本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目 網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)設(shè)計(jì)院、 系專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師1一、選題依據(jù)課題來源、選題依據(jù)和背景情況;課題研究目的、學(xué)術(shù)價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值1、課題來源、選題依據(jù)和背景情況。本課題為教師自擬課題。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì) (International Federation of Rob otics, IFR)發(fā)布的 2014 年服務(wù)機(jī)器人研究報(bào)告,2013 年個(gè)人和家用服務(wù)機(jī)器人銷量大約為四百萬臺(tái),比 2012 年增長(zhǎng) 28%,市場(chǎng)規(guī)模約為 17 億美元。據(jù)估計(jì),將有3100 萬臺(tái)個(gè)人服務(wù)機(jī)器人于 2014 至 2017 年之間售出,這也就意味著服務(wù)機(jī)器人在這一領(lǐng)域?qū)⒂谐掷m(xù)而強(qiáng)勁的增長(zhǎng)??梢姍C(jī)器人將越來越多的走進(jìn)日常生活當(dāng)中,而網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)正在全世界范圍內(nèi)得到越來越多的關(guān)注和喜愛,但是網(wǎng)球愛好者,特別是運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練的時(shí)候,要頻繁撿起散落在很大范圍內(nèi)的網(wǎng)球是一件耗時(shí)耗力的工作,每個(gè)人都不可能像專業(yè)運(yùn)動(dòng)員一樣擁有自己的球童,而具有高效、全自動(dòng)撿球功能的機(jī)器可廣泛應(yīng)用于各種類型的網(wǎng)球練習(xí)場(chǎng)地,為人們進(jìn)行網(wǎng)球訓(xùn)練提供便利和節(jié)省時(shí)間。因此網(wǎng)球訓(xùn)練迫切地需求自動(dòng)撿球機(jī)器人來輔助。2、課題研究目的、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值據(jù)中國網(wǎng)球協(xié)會(huì)官方最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),到 2008 年,憑借鄭潔溫網(wǎng)殺入四強(qiáng)和李娜的奧運(yùn)會(huì)四強(qiáng),國人網(wǎng)球熱情空前高漲。中國網(wǎng)球人口已突破 800 萬。而隨著李娜法網(wǎng)捧杯,WTA 官網(wǎng)甚至認(rèn)為,李娜的大滿貫冠軍將為中國增加 3 億網(wǎng)球人口。由此可分析,我國的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)必將蒸蒸日上,市場(chǎng)上對(duì)網(wǎng)球撿球機(jī)的需求也會(huì)直線增加。本課題的主要研究目的是本項(xiàng)設(shè)計(jì)主要目的是開發(fā)一種網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī),解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象,并同時(shí)具有高效率和無遺漏的特點(diǎn)。二、文獻(xiàn)綜述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài);查閱的主要文獻(xiàn)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)隨著網(wǎng)球這種高強(qiáng)度遠(yuǎn)動(dòng)的普及,越來越多的人參與其中,但對(duì)于普通運(yùn)動(dòng)者來說,不可能有球童負(fù)責(zé)為其撿球,遍布全場(chǎng)的網(wǎng)球揀起來實(shí)在是件累人、費(fèi)時(shí)的事,針對(duì)這一現(xiàn)狀,網(wǎng)球場(chǎng)撿球機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生 [1]。目前網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)較少,較為經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)球撿球機(jī)多以人工操作為主,又有圓筒式、滾筒網(wǎng)狀式和籃筐式等用彈性條狀材料制作,其間距略小于網(wǎng)球直徑,用力壓下或者滾過球身時(shí)將球壓進(jìn)筒或筐中。