网球自动捡球机设计(优秀含CAD图纸+设计说明书)
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本科毕业设计开题报告题 目 网球自动捡球机设计一、选题依据课题来源、选题依据和背景情况;课题研究目的、学术价值或实际应用价值1、课题来源、选题依据和背景情况。本课题为教师自拟课题。根据国际机器人联合会 (International Federation of Rob otics, IFR)发布的2014年服务机器人研究报告,2013年个人和家用服务机器人销量大约为四百万台,比2012年增长28%,市场规模约为17亿美元。据估计,将有3100万台个人服务机器人于2014至2017年之间售出,这也就意味着服务机器人在这一领域将有持续而强劲的增长。可见机器人将越来越多的走进日常生活当中,而网球运动正在全世界范围内得到越来越多的关注和喜爱,但是网球爱好者,特别是运动员在进行网球训练的时候,要频繁捡起散落在很大范围内的网球是一件耗时耗力的工作,每个人都不可能像专业运动员一样拥有自己的球童,而具有高效、全自动捡球功能的机器可广泛应用于各种类型的网球练习场地,为人们进行网球训练提供便利和节省时间。因此网球训练迫切地需求自动捡球机器人来辅助。2、课题研究目的、实际应用价值据中国网球协会官方最新数据统计,到2008 年,凭借郑洁温网杀入四强和李娜的奥运会四强,国人网球热情空前高涨。中国网球人口已突破 800 万。而随着李娜法网捧杯,WTA官网甚至认为,李娜的大满贯冠军将为中国增加 3 亿网球人口。由此可分析,我国的网球运动必将蒸蒸日上,市场上对网球捡球机的需求也会直线增加。本课题的主要研究目的是本项设计主要目的是开发一种网球自动捡球机,解决同类产品中可能出现的卡球和伤球现象,并同时具有高效率和无遗漏的特点。二、文献综述国内外研究现状、发展动态;查阅的主要文献国内外研究现状、发展动态随着网球这种高强度远动的普及,越来越多的人参与其中,但对于普通运动者来说,不可能有球童负责为其捡球,遍布全场的网球拣起来实在是件累人、费时的事,针对这一现状,网球场捡球机器人应运而生1。目前网球捡球机构较少,较为经济的网球捡球机多以人工操作为主,又有圆筒式、滚筒网状式和篮筐式等用弹性条状材料制作,其间距略小于网球直径,用力压下或者滚过球身时将球压进筒或筐中。网球筐和网球筒是早期提出的方案,有的机构已经做出了产品。这类机构一般都十分简练实用,但效率一般较低,人工参与的比较多。市场上已经存在不同种类的网球捡球篮(如图1、图2所示)和捡球筒(如图3、图4所示),都是通过人工操作实现的。但是这种捡球机构不能适应网球的直径变化;可能出现“卡球”现象;对网球的伤害较大,减少了网球的使用寿命;不能够捡拾网球场边缘的网球,而且对网球场地有一定的损伤。图2 网球筐2图1 网球筐1 图4 捡球筒2图3 捡球筒1网球捡球筒的结构更为简单, 主要由收集筒、手柄和进口阀弹簧组成。收集筒用于存储收集到的网球;手柄便于操作;而进口阀弹簧保证了网球的单向通过,使已经捡起的网球不会掉落。这种捡球机构简单方便,成本低,但存在不少缺点。与网球筐一样,对网球伤害较大;捡球时作用相对较少,需要人工寻找对准网球,实际上只是减少一个弯腰的动作;效率极低,一次只能捡一个球,存储球的数量也十分有限;随着捡球数量的增加,捡球难度也增大2。目前市场上还出现了一类手推式网球捡球车。此类捡球车为半自动式,需要有人操作。它体积大且重,相对于智能化捡球机比较笨拙,既浪费空间,又影响训练人员打球,还需要人工操作,相对于智能化捡球机浪费了不必要的时间与体力。而且,此类捡球车只适用于地上球较多的情况,它的适用环境较局限4。图5 自动网球捡球机图5是一种自动网球捡球机,该遥控自动网球拾球机主要组成包括车体、拾球滚筒、储球箱、驱动轮、万向轮、传动齿轮组、传感器、电路板、电池和拉杆式推把等部件。其工作原理为:采用后轮驱动,左、右驱动轮由两个电动机分别带动,前轮是万向轮, 起支撑的作用,共同实现拾球机前进、转弯及后退等动作。万向轮转动时通过传动齿轮组带动拾球滚筒5,传动齿轮组与万向轮之间是采用单向推力轴承联接, 保证了拾球滚筒在前进时转动而自动拾球, 而在后退时停转以防止滚 筒反转将网球带出箱外6。 拾到的网球暂时存放在储球箱中,储球箱设计为抽屉式结构,可随时安放和取出。拉杆式推把可根据拾球人员身高的变化而相应地调节长度,推把长度的范围在70120cm,该结构非常灵活。结构设计考虑到传感器的安装, 用于避障检测用的两对红外反射式传感器分别安装在前面左、右两端,三对红外对射式传感 器安装在储球箱的上部内侧。电路板和电池是拾球机的控制系统,控制着其他部件的动作4。目前较先进的拾球器是全自动拾球机,采用机械臂和图象识别等高科技,不需人工操作,可以完全自动拾球,但效率低,每次只能拾起一个球,且结构非常复杂, 成本相当高,不容易推广3。国外的自动捡球机构也较少,大部分常见的都是半自动人工参与的,如图6,7均为手动式捡球机7,8,这两款捡球机与上述国内捡球机比较类似,纯手动操控,机构简单,操作方便,价格低廉,但人性化不足。 图7 国外捡球机2图6 国外捡球机1 图9 国外捡球机4图8 国外捡球机3图8和图9为国外的半自动捡球机10,11,其结构复杂,造价成本高,体积较大,占空间,操作简单,捡球效率高,但不能自主完成捡球过程,需要人的辅助,综合来说需要改进的部分较多。