Tài liệu Thiết kế và chế tạo máy bắn bóng tennis tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: Thiết kế và chế tạo máy bắn bóng tennis tự động Người hướng dẫn: TS. NGÔ THANH NGHỊ Giảng viên duyệt: TS. LÊ HOÀI NAM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HOÀNG LONG LÊ VĂN LONG Số thẻ sinh viên : 101150216 101150213 Lớp: 15CDT2 Đà Nẵng, 12/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Sinh viên thực hiện: Lê Văn Lân Nguyễn Hoàng Long 15CDT2 15CDT2 MSSV: 101150213 MSSV: 101150216 Nội dung đồ án này đề cập cơ sở lý thuyết về phương pháp phân tích, tính toán và chế tạo máy bắn bóng tennis tự động. Máy bắn bóng tennis sử dụng phương pháp cán ép banh giúp nâng cao hiệu suất bắn và bắn được bóng theo nhiều tầm. Nội dung thực hiện gồm 01 bản thuyết minh đồ án tốt nghiệp, 04 bản vẽ A0 và 01 mô hình máy bắn bóng tennis tự động. Kết quả đạt được là đã thiết kế máy bắn bóng tennis hoàn chỉnh, máy hoạt động chính xác và ổn định, dễ dàng vận hành và sử dụng. Vậy nên ý nghĩa của đồ án nhằm tạo ra một máy bắn tennis mang thương hiệu Việt chất lượng - rẻ - dễ sử dụng để mọi người có thể tiếp cận. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập –tự do – hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ và tên sinh viên Số thẻ SV Ngành Lớp 1 Nguyễn Hoàng Long 101150216 15CDT2 Kĩ thuật cơ điện tử 2 Lê Văn Lân 101150213 15CDT2 Kĩ thuật cơ điện tử 1. Tên đề tài đồ án: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Tham khảo từ mô hình thực tế 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: a. Phần chung: TT Họ và tên sinh viên Nội dung 1 2 Nguyễn Hoàng Long Lê Văn Lân - Tìm hiểu và lựa chọn các loại cơ cấu phù hợp, các phương án thiết kế tối ưu và lắp ráp hoàn thiện mô hình đồ án. - Thiết kế mạch điện tử, lên phương án lựa chọn linh kiện, gia công mạch điện tử. - Làm thuyết minh b. Phần riêng TT Họ và tên sinh viên Nội dung 1 Nguyễn Hoàng Long - Thiết kế mô hình cơ khí. 2 Lê Văn Lân - Lập trình điều khiển. 4. Các bản vẽ ,đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ): a. Phần chung: TT 1 2 Họ và tên sinh viên Nội dung Nguyễn Hoàng Long Lê Văn Lân - Bản vẽ mạch điều khiển và đấu nối b. Phần riêng TT Họ và tên sinh viên 1 Nguyễn Hoàng Long Nội dung - Bản vẽ tổng thể - Bản vẽ chi tiết 2 Lê Văn Lân - Bản vẽ lưu đồ thuật toán 5. Họ và tên người hướng dẫn : T.S Ngô Thanh Nghị 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/8/2019 7. Ngày hoàn thành đồ án: 30/11/2019 Trưởng Bộ môn Đà Nẵng , ngày 05 tháng 12 năm 2019 Người hướng dẫn T.S Ngô Thanh Nghị LỜI MỞ ĐẦU Lời đầu tiên, chúng em xin cảm ơn tất cả quý Thầy/Cô trong Khoa Cơ Khí cũng như quý Thầy/Cô ở Trường Đại học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng đã giúp chúng em có những kiến thức để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp cũng như là hành trang để giúp chúng em sau này . Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Ngô Thanh Nghị, người đã tận tình chỉ dạy cho chúng em phương pháp nghiên cứu khoa học, thầy cũng đã cung cấp cho chúng em rất nhiều kiến thức chuyên sâu để thực hiện đề tài. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy đã dành thời gian quý báu để nhận xét và chấm Đồ án tốt nghiệp. Đây sẽ là nhưng đóng góp rất quý giá cho chúng em trên để hoàn thiện sản phẩm ngày một tốt hơn, một sản phẩm mang thương hiệu Việt. Sau cùng, nhưng không thể thiếu được, là sự hỗ trợ của gia đình, chúng con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ba Mẹ, những người đã luôn luôn động viên, ở bên chúng con trong những lúc khó khăn nhất. Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả. Có thể nói rằng máy móc mang tới cho cuộc sống con người một cuộc sống mới, một cách trải nghiệm cuộc sống , tận hưởng nó một cách dễ dàng hơn. Trong số đó các máy móc giúp con người tập thể thao rèn luyện thân thể 1 cách dễ dàng. Máy bắn tennis là một trong số đó. Hiện nay các máy trên thị trường để tập tennis có giá thành giao động từ 10 đến 15 triệu một máy. Vậy nên để tạo ra một máy bắn tennis mang thương hiệu Việt chất lượng - rẻ - dễ sử dụng để mọi người có thể tiếp cận là mục đích của đồ án chúng em. Đề tài đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong quý thầy cô giáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể phát triển và ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô! Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Long Lê Văn Lân Đà Nẵng, 05/12/2019. i CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố. Sinh viên thực hiện Nguyễn Hoàng Long Lê Văn Lân ii MỤC LỤC TÓM TẮT .................................................................................................................... i LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................. i CAM ĐOAN ...............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................... v Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ........................................... 1 1.1 Giới thiệu chung về tự động hóa...................................................................... 1 1.2 Giới thiệu về đề tài .......................................................................................... 2 1.2.1 Giới thiệu .................................................................................................... 2 1.2.2 Lịch sử phát triển của bộ môn Tennis .......................................................... 2 1.3 Tính cấp thiết của đề tài................................................................................... 3 1.3.1 Tình hình chung .......................................................................................... 3 1.3.2 Nhiệm vụ của máy tập tennis....................................................................... 4 1.4 Nguyên lí hoạt động ......................................................................................... 5 1.4.1 Nguyên lí hoạt động tổng thể của máy........................................................ 5 1.4.2 Các tính năng của máy ................................................................................ 5 Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ......................... 6 2.1 Lựa chọn phương pháp bắn bóng ................................................................... 6 2.1.1 Dùng lò xo đẩy banh ................................................................................... 6 2.1.2 Dùng khí nén ............................................................................................... 7 2.1.3 Dùng lực li tâm ........................................................................................... 7 2.1.4 Dùng phương pháp cán ép banh .................................................................. 7 2.2 Chọn cơ cấu thay đổi hướng bắn ..................................................................... 8 2.2.1 Dùng dạng khớp ống ................................................................................... 8 2.2.2 Cơ cấu quay ................................................................................................ 8 2.3 Chọn phương án thùng đựng bóng ............................................................... 10 2.3.1 Thùng bóng bản lề ..................................................................................... 10 2.3.2 Thùng bóng liền vỏ ................................................................................... 10 2.4 Chọn phương án mạch điều khiển ............................................................... 12 2.4.1 Dùng PLC ................................................................................................. 12 2.4.2 Dùng Raspberry Pi .................................................................................... 12 2.4.3 Dùng Arduino ........................................................................................... 12 iii 2.5 Chọn phương án nguồn ................................................................................. 13 2.5.1 Nguồn pin acquy, pin lithium .................................................................... 13 2.5.2 Nguồn tổ ong............................................................................................. 13 Chương 3: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG ....................................... 14 3.1 Động cơ ........................................................................................................... 14 3.1.1 Động cơ 775 .............................................................................................. 