Lanzador de pelotas de tenis

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 MecatrónicaLínea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico

XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS

Lanzador de pelotas de tenis-T1000

ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN

•Con el fin de facilitar el entrenamiento del tenispara personas de nivel básico y medio a uncosto razonable, debido a que la practica de estedeporte en nuestro país no es muyeconómica, se diseña un dispositivo a partir derecursos propios con un presupuesto de1’000.000 de pesos y un tiempo de realizaciónde 4 meses que aplique todos nuestrosconocimientos en mecánica, electrónica y diseñoque pueda cumplir este cometido.

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.

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

ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA

(BENCHMARKING)

SuperCoach1.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.


(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)


(BENCHMARKING)

Lobster - Elite Model FiveOscillation: 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


(BENCHMARKING)

Silent PartnerElectronic 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"

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

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

GENERACIÓN DE CONCEPTOS

•CROQUIS DE SOLUCIONES

Las ideas se generaron con la técnica de “lluviade ideas” y revisión de benchmarking

Se sacaron 6 categorías de clasificación dondese obtuvieron conceptos por categoría.

Lanzamiento

Almacenamiento

Selección

Manejo de pelotas viejas

Actuadores

Controlador de la máquina



Lanzamiento

*Cañón *Catapulta *Pistón *Torreta*Plato giratorio *Hidráulico

*Arco-flecha

Almacenamiento

*Canasta *Espiral *Riel *Plegable

*Plegable *Tubo *Cartucho

Selección

*Sinfín *Interruptor *Resorte

*Succión *Giratorio



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

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


Metal


Mimbre


Lona



Espiral



Metal


Mimbre


Lona



Espiral



Metal


Mimbre


Lona



Espiral

Canasta

Cartuchos

Canasta

Cartuchos

Canasta

Cartuchos

Canasta

Cartuchos

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

GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL

PRODUCTO

Los materiales para el desarrollo de los ejes de transmisión de potenciason de acero 1020, la estructura de la maquina consta de perfiles dehierro. El sistema de selección es de madera y la tolva es de plástico. Eltubo flexible que permite la comunicación entre el sistema delanzamiento y el de alimentación es de poliamida. Los volantes quelanzan la pelota son de nylon. Además, se compraron dos motores de100 W de potencia a 24V para imprimir energía a la pelota. Tresmotoreductores se usaron para desplazar el sistema de lanzamiento ypara accionar el sistema de selección.


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.


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.


PRODUCTODespués 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.

DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA

•PRESENTACIÓN DE FOTOGRAFIAS DEL PROTOTIPO

“Se expondrán en cuanto el prototipo esté completamente terminado”

• Para su funcionamiento la máquina constabásicamente de 5 subsistemas principalesde acuerdo a las funciones principales:Almacenamiento, selección, lanzamiento,posicionamiento y programación y control.Cada uno de ellos descrito a continuación


• 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.


• 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


• 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.


• 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)


• 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


• 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.


• 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


• 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.


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.

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


•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


•COSTOS DE FABRICACIÓN

El proceso de maquinado se realizó enparte en el laboratorio de diseño por lo quese redujeron gastos de los integrantes. Elcosto del maquinado y soldado de piezaspor fuera fue de aproximadamente$200.000


•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.

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

CONCLUSIONES

•Se colocaran en la presentación definitivapuesto que el proceso de realización del productono se ha completado.

RECOMENDACIONES

•Hacer un cronograma de trabajo en el que eltiempo de cada integrante del grupo de diseñopueda ser usado de la manera más eficiente

•Contactar la mayor cantidad de proveedores deelementos del prototipo para tomar la decisión deescoger el que más se adapte a necesidades yrequerimientos.

•Seria bueno encontrar opiniones o consejos depersonas con experiencia para poder abordarmejor las decisiones en el proyecto.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

•Diseño de máquinas. Robert L. Norton

•Google patents

•The Physics and Technology of Tennis.

Cross, Lindsey, Brody.

•www.itftennis.com

SOFTWARE

•Matlab

•Microsoft office – Excel, Visio, Word

•Solid Edge

•Ansys

•Statgraphics

•Metroworks Codewarrior

MUCHAS GRACIAS

Oscar A. Ariza – [email protected]

Fabio A. Cruz – [email protected]

Johannes H. Rangel – [email protected]

mailto:[email protected]



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