乒乓球发球机的设计
乒乓球发球机的设计
06 总结与展望
设计成果回顾
成功研发出多功能发球机
具备不同旋转、速度、落点等发球功能，满足训练需求。
实现智能化控制
通过编程和传感器技术，实现发球机的自动化和智能化控 制。
提高发球稳定性
优化机械结构和发球算法，提高发球的稳定性和准确性。
存在问题分析及解决思路
噪音问题
发球机在工作时产生较大 噪音，需改进机械结构和 降噪材料。
网络化与智能化管理
通过物联网技术实现发球机的远程监控和管 理，提高管理效率和使用便捷性。
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实验方案设计及实施过程描述
实验设备
选择具有代表性的乒乓球发球机作为 实验对象，并准备相应的测试设备和 工具。
实验环境
搭建符合国际比赛标准的乒乓球场地， 并确保测试环境的一致性。
实验方法
采用定量分析和定性分析相结合的方 法，对发球机的各项性能指标进行测 试和评估。
数据记录
详细记录实验过程中的数据，包括发 球速度、旋转、落点等信息，以便后 续分析。
传感器布局
将传感器安装在发球机的关键位置， 如出球口、球道等，以获取准确的球 路信息。
执行器驱动方式及优化策略
执行器驱动方式
选用高精度步进电机、伺服电机等作为驱动元件，实现发球机的高速、高精度 动作。
优化策略
通过调整电机的控制参数、采用先进的控制算法等，提高发球机的响应速度和 运动精度，降低能耗和噪音。同时，对发球机的机械结构进行优化设计，减轻 重量、提高刚性和耐磨性。
能耗问题
当前发球机能耗较高，需 优化能源利用和节能设计。
耐用性问题
部分零部件易磨损，需提 高材料质量和加强维护保 养。
半自动乒乓球发球机
·205··教育广角·一、引言最先开始使用乒乓球发球器的是上世纪七十八十年代左右，欧洲人开始研究和使用这种机械设备。
目前乒乓球发球机按出球方式可以分为三类：第一类是轮式发球机，第二类是气动式发球机，另一类是 锤击式发球机。
锤击式发球机打出的乒乓球特性单调，并且击打的力量也大，容易造成乒乓球损坏，已逐渐不被市场所接受。
气动式发球机虽然价格便宜，但空气压缩机消耗功率大，常使用固定家庭电源，不方便使用移动电源；空气压缩机会产生很大的噪音；发出的球也与锤击式发球机相似球性单一。
轮式发球机的发球口装有高速旋转的硅胶轮，在宽度略小于乒乓球直径的空间当下里，乒乓球就像车轮打滑喷出的小石子一样，被硅胶轮摩擦出。
这种全自动的设备虽然发球质量很好，但价格昂贵，半自动虽然质量不如前者，但可以满足一般人的训练要求，同时节约成本。
二、半自动乒乓球发球机的硬件设计图1 半自动乒乓球发球机总体结构1摩擦轮2旋转接口3储球器4搅球机构5送球机构6减速电机7舵机此装置的功能是自动变换发射口的朝向，使其进行“点头”、“摇头”的运动，由此改变乒乓球的发射方向，用户即可进行移动中击球的练习。
此装置的运动要求能有序控制，根据所设计的功能以及结构的约束，可选用舵机来作为该装置的动力源，如图1。
根据前面的问题，设备电机的选择要符合：（1）操作方便、动平衡高，抖动小(2)舵机功率要大，反应要快；(3)送球装置和搅球装置所用的电机力矩大且转动平稳；(4)外界因素对运行时的影响要小。
所以舵机选择辉胜品牌MG995舵机，发射机构的高速电机选用型号为RS-775，减速直流电机的选择型号为TH37JB555。
半自动乒乓球发球机摇摆机构控制系统选用STC 宏晶科技公司的8位单片机89C52作为核心微处理器，外部扩展含有键盘、数码管电路以及舵机驱动电路。
通过键盘可以分别设置两个舵机的工作参数，从而分别对发射机构的左右摇摆和上下摇摆的角度和频率进行设置，数码管可以实时显示发球机的当前的摇摆参数的档位。
乒乓球发球机课程设计
乒乓球发球机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解乒乓球发球机的构造、工作原理及操作方法。
2. 学生能掌握乒乓球发球技巧的种类及其适用场景。
3. 学生能了解乒乓球运动的发展历程及在我国体育事业中的地位。
技能目标：1. 学生能够熟练操作乒乓球发球机，进行基本发球练习。
2. 学生能够通过发球机训练，提升乒乓球接发球技巧。
3. 学生能够运用所学知识，分析乒乓球比赛中的发球策略。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对乒乓球运动的兴趣和爱好，提高参与体育活动的积极性。
2. 增强学生的团队协作精神，培养良好的竞技道德。
3. 激发学生的爱国情怀，树立民族自豪感，认识到体育在国家和民族发展中的重要作用。
课程性质：本课程以实践操作为主，结合理论知识，培养学生的动手能力和实际操作技能。
学生特点：六年级学生具有较强的求知欲、好奇心和动手能力，已具备一定的乒乓球基础。
教学要求：教师需关注学生的个体差异，因材施教，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度，引导他们形成正确的价值观。
