1.本发明涉及羽毛球发球技术领域，具体涉及一种羽毛球自动发球装置及其发球方法。
背景技术：
2.羽毛球发球机，又称羽毛球发球机，是一种用于羽毛球等球类运动的机器。羽毛球发球机能够连续自动发球，用于供人练习接发球。现有的羽毛球发球机主要有两种动作方式，一种是以机械臂投球，另一种是借由轮子的转动来投球，这两种动作方式在投球过程中会使羽毛球受挤压变形，影响羽毛球落点的准确性，缩短了羽毛球的使用寿命。而且现有的羽毛球发球机机械结构和控制程序比较复杂，价格昂贵，很难在个人羽毛球爱好者中普及使用。另外，由于羽毛球和篮球及足球等大型球类不同，其重量和体积较小，发射过程中比较容易受到风力等环境因素影响，飞行路线及落球点存在较多不确定性。为了保证羽毛球发球及落球的准确性，需要将羽毛球发球装置安装在羽毛球网上，这就对羽毛球发球装置提出了小型化、微型化的要求，只有结构构造简单、小型化或微型化的设备才能够方便地安装在羽毛球网上，且不会影响羽毛球网的正常使用和寿命。
3.因此，急需设计一种能够安装在羽毛球网上的低成本的小型化或微型化羽毛球自动发球装置。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种羽毛球自动发球装置及其发球方法，该发球装置及其发球方法能够解决现有技术中的不足，不仅在发球过程中与羽毛球无接触，不会使羽毛球挤压变形，保证羽毛球落点的准确性，延长了羽毛球的使用寿命，还具有结构简单、体积小、成本低等特点，便于安装在羽毛球网上，满足羽毛球发球训练的使用需求。
5.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
6.一种羽毛球自动发球装置，包括羽毛球放置机构、羽毛球运送机构、羽毛球旋转机构、羽毛球发射机构和气动机构。所述羽毛球放置机构包括储球支架和安装在储球支架上端的储球座。所述羽毛球运送机构包括运球组件和用于带动运球组件沿储球支架升降的运球驱动组件。所述羽毛球旋转机构包括异形齿条、与异形齿条相啮合的角度齿轮；所述角度齿轮中间贯穿安装有连接轴；所述连接轴的一端与发球座相连。所述羽毛球发射机构包括设置在储球座下方的发球座。所述发球座上开设有吹气通道。
7.所述气动机构包括储气罐、用于交替向储气罐充气的一对充气气缸、用于驱动一对充气气缸交替运动的曲柄连杆组件、用于驱动曲柄连杆组件运动的驱动电机组件、与羽毛球运送机构相连的用于提供夹球动力的气缸一及气缸二、与羽毛球旋转机构相连的用于驱动羽毛球转动的气缸三以及与羽毛球发射机构相连的用于驱动羽毛球发射的气路组件。所述气缸一与夹爪一相连，用于驱动夹爪一运动。所述气缸二与夹爪二相连，用于驱动夹爪二运动。所述气缸三与异形齿条相连，用于驱动羽毛球转动。所述气路组件与发球座相连，
用于为羽毛球发射提供动力。
8.进一步的，所述运球组件包括安装在储球支架上且与运球驱动组件相连的固定板以及分别贯穿安装在固定板的两侧的夹爪一与夹爪二；所述气缸一用于驱动夹爪一运动，所述气缸二用于驱动夹爪二运动；所述运球驱动组件包括电机一、下端安装在电机一输出轴上的连动杆一和下端与连动杆一的上端相连的连动杆二；所述连动杆一与连动杆二通过转轴一相连，连动杆二的上端通过转轴二与固定板相连；所述固定板上设有位置开关。
9.进一步的，所述驱动电机组件包括电机二、安装在电机二的输出轴上的齿轮一、与齿轮一啮合相连的齿轮二、贯穿安装在齿轮二中的蜗杆、与蜗杆啮合相连的蜗轮和贯穿安装在蜗轮上的连接轴一；所述曲柄连杆组件包括与连接轴一相连的连杆一、通过连接轴二与连杆一相连的连杆二、通过连接轴三与连杆二相连的连杆三、通过连接件与连杆三相连的连杆四、通过连接轴四与连杆四相连的连杆五；所述连杆二与连杆五分别与一对充气气缸的活塞杆相连；所述电机二连接有蓄电池。
10.进一步的，所述气缸一通过气体管路一与储气罐相连，气缸二通过气体管路二与储气罐相连，气体管路一与气体管路二上均设有换向阀一和截止阀一；所述储气罐中设有压力阀；所述储气罐通过气路组件与吹气通道相连，气路组件上设有截止阀二；所述气缸三的进气口通过气体管路三与储气罐相连，所述气体管路三上设有换向阀二和截止阀三。
