Lanzador de pelotas de tenis

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Lanzador de pelotas de tenis

  1. 1. Estudiantes: Oscar Ariza Fabio Cruz Johannes Rangel Directores: Ing. Nelson Arzola Ing. Edwin Cárdenas Bogotá D.C., junio de 2009 Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS Lanzador de pelotas de tenis-T1000
  2. 2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN •Con el fin de facilitar el entrenamiento del tenis para personas de nivel básico y medio a un costo razonable, debido a que la practica de este deporte en nuestro país no es muy económica, se diseña un dispositivo a partir de recursos propios con un presupuesto de 1’000.000 de pesos y un tiempo de realización de 4 meses que aplique todos nuestros conocimientos en mecánica, electrónica y diseño que pueda cumplir este cometido.
  3. 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Realizar un dispositivo mecánico o mecatrónico que lance pelotas tenis a diferentes alturas hacia el otro lado del campo de juego. El dispositivo debe ser portátil e innovador.
  4. 4. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE •Que realice los golpes típicos de tenis •Que tenga un tiempo de operación adecuado •Que la velocidad sea regulable •Que lance pelotas nuevas y usadas •Que sea de fácil transporte •Que no sea muy costosa •Que no desgaste mucho las pelotas •Que trabaje en cualquier superficie •Que sea fácil de utilizar y programar •Que almacene bastantes pelotas •Que no sea tan grande •Que tenga buena vida útil •Que se le pueda hacer mantenimiento •Que la pelota caiga dentro de la cancha
  5. 5. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING) SuperCoach 1.Controlado por microcomputadora. 2. Funciones de control: Level (Nivel), Mode (Modo), Memory (Memoria), Type (Tipo), Calibration (Calibración). • Botones de Nivel: selecciona el nivel del jugador (0 a 9). • Selectores de Modo: Play, Enter strokes, Pause/Repeat, Fitness/Adjustment (Jugar, Entrar Golpes, Pausa/Repetir, Estado Fisico/Ajuste). • · Memoria: Save, Recal (Memoria: Guardar, Recuperar) • Selección de Tipo (Type select): Flat, Topspin, Sliced, y Lob • Los selectors de calibración ajustan la velocidad y el ángulo vertical del golpe, arriba (Up), abajo (Down), más rápido (Faster) más lento (Slower) 3. Se pueden gravar 28 programas. Cada programa tiene un máximo de 30 golpes. 4. Siete (7) jugadas profesionales preE programadas.
  6. 6. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING) • 5. Ocho (8) rutinas pre programadas. • 6. Capacidad al azar. • 7. Cambio de estado físico (Fitness switch). • 8. Capacidad de: 200 pelotas. • 9. Tamaño: H=36" (91cm) L= 27" (68cm) W= 22" • (56cm) • 10. Peso : 85lbs (38.5kg) • 11. Velocidad máxima de la pelota: 85 mph (135 km/h)
  7. 7. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING) Lobster - Elite Model Five Oscillation: Random Horizontal (Short, Mid, Deep); Random Vertical (Left, Middle, Right); Fully Random Horizontal & Vertical with variable Speed & Spin • 3ELine Function: Three positional settings; Narrow, Medium, and Wide • Programmed Court Drills: Three separate sixEshot court drills; Grinder, Power Baseliner, All Courter • Speed: 30 to 80 MPH • Ball Capacity: 150 • Feed Rate: 2E12 Seconds • Power: Battery Court Time: 4E8 Hours • Elevation: Electronic; 0E50 Degrees • Weight: 44 lbs. • Spin: Top; Back • 15EFunction Remote: Optional • Premium Fast Charger: Optional • Warranty: 2 Years
  8. 8. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING) Silent Partner Electronic speed control: 15 mph to 95 mph Electronic spin control: Topspin to backspin Electronic feed control: Full Stop to Rapid Fire Manual elevation: Drive to lob Random oscillator with visible alignment fins Ball capacity: 150 Molded handle in back for rolling and lifting 3 " rolling wheels Installed battery: Up to two hours of play Smart battery charger Optional removable battery: Extends play Dimensions (carrying): 22"X18"X14"
  9. 9. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD) Capacidad de almacenamiento de pelotas Consumo de energía Tiempo de respuesta de actuadores Peso neto Tamaño de la máquina Costo Potencia del motor Cantidad de piezas Velocidad máxima de operación Memoria del sistema (controlador) Grados de libertad