網(wǎng)球筐和網(wǎng)球筒是早期提出的方案,有的機(jī)構(gòu)已經(jīng)做出了產(chǎn)品。這類機(jī)構(gòu)2一般都十分簡(jiǎn)練實(shí)用,但效率一般較低,人工參與的比較多。市場(chǎng)上已經(jīng)存在不同種類的網(wǎng)球撿球籃(如圖 1、圖 2 所示)和撿球筒(如圖 3、圖 4 所示),都是通過人工操作實(shí)現(xiàn)的。但是這種撿球機(jī)構(gòu)不能適應(yīng)網(wǎng)球的直徑變化;可能出現(xiàn)“卡球”現(xiàn)象;對(duì)網(wǎng)球的傷害較大,減少了網(wǎng)球的使用壽命;不能夠撿拾網(wǎng)球場(chǎng)邊緣的網(wǎng)球,而且對(duì)網(wǎng)球場(chǎng)地有一定的損傷。圖 1 網(wǎng)球筐 1 圖 2 網(wǎng)球筐 23網(wǎng) 球撿球筒的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單, 主要由收集筒、手柄和進(jìn)口閥彈簧組成。收集筒用于存儲(chǔ)收集到的網(wǎng)球;手柄便于操作;而進(jìn)口閥彈簧保證了網(wǎng)球的單向通過,使已經(jīng)撿起的網(wǎng)球不會(huì)掉落。這種撿球機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單方便,成本低,但存在不少缺點(diǎn)。與網(wǎng)球筐一樣,對(duì)網(wǎng)球傷害較大;撿球時(shí)作用相對(duì)較少,需要人工尋找對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)球,實(shí)際上只是減少一個(gè)彎腰的動(dòng)作;效率極低,一次只能撿一個(gè)球,存儲(chǔ)球的數(shù)量也十分有限;隨著撿球數(shù)量的增加,撿球難度也增大 [2]。目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了一類手推式網(wǎng)球撿球車。此類撿球車為半自動(dòng)式,需要有人操作。它體積大且重,相對(duì)于智能化撿球機(jī)比較笨拙,既浪費(fèi)空間,又影響訓(xùn)練人員打球,還需要人工操作,相對(duì)于智能化撿球機(jī)浪費(fèi)了不必要的時(shí)間與體力。而且,此類撿球車只適用于地上球較多的情況,它的適用環(huán)境較局限 [4]。圖 5 是一種自動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī),該遙控自動(dòng)網(wǎng)球拾球機(jī)主要組成包括車體、拾球滾筒、儲(chǔ)球箱、驅(qū)動(dòng)輪、萬向輪、傳動(dòng)齒輪組、傳感器、電路板、電池和拉桿式推把等部件。其工作原理為:采用后輪驅(qū)動(dòng),左、右驅(qū)動(dòng)輪由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別帶動(dòng),前輪是萬向輪, 起支撐的作用,共同實(shí)現(xiàn)拾球機(jī)前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎及后退等動(dòng)作。萬向輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過傳動(dòng)齒輪組帶動(dòng)拾球滾筒 [5],傳動(dòng)齒輪組與萬向圖 3 撿球筒 1 圖 4 撿球筒 2圖 5 自動(dòng)網(wǎng)球撿球機(jī)4輪之間是采用單向推力軸承聯(lián)接, 保證了拾球滾筒在前進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)而自動(dòng)拾球, 而在后退時(shí)停轉(zhuǎn)以防止?jié)L 筒反轉(zhuǎn)將網(wǎng)球帶出箱外 [6]。 拾到的網(wǎng)球暫時(shí)存放在儲(chǔ)球箱中,儲(chǔ)球箱設(shè)計(jì)為抽屜式結(jié)構(gòu),可隨時(shí)安放和取出。拉桿式推把可根據(jù)拾球人員身高的變化而相應(yīng)地調(diào)節(jié)長(zhǎng)度,推把長(zhǎng)度的范圍在 70~120cm,該結(jié)構(gòu)非常靈活。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到傳感器的安裝, 用于避障檢測(cè)用的兩對(duì)紅外反射式傳感器分別安裝在前面左、右兩端,三對(duì)紅外對(duì)射式傳感 器安裝在儲(chǔ)球箱的上部?jī)?nèi)側(cè)。電路板和電池是拾球機(jī)的控制系統(tǒng),控制著其他部件的動(dòng)作 [4]。