三皮筋轨道炮筒式发射机构

暂无

三皮筋轨道炮筒式发射机构\n(一)技术领域\n[0001] 本发明涉及机器人及机械制造领域，具体地说是一种属于一种机械式物体发射装置的触发式、储存能量瞬间释放、三皮筋轨道炮筒式发射机构。\n(二)背景技术\n[0002] 随着科学技术的快速发展，机器人等机械装置已经逐步应用到各种领域，在机器人的研究设计中，机械式物体发射装置的传统的设计思想是设计与投石机原理相同的抛射方案。此种方案的缺点是投设不够准确，难以瞄准。即使投射准确，投出去的物体也没有力量，常常被拦网等其它装置挡出来，无法达到最终的目的。因此，目前还没有一种机械发射装置可以很好的完成发射并入网的目的，更不用提应用了。\n(三)发明内容\n[0003] 本发明的目的在于提供一种利用杠杆楔形面触发、储存能量瞬间释放、定心准确、直线发射、可快速重复使用、可记发射次数的三皮筋轨道炮筒式发射机构机械结构设计。\n[0004] 本发明的目的是这样实现的：它包括机架1及弹射轨道2、卷线放线机构5、触发机构4和装球机构3，卷线放线机构5的电机7通过联轴器8连接卷线轮9，卷线轮9两端固定在基座6上，装球机构3一端连接触发机构4的包球杆17，包球杆17连接钢丝18与卷线放线机构5相连接，另一端通过三根橡皮筋21、22、23与机架1前端连接，触发机构4的电机11连接凸轮20固定在支座12上。\n[0005] 本发明还有这样一些结构特征：\n[0006] 1、所述的机架1及弹射轨道2为三角形。\n[0007] 2、所述的卷线轮9的一侧设置有小拉结构10，小拉结构10上设置有铜套或轴承与联轴器8相连，小拉结构10一端穿过基座6。\n[0008] 3、所述的卷线轮9上固定有两螺杆。\n[0009] 4、所述的触发机构包括穿过棘轮15和支座12上的固定板的卡销13，卡销13穿过棘轮15处设置有螺杆，在卡销13在支座12上的固定板之间穿套有弹簧14，支座12上固定有检测触发开关19并设置有穿过钢丝18的孔。\n[0010] 5、所述的包球杆17前端设置有楔形面16，卡销13前端设置有与楔形面16吻合的斜面。\n[0011] 6、所述的装球机构3为双层不锈钢碗，装球机构3与包球杆17通过螺纹连接。\n[0012] 7、所述的整个发射机构设置有齿带传动的角度调整机构24，角度调整机构24包括安装在底座32上的蜗轮蜗杆机构29和齿形带28。\n[0013] 8、所述的触发机构4后面设置有缓冲机构25，即在压簧33上固定有钢片34，钢片\n34中心设置有穿过钢丝18的孔，在压簧33外面设置有限位装置，包括用螺丝固定的圆柱体导向块40。\n[0014] 9、所述的机架1上固定有瞄准装置26，瞄准装置26包括固定于瞄准装置支架四周的调节螺钉37和固定在支架中心的瞄准激光笔36。\n[0015] 本发明中，卷线放线机构5的电机7通过联轴器8带动卷线轮9，由于卷线所须的力较大，故卷线轮9所受扭矩也较大，所以为保护电机7，卷线轮9两端应固定。将卷线轮9两端固定在一铝合金机座6上，右侧有小拉结构10调节平衡，小拉结构10上有铜套使联轴器8能自由转动(也可用轴承)。通过测电机7空载电流，调整小拉机构10，当空载电流最小时，证明调整到了最佳状态。在卷线轮9上固定有两螺杆38，与机架1上触发开关39配合，控制拉线的长度及回线位置。\n[0016] 装球机构3的包球杆17与装球机构3通过螺纹连在一起，钢丝18与包球杆17连在一起。当拉线电机11拉钢丝18使包球杆17进入支座12，由于包球杆17前端有楔形面\n16，卡销13前端也有斜面，这样包球杆17克服弹簧14弹力顶开卡销13时，而卡销13在弹簧14作用下有向下运动，当拉到位置后，卡销13卡入包球杆17凹槽内，锁住包球杆17。当需触发时，电机11带动凸轮20转动，凸轮20拨动卡销13上的棘轮15，使卡销13向上运动，包球杆17被释放。同时在支座12上固定一自制触发开关19，凸轮20每转一圈，触发一次开关，使电机11停转，实现每按一次，电机11转一圈，触发一次，从而可以记录发射次数。\n[0017] 装球机构3是根据要抛射物体的形状进行合适的设计。