专利名称：足球机器人气动踢球系统的制作方法RoboCup机器人世界杯赛是世界上规模最大、水平最高、影响最广泛的机器 人科技赛事，而中型组足球机器人竞赛作为其中的一个比赛项目，涉及人工智能、 机器人学、通讯、传感、智能体的结构、理论、应用等诸多领域的前沿研究和技 术集成，具有全自主性、智能性、对抗性、实时性、分布式控制等的特点，更具 有挑战性，也更能反映一个国家的机器人研究实力。随着足球机器人比赛的推广， 各项相关技术不断发展进步，而其中一项关键技术踢球系统性能的好坏直接影响 着比赛的胜负，因此作为比赛取胜的关键，踢球系统是各队争相发展改进的技术 环节。仿照人类踢球的习惯，踢球方式有地滚球和高空球两种。从实际比赛情况来 看，由于守门员视觉技术的限制，高空球的得分可能性高于地滚球；而地滚球在 各机器人队员之间的技战术配合中(如传球)运用较多，因此作为踢球系统的完 善性，要求踢球装置既能踢地滚球又能踢高空球。同时踢球系统必须根据机器人 离球门的距离踢出不同力度的球。根据对现有技术的检索，发现中国发明专利(专利号200310108896. 7)公开 了一种足球机器人踢球护球机构，该踢球机构主要包括雨刮电机、偏齿轮、推杆、 橡皮筋等，当踢球时雨刮电机转动带动偏齿轮与齿条脱离，张紧的橡皮筋瞬间释 放能量推动推杆快速踢球，随后偏齿轮再次使推杆处于蓄能状态，完成一个踢球 周期。该踢球机构不具有高空球功能；同时由于采用齿轮齿条啮合，在对抗性强 度非常大的足球机器人比赛中，机器人前方一般都有障碍物，或者足球被对方机 器人堵住，此时如果机器人促发踢球动作指令，则足球不能被顺利踢出，这样很 容易造成齿轮齿条卡死，从而影响下次踢球。中国专利(专利号01258718. 4)公开的足球机器人踢球装置，包括电机、减 速箱、单向传动齿轮和抬脚机构、踢球机构、夹球机构。该踢球机构通过其踢球 杆推动踢球板向前踢球，再回退等待下次踢球。虽然也可以踢高空球，但需要将 球夹住抬高才能踢出高空球，因此踢高空球难度大，不容易实现；同时在实际比 赛中规则不允许机构将球夹住抬高后再踢，因此不适合运用于足球机器人比赛。中国专利(专利号200720063296. 7)公开的一种足球机器人踢球装置中包括 底板，踢球机构，踢球板组件。该装置既能踢地面球又能踢高空球，当踢高空球 时，该装置需要将踢球板后仰。比赛时机器人拿到球后根据赛场上形势才能判断 踢地滚球还是高空球，而此时踢球板后仰的动作必将造成足球被推出去，从而很 难再护住球并完成踢高空球。因此很难运用于足球机器人比赛。上述文献涉及的踢球装置都不能调节踢球力度，并且机构复杂，安装困难， 同时高空球实现方法不理想，不适合实际足球机器人比赛。同时对于运动速度要 求非常高的足球机器人比赛，对机器人重量具有一定要求，而现在常用的基于电 磁铁的踢球装置，由于电磁铁质量大，很大程度上影响了机器人整体运动性能； 同时对于通过高压通电获得大力踢球动作的电磁铁，瞬间高压对机器人其他电路 干扰很大。
本发明的目的在于针对现有踢球技术的不足，提出一种质量轻、结构简单、 能够调节踢球力度，既可以踢地滚球又可以踢高空球的足球机器人气动踢球系统。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括机架、平推球踢脚、挑球 踢脚、气缸，平推踢脚、挑球踢脚分别与机架顶端活动连接，气缸一端与平推踢 脚连接，另一端与机架连接。
所述的机架包括由两块相互平行设置的平面侧板组成的支撑架和支撑架所在 的基座。
平推球踢脚一端与支撑架顶端活动连接，另一端上设置有电机，该电机的输 出轴上设置有旋转式推头。
挑球踢脚一端与支撑架顶端活动连接，另一端与挑球踢脚板连接，其中挑 球踢脚由两块相互平行的长条形块组成，它们之间形成一允许平推球踢脚通过的 空腔，长条形块边缘设置有朝向空腔内部的折边，折边之间的空隙的宽度小于旋转式推头的最大宽度，且大于旋转式推头的最小宽度。
气缸包括气缸输出杆、两个气管接口，气缸一端与基座活动连接，另一端通 过从气缸内腔中伸出的气缸输出杆与平推球踢脚活动连接；气缸输出杆的底座将 气缸内腔分割成两个相互隔绝的空腔，气缸与基座连接一端空腔的外壁上设置有 与内腔连通的气管接口，另一个空腔外壁上设置有与空腔连通的另一个气管接口。
气缸连接气压控制回路，气缸的动作由气压控制回路控制，气压控制回路包 括二位五通电磁阀、二位三通电磁阀、若干气管、储气瓶，二位五通电磁阀与 气动踢球机构中的气缸上的两个气管接口连接，二位五通电磁阀、二位三通电磁 阀、高压气源顺序连接。通过控制气压控制回路达到控制进入气缸两空腔中的气 体，使得两空腔产生压力差，从而推动气缸输出杆伸出或退回气缸内腔，从而推 动气动踢球机构，具体是推动平推球踢脚运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是气动踢球系统通过气压控制回路控 制气缸中气压，推动气动踢球机构完成整个踢球动作。通过控制气体控制回路调 节踢球力量，通过特别的设计使得踢球系统即可以踢地滚球又可以踢高空球。同 时由于采用气压控制回路作为动力系统，使得整个踢球系统的重量较轻，而且不 会对机器人的其他电路产生电磁干扰。总的来说，本发明结构简单，易于实现滚 地球和高空球，且具有较轻重量，能够极大提高足球机器人的竞技能力，尤其是 踢球能力和移动能力。


图1为本发明立体示意图2本发明实现地滚球的动作示意图3本发明实现高空球的动作示意图4为本发明的气压控制回路示意图。

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括平推球踢脚l、气缸3、机架5、挑球踢脚7， 平推踢脚1、挑球踢脚7分别与机架5顶端活动连接，气缸3 —端与平推踢脚1连接，另一端与机架5连接。
机架5包括基座51、位于基座51上的支撑架52以及辅助架53，支撑架 52由两块相互平行设置的平面侧板521组成，平面侧板521之间形成允许平推球 踢脚1通过或收容于其中的空腔，平面侧板521靠近平推球踢脚1对外踢球时运 动方向的一侧的边缘上设置有垂直于平面侧板521向外伸出的折边522，该折边 522两远端的距离大于挑球踢脚的沿运动方向的宽度，该折边522可以限制挑球踢 脚7越过支持架的另一侧。
平推球踢脚1 一端与支撑架52顶端活动连接，另一端上设置有电机IO，该 电机的输出轴上固定有旋转式推头9。
挑球踢脚7—端与辅助架53活动连接，另一端与挑球踢脚板8连接，其中 挑球踢脚7包括两块相互平行的长条形块71，它们之间形成一允许平推球踢脚1 通过的空腔，长条形块71边缘设置有朝向空腔内部的折边72，折边72之间的空 隙宽度小于旋转式推头9的最大宽度，且大于旋转式推头9的最小宽度。
如图4所示，气缸3包括气缸输出杆2、气管接口41、 42，气缸3—端与基 座51活动连接，另一端通过从气缸3内腔中伸出的气缸输出杆2与平推球踢脚1 活动连接；气缸输出杆2的底座将气缸内腔分割成两个相互隔绝的空腔33、 34， 气缸与基座连接一端空腔34外壁上设置有与空腔34连通的气管接口 42，另一个 空腔33外壁上设置有与空腔33连通的气管接口 41 。
如图4所示，气缸连接气压控制回路，气缸的动作由气压控制回路控制，气 压控制回路包括二位五通电磁阀11、 二位三通电磁阀12、若干气管13、储气瓶 14， 二位五通电磁阀11上设置有接口 111、接口 112、接口 113、接口 114、接口 115， 二位三通电磁阀12上设置有接口 121、接口 122、接口 123，其连接关系为 气动踢球机构中的气缸3上的气管接口 41、 42通过气管13分别与二位五通电磁 阀11上的接口 112、 114连接；二位五通电磁阀11上的接口 111通过气管13与 二位三通电磁阀12上的接口 122相连；二位三通电磁阀12上的接口 121通过气 管13与储气瓶14连接。
