新型智能遥控羽毛球发球机研制

（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110178）

新型智能遥控羽毛球发球机研制

李 涛 王姗姗 赵 鑫 李星明 武 军 冯天云

（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110178）

羽毛球发球机的出现解决了由于缺少陪练人员或者陪练的发球高度、角度、远近距离等技术发挥不稳定而导致训练效果欠佳的问题。本文设计了一款新型智能遥控羽毛球球发球机，能满足不同训练者的使用要求。该发球机由储球机构、红外线遥感系统、分球机构、发球机构、水平（俯仰）角度改变机构、机架及控制系统组成，以高压气体为主动力，并用单片机为控制核心，对储球机构、分球机构和角度改变机构进行高效集中控制。

羽毛球发球机；遥控；智能

随着全民健身运动的开展，羽毛球作为一项既休闲时尚又具有终身锻炼价值的运动项目， 越来越受到人们的青睐。而在羽毛球学习训练过程中，需要人来配合练习，由于缺少陪练人员或者陪练的发球高度、角度、远近距离等技术发挥不稳定而导致训练效果欠佳。因此，研制一种智能遥控羽毛球发球机，解决上述问题是十分有必要。羽毛球发球机将会让更多的人能更舒适、更有效地进行羽毛球学习及训练。

1 羽毛球发球机现状

目前世界上羽毛球发球机生产厂家最具代表性的为“斯波阿斯”、“ 悍克”。前者生产的羽毛球发球机主要采用两个轮子挤压羽毛球头部将羽毛球打出。通过改变发球筒角度和自动升降系统来实现多角度、多方位发球。该类产品原理复杂，生产材料要求较高。通过挤压的方法将球发出容易造成羽毛球的损失，会降低羽毛球的使用次数。生产成本较高，不利羽毛球发球机的广泛推广。后者生产的羽毛球发球机采用高压气体将羽毛球打出，通过改变发球筒的角度和气压大小来实现多角度、多方位的发球。该设备动力源较多除了高压气缸外还有多个电机。该类产品系统较多，控制系统比较多，体积比较庞大不适合室外场地的使用。综上可知，研制一种可遥控的、便携的羽毛球发球机是十分必要的。

2 羽毛球发球装置总体结构及工作原理

本文提出的羽毛球发球机是集电子、机械、计算机技术及运动理论知识为一体的综合技术产物，具有整体协调运作、多功能、自动化的特点。

该羽毛球发球机主要有分球机构（双夹分球机构，弹簧挡板机构和电磁铁）、发球机构（双作用气缸、圆环式定位预紧机构、导向管和锥形发射器）、机位调整机构（俯仰机构和左右方向改变机构）、底座支架机构（上下伸缩的支撑杆和可移动的遥控车）。

图1

发球过程如下，在电磁开关带动下，羽毛球经双夹分球机构从球筒内单一分离出来落入发球筒，有重力作用到达发球筒指定位置，然后发球筒运动到指定位置，此时控制气阀打开，高压气体通入气将球吹打出去。

羽毛球发出后，发射器回到初始位置，第二个羽毛球落入发球筒，循环上述动作。

3 羽毛球发球机参数确定

羽毛球发球装置技术指标如下：

（1）出球频率：最慢频率6 球/分，最快频率 20 球/分，设有0 档位，不供球。

（2）出球速度：出口最低速度 40公每小时，出口最高速度 300公里每小时。

（3）横向调节范围：向左调整角度45°，向右调整角度45°

（4）纵向俯仰角度调节范围：向上角度30°，向下角度10°。

（5）整体移动范围：左右移动610cm，前后移动460cm。

4 羽毛球发球机关键部位设计

4.1 分球机构

本设计由双夹分球机构，弹簧挡板机构和电磁铁组成，设计思路是通过机械运动使球在球筒内以一定的频率逐一落下，便于出球均匀以及分球运动的实现。

当两个电磁铁都不得电时两个夹子同时夹紧羽毛球固定；当下电磁铁带电下夹子打开，上夹子依旧处于关闭状态。这样防止多球掉落，同时实现分球；当上电磁铁带电上夹子打开，下夹子依旧处于关闭状态，这样可以实现多球掉落，下夹子可以锁住羽毛球；上夹子和下夹子关闭实现一个分球流程。

图2

4.2 发球机构

发球机构需要实现每次从分球机构分离出来的羽毛球都能到达发球筒内的指定位置，然后将球准确打出。本设计有四部分组成，分别是双作用气缸、圆环式定位预紧机构、导向管和锥形发射器，设计思路是通过重力作用羽毛球落入导向管内，活塞运动将球准确推到指定位置（圆环式定位预紧机构）。然后通气孔通入高压气体将羽毛球吹打出去实现发球动作。

图3

图4

图5

采用高压气体作为发射羽毛球的动力源，可以通过控制气压的大小或气阀通气量的多少来控制气缸的运动从而控制发球的力度，从而实现发射不同球路类型羽毛球。

采用这种锥形发射器，首先起到稳定羽毛球的作用，再者因为气体冲击的是羽毛球求托的内部，可以免除羽毛球毛片因高压气体的冲击而受损，同时因为发射器的锥度和标准羽毛球的锥度接近甚至想等，可以提高气密性。

采用圆环式定位预紧机构，可起到固定羽毛球的作用而不损害羽毛球，同时可以保证准确将羽毛球发出，保证发球角度。

4.3 机位调整机构

本羽毛球发球机的位姿调整机构包括俯仰机构和左右方向改变机构。俯仰机构由双作用气缸、气杆和支撑架组成。左右方向改变机构由步进电机、齿轮、轴承等组成。

俯仰机构，前端是固定支架，后端是可以伸缩的气缸。通过气杆的上下运动来改变俯仰角度，角度调整范围-10°～25°。俯仰角度的改变可以实现发高远球，低平球，快速杀球等不同方式的球；也可以实现发前场球，后场球等。

左右方向改变机构，由步进电机通过齿轮传动带动发球机构底座绕轴摆动，摆动角度左右各45°。通过左右摆动再配合俯仰机构就可以实现把球发到指定的任何位置。实现多角度、多方式、多地点的发球。

4.4 底座支架机构

底座支架机构由可以上下伸缩的支撑杆和可移动的遥控车组成。

支撑杆可以伸缩，通过调整整个发球机的高度来改变发球机相对人的位置，从而有助于发出多角度多方式的球。

遥控车将整体发球机以及控制机构盛放在小车上方，结构精巧，便于移动，可以实现在多种场地的使用和推广。

结语

本文以现有羽毛球发球机为背景，对其进行改进和创新，对其总体设计做了相应的理论分析，使其结构尽可能简单且方便控制，为羽毛球爱好者提供便利，满足了市场的需要。通过软件对羽毛球发球机进行仿真，证明智能遥控羽毛球发球机设计是完全可行的，并能够达到预期的效果。

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TP27 < class="emphasis_bold"> 文献标识码：A

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