通过课程目标的实现，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 乒乓球发球机的构造与工作原理- 介绍发球机的各部分组成及其功能- 讲解发球机的工作原理及操作方法2. 乒乓球发球技巧- 分析不同种类的发球技巧及其特点- 指导学生运用发球机进行基本发球训练3. 乒乓球接发球技巧- 讲解接发球的基本技巧及策略- 通过发球机训练，提高学生的接发球能力4. 乒乓球比赛策略- 分析比赛中的发球策略及其运用- 引导学生结合实际情况，制定合适的比赛策略5. 乒乓球运动的历史与文化- 介绍乒乓球运动的发展历程- 讲解乒乓球在我国体育事业中的地位及其影响教学内容安排与进度：第一课时：乒乓球发球机的构造与工作原理第二课时：乒乓球发球技巧第三课时：乒乓球接发球技巧第四课时：乒乓球比赛策略第五课时：乒乓球运动的历史与文化教材章节：《小学体育课程标准》四年级下册第五章“球类运动”教学内容根据课程目标和学生的实际情况进行选择和组织，确保科学性和系统性。
乒乓球发球机原理
乒乓球发球机原理
乒乓球发球机是一种自动化设备，能够模拟乒乓球运动员的发球动作，帮助乒乓球爱好者进行练习。
它的原理主要包括结构原理和运动原理两个方面。
首先，从结构原理来看，乒乓球发球机通常由发球装置、控制装置和供电装置三部分组成。
发球装置包括发球轮、发球槽和发球装置支架，它们通过齿轮传动和电机驱动实现发球功能。
控制装置则包括控制面板和遥控器，通过设定发球频率、速度、角度等参数来控制发球机的工作状态。
供电装置则提供电能支持，保证发球机正常运行。
其次，从运动原理来看，乒乓球发球机的运动原理主要包括发球轮的旋转和发球槽的摆动。
当电机启动时，发球轮开始旋转，乒乓球被送入发球槽后，发球槽便开始摆动，将乒乓球发射出去。
通过控制发球轮的转速和发球槽的摆动幅度，可以实现不同速度和角度的发球。
此外，乒乓球发球机还采用了传感器和反馈控制系统，能够实时监测发球状态，确保发球的准确性和稳定性。
当发球机出现故障
或异常情况时，控制装置会及时发出警报信号，提醒使用者进行维护和保养。
总的来说，乒乓球发球机利用电机驱动发球装置进行发球，通过控制装置设定参数实现不同速度和角度的发球，同时借助传感器和反馈控制系统保证发球的准确性和稳定性。
它不仅能够提高乒乓球爱好者的训练效率，还能够为他们提供更加个性化的训练体验。
通过对乒乓球发球机的原理进行深入了解，可以更好地使用和维护这一设备，同时也能够更好地理解乒乓球运动的规律和特点，为提高自己的技术水平提供有力支持。
希望本文能够对乒乓球发球机的原理有所帮助，让更多的乒乓球爱好者能够更好地利用这一设备进行训练，享受乒乓球运动的乐趣。
乒乓球发球机的设计
乒乓球发球机的设计1、引言乒乓球发球机是一种可以自动投放乒乓球的设备，该设备可以模拟各种不同的发球动作，帮助乒乓球运动员进行训练。
本文将介绍乒乓球发球机的设计。
2、设备要求2.1 功能需求- 能够模拟乒乓球的各种发球动作，包括正手发球、反手发球、下旋发球等。
- 具备调节发球速度、旋转和角度的能力，以适应不同训练需求。
- 具备连续发球的功能，以提供连续的训练机会。
2.2 性能要求- 发球准确度高，偏差在合理范围内。
- 发球速度范围广，能够满足不同水平的乒乓球运动员需求。
- 发球旋转效果稳定，能够模拟各种常见的旋转效果。
- 发球角度可调节范围广，以满足不同技术动作的训练需求。
3、系统架构3.1 发球装置- 采用电子控制装置控制球的发射，通过发射装置将乒乓球发射到指定区域。
- 发射装置包括电机、托盘和杆子，通过电机的转动带动杆子带动托盘进行发球。
- 托盘上设有装球孔，能够固定乒乓球并进行投放。
3.2 控制系统- 控制系统由单片机控制，通过接收外部输入信号来控制发球的速度、旋转和角度。
- 单片机控制模块通过与电机驱动模块的连接来控制发球装置的转动。
- 控制系统还应具备人机交互界面，方便用户对发球机进行设置和调整。
4、功能模块设计4.1 发球速度调节模块- 通过控制电机转速来调节发球速度，速度可根据需求进行调整。
- 发球速度调节模块可以实现连续的速度变化，以满足不同训练要求。
4.2 发球旋转调节模块- 通过改变发球装置的旋转角度来调节发球的旋转效果。
- 发球旋转调节模块可以实现不同旋转方向和旋转速度的调整。
4.3 发球角度调节模块- 通过改变发球装置的角度来调节发球的出射方向。
- 发球角度调节模块可以实现上下方向的调整，以适应不同技术动作的训练需求。
5、法律名词及注释5.1 专利权- 专利权是指对发明的专有权利，其目的是保护创造者对其发明的控制权。
5.2 商标权- 商标权是指对商标的专有权利，其目的是保护商标所有人对商标的独占使用权。
基于单片机的乒乓球发球机构设计及运动仿真
Mechanism Design and Movement Simulation of Table Tennis Serving Machine Based on Single-chip
ABSTRACT
