發球過程中，計算機指令控制電磁鐵驅動托盤推動排球向上運動與高速旋轉的飛輪接觸。

由于速度差，飛輪與排球之間存在滑動摩擦力，并在該摩擦力作用下，排球向上加速，直到排球脫離飛輪邊緣。

湖南農業大學謝方平等人也在年進行排球發球機的研究，并于當年底成功申請國家實用新型專利。

該發球機的發球機構是曲柄滑塊機構，如圖所示。

圖謝方平等人發明的發球器這種發球機構主要結構特點是套筒是用來安裝彈簧及擊球桿的裝置，其兩端分別有端蓋和法蘭盤，擊球彈簧安裝在擊球桿中部的擋塊與法蘭盤之間，緩沖彈簧安裝在端蓋與擋塊之間。

擊球桿由三部分組成，前端是擊球頭，其材料用橡膠制成且形狀大小可變換，其目的是用來改變擊球的方向和速度。

中部有擋塊，固聯在擊球桿上，其作用是用來壓縮彈簧。

尾部是鉤盤，當控制鉤運動到定位置時，控制鉤就把鉤盤鉤住，來傳遞壓縮彈簧的力。

考慮到裝配的關系，前端的擊球頭和擊球桿用螺紋連接，尾部的鉤盤和擊球桿用螺釘連接。

彈簧分為擊球彈簧和緩沖彈簧，緩沖彈簧安裝在擋塊的前端，擊球彈簧安裝在擋塊的后端，這樣當擊球桿擊完球后，擋塊對端蓋不會有太大的沖擊。

擋塊是用來壓縮彈簧的，擋塊并不與套筒的內壁相接觸，以免增大摩擦甚至在套筒內卡死。

端蓋用螺釘與套筒連接，這樣方便于裝配在其中心軸線位置鉆孔，與擊球桿是孔與軸的配合，采用間隙配合，以便使擊球桿在套筒內能前后自由滑動。

法蘭盤也是用螺釘與導套以及套筒進行連接，在其中心軸線位置鉆孔，與擊球桿是孔與軸的配合，采用間隙配合，以便使擊球桿在套筒內自由移動。

導套是用來使導向軸在導套內進行直線運動，從而使夾板和控制鉤能按預定的軌道進行運動。

導套通過法蘭盤與套筒連接。

導套中有夾板控制鉤導向軸限位塊導向盤端蓋導向盤與端蓋的共同作用使導向軸在導套內作往排球，發球，設計，畢業設計，全套，圖紙第章概述.本課題的來源與現實意義當今體育的競賽，不僅僅是體能上的競爭戰術上的競爭，也是科技上的較量。

科技含量高高效率的體育訓練設備在運動員的日常訓練及水平提高方面起得至關重要的作用。

排球是項攻防兩重性的體育運動，由于其運動特點與比賽規律，要求運員能掌握全方面的技術。

而目前通過人工發球來完成的日常訓練已經不能滿足運動員的訓練需求。

人工發球達不到國際水平，而且會隨著人體力與情緒的下降，發球質量也會下降，訓練效果得不到保證，因此研究能夠代替人工發球，提供高質量發球的排球發球機是非常有必要的。

國內對排球發球機的研究已有段時間，也有多項研究成果，但是總體來看國內的研究仍然處于樣機的狀態，并沒有向產品轉變。

目前國內市場上也沒有找到相關的產品。

排球是項具有較高技巧性的運動。

在大多數比賽中，比賽規則要求運動員輪換位置，因此任何位置的隊員都會參與防守與進攻，這就要求排球運動員對全面地掌握各項基本技術。

排球技術包含兩類有球技術，有發球傳球墊球扣球和攔網等二無球技術，包括準備姿勢移動起跳和掩護等。

排球技術由步法和手法結合，并與軀干視野和球場意識相互配合，融為體。

訓練方法是否正確，在很大程度上影響著排球隊的訓練效果，排球日常訓練中運用的訓練方法主要有幾種重復訓練法，即單在同個階段訓練中多次重復采用，并不斷提高。

多次重復有利于形成條件反射。

變換訓練法，即變換不同的訓練方法與手段來解決項技術，可以使隊員更全面地解決同問題。

串聯訓練法，訓練中將各項技術有機地結合起來，使運動有效地適應比賽。

綜合訓練法，把兩項及兩項以上的技術與戰術系統結合起來訓練，在各種對抗條件下進行訓練。

多球訓練法，用多球進行項技術訓練可以增加訓練的密度難度與節奏，能有效提高效果。

軸心的力矩的代數和，即由上式可得在帶傳動中，有效拉力不是作用于固定點的集中力，而是帶和帶輪接觸面上個點摩擦力的綜合，故整個接觸面上的總摩擦力即為帶所傳遞的有效拉力，則由上式關系可知即帶傳動所能傳遞的功率為式中為有效拉力，單位為，為帶的速度，單位為。