抛射物为球体或是形状不规则时一般使用半球形装球机构；抛射物为方体时使用方孔装球机构；抛射物为形状规则的菱体时采用与之形状相符的装球机构，这样做的目的是使抛射物体能准确、快速的发射出去，增加命中率。\n[0018] 三皮筋轨道炮筒式发射机构作原理是这样的：先用金属方管联结成三角机架1，在三角机架1三条边的中点处用两铝合金方管平行连接一弹射轨道2，这样就构成了一个定向性极好的弹射轨道。在三角机架1的三个顶点处各固定一根橡皮筋(橡皮筋21、橡皮筋22、橡皮筋23)，每个橡皮筋另一端与装球机构3固定，同时，装球机构3通过一钢丝绳18固定在触发机构4上。当电机7正转，卷线轮9拉钢丝使橡皮筋21、橡皮筋22和橡皮筋23伸长，当三根橡皮筋被拉到预定位置时，触发机构4被触动，同时锁住装球机构3，这就是储能的过程。当电机7反转，释放钢丝18，触发机构4的电机11拔卡销13触发，使装球机构\n3瞬间释放，实现快速发射的过程。\n[0019] 本发明三皮筋轨道炮筒式发射机构不但可以应用在机器人竞技领域，其也可作为球类运动训练机器(如网球、乒乓球等)等的快速发射工具；还可以充当娱乐设施、玩具开发、救生设备等的快速弹射装置，完成特定情况下需要极快速、直线发射物体的任务。\n(四)附图说明\n[0020] 图1是本发明三皮筋轨道炮筒式发射机构组装示意图；\n[0021] 图2是本发明卷线放线机构结构示意图；\n[0022] 图3是本发明触发机构结构图；\n[0023] 图4是本发明装球机构、触发机构和卷线放线机构左前斜组装示意图；\n[0024] 图5是本发明装球机构、触发机构和卷线放线机构右前斜组装示意图；\n[0025] 图6是本发明瞄准装置示意图；\n[0026] 图7是本发明三皮筋轨道炮筒式发射机构实施方案实施例示意图。\n(五)具体实施方式\n[0027] 下面结合附图对本发明的结构及工作原理作进一步的说明：\n[0028] 本发明包括机架1及弹射轨道2、卷线放线机构5、触发机构4和装球机构3，卷线放线机构5的电机7通过联轴器8连接卷线轮9，卷线轮9两端固定在基座6上，装球机构\n3一端连接触发机构4的包球杆17，包球杆17连接钢丝18与卷线放线机构5相连接，另一端通过三根橡皮筋21、22、23与机架1前端连接，触发机构4的电机11连接凸轮20固定在支座12上。其中，机架1及弹射轨道2为三角形，卷线轮9的一侧设置有小拉结构10，小拉结构10上设置有铜套或轴承与联轴器8相连，小拉结构10一端穿过基座6，卷线轮9上固定有两螺杆，触发机构包括穿过棘轮15和支座12上的固定板的卡销13，卡销13穿过棘轮\n15处设置有螺杆，在卡销13在支座12上的固定板之间穿套有弹簧14，支座12上固定有检测触发开关19并设置有穿过钢丝18的孔，包球杆17前端设置有楔形面16，卡销13前端设置有与楔形面16吻合的斜面，装球机构3为双层不锈钢碗，装球机构3与包球杆17通过螺纹连接。\n[0029] 对基本机构的详细设计：\n[0030] 卷线放线机构5的放线问题是我们所碰到的最大难题，因为所储的势能能瞬间释放的话，其能量损失最小，效率也是最高的。故放线时钢丝18也应该被瞬间释放，从这个角度考虑，靠电机7反转来解决回线问题或采用链传动等，都不是可取的办法。于是最后使用拔卡销13机构来实现卷线的瞬间释放。\n[0031] 弹射橡皮筋21、22、23经过多次试验最终采用的是医用听诊器的橡胶管橡皮筋，其优点是弹力大、拉力均匀、弹力方向性好、易于安装。\n[0032] 触发机构4的支座12由硬铝加工而成，重量较轻。卡销13与包球杆17属易损件，用合金钢制成，它材料的耐磨性较好，表面粗糙度很小，凸轮20用45号钢制成。\n[0033] 装球机构3的设计我们先后制作了三种：\n[0034] ①用角铝制作了一个三爪的装球机构，重量较轻。由于是手工制作，不便与包球杆\n17的固定。\n[0035] ②用硬铝加工出一圆台，在圆台上连接三爪，圆台中心有螺纹孔与包球杆17连接，大端面有三个螺纹孔与钢棒连接，固定方便，比较结实耐用，但是重量较重，给缓冲带来很大的麻烦。\n[0036] ③用双层不锈钢碗，由于可直接在市场上购得，形状及刚度都较好，而且重量轻，也易于安装，故成为了最终的选择。\n[0037] 在以上基本结构设计的基础上，为了比赛的需要我们又设计了角度调整机构24、缓冲机构25和瞄准装置26，如图7所示。