目前較先進(jìn)的拾球器是全自動(dòng)拾球機(jī),采用機(jī)械臂和圖象識(shí)別等高科技,不需人工操作,可以完全自動(dòng)拾球,但效率低,每次只能拾起一個(gè)球,且結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜, 成本相當(dāng)高,不容易推廣 [3]。國外的自動(dòng)撿球機(jī)構(gòu)也較少,大部分常見的都是半自動(dòng)人工參與的,如圖 6,7均為手動(dòng)式撿球機(jī) [7,8],這兩款撿球機(jī)與上述國內(nèi)撿球機(jī)比較類似,純手動(dòng)操控,機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,價(jià)格低廉,但人性化不足。圖 6 國外撿球機(jī) 1 圖 7 國外撿球機(jī) 25圖 8 和圖 9 為國外的半自動(dòng)撿球機(jī) [10,11],其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)成本高,體積較大,占空間,操作簡(jiǎn)單,撿球效率高,但不能自主完成撿球過程,需要人的輔助,綜合來說需要改進(jìn)的部分較多。除此之外,關(guān)于乒乓球撿球機(jī)的研究也比較多,由于乒乓球與網(wǎng)球結(jié)構(gòu)上比較相似,同時(shí)為了拓展視野,我也對(duì)乒乓球撿球機(jī)進(jìn)行了相關(guān)的調(diào)研。乒乓球的直徑為 40mm,質(zhì)量為 2.7g,具有體積小、質(zhì)量輕的特點(diǎn),特別適合吸力裝置吸取。風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),抽風(fēng)的一端會(huì)形成負(fù)壓;如果將一個(gè)管道與風(fēng)扇的抽風(fēng)面相連接,則在風(fēng)扇的作用下,管道內(nèi)的氣壓將小于管道外的大氣壓,管道口附近的物體將在壓力差的作用下被吸進(jìn)管道里 [11]。利用這個(gè)原理制作的撿乒乓球機(jī)如圖 10 所示。圖 8 國外撿球機(jī) 3 圖 9 國外撿球機(jī) 46再有一種就是“收割式”撿球機(jī),該方案撿球效果好且設(shè)計(jì)與制造方便,機(jī)械傳動(dòng)鏈少,造價(jià)低。其設(shè)計(jì)圖如圖 11 所示。其工作原理為:人手握可調(diào)節(jié)的推桿以正常行走速度向有散落乒乓球的區(qū)域走動(dòng),帶動(dòng)撿球機(jī)的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)輪又帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng),通過葉輪齒片將乒乓球劃入撿球機(jī)內(nèi),過擋球板,進(jìn)入可方便拆卸的儲(chǔ)球盒內(nèi),實(shí)現(xiàn)了散落滿地乒乓球的撿拾工作 [12]。相對(duì)于體積小,質(zhì)量輕的乒乓球,高爾夫球與網(wǎng)球更為接近,在此,我還查找了有關(guān)高爾夫球撿球機(jī)的相關(guān)資料。由于高爾夫球場(chǎng)面積廣,對(duì)撿球機(jī)器人的需求并不高,因此只有較為簡(jiǎn)單圖 10 乒乓球撿球機(jī)器人 1圖 11 乒乓球撿球機(jī) 27的撿球裝置,如圖 12 所示 [13]:網(wǎng)球撿球機(jī)的需求量很大,國內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)也不少。本設(shè)計(jì)主要工作是通過對(duì)不同撿球機(jī)功能、特點(diǎn)、和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析后,得到設(shè)計(jì)撿球機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)問題,從而對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法加以改進(jìn),設(shè)計(jì)出一種更加高效、智能、防卡球現(xiàn)象的自動(dòng)撿球機(jī)。參考文獻(xiàn)[1] 席澤生. 網(wǎng)球場(chǎng)撿球機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣與自動(dòng)化,2012,,41(2):140-141[2] 韓良,王德彬,龔煥.智能網(wǎng)球車的研制[J].機(jī)電技術(shù),2011,2:49-54圖 12 高爾夫撿球器8[3] 呂騰飛,陸麗等.智能網(wǎng)球撿球機(jī)的研制[J].電子世界[4] 盧飛躍,劉志鋒.遙控自動(dòng)網(wǎng)球拾球機(jī)的研制[J].