11.本发明还涉及一种上述羽毛球自动发球装置的发球方法，该方法包括以下步骤：
12.(1)电机二工作，带动齿轮一转动，齿轮一带动与其啮合的齿轮二转动，齿轮二带动与其固定相连的蜗杆转动，蜗杆带动与其啮合相连的蜗轮转动，蜗轮带动与其固定相连的连接轴一转动；电机二工作时，为蓄电池充电，蓄电池中储存的电能，用于为各转向阀、截止阀等部件供电。
13.(2)连接轴一转动，带动连杆一、连杆二、连杆三、连杆四及连杆五摆动，连杆二与连杆五的摆动方向相反；设一对充气气缸分别为充气气缸一与充气气缸二，连杆二用于驱动充气气缸一的活塞杆运动，为储气罐充气；连杆五用于驱动充气气缸二的活塞杆运动，为储气罐充气；当储气罐中的压力阀检测到的储气罐内的压力值达到设定的最高阈值时，电机二停止工作。
14.(3)电机一正向转动，带动连动杆一与连动杆二在竖直平面内正向转动，使固定板及安装在固定板上的气缸一与气缸二以及夹爪一与夹爪二沿储球支架向上运动，当位置开关到达上方指定位置时，电机二停止工作。
15.(4)气体管路一与气体管路二上的截止阀一打开，换向阀一正向打开，储气罐中的气体分别向气体管路一与气体管路二中流动，使气缸一与气缸二工作，气缸一和气缸二驱动夹爪一与夹爪二向内侧运动。
16.(5)当夹爪一与夹爪二向内侧运动到一定位置后，夹爪一与夹爪二将放置在储球座中的最下方的羽毛球夹紧，电机二反向转动，带动连动杆一与连动杆二在竖直平面内反向转动，使固定板及安装在固定板上的气缸一与气缸二以及夹爪一与夹爪二沿储球支架向下运动，当位置开关到达下方指定位置时，电机二停止工作。
17.(6)气体管路一与气体管路二上的截止阀一打开，换向阀一反向打开，储气罐中的气体分别向气体管路一与气体管路二中流动，使气缸一与气缸二驱动夹爪一与夹爪二向外侧运动，位于夹爪一与夹爪二之间的羽毛球向下落到发球座中。
18.(7)当羽毛球落到发球座中后，气体管路三上的截止阀三打开，换向阀二正向打开，储气罐中的气体流动到气体管路三中，接着进入到气缸三中，使气缸三带动异形齿条正向移动，推动角度齿轮正向转动，从而带动连接轴以及固定安装在连接轴上的发球座一同正向转动。
19.(8)当发球座转动到一定角度后，气路组件上的截止阀二打开，储气罐中的气体流动到气路组件及吹气通道中，给位于发球座中的羽毛球一个作用力，使羽毛球向外发出。
20.(9)当羽毛球发出后，截止阀二关闭，换向阀二反向打开，气缸三带动异形齿条反向移动，推动角度齿轮反向转动，使发球座反向转动至初始位置，截止阀三和换向阀二关闭。
21.和现有技术相比，本发明的优点为：
22.(1)本发明所述的羽毛球自动发球装置将羽毛球夹球、羽毛球转动(即羽毛球方向调整)和羽毛球发射三个动作采用同一个储气罐来提供气体动力，这样就能够使装置的结构变得简单化和小型化，使该装置能够非常便利地安装在羽毛球网上。
23.(2)为了确保储气罐中的气体压力能够满足三个动作的气体动力需求，而不会产生因为采用一个大功率气缸进行充气而带来的体积庞大、无法在羽毛球网上安装的难题，本发明采用一对小功率的充气气缸交替为储气罐充气，这样就能保证储气罐中源源不断地有气体输入，提高了充气效率，确保储气罐中的气体量充足，确保储气罐中的气体能够同时为羽毛球夹球、羽毛球转动(即羽毛球方向调整)和羽毛球发射三个动作提供气体动力。
24.(3)为了进一步使装置的结构更加简单，降低装置的成本，在曲柄连杆组件的协助下，本发明只采用一个小功率的微型电机就能够实现两个充气气缸的交替运动。而且该微型电机在空闲时间还能够为蓄电池充电，使蓄电池为装置的阀门等小器件供电，无需再额外配置电源。
25.(4)本发明通过高压气体吹动羽毛球使羽毛球发射出去，在发球过程中没有机械结构与羽毛球接触，不会使羽毛球挤压变形，保证羽毛球落点的准确性，延长了羽毛球的使用寿命。
26.(5)考虑到如果将羽毛球发球装置安装在羽毛球场外周，需要非常大的发球力才能够将羽毛球发射出去，需要大功率的设备才能够完成，而大功率的设备通常体积比较大、成本高，这就无法满足羽毛球发球小型化、低成本的实际使用需求。而且羽毛器体积小、重量轻，将羽毛球发球装置安装在羽毛球场外周，羽毛球在发射过程中容易受到风力等外界环境影响，运行路线存在很多不确定性，不可控。本发明所述的羽毛球自动发球装置具有小型化的特点，能够安装在羽毛球网上使用，降低了成本，满足羽毛球发球装置的实际使用需求。