14 3.1.2 Động cơ Nema 23 76 mm.......................................................................... 14 3.1.3 Động cơ Nema 23 51mm........................................................................... 15 3.2 Thiết bị điều khiển ......................................................................................... 16 3.2.1 Arduino Mega 2560 .................................................................................. 16 3.2.2 Driver TB6600 .......................................................................................... 17 3.2.3 Driver TB6560 .......................................................................................... 18 3.2.4 VNH2SP30 Single .................................................................................... 19 3.3 Nguồn cấp ....................................................................................................... 20 3.3.1 Nguồn tổ ong 12V-30A ............................................................................. 20 3.3.2 Mạch hạ áp DC-DC LM2596 .................................................................... 21 3.4 Thiết bị khác................................................................................................... 21 3.4.1 Công tắc hành trình ................................................................................... 21 3.4.2 Module còi Buzzer 5V .............................................................................. 21 3.4.3 LCD2004 .................................................................................................. 22 3.4.4 Mạch chuyển đổi I2C cho LCD ................................................................. 22 Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................................... 24 4.1 Thiết kế hệ thống cơ khí................................................................................. 24 4.1.1 Bộ phận bắn banh ...................................................................................... 24 4.1.2 Cơ cấu nạp bóng........................................................................................ 28 4.1.3 Khung máy................................................................................................ 28 4.1.4 Vỏ máy ..................................................................................................... 29 4.2 Lưu đồ thuật toán .......................................................................................... 30 4.3 Thiết kế hệ thống điều khiển. ........................................................................ 31 4.3.1 Sơ đồ nguyên lí và đấu nối dây.................................................................. 31 4.3.2 Lập trình điều khiển .................................................................................. 32 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 70 iv MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Máy bắn tennis Arow Plus ........................................................................... 3 Hình 1.2: Máy tập tennis Lobster Sports Elite .............................................................. 3 Hình 1.3 Sơ đồ khối nguyên lí hoạt động của máy ..................................................... 5 Hình 2.1: Bóng tennis .................................................................................................. 6 Hình 2.2: Cơ cấu dạng khớp ống.................................................................................. 8 Hình 2.3: Cơ cấu quay toàn bộ máy ............................................................................. 9 Hình 2.4: Cơ cấu quay bộ phận bắn ............................................................................. 9 Hình 2.5: Thùng bóng bản lề...................................................................................... 10 Hình 2.6: Thùng bóng liền vỏ .................................................................................... 11 Hình 3.1: Động cơ DC 775 ........................................................................................ 14 Hình 3.2: Động cơ bước Nema 23 76mm ................................................................... 15 Hình 3.3: Động cơ bước Nema 23 51mm ................................................................... 