一种智能程控捡球传球机的设计

陶来华

【摘 要】目前国内市场智能程控捡球传球机零使用。因此设计了一款新型的智能程控捡球传球机。主要为了方便于篮球运动员的使用。捡球传球机由收集装置、发球装置和中央处理器组成，并用活塞连杆装置作为篮球弹射机构。智能程控捡球传球机能够完成篮球的收集和发球，可以避免产生球场上满是散落的篮球的状况。自动化程度高，能实现自动收集和发球，节省大量人力资源。

【关键词】智能；捡球；传球；设计

1 设计背景

近年来，随着运动产业的不断发展，各国运动员的水平都在不断提高，这也必须将训练设备进行不断改进，不断完善，促使运动员更加有效、快捷地进步，特别是篮球运动项目。目前我国的篮球运动发展受到了一定的阻碍，一定程度上与我们人体的体质特征有关，但也与训练装置有一定的关系。

目前我国篮球训练基本仍采用传统的训练方式，利用人工进行捡球和传球。此训练方式不但需要雇佣人工，而且因个体的差异，每次传出的球力度和方向都不同，无法达到训练的规范化和科学性。所以要设计出价位比较合理，同时拥有收集球、发球、计算命中率等技能的智能程控捡球传球机。

2 设计方案

2.1 捡球装置

投篮已进篮筐的球将通过管1收集，没有进篮筐的球通过外侧的网兜收集。网兜的上沿与下沿都是通过三根圆柱形铁棒与管1连接。运用三根圆柱形铁棒首先是为了让网兜更为稳定，同时也尽量不占据整个平面的面积，使得没有进框的球都可以被网兜收集。其次运用圆柱形是因为避免棱角将球划破。管1制作成上大下小是因为投进的球会有一定的偏移，因此口径采用上大下小利于篮球被收集。捡球装置如下图1所示。

2.2 计数控制装置

管1末端处安装的计数器所计的数目是指进球的个数，记为a，直管2处安装的计数器所计的数目是指总共投球的个数，记为s，命中率m=a/s。计数控制装置结构框架如图2所示。

2.3 发球装备

发球装置采用了活塞连杆装置，并且使用涡轮蜗杆减速器匹配使用。通过直管2处安装的感应器，利用PLC控制技术，将篮球有序地发射。我们采用的活塞顶部是凹形的，尺寸与篮球的球面相吻合，目的是使得球面与活塞顶部接触面尽可能的大，使得弹射力更大。发球装置如图3所示。

2.4 程控系统

微处理器芯片IC1内部的振荡器通过2、3脚与外部的振荡晶体X组成一个高频振荡器，产生高频振荡信号。此信号送入定时信号发生器后产生40KHz的正弦信号和定时脉冲信号。正弦信号送入编码调制器作为载波信号；定时脉冲信号送制扫信号发生器、键控输入编码器和指令编码器作为这些电路的时间标准信号。

3 数据分析

3.1 活塞连杆弹射力

式中，T为弹射力；V1为篮球加速到x1处时的速度，x1为活塞从一个极限位置到另一个极限位置的距离；ρ为空气密度；f为篮球与管壁之间的滚动摩擦系数；θ为直管3与斜管之间的夹角。

3.2 篮球的运动轨迹

根据计算和试验，通过matlab建立传球的运动方程为Y=-0.38X2+2.487X，仿真轨迹如图4所示。

4 创新点及应用

1）投篮捡球机中的两个地方安装有计数器，因此可以计算投篮命中率。

2）出球口的上下角度可以调节，可以适应不同身高的人群使用。

3）出球口的水平角度可以调节，可以在球场上任意角度接收球。

4）发球装置运用了活塞栏杆机构，使得发球更加稳定。

5）动力电池作为助力动力源，无需拉线通电，使投篮捡球机在使用过程中更加便捷。

【参考文献】

[1]濮良玉，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2005：271-398.

[2]郑文维，吴克坚.机械原理[M].第七版.北京：高等教育出版社，2007：108-121.

[3]王永軍，常产伟，张国忠.对带传动设计过程中离心力的剖析[J].煤矿机械，2006，12.

[4]徐春涛，廉哲满.基于矫正解的经过预定三位置的四杆机构设计[J].延边大学学报（自然科学版），2012（1）.

[5]李见山.求解铰链四杆机构未知杆件长度[J].科技经济市场，2006（3）.

[6]赵竹青.平面铰链四杆机构的准静态分析方法[J].科技信息，2009（5）.

[7]武丽梅.面向制造的四杆机构轨迹综合的精度研究[J].制造技术与机床，2005（4）.

[8]闫思江，李凡国.变杆长参数化四杆机构的运动学仿真[J].机械传动，2011（12）.

[9]王筱华.四杆机构位移分析及连杆曲线绘制[J].大连轻工业学院学报，1999（4）.

[10]王晓光，武永强.考虑人因工程学的椭圆机设计[J].工程图学学报，2007（1）.

[11]刘友成.曲柄摇杆机构计算机仿真设计[J].科技信息（科学教研），2005（37）.

[12]马天文，周建军，张亚平.基于伺服电机的齿轮箱传动精度检测系统[J].机电工程，2013（3）.

[责任编辑：田吉捷]endprint