УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕТАНИЯ СПОРТИВНЫХ СНАРЯДОВ
SPORTING EQUIPMENT THROWING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области механики и робототехники, может быть использовано для метания спортивных снарядов в тренировочных целях.
Уровень техники
Из уровня техники известен метатель-тренажер (RU 2413558 C2, опубл. 10.03.2011). Метатель-тренажер содержит опорную раму, установленную на катковых опорах, на которой расположены толкатели мяча, питатель, содержащий несколько мячей и электрический пульт управления. Симметрично расположенные параллельно вектору броска мяча толкатели представляют собой пары бесконечных ремней с переменным профилем рабочей, контактирующей с мячом, поверхности. Ремни расположены на вертикальных шкивах с разнесенными по высоте канавками, при этом ведущая пара шкивов соединена соосно с соответствующими раздельно управляемыми электродвигателями, закрепленными на опорной раме. Питатель, выполненный в виде раскладной трубчатой конструкции, образованной продольно закрепленными рейками, подвижно закреплен в тыльной части опорной рамы, закрепленный на опорной раме пульт управления выполнен таким образом, чтобы обеспечивать раздельную регулировку частоты вращения электродвигателей.
Недостатком такого устройства является то, что конструкция данного устройства не позволяет осуществлять поворот в автоматическом режиме как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, сложность и ненадежность конструкции, невозможность гибкого управления параметрами вылета снаряда, отсутствие возможности задавания параметров вылета снарядов по беспроводным каналам связи, низкая точность подачи снаряда игроку в разные зоны и по разной траектории, низкое качество тренировочного процесса в целом.
Заявленное изобретение устраняет указанные недостатки и позволяет достичь заявленный технический результат.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, которую решает предлагаемое решение, является создание устройства для метания спортивных снарядов, обеспечивающего повышенное качество тренировочного процесса за счет возможности гибкого управления параметрами вылета снаряда.
Технический результат заключается в повышении качества тренировочного процесса, обеспечении возможности гибкого управления параметрами вылета снаряда, обеспечении задачи параметров вылетающих снарядов по беспроводным каналам связи, повышении точности подачи и повторяемости траектории вылета снаряда игроку в разные зоны и по разной траектории, повышении безопасности спортсмена, повышении срока службы устройства без его обслуживания, повышении устойчивости и сбалансированности конструкции, обеспечении стабильной, точной и надежной работы устройства в целом.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата устройство для метания спортивных снарядов содержит две шарнирно соединенные между собой внутреннюю и внешнюю рамы, два разгонных колеса, установленные на внутренней раме, каждое из которых соединено со своим двигателем, два мотор-редуктора, установленные на внешней раме, газовые амортизаторы, соединенные с внутренней и внешней рамами, причем внешняя рама выполнена с возможностью вращения по вертикальной оси, а внутренняя рама выполнена с возможностью вращения как по вертикальной, так и по горизонтальной оси, при этом на каждой оси установлен мотор-редуктор и абсолютный энкодер, причем на внешней раме установлены индуктивные датчики.
Каждая из рам имеет, по меньшей мере, нижнюю горизонтальную платформу и две боковые вертикальные стенки.
Разгонные колеса установлены горизонтально, на расстоянии друг от друга, на нижней горизонтальной платформе внутренней рамы, через ступицы.
Каждый из двигателей установлен под платформой внутренней рамы, соосно ступице и колесу.
С одной внешней стороны боковой стенки внешней рамы, на горизонтальной оси, установлен мотор-редуктор, а с другой внешней стороны боковой стенки внешней рамы, на горизонтальной оси, установлен абсолютный энкодер.
На горизонтальной платформе внешней рамы, на вертикальной оси, установлен мотор-редуктор, при этом к мотор-редуктору прикреплен энкодер.
Индуктивные датчики закреплены на боковых стенках внешней рамы.
Устройство дополнительно имеет оптические датчики, установленные на защитной панели.
Устройство выполнено с возможностью изменения угла положения платформы в двух осях с шагом в один градус.
Устройство выполнено с возможностью программирования параметров вылетающих снарядов по беспроводным каналам связи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. - Устройство для метания спортивных снарядов;
Фиг.2. - Устройство для метания спортивных снарядов, вид сбоку;
Фиг.3. - Устройство для метания спортивных снарядов, вид снизу;
Фиг.4. - Устройство для метания спортивных снарядов с защитной панелью;
Фиг.5. - Устройство для метания спортивных снарядов с защитной панелью, вид сбоку;
Фиг.6. - Устройство для метания спортивных снарядов, в изометрии сзади.