15 Hình 3.4: Arduino Mega 2560 ................................................................................... 16 Hình 3.5: Driver TB6600 ........................................................................................... 17 Hình 3.6: Cách cài đặt cường độ dòng điện................................................................ 18 Hình 3.7: Cách cài đặt vi bước ................................................................................... 18 Hình 3.8: Driver TB6560 ........................................................................................... 19 Hình 3.9: Cách cài đặt cường độ dòng điện................................................................ 19 Hình 3.10: Cách cài đặt vi bước ................................................................................. 19 Hình 3.11: VNH2SP30 Single ................................................................................... 20 Hình 3.13: Nguồn tổ ong 12V-30A ............................................................................ 20 Hình 3.14: Mạch hạ áp DC-DC LM2596 ................................................................... 21 Hình 3.12: Công tắc hành trình .................................................................................. 21 Hình 3.13: Module Buzzer 5V ................................................................................... 22 Hình 3.14: LCD2004 ................................................................................................. 22 Hình 3.15: Mạch chuyển đổi I2C cho LCD ................................................................ 23 Hình 4.1: Mô hình 3D máy ........................................................................................ 24 Hình 4.3: Kích thước bánh xe .................................................................................... 25 Hình 4.4: Bánh đà ...................................................................................................... 26 Hình 4.5: Trục ........................................................................................................... 26 v Hình 4.6: Lắp bánh xe lên trục ................................................................................... 26 Hình 4.7: Cơ cấu quay quanh trục Z .......................................................................... 27 Hình 4.8: Cơ cấu quay quanh trục X .......................................................................... 27 Hình 4.9: Lắp cơ cấu quay trục X và Z ...................................................................... 28 Hình 4.10: Cơ cấu nạp bóng....................................................................................... 28 Hình 4.11: Khung nhôm định hình ............................................................................. 29 Hình 4.12: Các tấm vỏ máy ....................................................................................... 29 Hình 4.13: Lưu đồ thuật toán điều khiển .................................................................... 30 Hình 4.14: Sơ đồ mạch .............................................................................................. 31 Hình thực tế máy bắn bóng tennis .............................................................................. 68 vi THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung về tự động hóa Tự động hóa là ngành thuộc nhóm ngành điện-điện tử dùng để chỉ một công việc được thực hiện mà không có sự giúp đỡ của bất kỳ sự can thiệp trưc tiếp của con người. Tự động hóa có nghĩa là thực hiện một nhiệm vụ đặc biệt với sự giúp đỡ của mạch điện truyền động điện. Tự động hóa đã luôn luôn chứng tỏ là một ý tưởng có hiệu quả đối với hầu hết các ngành công nghiệp và các công ty, mà đối phó với sản xuất, vốn và hàng hoá tiêu dùng. Bất kỳ loại hình sản xuất sẵn sàng tạo điều kiện thuận lợi bằng cách tự động hóa. Tự động hóa là một bộ môn được hình thành khi kỷ thuật điện đã sử dụng các chất bán dẫn phát minh ra Transitor, diode, thiristor đã (1949) và đã dần xây dựng bộ vi xử lý(1971) đã tạo ra các máy tính điều khiển (Role, PLC, 8051, PIC, 8088, PC,…) nên hệ thống truyền động điện bằng động cơ điện – mạch điều khiển đã thay thế các hệ thống điều