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乒乓球自动发球机创新设计说明书

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乒乓球自动发球机创新设计说明书_第1页
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广州学院〈〈机械创新设计竞赛》产品设计说明书乒乓球自动发球器院(系)机械工程学院专业机械工程及自动化班级09机电3班学生何炳键指导老师"梅2012年12月20日机械创新设计任务书兹发给09机电3班班学生何炳键设计任务书,内容如下:1. 设计题目:兵乓球自动发球机的设计应完成的项目:(1) 了解自动乒乓球自动发球机的工作过程(2) 分析市场上的乒乓球自动发球机的相关情况(3) 根据要求对机构进行创新设计(4) 进行软件系统的设计(5) 做完课程设计之后的感受2. 编写20页左右的详细说明书参考资料以及说明:(1) 李琳,李杞仪主编.机械原理.中国轻工业出版社,20093. 杨忠秀主编.机械原理课程设计指导书.机械工业出版社、2003本设计任务书丁2012年11月14日发出,应丁2012年12月21日前完成,然后进行答辩指导教师签发2012年11月14日课程设计评语:课程设计总评成绩:指导教师签字:年月日摘要1第一章绪论2第二章机构设计32.1发球机的机构设计32.2发球机的控制系统设计4第三章机构各部分的设计和选材63.1主机体的设计和选材63.2机座部分的设计73.3输送机构的设计73.4. 材料的选择7传动齿轮的设计8第四章软件系统设计84.1软件系统设计8第五章结论12第六章设计后的感想13参考文献14摘要摘要:乒乓球发球机是集电子、机械和计算机技术为一体的综合技术产物,它具有自动化程度高、灵敏度高、稳定性可靠等多种特性。

它的基本工作原理是利用转轮摩擦球原理,乒乓球由丁受到一个旋转磨擦轮的作用可以获得一定的初速度,而摩擦轮在一个直流电机的控制下工作当电机带动驱动轮转动时,会磨擦乒乓球球使球获得一定的动能,乒乓球才得以发射出去这种原理方案既简单乂实用,它既能保证乒乓球球发射的稳定性,乂能极好地控制乒乓球发射的角度及速度,使用户随心所欲地练习打乒乓球根据课程设计的要求,我选择了抛投机械的设计,根据相关的要求,我选用了乒乓球作为抛投物,本设计提出了一种全自动控制的乒乓球发球机根据抛投物的特性,乒乓球质量较轻,因此发球机的体积相对比较小该发球机应用单片机C805伪软控芯片,实现通过远程控制来改变发球快慢、发球力度、发球高度及角度等的功能,并可模拟进行人工发球,实现随机发球的效果本设计实现简单,使用方便,可满足乒乓球运动员对不同强度专业训练的要求也可以满足业余乒乓球爱好者的平时的训练和锻炼时使用关键词:发球机;单片机;远程控制;抛投第一章绪论1.1绪论:我国是乒乓球强国参与乒乓球的人数非常的巨大,随着我国乒乓健儿在国际上取得的好成绩,乒乓球成为了我国的国球,民间参加乒乓球运动的积极性非常高随着乒乓球运动的开展,尤其是对高质量的乒乓球专业训练要求的提高,设计一种高度自动化的乒乓球发球机具有积极重要的时代意义。

有时想找到拥有各种技术特点的对手是不太容易的,因此乒乓球发球机能很好的解决这个平■时的训练问题因此发明了乒乓球发球机国内现有的乒乓球发球机的类型有两种,一种是半自动式发球机,它需要通过人工对机头旋转角度进行手动调整从而实现各种发出各种角度的旋转球的目的;同时需要通过抬高或降低机头以对球的射程弧度进行手动调整这种发球机操作麻烦,功能基本,越来越不能满足专业训练对发球机的要求另一种发球机是半自动式发球机,通过电脑编程进行操作调节它的操作系统,需要设置参数来实现各种发球意图这种半自动式发球机虽然可发出各种变化的球,但由丁设备体积大,使用不方便,因此局限性较大本设计提出一种由红外遥控器控制的智能型乒乓球发球机,它的体积小,控制方便,并可实现随机发球1.2乒乓球发球机的工作过程乒乓球发球机的工作过程是乒乓球球首先贮藏在储球箱里,当电源接通后供球装置内的电机工作,通过齿轮传动机构带动储球器里的搅拌器旋转,乒乓球经漏斗进入送球装置由送球装置内的叶片轮旋转将球送出,经送球管道到达机头处的出球口叶片轮也由电机经传动机构带动,叶片轮转速由对直流电机进行PWM脉宽调制控制这样就可以控制单位时间内发出球的个数。

