Trainingt

Equipamento de Lançamento de bolas de tênis automatizado

VÍDEO:

CONTEÚDO:
Nosso protótipo procura simular os principais movimentos do jogador de tênis eliminando a necessidade de um parceiro de treinos o que nem sempre é possível ou financeiramente viável para o desenvolvimento de treinos regulares.

Sendo assim os principais tipos de rebatidas de tênis, ou seja: bola do tipo flat (chapada); down-spin (rotação para baixo) e up-spin (rotação para cima) e ainda movimentação lateral proporcionada por um conjunto de uma polia e motor de passo bipolar, sendo que o lançamento dispositivo usa motores AC de 7000 RPM e que através de um conjunto de polias dispostas em um ângulo de 45 º realizam os disparos.

Estando todos os componentes dispostos dentro de uma carenagem interna de alumínio sobre uma base de madeira com apoiadores de borracha para proporcionar um maior aderência ao piso e assim uma maior estabilidade geral.

Um software para seleção e interface com o usuário será construído baseando-se em nas rotinas de disparo do protótipo, utilizando-se de uma interface intuitiva para seleção de bolas bem como um mecanismo de controle do equipamento.

Nosso principal objetivo é um produto de baixo preço que possa solucionar as duas lacunas existentes no mercado uma referente a preço já que a importação aumenta o preço deste produto consideravelmente, outra referente à assistência técnica mais eficaz e ainda desenvolvendo um produto plenamente nacional.

MATERIAIS:
MÓDULO MECÂNICO

Eixo de Rotação

Constituído por dois eixos, cada um com 0.25 m de comprimento e ambos são construídos sobre eixo rosqueado de 3/8.

A fixação dos eixos foi executada na estrutura referida nos pontos indicados sendo os pontos vermelhos os parafusos de 0.011 m e as setas indicam a folga para os eixos dentro do protótipo, ou seja, o ponto de fuga para os eixos dentro dos mancais.

Mancais foram adicionados ao projeto com o intuito de reduzir o atrito e possibilitar o melhor aproveitamento possível da velocidade fornecida pelos motores à construção dos mancais deveu-se ao fato dos elevados preços de aquisição destes manufaturados a seguir temos as fotos dos componentes que formam o nosso protótipo.

Completando o módulo de lançamento temos ainda o motor AC que possui uma rotação de 7000 RPM, portanto acima do projetado para o desenvolvimento do projeto sendo que o valor mínimo para atender as especificações do produto era de 1700 RPM.

Controle lateral 

O controle lateral do equipamento é efetuado através de um modulo que conta com um motor de passo bipolar e bastões auxiliares para a afixação da correia. Ainda no conjunto consta um eixo central que é fixado na estrutura e por fim para facilitar o movimento no modulo foram afixados polias na base do conjunto com o intuito de diminuir a força necessária para o movimento.

Alimentador de Bolas

O suporte do alimentador em sua parte estrutural mecânica apresenta um tubo de PVC para condução das bolas, o principal desafio foi estabelecer a angulação do tudo para que a gravidade proporciona-se a força necessária ao deslocamento das bolas a escolha pelo tubo em PVC e não um tubo flexível é devido ao impacto que este deve suportar.

Completando o modulo estrutural do alimentador tem-se o cano de condução de bolas que deve atender a duas necessidades: suportar a pressão exercida pela compressão da bola e a condução da bola na primeira foto será demonstramos o primeiro item referido.

Completando este quesito de nosso projeto temos o solenóide que permite o controle de bolas através da presença de quatro (04) sensores que executam duas funções fundamentais um verificar a presença de bolas antes do solenóide. 

O segundo grupo de sensores detecta a passagem da bola permitindo a desativação do solenóide, este foi um requisito fundamental, pois o primeiro solenóide esquentava ao manter-se constantemente ativado, assim foi necessário a aquisição de um segundo este permanece alto quando desativado e se retrata quando ativo.

A conexão destes conjuntos finaliza todos os requisitos necessários para o disparo de bolas de tênis dentro dos parâmetros estabelecidos no projeto.

MÓDULOS ELETROELETRÔNICO

Os circuitos eletrônicos foram divididos em 3 partes:

1) Circuito de Controle de Motor de Passo, Solenóide e Fonte;

2) Circuito de Controle de Motor AC;

3) Circuito de Lógica (Microcontrolador) e sensores de Bola/Final de Curso;

Circuito de Controle de Motor de Passo, Solenóide e Fonte

Para poder atuar os enrolamentos dos motores de passos foram utilizadas 2 Ponte-H, sendo uma para cada par de enrolamentos. No total foram utilizados 4 transistores NPN modelo TIP122 e 4 transistores PNP modelo TIP127. Para atuar esses transistores foram utilizadas 4 saídas do microcontrolador, de modo que apenas um par de transistores fosse atuado por vez. Abaixo está a foto do circuito montado. 

