羽毛球智能拾撿小車設計

李漫天，孫月巧

（廣西大學機械工程學院，廣西 南寧 530004）

0 引言

在全民健康運動的浪潮下，各種球類運動風靡全國。其中羽毛球是重點推薦的運動項目之一，深受大眾喜愛，老少皆宜。而大部分發球機使用的羽毛球都是堆疊好后放入球筒中，訓練后對于羽毛球的收集和整理堆疊是一個難題。羽毛球是由半球狀的球托和16根羽毛制成，其中羽毛容易折斷，收集時需要十分小心。到目前為止，國內外尚未有理想的收集此類設備，已經研發出來的產品存在著收集過程中損壞羽毛、收集但無法整理等一系列問題，無法產品化[1]。

基于上述原因，本文針對羽毛球獨有的特點以及羽毛球收集整理過程中的特定需求，嘗試設計一種功能穩定、機電一體的羽毛球智能拾撿小車，減輕勞動強度，具有一定的推廣價值和經濟效益。

1 羽毛球智能拾撿小車總體設計

設計的羽毛球智能拾撿小車，包括回旋撥球機構、皮帶提升機構、收集整理機構及自動控制行走機構，如圖1所示。回旋撥球機構由滾軸鏈條傳動動力，撥球軸旋轉帶動撥球板360°旋轉將球撥進。皮帶提升機構將落球架中羽毛球提升，經過最高點后由球自身重力落入收集整理機構。收集整理機構通過振動板和擋板使羽毛球能球頭向下掉落從而一個個堆疊起來自動整理，自動控制行走機構控制小車行走。

圖1 總設計圖

羽毛球智能拾撿小車操作過程如下：啟動小車，控制小車移至羽毛球掉落處，撥球板旋轉撥動羽毛球，將羽毛球撥至落球架，皮帶提升機構將羽毛球提升，在其最高點將羽毛球倒下[2]，重復以上動作，將掉落在地的羽毛球整理到球筒中，人工將疊好后的羽毛球用于訓練或儲存起來。

2 主要機構的設計

2.1 回旋撥球機構

機構以電機為動力源，通過鏈條和齒輪將電機動力傳遞至撥球軸。撥球軸通過定位軸座定位在機架上，鏈輪與轉軸配合傳遞動力。撥回旋撥球機構如圖2所示。

圖2 回旋撥球機構

2.2 皮帶提升機構

機構以電機為動力源，將動力傳送至皮帶軸，皮帶軸與皮帶精密貼合通過摩擦傳力，固定在皮帶上的提升板進行提升運動，使其上的羽毛球上升。皮帶提升機構如圖3所示。

圖3 皮帶提升機構

3 運動學與力學模型

3.1 回旋撥球機構的運動學分析

針對回旋撥球機構進行運動學分析[3]，當撥球板接觸羽毛球后，由于羽毛球與撥球板的摩擦力較大，所以羽毛球與撥球板接觸后不會有相對運動，可將運動看作平面旋轉運動，運動簡圖如圖4所示，將撥球板看成平面的AB桿，羽毛球看成以C為圓點，半徑為CD的圓，根據回旋撥球的矢量方程式，可以寫出C點的位置方程如式（2）：

圖4 回旋撥球機構運動簡圖

式中AE=AD=100mm，CD=12.5mm，θ為AC運動轉過的角度，其運動規律為：

對運動位置方程求導，得到速度方程：

式中Vc為C點速度（mm/s）；ω1撥球板角速度（rad/s）；t1為為驅動時間（s）。

通過上述方程的求解表示出C點的位置、速度與時間的關系式，分別如式（2）和式（3）所示。

4 實物研制與試驗

根據以上設計，制作了物理樣機，如圖5所示，并進行了實驗，實驗結果如表1所示。

圖5 裝置實物圖

表1 實際測試數據

由實際測試數據分析可知，整理成功率穩定在98%左右，實現羽毛球自動撿球及整理的功能，對于大數量的訓練后的撿球縮短人工收集整理所需要的時間45.6%以上，具有較高的工作效率，且羽毛球數量越多時機器的優勢更明顯，機器撿球整理的效率高，整理成功率在96.3%以上，工作性能較為穩定，機器連續工作的效率在96.8%以上，完成程度高，具有一定的實用價值。

通過實驗，證明本文設計的羽毛球智能拾撿小車滿足設計要求，在實際測試中具有較高的可靠性與一定的適應性[4]。

5 結語

本研究設計了一種羽毛球智能拾撿小車，整個小車結構簡單，自動程度高，易于制造和使用。經過試驗證明，設計的羽毛球智能拾撿小車可以快速穩定的實現撥球撿球、升降、整理功能，滿足訓練后人工撿球的需求，機器有著較高的可靠性，相比較人工收集整理，減輕了人工勞動強度，提高了訓練效率。