本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)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(lái)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(lái)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(guó)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(wàn)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(wàn)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)。可見(jiàn)機(jī)器人將越來(lái)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(lái)越多的關(guān)注和喜愛(ài)，但是網(wǎng)球愛(ài)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(lái)輔助。2、課題研究目的、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值據(jù)中國(guó)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(guó)人網(wǎng)球熱情空前高漲。中國(guó)網(wǎng)球人口已突破 800 萬(wàn)。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(guó)增加 3 億網(wǎng)球人口。由此可分析，我國(guó)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(kāi)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(wú)遺漏的特點(diǎn)。二、文獻(xiàn)綜述國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn)國(guó)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(lái)越多的人參與其中，但對(duì)于普通運(yùn)動(dòng)者來(lái)說(shuō)，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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)，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(wàn)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(wàn)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(wàn)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)傳動(dòng)齒輪組帶動(dòng)拾球滾筒 [5]，傳動(dòng)齒輪組與萬(wàn)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(guó)外的自動(dòng)撿球機(jī)構(gòu)也較少,大部分常見(jiàn)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(guó)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(guó)外撿球機(jī) 1 圖 7 國(guó)外撿球機(jī) 25圖 8 和圖 9 為國(guó)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(guò)程，需要人的輔助，綜合來(lái)說(shuō)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(guó)外撿球機(jī) 3 圖 9 國(guó)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(guò)葉輪齒片將乒乓球劃入撿球機(jī)內(nèi)，過(guò)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(guó)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(guò)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(wèn)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] 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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(wèn)題（或技術(shù)）隨著我國(guó)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的不斷普及，越來(lái)越多的人開(kāi)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(wú)遺漏的特點(diǎn)。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)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(shuō)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??；（4） 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(kāi)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(guó)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(jiàn)導(dǎo)師意見(jiàn)導(dǎo)師簽字:年 月 日審核小組意見(jiàn)審核小組成員簽字： 年 月 日