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 và chế tạo máy bắn bóng tennis
tự động

Người hướng dẫn: TS. NGÔ 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


Lớp

1

Nguyễn Hoàng Long

101150216

15CDT2

Kĩ thuật cơ điện tử

2

Lê Văn Lân

101150213

15CDT2

Kĩ thuật cơ điện tử

1. Tên đề tài đồ án:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Tham khảo từ mô hình thực tế
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
a. Phần chung:
TT


Lê Văn Lân

- Lập trình điều khiển.

4. Các bản vẽ ,đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):
a. Phần chung:
TT
1
2

Họ và tên sinh viên

Nội dung

Nguyễn Hoàng Long
Lê Văn Lân

- Bản vẽ mạch điều khiển và đấu nối


b. Phần riêng
TT
Họ và tên sinh viên
1

Nguyễn Hoàng Long

Nội dung
- Bản vẽ tổng thể

tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ba Mẹ, những người đã luôn luôn động viên, ở bên chúng con
trong những lúc khó khăn nhất.
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta
đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện
tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc
độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người
đạt hiệu quả.
Có thể nói rằng máy móc mang tới cho cuộc sống con người một cuộc sống mới, một
cách trải nghiệm cuộc sống , tận hưởng nó một cách dễ dàng hơn. Trong số đó các máy
móc giúp con người tập thể thao rèn luyện thân thể 1 cách dễ dàng. Máy bắn tennis là
một trong số đó. Hiện nay các máy trên thị trường để tập tennis có giá thành giao động
từ 10 đến 15 triệu một máy. Vậy nên để tạo ra một máy bắn tennis mang thương hiệu
Việt chất lượng - rẻ - dễ sử dụng để mọi người có thể tiếp cận là mục đích của đồ án
chúng em.
Đề tài đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong quý thầy cô
giáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể phát triển và ứng dụng rộng rãi trong
thực tế.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô!
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hoàng Long
Lê Văn Lân
Đà Nẵng, 05/12/2019.

i


CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay
công trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được
cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép

2.1 Lựa chọn phương pháp bắn bóng ................................................................... 6
2.1.1 Dùng lò xo đẩy banh ................................................................................... 6
2.1.2 Dùng khí nén ............................................................................................... 7
2.1.3 Dùng lực li tâm ........................................................................................... 7
2.1.4 Dùng phương pháp cán ép banh .................................................................. 7
2.2 Chọn cơ cấu thay đổi hướng bắn ..................................................................... 8
2.2.1 Dùng dạng khớp ống ................................................................................... 8
2.2.2 Cơ cấu quay ................................................................................................ 8
2.3 Chọn phương án thùng đựng bóng ............................................................... 10
2.3.1 Thùng bóng bản 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 cơ ........................................................................................................... 14
3.1.1 Động cơ 775 .............................................................................................. 14
3.1.2 Động cơ Nema 23 76 mm.......................................................................... 14
3.1.3 Động cơ 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

Hình 2.1: Bóng tennis .................................................................................................. 6
Hình 2.2: Cơ cấu dạng khớp ống.................................................................................. 8
Hình 2.3: Cơ cấu quay toàn bộ máy ............................................................................. 9
Hình 2.4: Cơ cấu quay bộ phận bắn ............................................................................. 9
Hình 2.5: Thùng bóng bản lề...................................................................................... 10
Hình 2.6: Thùng bóng liền vỏ .................................................................................... 11
Hình 3.1: Động cơ DC 775 ........................................................................................ 14
Hình 3.2: Động cơ bước Nema 23 76mm ................................................................... 15
Hình 3.3: Động cơ 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 dòng 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: Công 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: Mô hình 3D máy ........................................................................................ 24
Hình 4.3: Kích thước bánh xe .................................................................................... 25
Hình 4.4: Bánh đà ...................................................................................................... 26
Hình 4.5: Trục ........................................................................................................... 26
v