  10. 10. FUNCIONES: DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL Lanzar pelotas de tenis Programación del usuario Programar efectos Programar alturas Programar barrido horizontal Random Almacenar la pelotas Retener las cantidad máxima de pelotas Ajuste de la tolva para el almacenamiento Seleccionar la pelotas Mover disco seleccionador Mantener disco secundario fijo Posicionamiento de la maquina Mover actuador vertical Mover actuador horizontal Regular la velocidad de la ruedas Aumentar la velocidad Disminuir la velocidad Enviar al sistema de lanzamiento Mover el tubo flexible Transportar la maquina Desmonte de la tolva Puesta en freno o no de las ruedas de base
  11. 11. GENERACIÓN DE CONCEPTOS •CROQUIS DE SOLUCIONES Las ideas se generaron con la técnica de “lluvia de ideas” y revisión de benchmarking Se sacaron 6 categorías de clasificación donde se obtuvieron conceptos por categoría. Lanzamiento Almacenamiento Selección Manejo de pelotas viejas Actuadores Controlador de la máquina
  12. 12. GENERACIÓN DE CONCEPTOS •CROQUIS DE SOLUCIONES Lanzamiento *Cañón *Catapulta *Pistón *Torreta *Plato giratorio *Hidráulico *Arco-flecha Almacenamiento *Canasta *Espiral *Riel *Plegable *Plegable *Tubo *Cartucho Selección *Sinfín *Interruptor *Resorte *Succión *Giratorio
  13. 13. GENERACIÓN DE CONCEPTOS •CROQUIS DE SOLUCIONES Manejo de pelotas viejas *Rodillos móviles *Sensores *Preclasificador *Propiedades físicas Actuadores *Motores DC *Motores AC *Compresor *Bomba de agua *Manual Controlador de la máquina *CPLD *Microcontrolador *LCD *Desde computador
  14. 14. GENERACIÓN DE CONCEPTOSConcepto 1 Almacenamiento Alimentacion y Selección Lanzamiento Transporte Polímero Tornillo Sin - Fin. Sistema Neumatico Por Ruedas Metal Sistema Leva - Seguidor Sistema de Rodillos Giratorios Riel sobre Cancha. Mimbre Polímero Sistema de Succion Piston - Biela - Manivela Lona Malla Metalica Interruptor Plato giratorio Selección Rotacional Sistema Hidraulico Espiral Concepto 2 Almacenamiento Alimentacion y Selección Lanzamiento Transporte Polímero Tornillo Sin - Fin. Sistema Neumatico Por Ruedas Metal Sistema Leva - Seguidor Sistema de Rodillos Giratorios Riel sobre Cancha. Mimbre Polímero Sistema de Succion Piston - Biela - Manivela Lona Malla Metalica Interruptor Plato giratorio Selección Rotacional Sistema Hidraulico Espiral Concepto 3 Almacenamiento Alimentacion y Selección Lanzamiento Transporte Polímero Tornillo Sin - Fin. Sistema Neumatico Por Ruedas Metal Sistema Leva - Seguidor Sistema de Rodillos Giratorios Riel sobre Cancha. Mimbre Polímero Sistema de Succion Piston - Biela - Manivela Lona Malla Metalica Interruptor Plato giratorio Selección Rotacional Sistema Hidraulico Espiral Concepto 4 Almacenamiento Alimentacion y Selección Lanzamiento Transporte Polímero Tornillo Sin - Fin. Sistema Neumatico Por Ruedas Metal Sistema Leva - Seguidor Sistema de Rodillos Giratorios Riel sobre Cancha. Mimbre Polímero Sistema de Succion Piston - Biela - Manivela Lona Malla Metalica Interruptor Plato giratorio Selección Rotacional Sistema Hidraulico Espiral Canasta Cartuchos Canasta Cartuchos Canasta Cartuchos Canasta Cartuchos
  15. 15. GENERACIÓN DE CONCEPTOS
  16. 16. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN Ponderado Concepto 1 Concepto 2 Concepto 4 Concepto 5 Concepto 6 Realización de golpes típicos 3,5 4,8 3,4 4,8 4,8 4,8 Durabilidad 3 4,4 3,8 4,4 4 4,4 Regulación de velocidad 3 4,6 3,3 4,6 4,6 4,6 Lanzamiento de pelotas nuevas y usadas 5 4,2 4,9 4,2 4,2 4,2 Duración de batería 4 5 5 5 5 5 Fácil transporte 4 4,5 3,7 4,8 4,8 4,3 Costo 4,5 3,5 3 4,8 4 3,9 Desgaste de pelotas 4,5 3,3 4,5 3,3 3,3 3,3 Fácil de utilizar 4 4,5 4,8 4,5 4,5 4,5 Peso 3,5 4,5 3,2 4 3,8 4,2 Generación de ruido 2,5 4,3 2,8 4,3 3,5 4 Almacenamiento de pelotas 4 4,8 5 5 5 5 Tamaño 3,5 5 3,5 4,8 4,8 4,5 Seguridad 5 5 3,9 5 4,8 5 Frecuencia de lanzamiento 3,5 5 3,3 4,5 4,5 4,5 Mantenimiento 4 4,4 3,8 4,1 4 4 Control de distancia 5 4,9 4,9 4,4 4,4 4,4 Fabricación 4 4,4 3,6 4 3,9 3,9 Total 316,8 281,05 315,15 305,85 307,2
