文档介绍：中国海洋大学
本科毕业设计
开题报告
题目网球自动捡球机设计
院、系工程学院机电工程系
专业机械设计制造及其自动化(年级)2011
学生姓名
学号
指导教师
教务处制表
2015 年 4 月 2 日
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70~120cm,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