專利名稱：一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于排球?qū)ｍ椨?xùn)練的輔助系統(tǒng)，尤其是基于單片機控制的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，該機械手模擬攔網(wǎng)運動員的手臂動作，提高排球運動員的扣球技術(shù)水平。
背景技術(shù)：
扣球是排球運動中發(fā)、墊、傳、扣、攔的五大技術(shù)之一。在排球比賽中，扣球是主要的得分技術(shù)。在關(guān)鍵時刻，能否扣球得分，關(guān)系到在比賽中能否獲得主動權(quán)甚至是比賽的勝利。一個排球運動員要熟練的掌握扣球技術(shù)，都必須要經(jīng)過長期的專項訓(xùn)練，基于科學訓(xùn)練理論和技術(shù)，適當引入輔助訓(xùn)練系統(tǒng)和專用設(shè)備，可以有效減少陪練教練的工作強度，可以為提高運動員的訓(xùn)練水平提供必要的技術(shù)保障。目前，排球運動專項訓(xùn)練輔助設(shè)備的科學研究工作雖已取得豐富成果，但是在產(chǎn)品化和商用方面尚處于起步階段，不能夠滿足當前國際排球技術(shù)發(fā)展對排球?qū)ｍ椨?xùn)練系統(tǒng)的科學化、信息化和工業(yè)化需求，在一定程度上阻礙了我國排球運動的發(fā)展進程。如中國專利CN201701712U中設(shè)計的排球扣球手法輔助練習器，該設(shè)計的主要是構(gòu)成是一個長手柄與一對模擬手掌，兩者相連接構(gòu)成該排球球扣球手法輔助練習器。陪練教練手握長手柄，伸舉模擬手掌進行攔網(wǎng)。雖然應(yīng)用該排球扣球手法輔助練習器，可以避免陪練教練的起跳動作，但對陪練教練的體能有一定要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠模擬攔網(wǎng)真實情境的簡單、安全和實用的輔助訓(xùn)練系統(tǒng)。在排球扣球技術(shù)訓(xùn)練中使用機械手，排球運動員還可以針對某一種攔網(wǎng)方式多次練習某些專項扣球技術(shù)。陪練教練在場地外通過按鍵控制輔助訓(xùn)練系統(tǒng)工作。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:包括機械部分和控制部分兩部分，機械部分包括:一個底座(I)、一根立柱(2 )、一根支架(3 )、一個箱體外殼(4 )、兩根連桿(5、6)和兩只模擬手掌(7、8)、一個調(diào)節(jié)機械手高度的旋鈕(9)和兩個調(diào)節(jié)機械手與水平面夾角的旋鈕(10、11)，控制部分包括:一個鍵盤模塊(12)、一個電源模塊、一個單片機、一個步進電機驅(qū)動器和兩個步進電機，該電源模塊、單片機、步進電機驅(qū)動器和兩個步進電機均放置在箱體外殼(4)的里面。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:底座(I)為圓柱形，該底座(I)中心處圓柱形凹槽，凹槽內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋,立柱(2 )為圓柱形，該立柱(2 )底端外周上設(shè)有與凹槽內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋，該底座(I)與該立柱(2)通過螺紋機械旋接
在一起。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:支架(3) —端為圓柱形套筒，一端為T型，支架(3)的圓柱形套筒可無縫隙的套在立柱(I)上，并可在無阻礙的情況下沿立柱(I)下上下移動。套筒的側(cè)面有一圓孔，圓孔內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，旋鈕(9)底端外周上設(shè)有與圓孔內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)該旋鈕(9)，可緊固該支架(3)與該立柱(2)，使該支架(3)固定于該立柱(2)上，不可上下要移動。向外旋轉(zhuǎn)該旋鈕(9)，該支架(3)與該立柱(2)松開，該支架(3)可以在沿立柱(2)上下移動，從而調(diào)節(jié)機械手的高度。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:箱體外殼(4)的左側(cè)表面突出兩個圓筒，這兩個圓筒可無縫隙的套接在支架(3)的T型兩端，并可在無阻礙的情況下做以該支架(3) T型的橫桿為軸的轉(zhuǎn)動。