Under the circumstance that Chinese table tennis players have been constantly making outstanding achievements, more people are enjoying table tennis and preferring to improve playing skill by training with serving machine.This thesis aims to describe the design of Single-chip-based table tennis serving machine by addressing on the characteristics of serving and requirements both on skills training and human mechanics and combining with the present market of table-tennis serving machine, and to help trainees mastering table tennis techniques better for achieving the goal of body building. The thesis is to summarize the present development both in home and foreign markets and to analyze the mechanical structures of the existing serving machines. Moreover, the designing philosophies and procedure, operating principles and structural features of table tennis serving machine, which include the selecting principles for external facilities, motors and the PWM Drivers, will also be described in detail to prove the stability of the operating system.The reasonable parameter spans，which are for controlling the dropping points，are confirmed by establishing mathematical model to describe the mechanical analysis on the fling process of the ball. At the same time, MATLAB is used for motion simulation.The designed table tennis serving machine is consisted by two parts: mechanical hardware (which is consisted by 11 parts: the equipment to store balls, poking ball institutions, helical ball Sending institutions, Height adjusting mechanism, Yaw rate institutions, swings institutions, serving machine, base frame, Limit reinforcement stents, simple and easy removable hand rods and transmission mechanism) and controlling system. The serving machine is driven by servo motors which can serve balls in all Rotating directions.This equipment takes AT89C51 monolithic integrated circuit as the control core, which is designed to be a new-model，cost-effective and simply equipped serve machine. It can be controlled by the push-button controls for the serves with dynamic spins and various levels of speed. To conclude, this table tennis serving machine is convenient which can satisfy the different user's training needs.
