Luân Văn Tốt Nghiệp THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BANH TENNIS

/

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
--------------o0o--------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY BẮN BANH TENNIS

GVHD
SVTH
MSSV
SVTH
MSSV

:
:
:
:
:

TS. Từ Diệp Công Thành
Nguyễn Tấn Lộc
20301558
Tôn Gia Phú
20302073

Tp.HCM, tháng 1/2008

i


LỜI CẢM ƠN

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 TP. HCM đã trang bị những kiến thức quý báu
cũng như đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường.
Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Từ Diệp Công Thành, 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 qúy Thầy/Cô đã dành thời gian quý báu
để nhận xét và chấm Luận văn 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 Viêt.
Bên cạnh đó, sự hợp tác và giúp đỡ của bạn bè và các thế hệ đàn anh cũng giúp chúng
tôi rất nhiều trong việc thực hiện đề tài này. Xin được cảm ơn anh Ngô Minh An, Khoa Điện
– Điện Tử, người đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều trong giai đoạn đầu thiết kế, bạn Chu Ngọc
Hân, bạn Nguyễn Thu Trang, bạn Lê Hoàng Nga, những ý kiến đóng góp của các bạn đã giúp
ích rất nhiều cho chúng tôi hoàn thiện đề tài. Chúng tôi cũng xin chân thành cảm ơn các bạn
cùng học lớp Cơ Điện Tử – Khóa 2003, đặc biệt là bạn Trịnh Quốc Tuấn, những kiến thức
vững chắc về cơ khí của bạn đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài!
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
trong những lúc khó khăn nhất.

ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài này tập trung nghiên cứu vấn đề thiết kế, chế tạo máy tập đánh banh tennis đa năng,
đáp ứng được nhu cầu sử dụng của người mới tập chơi lẫn các vận động viên chuyên nghiệp
trình độ cao mang thương hiệu Việt. Với yêu cầu đó các vấn đề sau đây được triển khai
nghiên cứu, khảo sát thực tế: các phương pháp bắn banh tennis, cơ cấu thay đổi hướng bắn
(thay đổi điểm rơi của banh), cơ cấu cấp banh cho cơ cấu bắn, các loại cảm biến và hệ thống
điều khiển cho máy.
Những vấn đề nghiên cứu trên được hiện thực hóa bằng mô hình máy bắn banh tennis
Favi sử dụng hai bánh đai bắn banh có khả năng tạo được các cú giao bóng với độ xoáy khác
nhau, nòng bắn có 3 bậc tự do có thể chuyển động linh hoạt trong không gian có khả năng tạo
được các cú giao bóng đa dạng có trong thực tế, bảng điều khiển với màn hình LCD cung cấp
một giao diện thân thiện dễ sử dụng đảm bảo các yêu cầu thẩm mỹ. Mạch điều khiển từ xa
bằng sóng vô tuyến cũng được cung cấp để tạo thêm sự tiện lợi cho người sử dụng. Ngoài ra,
Favi còn có khả năng giao tiếp với máy tính thông qua chương trình Favi Main, cung cấp các
khả năng cân chỉnh, cấu hình lại chế độ hoạt động, giúp cho việc bảo trì, sửa chữa khi có sự
cố cũng như tinh chỉnh trước khi đến với người sử dụng được dễ dàng và nhanh chóng.
Sau khi chế tạo xong mô hình, máy bắn banh tennis có thể bắn banh qua sân đối phương
theo những điểm rơi xác định trong giới hạn chính xác cho phép với những đường banh thấp,
bổng, xoáy tạo tính ngẫu nhiên cho người chơi.

iii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ..................................................................................................... iii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iv
DANH SÁCH HÌNH VẼ.................................................................................................... vi