圓筒的側(cè)面有一圓孔，圓孔內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，兩個旋鈕(10、11)底端外周上設(shè)有與圓孔內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)該旋鈕(10、11)，可緊固該箱體外殼(4)與該支架(3)，該箱體外殼(4)不轉(zhuǎn)動，向外旋轉(zhuǎn)該旋鈕(10、11)，該箱體外殼(4)與該支架(3)松開，該箱體外殼(4)可以做以該支架(3) T型的橫桿為軸的轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)機械手與水平面夾角。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:箱體外殼(4)的前表面和后表面的中心以及前表面的左下角處分別有一圓孔，連接鍵盤模塊的導(dǎo)線從箱體外殼(4)的下表面的圓孔引出，兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸分別從箱體外殼(4)的前表面與后表面的圓孔伸出。兩根連桿(5、6)的一端分別與兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸通過螺絲固接在一起。兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，便可帶動兩根連桿(5、6)做機械轉(zhuǎn)動。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:兩只模擬手掌(7、8)分別和兩根連桿(5、6)固接在一起，當兩根連桿(5、6)隨兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸做機械轉(zhuǎn)動時，兩只模擬手掌(7、8)可隨之做伸縮運動，達到攔網(wǎng)的目的。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:電源模塊用于為控制部分的各模塊提供能量。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:鍵盤模塊(10)上設(shè)有3個按鍵，3 個按鍵分別為:“E” 鍵(Extend)、〃S〃鍵(Shrink)和 〃D〃鍵(Disjunctor)，當“E”鍵按下時，兩只模擬手掌(7、8)伸出，當〃S"鍵按下時，兩只模擬手掌(7、8)縮回，當"D"鍵按下時，若電源模塊為開啟狀態(tài)，則單片機控制電源模塊關(guān)閉，若電源模塊為關(guān)閉狀態(tài)，則單片機控制電源模塊開啟。所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:步進電機驅(qū)動器根據(jù)單片機給出的控制信號，驅(qū)動兩個步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動兩只模擬手掌(7、8)做伸縮運動，達到攔網(wǎng)的目的。本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明能夠模擬單人攔網(wǎng)，為排球運動員提供排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的真實環(huán)境，從而獲得良好的訓(xùn)練效果。排球運動員還可以針對某一種攔網(wǎng)方式多次練習某些專項扣球技術(shù)，提高專項技能水平。陪練教練在遠離排球網(wǎng)的位置按鍵控制模擬手掌的伸縮，不必進行起跳，不消耗大量人力，避免起跳給腳踝、膝蓋、手指帶來的意外傷害。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)工作流程示意圖3是本發(fā)明中控制部分的各模塊連接關(guān)系示意圖；圖4是本發(fā)明中控制部分的電路結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，包括機械部分和控制部分兩部分。陪練教練在場地外，操作鍵盤模塊(12)，通過按鍵的不同輸入不同的信號，單片機根據(jù)輸入信號的不同向步進電機驅(qū)動器輸出不同的信號，兩個步進電機根據(jù)步進電機驅(qū)動器控制信號的不同做出相應(yīng)的機械旋轉(zhuǎn)，從而帶動兩只模擬手(7、8)的伸縮，達到模擬攔網(wǎng)的目的。所述機械部分包括:一個底座(I)、一根立柱(2)、一根支架(3)、一個箱體外殼(4)、兩根連桿(5、6)和兩只模擬手(7、8)。