乒乓球发球机的设计
基于单片机的乒乓球发球机设计
基于单片机的乒乓球发球机设计乒乓球是一项广受欢迎的体育运动，对于提高反应速度和手眼协调能力有很大帮助。
在乒乓球训练中，发球是一项基础且重要的技术。
然而，手动发球不仅效率低下，而且球的飞行轨迹和速度也不够稳定。
因此，设计一款基于单片机的乒乓球发球机，可以实现高效且稳定的发球，提高训练效率。
单片机是一种集成度高的微型计算机，广泛应用于各种自动化设备和智能化仪器。
通过编程，单片机可以实现对输入信号的处理和控制，进而实现特定的功能。
在乒乓球发球机设计中，单片机主要负责接收用户的发球信号，并控制发球机的电机驱动，实现自动发球。
基于单片机的乒乓球发球机主要包括以下几部分：单片机控制电路、电机驱动电路、电源电路以及相关程序算法。
选用常见的8051系列单片机作为主控芯片，接收用户的发球信号，并输出控制信号给电机驱动电路。
根据控制信号，电机驱动电路实现对电机的控制，进而实现球台的自动发球。
为整个系统提供稳定的工作电压，确保系统的正常运行。
基于C语言编写程序，实现以下功能： a)接收用户的发球信号，并进行处理； b)根据处理结果，输出控制信号给电机驱动电路； c)监测电机工作状态，确保发球过程的安全性。
基于单片机的乒乓球发球机具有以下主要功能和特点：可调节发球速度：根据用户需求，可以在一定范围内调节发球机的发球速度，实现从慢到快的训练效果。
高稳定度：得益于单片机的精确控制，发球机的球速稳定度较高，确保了训练的质量。
自动计时：内置计时器功能，可以自动记录发球时间和统计接球次数，方便用户掌握训练进度。
安全可靠：在发球过程中，一旦出现异常情况，如卡球、电机故障等，系统会自动停机并发出警报，确保用户的安全。
基于单片机的乒乓球发球机在乒乓球训练中具有显著的应用效果。
以下是其与手工发球相比的优点：提高训练效率：通过自动发球，节省了手动发球的时间和精力，同时避免了因疲劳导致的发球质量下降。
精确控制：通过单片机对电机进行精确控制，使得球的飞行轨迹更加稳定，更利于球员的接球练习。
简易乒乓球发球机
合理性比较
连杆急回作用实现高速发球，机构空回行 程中实现放球动作，节省多余机构，可调 的行程速比系数和机架高度。 压缩弹簧次数多，容易使弹簧失去弹性， 而且不容易控制力量，稳定性不高。
机构设计
整体设计包括一拦截球的网7，网上设有一 沟槽，输送道由皮带轮构成，完成把拦截 的球送回装球的箱里面 机构5和6实现每击完一球放一球，机构5每 次击球过后转90度，6实现推5转90度动作 调节滑块8的高度可实现球速改变，上下可 调范围8cm 整体机架有一和8相当的滑块，可调节发球 高度
简易乒乓球发球机
2001111032 严立海
设想用途
由于市面发球机都非常昂贵，而且对于刚 练习的乒乓球的人用处不大，而对于水平 较高的人来说也是一种浪费。所以构想一 个适合水平较低的人练习用。同时实现一 般发球机的功能。
速 可调发球高度
方案设想
利用连杆机构急回 运动和各种机构实 现击球和回收球 利用机构压缩弹簧， 利用获得的张力击 球
机构简图
性能
射球频率：40—100个 /分钟 球速：8-15米/秒 机头升降：可调范围 15厘米 电源电压：交流180260伏 功耗：小于30瓦 待机功耗：小于5瓦 整机净重：5公斤左右 发球机高度：50cm 连杆1、2、3、4、6依 次长度为：5cm 、 12cm 35cm 15cm 12cm、35cm、15cm、 5cm
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
1.乒乓球发球机的工作原理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。
设轮子的角速度为ω，半径为R，那么就可以计算出轮子线速度:V=ω×R则在瞬时间网球所获得的速度为V，这就是乒乓球的初速度。
因此通过测量轮子的线速度就可以求得乒乓球的初速度。
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乒乓球发球机总体结构设计包括：底座部分的设计，送球装置的设计，球道的设计，储球器的设计，调整装置的设计，机头部分的设计，电动机的选择等。
3.1乒乓球发球机整体方案的确定3.1.1乒乓球发球机设计要求：乒乓球发球机需要满足的主要要求如下所示：1、令使用者更加掌握有度，多落点，多角度。
2、出球频率：30-72次/分钟；出球速度：4–50公尺/秒3、出球角度：可调范围30度；出球弧度：可调范围40度4、出球速度，出球频率通过遥控器操作。
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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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
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。
0.18
0.16
a=0.064;
0.14
e=0.050; 0.12
b=0.149;
0.1
c=4.2; f1=sin(x); d=a/b; f2=a*(cos(x)+1/d-d/4+d/4*cos(2*x)); f3=(-a)*c*(f1+d/2*sin(2*x));
0.08
0
1
2
3
0.2
0.1
0
-0.1
f4=(-a)*c*c*(cos(x)+d*cos(2*x));
-0.2
plot(x,f2); plot(x,f2);title('滑块位置Xc'); plot(x,f3); plot(x,f3);title('滑块速度Vc'); plot(x,f4); plot(x,f4);title('滑块加速度a');
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
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
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
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
-0.3
-0.4
0
1
2
滑3块 加 速 度4a
5
6
7
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
1
2
3
4
5
6
7
谢谢！
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
三维图像
传动系统演示
程序代码
0.22
滑 块 位 置 Xc
0.2
x=[0:pi/50:2*pi];
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。
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 64
间歇送球。由于该机构 R75
149
有两个自由度，我们用
185 50
齿轮副将其封闭为一个
自由度
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