DANH SÁCH BẢNG BIỂU............................................................................................... ix
Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu chung........................................................................................................... 1
1.2 Lịch sử phát triển của bộ môn Tennis ........................................................................... 1
1.3 Nhiệm vụ của máy bắn banh Tennis ............................................................................. 8
Chương 2. NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ............................................. 10
2.1 Mục đích và yêu cầu................................................................................................... 10
2.1.1 Mục đích ............................................................................................................. 10
2.1.2 Yêu cầu ............................................................................................................... 10
2.2 Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận đề tài ......................................................... 10
Chương 3. THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY BẮN BANH TENNIS......................................... 12
3.1 Lựa chọn phương pháp bắn banh................................................................................ 12
3.2 Chọn cơ cấu thay đổi hướng bắn ................................................................................ 14
3.2.1 Dùng cơ cấu lắc................................................................................................... 14
3.2.2 Dùng dạng ống lồng ............................................................................................ 15
3.2.3 Dùng ống lệch ..................................................................................................... 16
3.3 Thiết kế hệ thống cơ................................................................................................... 17
3.3.1 Bộ phận bắn banh ................................................................................................ 18
3.3.1.1 Điều kiện để banh có thể bị ép và bắn qua hai bánh đai................................. 18
3.3.1.2 Tốc độ bắn.................................................................................................... 20
3.3.1.3 Chế tạo bánh đai ........................................................................................... 20
3.3.2 Cơ cấu quay quanh trục x .................................................................................... 25
3.3.3 Cơ cấu quay quanh trục z..................................................................................... 27
3.3.4 Cơ cấu nâng hạ theo phương z ............................................................................. 27
3.3.5 Cơ cấu cấp banh .................................................................................................. 28
3.3.6 Thiết kế thân máy ................................................................................................ 28
3.4 Lựa chọn động cơ điện ............................................................................................... 29
Chương 4. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ............................. 33
4.1 Yêu cầu của hệ thống điều khiển ................................................................................ 33
4.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển .................................................................................. 33

4.3 Module Master ........................................................................................................... 35
4.4 Module Slave ............................................................................................................. 37
4.5 Module điều khiển từ xa............................................................................................. 40
4.6 Module hiển thị LCD và giao tiếp với người sử dụng ................................................. 40
4.7 Khối nguồn ................................................................................................................ 42
4.8 Khối giao tiếp với máy tính ........................................................................................ 42
4.9 Cảm biến ví trí ........................................................................................................... 43
4.10 Một số vi mạch được sử dụng trong luận văn............................................................ 43
4.10.1 Vi điều khiển PIC 18F4550 và 18F4431 ............................................................ 43
4.10.2 IC cầu H LMD18200 ......................................................................................... 44
4.10.3 EEPROM AT24C64 .......................................................................................... 44
iv


Chương 5. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ........................................................................... 46
5.1 Giải thuật điều khiển chung cho module Master ......................................................... 46
5.2 Giải thuật điều khiển PID cho các module Slave......................................................... 48
5.2.1 Sơ lược về lý thuyết PID cho hệ thống rời rạc...................................................... 48
5.2.2 Rời rạc hóa PID................................................................................................... 49
5.2.3 Áp dụng giải thuật PID vào điều khiển vận tốc và vị trí động cơ .......................... 50
5.2.3.1 Lưu đồ giải thuật PID trong các module Slave .............................................. 50
5.2.3.2 Tìm các giá trị PID thích hợp điều khiển vận tốc........................................... 53
5.3 Cấu trúc dữ liệu lưu trữ trên EEPROM....................................................................... 53
5.4 Giải thuật đọc keypad................................................................................................. 55
5.5 Giải thuật hiển thị Menu trên LCD ............................................................................. 56
Chương 6. CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ FAVI MAIN TRÊN MÁY TÍNH ................... 59
6.1 Giới thiệu ................................................................................................................... 59
6.2 Các chức năng chính hỗ trợ máy tập FAVI ................................................................. 60
6.2.1 Công cụ tìm bộ số PID......................................................................................... 60
6.2.2 Các chức năng khác............................................................................................. 60