附图说明
27.图1是本发明的结构示意图一；
28.图2是本发明的结构示意图二；
29.图3是羽毛球放置机构、羽毛球运送机构、羽毛球旋转机构和羽毛球发射机构的结构示意图；
30.图4是充气气缸及曲柄连杆组件的装配结构示意图。
31.其中：
32.101、储球支架，102、储球座，201、固定板，202、夹爪一，203、夹爪二，204、气缸一，205、气缸二，206、电机一，207、连动杆一，208、连动杆二，209、转轴一，210、转轴二，211、位置开关，301、发球座，302、吹气通道，303、气缸三，304、异形齿条，305、角度齿轮，306、连接轴，307、发球座支架，308、连接板，401、储气罐，402、充气气缸，403、电机二，404、齿轮一，405、齿轮二，406、蜗杆，407、蜗轮，408、连接轴一，409、连杆一，410、连接轴二，411、连杆二，412、连接件，413、连杆三，414、连杆四，415、连杆五，416、电机二支架，417、气体管路一，418、气体管路二。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明做进一步说明：
34.如图1-图4所示的一种羽毛球自动发球装置，包括羽毛球放置机构、羽毛球运送机构、羽毛球旋转机构、羽毛球发射机构和气动机构。
35.所述气动机构包括储气罐401、用于交替向储气罐401充气的一对充气气缸402、用于驱动一对充气气缸402交替运动的曲柄连杆组件、用于驱动曲柄连杆组件运动的驱动电机组件、与羽毛球运送机构相连的用于提供夹球动力的气缸一204及气缸二205、与羽毛球旋转机构相连的用于驱动羽毛球转动的气缸三303以及与羽毛球发射机构相连的用于驱动羽毛球发射的气路组件。所述储气罐401，用于为气缸一204、气缸二205和吹气通道302提供气源。
36.所述羽毛球放置机构包括储球支架101和安装在储球支架101上端的储球座102。储球支架101包括两根支柱和设置在两根支柱底部的支撑板。储球座102设置在两根支柱的上端一侧。储球座102，用于放置羽毛球。储球座102的形状和尺寸可以根据需要进行设置。
37.所述羽毛球运送机构包括运球组件和用于带动运球组件沿储球支架升降的运球驱动组件。所述运球组件包括安装在储球支架101上且与运球驱动组件相连的固定板201和分别贯穿安装在固定板201的两侧的夹爪一202与夹爪二203。所述气缸一204，用于驱动夹爪一202运动。所述气缸二205，用于驱动夹爪二203运动。所述固定板201上设有位置开关211。所述运球驱动组件包括电机一206、下端安装在电机一206输出轴上的连动杆一207和下端与连动杆一207的上端相连的连动杆二208；所述连动杆一207与连动杆二208通过转轴一209相连，连动杆二208的上端通过转轴二210与固定板201相连。固定板套设在储球支架的两根支柱上，且与支柱间隙配合。在运球驱动组件的作用下，固定板201可以沿着储球支架直线升降。固定板201为前端开口的u型，在其开口的两侧分别设有两个安装孔。夹爪一202与夹爪二203分别贯穿安装在两个安装孔中。在气缸一204的驱动下，夹爪一202可以沿固定板201的长度方向左右移动。在气缸二205的驱动下，夹爪二203可以沿固定板201的长度方向左右移动。夹爪一202与夹爪二203的内侧均为弧形，与羽毛球的头部的形状相适应。采用运球驱动组件驱动固定板及安装在固定板上方的部件沿储球支架升降，能够确保羽毛球随夹爪升降过程的稳定性。通过气缸一与气缸二控制夹爪一与夹爪二的开合，既能够保证夹紧羽毛球，又能够对羽毛球的夹紧力进行精确调节，避免对羽毛球造成损坏。通过设置位置开关，能够保证夹爪一与夹爪二移动位置的准确性，使夹爪一与夹爪二能够恰好夹住羽毛球的头部位置，既能够夹紧羽毛球，又能够保护羽毛球。
