(57)【要約】ロボットの全ての動作制御機構をデジタル制御し、使用者が完全にプログラム可能で、ユニークなデザインのボール捕捉及び再使用ネットを用いたロボットを競技場の機械の側の広い範囲に設置できるロボットを特徴とする卓球ロボットシステム。【選択図】図１
2008532725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全自動デジタル制御且つ使用者がプログラム可能な卓球ロボットであって、
前記ロボットの下部に設けられたボール収容容器及び電気モータで駆動するボール供給機構（Ｆ）と、
下端が（Ｆ）の出口に接続され、上端が前記ロボット（Ｄ）の上部パーツのうちの１に接続されて、前記ロボットの上部パーツを支持し且つ（Ｆ）から前記ロボットの上部パーツへ卓球ボール用の垂直な通路を与える伸長且つ格納可能な垂直多段シャフト（Ｅ）と、
ボール通過パイプを挟んでその周りに取り付けられてモータ駆動により直接スピード制御される２つのボール発射輪（ＤＷ１），（ＤＷ２）を具えるボール発射ヘッド（Ａ）と、
（三角形の方法で（図２）機械的に結合した、水平角度調整機構（Ｄ）と、垂直角度調整機構（Ｃ）と、横回転角度調整機構（Ｂ）とを具え）必ずしも必須ではないがほぼ直交するとは限らない３つの非平行な軸周りで前記ボール発射ヘッドの角度を設定し、前記垂直多段シャフトの上部から前記ボール発射ヘッドの前記ボール通過パイプの入口に卓球ボール用の連続した通路を与える電気モータ駆動式３次元角度調整機構と、
前記垂直多段シャフトに取り付けられて床の上に前記ロボットを支持する三脚と、
ＣＰＵ（マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ又はＤＳＰ）と、適切な電力機器と、センサー機器と、ロジックと、メモリと、ユーザインターフェイスと、プログラミングとを具えた（図５）デジタルコントローラとを具え、
前記ボール発射ヘッドが前記３次元角度調整機構の機械的出口に取り付けられていることを特徴とする卓球ロボット。
【請求項２】
前記ボール発射輪が双方向に回転可能であり、
それぞれの前記ボール発射輪用のスピード制御機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（それ自身の筐体を有することを特徴とする）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有することを特徴とする）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化したスピードフィードバックを与えて、前記機構のスピードをデジタル制御することを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項３】
前記水平角度調整機構（Ｄ）が、外側部材及び内側部材から成る２つの相対回転部材を主に具え、
前記内側部材が、卓球ボールが通過できるよう十分な大きさを具えた全体としてパイプ状（必ずしも円形ではないが円形が最も便利である）であり、
前記外側部材が、パイプ状が最も便利であるが必ずしもこれに限らず、
前記２つの部材が、互いに相対回転できるが長手方向の相対運動が殆ど又は全くできないような方法で、必要に応じてロータリーベアリングを用いて一緒に組み立てられ、
ギヤセット又はプーリベルトセットを具える電気モータ及び減速ステージが、前記相対回転させるよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項４】
前記減速ステージのうちの１が、ウオームとウオームギヤとによる減速であり（好適には、最終段階であり前記ウオームギヤが前記内側の回転部材に組み込まれている）、
さらに、前記機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（それ自身の筐体を有することを特徴とする）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有することを特徴とする）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化した位置のフィードバックを与えて、前記機構の運動をデジタル制御することを特徴とする請求項３に記載の水平角度調整機構。
【請求項５】
前記横回転角度調整機構（Ｂ）が、外側部材及び内側部材から成る２つの相対回転部材を主に具え、
前記内側部材が、卓球ボールが通過できるよう十分な大きさを具えた全体としてパイプ状（必ずしも円形ではないが円形が最も便利である）であり、
前記外側部材が、パイプ状が最も便利であるが必ずしもこれに限らず、
前記２つの部材が、互いに相対回転できるが長手方向の相対運動が殆ど又は全くできないような方法で、必要に応じてロータリーベアリングを用いて一緒に組み立てられ、
ギヤセット又はプーリベルトセットを具える電気モータ及び減速ステージが、前記相対回転させるよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項６】
前記減速ステージのうちの１が、ウオームとウオームギヤとによる減速であり（好適には、最終段階であり前記ウオームギヤが前記内側の回転部材に組み込まれている）、
さらに、前記機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（それ自身の筐体を有することを特徴とする）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有することを特徴とする）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化した位置のフィードバックを与えて、前記機構の運動をデジタル制御することを特徴とする請求項５に記載の横回転角度調整機構。
