足球機器人氣動踢球系統的製作方法

2023-06-01 20:52:26 1

專利名稱：足球機器人氣動踢球系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種足球機器人踢球系統，具體是用於足球機器人競賽時踢球射 門的一種裝置。
背景技術：
RoboCup機器人世界盃賽是世界上規模最大、水平最高、影響最廣泛的機器 人科技賽事，而中型組足球機器人競賽作為其中的一個比賽項目，涉及人工智慧、 機器人學、通訊、傳感、智能體的結構、理論、應用等諸多領域的前沿研究和技 術集成，具有全自主性、智能性、對抗性、實時性、分布式控制等的特點，更具 有挑戰性，也更能反映一個國家的機器人研究實力。隨著足球機器人比賽的推廣， 各項相關技術不斷發展進步，而其中一項關鍵技術踢球系統性能的好壞直接影響 著比賽的勝負，因此作為比賽取勝的關鍵，踢球系統是各隊爭相發展改進的技術 環節。
仿照人類踢球的習慣，踢球方式有地滾球和高空球兩種。從實際比賽情況來 看，由於守門員視覺技術的限制，高空球的得分可能性高於地滾球；而地滾球在 各機器人隊員之間的技戰術配合中(如傳球)運用較多，因此作為踢球系統的完 善性，要求踢球裝置既能踢地滾球又能踢高空球。同時踢球系統必須根據機器人 離球門的距離踢出不同力度的球。
根據對現有技術的檢索，發現中國發明專利(專利號200310108896. 7)公開 了一種足球機器人踢球護球機構，該踢球機構主要包括雨刮電機、偏齒輪、推桿、 橡皮筋等，當踢球時雨刮電機轉動帶動偏齒輪與齒條脫離，張緊的橡皮筋瞬間釋 放能量推動推桿快速踢球，隨後偏齒輪再次使推桿處於蓄能狀態，完成一個踢球 周期。該踢球機構不具有高空球功能；同時由於採用齒輪齒條嚙合，在對抗性強 度非常大的足球機器人比賽中，機器人前方一般都有障礙物，或者足球被對方機 器人堵住，此時如果機器人促發踢球動作指令，則足球不能被順利踢出，這樣很 容易造成齒輪齒條卡死，從而影響下次踢球。中國專利(專利號01258718. 4)公開的足球機器人踢球裝置，包括電機、減 速箱、單向傳動齒輪和抬腳機構、踢球機構、夾球機構。該踢球機構通過其踢球 杆推動踢球板向前踢球，再回退等待下次踢球。雖然也可以踢高空球，但需要將 球夾住抬高才能踢出高空球，因此踢高空球難度大，不容易實現；同時在實際比 賽中規則不允許機構將球夾住抬高后再踢，因此不適合運用於足球機器人比賽。
中國專利(專利號200720063296. 7)公開的一種足球機器人踢球裝置中包括 底板，踢球機構，踢球板組件。該裝置既能踢地面球又能踢高空球，當踢高空球 時，該裝置需要將踢球板後仰。比賽時機器人拿到球後根據賽場上形勢才能判斷 踢地滾球還是高空球，而此時踢球板後仰的動作必將造成足球被推出去，從而很 難再護住球並完成踢高空球。因此很難運用於足球機器人比賽。
上述文獻涉及的踢球裝置都不能調節踢球力度，並且機構複雜，安裝困難， 同時高空球實現方法不理想，不適合實際足球機器人比賽。同時對於運動速度要 求非常高的足球機器人比賽，對機器人重量具有一定要求，而現在常用的基於電 磁鐵的踢球裝置，由於電磁鐵質量大，很大程度上影響了機器人整體運動性能； 同時對於通過高壓通電獲得大力踢球動作的電磁鐵，瞬間高壓對機器人其他電路 幹擾很大。

發明內容