6.3 Các tiện ích phụ kèm theo .......................................................................................... 60
6.3.1 Thay đổi giao diện người sử dụng........................................................................ 60
Chương 7. KẾT LUẬN ..................................................................................................... 63
7.1 Đánh giá về mô hình cơ khí........................................................................................ 63
7.2 Đánh giá về mạch điện và lập trình............................................................................. 68
7.3 Hướng phát triển ........................................................................................................ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 71
PHỤ LỤC A -- BẢN VẼ CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ
PHỤ LỤC B – MODULE MOTION FEEDBACK TRONG PIC18F4431
PHỤ LỤC C -- SƠ LƯỢC VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C

v


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Một súng bắn banh Tennis đơn giản nhất
Hình 1.2: Hai máy bắn banh Tennis thuộc loại đơn giản sử dụng lực ma sát để bắn banh
Hình 1.3: Máy bắn banh Lobster sử dụng lò xo nén loại 1
Hình 1.4: Máy bắn banh Lobster sử dụng lò xo nén loại 2
Hình 1.5: Một máy bắn banh Tennis đơn giản sử dụng nguyên lý giống như ná thun
Hình 1.6: Dụng cụ để chứa banh và nhặt banh
Hình 1.7: Máy nhặt banh Tennis
Hình 1.8: Máy tập đánh banh Tennis dạng dùng bánh đai bắn, có thể xoay nòng
Hình 1.9: Máy tập đánh banh Tennis có thể thay đổi hướng theo 3 bậc tự do
Hình 1.10: Rô-Bốt đáng banh Tennis có hình dạng giống như người
Hình 1.11: Máy bắn banh dùng lực ép
Hình 1.12: Máy bắn banh SILENT PARTNER
Hình 1.13: Máy bắn banh PLAYMATE
Hình 3.1: Banh Tennis
Hình 3.2: Máy bắn banh sử dụng cơ cấu lắc

Hình 3.3: Máy bắn banh sử dụng ống lồng
Hình 3.4: Máy bắn banh sử dụng ống lệch
Hình 3.5: Mô hình máy bắn banh Tennis
Hình 3.6: Phân tích lực tác dụng lên banh
Hình 3.7: Kích thước bánh đai
Hình 3.8: Bánh đai
Hình 3.9: Góc ăn banh
Hình 3.10: Khoảng ép banh
Hình 3.11: Hộp bắn banh

vi


Hình 3.12: Ống quay trục x
Hình 3.13: Cơ cấu quay quanh trục x
Hình 3.14: Cơ cấu quay quanh trục z
Hình 3.15: Cơ cấu nâng hạ theo phương z
Hình 3.16: Cơ cấu cấp banh
Hình 3.17: Thân máy
Hình 3.18: Động cơ DC Servo 110W
Hình 3.19:Động cơ DC
Hình 3.20: Động cơ DC Servo 60W
Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện MASTER
Hình 4.3 Sơ đồ mạch in lớp top mạch điện MASTER
Hình 4.4 Sơ đồ mạch in lớp bottom mạch điện MASTER
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất động cơ cấp banh
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điện SLAVE
Hình 4.7 Sơ đồ mạch in lớp top mạch điện SLAVE
Hình 4.8 Sơ đồ mạch in lớp bottom mạch điện SLAVE

Hình 4.9 Module REMOTE
Hình 4.10 Bảng điều khiển
Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý mạch Control Panel
Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
Hình 4.13 Sơ đồ nguyên mạch giao tiếp máy tính
Hình 4.14 Sơ đồ khối LMD18200
Hình 4.15 Sơ đồ chân LMD18200
Hình 4.16 Sơ đồ chân EEPROM AT24C64
Hình 4.17 Sơ đồ khối EEPROM AT24C64
vii


