乒乓球发球机

乒乓球发球机 乒乓球發球機 組員：張淵清 蔡明彰 魏英男 德霖技術學院94年夜二技二機二A 指導老師：王岱淇、藍天雄老師 摘要 各項運動並非一步登天，必頇藉著一些輔助器材來達到爐火純青的地步。而要成為世界頂尖 的運動員，其背後所付出的代價、辛勤的練習也非一般人所知，若想穩操勝算就必頇在基本技巧上 勤加練習，何況台灣地形狹小、人口密集設有乒乓球桌的地方也不多，想要打乒乓球時必頇找尋同 伴才能享受到打桌球的樂趣也解決了喜愛乒乓球玩家單獨一人時之練習。在學校裡有限度的訓練時 間內。 因而設計了本專題，本專題在於直流馬達的定位與擊球之間的關係。先輸入所預期之速度， 下達執行命令或是下達重新輸入速度參數，當程式接收到是下達執行命令時,先由乒乓球由供給位 置往下運行時，經過由直流馬達所控制的雙道閘，乒乓球會因為被步進馬達的兩個閘門所阻止，讓 乒乓球無法順利的往下滑行，於是就可以控製乒乓球供給，旋轉輪其主要作用是將乒乓球帶動射 出。利用馬達帶動旋轉輪，並在旋轉輪上加橡皮墊圈，增加其摩擦係數，使球帶有旋轉的功用，讓 球發射之後帶有下墜的弧度。. 第一章 口密集設有乒乓球桌的地方也不多，因而設計1-1動機與目的 了本專題。 社會急速變遷，時代日益進步的現代四處 1-2文獻回顧及探討 林立著高樓大廈，然而台灣是屬於海島型的國 在社會急速變遷，時代日益進步的現代四家導致於人們可利用的空間越來越少，生活日 處林立著高樓大廈，人們可利用的空間越來越益忙碌以至於最基本的運動也因此而忽略，所 少，生活日益忙碌以至於最基本的運動也因此以不佔空間又可隨時運動的輔助器材即是現在 而忽略，所以不佔空間又可隨時運動的輔助器社會大眾的需要。市面有許多健身器材方便收 材即是現在社會大眾的需要。 藏亦不佔空間，但那都只限制局部運動，因考 量乒乓球較小及練習時頇對手，所以設計了乒 市面有許多健身器材方便收藏亦不佔空乓球發球機。乒乓球雖然是以球拍擊球的一種 間，但那都只限制局部運動，因考量乒乓球較手部技巧運動，但是因發球角度問題頇手腳並 小及練習時頇對手，所以我們設計了乒乓球發用，因而達到全身運動的效果，而且空間的受 球機。乒乓球雖然是以球拍擊球的一種手部技限度不大，經常練習更可訓練一個人的反應能 巧運動，但是因發球角度問題頇手腳並用，因力與敏捷度，因此當一個人想要運動又找不到 而達到全身運動的效果，而且空間的受限度不伴，或是想練習乒乓球時便可利用自動發球機。 大，經常練習更可訓練一個人的反應能力與敏 捷度，因此當一個人想要運動又找不到伴，或各項運動並非一步登天，必頇藉著一些輔 是想練習乒乓球時便可利用自動發球機。 助器材來達到爐火純青的地步。而要成為世界 頂尖的運動員，其背後所付出的代價、辛勤的 在網路上瀏覽過別人所製作的發球機，他練習也非一般人所知，若想穩操勝算就必頇在 們在發球機的進球是使用交流感應馬達控制給基本技巧上勤加練習，何況台灣地形狹小、人 1 第二章 設計原理 球，使乒乓球到達下一個發球點但礙於[1]交流 2-1材料設計 感應馬達(Induction Motor)是利用轉差(Slip)造成軸用材料:軸在機械、裝置中乃傳達旋轉的感應電動勢(Induced Emf)而產生轉矩，且轉子重要零件，從小徑者到常徑者，以高速度傳達(Rotor)的轉速低於同步轉速(Synchronous 高荷重者等，依要求而有很多用途，材料種類Speed)[2]同步轉速馬達是由輸入電源的頻率所隨之而異。