機械部分的實施方式如下:底座(I)為圓柱形,半徑為200mm,高為200mm。底座(I)中心處有一半徑為50mm,深度為80mm的圓柱形凹槽，凹槽內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋。立柱(2)為圓柱形,半徑為50mm,高為2000mm。該立柱底端外周上設(shè)有與凹槽內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋，該底座(I)與該立柱(2)通過螺紋機械旋接在一起。支架(3)—端為圓柱形套筒，一端為T型。支架(3)的圓柱形套筒可無縫隙的套在立柱(I)上，并可在無阻礙的情況下沿立柱(I)下上下移動。套筒的側(cè)面有一圓孔，圓孔內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，旋鈕(9)底端外周上設(shè)有與圓孔內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)該旋鈕(9)，可緊固該支架(3)與該立柱(2)，使該支架(3)固定于該立柱(2)上，不可上下要移動。向外旋轉(zhuǎn)該旋鈕(9 )，該支架(3 )與該立柱(2 )松開，該支架(3 )可以在沿立柱(2 )上下移動，從而調(diào)節(jié)機械手的高度。箱體外殼(4)為一長方體，該箱體外殼(4)的長為250mm，寬為200mm，高為200mm。左側(cè)表面突出兩個圓筒，這兩個圓筒可無縫隙的套接在支架(3)的T型兩端，并可在無阻礙的情況下做以該支架(3)T型的橫桿為軸的轉(zhuǎn)動。圓筒的側(cè)面有一圓孔，圓孔內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，兩個旋鈕(10、11)底端外周上設(shè)有與圓孔內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)該旋鈕(10、11)，可緊固該箱體外殼(4 )與該支架(3 )，該箱體外殼(4 )不轉(zhuǎn)動。向外旋轉(zhuǎn)該旋鈕(10、11)，該箱體外殼(4)與該支架(3)松開，該箱體外殼(4)可以做以該支架(3) T型的橫桿為軸的轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)機械手與水平面的夾角。箱體外殼(4)的前表面和后表面的中心以及前表面的左下角處分別有一圓孔，連接鍵盤模塊(12)的導(dǎo)線從箱體外殼(4)的前表面的左下角處的圓孔引出，兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸分別從箱體外殼(4)的前表面與后表面的圓孔伸出。兩根連桿(5、6)的一端分別與兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸通過螺絲固接在一起。兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，便可帶動兩根連桿(5、6)做機械轉(zhuǎn)動。兩根連桿(5、6)的另一端分別與兩只模擬手(7、8)相連。兩只模擬手(7、8)的手臂長為250mm，寬為100mm。兩只模擬手(7、8)的手臂為空心，可以分別插到兩根連桿(5、6)上，并用螺釘分別將兩只模擬手(7、8)和兩根連桿(5、6)固接在一起。當兩根連桿(5、6)隨兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸做機械轉(zhuǎn)動時，兩只模擬手(7、8)可隨之做伸縮運動，達到攔網(wǎng)的目的。兩只模擬手(7、8)的初始位置為與X軸正向夾角135° ;兩只模擬手(7、8)伸出后的位置為與X軸正向夾角為45°。兩只模擬手(7、8)每次轉(zhuǎn)動的角度為90°，轉(zhuǎn)動速度由單片機編程控制。上述機械部分的構(gòu)件:一個底座(I)、一根立柱(2)、一根支架(3)、一個箱體外殼
(4)和兩根連桿(5、6)，均采用韌性較好的熟鐵制成。兩只模擬手(7、8)采用彈性較好的輕質(zhì)橡膠制成。所述的控制部分包括:一個鍵盤模塊(12)、一個電源模塊、一個單片機、一個步進電機驅(qū)動器和兩個步進電機?？刂撇糠值膶嵤┓绞饺缦?電源模塊用于為控制部分的各模塊提供能量。鍵盤模塊(12)上連有4根導(dǎo)線，其中I根為地線，另外3根為與單片機I/O端口相連的控制線。鍵盤模塊(12)上設(shè)有3個按鍵，3個按鍵分別為:“E”鍵(Extend)、〃S〃鍵(Shrink)和〃D〃鍵(Disjunctor)。當“E”鍵按下時，兩只模擬手(7、8)伸出；當〃S〃鍵按下時，兩只模擬手(7、8)縮回；當〃0〃鍵按下時，單片機首先驗證電源模塊為開啟狀態(tài)還是關(guān)閉狀態(tài)，若電源模塊為開啟狀態(tài)，則單片機控制電源模塊關(guān)閉；若電源模塊為關(guān)閉狀態(tài)，則單片機控制電源模塊開啟。單片機上連有9根導(dǎo)線，其中2根為電源線，還有3根為與鍵盤模塊(12)相連的控制線，另外4根為與步進電機驅(qū)動器相連的控制線。單片機用于存儲程序，識別鍵盤模塊