DIY乒乓球发球机
DIY乒乓球发球机1材料准备2制作过程2.1Cad制图2.2铝板3mm加工如下图，用于安装高速电机，机头等。
2.3PPV50mm水管挖孔用于机头，直径16mm铝棒加工，用于连接减速电机与T型拔球器与G型顶球器。
2.4机头原理及装配图如下图，发球机出球管上有两个高速旋转的摩擦轮4 ，7由安装在板3上的高速电机5，8带动，它们的旋转方向相反，它们之间的间隔空隙略小于乒乓球的直径。
当球接触到摩擦轮的时候，由于受到两个反向旋转轮的摩擦力作用。
球便获得一定的初速度，从而将球发射出去。
当两摩擦轮速度不同时，即可发射不同旋转速度的上球或下旋球，双轮转速相等时，就是不转球的发射。
出球管可以转动，转动出球管，就可发出侧旋球，或侧上，下旋球等。
摇头口1在减速电机9、圆型偏心凸轮2以及弹簧10的作用下实现摇头运动。
换上不规则轮廓的凸轮，球的落点心可实现随机模式。
6为两个45度弯管，相对转动可以实现出球口在一个半球范围内任意调整，以便实现高吊球，弧圈球，等。
2.5控制原理及装配图实际应用中，普通的双轮驱动发球机基本采用单片机控制直流电机的电压，需要反复尝试才能改变出球弧线。
高档双轮发球机可以发出高吊球，前冲弧圈球，攻球，削球，不转球，长胶球，以及各种旋转性质的发球，这种发球机的控制部分因为集成嵌入式微处理器，可以智能控制电机转速比，因而能相对模拟出真人的感觉。
但这种控制，在使用过程中，维护保养特别重要，使用条件有严格的要求（如球的质量、灰尘、磨擦轮的磨损等）。
本案使用脉宽PWM式直流调速器，控制结构图如下表。
控制盒内装有三组PWM调速器，分别控制上、下出球高速电机，供球电机，摇头电机接有开关，控制定点，摇头转换，拔球电机直接接通源，防止矿泉水筒内的球卡在出球口。
2.6供球机构原理如下图，1是球筒，本案中用矿泉水筒加工而成，球在T型拔球器的铰动中落入G型顶球器，G 型顶球器是水平放置的，在电机带动下将球顶出。
2.7安装矿泉水球筒，并加上底部的拔球减速电机2.8安装机身及收球网3整机完成，附上整机工作原理视频，不定点练球视频。
乒乓球自动发球机微机控制系统设计-开题报告
[4]蔡继玲.乒乓球竟赛规则问答[M].北京:北京体育大学出版,2004.
[5]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2005.22.
[6]东方马达.直流小型标准电动机使用手册[M].2007.1.
指导教师
意 见
指导教师签名：
年 月 日
系意见
系主任签名：
年 月 日
院意见
教学院长签名：
年 月 日
本科毕业设计论文开题报告学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化指导教师职称所在系机械工程学院课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称一选题的依据课题的意义及国内外基本研究情况乒乓球作为我国的国球它集健身竞技娱乐于一体不仅可以锻炼身体还可以练习头脑的灵活性眼睛的反应力以及全身的协调性因此在我国有着广泛的群众基础
20**年5月 1 日 ～5月10日完成毕业说明书撰写，说明书初稿检查；
20**年5月11日 ～5月31日毕业设计及说明书检查、打印装订，答辩准备。
四、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出）
[1]三鼎公司.记许绍发智能乒乓球教练机[J].乒乓世界,2002,(6).
[2]谭志光,杨子奕.一种乒乓球发球机[J].中国专利,02227172.4,2002-4-26.
