(Đồ án tốt nghiệp) 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 chế tạo máy bắn bóng tennis tự động Người hướng dẫn: TS NGƠ 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 đề cập sở lý thuyết phương pháp phân tích, tính tốn 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 bắn bóng theo nhiều tầm Nội dung thực gồm 01 thuyết minh đồ án tốt nghiệp, 04 vẽ A0 01 mơ hình máy bắn bóng tennis tự động Kết đạt thiết kế máy bắn bóng tennis hồn chỉnh, máy hoạt động xác ổn định, dễ dàng vận hành sử dụng Vậy nên ý nghĩa đồ án nhằm tạo máy bắn tennis mang thương hiệu Việt chất lượng - rẻ - dễ sử dụng để người tiếp cận ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập –tự – hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Ngành Lớp Nguyễn Hoàng Long 101150216 15CDT2 Kĩ thuật điện tử Lê Văn Lân 101150213 15CDT2 Kĩ thuật điện tử Tên đề tài đồ án: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Tham khảo từ mơ hình thực tế Nội dung phần thuyết minh tính tốn: a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung Nguyễn Hoàng Long Lê Văn Lân - Tìm hiểu lựa chọn loại cấu phù hợp, phương án thiết kế tối ưu 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 tên sinh viên Nội dung Nguyễn Hoàng Long - Thiết kế mơ hình khí Lê Văn Lân - Lập trình điều khiển Các vẽ ,đồ thị (ghi rõ loại kích thước vẽ): a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung Nguyễn Hoàng Long Lê Văn Lân - Bản vẽ mạch điều khiển đấu nối b Phần riêng TT Họ tên sinh viên Nguyễn Hoàng Long Nội dung - Bản vẽ tổng thể - Bản vẽ chi tiết Lê Văn Lân - Bản vẽ lưu đồ thuật toán Họ tên người hướng dẫn : T.S Ngô Thanh Nghị Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 20/8/2019 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 q Thầy/Cơ Khoa Cơ Khí quý Thầy/Cô Trường Đại học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng giúp chúng em có kiến thức để hoàn thành đồ án tốt nghiệp hành trang để giúp chúng em sau Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy Ngô Thanh Nghị, người tận tình dạy cho chúng em phương pháp nghiên cứu khoa học, thầy cung cấp cho chúng em nhiều kiến thức chuyên sâu để thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy dành thời gian quý báu để nhận xét chấm Đồ án tốt nghiệp Đây đóng góp quý giá cho chúng em để hoàn thiện sản phẩm ngày tốt hơn, sản phẩm mang thương hiệu Việt Sau cùng, thiếu được, hỗ trợ gia đình, chúng xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Ba Mẹ, người luôn động viên, bên chúng lúc khó khăn Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu Có thể nói máy móc mang tới cho sống người sống mới, cách trải nghiệm sống , tận hưởng cách dễ dàng Trong số máy móc giúp người tập thể thao rèn luyện thân thể cách dễ dàng Máy bắn tennis số Hiện máy thị trường để tập tennis có giá thành giao động từ 10 đến 15 triệu máy Vậy nên để tạo máy bắn tennis mang thương hiệu Việt chất lượng - rẻ - dễ sử dụng để người tiếp cận mục đích đồ án chúng em Đề tài hồn thành xong, khơng thể tránh nhiều thiếu sót mong q thầy giáo thơng cảm bảo thêm để đề tài phát triển ứng dụng rộng rãi thực tế Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý 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 đồ án chép đồ án hay cơng trình có trước Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn, thơng tin trích dẫn đồ án ghi nguồn gốc rõ ràng phép công bố Sinh viên thực 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 