本發明的目的在於針對現有踢球技術的不足，提出一種質量輕、結構簡單、 能夠調節踢球力度，既可以踢地滾球又可以踢高空球的足球機器人氣動踢球系統。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括機架、平推球踢腳、挑球 踢腳、氣缸，平推踢腳、挑球踢腳分別與機架頂端活動連接，氣缸一端與平推踢 腳連接，另一端與機架連接。
所述的機架包括由兩塊相互平行設置的平面側板組成的支撐架和支撐架所在 的基座。
平推球踢腳一端與支撐架頂端活動連接，另一端上設置有電機，該電機的輸 出軸上設置有旋轉式推頭。
挑球踢腳一端與支撐架頂端活動連接，另一端與挑球踢腳板連接，其中挑 球踢腳由兩塊相互平行的長條形塊組成，它們之間形成一允許平推球踢腳通過的 空腔，長條形塊邊緣設置有朝向空腔內部的折邊，折邊之間的空隙的寬度小於旋轉式推頭的最大寬度，且大於旋轉式推頭的最小寬度。
氣缸包括氣缸輸出杆、兩個氣管接口，氣缸一端與基座活動連接，另一端通 過從氣缸內腔中伸出的氣缸輸出杆與平推球踢腳活動連接；氣缸輸出杆的底座將 氣缸內腔分割成兩個相互隔絕的空腔，氣缸與基座連接一端空腔的外壁上設置有 與內腔連通的氣管接口，另一個空腔外壁上設置有與空腔連通的另一個氣管接口。
氣缸連接氣壓控制迴路，氣缸的動作由氣壓控制迴路控制，氣壓控制迴路包 括二位五通電磁閥、二位三通電磁閥、若干氣管、儲氣瓶，二位五通電磁閥與 氣動踢球機構中的氣缸上的兩個氣管接口連接，二位五通電磁閥、二位三通電磁 閥、高壓氣源順序連接。通過控制氣壓控制迴路達到控制進入氣缸兩空腔中的氣 體，使得兩空腔產生壓力差，從而推動氣缸輸出杆伸出或退回氣缸內腔，從而推 動氣動踢球機構，具體是推動平推球踢腳運動。
與現有技術相比，本發明的有益效果是氣動踢球系統通過氣壓控制迴路控 制氣缸中氣壓，推動氣動踢球機構完成整個踢球動作。通過控制氣體控制迴路調 節踢球力量，通過特別的設計使得踢球系統即可以踢地滾球又可以踢高空球。同 時由於採用氣壓控制迴路作為動力系統，使得整個踢球系統的重量較輕，而且不 會對機器人的其他電路產生電磁幹擾。總的來說，本發明結構簡單，易於實現滾 地球和高空球，且具有較輕重量，能夠極大提高足球機器人的競技能力，尤其是 踢球能力和移動能力。


圖1為本發明立體示意圖2本發明實現地滾球的動作示意圖3本發明實現高空球的動作示意圖4為本發明的氣壓控制迴路示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於 下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括平推球踢腳l、氣缸3、機架5、挑球踢腳7， 平推踢腳1、挑球踢腳7分別與機架5頂端活動連接，氣缸3 —端與平推踢腳1連接，另一端與機架5連接。
機架5包括基座51、位於基座51上的支撐架52以及輔助架53，支撐架 52由兩塊相互平行設置的平面側板521組成，平面側板521之間形成允許平推球 踢腳1通過或收容於其中的空腔，平面側板521靠近平推球踢腳1對外踢球時運 動方向的一側的邊緣上設置有垂直於平面側板521向外伸出的折邊522，該折邊 522兩遠端的距離大於挑球踢腳的沿運動方向的寬度，該折邊522可以限制挑球踢 腳7越過支持架的另一側。
平推球踢腳1 一端與支撐架52頂端活動連接，另一端上設置有電機IO，該 電機的輸出軸上固定有旋轉式推頭9。