將式代入，可得到由式可得出，帶的兩邊的拉力和的大小，取決于預緊力和帶傳動的有效拉力。

而由式可知，在帶傳動的傳動能力范圍內，的大小又和傳動的功率及帶的速度有關。

當傳動的功率增大時，帶的兩邊拉力的差值也要相應地增大。

帶的兩邊拉力的這種變化，實際上反映了帶和帶輪接觸面上摩擦力的變化。

當其他條件不變且預緊力定時，這個摩擦力有極限值。

這個極限值就限制著帶傳動的傳動能力。

帶傳動的最大有效拉力以及影響因素帶傳動中，當帶有打滑趨勢時，摩擦力即達到極限值，亦即帶傳動的有效拉力達到最大值。

這時，根據理論推導得出的柔韌體摩擦的歐拉公式，來表示出帶的緊邊拉力與松邊拉力二者的臨界值間的關系為其中，為摩擦系數為帶在帶輪上的包角，單位為。

而由圖可得，帶在帶輪上的包角為上式的，分別為小帶輪及大帶輪的節圓直徑，可用小帶輪大帶輪的基準直徑，近似代替。

將式聯立求解可得出以下關系式，其中單位為表示最大臨界有效拉力，單位為也表示其臨界值。

由式可知，最大有效拉力與下列幾個因素有關預緊力最大有效拉力與預緊力成正比，這是因為越大，帶與帶輪間的正壓力越大，則傳動時的摩擦力也就越大，最大有效拉力也就越大。

但是過大，將使帶的磨損加劇，以致過快松弛，縮短帶的工作壽命。

如過小，則帶傳動的工作得不到充分發揮，運轉時容易發生跳動和打滑。

右旋球排球在空中右旋飛行時，球體左側空氣的環流速度與來流速度方向相同，球體左側空氣的速度為其大小為球體右側環流速度與來流速度方向相反，球體右側的空氣速度為大小為根據馬格努斯效應原理排球右側所受空氣的壓強大于排球左側所受的空氣的壓強，排球將出現右旋飛行過程中向左偏拐的現象。

右旋球排球空氣中左旋飛行時，球體右側空氣的環流速度與來流速度方向相同，球體右側空氣的速度為，其大小為球體左側環流速度與來流速度方向相反，球體左側空氣的速度為其大小為根據馬格努斯效應原理排球左側所受空氣的壓強大于排球右側所受的空氣的壓強，排球將出現左旋飛行過程中向右偏拐的現象。

總結對于優秀的排球發球手來說，其能發出上述各種方式的旋轉球，且球速基本能達到發球速度的極限值，而發球機器人的工作目的是模擬運動員的發球過程，因此對于球速和發球方向的控制精度直接決定系統的使用效果。

在本研究中，發球機器人主要由發球器和發球擋板兩部分組成，其中發球器控制球速和旋轉，而發球擋板控制發球高度并影響排球最終的旋轉及發射角度。

.排球發球器工作原理合肥工業大學課研組研究出來的第代發球器的原理如圖所示整個機構由兩個飛輪和個推動排球上下運動的托盤組成，采用變頻器控制電機驅動飛輪轉動的方式，托盤升降采用電磁鐵直接驅動的方式。

發球過程中，計算機指令控制電磁鐵驅動托盤推動排球向上運動與高速旋轉的飛輪接觸。

由于速度差和正壓力的存在，飛輪與排球之間存在滑動摩擦力，并在該摩擦力作用下，排球向上加速，直到排球脫離飛輪邊緣高速飛向發球擋板。

發球過程做如下分析我們的關鍵是研究和探討排球球速與飛輪轉速之間關系，其中球速的測量采用的是基于單片機的紅外對管測量方法。

通過調節變頻器的輸入電壓控制驅動飛輪轉動電機的轉速，轉速與電壓之間是線性關系，所以利用輸入電壓和排球球速的關系可以間接表示出轉速與球速之間的關系。

對于標準的排球?其材料直徑大小以及球內氣壓是恒定的常數，所以它與飛輪表面間的相互壓力可以近似看成個只與排球和飛輪相對位置有關的函數，并假設排球與飛輪剛開始接觸時的位置為。