自动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。用自动控制取代以往的纯电路控制，可以增加许多性能，能更好地适应各种训练的需求。在控制方面采用单片机控制，不仅可以提高发球性能，而且能够降低成本，可以大大地提高训练效率。改进现有发球机的不足之处，使其能满足不同的使用需求。从经济观点或科研方面考虑，自动乒乓球发球机的开发、研究与应用都能极大地推动体育运动事业的发展。
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传动机构的尺寸设计与计算
1、自由度的计算
F=3n-2Pl-Ph=3*6-2*8-1=1 2、齿轮机构的数据设计 已知条件：发球频率为40个 每分钟 齿轮参数：齿轮1与齿轮2相 啮合。要求齿数， 分度圆半径相同 考虑到发球口轴线与推杆轴 线重合 设计底座厚20，齿轮厚10 定齿轮分度圆直径d=150 采用标准齿轮标准安装啮合
设计方案与原理
方案B是采用带有凹槽 的转轮。球靠自身重 力落入凹槽内，通过 轮的逆时针转动将球 送入送球道内。球在 球道内排成一排，后 面的球将前面的球顶 到发球装置，
乒乓球发球机结构简图
利用曲柄七杆机构实现 间歇送球。由于该机构 有两个自由度，我们用 齿轮副将其封闭为一个 自由度
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R75
模数m=7.5 齿数=20 压力角α=20° 齿顶高系数ha*=1 顶隙系数c*=0.25 由发球频率f=40个/分计算得齿轮角速 度 ω=（2π*40）/60=4.2 rad/s 3、送球装置的数据设计 已知条件：乒乓球直径D=40mm 初始数据：定滑块的工作行程为 160mm，滑块 的长 度为50mm，宽高度为42mm， 初始位置 铰链C距齿轮竖直轴线40mm。 数据计算：由工作行程160mm可得杆 5尺寸
三维图像
传动系统演示
程序代码
0.22 0.2
滑 块 位 置 Xc
x=[0:pi/50:2*pi];
0.18
0.16
a=0.064;
0.14
e=0.050; b=0.149; c=4.2; f1=sin(x);
0.12
0.1
0.08
0
1
2
3
4
5
6
7
滑 块 速 度 Vc 0.3
0.2
d=a/b;
0.1
传动机构的尺寸设计与计算
l5=185mm，滑块通道长度为 210mm，由乒乓球直径 40mm得落球口距通道最右端10mm， 再由几何关系 计算可得各杆尺寸如下 l1=l2=64mm，l3=l4=149mm 4、发球装置的设计 已知条件：乒乓球直径D=40mm， 乒乓球发出的速度 V=20m/s 设计过程： 发球机内有两个摩擦轮，可将球以 所需的速度发出发出 （当两个摩擦轮速度相同时） （当两轮速度不同时） 设计机头100 宽60 摩擦轮直径25 厚度 20
f2=a*(cos(x)+1/d-d/4+d/4*cos(2*x)); f3=(-a)*c*(f1+d/2*sin(2*x)); f4=(-a)*c*c*(cos(x)+d*cos(2*x)); plot(x,f2);
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
plot(x,f2);title('滑块位置Xc');
乒乓球发球机的设计
指导教师：宜亚丽
团队成员： 温晶晶 张津玮 杜晓东 张仁奎
组员分工
温晶晶：图解法分析机构的运动
张津玮：解析法分析机构的运动
张仁奎：三维建模及运动仿真 杜晓东：说明书的整理及书写
设计背景
乒乓球是我国的国球， 从乒乓球外交的大球小球， 到多次包揽整个赛事的所 有冠军，乒乓球越来越受 到国人的喜爱。 虽然爱好乒乓球运动的人越来越多，但 往往由于缺少陪练人员或者陪练的发球力度、 角度、远近距离及球的旋转等技术发挥 不稳定而导致训练效果欠佳，所以为解决这 些问题而设计一机器帮助他们。
机构设计数据
乒乓球直径d=40mm
发球时的速度v=10~30m／s 乒乓球发球机发球频率f=30~50个／分钟
乒乓球发球机发出的球需带旋度
乒乓球在距乒乓球台300mm的高度释放
设计方案与原理
方案A：方案A所示的 送球机构是如图所示 的偏心轮机构。当偏 心轮以ω 的角速度逆 时针转动时，滑块2 随1转动因而带动3 进行左右间歇移动， 从而实现间歇将球4送 至发球机构。
1
0
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2
3 4 滑块加速度a
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plot(x,f3);
0.5
plot(x,f3);title('滑块速度Vc'); plot(x,f4); plot(x,f4);title('滑块加速度a');
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