Hình 5.1 Lưu đồ giải thuật chính module Master
Hình 5.2 Lưu đồ giải thuật 2 chế độ hoạt động của Master
Hình 5.3 Lưu đồ giải thuật xử lý lệnh nhận được từ PC
Hình 5.4 Sơ đồ khối giải thuật PID
Hình 5.5 Rời rạc hóa PID
Hình 5.6 Lưu đồ giải thuật chính module Slave
Hình 5.7 Lưu đồ giải thuật hàm phục vụ ngắt SSP
Hình 5.8 Lưu đồ giải thuật hàm ProcessComand
Hình 5.9 Lưu đồ giải thuật PID dùng trong module Slave
Hình 5.10 Sơ đồ nguyên lý mạch Keypad
Hình 5.11 Giải thuật đọc Keypad
Hình 5.12 Lưu đồ giải thuật hiện thị menu trên LCD
Hình 5.13 Lưu đồ giải thuật xử lý phím nhấn
Hình 6.1 Giao diện chương trình Favi Main
Hình 6.2 Các chức năng chính trong Favi Main
Hình 6.3 Thay đổi giao diện Favi Main - Bước 1
Hình 6.4 Thay đổi giao diện Favi Main - Bước 2
Hình 6.5 Giao diện khác của Favi Main

Hình 7.1 Hình nhìn tổng thể từ phía trước
Hình 7.2 Hình nhìn tổng thể từ một bên
Hình 7.3 Hình nhìn tổng thể từ phía sau
Hình 7.4 Hình nhìn tổng thể từ một phía
Hình 7.5 Bộ phận bắn banh nhìn một bên
Hình 7.6 Hộp điện điều khiển
Hình 7.7 Mạch điện Slave
Hình 7.8 Mạch điện Master
viii


DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Hệ số ma sát giữa hai mặt tiếp xúc
Bảng 5.1: Tổng hợp ảnh hưởng 3 hệ số lên đáp ứng hệ thống sử dụng giải thuật PID

ix


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung
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 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 từơng 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.

Trang 1


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Sau đây là một số máy tập điển hình:

Hình 1.1 Một súng bắn banh Tennis đơn giản nhất

Hình 1.2 Hai máy bắn banh Tennis thuộc loại đơn giản sử dụng lực ma sát để bắn
banh

Trang 2


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Hình 1.3 Máy bắn banh Lobster sử dụng lò xo nén loại 1

Hình 1.4 Máy bắn banh Lobster sử dụng lò xo nén loại 2

Trang 3


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Hình 1.5 Một máy bắn banh Tennis đơn giản sự dụng quyên lý giống như ná thun

Hình 1.6 Dụng cụ để chứa banh và nhặt banh
Trang 4


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Hình1.7 Máy nhặt banh tennis

Hình 1.8

Máy tập đánh banh tennis dạng dùng bánh đai bắn, có thể xoay nòng.

Trang 5

Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Hình 1.9

Máy tập đánh banh tennis có thể thay đổi hướng theo 3 bậc tự do.

Hình1.10 Robot đánh banh tennis có hình dáng giống con người.

Trang 6


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Hình 1.11 Máy bắn banh dùng lực ép

Hình 1.12 Máy bắn banh SILENT PARTNER

Trang 7


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Hình 1.13 Máy bắng banh PLAYMATE
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 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 sau:
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 Nhiệm vụ của máy bắn banh 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 vận động viên tập. Hoạt động của nó dựa
Trang 8


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis
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.

Trang 9


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Chương 2. NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

2.1 Mục đích và yêu cầu
2.1.1 Mục đích
Khảo sát thực tế trong giai đoạn quá trình tập chơi để tìm ra những thông số liên quan đến
việc tập bộ môn Tennis như: tốc độ, độ khó, độ xoáy của bóng, thời gian giữa hai lần đánh
bóng khoảng di chuyển của ngươì chơi… để từ đó ta có thể thiết kế máy bắn banh Tennis cho
phù hợp với người chơi.
Mục đích của luận văn là tạo ra được máy tập hoàn chỉnh mang thương hiệu Việt có thể
đáp ứng mọi nhu cầu của người chơi từ nghiệp dư cho đến chuyên nghiệp, hỗ trợ các giáo
viên dạy tennis, các vận động viên đỉnh cao tập luyện nâng cao trình độ.
2.1.2 Yêu cầu
Máy tập phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:
•

Cơ cấu bắn banh ổn định, giảm rung và tiếng ồn trong lúc vận hành.