(12)的輸入信息，并向步進電機驅(qū)動器輸出相應(yīng)的信息。步進電機驅(qū)動器上連有8根導(dǎo)線，其中I根為地線，還有3根為與單片機I/O端口相連的控制導(dǎo)線，另外4根為與兩個步進電機相連的控制線。步進電機驅(qū)動器根據(jù)單片機給出的控制信號，驅(qū)動兩個步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動。兩個步進電機上各有4根導(dǎo)線，兩個步進電機的連接方式完全相同，這4根導(dǎo)線均與步進電機驅(qū)動器相連。步進電機驅(qū)動器驅(qū)動兩個步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動兩只模擬手(7、8 )做伸縮運動，達到攔網(wǎng)的目的。上述控制部分的各模塊中電源模塊和鍵盤模塊(12)構(gòu)造簡單，可以手工制作。上述控制部分的各模塊中單片機、步進電機驅(qū)動器和兩個步進電機均可在市面上買到。單片機選用MSP430系列的單片機，MSP430系列的單片機具有以下特點:1、處理能力強2、運算速度快3、超低功耗在本發(fā)明中，單片機接5V電源，I/O端口被占用6個引腳，工作頻率選為8MHz主頻。步進電機驅(qū)動器選用42 二相步進驅(qū)動器DQ542MA該型號的步進電機驅(qū)動器，采用直流18 50V供電，適合驅(qū)動電壓18V 50V，電流小于4.0A外徑42 86毫米的兩相混合式步進電機。此驅(qū)動器采用交流伺服驅(qū)動器的電流環(huán)進行細分控制，電機的轉(zhuǎn)矩波動很小，低速運行很平穩(wěn)，幾乎沒有振動和噪音。高速時力矩也大大高于其它二相驅(qū)動器，定位精度高。在本發(fā)明中，步進電機驅(qū)動器接24V電源，并將電機每轉(zhuǎn)的步數(shù)分別設(shè)置為400
止/J/ O
兩個步進電機選用42步進電機42BYGHW609，該型號的步進電機42BYGHW609具體參數(shù)如表格1所示:
權(quán)利要求
1.一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:包括機械部分和控制部分兩部分，機械部分包括:一個底座(I)、一根立柱(2)、一根支架(3)、一個箱體外殼(4)、兩根連桿(5、6)和兩只模擬手掌(7、8)、一個調(diào)節(jié)機械手高度的旋鈕(9)和兩個調(diào)節(jié)機械手與水平面夾角的旋鈕(10、11)，控制部分包括:一個鍵盤模塊(12)、一個電源模塊、一個單片機、一個步進電機驅(qū)動器和兩個步進電機，該電源模塊、單片機、步進電機驅(qū)動器和兩個步進電機均放置在箱體外殼(4)的里面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:底座(I)為圓柱形，該底座(I)中心處圓柱形凹槽,凹槽內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋,立柱(2)為圓柱形，該立柱(2)底端外周上設(shè)有與凹槽內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋，該底座(I)與該立柱(2)通過螺紋機械旋接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:支架(3)—端為圓柱形套筒，一端為T型，支架(3)的圓柱形套筒可無縫隙的套在立柱(I)上，并可在無阻礙的情況下沿立柱(I)下上下移動。套筒的側(cè)面有一圓孔，圓孔內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，旋鈕(9)底端外周上設(shè)有與 圓孔內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)該旋鈕(9)，可緊固該支架(3 )與該立柱(2 )，使該支架(3 )固定于該立柱(2 )上，不可上下要移動。