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羽毛球是一项集时尚、健身、交际于一体的全民运动。随着体育器材行业的快速发展,羽毛球发球机、羽毛球机器人等用于日常训练、健身娱乐的自动化体育器材已经研制出来并投入到市场中应用。相对于足球、排球等规则球体,羽毛球的羽毛部分构成一个裙状体形状,使得其飞行轨迹受空气阻力影响大,因此羽毛球发球机控制难度高。现有羽毛球发球机大部分采用摩擦双轮的发球方式。首先,这种发球方式对羽毛球的羽毛部分损伤大,降低了羽毛球的使用寿命,增加了训练成本。其次,售价昂贵,限制了羽毛球发球机推广使用。因此本论文针对上述缺陷,仿照羽毛球拍的击球方式,提出了一种击打式羽毛球发球机,能大大提高羽毛球的使用寿命和发球性能,对发球机的总体方案、尺度综合、动力性能分析、优化设计、控制系统等问题进行了较深入的研究。论文主要完成了如下工作:介绍了羽毛球发球机国内外研究现状,对现有羽毛球发球机的不足之处进行分析,阐述了羽毛球发球机的发展趋势。根据功能分析法的设计思路将羽毛球发球机分成储球机构、取球机构、送球机构、发球机构、角度调整机构、升降支架机构,并对上述机构进行方案设计,提出了一种击打式羽毛球发球机的设计方案。对发球机构、取球机构进行了尺度综合,获得了发球机构、取球机构的结构参数,并对其进行了运动学分析。在Creo中建立了羽毛球发球机的虚拟样机,并导入到ADAMS中进行了动力学仿真分析,验证了发球机构和取球机构的正确性。以发球机构传动性能最佳为优化目标,使用遗传算法对偏置曲柄滑块机构的尺寸参数进行优化,使最小传动角从42.6°增大到47.2°,增加了11%,优化后机构传动性能大大提升,有利于发球机构的平稳运行。分析了羽毛球稳定飞行时的受力情况,建立了羽毛球空气动力学模型,在仿真软件中对羽毛球飞行轨迹进行仿真分析,得出羽毛球的飞行轨迹由发球角度和发球速度决定,与发球高度无关,为羽毛球发球机发球参数的设定,提供了理论基础。在分析羽毛球发球机控制系统功能需求的基础上,提出了控制系统的总体方案设计,完成了控制系统软件设计,主要包括软件系统总体框架设计、数据采集模块设计、通信模块设计、运动控制模块设计、人机交互界面设计,设计了俯仰角、水平角两个通道的PID控制器,并仿真验证了控制器效果;完成了控制系统硬件选型,完成了以STM32F103为核心的控制系统硬件电路设计,主要包括最小系统电路设计、电机驱动模块电路设计、电源模块电路设计、串口通信电路设计、JTAG接口电路。仿真实验表明控制系统能确保发球角度和发球力度,能准确将羽毛球发射到指定区域。