điều khiển bằng cơ khí: xích-bánh răng.
Hệ thống tự động hóa là phần điện – điện tử của của một hệ thống có cả điện – điện
tử và cơ khí. Ví dụ điều khiển lò nhiệt của nhà máy thép: thì có 2 phần cơ bản là Cơ khí
và Điện, trong đó cơ khí là phần vỏ lò chịu nhiệt còn phần Điện tức là phần mạch điều
khiển nhiệt độ của lò để biến điện năng thành nhiệt năng.
Các tên tương đương: Tự động hóa, Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tự
động, Điện tử công nghiệp,… thuộc nhóm ngành Kỷ thuật điều khiển – tự động hóa hay
rộng hơn nữa là thuộc lĩnh vực Kỷ thuật điện.
Có một số lợi thế của tự động hóa trong ngành công nghiệp hoặc thậm chí trong một
công ty . Tự động hóa giúp tiết kiệm sức lao động của người lao động và do đó nó cũng
giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian cho người lao động có thể được hướng dẫn đến một số
quá trình làm việc khác. Lợi thế lớn nhất của việc sử dụng hệ thống tự động và các công
cụ là nó tiết kiệm thời gian quảng cáo đồng thời nó cũng giúp tiết kiệm chi phí. Trong
một ngành công nghiệp, đó là tham gia vào sản xuất hàng hoá kỹ thuật nặng và dịch vụ,
trong cùng một ngành công nghiệp các hệ thống tự động có thể thực hiện nhiệm vụ,
được thực sự được thực hiện, nói, 100 người lao động. Hệ thống tự động hóa sẽ không
mất một nửa thời gian của người lao động của con người sẽ thực hiện để hoàn thành một
nhiệm vụ cụ thể. Vì lý do này ít hơn số lượng của bàn tay con người được yêu cầu phải
thực hiện một nhiệm vụ cụ thể trong một ngành công nghiệp. Điều này giúp tiết kiệm
thời gian và tại cùng một thời gian, công ty đã thanh toán tiền lương thấp hơn cho người
lao động do đó tiết kiệm một số tiền một lần ra lợi nhuận của nó.

1


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

Cùng với tất cả những điều này, lợi thế quan trọng của tự động hóa là để nâng cao
năng suất của công ty. Một ngành công nghiệp, có cài đặt các máy tự động trong quá
trình sản xuất của nó, rõ ràng là đã đưa ra một quyết định thông minh. Lý do là nó thường


2


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

Môt số máy tập trên thị trường :

Hình 1.1: Máy bắn tennis Arow Plus

Hình 1.2: Máy tập tennis Lobster Sports Elite
1.3 Tính cấp thiết của đề tài
1.3.1 Tình hình chung
Ở Việt Nam hiện nay, mức sống của người dân ta càng ngày càng được cải thiện.
Kèm theo đó, nhu cầu thể dục thể thao cũng phát triển theo, ngày càng đa dạng. Việc
đáp ứng nhu cầu đó là quan trọng, cấp thiết. Tennis là một môn thể thao được đông đảo
quần chúng yêu thích nhưng do việc tập luyện, thi đấu môn thể thao này đòi hỏi sân bãi,
dụng cụ thể thao chuyên dùng, đội ngũ trọng tài, quan sát, phục vụ… rất tốn kém nên
chỉ có một số ít người chơi môn này( vận động viên chuyên nghiệp, giới công chức,
người có điều kiện vật chất…). Để phổ biến, phát triển môn thể thao này, yêu cầu phải
hạ mức giá xuống phù hợp với thu nhập của người dân. Việc nghiên cứu - chế tạo máy
3


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

tập - đánh banh tennis là một trong những hướng đi đưa môn thể thao quí tộc này đến
với đông đảo quần chúng bởi những ưu điểm: không cần đội ngũ trọng tài - phục vụ
đông đảo, nhiều người có thể tập - chơi mọi lúc mọi nơi, chơi theo trình độ của người
chơi… Vì thế nó có thể được sử dụng trong gia đình, trường học, câu lạc bộ thể thao,

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

1.4 Nguyên lí hoạt động
1.4.1 Nguyên lí hoạt động tổng thể của máy

NGUỒN

Khối Driver động cơ

Khối xử lý trung tâm

Khối thu tín hiệu

Hình 1.3 Sơ đồ khối nguyên lí hoạt động của máy
­

Khối xử lí trung tâm: Sử dụng vi điều khiển arduino mega 2560, thực hiện chức
năng tiếp nhận và xử lí tín hiệu đưa về từ khối thu tín hiệu. Truyền tín hiệu điều
khiển đến khối Driver động cơ.

­
­

Khối thu tín hiệu: Sử dụng nút bấm điều khiển, hiện thị trên LCD.
Khối Driver động cơ: Sử dụng module TB6600 và TB6560 để điều khiển tốc
độ động cơ bước. Module VNH2SP30 để điều khiển tốc độ động cơ 775.
Khối nguồn: Sử dụng nguồn tổ ong 12V-30A để cung cấp nguồn cho máy. Mạch
hạ áp DC-DC LM2596 để cấp nguồn 5V cho vi điều khiển và driver.