本实施例的工作过程如下
当机器人处于非竞赛状态时，储气瓶14中气体由二位三通电磁阀12上的接 口 121截止，防止气体泄漏，整个气路中包括气缸3中均没有气压，从而使得整个踢球机构处于自然状态，方便实验人员对有关零部件进行调整和维修。 当机器人处于竞赛状态时，可以分为准备状态和踢球状态。 准备状态时二位三通电磁阀12上电导通，接口 121、接口 122导通。此时 储气瓶14中的气体顺序流经二位三通电磁阀12上的接口 121、接口 122， 二位五 通电磁阀11上的接口 111、接口 112最后进入气缸3的空腔33，通过空腔33和 34间的气压差使得气缸3的气缸输出杆2处于收縮状态，此时整个踢球机构处于 收缩压紧状态。
踢球状态时当机器人踢球时，二位五通电磁阀11上电导通，二位五通电磁 阀11换位工作，接口 111、接口 114导通，储气罐14中的气体经过气体回路快速 进入气缸3中的空腔34，而气缸3中的空腔33中的气体则经由气体接口41，顺 序通过二位五通电磁阀11的接口 112和接口 113排出；此时气缸3中的空腔34 获得气压后快速推动气缸输出杆2伸出气缸3，给气动踢球机构提供踢球动力。
踢完球后，二位五通电磁阀11掉电复位，接口 112、接口 111导通，储气罐 中的气体经过气体回路进入气缸3中的空腔33，使气缸输出杆2縮回气缸3中回 复到初始收縮状态，完成一个踢球周期。
处于踢球状态时，通过调整气动踢球机构可以分别实现地滚球和高空球。
地滚球实现过程如图2所示，在开始进入踢球状态时，首先控制电机10 将旋转式推头9转动到某一角度，通常是竖直位置，此时平推球踢脚1以及固定 于其上的旋转式推头9可以自由通过挑球踢脚7的折边72之间形成的空隙。然后 通过控制气压控制回路使得气缸输出杆2快速伸出气缸3并推动平推球踢脚1带 动固定在其上的旋转式推头9迅速向外运动踢球，由于旋转式推头9未被挑球踢 脚7的折边72阻挡，平推球踢脚1可以自由通过该折边72之间的空隙，从而实 现地滚球。踢球动作完成后，通过控制气压控制回路将气动踢球机构恢复到初始 状态，从而完成一个地滚球周期。
高空球实现过程如图3所示，在开始进入踢球状态时，首先控制电机10 转动旋转式推头9至某一角度，通常是水平位置，此时平推球踢脚1以及固定于 其上的旋转式推头9不能够通过挑球踢脚7的折边72之间形成的空隙。然后通过 控制气压控制回路使得气缸输出杆2快速伸出气缸3并推动平推球踢脚1带动旋 转式推头9迅速向外运动，由于旋转式推头9被挑球踢脚7的折边72阻挡，旋转式推头9将推动折边72从而带动挑球踢脚7向外运动。在向外运动过程中，当挑 球踢脚7上的挑球踢脚板8接触到足球时，将挑起足球往斜上方抛出，从而实现 高空球。踢球动作完成后，通过控制气压控制回路将踢球机构恢复至初始状态， 从而完成一个高空球周期。
在上述过程中，若改变二位五通电磁阔11的上电导雍时间，即通过控制流入 气缸3中空腔34的气体流量就可以控制调节踢球力量。


本发明涉及一种足球机器人气动踢球系统，包括平推球踢脚、气缸输出杆、气缸、气管接口、机架、连接杆、挑球踢脚、挑球踢脚板、旋转式推头、电机。气压控制回路包括气缸输出杆、气缸、二位五通电磁阀、二位三通电磁阀、储气瓶。通过改变旋转式推头的角度，踢球系统可以实现地滚球与高空球之间的切换。通过改变二位五通电磁阀通电时间，即通过改变流入气缸右腔气体流量，可以实现踢球力量的调节。本发明实现了一种能够调节踢球力度，以及既可以踢地滚球又可以踢高空球的气动踢球系统。本发明机构简单，易于实现，能够极大提高足球机器人的竞技能力，尤其是踢球能力。