khiển bằng cơ khí: xích-bánh răng. Hệ thống tự động hóa là phần điện – điện tử của của một hệ thống có cả điện – điện tử và cơ khí. Ví dụ điều khiển lò nhiệt của nhà máy thép: thì có 2 phần cơ bản là Cơ khí và Điện, trong đó cơ khí là phần vỏ lò chịu nhiệt còn phần Điện tức là phần mạch điều khiển nhiệt độ của lò để biến điện năng thành nhiệt năng. Các tên tương đương: Tự động hóa, Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tự động, Điện tử công nghiệp,… thuộc nhóm ngành Kỷ thuật điều khiển – tự động hóa hay rộng hơn nữa là thuộc lĩnh vực Kỷ thuật điện. Có một số lợi thế của tự động hóa trong ngành công nghiệp hoặc thậm chí trong một công ty . Tự động hóa giúp tiết kiệm sức lao động của người lao động và do đó nó cũng giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian cho người lao động có thể được hướng dẫn đến một số quá trình làm việc khác. Lợi thế lớn nhất của việc sử dụng hệ thống tự động và các công cụ là nó tiết kiệm thời gian quảng cáo đồng thời nó cũng giúp tiết kiệm chi phí. Trong một ngành công nghiệp, đó là tham gia vào sản xuất hàng hoá kỹ thuật nặng và dịch vụ, trong cùng một ngành công nghiệp các hệ thống tự động có thể thực hiện nhiệm vụ, được thực sự được thực hiện, nói, 100 người lao động. Hệ thống tự động hóa sẽ không mất một nửa thời gian của người lao động của con người sẽ thực hiện để hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể. Vì lý do này ít hơn số lượng của bàn tay con người được yêu cầu phải thực hiện một nhiệm vụ cụ thể trong một ngành công nghiệp. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và tại cùng một thời gian, công ty đã thanh toán tiền lương thấp hơn cho người lao động do đó tiết kiệm một số tiền một lần ra lợi nhuận của nó. 1 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Cùng với tất cả những điều này, lợi thế quan trọng của tự động hóa là để nâng cao năng suất của công ty. Một ngành công nghiệp, có cài đặt các máy tự động trong quá trình sản xuất của nó, rõ ràng là đã đưa ra một quyết định thông minh. Lý do là nó thường được quan sát thấy rằng tự động hóa của bất kỳ quá trình sản xuất cải thiện năng suất phần lớn. Do đó, tự động hóa của nền văn hóa làm việc trong một công ty cụ thể, công ty có thể tăng tiềm năng của nó và kiếm được nhiều hơn bằng cách đầu tư ít hơn. 1.2 Giới thiệu về đề tài 1.2.1 Giới thiệu Ngày nay, với sự phát triển cao của xã hội theo xu thế toàn cầu hoá, các sản phẩm làm ra phải thể hiện tính cạnh tranh về độ an toàn, sự tiện dụng, độ tin cậy cao và quan trọng là giá thành hạ … Cơ điện tử chính là hướng giải quyết tối ưu để tạo ra các sản phẩm đáp ứng được các yêu cầu trên. Nghiên cứu, chế tạo máy phục vụ nhu cầu con người luôn là hướng đi đầu trong Cơ điện tử. Ở hướng đi này, hiện tại trên thế giới đã có những bước tiến vượt bậc và có tiềm năng phát triển vô cùng to lớn. Trong đó, việc tạo ra những máy phục vụ luyện tập, giải trí thể thao luôn là một trong những lĩnh vực thu hút đầu tư nghiên cứu bởi tiềm năng cũng như lợi ích to lớn mà nó đem lại. Máy bắn banh Tennis cũng là một trong những sản phẩm đáp ứng được nhu cầu, thị hiếu của người chơi thể thao. 1.2.2 Lịch sử phát triển của bộ môn Tennis Môn thể thao Quần Vợt có từ khi nào? Trong một viện bảo tàng của Hy Lạp có một bức tranh treo tường đã cho thấy rằng là có một môn chơi hao hao giống Tennis đã tồn tại 500 năm trước công nguyên. Và tới thế kỷ XV ở nước Pháp từ cái gọi là : “môn chơi bóng bằng lòng bàn tay” đã xuất hiện môn quần vợt hoàng gia và nó được người Ta chơi trên các hành lang của tu viện. Phải tới những năm cầm quyền của nhà vua Victoria thì môn quần vợt hay là môn Tennis đương thời mới xuất hiện. Vào năm 1870 lần đầu tiên luật chơi của môn Tennis được ra đời và với vài sự thay đổi nhỏ thì luật này vẫn còn có hiệu lực cho tới ngày nay. Hiện nay, trên thế giới, Nhật Bản là nước chế tạo và sử dụng robot công nghiệp hàng đầu trên thế giới. Nhưng trong lĩnh vực chế tạo máy phục vụ người chơi thể thao thì Mỹ đã đi trước Nhật trong việc tiếp cận nhu cầu, thị hiếu khách hàng cũng như trình độ thiết kế chế tạo máy. Với môn Tennis, người ta đã cho ra đời nhiều loại máy để phục vụ cho nhu cầu luyện tập và thi đấu, từ những chiếc máy dùng cho công việc đan lưới Tennis cho tới các