【請求項７】
前記垂直角度調整機構（図３）が、送りネジ（ＬＤ）と、ＬＤを格納又は伸長可能なパイプ状のハウジングと、ＬＤに螺合するネジを有する中央孔を具えた送りネジ駆動輪（ＤＷ５）（プーリ又はギヤのいずれでもよい）と、適切なプーリ又はギヤをシャフトに具えた電気モータと、前記ハウジングの上部にスペーサによって隔てて取り付けられ、中央孔を具えた２つの取付板とを具えた送りネジアッセンブリであり、
ＤＷ５が、ＤＷ５及び前記取付板の前記中央孔を揃えてＬＤを通した状態で、前記取付板の間で回転するよう挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項８】
さらに、前記垂直角度調整機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（それ自身の筐体を有することを特徴とする）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有することを特徴とする）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化した位置のフィードバックを与えて、前記機構におけるＬＤの直線運動（すなわち（Ａ）−（Ｂ）アッセンブリの垂直角運動）をデジタル制御することを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項９】
前記ボール容器が下り斜面又はボウル状の下面を有して、場所がある場合に卓球ボールが常に前記容器（図４）の下部開口部に転がり落ちることができ、前記ボール供給機構が、前記下部開口部の真下に設置され、
前記ボール供給機構が、主に外側の固定シリンダ（Ｒ）と、内側の回転シリンダＱと、（Ｑ）の下部に接続された駆動輪（ＤＷ６）と、ノズルパイプ（ＮＺ）と、Ｑ−ＤＷ６アッセンブリを駆動させるモータとを具え、
前記（ＮＺ）の入口の近くにおける前記外側のシリンダの内面と前記内側シリンダの外面との距離が、卓球ボールの直径よりもわずかに小さく（前記面が必要に応じてゴムでできている）、（ＤＷ６）が前記モータの駆動によって反時計回りに回転すると、前記機構のチャンバに落ちた卓球ボールが周囲に押されて最終的に（ＮＺ）に入ることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項１０】
前記伸長且つ格納可能な垂直多段シャフト（Ｅ）が、同一の長さであるが異なる直径の複数のパイプ（必ずしも円形ではない）部分を具えており、
前記シャフトの全高が広い範囲にわたって変更可能となるように、小さいパイプが重複部分の長さを変更可能にして次に大きいパイプに挿入されることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項１１】
（鋼、グラスファイバー、木材、樹脂といった）堅い材料でできた適切な大きさ及び形状の１又はそれ以上のネットフレームと、適切な材料でできた適切な大きさ及び形状（矩形が最も便利）のネット本体とを具えた卓球用ボールの捕捉及び再使用ネット（図６）であって、
このネットの主要且つユニークな特性が、前記フレームの位置及び／又は形状及び／又は前記ネット本体を前記フレームに掛ける方法を変えることによって、練習するプレーヤーによって返された卓球ボールの捕捉及び再使用の有効性を維持しつつ、前記ネットが多くの大きさ及び形状に展開できることを特徴とする卓球用ボールの捕捉及び再使用ネット。
【請求項１２】
前記ネットが、３０ｃｍから６０ｃｍの幅及び適切な長さを有して前記ネット本体の内面の上部の周囲に沿ってほぼ水平に適切な高さで掛けるネット材を具える（図７）ことを特徴とする請求項１１に記載の卓球用ボールの捕捉及び再使用ネット。
【請求項１３】
請求項１に記載の卓球ロボットと請求項１１に記載のボール捕捉及び再使用ネットとを具えたデジタル制御され使用者がプログラム可能でフィールドで再設置可能な卓球ロボットシステム（図８、図９）であって、
前記ネットの前フレームが、前記テーブルの機械の側の一端に留められた２つの堅い柱として実施され、
前記ネットの後フレームが、前記ロボットの垂直なシャフトに取り付けられたＵ形の堅いフレームとして実施されることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記ロボットが、予め使用者が作成し、使用者が編集可能なデジタルライブラリーを具えており、
前記ライブラリーの要素が様々な卓球のショット及びショットの順番を規定し、前記要素を前記ロボットのデジタルコントローラによって呼び出して、使用者の処理によってこれらショット及びショットの順番を再現できることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特許又は市販されている既存の卓球ロボットよりも技術的且つ機能的に優れた高度な卓球ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
数十年にわたり、一種の卓球ロボットが発明され、特許され、及び製造されている。これらの装置は、プレーヤーが練習できるよう様々なボールの飛行速度及びボールの回転速度とともに様々な間隔及び軌跡で、競技用テーブル（又は競技用コート）の機械側からプレーヤー側のテーブルの上に卓球のボールを連続的に発射する。いくつかの例として、注目が以下の特許（すなわち、米国特許番号第３，７９４，０１１号、第４，１１６，４３８号、第４，３２５，３５１号、第４，９１７，３８０号、第４，８４４，４５８号、第５，００９，４２１号、第５，３３５，９０５４号、第５，３８３，６５８号、第５，４８５，９９５号、第５，５３３，７２２号、第６，１８６，１３２号、第６，２０２，２３６号、第６，３７１，８７２号、第６，６０４，５１７号、中国特許番号第０２２１７９４６号、第０３２１８６４５号、第８７２１４５４５号、第９３２１３６６３号、第９３２４４５５５号、第９４２１７８３２号、第９７２４０５２２号、第９８２３０４０１号、第９９２０７７４０号）に向けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