Além de controlar o motor de passo, o circuito acima controla também a solenóide. Através da utilização de um transistor NPN modelo TIP122, a alimentação negativa do solenóide é controlada. 

Juntamente a esse circuito, um regulador de tensão LM7805 faz a regulagem da tensão de entrada (cujo valor é de 14 volts) e reduz a mesma para 5 volts, para alimentar o circuito de lógica (microcontrolador).

Circuito de Controle de Motor AC

O Controle de fase consiste em controlar o inicio da condução de um triac (que funciona como uma chave eletrônica). Aplicando um pulso em um ponto pré-determinado do ciclo de corrente alternada, é possível controlar a percentagem do ciclo que estará alimentando a carga (nesse caso, os motores).

Para obter um sincronismo entre o disparo do início da condução de um triac e o ângulo do ciclo de corrente alternada, foi implementado um circuito de “Zero-Cross”. O circuito de Zero-Cross envia um sinal ao microcontrolador quando a tensão da alimentação AC está em 0 Volts. Tendo-se o exato momento que isso ocorre, através de um contador, é possível calcular qual o ângulo de condução da rede elétrica.

Circuito de Controle de Lógica e Sensoriamento

O ultimo circuito é responsável por toda a lógica do sistema. Nele são feitos o monitoramento e o controle de todos os componentes do sistema (Motores AC, Motor de Passo, Solenóide, Sensores de fim de curso, Comunicação Serial).

Para fazer o sensoriamento do duto do alimentador de bolas, foram utilizadas barreiras ópticas. Estas barreiras possuem emissores e receptores de luz infravermelha. Quando um objeto é posicionado, de forma que o feixe luminoso seja interrompido entre o emissor e o receptor, um sinal é enviado ao microcontrolador.

Já o sensoriamento do movimento lateral é realizado através de 2 fins de curso que funcionam como chaves, que ao serem acionadas, enviam um sinal ao microcontrolador.

Utilizando um microcontrolador modelo ATMEGA8, podem-se realizar as funções acima citadas. Dentre as principais características desse microcontrolador, estão:

– 8K Bytes de memória flash de programa;

– 512 Bytes de memória EEPROM;

– 1K Byte de memória SRAM;

– 2 Contadores de 8-bit;

– 1 Contador de 16-bit;

– 1 Porta serial Assíncrona;

– 23 Pinos de Entrada/Saída;

Para programar a lógica do microcontrolador foi utilizado o software AVRStudio (que é fornecido gratuitamente pela ATMEL que é a fabricante do ATMEGA8). Utilizando-se de linguagem C, as lógicas do sistema foram desenvolvidas, compiladas e então gravadas no microcontrolador.

MÓDULO SOFTWARE

O software foi desenvolvido na plataforma Windows XP, utilizando-se do Microsoft Visual Studio 2008 e Microsoft Visual Studio 2008 Express.

CONCLUSÃO:
O projeto TrainingT a princípio passou por vários estudos de viabilidade até encontrar a solução que atendesse as expectativas e ao mesmo tempo com o menor custo. A estrutura mecânica foi beneficiada pelos cálculos matemáticos de dimensionamento de motor e estrutura. Bem como, o estudo do arranjo em softwares de CAD.

No módulo eletroeletrônico, alguns problemas ocorreram na última semana que antecedeu as apresentações devido ao mau funcionamento do regulador de tensão 7805. Isso ocasionava a reinicialização do microcontrolador e isto ocasionou a deterioração do diodo zener. A tensão do mesmo ficava oscilando entre 5,5 e 7 volts, sendo que o correto seria 5volts.

As melhorias foram surgindo ao longo do projeto, bem como idéias novas para tornar o projeto mais interessante no ponto comercial. Exemplo, a troca da estrutura de alumínio feita com réguas de pedreiro por tubos de alumínio com uma espessura melhor deixando o projeto mais leve e mais fácil de transportar de um local para o outro e para acomodá-lo dentro do porta-malas.

AUTORES:
– Edson Luiz Sebold Martins
– Elís Regina Zawadzki
– Jonat Robert Becker
– Lucas Caldoncelli Rodrigues

CONTATO:
– elisreginazawadzki@gmail.com
– lcaldoncelli@gmail.com

DOCUMENTAÇÃO:
E2JL_-_TrainingT.pdf