挑球踢腳7—端與輔助架53活動連接，另一端與挑球踢腳板8連接，其中 挑球踢腳7包括兩塊相互平行的長條形塊71，它們之間形成一允許平推球踢腳1 通過的空腔，長條形塊71邊緣設置有朝向空腔內部的折邊72，折邊72之間的空 隙寬度小於旋轉式推頭9的最大寬度，且大於旋轉式推頭9的最小寬度。
如圖4所示，氣缸3包括氣缸輸出杆2、氣管接口41、 42，氣缸3—端與基 座51活動連接，另一端通過從氣缸3內腔中伸出的氣缸輸出杆2與平推球踢腳1 活動連接；氣缸輸出杆2的底座將氣缸內腔分割成兩個相互隔絕的空腔33、 34， 氣缸與基座連接一端空腔34外壁上設置有與空腔34連通的氣管接口 42，另一個 空腔33外壁上設置有與空腔33連通的氣管接口 41 。
如圖4所示，氣缸連接氣壓控制迴路，氣缸的動作由氣壓控制迴路控制，氣 壓控制迴路包括二位五通電磁閥11、 二位三通電磁閥12、若干氣管13、儲氣瓶 14， 二位五通電磁閥11上設置有接口 111、接口 112、接口 113、接口 114、接口 115， 二位三通電磁閥12上設置有接口 121、接口 122、接口 123，其連接關係為 氣動踢球機構中的氣缸3上的氣管接口 41、 42通過氣管13分別與二位五通電磁 閥11上的接口 112、 114連接；二位五通電磁閥11上的接口 111通過氣管13與 二位三通電磁閥12上的接口 122相連；二位三通電磁閥12上的接口 121通過氣 管13與儲氣瓶14連接。
本實施例的工作過程如下
當機器人處於非競賽狀態時，儲氣瓶14中氣體由二位三通電磁閥12上的接 口 121截止，防止氣體洩漏，整個氣路中包括氣缸3中均沒有氣壓，從而使得整個踢球機構處於自然狀態，方便實驗人員對有關零部件進行調整和維修。 當機器人處於競賽狀態時，可以分為準備狀態和踢球狀態。 準備狀態時二位三通電磁閥12上電導通，接口 121、接口 122導通。此時 儲氣瓶14中的氣體順序流經二位三通電磁閥12上的接口 121、接口 122， 二位五 通電磁閥11上的接口 111、接口 112最後進入氣缸3的空腔33，通過空腔33和 34間的氣壓差使得氣缸3的氣缸輸出杆2處於收縮狀態，此時整個踢球機構處於 收縮壓緊狀態。
踢球狀態時當機器人踢球時，二位五通電磁閥11上電導通，二位五通電磁 閥11換位工作，接口 111、接口 114導通，儲氣罐14中的氣體經過氣體迴路快速 進入氣缸3中的空腔34，而氣缸3中的空腔33中的氣體則經由氣體接口41，順 序通過二位五通電磁閥11的接口 112和接口 113排出；此時氣缸3中的空腔34 獲得氣壓後快速推動氣缸輸出杆2伸出氣缸3，給氣動踢球機構提供踢球動力。
踢完球後，二位五通電磁閥11掉電復位，接口 112、接口 111導通，儲氣罐 中的氣體經過氣體迴路進入氣缸3中的空腔33，使氣缸輸出杆2縮回氣缸3中回 復到初始收縮狀態，完成一個踢球周期。
處於踢球狀態時，通過調整氣動踢球機構可以分別實現地滾球和高空球。
地滾球實現過程如圖2所示，在開始進入踢球狀態時，首先控制電機10 將旋轉式推頭9轉動到某一角度，通常是豎直位置，此時平推球踢腳1以及固定 於其上的旋轉式推頭9可以自由通過挑球踢腳7的折邊72之間形成的空隙。然後 通過控制氣壓控制迴路使得氣缸輸出杆2快速伸出氣缸3並推動平推球踢腳1帶 動固定在其上的旋轉式推頭9迅速向外運動踢球，由於旋轉式推頭9未被挑球踢 腳7的折邊72阻擋，平推球踢腳1可以自由通過該折邊72之間的空隙，從而實 現地滾球。踢球動作完成後，通過控制氣壓控制迴路將氣動踢球機構恢復到初始 狀態，從而完成一個地滾球周期。