卓球ロボットの目的は、人間の卓球プレーヤーをシミュレートして、競技フィールドの機械の側からテーブルの他方側の上部に卓球ボールを発射し、相手側の人間のプレーヤーが練習するように、ボールの飛行スピード、軌道及び回転とともに、人間のプレーヤーが実際の卓球ゲームを再現することである。既存の特技術では、このような目的を十分に達していない。
【０００４】
第１、プログラム可能
卓球ゲームにおいて、相手側のプレーヤーによって返される各ボールは、固有の飛行スピード、軌道及び回転を有している。理想的な卓球ロボットでは、使用者が、飛行スピード、初めの３次元のボール発射方向、軌道及び回転といったサービスするボールのパラメータ（すなわち、特性）を、人間の相手となるプレーヤーが十分高いデジタル分解能（例えば、８ビット又は１６ビット）で（卓球の）ショットライブラリーとしてシステムのメモリの中で相当の数のこれらのパラメータを作成して記憶できる、範囲の中の任意の値にプログラムして、これらのパラメータの任意の組をロボットに読み込ませて、必要に応じてパラメータによって規定されるショットを再現させ、彼／彼女が繰り返して練習したいショットの種類及びショットの順番をプログラム及び記憶させ、ボタンを押すときにいつでも自動的にロボットにショット及びショットの順番を提供させる（必要に応じて繰り返させる）ことができなければならない。既存の特許技術は、このような性能を有していない。それらの多くは、何か機械的なものを手で調整して１又はそれ以上のショットのパラメータを変える必要がある。米国特許番号第６１８６１３２号は、モータ駆動するボール調整機構を有しており、マイクロコントローラを使用してそれらを制御するが、これらの機構の位置情報をデジタル化していないため、単純なロジック制御のみである。
【０００５】
第２、フィールドで再設置可能
卓球ゲームにおいて、相手となるプレーヤーが、競技コートの彼／彼女側の３次元空間内の任意のポイントから、時としてテーブルの端の近くから、時としてテーブルの端から５メートル以上離れたところから、時として彼／彼女の膝の高さから、時として彼／彼女の肩よりも上の高さから、及びそれらの間のあらゆる場所からボールを返す。ボール捕捉及び再利用ネットを具えた既存の特許技術でも、これらの空間のうちかなりの部分をカバーしない。いくつかは、テーブルの端の定点に取り付けられ、いくつかはテーブルの端の近くに独立して設けられている。ボール捕捉及び再利用ネットを具えた既存の構成全ては、（テーブルに対して）決まった場所のみに配置できる。そうでなければ、ボール捕捉ネットは、満足に機能しないであろう。これは、このような構成のボール捕捉及び再使用ネットが、１の配置サイズ、場所及び形状のみを有するためである。米国特許番号第６，２００，２３６号は、非常に限られた横方向（床面及びテーブルの端部の双方に対して平行）の範囲でロボットのボール発射ヘッドを再設置するシステムを紹介したが、縦方向（テーブルの端から床面に平行でテーブルの端部に対して垂直なラインに沿った方向）及び垂直方向（床面に対して垂直な方向）のいずれにも再設置しない。米国特許番号第６，３７１，８７２号は、ボール発射ヘッドを垂直方向に限定的に再設置する性能を付け加えているが、縦方向には再設置しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に開示されている説明及び図面は、例を示すためのものであって限定するためのものではない。以下に解決法を記載している。
【０００７】
図１は、図示しない（他の図面に記載している）ボール捕捉及び再利用ネットを具えた本発明を示す図である。図１において、Ａはボール発射ヘッドで、ｂｐはボール発射ラインである。Ｂはｂｐ周りにＡを回転させて発射されるボールの横回転角度を設定する横回転角度調整機構である。Ｄは固定した垂直軸周りにＡ，Ｂ及びＣを一緒に回転させるロボットの水平角度調整機構である。Ｂ及びＤはピンｐ１及びｐ２に接続されている。Ｃはロボットの垂直角度調整機構であり、モータ駆動する送りネジアッセンブリで、ｐ１及びｐ２によって形成される軸周りにＡ及びＢを共に上げ下げして、必要に応じてラインｂｐと床面との間の角度を変える。Ｅは垂直多段シャフトである。Ｆは多くの卓球ボールを保持する容器であり、モータ駆動するボール供給機構及びシステムの電子機器を収容する。Ｈは床にシステム全体を支持するための三脚である。
【０００８】
