新型智能遙控羽毛球發球機研制

（沈陽工業大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110178）

新型智能遙控羽毛球發球機研制

李 濤 王姍姍 趙 鑫 李星明 武 軍 馮天云

（沈陽工業大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110178）

羽毛球發球機的出現解決了由于缺少陪練人員或者陪練的發球高度、角度、遠近距離等技術發揮不穩定而導致訓練效果欠佳的問題。本文設計了一款新型智能遙控羽毛球球發球機，能滿足不同訓練者的使用要求。該發球機由儲球機構、紅外線遙感系統、分球機構、發球機構、水平（俯仰）角度改變機構、機架及控制系統組成，以高壓氣體為主動力，并用單片機為控制核心，對儲球機構、分球機構和角度改變機構進行高效集中控制。

羽毛球發球機；遙控；智能

隨著全民健身運動的開展，羽毛球作為一項既休閑時尚又具有終身鍛煉價值的運動項目， 越來越受到人們的青睞。而在羽毛球學習訓練過程中，需要人來配合練習，由于缺少陪練人員或者陪練的發球高度、角度、遠近距離等技術發揮不穩定而導致訓練效果欠佳。因此，研制一種智能遙控羽毛球發球機，解決上述問題是十分有必要。羽毛球發球機將會讓更多的人能更舒適、更有效地進行羽毛球學習及訓練。

1 羽毛球發球機現狀

目前世界上羽毛球發球機生產廠家最具代表性的為“斯波阿斯”、“ 悍克”。前者生產的羽毛球發球機主要采用兩個輪子擠壓羽毛球頭部將羽毛球打出。通過改變發球筒角度和自動升降系統來實現多角度、多方位發球。該類產品原理復雜，生產材料要求較高。通過擠壓的方法將球發出容易造成羽毛球的損失，會降低羽毛球的使用次數。生產成本較高，不利羽毛球發球機的廣泛推廣。后者生產的羽毛球發球機采用高壓氣體將羽毛球打出，通過改變發球筒的角度和氣壓大小來實現多角度、多方位的發球。該設備動力源較多除了高壓氣缸外還有多個電機。該類產品系統較多，控制系統比較多，體積比較龐大不適合室外場地的使用。綜上可知，研制一種可遙控的、便攜的羽毛球發球機是十分必要的。

2 羽毛球發球裝置總體結構及工作原理

本文提出的羽毛球發球機是集電子、機械、計算機技術及運動理論知識為一體的綜合技術產物，具有整體協調運作、多功能、自動化的特點。

該羽毛球發球機主要有分球機構（雙夾分球機構，彈簧擋板機構和電磁鐵）、發球機構（雙作用氣缸、圓環式定位預緊機構、導向管和錐形發射器）、機位調整機構（俯仰機構和左右方向改變機構）、底座支架機構（上下伸縮的支撐桿和可移動的遙控車）。

圖1

發球過程如下，在電磁開關帶動下，羽毛球經雙夾分球機構從球筒內單一分離出來落入發球筒，有重力作用到達發球筒指定位置，然后發球筒運動到指定位置，此時控制氣閥打開，高壓氣體通入氣將球吹打出去。

羽毛球發出后，發射器回到初始位置，第二個羽毛球落入發球筒，循環上述動作。

3 羽毛球發球機參數確定

羽毛球發球裝置技術指標如下：

（1）出球頻率：最慢頻率6 球/分，最快頻率 20 球/分，設有0 檔位，不供球。

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

（3）橫向調節范圍：向左調整角度45°，向右調整角度45°

（4）縱向俯仰角度調節范圍：向上角度30°，向下角度10°。

（5）整體移動范圍：左右移動610cm，前后移動460cm。

4 羽毛球發球機關鍵部位設計

4.1 分球機構

本設計由雙夾分球機構，彈簧擋板機構和電磁鐵組成，設計思路是通過機械運動使球在球筒內以一定的頻率逐一落下，便于出球均勻以及分球運動的實現。

當兩個電磁鐵都不得電時兩個夾子同時夾緊羽毛球固定；當下電磁鐵帶電下夾子打開，上夾子依舊處于關閉狀態。這樣防止多球掉落，同時實現分球；當上電磁鐵帶電上夾子打開，下夾子依舊處于關閉狀態，這樣可以實現多球掉落，下夾子可以鎖住羽毛球；上夾子和下夾子關閉實現一個分球流程。

圖2

4.2 發球機構

發球機構需要實現每次從分球機構分離出來的羽毛球都能到達發球筒內的指定位置，然后將球準確打出。本設計有四部分組成，分別是雙作用氣缸、圓環式定位預緊機構、導向管和錐形發射器，設計思路是通過重力作用羽毛球落入導向管內，活塞運動將球準確推到指定位置（圓環式定位預緊機構）。然后通氣孔通入高壓氣體將羽毛球吹打出去實現發球動作。

圖3

圖4

圖5

采用高壓氣體作為發射羽毛球的動力源，可以通過控制氣壓的大小或氣閥通氣量的多少來控制氣缸的運動從而控制發球的力度，從而實現發射不同球路類型羽毛球。

采用這種錐形發射器，首先起到穩定羽毛球的作用，再者因為氣體沖擊的是羽毛球求托的內部，可以免除羽毛球毛片因高壓氣體的沖擊而受損，同時因為發射器的錐度和標準羽毛球的錐度接近甚至想等，可以提高氣密性。

采用圓環式定位預緊機構，可起到固定羽毛球的作用而不損害羽毛球，同時可以保證準確將羽毛球發出，保證發球角度。

4.3 機位調整機構

本羽毛球發球機的位姿調整機構包括俯仰機構和左右方向改變機構。俯仰機構由雙作用氣缸、氣桿和支撐架組成。左右方向改變機構由步進電機、齒輪、軸承等組成。

俯仰機構，前端是固定支架，后端是可以伸縮的氣缸。通過氣桿的上下運動來改變俯仰角度，角度調整范圍-10°～25°。俯仰角度的改變可以實現發高遠球，低平球，快速殺球等不同方式的球；也可以實現發前場球，后場球等。

左右方向改變機構，由步進電機通過齒輪傳動帶動發球機構底座繞軸擺動，擺動角度左右各45°。通過左右擺動再配合俯仰機構就可以實現把球發到指定的任何位置。實現多角度、多方式、多地點的發球。

4.4 底座支架機構

底座支架機構由可以上下伸縮的支撐桿和可移動的遙控車組成。

支撐桿可以伸縮，通過調整整個發球機的高度來改變發球機相對人的位置，從而有助于發出多角度多方式的球。

遙控車將整體發球機以及控制機構盛放在小車上方，結構精巧，便于移動，可以實現在多種場地的使用和推廣。

結語

本文以現有羽毛球發球機為背景，對其進行改進和創新，對其總體設計做了相應的理論分析，使其結構盡可能簡單且方便控制，為羽毛球愛好者提供便利，滿足了市場的需要。通過軟件對羽毛球發球機進行仿真，證明智能遙控羽毛球發球機設計是完全可行的，并能夠達到預期的效果。

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