Thiết bị huấn luyện môn thể thao tennis

ĐỒN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH DỰ THI GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC EURÉKA LẦN THỨ XX NĂM 2018 TÊN CƠNG TRÌNH: THIẾT BỊ HUẤN LUYỆN MÔN THỂ THAO TENNIS LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: Kỹ thuật công nghệ CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật công nghệ Mã số cơng trình: …………………………… i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH ii TÓM TẮT ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài 2 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu .2 Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP Mục tiêu .6 Phương pháp PHẦN 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN .7 Kết thiết kế nguyên lý hoạt động hệ thống Kết thi công thiết bị huấn luyện tennis : gia cơng, lắp ráp, lập trình .9 PHẦN 4: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ 14 Kết luận .14 Đề xuất kiến nghị 14 ii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Máy bắn bóng T3M Hình Máy bắn bóng tennis ARROW PLUS Hình Phương án cán ép đẩy bóng tennis Hình Mạch điện điều khiển hệ thống Hình Hình ảnh thực tế khung thiết bị Hình Cơ cấu bắn bóng Hình Động DC 775 10 Hình Cơ cấu chỉnh góc bắn lên xuống 11 Hình Cơ cấu điều chỉnh góc quay ngang máy 11 Hình 10 Cơ cấu cấp bóng 12 Hình 11 Sản phẩm sau lắp ráp 12 Hình 12 Lưu đồ điều khiển 13 Hình 13 Giao diện điều khiển điện thoại 13 TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu chế tạo thiết bị huấn luyện môn thể thao tennis Thiết bị chế tạo nhằm mục đích hỗ trợ người tập môn thể thao tennis đam mê muốn chơi khó khăn việc tìm người tập tự nâng cao trình độ Vậy nên yêu cầu đặt phải có thiết bị giúp cho người chơi học viên tự tập luyện theo tập thiết lập sẵn huấn luyện viên biên soạn tập phù hợp với học viên Nhờ đó, huấn luyện viên bao qt kỹ thuật tồn học viên dễ dàng nhằm kịp thời chỉnh sửa Thiết bị gồm có cụm gồm bánh xe quay ngược chiều đặt sát để tạo lực đẩy trái banh tennis bay xa Cụm đặt cấu bậc tự do: chuyển quay xung quanh trục trục đứng, chuyển động xoay xung quanh trục nằm ngang Nhờ kết cấu trái banh tennis bắn khơng gian theo góc độ khác Điều khiển hoạt động toàn hệ thống chip vi điều khiển ATmega thiết kế sẵn mạch Arduino MEGA 2560 Thiết bị sau tính tốn, thiết kế, chế tạo lắp ráp ứng dụng việc huấn luyện người tập môn thể thao tennis 2 ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Ngày với tiến khoa học kỹ thuật công nghệ ứng dụng lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực nghiên cứu chế tạo sản phẩm nâng cao sức khỏe cho người nói chung thiết bị hỗ trợ tập luyện thể dục thể thao nói riêng [1-3] Mỗi mơn thể thao có máy tập dụng cụ hỗ trợ giúp cho người chơi tập luyện cách hiệu Để tập luyện tốt mơn thể thao đối kháng tennis, bóng bàn … địi hỏi người chơi phải có đối thủ vừa sức mạnh tiến Hiện Việt Nam, với người tập môn thể thao tennis đam mê muốn chơi khó khăn việc tìm người tập muốn nâng cao trình độ Vậy nên yêu cầu đặt phải có thiết bị giúp cho người chơi học viên tự tập luyện theo tập thiết lập sẵn huấn luyện viên biên soạn tập phù hợp với học viên Nhờ đó, huấn luyện viên bao quát kỹ thuật toàn học viên dễ dang nhằm kịp thời chỉnh sửa Trước nhu cầu thiết thực đó, nghiên cứu thực nghiên cứu nhằm tính tốn, thiết kế chế tạo thiết bị huấn luyện môn tennis Thiết bị huấn luyện môn tennis sản xuất nhiều giới giá thành cao, đề tài thực việc thiết kế chế tạo Thiết bị huấn luyện môn tennis với giá thành thấp nhiều chủ động phát triển công nghệ nước Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu Tính tốn, thiết kế, chế tạo thiết bị ứng dụng huấn luyện môn thể thao tennis Đối tượng nghiên cứu Thiết bị huấn luyện môn thể thao tennis Phạm vi nghiên cứu Thiết bị huấn luyện môn thể thao tennis Việt Nam Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn, quy mô phạm vi áp dụng Ý nghĩa khoa học: thiết kế, chế tạo thiết bị ứng dụng việc huấn luyện môn thể thao tennis Ý nghĩa thực tiễn: giải vấn đề tập luyện thể thao nâng cao sức khoẻ người dân Việt Nam 4 PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Qua việc khảo sát loại máy thị trường máy bắn bóng tennis ngồi nước, hầu hết loại máy có giá thành cao với mức giá trung bình 10 triệu đồng Các loại máy bắn bóng tennis sản xuất nước hầu hết nhập từ nước ngồi, nhìn chung, tất loại máy sử dụng cấu bắn bóng chung cán ép bóng, tạo lực nén để bắn bóng [1-3] Các chế độ tập chơi như: Two line – narrow: bắn đường cho người tập di chuyển ngắn đánh thuận tay trái tay, Three line: bắn đường, Volley: đánh đường, dài cuối sân ngắn lưới để bắt volley, Smashing: bắn bóng bổng cho tập smashing Máy bắn bóng Tennis tự động – T3M [6], sản phẩm người Việt chế tạo, máy đạt tiêu chuẩn kỹ thuật Quốc tế Với giá thị trường 12.5 triệu đồng, máy đáp ứng chế độ tập đánh như: Volley, smashing, Với ưu điểm thiết kế tiện lợi, dễ dàng di chuyển dễ sử dụng, có nhược điểm dễ bị kẹt bóng Hình Máy bắn bóng T3M Máy bắn bóng tennis ARROW PLUS [7] nhập từ Úc có nhiều tính đại như: Bắn bóng xoáy với kiểu xoáy lên, xoáy xuống mạnh nhẹ khác đạt yêu cầu khó cho vận động viên chuyên nghiệp hàng đầu giới, Tốc độ bắn bóng linh hoạt: điều chỉnh từ 15 km/h đến 180 km/h ưa chuộng nhiều thị trường Máy dành cho vận động viên nghiệp dư chuyên nghiệp Nhưng có nhược điểm giá thành cao rơi vào khoảng 26 triệu đồng Hình Máy bắn bóng tennis ARROW PLUS PHẦN 2: MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP Mục tiêu - Thiết kế kết cấu khí thiết bị huấn luyện đáp ứng yêu cầu bắn bóng từ nhiều hướng, tốc độ, ổn định, cân Từ xây dựng vẽ thiết kế cụm khí thiết bị - Chế tạo kết cấu khí thiết bị huấn luyện dựa vẽ thiết kế Thiết kế thi công điều khiển hoạt động thiết bị huấn luyện Lắp ráp hoàn thiện thiết bị huấn luyện - Chạy thử kiểm tra xác, hiệu quả, độ an tồn thiết bị huấn luyện người thiết bị xung quanh môi trường sinh hoạt, tập luyện thể thao Phương pháp - Phương pháp tính tốn lý thuyết áp dụng việc tính kết cấu khí thiết bị - Phương pháp thiết kế khí sử dụng phần mềm Autocad - Phương pháp chế tạo chi tiết máy lắp ráp thiết bị - Nghiên cứu lập trình hệ thống điện điều khiển thiết bị chuyển động - Phương pháp kiểm tra đánh giá độ tin cậy thiết bị 7 PHẦN 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN Kết thiết kế nguyên lý