máy nhặt banh, và các máy bắn banh Tennis từ đơn giản cho tới phức tạp. 2 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Môt số máy tập trên thị trường : Hình 1.1: Máy bắn tennis Arow Plus Hình 1.2: Máy tập tennis Lobster Sports Elite 1.3 Tính cấp thiết của đề tài 1.3.1 Tình hình chung Ở Việt Nam hiện nay, mức sống của người dân ta càng ngày càng được cải thiện. Kèm theo đó, nhu cầu thể dục thể thao cũng phát triển theo, ngày càng đa dạng. Việc đáp ứng nhu cầu đó là quan trọng, cấp thiết. Tennis là một môn thể thao được đông đảo quần chúng yêu thích nhưng do việc tập luyện, thi đấu môn thể thao này đòi hỏi sân bãi, dụng cụ thể thao chuyên dùng, đội ngũ trọng tài, quan sát, phục vụ… rất tốn kém nên chỉ có một số ít người chơi môn này( vận động viên chuyên nghiệp, giới công chức, người có điều kiện vật chất…). Để phổ biến, phát triển môn thể thao này, yêu cầu phải hạ mức giá xuống phù hợp với thu nhập của người dân. Việc nghiên cứu - chế tạo máy 3 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG tập - đánh banh tennis là một trong những hướng đi đưa môn thể thao quí tộc này đến với đông đảo quần chúng bởi những ưu điểm: không cần đội ngũ trọng tài - phục vụ đông đảo, nhiều người có thể tập - chơi mọi lúc mọi nơi, chơi theo trình độ của người chơi… Vì thế nó có thể được sử dụng trong gia đình, trường học, câu lạc bộ thể thao, công ty… Đây cũng là những yêu cầu cần phải được đáp ứng trong chế tạo. 1.3.2 Nhiệm vụ của máy tập tennis Máy bắn banh tennis là một dụng cụ trợ giúp cho các vận động viên trong những buổi tập đơn. Nhiệm vụ chính của máy là phát bóng ra cho người tập. Hoạt động của nó dựa trên nguyên tắc động lực, thuỷ lực hoặc khí nén kết hợp với điều khiển. Loại máy này rất tiện ích cho bạn khi bạn tập một mình. Máy có thể giúp bạn tập với tốc độ nhanh hoặc không thích thì bạn tập chậm lại theo chế độ bạn cài đặt cho máy, với loại máy hiện đại, bạn chỉ cần nhấn vài nút trên dụng cụ điều khiển từ xa là nó làm theo ý bạn. Thực ra loại máy này đã được các nước Âu, Mỹ phát minh ra từ những năm 40. Ban đầu họ cũng chế tạo nó với nhiệm vụ chính là phát banh, nó được đặt cố định trong suốt thời gian hoạt động. Nhưng do nhu cầu ngày càng cao, sau này người ta chế tạo nó giống như một anh chàng robot thực thụ, nó có thể đi quanh sân để giúp bạn thu hồi bóng và dĩ nhiên khi đó nó không đồng thời phát bóng ra cho bạn được nhưng nó được coi là một phát minh mới. Khi môn tennis trở nên phổ biến hơn thì không chỉ những người thích thể thao mà cả những người đã gia nhập thể thao đang cố gắng cải tiến chất lượng trò chơi của họ. Với loại máy như thế, vận động viên có thể thực hành những cú đánh riêng biệt đến khi anh ta có thể thực hiện chúng một cách thuần thục và sau đó tiến hành những cú đánh khác. Tóm lại máy bắn banh Tennis là một dụng cụ giúp đỡ cho mọi người luyện tập. Nhiệm vụ của máy là bắn ra các quả banh Tennis ở các góc độ và mạnh, nhẹ khác nhau. Với máy này, người huấn luyện viên có thể dễ dàng phát hiện ra những chỗ sai của người tập. Ngoài ra, đối với các loại máy hiện đại còn có thể tạo ra các đường banh khó giúp cho trình độ của người tập càng được nâng cao hơn. Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều loại máy bắn banh tennis được quảng cáo trên mạng với các giá khá cao. Tuy nhiên hiện nay ở Việt Nam vẫn chưa có sản xuất những loại máy này. Trong những năm gần đây, những sự cải tiến và phát minh mới đã làm cho máy phát banh tennis này ngày càng trở nên đa dạng và phong phú hơn. 4 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG 1.4 Nguyên lí hoạt động 1.4.1 Nguyên lí hoạt động tổng thể của máy NGUỒN Khối Driver động cơ Khối xử lý trung tâm Khối thu tín hiệu Hình 1.3 Sơ đồ khối nguyên lí hoạt động của máy ­ Khối xử lí trung tâm: Sử dụng vi điều khiển arduino mega 2560, thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lí tín hiệu đưa về từ khối thu tín hiệu. Truyền tín hiệu điều khiển đến khối Driver động cơ. ­ ­ Khối thu tín hiệu: Sử dụng nút bấm điều khiển, hiện thị trên LCD. Khối Driver động cơ: Sử dụng module TB6600 và TB6560 để điều khiển tốc độ động cơ bước. Module VNH2SP30 để điều khiển tốc độ động cơ 775. Khối nguồn: Sử dụng nguồn tổ ong 12V-30A để cung cấp nguồn cho máy. Mạch hạ áp DC-DC