  17. 17. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO Los materiales para el desarrollo de los ejes de transmisión de potencia son de acero 1020, la estructura de la maquina consta de perfiles de hierro. El sistema de selección es de madera y la tolva es de plástico. El tubo flexible que permite la comunicación entre el sistema de lanzamiento y el de alimentación es de poliamida. Los volantes que lanzan la pelota son de nylon. Además, se compraron dos motores de 100 W de potencia a 24V para imprimir energía a la pelota. Tres motoreductores se usaron para desplazar el sistema de lanzamiento y para accionar el sistema de selección.
  18. 18. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO Los volantes, los acoples y los rodamientos estándares fueron adquiridos. Se consiguieron dos rodamientos de carga axial para algunos actuadores, los demás son de los mas comerciales. Los acoples son de tipo araña para unir los ejes de los motores y los volantes. Sin embargo, se necesito maquinar los ejes, los acoples y los volantes para poder realizar de manera adecuada la fijación de los componentes. A los ejes, se les tubo que maquinar ranuras para las cuñas. A los acoples hacerles perforaciones para que entren bien los ejes; y a los volantes maquinarles el centro para que los ejes se puedan acoplar también.
  19. 19. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO Particularmente se utilizaron los tornos y la fresa del laboratorio de diseño para algunos maquinados. Sin embargo, el maquinado interno en los acoples y los volantes no se podía realizar en la universidad puesto que no existía la herramienta. Por lo tanto, fue necesario mandar a maquinar esas partes.
  20. 20. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO Después de tener todos los elementos, se precedió a ensamblar. Un proceso que no llevo demasiado tiempo pero sí precisión con la soldadura y los ajustes, esto par mantener la maquina balanceada y lo mas estable posible. Al tener el montaje principal armado, se procede a realizar pruebas de evaluación del modelo y ajuste de velocidad de motores para el lanzamiento de la pelota. Finalmente se termina de ensamblar la maquina y se completan los detalles externos.
  21. 21. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA •PRESENTACIÓN DE FOTOGRAFIAS DEL PROTOTIPO “Se expondrán en cuanto el prototipo esté completamente terminado”
  22. 22. • Para su funcionamiento la máquina consta básicamente de 5 subsistemas principales de acuerdo a las funciones principales: Almacenamiento, selección, lanzamiento, posicionamiento y programación y control. Cada uno de ellos descrito a continuación DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  23. 23. • Almacenamiento – Para este subsistema se usa un tolva plástica con un ángulo de inclinación para facilitar el flujo de pelotas hacia el sistema de selección. Esta tolva es desmontable para que la máquina ocupe el menor volúmen y pueda ser transportada fácilmente. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  24. 24. • Selección – Éste va directamente acoplado a la tolva. Se usa un sistema selector que permite el paso de una sola pelota y controla la velocidad de lanzamiento de acuerdo a su velocidad angular DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  25. 25. • Lanzamiento – Este sistema consta de 2 volantes que giran en sentido contrario a alta velocidad para impulsar la pelota hacia el lado contrario de la cancha. Este sistema tiene las ventajas de otorgar efectos a la pelota, regulando las velocidades de giro de los volantes, y ofrecer un tiempo de respuesta rápido para el lanzamiento a altas frecuencias. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  26. 26. • Posicionamiento – El sistema de posicionamiento se logra con dos motoreductores q actúan independientes para cada coordenada de lanzamiento: altura y barrido horizontal. Para estos se diseñó un sistema modular con un movimiento general (barrido) y un movimiento relativo (altura) DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  27. 