hoạt động hệ thống Máy bắn bóng tennis bắn bóng với tốc độ cao giao động từ 70-100km/h, máy sử dụng phương pháp cán ép bóng để bắn bóng Đầu tiền, đĩa cấp bóng quay lọc bóng tennis lăn xuống cấu bắn, cấu bao gồm bánh xe quay ngược chiều nhau, bánh quay tốc độ cao định tốc độ bóng, bánh cịn lại quay ngược chiều với tốc độ chậm định độ xốy bóng, bóng lăn từ vào cấu bắn bóng, bánh xe ép bóng với lực đàn hồi lớn làm biến dạng bóng bắn ngồi Hình Phương án cán ép đẩy bóng tennis Máy bắn bóng tennis giúp cho người tập chơi người chơi tennis lâu năm luyện tập nhiều kỹ thuật đánh từ đến nâng cao, tiết kiệm thời gian luyện tập với huấn luyện viên Máy bắn banh góc độ, mạnh nhẹ khác Điều giúp người huấn luyện viên dễ dàng phát chỗ sai người tập Kết thiết kế thiết bị Yêu cầu thiết kế thiết bị - Cơ cấu bắn banh ổn định, giảm rung tiếng ồn lúc vận hành - Nịng bắn banh phải linh hoạt, tạo cú giao bóng từ vị trí với vận tốc độ xốy góc xốy khác 8 - Cơ cấu cấp banh đơn giản, gọn nhẹ, tránh kẹt banh Tốc độ cấp banh đa dạng tùy thuộc vào trình độ người chơi - Bộ điều khiển linh hoạt, có khả mở rộng, đáp ứng nhanh - Cách sử dụng đơn giản - Dễ dàng di chuyển vận chuyển xa Phần khung máy thành phần quan trọng phải lưu ý thiết kế tính tốn cho hợp lý mang tính cân đối Đây phận có tác dụng khung xương liên kết thành phần dẫn, truyền động, mạch điều khiển chứa vùng gia công Yêu cầu chung phần khung phải cứng vững đảm bảo chông rung động gia công, chịu va đập tốt và dễ lắ p ráp Yêu cầu khung khí phải đảm bảo chịu khối lượng cấu bắn bóng chống rung tốt Ngồi ra, phần khung máy cịn phải đảm bảo lỗ bắt trục dẫn động phải thật đồng tâm để tránh gây sai số so với mô hình tính tốn Các khớp nối u cầu phải có độ cững vững chịu rung động va đập tốt để giảm thiểu tối đa khả gây sai số gia công Thiết kế mạch điện điều khiển toàn hệ thống sử dụng phần mềm proteus [4] (hình 4) chip vi điều khiển ATmega [5] làm trung tâm Hình Mạch điện điều khiển hệ thống Kết thi công thiết bị huấn luyện tennis : gia cơng, lắp ráp, lập trình Khung máy lắp ráp từ nhôm định hình có kết cấu vững (hình 4) Hình Hình ảnh thực tế khung thiết bị Cơ cấu bắn bóng (Hình 5): Có nhiều cách để bắn bóng dùng khí nén, lị xo hay vật đàn hồi Cách đơn giản sử dụng nhiều,đã nhóm lựa chọn từ trước phương pháp cán ép bóng để bắn bóng, cấu sử dụng hai bánh xe quay ngược chiều khoảng cách hai bánh đặt cho khe hở hai bánh nhỏ đường kính bóng bắn bóng bay tốc độ cao tạo độ xốy bóng Hình Cơ cấu bắn bóng 10 Động bắn bóng: yếu cầu phải đạt yêu cầu tốc độ cao, momen xoắn lớn bắn bóng xa với vận tốc nhanh đạt độ xốy bóng tốt.Vì thế, nhóm lựa chọn động DC 775 80W single Ball Bearing ưa chuộng với khả tùy biến cho nhiều ứng dụng khác nhau: máy bơm, máy cưa, máy cắt, máy khoan, xe điện, Động DC 775 80W single Ball Bearing (hình 6) có chất lượng tốt với lõi Rotor đồng nguyên chất, vỏ thép chắn nam châm vĩnh cửu chất lượng cao cho vận tốc quay lên đến 8000RPM (vòng / phút), động có trang bị bạc đạn trục (single Ball Bearing) cho độ bền độ ổn định cao Hình Động DC 775 Thơng số kỹ thuật: - Loại động cơ: DC 775 - Điện áp sử dụng: 12~24VDC - Dòng tiêu thụ tối đa: 6A - Cơng