LM2596 để cấp nguồn 5V cho vi điều khiển và driver. ­ 1.4.2 Các tính năng của máy ­ ­ ­ ­ ­ Các chức năng bắn cơ bản như bắn gần, xa, trái, phải, ngẫu nhiên. Bắn bóng xoáy. Có thể tùy chỉnh góc bắn và tốc độ bắn tạo nên đường bóng đa dạng. Góc lia bóng sang hai bên trong khoảng ±250 . Điều khiển bằng tay trong chế độ Manual hoặc chọn chế độ Auto. 5 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Lựa chọn phương pháp bắn bóng Khi thiết kế cơ cho máy, điều quan trọng đầu tiên là đưa ra một phương pháp bắn banh hiệu quả – hợp lí, còn việc thay đổi điểm rơi – hướng banh – độ xoáy phụ thuộc vào phương pháp bắn banh mà ta đưa ra kết cấu phù hợp. Banh Tennis có dạng cầu, đường kính ngoài 67 mm bề mặt có lông tăng ma sát trọng lượng 50 gam, tính đàn hồi cao, có thể chịu lực nén, lực va đập lớn. Hình 2.1: Bóng tennis Xuất phát từ đặc điểm trên của banh ta đưa ra một số phương pháp bắn banh như sau: 2.1.1 Dùng lò xo đẩy banh Ưu điểm: ­ ­ Chế tạo đơn giản, rẻ tiền. Tầm bắn rộng. Nhược điểm: ­ ­ ­ Hiệu suất bắn thấp do phải tốn thời gian nén lò xo. Banh bắn ra không có lực (giống như ném), việc tạo ra những đường banh xoáy khó khăn (phải thông qua một cơ cấu khác). Khi hoạt động gây ra tiếng ồn của lò xo, độ ma sát cao, kết cấu nén – nhả lò xo phức tạp. 6 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG 2.1.2 Dùng khí nén Ưu điểm: ­ ­ ­ Lực bắn lớn tạo ra tầm bắn rộng, banh có lực. Tính chính xác cao do chống chế được lưu lượng, áp suất dòng khí. Năng suất cao do sử dụng nguồn không khí xung quanh một cách liên tục. Nhược điểm: ­ ­ ­ Phải sử dụng máy nén – lọc không khí nên kết cấu kồng kềnh, phức tạp, giá đắt. Khi sử dụng gây tiếng ồn. Việc sử dụng vận hành phải hiểu biết về khí nén , tính an toàn không cao. 2.1.3 Dùng lực li tâm Ưu điểm: ­ Năng suất cao, dễ chế tạo. Nhược điểm: ­ ­ ­ Do đặc điểm của kết cấu quay li tâm nên máy to kồng kềnh. Tầm bắn hạn chế. Có thể tạo ra lực bắn lớn cần phải có tốc độ quay lớn gây va đập mạnh. 2.1.4 Dùng phương pháp cán ép banh Ưu điểm: ­ ­ ­ ­ Năng suất cao có thể bắn banh liên tục với lực bắn mạnh theo nhiều tầm. Dễ chế tạo, đơn giản. Có thể tạo ra đường banh xoáy bằng cách cho hai động cơ quay khác tốc độ. Tận dụng được tính đàn hồi cao của banh. Nhược điểm ­ ­ Động cơ quay với tốc độ cao để bắn xa nên việc điều chỉnh tốc độ quay gặp nhiều khó khăn. Bánh đai yêu cầu nhẹ và lõm ở giữa. Kết luận Từ sự phân tích ưu – nhược điểm của các phương pháp bắn banh trên ta nhận thấy phương pháp ép banh là phù hợp nhất, nó đáp ứng được những yêu cầu nêu ở trên. 7 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG 2.2 Chọn cơ cấu thay đổi hướng bắn 2.2.1 Dùng dạng khớp ống Ưu điểm: ­ ­ Thiết kế này tận dụng ống dẫn banh làm các khớp nối xoay cũng như làm giá đỡ. Có thể bố trí các bậc tự do hoạt động độc lập mà vẫn đảm bảo độ cứng vững cần thiết. Nhược điểm: ­ ­ Việc gia công chế tạo ống (tạo khớp nối) yêu cầu độ chính xác hình học cao đồng thời phải đảm bảo được độ cứng vững của các khớp xoay. Việc thiết kệ - bố trí, tính toán hệ truyền động cho các bậc tự do gặp nhiều khó khăn để đáp ứng các yêu cầu về tải , momen lực, không bị vướng, gọn nhẹ. Hình 2.2: Cơ cấu dạng khớp ống 2.2.2 Cơ cấu quay a) Quay toàn bộ máy Ưu điểm: ­ ­ Độ cứng vững cao. Các bậc được bố trí hoạt động độc lập nhau nên việc thay đổi hướng bắn dễ dàng, tầm thay đổi lớn. Nhược điểm: ­ Phải sử dụng động cơ momen lớn để quay cả máy. 8 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Hình 2.3: Cơ cấu quay toàn bộ máy b) Quay cụm bắn bóng Ưu điểm: ­ ­ Độ cứng vững cao. Kết cấu nhỏ gọn. Nhược điểm: ­ Bị hạn chế góc quay. Hình 2.4: Cơ cấu quay bộ phận bắn Kết luận: Phân tích ưu – nhược điểm của các kết cấu trên ta nhận thấy thay đổi hướng bóng bằng cơ cấu quay cụm bắn bóng là phù hợp nhất. 9 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG 2.3 Chọn phương án thùng đựng bóng 2.3.1 Thùng bóng bản lề Ưu điểm: ­ Các tấm của thùng bóng có thể mở ra và gấp lại nhờ khớp bản lề, do đó tiết kiệm được diện tích khi không sử dụng. Nhược điểm: ­ ­ Không chắc chắn. Gia công phức tạp hơn, tăng chi phí. Hình 2.5: Thùng bóng bản lề 2.3.2 Thùng bóng liền vỏ Ưu điểm: ­ ­ ­ Dễ gia công. Kết cấu vững chắc. Tiết kiệm chi phí. Nhược điểm: ­ Tăng kích thước máy. 10