図２は、システムのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ部品を詳細に示す。図２に示すように、ボール発射ヘッドＡは、取り付けプレートを用いてパイプの一部を挟んで取り付けられた２つのモータＭ１，Ｍ２と、Ｍ１，Ｍ２のシャフトに取り付けられた２つの卓球ボール駆動輪ＤＷ１及びＤＷ２と、反射式赤外線センサＳ１，Ｓ２と、赤外線発光ダイオードｅと、パイプを挟んでｅに面した赤外線探知器ｇとから成る。パイプは、卓球のボールが通過できる大きさである。ＤＷ１及びＤＷ２のゴムでできた端部間の距離は、卓球のボールの直径よりもわずかに小さい。卓球のボールを図２における左から右に管に押し通すと、それはＤＷ１及びＤＷ２の端部によって捕らえられ、ＤＷ１及びＤＷ２の回転速度及び方向によって決まる速さ、回転及び方向でラインｂｐの方向に投げ出される。ＤＷ１及びＤＷ２は、中央ライン及びラインｂｐが同一のラインになるような方法で、ボール発射管の長手方向の中央ラインを挟んでそのラインの周りに取り付けられている。ＤＷ１及びＤＷ２は、リングバンド（ＤＷ１のリングバンドのみを図２に示す）をそれぞれ有しており、赤外線反射及び吸収バーが、このバンドに沿って交互且つ均等に分布している。ＤＷ１及びＤＷ２が回転すると、これらリングバンドに面するＳ１及びＳ２がシステムのデジタルコントローラに一連の電気パルスを送信する。パルスの速度は、ＤＷ１及びＤＷ２の回転速さをそれぞれ表している。デジタルコントローラは、検出した駆動輪の回転速さとそれらの設定値とを反復的に比較してＭ１，Ｍ２を駆動する電圧を調節するため、ＤＷ１及びＤＷ２の閉ループのデジタル速度制御を形成する。ＤＷ１の赤外線反射リングバンド及び反射式赤外線センサＳ１は共に、光学式のインクリメンタル型エンコーダとして機能し、エンコーダの部品が動作制御機構の様々な部品に組み込まれている。本発明に係る他の実施例のように、インクリメンタル型又はアブソリュート型の独立型のエンコーダ（必ずしも光学式ではない）を動作伝達リンクのどこかに取り付けて使用できる。あるいは、内蔵型エンコーダを具えたモータ（通常モータの後端のシャフトに取り付けられている）を使用できる。しかしながら、これらの実施例は構造的により複雑であり、一般にコストがかかるであろう。
【０００９】
卓球のボールが発射されると、それがｅから放射された赤外線を一時的に遮り、ｇがこれを検出してデジタルコントローラにパルスを送信するため、いつ何個の卓球のボールを発射するかを変更するための手段を与える。
【００１０】
図２に示すように、ロボットＤの水平角度位置調整機構が、主に２つのパイプ部品からなり、一方（内側パイプ）が他方（外側パイプ）に挿入されている。ＷＭは、シャフトに取り付けられたウオームとウオーム駆動輪ＤＷ４（歯車駆動のためのギヤ又はベルト駆動のためのプーリのいずれでもよい）とから成る機械式ウオームアッセンブリである。ＷＭのシャフトは、ベアリング及びブラケットを用いてＷＭのシャフトの両端部でＤの外側パイプに取り付けられている。適合するウオームギヤＷＧが、Ｄの内側パイプの本体に組み込まれている。Ｄの内側パイプ及びＥの内側パイプは、実際には同じ鉛直パイプの異なる部分である。ＤＷ４は、駆動ベルト又は共通のギヤリンクを介して電気モータＭ４によって駆動する。適切な回転ベアリング（図示せず）が、内側パイプ及び外側パイプが重なる両端部の内側パイプと外側パイプとの間に組み込まれている。ＷＭがＭ４によって駆動されて回転すると、Ｄの外側パイプの回転運動が両端矢印ｄによって示す２つの回転方向によって決まる垂直軸周りに発生し、外側パイプＤに取り付けられたもの全て（すなわち、ＷＭ，Ｍ４，Ｓ４，Ａ，Ｂ及びＣ）を一緒に回転させる。Ｓ４は、Ｓ１及びＳ２と同じような反射式赤外線センサであり、同じような方法でＤＷ４の運動を検出する。赤外線を反射及び吸収するＤＷ４の領域の境界線は、ＤＷ１及びＤＷ２のような直線ではなく、曲線である。これは、機械的な振動によって誘発される疑似パルスを防止するためである。システムのデジタルコントローラは、Ｓ４によって発生するパルスの記録及びモータＭ４の回転方向の記録を保持するため、この機構の位置及び速さの記録を保持して、常にＭ４の適切な制御を発生させる。これにより、組み込んだエンコーダを使用したシステムの閉ループのデジタル位置制御される軸を形成し、ロボットのボール発射ヘッドの横方向の揺動及び位置調整を実現する。本発明の他の実施例として、内蔵型のウオームギヤの代わりに内蔵型の一般的なギヤを内側パイプに用い、インクリメンタル型又はアブソリュート型の独立型のエンコーダ（必ずしも光学式ではない）を、機構の運動をエンコードするのに使用できる。あるいは、内蔵型エンコーダを具えたモータを使用できる。あるいは、ステッピングモータを使用できる。しかしながら、これらの実施例は、一般に嵩張り、より複雑で高価である。
【００１１】
図２の部品Ｂは、ロボットの横回転角度調整機構で、部品Ｄと正に同じ構成である。Ｄ及びＢの外側パイプのブラケットは、ピンｐ１及びｐ２に機械的に接続されている。Ｂの内側パイプは、ボール発射ヘッドＡのパイプと接続されている。モータＭ３が回転すると、（両端矢印ｂで示すように）Ｂの内側パイプ及びボール発射ヘッドＡが共にラインｂｐの周りに回転して、必要に応じて発射するボールの横回転角度を設定する。
【００１２】
図２の部品Ｃは、ロボットの垂直角度調整機構で、モータ駆動する送りネジアッセンブリである。このアッセンブリの一端は、ブラケット及びピンでＤの外側パイプに固定されている。このアッセンブリの他端は、ピンでＢの外側パイプに固定されている。モータＭ５が回転すると、アッセンブリの両端間の距離が変化するため、両端矢印ｃによって示すように、ピンｐ１及びｐ２によって形成された水平軸周りにＡ及びＢを共に回転させる。このよなＡ及びＢの垂直回転により、発射したボールの様々な高さの軌道を実現する（すなわち、高度制御）。図２のＴ１及びＴ２は、半硬質の弾性材料でできた舌状の部品である。それらは、Ｂ−Ａアッセンブリが上下に揺動するときにＤとＢとの間の湾曲したボールの通路を常に滑らかに保持するのに役立つ。
【００１３】