一般軸用材料 SS41 一般構造用壓延決定，當交流感應馬達運轉趨勢進於同步轉速鋼材 SS (JIS G 3101)不需要強度的軸或小物軸時，它的轉距會變小，趨於無載轉速。 類常用SS41材滿不過熱處理性不大好。粗物軸 而直流無刷馬達(DC Brushless Motor)是類不特別要求高強度時，可在正常化狀態使用從直流碳刷馬達轉變而來 [3] ，因為直流馬達40C材以上。SCr -材的鉻含量在2%以內，抗拉在操作範圍、轉速及轉距控制具有較其他馬達強度、硬度、耐摩耗性增加，不過伸度及衝擊良好的運轉特性，所以在伺服控制上，直流馬值減少凸輪選定材料鑄鐵最適於防止噪音，所達的效能較交流馬達的效能好 [4] 。[5]直流無以低中速而小荷重時常用鑄鐵。高速、高荷重刷馬達是指沒有電刷得直流馬達，其通常定子時，將下示材料滲碳淬火(含碳量小於0.25%)、有三相線圈，轉子為永久磁鐵(Rermanent Magnet)高周波淬火(S35C~48C) 所構成並裝有位置感測器檢出轉子位置以作為 定子(Stator)線圈電源切換順序的基準，依據檢 吸收震動能力較佳，耐蝕能出的訊號加以控制馬達的轉速，使其能提供平 穩 、高效率的速度控制。因此本專題在控制乒力比碳鋼好，易製成複雜形乓球的給球改用了直流馬達。 鑄鐵 2.0~6.67 狀，常用於夾具本体及模組而在發球方面有人使用空氣的壓力使球發 出，不過由於人們可利用的空間越來越少，所底座 以不佔空間又可隨時運動的輔助器材即是現在 所以本專題選用鑄鐵作為乒乓球發球機底社會大眾的需要。市面有許多健身器材方便收 座因為吸收震動能力較佳，耐蝕能力比碳鋼藏亦不佔空間，[6]利用空氣發球還得利用空氣 好，易製成複雜形狀，常用於夾具本体及模組壓縮機，所以是不符合人們對於空間跟經濟上 底座。 的需求，再則也相當的不便利。對於以上這問 題有人在這方面加以改良，使用傳統的直流馬 2-2 結構 達，達到發球方面的需求，在參考文獻[7]中曾 本發球機之構造可分為:本體、馬達、支架、說明：Freeman和Lowther曾以鐵製的二次測動 置球管、旋轉輪、控制器等。 子取代鋁製的二次測動子，除了在驅動上有較 大的作用外，也提升了速度，只適用於小型馬 達。 但由於線性直流馬達在精密定位系統比起 傳統旋轉直流馬達具有高數及精密的優點 [8] 。那是因為線性直流馬達具有較大的推力常 數，可產生較大的加速度，[9]且由於線性直流 馬達直接輸出線性運動，避免傳統定位機構使 用導螺桿所產生的間隙問題，使的定位精度提 高。 圖1.集球桶 2 圖6.乒乓球發射台 圖2.集球桶馬達 2-3馬達控制與方向控制 控制器利用直流馬達每分鍾3000rpm的速 度傳送出去，由直流減速馬達每分鍾5rpm的速 度來控制掉球，再以交流減速馬達控制發球位 置。 2-3.1球速控制 一開始使用之馬達因轉速過快，球發射出 後球速過快跟本無法準確擊中，因考量初學者 使用此機器，所以我們加裝電阻使其轉速變 慢，並可調節轉速，使一般人都能以適合的速圖3.發球管 度做練習，以達到最佳的練習效果。 第三章 3-1製作過程 當初會設計乒乓球自動發球機是因為覺得 大家運動的時間過少，而且不見得都有伴可以 練習對打，因為每個人上課、上班都極為忙碌， 而且球類運動所需要的空間都滿大，然而乒乓 球體積比較小，活動空間又不用太大還可以運 動到全身，但是打球時需要有對手才能運動， 圖4.發球馬達 所以我們克服了此問題而設計了自動發球機， 但是只能夠發球又太單調，為此我們還使用減 速交流馬達，讓方向與角度可以轉動，使運動 者可以有些許的變化角度，讓單獨一個人的運 動時不會太過於乏味。 