新型羽毛球拾球理球一體機(jī)的應(yīng)用與研究

石鑫磊　李瑞洋　吳天礎(chǔ)等

摘要：羽毛球運(yùn)動在中國有著良好的群眾運(yùn)動基礎(chǔ)和大眾普及親和度，而在初學(xué)羽毛球時需要大量的發(fā)球練習(xí)，需要學(xué)習(xí)者耗費(fèi)大量的時間跟精力去做與練球無關(guān)的整理球的活動，市面上此類設(shè)備比較匱乏，因此，我們設(shè)計出了一種羽毛球收集整理機(jī)械。

關(guān)鍵詞：羽毛球；撿拾；理球

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.174

1引言

羽毛球運(yùn)動適合于男女老幼，運(yùn)動量可根據(jù)個人年齡、體質(zhì)、運(yùn)動水平和場地環(huán)境的特點(diǎn)而定。我們發(fā)現(xiàn)在初學(xué)羽毛球時需要大量的發(fā)球練習(xí)，這就會在短時間內(nèi)有許多羽毛球需要整理，而傳統(tǒng)的理球方法費(fèi)時費(fèi)力，需要學(xué)習(xí)者耗費(fèi)大量的時間跟精力去做與練球無關(guān)的整理球的活動，嚴(yán)重影響了練習(xí)效果，使廣大學(xué)者身心疲勞，十分苦惱。

針對上述問題，我們設(shè)計出了一種羽毛球收集整理機(jī)械，此新型羽毛球拾球理球一體機(jī)，集收球理球于一體，創(chuàng)新的使用旋掃式螺旋線分球機(jī)構(gòu)，使羽毛球在下落的過程中隨機(jī)排序，順序出球裝桶，集收集整理一體化設(shè)計。

2設(shè)計背景

目前關(guān)于羽毛球的此類設(shè)備在國內(nèi)外市場上都是嚴(yán)重匱乏的，究其原因，是因為籃球、乒乓球等都是規(guī)則的球體，而羽毛球卻是異形的，而且羽毛很脆弱，即使收集到一起也不好整理。在發(fā)球練習(xí)中我們發(fā)現(xiàn)，最適宜發(fā)球練習(xí)的球應(yīng)該是，球頭朝向一致，首尾相接的一排球，放到手臂上或者發(fā)球機(jī)上方便快捷，省時省力。使運(yùn)動者更能享受羽毛球運(yùn)動的樂趣，而非花大部分的時間去做沒有意義的理球工作。

3羽毛球拾球理球一體機(jī)的模型結(jié)構(gòu)及原理

3.1設(shè)計流程

通過實(shí)際調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，羽毛球整理機(jī)械嚴(yán)重匱乏，究其原因是因為羽毛球外形不規(guī)則，不易整理。為滿足消費(fèi)者的需要，羽毛球拾球理球一體機(jī)主要設(shè)計分為以下部分：羽毛球收集裝置的設(shè)計、理球機(jī)外型設(shè)計與裝配、旋掃式螺旋線分球機(jī)構(gòu)設(shè)計與制作、出球口設(shè)計，同時要保證裝配誤差的減小以確保裝配精度。

3.2工作原理

長毛滾刷將在場地上散落的羽毛球掃到擋板傳送帶上，可以一個較大的角度將羽毛球在低位傳送至較高位置。進(jìn)行理球的預(yù)備工作，最后利用羽毛球所具有的特殊氣動外形進(jìn)行理球。而理球就需要羽毛球有一個正球的過程，我們使用目前市場使用量最大的兩種品牌的羽毛球李寧的AD30、AD36和尤尼克斯AS03、AS05進(jìn)行實(shí)驗。經(jīng)過大量實(shí)驗發(fā)現(xiàn)兩大品牌的四種羽毛球的正球點(diǎn)集中460mm到480mm之間。羽毛球只要在480mm以上自由落下就可以球頭朝向正下方。但是慮到機(jī)器體積問題，這就需要使羽毛球的正球距離變得更短。羽毛球的正球過程是由其氣動外形，相對空氣流速溫濕度共同決定的。但是對正球點(diǎn)影響最大的還是氣動外形和與空氣的相對流速。羽毛球在重力與空氣的作用下落至新型旋掃分球機(jī)構(gòu)上機(jī)構(gòu)如圖1所示，落至新型旋掃理球機(jī)構(gòu)上后，在旋掃刷的旋轉(zhuǎn)推動下被推送至出球口完成隨機(jī)落球順序出球動作，完成理球工作。圖2為整機(jī)設(shè)計三維圖。

3.3設(shè)計計算及零件選型

本機(jī)采用單電機(jī)通過同步帶、齒輪傳動將動力同時傳遞給三個執(zhí)行元件。通過不同的傳動比達(dá)到不同轉(zhuǎn)速。電動機(jī)選用額定電壓12V額定電流0.3A的直流減速電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘，電動機(jī)最大功率為3.6W。機(jī)械執(zhí)行件與電動機(jī)需要有較好的傳動比和較大的傳動距離故選用同步帶傳動。電動機(jī)與送球傳送帶滾桶的中心距是90.7mm，電機(jī)同步帶輪使用的是S2M，60齒節(jié)徑38.197mm齒寬5mm。送球傳送帶滾桶的設(shè)計轉(zhuǎn)速是每分鐘62.5轉(zhuǎn)。

根據(jù)n₂/n₁=z₂/z₁=i，電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速n₁=50，送球傳送帶滾桶設(shè)計轉(zhuǎn)速n₂=62.5，主動輪齒數(shù)Z₁=60求得送球傳送帶滾桶動輪齒數(shù)z₂=48，傳動比i=1.25

掃球滾筒設(shè)計轉(zhuǎn)速為每分鐘62.5轉(zhuǎn)。設(shè)計動力來自送球傳送帶滾桶軸，由于送球傳送帶滾桶的設(shè)計轉(zhuǎn)速與掃球滾筒設(shè)計轉(zhuǎn)速一致，但是轉(zhuǎn)向相反，所以需要一對直齒圓柱齒輪改變旋轉(zhuǎn)方向，送球傳送帶滾桶軸與掃球滾筒旋轉(zhuǎn)軸中心距是76.9mm，有較大的傳動距離。需要帶傳動。因送球傳送帶滾桶與掃球滾筒的傳動比是1，而相同規(guī)格零件批量加工會有價格優(yōu)勢，故同步帶輪選用與送球傳送帶滾桶從動輪相同規(guī)格的同步帶輪。直齒圓柱齒輪設(shè)計參數(shù)是模數(shù)m=1.125，中心距a=38.25mm，齒數(shù)z=34，齒厚6mm，材質(zhì)PLA。設(shè)計從動S2M同步帶輪齒數(shù)z2=48傳動比i=1.25節(jié)圓直徑30.558mm，齒寬5mm。

4結(jié)束語

本羽毛球拾球理球一體機(jī)集收球、理球于一體，拾球、理球、傳送機(jī)構(gòu)采用同一電機(jī)驅(qū)動，節(jié)能環(huán)保，方便小巧，結(jié)構(gòu)緊湊運(yùn)用新型理球機(jī)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)的羽毛球理球方式，使運(yùn)動員從繁重的手工理球中解放出來。