図３は、部品Ｃのさらなる詳細を示す。ＬＤは、送りネジのロッドで、ＤＷ５は、ＬＤのネジと螺合するようネジを切った中央孔を具えた駆動輪である。ＤＷ５は、ベルト駆動するプーリ又は実施例のギヤ駆動するギヤのいずれでもよい。送りネジのハウジングは、パイプ状の構造である。このパイプの上部に、中央孔を具えた２つの取り付けプレートを取り付けている。２つのプレート間に垂直方向に距離があり、これは図３に示すようにプレート間にスペーサを使用することによって形成する。ＤＷ５は、プレート間に組み込まれており、ＬＤがＤＷ５の中央孔及び２つの方形プレートの中央孔を貫通する。また、ＤＷ４に設けられているのと同様な反射式赤外線リングバンドが、ＤＷ５の上面に設けられている。Ｍ５が駆動してＤＷ５を回転させると、ＤＷ５のリングバンドに面した反射式赤外線センサＳ５がＤＷ５の運動を検出してデジタルコントローラに信号を送信し、それに応じてデジタルコントローラがＭ５を駆動することによってＬＤの位置を追跡記録及びデジタル制御する。このため、デジタル閉ループのもう一つの軸が、ロボットの制御を位置付ける。Ｍ５のシャフトとＤＷ５との間の機械的リンクは図示していない。それは、ベルト駆動又はギヤ駆動のリンクのいずれでもよい。
【００１４】
図４は、図１における部品Ｆの内側の詳細である鳥瞰図を示す。図示するように、容器の中の下部が、ボウル形の面を有している。このような形状により、ボックスに収容される全てのボールをボウルの開口部近くの下部に向けて容易に下方に回転させ、さらには、重力の作用だけで、この開口部の真下に設けられたボール供給機構に落下させることができる。このボール供給機構は、箱の下部に固定された外側シリンダＲと、内側シリンダＱと、ノズルの一端が外側シリンダの開口部を通して内側及び外側シリンダの間の空間に突っ込まれ、他端が容器の外に延びている箱の下部に固定されたノズルパイプＮＺと、モータ駆動輪ＤＷ６と、取付プレートＭＰとから成る。内側シリンダＱはＤＷ６の上部に固定されている。Ｑ−ＤＷ６アッセンブリの上端部は、ロータリーベアリングとともにＭＰによって所定の位置に保持されており、ＭＰはＲの上端部にネジ止めされている。Ｑ−ＤＷ６アッセンブリの下端部は、容器の下部に組み込まれたロータリーベアリングとともに所定の位置に保持されている。Ｒ及びＱ−ＤＷ６アッセンブリは、同一の中央の垂直線を共有しており、またこの線はＱ−ＤＷ６アッセンブリの回転軸である。ＤＷ６は、ギヤ駆動を用いる場合の歯車又はベルト駆動を用いる場合のプーリのいずれでもよい。Ｑの垂直な外面及びＲ，ＲＢ１の内面の一部は、ゴムでできている。ゴム面の間の距離は、ボールの直径よりもわずかに短く、Ｑの垂直な外面とゴムで覆われていないＲの内面との間の距離は、卓球のボールよりもわずかに長い。Ｑ−ＤＷ６アッセンブリが図４の矢印で示す方向に回転すると、ＤＷ６の上部に落ちたボールは、あちこち移動するが、最終的に２つのゴム面の間に捕捉されてノズルＮＺの中に押し出される。ノズルは、図１における部品Ｅの下部のＬ型部に接続されており、ボールをボール発射ヘッドＡまで次々と押すことができる。２つのシリンダから成る供給機構の利点は、それが一定の速さでボールを動かすため、ボールを発射するタイミングを正確に制御できて、２つのゴム面の間を回転するボールが減速及び力の増幅から成る別の段階を形成する。前述のように、図２のｅ及びｇの組が、いつ何個のボールを発射するかを検出し、デジタルコントローラがこの情報を用いてＤＷ６を駆動するモータ（図示せず）をオン・オフする。ボックスＦの中の余ったスペース及びボール保持ボウルの下を使用して、システムのデジタル制御機器及びモータ駆動装置ＤＷ６を収容する。
【００１５】
以上をまとめると、本発明は制御機構で駆動する５つの電気モータを配置している。部品Ａの２つのスピード制御部は、発射したボールの所望の飛行スピード及び回転を発生するためのもので、部品Ｂ，Ｃ及びＤにおけるそれぞれ１つの位置制御部は、ボール発射ヘッドを位置決め（すなわち照準）して発射したボールの所望の軌道、テーブルへの着弾点、及び横回転を発生させるためのものである。各々の動作制御部は、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（エンコーディングに加えて他の機能を有する動作制御機構の部品に組み込まれた１又はそれ以上の主要部品で規定する）内蔵型又は（それ自身の筐体を有する）独立型エンコーダを具えているが、最良の形態として本書では内蔵型エンコーダを使用している。これらのエンコーダは、動作制御機構のためのデジタル化したフィードバックを与え、適切な電子機器（ロジック及びモータ駆動、センタ用信号処理、ユーザインターフェイス）と組み合わせたデジタルコントローラ（マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ又はパーソナルコンピュータ）を用いてロボットの完全なデジタル制御を実現する。これらの５つの動作制御機構の制御パラメータの各組は、特定のボールのコース（すなわちショット）を規定する進路を形成する。所定の進路を発生させてシステムのメモリにライブラリーとして記憶し、必要に応じて瞬く間に所望のショットを実行するために呼び出すことができる。適切なブログラミングにより、使用者が新たなライブラリーを作ったり、既存のライブラリーを編集でき、さらに、ライブラリーの様々な進路の呼び出しを適切なタイミングで並べることで、訓練するプレーヤーが練習するためにショットを組み合わせて実行でき、さらには、ライブラリーの実行及び組み合わせを作ることができる。このようにして、使用者が完全にロボットをプログラム可能となる。
【００１６】
図５は、ロボットの電子的サブシステムの機能ブロック図である。何万という本発明に適した様々なタイプのＣＰＵ（マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ又はＤＳＰ）が市販されており、さらに図５における各機能ブロックをコンピュータを用いて実施し、システムをプログラムする方法がある。詳細は本書に記載しない。
【００１７】