38.当固定板201及位于固定板201上的气缸一204、气缸二205、夹爪一202和夹爪二203向上移动至指定位置时，位置开关会向控制器发送控制信号，使电机一206停止工作，气缸一204与气缸二205开始工作，在气缸一204与气缸二205的驱动下，夹爪一202与夹爪二203均向内侧移动，当夹爪一202与夹爪二203向内侧移动至设定位置时，夹爪一202与夹爪二203能够将位于储球座102中最下方的羽毛球夹住。此时，气缸一204与气缸二205停止工作，电机一206重新开始工作。此时，电机一206的转动方向与之前的转动方向相反，使固定板201及位于固定板201上的气缸一204、气缸二205、夹爪一202和夹爪二203向下移动，当向下移动至指定位置时，电机二停止工作，气缸一204与气缸二205重新启动，带动夹爪一202与夹爪二203同时向两侧移动，从而松开羽毛球，使羽毛球在自身重力作用下向下落到发球座301中。
39.所述羽毛球旋转发射机构包括设置在储球座下方的发球座301和用于驱动发球座转动的发球驱动组件。所述发球座301上开设有吹气通道302。所述发球驱动组件包括与气缸三303的活塞杆相连的异形齿条304、与异形齿条304相啮合的角度齿轮305。所述角度齿轮305中间贯穿安装有连接轴306；所述连接轴306的一端与发球座301相连。通过异形齿条与角度齿轮相互配合，能够实现连接轴及固定在连接轴上的发球座的转动。通过控制异形齿条的进给尺寸，能够对发球座的转动角度进行控制，从而实现不同角度的羽毛球的发射。羽毛球放置在发球座中，通过将储气罐中的气体注入到吹气通道中，给羽毛球一个作用力，使羽毛球发射出去。在羽毛球发射过程中，没有元器件与羽毛球相接触，不会影响羽毛球的落地动作，能够确保羽毛球落点的准确性。
40.所述驱动电机组件包括电机二403、安装在电机二403的输出轴上的齿轮一404、与齿轮一404啮合相连的齿轮二405、贯穿安装在齿轮二405中的蜗杆406、与蜗杆406啮合相连的蜗轮407和贯穿安装在蜗轮407上的连接轴一408。所述曲柄连杆组件包括与连接轴一408相连的连杆一409、通过连接轴二410与连杆一409相连的连杆二411、通过连接轴三与连杆二411相连的连杆三413、通过连接件412与连杆三413相连的连杆四414、通过连接轴四与连杆四414相连的连杆五415；所述连杆二411与连杆五415分别与一对充气气缸402的活塞杆相连。所述电机二403连接有蓄电池。连杆二与连杆五交替前后移动，连杆二向前的时候，连杆五向后。通过采用曲柄连杆组件驱动一对充气气缸交替对储气罐进行充气，能够提高充气效率，保证各个气缸的用气量能够及时供应。
41.所述气缸一204通过气体管路一417与储气罐401相连，气缸二205通过气体管路二418与储气罐401相连，气体管路一417与气体管路二418上均设有换向阀一和截止阀一。所述储气罐401中设有压力阀。所述储气罐401通过气路组件与吹气通道302相连，气路组件上设有截止阀二。所述气缸三303的进气口通过气体管路三与储气罐401相连，所述气体管路三上设有换向阀二和截止阀三。通过设置换向阀和截止阀，能够对各个气缸的运动状态进行实时控制，确保运球、发球动作的精准性。
42.本发明还涉及一种上述羽毛球自动发球装置的发球方法，该方法包括以下步骤：
43.(1)电机二403工作，带动齿轮一404转动，齿轮一404带动与其啮合的齿轮二405转动，齿轮二405带动与其固定相连的蜗杆406转动，蜗杆406带动与其啮合相连的蜗轮407转动，蜗轮407带动与其固定相连的连接轴一408转动。
44.(2)连接轴一408转动，带动连杆一409、连杆二411、连杆三413、连杆四414及连杆
五415摆动，连杆二411与连杆五415的摆动方向相反；设一对充气气缸402分别为充气气缸一与充气气缸二，连杆二411用于驱动充气气缸一的活塞杆运动，为储气罐401充气；连杆五415用于驱动充气气缸二的活塞杆运动，为储气罐401充气；当储气罐401中的压力阀检测到的储气罐401内的压力值达到设定的最高阈值时，电机二停止工作。