suất trung bình: 80W - Lực kéo: 1.8 Kg - Tốc độ quay: + 12VDC: 4000RPM + 24VDC: 8000RPM - Đường kính trục chính: 5mm - Trục trước dài: 16mm - Đường kính động cơ: 42mm - Chiều dài động cơ: 66.5mm - Trọng lượng: 400g 11 Cơ cấu chỉnh góc bắn lên xuống phải đảm bảo yêu cầu độ xác cao, dễ điều chỉnh Một số cấu dùng dùng cấu piston, cấu trục vít, cấu cam Sau tìm hiểu qua nhiều tài liệu, Nhóm định chọn cấu vít me động bước với ưu điểm độ xác cao dễ điều khiển Hình Cơ cấu chỉnh góc bắn lên xuống Để điều khiển xác góc bắn ngang, ta cần động đọc vận tốc vị trí với yêu cầu đủ lực momen xoắn để chịu sức nặng toàn cấu bắn máy, nhóm định chọn động servo MG996R kết hợp truyền đai Hình Cơ cấu điều chỉnh góc quay ngang máy 12 Hình 10 Cơ cấu cấp bóng Hình 11 Sản phẩm sau lắp ráp Hệ thống điều khiển hoạt động dựa sơ đồ hình 12 Thiết bị đượd điều khiển điện thoại thông minh Giao diện phần mềm ứng dụng điện thoại lập trình hình 13 13 Hình 12 Lưu đồ điều khiển Hình 13 Giao diện điều khiển điện thoại 14 PHẦN 4: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ Kết luận Đề tài tính tốn, thiết kế chế tạo máy huấn luyện mơn thể thao tennis Máy có bắn nhiều góc độ sân Máy bắn bóng tennis sau hồn thành có thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển cách sử dụng đơn giản Máy hoạt động ổn định đáp ứng nhu cầu người tập chơi tennis Đề xuất kiến nghị Kết nối internet để điều khiển kiểm sốt hoạt động thiết bị từ xa Truyền động cho chuyển động tay máy sử dụng động servo, điều khiển PID trục visme Động servo điều khiển PID giúp chuyển động đáp ứng nhanh, không vọt lố giảm tốc, dừng vị trí mong muốn 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO Perumalsamy, S & Ponnusamy, Ragupathi, 2014 ‘Design and Development of Volley Ball Practice Machine,’ International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology Vol Issue May 2014 Jan Carboch, Vladimir Süss, Tomas Kocib 2014 ‘Ball Machine Usage in Tennis: Movement Initiation and Swing Timing While Returning Balls from a Ball Machine and from a Real Server,’ Journal of Sports Science and Medicine (13), 304 - 308 B F Yousif, Kok Soon Yeh, 2011, ‘Badminton training machine with impact mechanism,’ Journal of Engineering Science and Technology, vol 6, no 1, pp 61 68 Phần mềm proteus: https://www.proteusvietnam.com/joomla/ Mạch vi điều khiển Arduino Mega: https://www.arduino.cc/ Máy bắn bóng tennis T3M, http://tennisshop.vn/cua-hang/may-ban-bong-tennistu-dong-t3m-red/ Máy bắn bóng tennis Arrow Plus, http://sieuthitennis.com/may-ban-bong-tennisarrow-plus.html ... tốn, thiết kế, chế tạo thiết bị ứng dụng huấn luyện môn thể thao tennis Đối tượng nghiên cứu Thiết bị huấn luyện môn thể thao tennis Phạm vi nghiên cứu Thiết bị huấn luyện môn thể thao tennis. .. tính tốn, thiết kế chế tạo thiết bị huấn luyện môn tennis Thiết bị huấn luyện môn tennis sản xuất nhiều giới giá thành cao, đề tài thực việc thiết kế chế tạo Thiết bị huấn luyện môn tennis với... thiết kế cụm khí thiết bị - Chế tạo kết cấu khí thiết bị huấn luyện dựa vẽ thiết kế Thiết kế thi công điều khiển hoạt động thiết bị huấn luyện Lắp ráp hoàn thiện thiết bị huấn luyện - Chạy thử