図１の部品Ｅは、複数の部品を組み合わせた、床から適度な高さにロボットの上部パーツを保持するために使用するパイプ構造（２つの部品のみ図示する）である。Ｅのパイプの全ての部品は、同じ長手方向の中央ラインを共有し、内側パイプを外側パイプの外に延ばしたり外側パイプの中に引っ込めることで、ロボット全体の高さを変えることができる。部品間に適切なスライドベアリングを使用して出入する摺動を滑らかにし、適切な位置決めネジを使用して必要に応じて場所を固定する。また、部品Ｅは、部品Ｆの出口から部品Ａにわたって押し出されるボール用の通路となる。
【００１８】
図６は、本発明に係るボール捕捉及び再利用ネットを示す。このネットは、寝かせたときに略矩形となるが必ずしもこれに限らない本体ＭＢと、ネットの一端を閉じるために使用する適切なネット材でできた末端部ＥＰと、展開形状及び位置にネットを支持且つぶら下げるための１又はそれ以上の支持フレームとからなる。ネットの展開形状及び位置は、ネットの前側の開口端が卓球のテーブルの端部を囲み、ネットの内側のほぼ垂直な面が練習する者によって返されてテーブルの機械の側を跳ねる全てのボールを捕捉するのに十分高くなるようになっており、ネットの内側の面の下部が滑らかに湾曲して傾斜しているため、ネットに入ってきたボールがちょうど重力の作用によって常にネットの下部の所定の場所に向けて転がることができる。そして、この場所に溜まったボールをロボットのボール供給機構に送る。ネット材の弾性を使用することにより、及び／又はフレームにネットを架ける様々な方法により、及び／又はフレームの形状及び場所を変えることにより、ネットは様々な展開した大きさ、形状及び位置を持つ。本発明のある実施例として、図６のように２つの独立型支持フレームを使用する。前フレームがＦＦで、後フレームがＢＦである。薄型のＵ形のＦＦの上部はテーブルの端部を完全に囲んでいる。後フレームＢＦは、狭くて高いＵ形の上部を有する。フレーム構成を使用すると、展開したネットの大きさ及び形状を変えてもネット材の弾性に依存しないが、実際のところ、ネット材の弾性が大き過ぎると悪影響を有する可能性がある。より狭いＢＦにより、ネットの上部の後端部がより高くなり（これは、テーブルの端部から距離内で、テーブルで跳ね返ったボールが上昇曲線を描くため、理想的である）、ネットの下部が低くなる（これは、ネットの下部の面がネットの前から後ろに向かって滑らかな下り斜面を成して、ネットに入る全てのボールが図６の円Ｓで符号を付けたある一つの点に転がるため、理想的である）。ＢＦとＦＦとの間の距離（すなわち、展開したネットの有効長さ）をネットの本体の全長と同じ長さにするか、あるいはＢＦをＦＦにちょうど隣接して置くこともできる。このような距離がネットの本体の全長よりも短い場合、余分なネット材を、ＦＦの薄型のＵに沿って巻き上げるか又は一緒に脇に押してＦＦの薄型のＵの下に置くことができる。図６に示すように、ＢＦを床の上のＬ−Ｍ−Ｎ−Ｐ領域の中の任意の場所に設置することができ、ネットが常に満足に機能する。ネット材及びフレームの性質に応じて、ひも状又は堅い梁をｈからｉ及びｊからｋに必要に応じて使用してもよい。約３０から６０ｃｍの幅を有するネット材のベルトを、図７に示すように（ネットの本体は図７に示していない）、必要に応じてネットの上端部に沿って掛けて、ネットの本体の内側の上部に重ねることができる。これにより、トップスピンのボールがネットから抜け出るのを防ぐのに役立つ。ネットの垂直な壁に当たった後にトップスピンのボールは壁を昇る傾向があるため、図７に示すような重なったベルトがそれらを捕捉し、ネットの下部にそれらを戻すことができる。
【００１９】
図８は、ネットの構成についての別の実施例を示しており、本例もまた最良の形態である。図８では、卓球用テーブル、本発明のロボット及び本発明のボール捕捉及び再使用ネットを一つのシステムに組み込んでいる。テーブルの端部に固定接続した２つの取り外し可能な柱がネットの前フレームを形成し、後フレームがロボットに取り付けられている。２つのガラス繊維複合材料から成る中国式釣り竿と同じような格納及び伸長可能な多段式の梁をネットｈ−ｉ及びｊ−ｋの上端に沿ったスリーブに使用して、より良くネットを支持している。ロボットをＬ−Ｍ−Ｎ−Ｐで符号を付けた領域の中のどこにでも設置して、ボールを完全に捕捉及び再利用できる。一般的なナイロン繊維のネットを用いて、ＬとＭとの間の距離は最大７メートルまで、ＭとＮとの間の距離は最大５メートルまで可能である。図９は、ロボットをテーブルの端部の近くに設置した場合のネットの別の展開形態を示す。また、図９は、前フレームと後フレームとの間の距離がネットの全長よりも短い場合に、どのように余分なネット材を共に押して、わきに架け、ネットの前フレームの下に置くのかを示している。
【００２０】
本発明に係るボール捕捉及び再利用ネットと組み合わせた図１のロボットの部品Ｅの態様により、ボール発射ヘッドを競技場の機械装置側の広い３次元の空間内のどこにでも再配置可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ボール捕捉及び再利用ネットを具えた本発明を示す図である。
【図２】図２は、システムのＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ部品を詳細に示す。
【図３】図３は、図３は、部品Ｃのさらなる詳細を示す。
【図４】図４は、図１における部品Ｆの内側の詳細である鳥瞰図を示す。
【図５】図５は、ロボットの電子的サブシステムの機能ブロック図である。
【図６】図６は、本発明に係るボール捕捉及び再利用ネットを示す。
【図７】図７は、本発明に係るボール捕捉及び再利用ネットを示す。
【図８】図８は、ネットの構成についての別の実施例を示す。