乒乓球到达出球口后,驱动轮旋转摩擦乒乓球从而使球发出按动机头左右摆动装置箱上的按钮可以通过箱内的类似曲柄摇杆机构实现机头的左右摆动调解机头上的手动调解按钮可以通过机头上的弹簧装置实现机头的上下调节3乒乓球发球机总体结构设计第二章机构设计2.1发球机的机构设计发球机模拟人工发球原理,产生连续的多角度、多速度的球路变化由遥控器选择某一功能模式后,从储球斗落入输送机构的球,由输送轮送入送球通道,进入发射机构后,由摩擦轮将球发射出去发球机的结构,如图1所示储球机构中拨杆的作用是搅动储球斗中的乒乓球,防止入球口堵塞,它通过输送机构中的直流电机带动一组锥齿轮来转动,球靠自身重力落入输送机构输送机构中的直流电机以遥控器选择的速度模式带动输送轮运动,输送轮上设有半圆形卡球槽,将球送入送球通道,球在通道内依次排成一列,后面的球将前面的球顶入发射机构发射机构中的直流电机也以设定的速度模式带动摩擦轮转动,当球进入时,在摩擦力的作用下,将球发射出去发射机构图2.1乒乓球白动发球机机构机构可使发球机发射不同高度的球,其工作过程为:步进电机带动丝杠转动,与丝杠配合的螺母实现上、下运动,则与螺母固定在一起的托盘带动发射机构调整发射高度。

角度摆动装置可连续摆动发球,也可定角度发球,由步进电机带动转动齿盘在某角度内摆动,齿盘上的托板带动发射机构摆动,当按下遥控器的暂停键时,可固定在该角度发射球其功能组成,如下图2.1A所示It1进吨机一图2.1A白动发球机功能组成框图2.2发球机的控制系统设计2.2.1硬件结构整个系统以单片机C805作为其控制核心,其功能主要包括:根据解码单片机获得的按键信号发出相应的控制信号驱动各个电动机做执行动作;控制电动机实现随机发球;将各种数据在显示器上显示等本装置的供球快慢和发球力度由直流电动机来控制实现;而发射装置在一定角度内摆动以及在一定距离内上、下移动由步进电动机来控制实现电动机驱动选用专用功率集成芯片L298,用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等元件其驱动电压可达46V,直流电流总和可达4A,内部有2个完全相同的PW电率放大器电动机驱动电路图,如下图2.2.1-r『「图2.2.1专用功率集成芯片L298电动机硬件电路图+5+12PA.0PA.1PA.2PA.3PA.4PA.58255102017181115161k—ENABLECRESETVHALF/FULLCW/CCWCLOCKHOMECONTROLVREFOCSL297DINH1INH2SENS1SENS2-6--7-"TO9-~^T2~5~~6~81114■1T3~^1545SYNCcIN1cIN2VVOUT1IN3IN4ENAOUT2ENBOUT3SENSADSENSBGOUT4942381314图2.2.2步进电动机的驱动电路使用L297+L298可以作成两相双极性的步进电动机驱动电路,它是采用定电流方式驱动,每相电流峰值可达2A,L297是步进电动机控制器,用来产生两相双极驱动步进电动机的电力输出,是双全桥方式驱动,由丁采用双极性驱动,因此电动机线圈完全利用,使步进电动机可以达到最佳的驱动。

