网球自动捡球机设计Word

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本科毕业设计

网球自动捡球机设计

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学生姓名学号

指导教师

院、系、中心工程学院机电工程系

专业年级机械设计制造及其自动化2011级

论文答辩日期 2015年 6月 4 日

中国海洋大学

网球自动捡球机设计

完成日期：

指导教师签字：

答辩小组成员签字：

摘要

随着网球运动的不断普及，越来越多的网球爱好者开始投身于网球锻炼中来，而在网球训练时，网球的使用量非常大，频繁捡起随机散落在很大范围内的网球是一件耗时耗力的工作，且不是每个人都能像专业网球运动员一样拥有属于自己的球童，因此高效的自动捡球机会为训练者们提供便利，节省时间。本课题研究目的在于设计一款网球自动捡球机，使其具有高效和不遗漏的特点，并尽可能解决卡球、伤球的问题。本次设计完成了捡球机机械系统运动方案设计，零部件的设计计算和分析，以及三维图和二维图纸的绘制，最终完成了网球自动捡球机的整体机构的设计。

关键词：捡球机构；驱动系统；控制系统

Abstract

With the continuous popularization of tennis，a growing number of tennis enthusiasts begin to come into tennis exercise。And in the tennis training，the usage of tennis ball is very large，it’s a time-consuming and effort-consuming work to frequently pick up the tennis balls which are scattered in a wide range，but not everyone could have their own caddie just like the professional tennis players，so high-efficiency automatic tennis ball pick-up machine will provide convenience for the trainers，and save time。The main purpose of the topic is to design a kind of automatic tennis ball pick-up machine which has the characteristics of high efficiency and not missing，and solve the problem of ball stuck and damage。This topic deals with kinematic precept design，calculation and analysis of components and parts，and three-dimensional diagram and two-dimensional drawing，finally finish design of the automatic tennis ball pick-up machine。

Keys：Agency to pick up the ball；Driving system；Control system

目录

1 绪论 (1)

1.1课题的研究背景 (1)

1.2国内外研究现状 (1)

1.3本章小结 (4)

2 总体方案设计 (5)

2.1设计要求 (5)

2.2关键问题 (5)

2.3方案的选择和确定 (5)

2.4整体方案三维图 (7)

2.5本章小结 (8)

3 机械结构及零部件的设计与校核 (9)

3.1捡球篮的尺寸 (9)

3.2捡球机行走速度的计算 (10)

3.3同步带的设计 (11)

3.4球道的设计 (12)

3.5捡球机同步带电机的选择 (13)

3.6同步带轴的设计与校核 (15)

3.6.1求轴上的功率P1、转速n1和转矩T1 (15)

3.6.2初步确定轴的最小直径 (16)

3.6.3轴的结构设计 (16)

3.6.4计算轴上的载荷 (18)

3.6.5按照弯扭合成应力校核轴的强度 (19)

3.7车轮的选择 (19)

3.8驱动原动机的选择 (19)

3.9车轮轴的设计与校核 (21)

3.9.1确定轴的最小直径 (21)

3.9.2轴的结构设计 (21)

3.9.3轴的校核 (22)

3.10本章小结 (23)

4 自动控制系统设计 (24)

4.1行进方案的确定 (24)

4.2 单片机的选用 (24)

4.3本章小结 (25)

总结与展望 (26)

总结 (26)

展望 (26)

参考文献 (27)

致谢 (29)

1绪论

1.1课题的研究背景

根据国际机器人联合会（International Federation of Robotics, IFR）2014年发布的服务机器人研究报告，2013年个人和家用服务机器人的销量在全球范围内大约为四百万台，相比2012年同比增长28%，粗略统计市场规模约为17亿美元，据估计，

未来2014到2017年之间将会有3100万台个人服务机器人售出[1]。这也就意味着在服务机器人领域将会有持续而强劲的增长，服务机器人将越来越多的走进人们日常生活当中。

根据中国网球协会官方最新数据统计，到2008 年，凭借着郑洁温网杀入四强和李娜的奥运会四强，国人网球热情空前高涨。据统计，目前中国网球人口现已经突破900 万。而随着李娜在法网和澳网夺冠，国际女子职业网联（WTA，Women's Tennis Association）官网甚至认为，李娜的大满贯冠军将为中国增加3亿网球人口[2]。

网球作为世界第二大球类运动，正在受到越来越多人的关注和喜爱，网球爱好者在进行网球训练过程中，网球的使用数量巨大，短时间内需要频繁捡起散落在很大范围内的网球是一件耗时耗力的工作，而每个人不会像专业运动员一样拥有自己的球童，因此网球训练亟需自动捡球机器人来辅助，为每位网球爱好者提供便利，节省时间。

1.2国内外研究现状

目前市场上的网球捡球机构比较少，较为经济、方便的网球捡球机构大多以人工操作为主。

网球筐是目前市场上最为常见的产品方案，如图1-1，1-2所示，其工作原理很简单，用力下压将球挤进球篮里，球篮网格的尺寸相比网球略小，保证网球进入球篮之后不会掉落，同时在不捡球时，可以将支架倒转使其站立，辅助网球训练，其结构简单，操作方便，价格便宜。

另外一种与网球篮的工作原理比较相似的网球捡球机构是网球筒，如图1-3、1-4所示[3]，其结构相比网球篮更加简单，主要由球筒、手柄和收球部分组成。挤压将球收进球筒之后，单向通过的收球装置，保证网球不会掉落。

以上两种捡球机构的主要优势是结构简单，造价低，使用方便，但也存在较多的缺点，捡球过程中对网球的损伤较大，且容易卡球，需要人工寻找并对准网球，效率低，且一次只能捡一个球，同时网球筒一次捡球数量很小，当网球数量较多时，捡球难度会大大增加。

综合来看，网球篮和网球筒相对比较原始，由于成本低，适用于网球较少的训练场

景，但是与今后网球捡球机构的发展趋势不符，具有明显的局限性。图1-1

网球篮 图1-2网球篮

图1-3网球筒 图1-4网球筒

目前市场上还出现了一类手推式网球捡球车，如图1-5所示。这种捡球机的主要特点是：可伸缩球篮架，可循环换篮，拾球数量没有限制；轮子采用高级耐磨PU 材料，不伤网球场；捡球直径可以达到100cm [4]。

其主要工作原理是人推动小车前进，球顺着球道进入轮子之间，轮子的摩擦力将球夹住，带入球篮之中，这种捡球车页存在不少的缺点：需要人工操作，捡球过程容易对球产生损伤，且价格偏高，普通人消费不起。

国外的与网球捡球机的研究也并不是很多，可以找到的研究基本都是设计专利，如图1-6，1-7所示[5,6]。

其中，图1-6是一款与网球篮相似的网球捡球机构，使用时操作者握住手柄，推动

捡球机前进，同时将球卡进中间的球篮，其结构同样简单，但是效率低下，且容易漏球图

1-5波力网球捡球机SS-401

图1-6国外网球捡球机专利 图1-7国外网球捡球机专利