【図９】図９は、ロボットをテーブルの端部の近くに設置したネットの別の展開形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月19日(2007.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全自動デジタル制御且つ使用者がプログラム可能な卓球ロボットであって、
前記ロボットの下部に設けられたボール収容容器及び電気モータで駆動するボール供給機構と、
下端が前記ボール供給機構の出口に接続され、上端が前記ロボットの上部パーツのうちの１に接続されて、前記ロボットの上部パーツを支持し且つ前記ボール供給機構から前記ロボットの上部パーツへ卓球ボール用の垂直な通路を与える伸長且つ格納可能な垂直多段シャフトと、
ボール通過パイプを挟んでその周りに取り付けられてモータ駆動により直接スピード制御される２つのボール発射輪を具えるボール発射ヘッドと、
（三角形の方法で機械的に結合した、水平角度調整機構と、垂直角度調整機構と、横回転角度調整機構とを具え）必ずしも必須ではないがほぼ直交する３つの非平行な軸周りで前記ボール発射ヘッドの角度を設定し、前記垂直多段シャフトの上部から前記ボール発射ヘッドの前記ボール通過パイプの入口に卓球ボール用の連続した通路を与える電気モータ駆動式３次元角度調整機構と、
前記垂直多段シャフトに取り付けられて床の上に前記ロボットを支持する三脚と、
ＣＰＵ（マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ又はＤＳＰ）と、適切な電力機器と、センサー機器と、ロジックと、メモリと、ユーザインターフェイスと、プログラミングとを具えたデジタルコントローラとを具え、
前記ボール発射ヘッドが前記３次元角度調整機構の機械的出口に取り付けられていることを特徴とする卓球ロボット。
【請求項２】
前記ボール発射輪が双方向に回転可能であり、
それぞれの前記ボール発射輪用のスピード制御機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（すなわち、それ自身の筐体を有する）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（すなわち、エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有する）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化したスピードフィードバックを与えて、前記機構のスピードをデジタル制御することを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項３】
前記水平角度調整機構が、外側部材及び内側部材から成る２つの相対回転部材を主に具え、
前記内側部材が、卓球ボールが通過できるよう十分な大きさを具えた全体としてパイプ状（必ずしも円形ではないが円形が最も便利である）であり、
前記外側部材が、パイプ状が最も便利であるが必ずしもこれに限らず、
前記２つの部材が、互いに相対回転できるが長手方向の相対運動が殆ど又は全くできないような方法で、必要に応じてロータリーベアリングを用いて一緒に組み立てられ、
ギヤセット又はプーリベルトセットを具える電気モータ及び減速ステージが、前記相対回転させるよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項４】
前記減速ステージのうちの１が、ウオームとウオームギヤとによる減速であり（好適には、最終段階であり前記ウオームギヤが前記内側の回転部材に組み込まれている）、
さらに、前記機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（すなわち、それ自身の筐体を有する）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（すなわち、エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有する）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化した位置のフィードバックを与えて、前記機構の運動をデジタル制御することを特徴とする請求項３に記載の水平角度調整機構。
【請求項５】
前記横回転角度調整機構が、外側部材及び内側部材から成る２つの相対回転部材を主に具え、
前記内側部材が、卓球ボールが通過できるよう十分な大きさを具えた全体としてパイプ状（必ずしも円形ではないが円形が最も便利である）であり、
前記外側部材が、パイプ状が最も便利であるが必ずしもこれに限らず、
前記２つの部材が、互いに相対回転できるが長手方向の相対運動が殆ど又は全くできないような方法で、必要に応じてロータリーベアリングを用いて一緒に組み立てられ、
ギヤセット又はプーリベルトセットを具える電気モータ及び減速ステージが、前記相対回転させるよう設けられていることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項６】
前記減速ステージのうちの１が、ウオームとウオームギヤとによる減速であり（好適には、最終段階であり前記ウオームギヤが前記内側の回転部材に組み込まれている）、
さらに、前記機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（すなわち、それ自身の筐体を有する）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（すなわち、エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有する）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化した位置のフィードバックを与えて、前記機構の運動をデジタル制御することを特徴とする請求項５に記載の横回転角度調整機構。