•

Nòng bắn banh phải linh hoạt, có thể tạo được mọi cú giao bóng từ mọi vị trí với vận
tốc và độ xoáy cũng như góc xoáy khác nhau.

•

Cơ cấu cấp banh đơn giản, gọn nhẹ, tránh kẹt banh. Tốc độ cấp banh đa dạng tùy thuộc
vào trình độ người chơi.

•

Lựa chọn động cơ điện cho phù hợp, đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật và an toàn

•

Bộ điều khiển linh hoạt, có khả năng mở rộng, đáp ứng nhanh.

•

Cách sử dụng đơn giản.

2.2 Phương pháp nghiên cứu và cách tiếp cận đề tài
• Khảo sát thực tế, tìm hiểu các kỹ thuật khó trong luyện tập Tennis.
• Nghiên cứu lý thuyết, lựa chọn phương án bắn banh, tạo được độ khó cơ bản và nâng
cao.
Trang 10


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

• Thiết kế, gia công các cơ cấu cơ khí sao cho đảm bảo banh được bắn theo các hướng với
vận tốc khác nhau.
• Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển dùng vi xử lý
• Thiết kế, chế tạo vỏ máy, đảm bảo tính an toàn trong sử dụng.
• Lắp ráp hoàn chỉnh và kiểm tra, đánh giá.
• Viết chương trình điều khiển vi xử lý.
• Thử nghiệm, kiểm tra mức độ an toàn và hiệu quả sử dụng.

Trang 11


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis

Chương 3. THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY BẮN BANH TENNIS
3.1 Lựa chọn phương pháp bắn banh
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.
Xuất phát từ đặc điểm trên của banh ta đưa ra một số phương pháp bắn banh như sau:

Hình 3.1 Banh Tennis
•

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.

Trang 12


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis
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
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.
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

Trang 13


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis
-Yêu cầu chế tạo hai bánh đai chính xác, nhẹ (giảm lực ly tâm) làm giá thành chế
tạo cao.
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.
3.2 Chọn cơ cấu thay đổi hướng bắn
3.2.1 Dùng cơ cấu lắc

Hình 3.2 Máy bắn banh sử dụng cơ cấu lắc.
* 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:

Trang 14


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis
- Do phải bố trí các mâm lắc nên kết cấu lớn, nặng.

3.2.2 Dùng dạng ống lồng

Hình 3.3 Máy bắn banh sử dụng ống lồng.
* Ưu điểm:
- Thiết kế này tận dụng ống dẫn banh làm các khớp nối xoay cũng như làm giá đỡ nên
kết cấu gọn nhẹ .
- Có thể bố trí ba 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 co, tạo khớp nối) yêu cầu độ chính xác hình học cao
đồng thời đảm bảo được độ cứng vững của các khớp xoay.
- Việc thiết kệ- bố trí, tính toán hệ truyền động cho 3 bậc tự do gặp nhiều khó khăn để
đáp ứng các yêu cầu về tải , momen lực, không bị vướng, gọn nhẹ.

Trang 15


Thiết kế và chế tạo máy bắn banh Tennis
3.2.3 Dùng ống lệch

Hình 3.4 Máy bắn banh sử dụng ống lệch.
* Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản (chỉ cần 2 bậc tự do), dễ chế tạo.
- Gọn nhẹ nhưng vẫn đảm bảo chức năng thay đổi hướng banh trong môn tennis.
* Nhược điểm:
- Để xác định hướng bắn cần phối hợp cả hai bậc tự do nên có phần hạn chế, gây khó
khăn trong việc điều khiển.
- Cần lưu ý trong việc tính toán góc lệch, góc ngang ở hai bậc bởi nó quyết định đến tầm
bắn, kích thước máy, điều khiển.
Kết luận:
Từ sự phân tích ưu – nhược điểm của các kết cấu trên ta nhận thấy kết cấu dạng ống

lồng 3 bậc tự do là phù hợp nhất, nó đáp ứng được những yêu cầu được nêu ở trên.

Trang 16