\n[0038] (1)角度调整机构24：\n[0039] 由于在实际使用中，发射的垂直角度经常要发生变化，因此需要设计一个角度调整机构，我们采用蜗轮蜗杆机构29加齿形带28传动来实现。因为蜗轮蜗杆机构29有很强的自锁功能，保证发射装置到预定位置后，被锁定在该位置。又由于整个发射机构除后端一点做支撑点外，其余各点都绕轴27转动，发射机构在绕轴27转动过程中，其余各点在垂直都有变化，而齿形带28在垂直方向固定后，电机30驱动蜗轮蜗杆机构29转动，蜗轮蜗杆机构29的转动带动齿形带28在铅直方向运动，齿形带28与发射装置通过滑块31连接，滑块\n31可在三角机架1上滑动，这样齿形带28就可以通过滑块31带动发射装置绕轴27在垂直方向上转动，从而调节发射角。如果还需要水平方向上的角度调节时，还可以在底座32上加一旋转轴，旋转轴也可以采用蜗轮蜗杆机构传动，从而完成水平方向上所需要的角度调节。由于蜗轮蜗杆摩擦力较大，故应经常上油，保证润滑。\n[0040] (2)缓冲机构25\n[0041] 当触发机构4被触发后，三根橡皮筋被拉长所储的能量，大部分转化为球的动能，也有一部分转化为装球机构3及包球杆17的动能，若这部分能量全部由钢丝18承受，就会严重影响钢丝18的使用寿命，因此必需有一缓冲机构在其中起缓冲作用，承受这部分能量带来的冲击。\n[0042] 我们先后试验了三种缓冲方法：\n[0043] 第一种：利用橡皮筋缓冲，其结构简单，安装方便。但是皮筋与发射机构4中心线不重合，容易造成装球机构3与弹射轨道2碰撞，影响出球轨迹；还容易破坏装球机构3与弹射轨道2，缓冲效果不好。且橡皮筋性能随拉伸次数的增多而不断下降，也会影响出球轨迹。\n[0044] 第二种：利用弹簧钢片缓冲，这种方法制作简单，但由于弹簧压缩距离有限，缓冲效果也不明显。\n[0045] 第三种：利用压簧缓冲，与弹簧钢片相比，压簧压缩性能很好，较小的变形量，就能吸收较大的能量，且成递进式吸收。同时压簧作用力不直接作用在装球机构3上，经过钢丝\n18间接作用在触发机构4的支座12上，且压簧作用方向与发射机构中心线基本在同一直线上，对出球轨迹影响很小。所以最终采用压簧作缓冲机构。\n[0046] 如图4所示，利用压簧缓冲就是在压簧33上固定一钢片34，钢片34中心有一仅比钢丝18大的孔，在钢丝18上打一结球35(结球35已绕在卷线轮9上，结球35的位置由三角机架1允许发射长度决定)，使球结35不能通过钢片34即可。触发后，装球机构3带着钢丝18向前运动，无结的钢丝顺利通过钢片34，当打结处球结35碰到钢片34使压簧33压缩，压簧33的压缩起到缓冲作用。\n[0047] 但在实际设计制作中，也面临着几个难题：\n[0048] 压簧33弹性系数的选择。压簧33太软，即弹性系数低，则压簧33易被压到极限，相同变形量，吸收能量少，缓冲效果不明显，对钢丝18保护意义不大。压簧33太硬，即弹性系数高，则压簧33变形量少，吸收能量少，缓冲效果也不明显。通过一次次的实验，最终选定了比较合适的压簧。\n[0049] 由于作用时间短，作用力不可能完全作用在压簧33中心，压簧33在压缩过程中不能保证压缩的直线性。这样不仅容易造成压簧33的塑性变形，且由于压簧33压缩量不同，影响出球轨迹。于是在压簧33外面增加了一个限位装置，但是由于压簧33与支座12的导向孔内壁间间隙较大，压簧33压缩后，可能卡在里面不恢复原始状态，影响下一次缓冲。而且导向孔尺寸较小，钢丝18打结处易刮导向孔，影响缓冲机构25及钢丝18的寿命。设计加工了一圆柱体导向块40(其内径与钢片34的孔径相同，外径比支座12导向孔直径略小)，在支座12导向孔中起导向作用，并用螺丝与钢片34定死。\n[0050] (3)瞄准装置26\n[0051] 由于整个发射机构发射的球的轨迹基本是一条直线，所以需要有一个瞄准装置对准目标篮筐。采用激光笔36瞄准，如图6所示。激光是一束光，直线度好，在较强烈的照明灯光的环境中，其光斑仍然能够被清晰的看到，因此是一种很好制作瞄准装置的选择。瞄准装置26固定在三角机架1上，瞄准装置36可以通过调节螺钉37进行调节，根据实际情况，通过调整激光笔36角度，可以瞄准不同的目标。