高空球實現過程如圖3所示，在開始進入踢球狀態時，首先控制電機10 轉動旋轉式推頭9至某一角度，通常是水平位置，此時平推球踢腳1以及固定於 其上的旋轉式推頭9不能夠通過挑球踢腳7的折邊72之間形成的空隙。然後通過 控制氣壓控制迴路使得氣缸輸出杆2快速伸出氣缸3並推動平推球踢腳1帶動旋 轉式推頭9迅速向外運動，由於旋轉式推頭9被挑球踢腳7的折邊72阻擋，旋轉式推頭9將推動折邊72從而帶動挑球踢腳7向外運動。在向外運動過程中，當挑 球踢腳7上的挑球踢腳板8接觸到足球時，將挑起足球往斜上方拋出，從而實現 高空球。踢球動作完成後，通過控制氣壓控制迴路將踢球機構恢復至初始狀態， 從而完成一個高空球周期。
在上述過程中，若改變二位五通電磁闊11的上電導雍時間，即通過控制流入 氣缸3中空腔34的氣體流量就可以控制調節踢球力量。
權利要求
1、一種足球機器人氣動踢球系統，其特徵在於，包括機架、平推球踢腳、挑球踢腳、氣缸，平推踢腳、挑球踢腳分別與機架頂端活動連接，氣缸一端與平推踢腳連接，另一端與機架連接；所述的機架包括由兩塊相互平行設置的平面側板組成的支撐架和支撐架所在的基座；所述的平推球踢腳一端與支撐架頂端活動連接，另一端上設置有電機；所述的挑球踢腳一端與支撐架頂端活動連接，另一端與設置在挑球踢腳上的挑球踢腳板連接；氣缸包括氣缸輸出杆、兩個氣管接口，氣缸一端與基座活動連接，另一端通過從氣缸內腔中伸出的氣缸輸出杆與平推球踢腳活動連接。
2、 根據權利要求1所述的足球機器人氣動踢球系統，其特徵是，所述的電機 的輸出軸上設置有旋轉式推頭。
3、 根據權利要求1所述的足球機器人氣動踢球系統，其特徵是，所述的挑球 踢腳由兩塊相互平行的長條形塊組成，它們之間形成一平推球踢腳通過的空腔， 長條形塊邊緣設置有朝向空腔內部的折邊，折邊之間的空隙的寬度小於旋轉式推 頭的最大寬度，且大於旋轉式推頭的最小寬度。
4、 根據權利要求1所述的足球機器人氣動踢球系統，其特徵是，所述的氣缸 輸出杆的底座將氣缸內腔分割成兩個相互隔絕的空腔，氣缸與基座連接一端空腔 的外壁上設置有與內腔連通的氣管接口，另一個空腔外壁上設置有與空腔連通的 另一個氣管接口。
5、 根據權利要求1或4所述的足球機器人氣動踢球系統，其特徵是，所述的 氣缸連接氣壓控制迴路，氣壓控制迴路包括二位五通電磁閥、二位三通電磁閥、 氣管、儲氣瓶，二位五通電磁閥與氣動踢球機構中的氣缸上的兩個氣管接口連接， 二位五通電磁閥、二位三通電磁閥、高壓氣源順序連接。
全文摘要
本發明涉及一種足球機器人氣動踢球系統，包括平推球踢腳、氣缸輸出杆、氣缸、氣管接口、機架、連接杆、挑球踢腳、挑球踢腳板、旋轉式推頭、電機。氣壓控制迴路包括氣缸輸出杆、氣缸、二位五通電磁閥、二位三通電磁閥、儲氣瓶。通過改變旋轉式推頭的角度，踢球系統可以實現地滾球與高空球之間的切換。通過改變二位五通電磁閥通電時間，即通過改變流入氣缸右腔氣體流量，可以實現踢球力量的調節。本發明實現了一種能夠調節踢球力度，以及既可以踢地滾球又可以踢高空球的氣動踢球系統。本發明機構簡單，易於實現，能夠極大提高足球機器人的競技能力，尤其是踢球能力。
文檔編號A63H13/00GK101596367SQ200910052880
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月11日 優先權日2009年6月11日
發明者冷春濤, 劉偉豪, 曹其新, 譚宏冰, 陳培華 申請人:上海交通大學