【請求項７】
前記垂直角度調整機構が、送りネジと、前記送りネジのロッドを格納又は伸長可能なパイプ状のハウジングと、前記送りネジのロッドに螺合するネジを有する中央孔を具えた送りネジ駆動輪（プーリ又はギヤのいずれでもよい）と、適切なプーリ又はギヤをシャフトに具えた電気モータと、前記ハウジングの上部にスペーサによって隔てて取り付けられ、中央孔を具えた２つの取付板とを具えた送りネジアッセンブリであり、
前記送りネジ駆動輪が、前記送りネジ駆動輪及び前記取付板の前記中央孔を揃えて前記送りネジロッドを通した状態で、前記取付板の間で回転するよう挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項８】
さらに、前記垂直角度調整機構が、光学式又は他の方式のインクリメンタル型又はアブソリュート型の（すなわち、それ自身の筐体を有する）独立型又は前記モータに組み込まれた又は（すなわち、エンコーディングに加えて他の機能を有する前記機構の１又はそれ以上の部品に組み込まれた１又はそれ以上のエンコーディング部品を有する）内蔵型のエンコーダを具えており、前記ロボットの前記デジタルコントローラにデジタル化した位置のフィードバックを与えて、前記機構における前記送りネジロッドの直線運動をデジタル制御することを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項９】
前記ボール容器及びボール供給機構が下り斜面又はボウル状の下面を主に具え、場所がある場合に卓球ボールが常に前記容器の下部開口部に転がり落ちることができ、前記ボール供給機構が、前記下部開口部の真下に設置され、
ボール供給機構が、主に外側の固定シリンダと、内側の回転シリンダと、前記内側の回転シリンダの下部に接続された駆動輪と、ノズルパイプ（ＮＺ）と、前記内側の回転シリンダ及び駆動輪アッセンブリを駆動させるモータとを具え、
ノズルパイプの入口の近くにおける前記外側のシリンダの内面と前記内側シリンダの外面との距離が、卓球ボールの直径よりもわずかに小さく（前記面が必要に応じてゴムでできている）、前記駆動輪が前記モータの駆動によって反時計回りに回転すると、前記機構のチャンバに落ちた卓球ボールが周囲に押され最終的に前記ノズルパイプに入ることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項１０】
前記伸長且つ格納可能な垂直多段シャフトが、同一の長さであるが異なる直径の複数のパイプ（必ずしも円形ではない）部分を具えており、
前記シャフトの全高が広い範囲にわたって変更可能となるように、小さいパイプが重複部分の長さを変更可能にして次に大きいパイプに挿入されることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【請求項１１】
テーブルの前端部を囲んで比較的広く薄型のＵ字形を成す前フレームと、
比較的高く狭いＵ字形を成す後フレームと、
（ナイロンといった）適切な材料でできた矩形状のネット本体とを具え、
前記前フレーム及び後フレームが比較的堅い材料でできた卓球用ボールの捕捉及び再使用ネットであって、
前記本体の幅が、前記薄型のＵ形の前フレームと、主に前記前フレーム及び前記後フレームの上端部で前記前フレームと前記後フレームとによって支持された前記本体と、の３つの側を組み合わせた長さと等しく、
必要に応じて、支持ひも又は格納可能な堅い梁を前記前フレーム及び前記後フレームの上端部に接続し、
前記前フレームと前記後フレームとの長さを、２０ｃｍから前記本体の全長まで自由に変更可能で、
前記本体の内面の下部が、前記本体の前フレームから前記本体の後フレームにかけて連続した下り斜面を常に形成し、
前記前フレームと前記後フレームとの長さが前記本体の全長よりも小さい場合に、前記本体の余分な長さの部分が前記前フレームの下及び周りに押され、
前記本体と同じ材料の末端部を用いて、前記本体の後フレーム側の端部を閉塞することを特徴とする卓球用ボールの捕捉及び再使用ネット。
【請求項１２】
前記ネットが、３０ｃｍから６０ｃｍの幅及び適切な長さを有して前記ネット本体の内面の上部の周囲に沿ってほぼ水平に適切な高さで掛けるネット材を具えることを特徴とする請求項１１に記載の卓球用ボールの捕捉及び再使用ネット。
【請求項１３】
請求項１に記載の卓球ロボットと請求項１１に記載のボール捕捉及び再使用ネットとを具えたデジタル制御され使用者がプログラム可能でフィールドで再設置可能な卓球ロボットシステムであって、
前記ネットの前フレームが、（テーブルの前端部と一緒に比較的薄型且つ広いＵ形の前記ネットの前フレームを形成する）前記テーブルの機械の側の一端に留められた２つの堅い柱として実施され、
前記ネットの後フレームが、前記ロボットの垂直なシャフトに取り付けられた比較的狭く且つ高いＵ形の堅いフレームとして実施されることを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記ロボットが、予め使用者が作成し、使用者が編集可能なデジタルライブラリーを具えており、
前記ライブラリーの要素が様々な卓球のショット及びショットの順番を規定し、前記要素を前記ロボットのデジタルコントローラによって呼び出して、使用者の処理によってこれらショット及びショットの順番を再現できることを特徴とする請求項１に記載の卓球ロボット。
【国際調査報告】
2008532725.tif 000012
2008532725.tif 000013