Giới thiệu chung tự động hóa 1.2 Giới thiệu đề tài 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Lịch sử phát triển môn Tennis 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.3.1 Tình hình chung 1.3.2 Nhiệm vụ máy tập tennis 1.4 Nguyên lí hoạt động 1.4.1 Nguyên lí hoạt động tổng thể máy 1.4.2 Các tính máy Chương 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Lựa chọn phương pháp bắn bóng 2.1.1 Dùng lò xo đẩy banh 2.1.2 Dùng khí nén 2.1.3 Dùng lực li tâm 2.1.4 Dùng phương pháp cán ép banh 2.2 Chọn cấu thay đổi hướng bắn 2.2.1 Dùng dạng khớp ống 2.2.2 Cơ cấu quay 2.3 Chọn phương án thùng đựng bóng 10 2.3.1 Thùng bóng 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 14 3.1.1 Động 775 14 3.1.2 Động Nema 23 76 mm 14 3.1.3 Động 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 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 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 Hình 1.2: Máy tập tennis Lobster Sports Elite Hình 1.3 Sơ đồ khối nguyên lí hoạt động máy Hình 2.1: Bóng tennis Hình 2.2: Cơ cấu dạng khớp ống Hình 2.3: Cơ cấu quay tồn máy Hình 2.4: Cơ cấu quay phận bắn Hình 2.5: Thùng bóng lề 10 Hình 2.6: Thùng bóng liền vỏ 11 Hình 3.1: Động DC 775 14 Hình 3.2: Động bước Nema 23 76mm 15 Hình 3.3: Động 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 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: 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 cấu quay trục X Z 28 Hình 4.10: Cơ cấu nạp bóng 28 Hình 4.11: Khung nhơm định hình 29 Hình 4.12: Các 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 } } void DOWN_PRESS(int PAGE, int CURSOR, int ROW, int VALUE, int SELECT_BUFFER) { if (digitalRead(DOWN_BUTTON) != OLD_DOWN_BUTTON) { if (digitalRead(DOWN_BUTTON) == 0) { SOUND(); OLD_DOWN_BUTTON = 0; if (PAGE == 1) { if (CURSOR >= ROW) CURSOR = ROW; if (CURSOR == 3) { CURSOR = CURSOR + 1; lcd.clear(); CENTER(OPTION_NAME, 0); for (int i = 3; i < 6; i++) { CENTER(OPTION_DISPLAY[i], i - 2); } lcd.setCursor(1, CURSOR - 1); lcd.print(">"); } if (CURSOR < 3) { CURSOR = CURSOR + 1; 56 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG lcd.setCursor(1, CURSOR - 1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(1, CURSOR); lcd.print(">"); } } if (PAGE == 2) { if (SELECT_BUFFER == 0) { CURSOR = CURSOR + 1; if (CURSOR >= ROW) CURSOR = ROW; lcd.setCursor(0, CURSOR - 1); lcd.print(" "); lcd.setCursor(0, CURSOR); lcd.print(">"); } if (SELECT_BUFFER == 1) { VALUE = VALUE - 1; if (VALUE 0) { digitalWrite(DIR2, HIGH); COUNTER_BUFFER_X = 1; } if (X_BUFFER < 0) { digitalWrite(DIR2, LOW); COUNTER_BUFFER_X = 2; 63 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG X_BUFFER = X_BUFFER * (-1); } return X_BUFFER; } int BEGIN_Y(int Y_CURRENT, int Y_RUN) { int Y_BUFFER = Y_RUN - Y_CURRENT; if (Y_BUFFER > 0) { digitalWrite(DIR3, HIGH); COUNTER_BUFFER_Y = 1; } if (Y_BUFFER < 0) { digitalWrite(DIR3, LOW); COUNTER_BUFFER_Y = 2; Y_BUFFER = Y_BUFFER * (-1); } return Y_BUFFER; } void RESET(int X_BEGIN, int Y_BEGIN) { int DEG_X = BEGIN_X(X, X_BEGIN); int DEG_Y = BEGIN_Y(Y, Y_BEGIN); counter = 0; for (int i = 0; i & DEG_X > 0) { digitalWrite(CLK3, LOW); digitalWrite(CLK2, LOW); digitalWrite(CLK1, LOW); delayMicroseconds(DELAY); digitalWrite(CLK3, HIGH); digitalWrite(CLK2, HIGH); digitalWrite(CLK1, HIGH); delayMicroseconds(DELAY); } if (DEG_Y == & DEG_X > 