­

2.1.1 Dùng lò xo đẩy banh
Ưu điểm:
­
­

Chế tạo đơn giản, rẻ tiền.
Tầm bắn rộng.

Nhược điểm:
­
­
­

Hiệu suất bắn thấp do phải tốn thời gian nén lò xo.
Banh bắn ra không có lực (giống như ném), việc tạo ra những đường banh xoáy
khó khăn (phải thông qua một cơ cấu khác).
Khi hoạt động gây ra tiếng ồn của lò xo, độ ma sát cao, kết cấu nén – nhả lò xo
phức tạp.

6


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

2.1.2 Dùng khí nén
Ưu điểm:
­
­
­


­
­
­
­

Năng suất cao có thể bắn banh liên tục với lực bắn mạnh theo nhiều tầm.
Dễ chế tạo, đơn giản.
Có thể tạo ra đường banh xoáy bằng cách cho hai động cơ quay khác tốc độ.
Tận dụng được tính đàn hồi cao của banh.

Nhược điểm
­
­

Động cơ quay với tốc độ cao để bắn xa nên việc điều chỉnh tốc độ quay gặp nhiều
khó khăn.
Bánh đai yêu cầu nhẹ và lõm ở giữa.

Kết luận
Từ sự phân tích ưu – nhược điểm của các phương pháp bắn banh trên ta nhận thấy
phương pháp ép banh là phù hợp nhất, nó đáp ứng được những yêu cầu nêu ở trên.

7


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

2.2 Chọn cơ cấu thay đổi hướng bắn
2.2.1 Dùng dạng khớp ống
Ưu điểm:

Phải sử dụng động cơ momen lớn để quay cả máy.

8


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

Hình 2.3: Cơ cấu quay toàn bộ máy
b) Quay cụm bắn bóng
Ưu điểm:
­
­

Độ cứng vững cao.
Kết cấu nhỏ gọn.

Nhược điểm:
­

Bị hạn chế góc quay.

Hình 2.4: Cơ cấu quay bộ phận bắn
Kết luận:
Phân tích ưu – nhược điểm của các kết cấu trên ta nhận thấy thay đổi hướng bóng
bằng cơ cấu quay cụm bắn bóng là phù hợp nhất.
9


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG



10


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

Hình 2.6: Thùng bóng liền vỏ
Kết luận:
Phân tích ưu – nhược điểm của các phương án trên ta thấy thiết kế thùng bóng liền
vỏ là hợp lý nhất.

11


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

2.4 Chọn phương án mạch điều khiển
2.4.1 Dùng PLC
Ưu điểm:
­
­
­

Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.
Độ tin cậy cao.
Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: Nhiệt độ, độ ẩm, điện áp.

Nhược điểm:
­



Nhược điểm:
­

Trong một số điều kiện dễ bị gây nhiễu.

Kết luận:
Phân tích các ưu nhược điểm chúng em chọn dùng Arduino vì dễ sử dụng và giá cả
phải chăng, qua đó có thể giúp giảm giá thành sản phẩm.

12


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BÓNG TENNIS TỰ ĐỘNG

2.5 Chọn phương án nguồn
2.5.1 Nguồn pin acquy, pin lithium
Ưu điểm:
­
­
­

Thông dụng.
Có thể sạc nhiều lần.
Tính cơ động cao.

Nhược điểm:
­
­


3.1.1 Động cơ 775
Chức năng: Quay bánh đà để bắn bóng.
Thông số kỹ thuật:
­
­
­
­
­
­
­

Điện áp hoạt động: 12 VDC
Tốc độ vòng tua: 13000 RPM
Đường kính thân: 42 mm.
Chiều dài thân: 66,5 mm
Đường kính trục: 5 mm.
Chiều dài đầu trục: 19 mm.
Chiều dài trục 98 mm

Hình 3.1: Động cơ DC 775
3.1.2 Động cơ Nema 23 76 mm
Chức năng:
­
­

Quay cơ cấu bắn quanh trục Z (quay trái, phải)
Quay cơ cấu nạp bóng

Thông số kỹ thuật:
­

­
­
­
­
­

Kích thước: 57*57*51mm
Khối lượng: 620 g
Đường kính trục: 6.35 mm
Chiều dài trục: 21mm
Số bước 1 vòng quay : 200
Điện áp hoạt động :12V
Dòng định mức: 0.38A
Mô men giữ: 0.9Nm

Hình 3.3: Động cơ bước Nema 23 51mm

15