На фигурах цифрами обозначены следующие элементы:
1 - Внутренняя сварная металлическая рама;
2 - Внешняя сварная металлическая рама;
3 - Горизонтальная ось вращения устройства;
4 - Ступица;
5 - Колесо;
6 - Бесколлекторный или асинхронный двигатель;
7 - Двухступенчатый червячный мотор-редуктор для поворота вокруг горизонтальной оси;
8 - Абсолютный энкодер, определяющий положение поворота по горизонтальной оси;
9 - Вертикальная ось вращения устройства;
10 - Двухступенчатый червячный мотор-редуктор для поворота вокруг вертикальной оси;
11 - Абсолютный энкодер, определяющий положение поворота по вертикальной оси;
12 - Газовый амортизатор;
13 - Крышка для защиты колёс;
14 - Опорный ролик;
15 - Индуктивный датчик;
16 - Защитная металлическая панель;
17 – Оптический датчик;
18 – спортивный снаряд.
Осуществление изобретения
Устройство для метания спортивных снарядов представляет собой металлическую сварную конструкцию, установленную на роликовых опорах, с закрепленными на ней разгонными колесами. Метание спортивных снарядов осуществляется за счет вращения разгонных колес двигателями. Скорость вращения колес определяет скорость и вращение вылетающего снаряда. Устройство оснащено мотор-редукторами, позволяющими вращать конструкцию с разгонными колесами по вертикальной и горизонтальной осям, придавая вылетающему снаряду разные траектории полета.
Конструкция устройства состоит из двух шарнирно соединенных между собой, посредством подшипникового соединения, внутренней 1 и внешней 2 сварных металлических рам.
Внутренняя рама 1 имеет, по меньшей мере, нижнюю горизонтальную платформу и две боковые вертикальные стенки. На внешней стороне каждой из двух боковых стенок внутренней рамы 1 выполнено по одному горизонтальному, соосному друг другу, фланцу в виде вала (фланцу-валу).
Внешняя рама 2 также имеет, по меньшей мере, нижнюю горизонтальную платформу и две боковые вертикальные стенки. В каждой из двух боковых стенок внешней рамы выполнено по одному, соосному друг другу и фланцам-валам, фланцу, в котором установлен самоцентрирующиеся подшипник, и в котором располагается фланец-вал внутренней рамы.
Все вышеописанные фланцы расположены соосно друг другу и их соединения являются горизонтальной осью 3 вращения устройства. Платформа внутренней рамы 1 располагается выше платформы внешней рамы 2, образуя пространство для размещения дополнительного оборудования.
На нижней горизонтальной платформе внутренней рамы через ступицы 4, на расстоянии друг от друга, необходимом для прохода снаряда, горизонтально установлены разгонные колеса 5, каждое из которых выполнено с возможностью вращения за счет бесколлекторного или асинхронного двигателя 6. Каждый из двигателей 6 установлен под платформой, соосно ступице 4 и колесу 5, и прикреплен к ступице 4 насквозь болтами снизу к платформе внутренней сварной рамы 1.
Внутренняя рама 1 выполнена с возможностью вращения по горизонтальной оси 3 за счет, установленного на боковой стенке внешней рамы, двухступенчатого червячного мотор-редуктора 7. Мотор-редуктор 7 крепится к раме болтами, проходящими насквозь через фланец с подшипником, установленным в вертикальной боковой стенке внешней рамы 2. Фланец-вал внутренней рамы 1 проходит через подшипник и заходит в редуктор. Вращение от мотор-редуктора 7 передаётся внутренней раме 1 через этот фланец шпонкой. С другой стороны, на противоположной вертикальной боковой стенке, к фланцу с подшипником закреплен абсолютный энкодер 8 и через муфту соединен с валом внутренней рамы 1. Энкодер 8 определяет положение поворота внутренней рамы по горизонтальной оси 3. Энкодер 8 выполнен неподвижным, так как его корпус закреплён на фланце с подшипником на внешней раме.
При этом, внутренняя 1 и внешняя 2 рамы выполнены с возможностью совместного вращения по вертикальной оси 9 за счет, установленного непосредственно сверху на горизонтальную платформу внешней рамы 2 (под платформой внутренней рамы), второго мотор-редуктора 10. Мотор-редуктор закреплен к платформе внешней рамы 2 болтами, проходящими насквозь через фланец с подшипником, установленным снизу рамы. Рама 2 устанавливается на вертикальный фланец-вал, закреплённый в посадочном месте (неподвижном основании) устройства. Этот фланец проходит через подшипник и заходит в редуктор. Вращение от мотор-редуктора 10 передаётся раме через этот фланец шпонкой. Для определения положения поворота по вертикальной оси 9 внешней и внутренней рам предусмотрен абсолютный энкодер 11, который прикреплен к мотор-редуктору 10 через пластину и соединен муфтой с фланцем-валом.
Мотор-редукторы управляются драйверами, подключенными к центральной плате управления.
Также в конструкции предусмотрены газовые амортизаторы 12. Газовые амортизаторы 12 крепятся болтовым соединением на боковых стенках внешней рамы, своим корпусом и штоком к боковым стенкам внутренней рамы также крепятся болтовым соединением. Газовые амортизаторы выбирают зазор мотор-редуктора 7, ограничивают крайние положения вращения внутренней рамы, амортизируют вибрации отдачи вылета мяча и снижают нагрузку с мотор-редуктора 7, обеспечивают стабильную и надежную работу устройства.