向外旋轉(zhuǎn)該旋鈕(9 )，該支架(3 )與該立柱(2 )松開，該支架(3 )可以在沿立柱(2 )上下移動，從而調(diào)節(jié)機械手的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:箱體外殼(4)的左側(cè)表面突出兩個圓筒，這兩個圓筒可無縫隙的套接在支架(3)的T型兩端，并可在無阻礙的情況下做以該支架(3)T型的橫桿為軸的轉(zhuǎn)動。圓筒的側(cè)面有一圓孔，圓孔內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，兩個旋鈕(10、11)底端外周上設(shè)有與圓孔內(nèi)壁上的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)該旋鈕(10、11)，可緊固該箱體外殼(4 )與該支架(3 )，該箱體外殼(4 )不轉(zhuǎn)動，向外旋轉(zhuǎn)該旋鈕(10、11)，該箱體外殼(4)與該支架(3)松開，該箱體外殼(4)可以做以該支架(3)T型的橫桿為軸的轉(zhuǎn)動，從而調(diào)節(jié)機械手與水平面夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:箱體外殼(4)的前表面和后表面的中心以及前表面的左下角處分別有一圓孔，連接鍵盤模塊的導(dǎo)線從箱體外殼(4)的下表面的圓孔引出，兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸分別從箱體外殼(4)的前表面與后表面的圓孔伸出。兩根連桿(5、6)的一端分別與兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸通過螺絲固接在一起。兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，便可帶動兩根連桿(5、6)做機械轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:兩只模擬手掌(7、8)分別和兩根連桿(5、6)固接在一起，當兩根連桿(5、6)隨兩個步進電機的轉(zhuǎn)軸做機械轉(zhuǎn)動時，兩只模擬手掌(7、8)可隨之做伸縮運動，達到攔網(wǎng)的目的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:電源模塊用于為控制部分的各模塊提供能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:鍵盤模塊(10)上設(shè)有3個按鍵，3個按鍵分別為:“Ε”鍵(Extend)、〃S〃鍵(Shrink)和〃D〃鍵(Disjunctor)，當“E”鍵按下時，兩只模擬手掌(7、8)伸出，當〃S"鍵按下時，兩只模擬手掌(7、8)縮回，當"D"鍵按下時，若電源模塊為開啟狀態(tài)，則單片機控制電源模塊關(guān)閉，若電源模塊為關(guān)閉狀態(tài)，則單片機控制電源模塊開啟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，其特征是:步進電機驅(qū)動器根據(jù)單片機給出的控制信號，驅(qū)動兩個步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動兩只模擬手掌(7、8 )做伸縮運動 ，達到攔網(wǎng)的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的機械手，涉及一種用于排球?qū)ｍ椨?xùn)練的輔助設(shè)備，其結(jié)構(gòu)為由陪訓(xùn)教練控制按鍵模塊按鍵，向單片機給出輸入信號，單片機識別信號，給出相應(yīng)的輸出信號，控制驅(qū)動器，驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，從而帶動模擬手掌伸縮，達到攔網(wǎng)的目的。通過移動設(shè)備整體、旋轉(zhuǎn)旋鈕以及旋轉(zhuǎn)模擬手掌，可以準確的控制攔網(wǎng)的具體位置。本發(fā)明能夠模擬單人攔網(wǎng)，為排球運動員提供排球扣球技術(shù)訓(xùn)練的真實環(huán)境，從而獲得良好的訓(xùn)練效果。排球運動員還可以針對某一種攔網(wǎng)方式多次練習某些專項扣球技術(shù)，提高專項技能水平。陪練教練在遠離排球網(wǎng)的位置按鍵控制模擬手掌的伸縮，不必進行起跳，不消耗大量人力，避免起跳給腳踝、膝蓋、手指帶來的意外傷害。
文檔編號A63B69/00GK103170116SQ201210536980
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者張?zhí)m超, 蘇暢, 秦聚超 申請人:哈爾濱黑石科技有限公司