除此之外,关于乒乓球捡球机的研究也比较多,由于乒乓球与网球结构上比较相似,同时为了拓展视野,我也对乒乓球捡球机进行了相关的调研。乒乓球的直径为40mm,质量为2.7g,具有体积小、质量轻的特点,特别适合吸力装置吸取。风扇在转动时,抽风的一端会形成负压;如果将一个管道与风扇的抽风面相连接,则在风扇的作用下,管道内的气压将小于管道外的大气压, 管道口附近的物体将在压力差的作用下被吸进管道里11。利用这个原理制作的捡乒乓球机如图10所示。图10 乒乓球捡球机器人1再有一种就是“收割式”捡球机,该方案捡球效果好且设计与制造方便,机械传动链少,造价低。其设计图如图11所示。其工作原理为:人手握可调节的推杆以正常行走速度向有散落乒乓球的区域走动,带动捡球机的驱动轮转动,驱动轮又带动叶轮转臂转动,通过叶轮齿片将乒乓球划入捡球机内,过挡球板,进入可方便拆卸的储球盒内,实现了散落满地乒乓球的捡拾工作12。图11 乒乓球捡球机2相对于体积小,质量轻的乒乓球,高尔夫球与网球更为接近,在此,我还查找了有关高尔夫球捡球机的相关资料。由于高尔夫球场面积广,对捡球机器人的需求并不高,因此只有较为简单的捡球装置,如图12所示13:图12 高尔夫捡球器网球捡球机的需求量很大,国内外相关设计也不少。本设计主要工作是通过对不同捡球机功能、特点、和相关参数进行分析后,得到设计捡球机的关键技术问题,从而对现有的设计方法加以改进,设计出一种更加高效、智能、防卡球现象的自动捡球机。参考文献1 席泽生. 网球场捡球机器人系统设计J.电气与自动化,2012,41(2):140-1412 韩良,王德彬,龚焕.智能网球车的研制J.机电技术,2011,2:49-543 吕腾飞,陆丽等.智能网球捡球机的研制J.电子世界4 卢飞跃,刘志锋.遥控自动网球拾球机的研制J.机电工程技术,2010,39(06):86-895 王侃,杨秀梅.网球训练场拾球机的设计A.第十二届全国机械设计协会,20066 胡利永,章磊,郑堤,等.落叶清扫机器人的研制J.机电工程,2009,26(10):96-987 Tennis Ball Pick-up and Storage DeviceP.US:US 20020151390A1,oct.17,20028 Ball-picking DeviceP.US:US006481768B1,Nov.19,20029 Tennis Ball Pick-up CartP.US:US 20140294547A1,Oct.2,201410 Tennis Ball Collection DeviceP.US:US008920101132,Dec.30,201411 许东伟,刘建群,林淦.乒乓球捡球机器人的设计与实现J.机床与液压,2014,42(3):16-1912 朱建,安必胜,朱向楠.乒乓球捡球机的创新设计与感悟J.工程技术与应用,2011,8(1):34-3613 Golf Ball Pick-up DeviceP.US:US007165796B1,Jan.23,2007三、研究内容1 学术构想与思路;主要研究内容及拟解决的关键问题(或技术)随着我国网球运动的不断普及,越来越多的人开始参与到其中,网球训练中网球的使用数量会很多,基本上会布满整个网球场,这时捡球便成为一件令人头疼的事,因此设计一款结构简单,价格实惠,能够快速捡起网球的网球机器人的需求也日益增长。本课题的主要研究内容:设计一款高效的网球自动捡球机,解决同类产品中可能出现的卡球和伤球现象,并具有高效率和无遗漏的特点。拟解决的关键问题有:(1) 捡球方式的选择;(2) 传动方式的选择;(3) 行走速度分析;(4) 球道数选择。2拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析研究方法:利用文献调研和市场调查对市场上已有产品进行分析,比选实现本课题目标的最佳技术途径和机械机构方案,以此为基础,完成零件和整机的图纸设计。技术路线:确立设计背景期刊检索市场调研专利检索修改完善初步设计原理设计强度校核结构草图装配图零件图设计说明书实施方案:(1) 查阅相关的文献资料,了解相关设计方案及原理;(2) 捡球机机械系统运动方案设计;(3) 捡球机零部件参数计算,以及选取;(4) 捡球机三维图及二维CAD图纸绘制;(5) 撰写毕业论文。可行性分析:目前关于网球捡球机的研究也很多,这些研究做出的捡球机均可以实现,并可以轻松完成捡球任务,因此只要参照现有的设计方案的原理以及结构形式,并加以计算、改进,一套可行的新的设计方案是完全可以实现的。四、论文(设计)进度安排起止时间主要内容预期目标3.93.223.234.54.64.194.20-5.155.16至月底查阅相关资料,撰写文献综述,翻译外文资料,完成开题报告的撰写完成捡球机机械系统运动方案设计捡球机的总体结构设计和标准件选型完成捡球机装配图和主要零部件图的绘制撰写毕业论文了解现有网球捡球机构造,和国内外发展现状完成初步方案设计完成结构草图设计完成装配图和零件图完成整个毕业设计五、审核意见导师意见 导师签字: 年 月 日审核小组意见审核小组成员签字: 年 月 日11
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