Кроме того, в конструкции возможно выполнение металлической крышки 13, защищающей колёса, и прикрученной к внутренней раме 1.
Для добавления устойчивости всей конструкции предусмотрены опорные ролики 14, установленные под внешней рамой через сварные уголки.
Крайние положения поворота внутренней рамы определяются двумя индуктивными датчиками 15, закрепленными на боковых стенках внешней рамы.
Колесо может быть выполнено в виде автомобильного диска, облитого полиуретаном.
Колёса 5 устанавливаются на ступицы 4. В ступице установлен ступичный подшипник и посадочный фланец для автомобильного диска. Каждая ступица 4 скрепляется с двигателем 6 насквозь болтами к сварной внутренней раме 1. Вращение каждого колеса 1 производится с помощью двигателя 6 через муфтово-шлицевое соединение. Вращение колёс разнонаправленно. На внешнюю раму 2 устанавливаются два двухступенчатых червячных мотор-редуктора 7 и 10. Мотор-редуктор 10 осуществляет поворот конструкции вокруг вертикальной оси 9, положение при этом определяется абсолютным энкодером 11, установленным на мотор-редукторе 10. Рама 1 скрепляется с рамой 2 через фланцы с подшипниками. Вращение рамы 1 производится с помощью мотор-редуктора 7 вокруг горизонтальной оси 3, положение определяется абсолютным энкодером 8. Газовые амортизаторы 12 выбирают зазор мотор-редуктора 7, амортизируют вибрации отдачи вылета мяча и снижают нагрузку с мотор-редуктора 7. Металлическая крышка 13 защищает колёса 1 и прикручивается к раме 1. Опорные ролики 14 устанавливаются на раму 2 через сварные уголки, добавляя устойчивость конструкции. Крайние положения поворота рам 1 и 2 определяется двумя индуктивными датчиками 15.
Метание спортивных снарядов 18, например, мячей футбольных, баскетбольных, волейбольных или мячей для регби, осуществляется за счет вращения разгонных колес двигателями в их основании. В зависимости от типа снаряда межосевое расстояние колес может составлять от 490 мм до 520 мм, при этом диаметр каждого колеса может составлять 345-350 мм, а расстояние прохода мяча может составлять 140-180 мм.
За счет колес и двигателей осуществляется возможность регулирования скорости вылета мяча, которая зависит от скорости вращения колес, Управление ими осуществляется с платы управления. Вращение колес на разных скоростях придает мячу вращение при вылете.
Мотор-редукторы и энкодеры обеспечивают возможность менять горизонтальные и вертикальные углы вылета мяча. Червячные мотор-редукторы меняют положение платформы в двух осях, а абсолютный энкодер контролирует заданные программой углы, что позволяет менять угол с шагом в 1 градус.
Все двигатели управляются и программируются с любого устройства.
Кроме этого есть возможность заранее программировать параметры каждого вылета мяча или задать диапазон параметров, в пределах которых будет совершаться вылет мяча, создавая эффект неопределенности, т.к. каждый следующий выстрел может вылетать с разными параметрами.
Параметры вылетающих снарядов (скорость, вертикальный угол вылета, горизонтальный угол вылета, подкручивание, частота вылета) могут быть заданы по беспроводным каналам связи через управляющую плату сервером с любого устройства (компьютер, телефон, планшет, умные часы и т.д.). Необходимо только подключиться через, например, Wi-Fi к серверу, сервер даёт команды плате управления, и она уже двигает каждым элементом устройства в отдельности. Также система управления может быть реализована через пульт управления с кнопками.
По мимо вышеуказанного, устройство может быть снабжено защитной металлической панелью 16, которая крепится к боковым сторонам внешней рамы 2 болтами, закрывая переднюю, боковые и верхнюю стороны устройства. При этом на верхней и нижней внешних поверхностях защитной металлической панели 16 могут быть установлены оптические датчики 17, которые фиксируют, что мяч 18 залетел с внешней стороны обратно в устройство и экстренно останавливают все механизмы. Это исключает выстрел двумя мячами и поломку, связанную с тем, что в устройстве оказалось два мяча, вошедших в конфликт, дополнительно обеспечивая надежность работы устройства. При этом это также влияет на безопасность спортсмена, поскольку выстрел двумя мячами имеет эффект неожиданности для спортсмена и может повлечь травму. Эти же датчики могут фиксировать факт вылета мяча из устройства, что обеспечивает дополнительную проверку, что после подачи команды на выстрел мяча, мяч действительно вылетел из устройства.
За счет отсутствия быстро изнашиваемых элементов обеспечивается длительный срок службы устройства без его обслуживания.
За счет отсутствия толкающих механизмов мяча в колесах, мягкого материала колес, за счет веса, жесткости, устойчивости и сбалансированности конструкции дополнительно обеспечивается бесшумность работы устройства (в том числе, выстрел не сопровождается металлическим звуком).
Также за счет выполнения разгонных колес, качества их изготовления и балансировки, точного позиционирования углов поворота устройства и точного контроля частоты вращения колес обеспечивается точность и высокая повторяемость траектории вылета мяча.