45.(3)电机一206正向转动，带动连动杆一207与连动杆二208在竖直平面内正向转动，使固定板201及安装在固定板201上的气缸一204与气缸二205以及夹爪一202与夹爪二203沿储球支架向上运动，当位置开关214到达上方指定位置时，电机二403停止工作。
46.(4)气体管路一417与气体管路二418上的截止阀一打开，换向阀一正向打开，储气罐401中的气体分别向气体管路一417与气体管路二418中流动，使气缸一204与气缸二205工作，气缸一204和气缸二205驱动夹爪一202与夹爪二203向内侧运动。
47.(5)当夹爪一202与夹爪二203向内侧运动到一定位置后，夹爪一202与夹爪二203将放置在储球座102中的最下方的羽毛球夹紧，电机二403反向转动，带动连动杆一207与连动杆二208在竖直平面内反向转动，使固定板201及安装在固定板201上的气缸一204与气缸二205以及夹爪一202与夹爪二203沿储球支架101向下运动，当位置开关211到达下方指定位置时，电机二403停止工作。
48.(6)气体管路一417与气体管路二418上的截止阀一打开，换向阀一反向打开，储气罐401中的气体分别向气体管路一417与气体管路二418中流动，使气缸一204与气缸二205驱动夹爪一202与夹爪二203向外侧运动，位于夹爪一202与夹爪二203之间的羽毛球向下落到发球座301中。
49.(7)当羽毛球落到发球座301中后，气体管路三上的截止阀三打开，换向阀二正向打开，储气罐401中的气体流动到气体管路三中，接着进入到气缸三303中，使气缸三303带动异形齿条304正向移动，推动角度齿轮305正向转动，从而带动连接轴306以及固定安装在连接轴306上的发球座301一同正向转动。
50.(8)当发球座301转动到一定角度后，气路组件上的截止阀二打开，储气罐401中的气体流动到气路组件及吹气通道302中，给位于发球座301中的羽毛球一个作用力，使羽毛球向外发出。
51.(9)当羽毛球发出后，截止阀二关闭，换向阀二反向打开，气缸三303带动异形齿条304反向移动，推动角度齿轮305反向转动，使发球座301反向转动至初始位置，截止阀三和换向阀二关闭。
52.考虑到如果将羽毛球发球装置安装在羽毛球场外周，需要非常大的发球力才能够将羽毛球发射出去，需要大功率的设备才能够完成，而大功率的设备通常体积比较大、成本高，这就无法满足羽毛球发球小型化、低成本的实际使用需求。而且羽毛器体积小、重量轻，将羽毛球发球装置安装在羽毛球场外周，羽毛球在发射过程中容易受到风力等外界环境影响，运行路线存在很多不确定性，不可控。本发明所述的羽毛球自动发球装置具有小型化的特点，能够安装在羽毛球网上使用，降低了成本，满足羽毛球发球装置的实际使用需求。
53.首先，本发明所述的羽毛球自动发球装置将羽毛球夹球、羽毛球转动(即羽毛球方向调整)和羽毛球发射三个动作采用同一个储气罐来提供气体动力，这样就能够使装置的结构变得简单化和小型化，使该装置能够非常便利地安装在羽毛球网上。其次，为了确保储气罐中的气体压力能够满足三个动作的气体动力需求，而不会产生因为采用一个大功率气
缸进行充气而带来的体积庞大、无法在羽毛球网上安装的难题，本发明采用一对小功率的充气气缸交替为储气罐充气，这样就能保证储气罐中源源不断地有气体输入，提高了充气效率，确保储气罐中的气体量充足，确保储气罐中的气体能够同时为羽毛球夹球、羽毛球转动(即羽毛球方向调整)和羽毛球发射三个动作提供气体动力。再次，为了进一步使装置的结构更加简单，降低装置的成本，在曲柄连杆组件的协助下，本发明只采用一个小功率的微型电机就能够实现两个充气气缸的交替运动。而且该微型电机在空闲时间还能够为蓄电池充电，使蓄电池为装置的阀门等小器件供电，无需再额外配置电源。最后，本发明通过高压气体吹动羽毛球使羽毛球发射出去，在发球过程中没有机械结构与羽毛球接触，不会使羽毛球挤压变形，保证羽毛球落点的准确性，延长了羽毛球的使用寿命。本发明所述的羽毛球自动发球装置具有小型化、成本低等特点，满足日常羽毛球训练需求。
54.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。