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. NGƠ THANH NGHỊ
Giảng viên duyệt: TS. LÊ HỒI 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 tốn 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 mơ hình máy bắn
bóng tennis tự động. Kết quả đạt được là đã thiết kế máy bắn bóng tennis hồn 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 mơ hình thực tế
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:
TT

Họ và tên sinh viên
Nội dung
1

2

Nguyễn Hồng 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 hồn thiện mơ
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 mơ 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 q Thầy/Cơ trong Khoa Cơ Khí cũng như
q 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 Ngơ 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 lịng 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 hồn thành xong, nhưng khơng 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 q thầy cơ!
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hồng 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 thơng 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 mơn 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 lị 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 Cơng 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 ngun 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 tồn 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 dịng 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 dịng 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: Cơng 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: Mơ 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 nhơm định hình ............................................................................. 29
Hình 4.12: Các tấm vỏ máy ....................................................................................... 29
Hình 4.13: Lưu đồ thuật tốn 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 cơng việc
được thực hiện mà khơng 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 ln ln chứng tỏ là một ý tưởng có hiệu
quả đối với hầu hết các ngành cơng nghiệp và các cơng 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 mơn 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 lị nhiệt của nhà máy thép: thì có 2 phần cơ bản là Cơ khí
và Điện, trong đó cơ khí là phần vỏ lị 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 cơng nghiệp hoặc thậm chí trong một
cơng 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 cơng
cụ là nó tiết kiệm thời gian quảng cáo đồng thời nó cũng giúp tiết kiệm chi phí. Trong
một ngành cơng 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 khơng
mất một nửa thời gian của người lao động của con người sẽ thực hiện để hồn 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 tốn 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 cơng ty. Một ngành cơng nghiệp, có cài đặt các máy tự động trong q
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 q trình sản xuất cải thiện năng suất
phần lớn. Do đó, tự động hóa của nền văn hóa làm việc trong một cơng ty cụ thể, cơng
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 tồn cầu hố, các sản phẩm
làm ra phải thể hiện tính cạnh tranh về độ an tồn, 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 vơ 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 mơn Tennis
Mơn 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 mơn 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 lịng bàn tay” đã xuất hiện mơn quần vợt hồng 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
mơn 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 cịn 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

Mơt 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 mơn thể thao này địi 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 cơng 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 mơn thể thao q tộc này đến
với đơng đảo quần chúng bởi những ưu điểm: không cần đội ngũ trọng tài - phục vụ
đơng 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 khơng 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 khơng đồng thời phát bóng ra cho bạn được nhưng nó được
coi là một phát minh mới. Khi mơn tennis trở nên phổ biến hơn thì khơng 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 cịn 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 ngun 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 xốy.
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, cịn 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 ngồi 67 mm bề mặt có lơng 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 lị xo.
Banh bắn ra khơng có lực (giống như ném), việc tạo ra những đường banh xốy
khó khăn (phải thơng 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 dịng khí.
Năng suất cao do sử dụng nguồn khơng 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 tồn khơng 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 xốy 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 tốn 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 tồn 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 khơng sử dụng.

Nhược điểm:
­
­

Khơng chắc chắn.
Gia cơng phức tạp hơn, tăng chi phí.

Hình 2.5: Thùng bóng bản lề
2.3.2 Thùng bóng liền vỏ
Ưu điểm:
­
­
­

Dễ gia cơng.
Kết cấu vững chắc.
Tiết kiệm chi phí.

Nhược điểm:
­

Tăng kích thước máy.

10


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

Hình 2.6: Thùng bóng liền vỏ
Kết luận:
Phân tích ưu – nhược điểm của các phương án trên ta thấy thiết kế thùng bóng liền
vỏ là hợp lý nhất.

11


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

2.4 Chọn phương án mạch điều khiển
2.4.1 Dùng PLC
Ưu điểm:
­
­
­

Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.
Độ tin cậy cao.
Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: Nhiệt độ, độ ẩm, điện áp.

Nhược điểm:
­

Giá thành cao.

2.4.2 Dùng Raspberry Pi
Ưu điểm:
­
­
­
­

Nhỏ gọn.
Siêu tiết kiệm điện.
Phục vụ cho nhiều mục đích.
Khả năng hoạt động liên tục 24/7.

Nhược điểm:
­
­

Yêu cầu phải có kiến thức cơ bản về Linux, điện tử.
Giá thành khá cao.

2.4.3 Dùng Arduino
Ưu điểm:
­
­
­

Arduino có các thư viện có sẵn.
Dễ sử dụng.
Giá rẻ.

Nhược điểm:
­

Trong một số điều kiện dễ bị gây nhiễu.

Kết luận:
Phân tích các ưu nhược điểm chúng em chọn dùng Arduino vì dễ sử dụng và giá cả
phải chăng, qua đó có thể giúp giảm giá thành sản phẩm.

12


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

2.5 Chọn phương án nguồn
2.5.1 Nguồn pin acquy, pin lithium
Ưu điểm:
­
­
­

Thơng dụng.
Có thể sạc nhiều lần.
Tính cơ động cao.

Nhược điểm:
­
­

Thời gian sử dụng hạn chế.
Giá cả tương đối đắt.

2.5.2 Nguồn tổ ong
Ưu điểm :
­
­
­

Thông dụng.
Giá rẻ.
Nguồn ổn định, không hạn chế thời gian sử dụng.

Nhược điểm :
­

Tính cơ động khơng cao.

Kết luận:
Phân tích các ưu nhược điểm chúng em chọn dùng nguồn tổ ong để giảm giá thành
của máy.

13


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

Chương 3: CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG

3.1 Động cơ

3.1.1 Động cơ 775
Chức năng: Quay bánh đà để bắn bóng.
Thơng số kỹ thuật:
­
­
­
­
­
­
­

Điện áp hoạt động: 12 VDC
Tốc độ vòng tua: 13000 RPM
Đường kính thân: 42 mm.
Chiều dài thân: 66,5 mm
Đường kính trục: 5 mm.
Chiều dài đầu trục: 19 mm.
Chiều dài trục 98 mm

Hình 3.1: Động cơ DC 775
3.1.2 Động cơ Nema 23 76 mm
Chức năng:
­
­

Quay cơ cấu bắn quanh trục Z (quay trái, phải)
Quay cơ cấu nạp bóng

Thơng số kỹ thuật:
­

­
­
­
­

Kích thước: 57*57*76 mm
Khối lượng: 1.2 kg
Đường kính trục: 6.35 mm
Chiều dài trục: 21mm
Số bước 1 vòng quay: 200
14


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

­
­
­

Điện áp hoạt động: 3.2V
Dòng định mức: 2.8A
Momen giữ : 1.9Nm

Hình 3.2: Động cơ bước Nema 23 76mm
3.1.3 Động cơ Nema 23 51mm
Chức năng: quay cơ cấu bắn quanh trục X (quay lên, xuống)
Thơng số kỹ thuật:
­
­
­

­
­
­
­
­

Kích thước: 57*57*51mm
Khối lượng: 620 g
Đường kính trục: 6.35 mm
Chiều dài trục: 21mm
Số bước 1 vòng quay : 200
Điện áp hoạt động :12V
Dòng định mức: 0.38A
Mơ men giữ: 0.9Nm

Hình 3.3: Động cơ bước Nema 23 51mm

15