排球加速過程中與接觸起始位置的垂直距離為。

則排球與飛輪表面間的壓力函數可以表示成為，由動能定理就可以推導出排球在處的球速其中是排球的質量是滑動摩擦系數。

如果飛輪的直線運動，夾板與導向軸的前端用螺栓進行連接，控制鉤通過銷軸安裝在夾板上，控制鉤的前端有彈簧銷，用來鉤掛拉伸彈簧，控制鉤不工作時拉伸彈簧處于自由狀態。

當導向軸向前運動時，控制鉤將要碰到擊球桿尾部的鉤盤時，通過前端限位塊的作用，控制鉤將打開，隨即當導向軸向后運動時，控制鉤在拉伸彈簧的作用下將鉤住擊球桿尾部的鉤盤，擊球桿與導向軸起向后運動，從而使套筒內的擊球彈簧被壓縮，導向軸繼續向后運動時，通過安裝在預定位置的后端限位塊時，控制鉤就將擊球桿松開，從而隨即完成擊球動作。

導向軸與連桿通過螺栓相連，并與導向盤和端蓋之間采用間隙配合。

導向軸的前端與夾板用螺釘連接，從而帶動夾板起運動。

夾板是用來安裝控制鉤，可以實現力的轉化。

控制鉤放置在夾板上，通過圓柱銷將控制鉤安裝在夾板上。

限位塊是用來使控制鉤脫離擊球桿尾部，從而使擊球桿擊球。

導向盤與端蓋共同限制導向軸的作直線運動，它們與導向軸之間采用間隙配合。

擊球曲柄用圓盤將其兩邊銑平，從而來減輕自身的重量。

擊球連桿為用圓桿將其銑成扁方，目的是增加強度和減輕重量。

轉動手柄用來調節整個擊球機構的角度，來實現擊球方向和落地點的調整。

分度盤是用來調節擊球機構的擊球角度。

.本文主要研究內容排球運動技術的全面性及高度技巧性的特點要求排球發球機具有發球拋球扣球等多種送球功能，并且速度旋轉方向，高度等方面可控，以配合排球日常訓練中的各種訓練方法，并且能滿足多種強度密度節奏的訓練方法。

因此對排球發球機提出了設計要求新排球發球機種模擬人實現發球拋球和扣球功能，相關參數可控的，集接發球按扣球扣球及攔網技術練習于體并能滿足多種訓練方法的排球訓練設備，以此來有針對性的對運動員的接發球和扣球技能進行訓練，從而達到提高運動員水平的目的。

本文分析了排球發球中的球的旋轉問題，在此基礎上主要是研究合肥工業大學課題組所研制出的第代排球發球機器人，對其發球器部分的機械系統進行改進設計與分對抗訓練法，有定基礎后可以采用對立面的訓練形式。

競賽訓練法，采用雙方有勝負的模擬比賽，對運動員在比賽場的正常發揮有及不良情緒的克服有特殊意義。

模擬訓練法，模擬比賽可能出現的各種環境，對運動員適應能力的訓練方法。

為全面提高排球運動員的訓練水平和比賽成績，促進體育事業的發展，提出了設計制造排球訓練裝置的構想。

.國內外排球發球器的現狀合肥工業大學研制成排球發球機如圖所示，包含十二個結構，構成四大機構發球機構提供動力，使球產生運動擋球機構可調角度，實現不出的扣球動作導向機構調節發球機構與擋球機構的相對位置移動機構實現發球機的整體移動與固定。

該發球機的扣球球速可達米秒，球速和旋轉可控。

擊球高度米至．米，可控制送球。

其中所用的發球器是圖所示的摩擦式發球器。

圖排球運動員簡易訓練器圖摩擦式發球器原理此發球機的具體實施方式是參見圖，設置低位發球平臺和可調式發球架。

發球平臺的底部設有萬向腳輪，并有高度可調的定位架，發球器設置在發球平臺上。

可調式發球架為固定設置在發球平臺上的對平行的立柱，以立柱為導桿，其上設置可通過縱向絲桿調整高度的移動架，在移動架的外側，呈懸臂式設置傾角可調的發球擋板，發球擋板位于發球器的球道上。

具體實施中，可以在發球器與發球平臺之間，設置由水平絲桿調節滑移位置的水平移動副，水平移動副由固定設置在發球平臺上的滑動導軌及配合設置的滑塊

（其他） 2-20從動帶輪支架座.sldprt

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（其他） 主動帶輪.SLDPRT

（其他） 自動排球發球機的設計正文.doc

（其他） 總裝.DWG

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