機(jī)電工程技術(shù),2010,39(06):86-89[5] 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Device[P].US:US007165796B1,Jan.23,2007三、研究?jī)?nèi)容91.學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路;主要研究?jī)?nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題(或技術(shù))隨著我國網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的不斷普及,越來越多的人開始參與到其中,網(wǎng)球訓(xùn)練中網(wǎng)球的使用數(shù)量會(huì)很多,基本上會(huì)布滿整個(gè)網(wǎng)球場(chǎng),這時(shí)撿球便成為一件令人頭疼的事,因此設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格實(shí)惠,能夠快速撿起網(wǎng)球的網(wǎng)球機(jī)器人的需求也日益增長(zhǎng)。本課題的主要研究?jī)?nèi)容:設(shè)計(jì)一款高效的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī),解決同類產(chǎn)品中可能出現(xiàn)的卡球和傷球現(xiàn)象,并具有高效率和無遺漏的特點(diǎn)。擬解決的關(guān)鍵問題有:(1) 撿球方式的選擇;(2) 傳動(dòng)方式的選擇;(3) 行走速度分析;(4) 球道數(shù)選擇。2.?dāng)M采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)施方案及可行性分析研究方法:利用文獻(xiàn)調(diào)研和市場(chǎng)調(diào)查對(duì)市場(chǎng)上已有產(chǎn)品進(jìn)行分析,比選實(shí)現(xiàn)本課題目標(biāo)的最佳技術(shù)途徑和機(jī)械機(jī)構(gòu)方案,以此為基礎(chǔ),完成零件和整機(jī)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。技術(shù)路線:確立設(shè)計(jì)背景專利檢索 市場(chǎng)調(diào)研 期刊檢索初步設(shè)計(jì) 修改完善原理設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核結(jié)構(gòu)草圖零件圖 裝配圖設(shè)計(jì)說明書10實(shí)施方案:(1) 查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料,了解相關(guān)設(shè)計(jì)方案及原理;(2) 撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì);(3) 撿球機(jī)零部件參數(shù)計(jì)算,以及選?。唬?) 撿球機(jī)三維圖及二維 CAD 圖紙繪制;(5) 撰寫畢業(yè)論文??尚行苑治觯耗壳瓣P(guān)于網(wǎng)球撿球機(jī)的研究也很多,這些研究做出的撿球機(jī)均可以實(shí)現(xiàn),并可以輕松完成撿球任務(wù),因此只要參照現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案的原理以及結(jié)構(gòu)形式,并加以計(jì)算、改進(jìn),一套可行的新的設(shè)計(jì)方案是完全可以實(shí)現(xiàn)的。四、論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度安排起止時(shí)間 主要內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)3.9-3.223.23-4.54.6-4.194.20-5.155.16 至月底查閱相關(guān)資料,撰寫文獻(xiàn)綜述,翻譯外文資料,完成開題報(bào)告的撰寫完成撿球機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)撿球機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件選型完成撿球機(jī)裝配圖和主要零部件圖的繪制撰寫畢業(yè)論文了解現(xiàn)有網(wǎng)球撿球機(jī)構(gòu)造,和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀完成初步方案設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)完成裝配圖和零件圖完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)11五、審核意見導(dǎo)師意見導(dǎo)師簽字:年 月 日審核小組意見審核小組成員簽字: 年 月 日