第三章机构各部分的设计和选材机构的具体设计和材料的选用:根据以上要求,现确定出本套发球机整体方案如下:3.1主机体的设计和选材机体材料主要选用增强塑料,ABS制成部分零件选用优质钢制成,关丁这些材料的优点将在下面具体介绍发球采用固定在出球口上的摩擦轮旋转摩擦乒乓球将球发出的原理出球口采用单轮驱动,并且单轮可实现八种方位的调节,从而能够使发出去的乒乓球实现八种不同的旋转3.2机座部分的设计发球机底脚采用四个滚轮装置一方面四个滚轮足以承受机体重量,另一方面采用滚轮可以轻松的挪动机体,从而给用户带来方便底座板采用薄金届件,能够很好的承受机体重量3.3输送机构的设计输送机构是整套乒乓球发球机的核心部分,也是衡量一套乒乓球发球机性能是否优越的重要标准因此,送球装置能否顺利实现预期送球功能关系到整套产品能否被成功设计出来因此,送球装置的设计是整套产品设计中的重要环节本装置采用的是叶片轮旋转送球机构,叶片轮由一个直流电机带动齿轮传动机构驱动叶片轮转动一周可以送出六个球对直流电机进行PWM脉宽调制可以改变电机转速从而改变叶片轮转动速度,从而改变送球频率叶片轮所在的中隔板与邮件玻璃板构成一密闭室为了防止卡球现象,叶片轮后是一段弯曲的球道,从而使乒乓球能够顺利地进入送球管道。

在送球装置内共设计两个直流电机其中一个电机通过齿轮传动同时带动叶片轮和搅拌器转动,另一个直流电机带动曲柄连杆机构实现机头的左右摆动3.4.材料的选择送球装置中,装置壳体,叶片轮,及中隔板的制作材料是增强塑料,增强塑料的特点:有较高的强度,刚度,韧性;有良好的耐磨性与耐疲劳性,并有较高的热变形温度从增强塑料的特点上来看,它是适合做这些部件的材料的送球装置中,三对传动齿轮以及齿轮轴均采用ABS材料注塑制成,ABS材料的特点:ABS是由苯乙烯一丁二烯一丙烯腊为基的三兀共聚体,故具有良好的综合性能,即高的冲击韧性与良好的机械强度;优良的耐热,耐油性与化学稳定性;尺寸稳定,易丁成型和加工,且表面可渡金届;电性能良好鉴丁ABS材料具有以上优良的特性,正适合齿轮这种转速高,强度、冲击韧性大,局部温度高,加工较为复杂的装置,因此特选用ABS作为三对齿轮与齿轮轴的制作材料3.4.1叶片轮的设计叶片轮的作用是通过其旋转将球顺利地送入送球管道中本套发球机的叶片轮采用六叶片机构,即旋转一周输送六球,选用ABS材料注塑制成叶片厚度为42mm3.4.2托板的设计托板的作用是安放叶片,电机与轴承,并且与有机玻璃板共同封闭住电机,叶片轮与乒乓球。

因此,中隔板的厚度要综合考虑以上几个因素3.5.传动齿轮的设计在本设计中采用三对齿轮传动,两对斜齿圆柱齿轮和一对圆锥齿轮传动即可以实现同时控制叶片轮同搅拌器的转动由丁本套设备中的齿轮传递力矩相对较小,对齿轮材料的强度要求也不是很高,因此所用塑料齿轮,制造材料选择ABS塑料齿轮以质轻、耐磨、耐腐蚀、振动小、噪音低、化学性能稳定、加工成本低、便丁大批量快速生产等众多优势受到了很多传动机构及研发工程师的宵睐第四章软件系统设计4.1软件系统设计软件主程序主要包括实现初始化、辨别接收红外信号、执行按键操作和调用显示子程序等功能初始化程序为系统上电后做准备工作,控制系统中,单片机应用软件的设计,是系统设计中的最基本和最重要的部分在自动乒乓球发球机控制系统的设计中要实现的主要软件功能:系统控制的主程序设计、显示器的子程序设计、键的输入子程序设计以及功能模块的输入输出设计系统的主程序中实现对系统的复位、显示器的初始化、键的输入、8255的初始化、对电动机的启动以及发球的技术目标的实现当接收到遥控器发送的信号后,引起解码单片机的中断,使单片机判断键值,然后将键值传给核心单片机核心单片机根据所得键值执行对应的操作动作,同时显示正执行的功能状态,其模块结构,州用H示程序I命令姓理开始曹停直流iftw*速直流2枷步进iln/X速步进I左/右旋步进ION/OFF步进2左/七旋Ife机模式图4.1白动发球机软件总控模块电动机的。

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