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申请/专利权人：南华大学

摘要：基于射箭机器人的箭矢连射方法，基于射箭机器人，可实现以“组”为单位的箭矢连续发射，一组箭矢包含三支箭矢。方法如下：1，抓取一组箭矢；2，调整箭矢的位姿；3，投放三支箭矢；4，调整箭矢抓取机构的位姿；5，第一支箭矢发射；6，第二支箭矢排入箭矢容纳槽；7，第二支箭矢发射；8，第三支箭矢排入箭矢容纳槽；9，第三支箭矢发射。本发明以3支箭矢为一组，可实现一组箭矢的自动抓取和连续发射，一组箭矢在整个发射流程中无需人工干预，智能化和自动化程度较高，能使参与者在与射箭机器人的射箭比试中得到知识和快乐，有利于射箭运动的推广。

主权项：1.基于射箭机器人的箭矢连射方法，其特征是：基于射箭机器人，可实现以“组”为单位的箭矢连续发射，一组箭矢包含三支箭矢；所述射箭机器人包括可移动机架、箭矢发射机构、箭矢存储转移机构及箭矢抓取运输机构；可移动机架包括机架、前轮、前轮驱动机构、后轮及后轮驱动机构；机架为方形框架，其前端两角和后端两角处分别设有轮子安装区域；两个前轮分别设在机架前端两角处的轮子安装区域内；两组前轮驱动机构分别与两个前轮关联，以驱动两个前轮独立转动；两个后轮分别设在机架后端两角处的轮子安装区域内；两组后轮驱动机构分别与两个后轮关联，以驱动两个后轮独立转动；箭矢发射机构设在机架中部，其上设有沿机架前后方向布置的箭矢容纳槽，箭矢容纳槽的前端设有射箭口；箭矢发射机构用于驱动放置于箭矢容纳槽中的箭矢从射箭口射出；箭矢发射机构包括发射架、推板、弹性元件、角度调节气缸、推板复位气缸、推板限位舵机及挡板；发射架上部设有所述的箭矢容纳槽，箭矢容纳槽中设有条形限定通道，条形限定通道的延伸方向与箭矢容纳槽的延伸方向一致，发射架下部设有导向杆，导向杆的延伸方向与条形限定通道的延伸方向一致，发射架在后端部与机架铰接；推板上设有供导向杆穿过的导向孔，推板活动安装在发射架上，并可沿条形限定通道移动，其上端位于箭矢容纳槽中，其下端通过导向孔与导向杆活动连接；弹性元件一端连接在推板上，另一端连接在发射架的前端部；角度调节气缸设在机架与发射架之间，角度调节气缸的缸体铰接在机架上，其活塞杆端头与发射架铰接，其活塞杆伸缩以带动发射架绕铰接处转动；推板复位气缸的缸体固定安装在发射架下端，并相对靠近发射架前端部，推板复位气缸的活塞杆平行于条形限定通道的延伸方向伸出，其活塞杆正对推板，其活塞杆伸出以推动推板向发射架后端部移动；推板限位舵机固定安装在发射架下端，并相对靠近发射架后端部，推板限位舵机的机轴垂直于条形限定通道的延伸方向向上伸出布置；挡板固连在推板限位舵机的机轴上，并位于发射架下端，挡板在推板限位舵机的驱动下转动，进而进入或退出推板的移动路径；箭矢存储转移机构设在机架两侧，并位于箭矢发射机构的两侧上端，其上设有沿机架前后方向布置的箭矢储存槽，箭矢储存槽在靠近箭矢容纳槽的一侧设有可敞开或封闭的排箭口；箭矢存储转移机构用于临时存储待发射的箭矢或将存储的箭矢通过排箭口推出；箭矢存储转移机构包括底板、端板、边板旋转舵机、边板、拨杆旋转舵机及拨杆；底板宽度方向的一侧固接在机架上端侧边处，宽度方向的另一侧向机架中部下端倾斜，底板长度方向为从机架前端部向机架后端部延伸，底板长度方向中部设有镂空孔；端板平行于底板的宽度方向固定安装在底板上，并垂直于底板布置，并位于底板相对靠近机架后端部的一端，端板在相对靠近机架中部的一侧设有U形缺口