网球收容一体研发装置

赵平嘉 朱应烽 何基势 张道东 张增建

摘 要：目前市场上存在的网球回收装置类型比较少且大多价格昂贵，大部分的网球场任然依靠手工捡球这种低效且费时费力的回收方式。本文介绍一种应用于网球回收的装置，能高效的拾取大片的网球，取代人工捡球的烦琐，减少不必要体力劳动。捡球装置工作时通过太阳能板提供电源，维持装置的工作，闲置时可通过太阳能蓄电，绿色环保;也可以直接充电 ，预防特殊情况，方便快捷。有效的延长捡球装置的工作时长。

关键词：网球拾取;太阳能板

随着社会的快速发展，人们的娱乐活动越来越广泛，而网球也是广大人民群众的爱好之一。人们在练习网球后，面对地上大片的网球也只能逐个去捡，不仅浪费体力，而且效率低下。对于需要高强度训练的运动员而言，减轻运动员和教练的负担，提高训练效果是非常有必要的。目前国内市场上已有的网球回收装置不是价格昂贵就是回收效率低。而此款新型的网球拾取装置不仅完美的解决了这些问题，而且能高效的完成网球的回收工作。

1 网球拾取装置的总体设计理念

网球拾取装置的设计理念参照人体工程学，最大限度的契合人体的自然形态，满足人体活动最佳舒适性的尺寸。不用主动适应，就能轻松减少疲劳感。首先是要保证装置的稳定性，避免频繁的维修和更换损坏的零部件，其次在最大程度上减轻操作人员的体力劳动，因而整体设计需要考虑装置的整体重量与装置的耐用度以及实用性。“美”是大多数消费者的首选因素，一个优秀的产品需要一个引人注目的外观形象，经调查，决定采用“动漫风”的元素设计装置的外观，更符合大众的潮流。

2 网球拾取装置的工作原理

操作员推动装置朝网球散落的地方行进，挡板在前轮的带动下快速转动，将行进路线上的网球打入装置内部，进入装置内部的网球因锥形挡板的阻碍分别流向底部两侧。在减速电机的带动下，螺旋杆会将底部的网球往上输送，最后汇集在上方的收纳盒，至此完成整个回收工作。

3 电源设计

太阳能是可再生资源，也是清洁能源，利用太阳能给装置提供电源，不会产生任何的环境污染，绿色环保。太阳能电池板是太阳能发电系统中价值最高的部分。太阳能电池板是太阳能电池的集合，它们协同工作供电。单个电池不具有大量发电的能力，所以需要将多个电池单元组装在一起。多个电池能够增加电池容量，以满足电池的需要。面板上的可用光越多，它们提供的电量就越大，所以其侧面与顶部都装有太阳能板，加大采光面积。本装置采用光→电的直接转换的形式，将太阳辐射能直接转换成电能，或送往蓄电池存储起来，或推动负载工作。太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应该是控制器的可选项。太阳能被称为最理想的新能源，其受限性也很大，如果天气不晴朗，产生的电流将会减少百分之七十五甚至更多。在夜间时，太阳能电池板不会产生任何电能，这时候的供电完全依赖于电池或者其他电力来源。所以增设外接充电器辅助充电，以防特殊状况。

4 动力设计

尼龙螺旋杆的工作依靠电机的带动，所以电机的性能是关键的一环。为了保证螺旋杆运动的稳定性，首先要保证有足够大的的扭矩。扭矩是发动机性能的一个重要参数，是指发动机运转时从曲轴端输出的平均力矩。电机转矩即电动机的输出扭矩，为电动机的基本参数之一，常用单位为N*m（牛*米）。

电机相关性能的计算公式如下：

电机功率：P=1.732*U*I*cosφ

电机转矩：T=9549*P/n

即  电机转矩=9550*输出功率/输出转速

其中，P为功率，单位KW;T为扭矩，单位N.m;n为转速，单位rpm;

其次要选择合适的转速;直流减速电机的特性是转速越低，扭矩越大。在保证扭矩足够大的情况下，应尽量提高电机转速，保证螺旋杆能足够快的抬升网球，缩短网球上升的时间。但电机机转速也不能过快，否则网球会在切入螺旋杆时有2到3秒的卡顿，对于整体而言，得不偿失;

最后是电机的额定功率;电动机的额定功率，是指电动机在额定运行（额定电压，额定转速，额定负载）条件下，转轴上输出的机械功率;经过计算，选用额定电压为12V、额定转速95r/min、额定转矩1.7N.m的行星减速电机;当使用电压：DC12.0V的时候，最大功率达到30W。而太阳能电池板能提供18v 的电压50w的功率，在正常情况下，足以维持装置的正常运作，在太阳能电池板提供的电压较低时电机仍能带动螺旋杆转动。行星减速电机具有体积小、重量轻、噪声低、承载能力高，输出扭矩大等特点，是螺旋杆动力来源的不二之选。

5 机械结构设计

5.1行走机构设计

行走机构由底盘和万向轮（后轮）、计米轮（前轮）构成。底盘框架由轻型铝材组成，两两之间由三角板固定，增加其稳定性。轻型铝材的刚度和强度足以承受机身重量。考虑到整体装置的稳定性，采用“综合三角式”的稳定立体架构。万向轮提供了全向移动的能力，增加其灵活性。

5.2拾取机构设计

拾取机构由特制的3D打印挡板，同步轮，同步带，计米轮，三角形斜坡等构成，拾取机构是整个装置的灵魂，拾取机构的工作“效果”是最为重要的一个环节。经过反复实验，调整挡板的离地高度與挡板的厚度。挡板通过同步轮、同步带与计米轮（前轮）相连，获得动力。当传动比为1：3时，挡板能顺畅的将网球打入内部，不会因为人力的因素而出现卡顿等情况，稳定的完成网球的拾取工作。在装置行进过程中，三角形斜坡保证了进入内部的网球能快速的流向底部抬升机构处，且避免了网球回流，影响后面的网球流入底部。

5.3网球抬升机构设计

网球抬升机构主要由直流减速电机、尼龙输送螺杆、卧式轴承，联轴器等组成。螺杆与卧式轴承在特定的位置固定，保证螺杆与网球有合适角度接触，能快速的将网球拉入，避免网球在底部堆积。减速电机通过联轴器与螺旋杆相接，给螺杆提供动力。随着螺旋杆的运动，底部的网球沿着螺旋杆边缘同步运动，达到网球抬升的目的。

结束语

基于螺旋式上升的网球拾取装置，本文设计的一款人性化的网球回收装置，具有操作简洁，制作方便，运行平稳，工作效率高等特点。并对网球拾取装置进行总体设计，还对其各个机构部件进行系统的设计分析。网球拾取装置实现了对网球的高效回收，可以给人们提供极大便利，让人们在娱乐活动和训练中有更好的体验感。网球拾取装置的更新换代势必对其他类似的机构或者机械产生重大影响。

（北部湾大学机械与船舶海洋工程学院  广西  钦州  53500）