27. • Programación y control – Se capta y almacena la información del usuario para después controlar los otros subsistemas. La comunicación del usuario a la máquina se hace mediante un teclado 4x4, la comunicación máquina-usuario se hace mediante una pantalla LCD de 2x16 caracteres DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  28. 28. • Otros sistemas – El sistema de transporte es totalmente manual y se hace con 4 ruedas y un sistema de empuje en el que se usan los dos brazos. Se examina la distancia al suelo recomendada y formas ergonómicas – La interfaz de selección y lanzamiento se logra con un tubo flexible, debido a los movimientos de la máquina. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  29. 29. • SEGURIDAD – La máquina poseerá avisos visibles de advertencia en partes móviles y lugares de potencial peligro como el sistema de selección, el sistema de lanzamiento y el de posición. – Esto se incluirá en el manual de operación DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  30. 30. • CONTROL – El control de la máquina como tal, va a ser realizado por microcontrolador el cual recibirá señales de sensores y enviará, al igual, señales de control hacia los actuadores para el cumplimiento de la programación del cliente y tareas de control interno. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
  31. 31. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO Las máquinas y los elementos en general para practicar tenis (pelotas, raquetas, etc.) no son muy económicos. La T-1000 ofrece por un buen precio, la posibilidad de entrenar los diferentes golpes del tenis sin un desgaste apreciable de la pelotas y flexibilidad en los golpes a entrenar. Además es un instrumento de ayuda para los entrenadores, ya que su atención se enfoca directamente al jugador y no a tareas como lanzar, recoger y verificar sitios de lanzamiento de la pelota.
  32. 32. ANÁLISIS ECONÓMICO •PROCESO DE DISEÑO En éste hubo costos concernientes, por supuesto, al tiempo invertido en el proceso de investigación, modelamiento y diseño, además de costo de papeleo, Internet, reuniones del equipo, entre otros
  33. 33. ANÁLISIS ECONÓMICO •COSTOS DE MATERIALES Los costos de materiales son de aproximadamente $600.000 en los que se incluyen piezas mecánicas, motores, elementos electrónicos y materiales de experimentos realizados
  34. 34. ANÁLISIS ECONÓMICO •COSTOS DE FABRICACIÓN El proceso de maquinado se realizó en parte en el laboratorio de diseño por lo que se redujeron gastos de los integrantes. El costo del maquinado y soldado de piezas por fuera fue de aproximadamente $200.000
  35. 35. ANÁLISIS ECONÓMICO •DESPERDICIOS El principal desperdicio estuvo ligado al tiempo de compra debido a la falta de experiencia de los integrantes del grupo de diseño, que realmente es importante en la consecución de un proyecto a corto plazo.
  36. 36. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •SE REFIERE A LAS CONCLUSIONES A LAS QUE ARRIBARON PRODUCTO A SU TRABAJO DE INGENIERÍA (NUNCA COLOQUEN CONCLUSIONES TRIVIALES O DE OTROS AUTORES). •RECOMENDACIONES QUE PUEDEN AÑADIR VALOR A TRABAJOS FUTUROS RELACIONADAS CON EL TEMA DE DISEÑO O CON TEMAS SIMILARES
  37. 37. CONCLUSIONES •Se colocaran en la presentación definitiva puesto que el proceso de realización del producto no se ha completado.
  38. 38. RECOMENDACIONES •Hacer un cronograma de trabajo en el que el tiempo de cada integrante del grupo de diseño pueda ser usado de la manera más eficiente •Contactar la mayor cantidad de proveedores de elementos del prototipo para tomar la decisión de escoger el que más se adapte a necesidades y requerimientos. •Seria bueno encontrar opiniones o consejos de personas con experiencia para poder abordar mejor las decisiones en el proyecto.
  39. 39. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS •Diseño de máquinas. Robert L. Norton •Google patents •The Physics and Technology of Tennis. Cross, Lindsey, Brody. •www.itftennis.com
  40. 40. SOFTWARE •Matlab •Microsoft office – Excel, Visio, Word •Solid Edge •Ansys •Statgraphics •Metroworks Codewarrior
  41. 41. MUCHAS GRACIAS Oscar A. Ariza – oaarizav@unal.edu.co Fabio A. Cruz – facruzs@unal.edu.co Johannes H. Rangel – jhrangelg@unal.edu.co

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