；边板旋转舵机固定安装在底板上，并位于底板相对靠近机架后端部的一端；边板一端固接在边板旋转舵机的机轴上，另一端向机架前端部延伸，并在边板旋转舵机的驱动下做竖直平面内的转动，进而敞开或封闭排箭口，当边板敞开排箭口时，边板离开端板的U形缺口，当边板封闭排箭口时，边板嵌入端板的U形缺口；拨杆旋转舵机固定安装在底板下端，其机轴水平伸出；拨杆固连在拨杆旋转舵机的机轴上，并在拨杆旋转舵机的驱动下做竖直平面内的转动，以通过镂空孔伸入或退出底板上端；所述箭矢储存槽由底板、端板和边板合围而形成；箭矢抓取运输机构设在机架上部，并位于箭矢存储转移机构的上端；其包括箭矢抓取组件和移动驱动组件；箭矢抓取组件上设有三个用于抓取或释放箭矢的抓取工位，三个抓取工位分别位于箭矢容纳槽和两个箭矢储存槽的上方；移动驱动组件安装在机架上部，并与箭矢抓取组件关联，以驱动箭矢抓取组件沿机架的前后方向做水平往复移动；移动驱动组件包括滑轨、滑块和同步带组件；两条滑轨固定安装在机架上端两侧，并从机架前端部向机架后端部延伸；两个滑块分别滑动安装在滑轨上，并相对布置；两组同步带组件分别安装在机架上端两侧，并分别与两个滑块关联，以驱动两个滑块沿各自配合的滑轨同步同向等速移动；同步带组件包括同步带驱动电机、同步带、主动轮及从动轮；同步带驱动电机固定安装在机架前端部的上端；主动轮固定安装在同步带驱动电机的机轴上；从动轮可转动安装在机架后端部的上端，同步带张紧绕设在主动轮与从动轮之间，并与滑块固定连接；箭矢抓取组件包括旋转驱动电机、夹爪安装座及夹爪；两个旋转驱动电机分别固定安装在两个滑块上，两个旋转驱动电机的机轴相对且同轴布置；夹爪安装座两端分别与两个旋转驱动电机的机轴连接，并被两个旋转驱动电机驱动做竖直平面上的转动；三个夹爪朝向一致间隔设置在夹爪安装座上，所述三个抓取工位分别设在三个夹爪内；夹爪包括基座、C形半边爪、齿轮及开合驱动电机；基座固定安装在夹爪安装座上；C形半边爪一侧设有内弧面，另一侧设有外弧面，一端设有转轴，另一端间隔布置有多个齿，相邻的齿之间设有缝，两个C形半边爪分别通过转轴可转动安装在基座两侧，并内弧面相对布置；当两个C形半边爪相向转动合拢时，两个C形半边爪的齿和缝交错插接；当两个C形半边爪背向转动打开时，两个C形半边爪的齿相互分离而形成开口；两个齿轮分别固定安装在两根C形半边爪上，并相互啮合，并分别与两根转轴同轴布置；开合驱动电机固定安装在基座上，并与两根转轴中的一根关联，以驱动转轴和与该转轴连接C形半边爪同步转动，并通过两个齿轮的啮合带动另一根转轴和另一个C形半边爪同步转动；所述抓取工位位于两个C形半边爪之间；在执行射箭操作之前，射箭机器人处在初始状态，在初始状态下：a、箭矢抓取组件位于机架后端极限位置；夹爪的两个C形半边爪的齿相互分离而形成开口，开口朝向机架后端；b、发射架处于水平状态；推板位于机架后端，并被挡板阻挡，而无法向机架前端移动；c、边板处于封闭排箭口的位置；拨杆位于底板下端；箭矢连射方法如下：S01，抓取一组箭矢：a、将待发射的箭矢以箭头朝下的姿态竖直放置于夹爪的开口内；b、开合驱动电机启动，使夹爪的两个C形半边爪合拢，将箭杆牢固夹持在夹爪的两个C形半边爪之间；本步骤中，将箭矢以箭头朝下的姿态竖直放置于箭筒内，再移动箭筒或机架，使箭杆伸入夹爪的两个C形半边爪之间；本步骤完成时，三个夹爪内分别夹持一支箭矢，共夹持三支箭矢；S02，调整箭矢的位姿：a、旋转驱动电机启动，通过夹爪安装座带动三个夹爪向机架前端上方转动90°，使三支箭矢翻转至