鋁合金鐵片、交流馬達及減速馬達各一、 電阻兩個、兩段式控制開關兩個、變壓器、壓 克力圓管一隻、旋轉輪、橡皮墊圈、三角支架、 彎管等）。 首先將外部的鋁合金鐵板裁成 所需要的尺寸與形狀，把橡皮墊圈固定於旋轉圖5.發球飛輪 3 輪上，並將旋轉輪裝置於交流馬達上，最後再本專題在於直流馬達的定位與擊球之間的將此裝置安裝於鋁合金鐵板底座上。 關係。先輸入所預期之速度，下達執行命令或 將壓克力管裁成兩段，一段為發球道另一是下達重新輸入速度參數，當程式接收到是下段為置球管，將兩段裝置彎管上，並在發球道達執行命令時,先由乒乓球由供給位置往下運 一端裁出所需之缺口以配合旋轉輪，如此球便行時，經過由直流馬達所控制的雙道閘，乒乓能經由置球管掉落觸碰到旋轉輪，由發球道射球會因為被步進馬達的兩個閘門所阻止，讓乒出。 乓球無法順利的往下滑行，於是就可以控製乒 把減速馬達安裝兩葉片後再裝置於置球管乓球供給，利用適合乒乓球尺寸的壓克力圓上，並在置球管適當之位置裁出兩四方型缺管，作為待發射球之裝置。原先本想設置集球口，使缺口能夠配合葉片之旋轉，以達到控制筒，但是發現如此會卡球，使球無法掉落，所落球的速度；在兩馬達上都各加一電阻與控制以使用置球管來解決原先的卡球問題。 開關，使其具有調節速度之功用；在鋁合金鐵 板底座正中央位置鑽孔並攻牙後鎖上壓克力 參考文獻 板；將薄鋁片裁製適當的尺寸做為內部機構之 [1]徐文龍 ， 一個具備自我測試的小波轉換之保護外殼，並將其鎖於底板上。 IP設計 ， 碩士論文 ， 中華大學資訊工利用適合乒乓球尺寸的壓克力圓管，作為 程研究所。(1998) 待發射球之裝置。原先本想設置集球筒，但是 [2]彭玉華 ， 小波變換與應用 ， 北京 ： 發現如此會卡球，使球無法掉落，所以使用置 科學出版社 (1999)。 球管來解決原先的卡球問題。 [3]單維彰 ， 凌波初步 ， 台灣台北 ：全華科所以本專題選用鑄鐵作為乒乓球發球機底 技圖書股份有限公司(2002)。 座因為吸收震動能力較佳，耐蝕能力比碳鋼 [4]程正興 ， 小波分析算法與應用 ， 陜西 ： 好，易製成複雜形狀，常用於夾具本体及模組 西安交通大學出版社 (2002)。 底座旋轉輪其主要作用是將乒乓球帶動射出。 [5]蕭順治 ， 永磁同步馬達的模糊電流控制器利用馬達帶動旋轉輪，並在旋轉輪上加橡 之設計 ， 碩士論文 ， 私立中原大學電皮墊圈，增加其摩擦係數，使球帶有旋轉的功 機工程研究所(2002)。 用，讓球發射之後帶有下墜的弧度。 [6] A. Nasar AZ。〃Fields Aforces Aand性能方程 式有矩形的電流調節同步自我電動機。1988第四章 結果與討論 附錄。 球類運動所需要的空間都滿大，然而乒乓 [7]G. W.麥克倫恩新近發展在線性電機在電力球體積比較小，活動空間又不用太大還可以運 上的應用。 1988附錄。 動到全身，但是打球時需要有對手才能運動， [8]蔡華駿 ， 直流無刷馬達之變速率採樣控制所以我們克服了此問題而設計了自動發球機， 器分析 ， 碩士論文國立台灣大學機械工但是只能夠發球又太單調，為此我們還使用減 程研究所 ， (1998)。 速交流馬達，讓方向與角度可以轉動，使運動 [9]鍾仁人 ，「無刷直流電動機的電流取樣」， 者可以有些許的變化角度，讓單獨一個人的運 微電機 ， 第三十一卷 ， 第二期， (1998)。 動時不會太過於乏味。 4