網球收容一體研發裝置

趙平嘉 朱應烽 何基勢 張道東 張增建

摘 要：目前市場上存在的網球回收裝置類型比較少且大多價格昂貴，大部分的網球場任然依靠手工撿球這種低效且費時費力的回收方式。本文介紹一種應用于網球回收的裝置，能高效的拾取大片的網球，取代人工撿球的煩瑣，減少不必要體力勞動。撿球裝置工作時通過太陽能板提供電源，維持裝置的工作，閑置時可通過太陽能蓄電，綠色環保;也可以直接充電 ，預防特殊情況，方便快捷。有效的延長撿球裝置的工作時長。

關鍵詞：網球拾取;太陽能板

隨著社會的快速發展，人們的娛樂活動越來越廣泛，而網球也是廣大人民群眾的愛好之一。人們在練習網球后，面對地上大片的網球也只能逐個去撿，不僅浪費體力，而且效率低下。對于需要高強度訓練的運動員而言，減輕運動員和教練的負擔，提高訓練效果是非常有必要的。目前國內市場上已有的網球回收裝置不是價格昂貴就是回收效率低。而此款新型的網球拾取裝置不僅完美的解決了這些問題，而且能高效的完成網球的回收工作。

1 網球拾取裝置的總體設計理念

網球拾取裝置的設計理念參照人體工程學，最大限度的契合人體的自然形態，滿足人體活動最佳舒適性的尺寸。不用主動適應，就能輕松減少疲勞感。首先是要保證裝置的穩定性，避免頻繁的維修和更換損壞的零部件，其次在最大程度上減輕操作人員的體力勞動，因而整體設計需要考慮裝置的整體重量與裝置的耐用度以及實用性。“美”是大多數消費者的首選因素，一個優秀的產品需要一個引人注目的外觀形象，經調查，決定采用“動漫風”的元素設計裝置的外觀，更符合大眾的潮流。

2 網球拾取裝置的工作原理

操作員推動裝置朝網球散落的地方行進，擋板在前輪的帶動下快速轉動，將行進路線上的網球打入裝置內部，進入裝置內部的網球因錐形擋板的阻礙分別流向底部兩側。在減速電機的帶動下，螺旋桿會將底部的網球往上輸送，最后匯集在上方的收納盒，至此完成整個回收工作。

3 電源設計

太陽能是可再生資源，也是清潔能源，利用太陽能給裝置提供電源，不會產生任何的環境污染，綠色環保。太陽能電池板是太陽能發電系統中價值最高的部分。太陽能電池板是太陽能電池的集合，它們協同工作供電。單個電池不具有大量發電的能力，所以需要將多個電池單元組裝在一起。多個電池能夠增加電池容量，以滿足電池的需要。面板上的可用光越多，它們提供的電量就越大，所以其側面與頂部都裝有太陽能板，加大采光面積。本裝置采用光→電的直接轉換的形式，將太陽輻射能直接轉換成電能，或送往蓄電池存儲起來，或推動負載工作。太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應該是控制器的可選項。太陽能被稱為最理想的新能源，其受限性也很大，如果天氣不晴朗，產生的電流將會減少百分之七十五甚至更多。在夜間時，太陽能電池板不會產生任何電能，這時候的供電完全依賴于電池或者其他電力來源。所以增設外接充電器輔助充電，以防特殊狀況。

4 動力設計

尼龍螺旋桿的工作依靠電機的帶動，所以電機的性能是關鍵的一環。為了保證螺旋桿運動的穩定性，首先要保證有足夠大的的扭矩。扭矩是發動機性能的一個重要參數，是指發動機運轉時從曲軸端輸出的平均力矩。電機轉矩即電動機的輸出扭矩，為電動機的基本參數之一，常用單位為N*m（牛*米）。

電機相關性能的計算公式如下：

電機功率：P=1.732*U*I*cosφ

電機轉矩：T=9549*P/n

即 ?電機轉矩=9550*輸出功率/輸出轉速

其中，P為功率，單位KW;T為扭矩，單位N.m;n為轉速，單位rpm;

其次要選擇合適的轉速;直流減速電機的特性是轉速越低，扭矩越大。在保證扭矩足夠大的情況下，應盡量提高電機轉速，保證螺旋桿能足夠快的抬升網球，縮短網球上升的時間。但電機機轉速也不能過快，否則網球會在切入螺旋桿時有2到3秒的卡頓，對于整體而言，得不償失;

最后是電機的額定功率;電動機的額定功率，是指電動機在額定運行（額定電壓，額定轉速，額定負載）條件下，轉軸上輸出的機械功率;經過計算，選用額定電壓為12V、額定轉速95r/min、額定轉矩1.7N.m的行星減速電機;當使用電壓：DC12.0V的時候，最大功率達到30W。而太陽能電池板能提供18v 的電壓50w的功率，在正常情況下，足以維持裝置的正常運作，在太陽能電池板提供的電壓較低時電機仍能帶動螺旋桿轉動。行星減速電機具有體積小、重量輕、噪聲低、承載能力高，輸出扭矩大等特點，是螺旋桿動力來源的不二之選。

5 機械結構設計

5.1行走機構設計

行走機構由底盤和萬向輪（后輪）、計米輪（前輪）構成。底盤框架由輕型鋁材組成，兩兩之間由三角板固定，增加其穩定性。輕型鋁材的剛度和強度足以承受機身重量。考慮到整體裝置的穩定性，采用“綜合三角式”的穩定立體架構。萬向輪提供了全向移動的能力，增加其靈活性。

5.2拾取機構設計

拾取機構由特制的3D打印擋板，同步輪，同步帶，計米輪，三角形斜坡等構成，拾取機構是整個裝置的靈魂，拾取機構的工作“效果”是最為重要的一個環節。經過反復實驗，調整擋板的離地高度與擋板的厚度。擋板通過同步輪、同步帶與計米輪（前輪）相連，獲得動力。當傳動比為1：3時，擋板能順暢的將網球打入內部，不會因為人力的因素而出現卡頓等情況，穩定的完成網球的拾取工作。在裝置行進過程中，三角形斜坡保證了進入內部的網球能快速的流向底部抬升機構處，且避免了網球回流，影響后面的網球流入底部。

5.3網球抬升機構設計

網球抬升機構主要由直流減速電機、尼龍輸送螺桿、臥式軸承，聯軸器等組成。螺桿與臥式軸承在特定的位置固定，保證螺桿與網球有合適角度接觸，能快速的將網球拉入，避免網球在底部堆積。減速電機通過聯軸器與螺旋桿相接，給螺桿提供動力。隨著螺旋桿的運動，底部的網球沿著螺旋桿邊緣同步運動，達到網球抬升的目的。

結束語

基于螺旋式上升的網球拾取裝置，本文設計的一款人性化的網球回收裝置，具有操作簡潔，制作方便，運行平穩，工作效率高等特點。并對網球拾取裝置進行總體設計，還對其各個機構部件進行系統的設計分析。網球拾取裝置實現了對網球的高效回收，可以給人們提供極大便利，讓人們在娛樂活動和訓練中有更好的體驗感。網球拾取裝置的更新換代勢必對其他類似的機構或者機械產生重大影響。

（北部灣大學機械與船舶海洋工程學院 ?廣西 ?欽州 ?53500）