水平状态，并位于箭矢抓取组件的上方，三支箭矢的箭尾均朝向机架前端；b、两个同步带驱动电机同步启动，驱动两个滑块同步沿滑轨向机架前端移动，进而带着箭矢抓取机构和三支箭矢向机架前端移动；c、旋转驱动电机启动，通过夹爪安装座带动三个夹爪转动180°，使三支箭矢翻转至水平状态，并位于箭矢抓取组件的下方，三支箭矢的箭头均朝向机架前端；d、两个同步带驱动电机同步启动，驱动两个滑块同步沿滑轨向机架后端移动，进而带着箭矢抓取机构和三支箭矢向机架后端移动；本步骤中，通过c、d分步骤，将三支箭矢移动至一个箭矢容纳槽和两个箭矢储存槽的正上方；S03，投放三支箭矢：开合驱动电机启动，使夹爪的两个C形半边爪分离而形成开口，三个夹爪内的箭矢分别脱离夹爪下落，中间的一支箭矢落入箭矢容纳槽，旁边的两只箭矢落入箭矢存储槽；S04，调整箭矢抓取机构的位姿：a、旋转驱动电机启动，通过夹爪安装座带动三个夹爪转动180°，使三个夹爪的开口转动至竖直朝上；b、两个同步带驱动电机同步启动，驱动两个滑块同步沿滑轨向机架后端移动，进而带着箭矢抓取机构向机架后端移动；c、旋转驱动电机启动，通过夹爪安装座带动三个夹爪向机架后端下方转动90°，使三个夹爪的开口朝向朝向机架后端；本步骤中，a、b分步骤同时进行，将箭矢抓取机构移动至机架后端极限位置，以避免箭矢抓取机构干涉发射架的角度调节；本步骤中，通过c分步骤使三个夹爪做好夹持下一组箭矢的位姿准备；S05，第一支箭矢发射：a、角度调节气缸的活塞杆伸出，以驱动发射架绕铰接处转动，当发射架转动至预设的角度时，角度调节气缸停止动作；b、推板限位舵机启动，带动挡板转动，使挡板退出推板的移动路径，推板失去挡板的阻挡后，在弹性元件弹力作用下，沿着条形限定通道向机架前端快速移动，进而推动箭矢容纳槽内的箭矢沿着箭矢容纳槽向机架前端移动，最终从箭矢容纳槽前端的射箭口发射出去；c、角度调节气缸的活塞杆缩回，以驱动发射架绕铰接处转动，当发射架转动至水平状态时，角度调节气缸停止动作；d、推板复位气缸的活塞杆伸出，推动推板克服弹性元件的弹力，沿着条形限定通道向机架后端移动，当推板移动至挡板后端时，推板复位气缸停止动作；e、推板限位舵机启动，带动挡板转动，使挡板进入推板的移动路径；f、推板复位气缸的活塞杆缩回，使推板失去推板复位气缸活塞杆的顶推，推板随即在弹性元件的弹力作用下压紧在挡板上；本步骤中，挡板朝向机架后端的一端为挡板后端，挡板朝向机架前端的一端为挡板前端；S06，第二支箭矢排入箭矢容纳槽：a、其中一个箭矢存储转移机构的边板旋转舵机启动，驱动边板向上转动，离开端板的U形缺口，从而将排箭口敞开；b、上述箭矢存储转移机构的拨杆旋转舵机启动，驱动拨杆向上转动，通过镂空孔伸入底板上端，并拨动箭矢向排箭口移动，并从排箭口排出，排出的箭矢落入箭矢容纳槽内；c、上述箭矢存储转移机构的边板旋转舵机启动，驱动边板向下转动，嵌入端板的U形缺口，从而将排箭口封闭；d、上述箭矢存储转移机构的拨杆旋转舵机启动，驱动拨杆向下转动，通过镂空孔退回到底板下端；本步骤中，c、d分步骤不分先后次序；S07，第二支箭矢发射：重复S05步骤，将第二支箭矢发射出去；S08，第三支箭矢排入箭矢容纳槽：重复S06步骤，将第三支箭矢排入箭矢容纳槽；S09，第三支箭矢发射：重复S05步骤，将第三支箭矢发射出去；至此，通过上述的S01-S09步骤，即实现一组箭矢3支的连续发射。

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