1所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于旋转主体的顶部设置连接架，所述第一段杆的电机安装在旋转主体的连接架上，所述旋转主体连接该连接架的颈部和旋转主体的固定座之间通过角接触轴承连接；所述第一段杆的电机的输出轴和该连接架之间通过角接触轴承连接；所述第二段杆连接座的驱动电机也安装在该连接架上，其输出轴和该连接架之间通过角接触轴承连接；所述第二段杆杆体通过深沟球轴承连接在其连接座上；第三段杆的转轴与第二段杆上的连接架通过深沟球轴承连接；第四段杆的转轴与第三段杆上的连接架通过深沟球轴承连接。

6.如权利要求1所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于它设置有离体视觉系统及控制系统；

视觉系统获得网球的运动位置数据，然后预测网球的路线，控制系统根据视觉系统预测的网球路线，控制网球机器人到达预测的线路附近，控制机械臂击球。

7.如权利要求1所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于所述网球机器人进入打球模式时，由视觉系统预测网球轨迹，计算出击球点；

在击球前，由旋转主体的驱动电机驱动旋转主体从初始角度向后旋转，进入准备状态。

8.如权利要求1所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于每次击球后或一开始进入打球模式时，机械臂都运动回到初始位置。

9.如权利要求8所述的一种基于机械臂的网球机器人，其特征在于所述初始位置时，旋转主体转至初始角度，机械臂曲臂上举球拍，球拍正面面向前方。