《论文_乒乓球自动发球机创新设计分析(定稿)》.docx

广州学院乒乓球自动发球器院专班学指（系）业机械工程学院机械工程及自动化09机电3班何炳键牛吉梅2012 年 12 月 20 H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Fl: 兵乓球自动发球机的设计2. 应完成的项冃：(1) 了解口动乒乓球口动发球机的丁作过程(2) 分析山场上的乒乓球口动发球机的相关情况(3) 根据耍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Z后的感受(6) 编写20贝右的详细说明书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•机械丁•业出版社，20034. 本设计任务书于2012年11月14日发出，丿应于2012年12月21 H前完 成，然后进行答辩指导教师 签发 2012 年 11月14 H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2.1发球机的机构设计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 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 73.5 .传动齿轮的设计第四章软件系统设计4.1软件系统设计第五章结论 12第六章 设计后的感想 13参考文献 14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。

它的基木工作原理是 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 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耍求，我选择了抛投机械的设计，根据相关的耍求，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T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耍求 的提高，设计一种高度自动化的乒乓球发球机具有积极重耍的时代意义有时想 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冃的；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耍求另一种发球机是 半口动式发球机，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口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盘乒 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T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 漏斗进入送球装這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 处的岀球口。

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岀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丁发球原理,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，球靠口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, 将球发射岀去发射机构图2.1乒乓球口动发球机机构机构可使发球机发射不同高度的球，其T作过程为：步进电机带动丝杠转动, 与丝杠配合的螺“实现上、下运动，则与螺付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 口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丿YL29&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 率放大器电动机驱动电路图，如下图2. 2.1L.■■MS■■MS■WJL ± JL>JLJL.•TVtm;MX电st•J-•■•aAark.h—图2. 2. 1专用功率集成芯片L298电动机硬件电路图oE7VHT段 VBE2ELKVTRMT「C/AmACTOCKIUHIIHH3HOWE2EL42Jcrniwr空1/125 aZBEL 2AHC

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:根据以上耍求，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耍选用增强塑料，ABS制成部分零件选用优质钢制成，关于这些材 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這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属件， 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 是否优越的重耍标准因此，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耍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萱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34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内烯膳为基的三元共聚体，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，易于成型和加T,且表而可渡金属；电性能良好鉴于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 42mm c3.4.2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，中隔板的厚度耍综合考虑以上儿个因素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于本套设备中的齿轮传递力矩相对 较小，对齿轮材料的强度耍求也不是很高，因此所用塑料齿轮，制造材料选择AI3S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T成 本低、便于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青睐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耍的部分在自动乒乓球发球机 控制系统的设计中耍实现的主耍软件功能: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岀设计系统的主程序中实。