0) { digitalWrite(CLK2, LOW); digitalWrite(CLK1, LOW); delayMicroseconds(DELAY); digitalWrite(CLK2, HIGH); digitalWrite(CLK1, HIGH); delayMicroseconds(DELAY); } if (DEG_X == & DEG_Y > 0) { digitalWrite(CLK3, LOW); digitalWrite(CLK1, LOW); delayMicroseconds(DELAY); digitalWrite(CLK3, HIGH); digitalWrite(CLK1, HIGH); 65 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG delayMicroseconds(DELAY); } if (DEG_X == & DEG_Y == 0) break; } if (DEG_X == & DEG_Y == 0) break; if (DEG_X > 0) { DEG_X = DEG_X - 1; if (COUNTER_BUFFER_X == 1) X = X + 1; if (COUNTER_BUFFER_X == 2) X = X - 1; String TD = ""; TD = TD + X; TD = TD + ":"; TD = TD + Y; CENTER(TD, 1); } } if (DEG_Y > 0) { DEG_Y = DEG_Y - 1; if (COUNTER_BUFFER_Y == 1)Y = Y + 1; if (COUNTER_BUFFER_Y == 2)Y = Y - 1; String TD = ""; TD = TD + X; TD = TD + ":"; TD = TD + Y; CENTER(TD, 1); } 66 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG if (DEG_X == & DEG_Y == 0) break; } X = X_BEGIN; Y = Y_BEGIN; Serial.print("X:Y "); Serial.print(X); Serial.print(":"); Serial.println(Y); } 67 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG KẾT LUẬN Kết đạt được: Sau trình tìm hiểu, nghiên cứu thực hiện, nhóm đạt kết sau: ­ ­ ­ ­ Thiết kế chế tạo thành công mơ hình máy bắn bóng tennis Máy hoạt động tương đối ổn định Máy có nhiều chế độ chơi từ đến nâng cao, phù hợp với trình độ người bắt đầu tới chơi lâu năm Máy có chế độ điều khiển: điều khiển tay Manual chế độ Auto Người dùng điều chỉnh tốc độ bắn nạp bóng Hình thực tế máy bắn bóng tennis Ưu điểm: ­ ­ ­ ­ Máy hoạt động ổn định, đáp ứng nhu cầu người chơi Dễ dàng tháo lắp di chuyển Giao diện thân thiện Giá thành sản phẩm Nhược điểm: ­ ­ Máy kích thước lớn Vì sử dụng nguồn tổ ong nên không thuận tiện việc di chuyển 68 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG Hướng phát triễn đề tài: ­ ­ ­ ­ Nâng cấp kết cấu khí để máy hoạt động tối ưu hơn, nhỏ gọn Cải thiện máy linh hoạt sử dụng thêm nguồn lượng dự phòng ccquy, pin sạc… để phù hợp với nhu cầu sử dụng Nâng cấp máy với chức xử lý ảnh để tối ưu hóa việc vận hành tự động việc tương tác với người dùng Có thể tích hợp thêm chức loa phát nhạc để giúp người chơi thư giãn lúc tập 69 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thiết kế chi tiết máy, Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, Nhà xuất giáo dục, 1999 [2] Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí, tập 2, Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Nhà xuất giáo dục, 2006 [3] Thiết kế chế tạo máy bắn banh tennis, Nguyễn Tấn Lộc – Ngô Gia Phú, 2008 [4] Tổng cục thể dục thể thao, Luật quần vợt, NXB Thể dục thể thao, 1997 [5] Mathematical Analysis for a New Tennis Ball Launcher - Krzysztof Wójcicki, Kazimierz Puciłowski, Zbigniew Kulesza [6] http://arduino.vn/bai-viet/657-huong-dan-su-dung-appinventor-lap-trinh-ung-dungdieu-khien-xe-qua-bluetooth-ma-khong?fbclid=IwAR3v4g7W5tDX5LJQhcc3mH6oet o1DBspvQ67OxLPqai8nKMyfyq7MRfLtqw ( Truy cập lần cuối 17:51 11/14/2019) 70 ... A0 01 mơ hình máy bắn bóng tennis tự động Kết đạt thiết kế máy bắn bóng tennis hồn chỉnh, máy hoạt động xác ổn định, dễ dàng vận hành sử dụng Vậy nên ý nghĩa đồ án nhằm tạo máy bắn tennis mang... từ máy dùng cho công việc đan lưới Tennis máy nhặt banh, máy bắn banh Tennis từ đơn giản phức tạp THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BĨNG TENNIS TỰ ĐỘNG Mơt số máy tập thị trường : Hình 1.1: Máy bắn tennis. .. 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 tự động hóa Tự động hóa ngành