乒乓球自动发球机创新设计说明书

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 牛吉梅

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

2．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

（6）编写20页左右的详细说明书

3．参考资料以及说明：

（1）李琳，李杞仪主编. 机械原理. 中国轻工业出版社，2009

（2）杨忠秀主编. 机械原理课程设计指导书. 机械工业出版社，2003

4．本设计任务书于2012年11 月14日发出，应于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

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (2)

第二章机构设计 (3)

2.1 发球机的机构设计 (3)

2.2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 (6)

3.1主机体的设计和选材 (6)

3.2机座部分的设计 (7)

3.3输送机构的设计 (7)

3.4.材料的选择 (7)

3.5.传动齿轮的设计 (8)

第四章软件系统设计 (8)

4.1 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，乒乓球由于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又实用，它既能保证乒乓球球发射的稳定性，又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C8051为软控芯片,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,但由于设备体积大,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。

图2.1乒乓球自动发球机机构

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。

图2.1A自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C8051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46 V,直流电流总和可达4 A,内部有2个完全相同的PWM 功