Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong đời sống thể thao tại Việt Nam, môn quần vợt (tennis) dù đã du nhập từ đầu thế kỷ 20 nhưng vẫn thường được quan niệm là bộ môn tốn kém. Các thiết bị hỗ trợ tập luyện chuyên dụng, đặc biệt là máy bắn bóng tennis thương mại nhập khẩu, luôn có giá thành rất cao. Đối với những người mới tiếp cận hoặc người chơi chỉ cần các tính năng cơ bản, việc đầu tư kinh phí lớn cho một cỗ máy bắn bóng thương mại là rào cản đáng kể. Đồng thời, trong bối cảnh công nghệ hiện đại, xu hướng dành nhiều thời gian cho các thiết bị điện tử khiến giới trẻ ít vận động, dẫn đến sự suy giảm về thể lực. Do đó, việc nghiên cứu phát triển một hệ thống máy bắn bóng tennis có giá thành hợp lý, ứng dụng công nghệ cơ điện tử, vừa mang tính khuyến khích rèn luyện thể chất, vừa ứng dụng thực tiễn các môn học kỹ thuật chuyên ngành vào đời sống.

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát của đề tài bao gồm:

  1. Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh máy bắn bóng tennis đảm bảo tính an toàn, hiệu quả, đáp ứng nhu cầu tập luyện và nâng cao kỹ năng của người mới bắt đầu.
  2. Tìm hiểu linh kiện điện tử và xây dựng chương trình điều khiển động cơ bằng bộ điều khiển lập trình PLC.
  3. Xây dựng phương pháp tính toán, mô phỏng và thực nghiệm đo vận tốc bóng tennis khi vừa thoát ra khỏi hệ thống hai bánh đà, phục vụ công tác giảng dạy thí nghiệm và tạo tiền đề phát triển các thế hệ máy thông minh hơn.

Để đạt được mục tiêu trên, tác giả xác định 5 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

  1. Khảo sát các yêu cầu cơ bản của các dòng máy bắn bóng tennis hiện có trên thị trường để thiết lập đầu vào bài toán thiết kế.
  2. Thiết kế sơ bộ các phương án kết cấu cơ khí của máy.
  3. Xây dựng mô hình toán học nhằm tính toán, phân tích động lực học và lựa chọn công suất động cơ.
  4. Xây dựng mô hình hình học không gian 3D trên phần mềm CAD, thiết kế hệ thống điều khiển điện, kiểm tra biến dạng và độ bền kết cấu bằng phương pháp mô phỏng số trước khi gia công.
  5. Chế tạo mô hình thực tế, lắp ráp hoàn thiện và tiến hành thử nghiệm bắn bóng.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là máy bắn bóng tennis và quả bóng tennis tiêu chuẩn. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc khảo sát độ bền, độ dịch chuyển tĩnh của kết cấu cơ khí máy và xác định vận tốc bay của quả bóng tennis tiêu chuẩn đường kính 64 mm ngay sau khi rời khỏi cơ cấu bắn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu áp dụng hệ thống cơ sở lý thuyết đa ngành gồm cơ học tiếp xúc phi tuyến, động lực học vật rắn, cơ học ném xiên và lý thuyết điều khiển tự động:

  • Lý thuyết vật liệu siêu đàn hồi (Hyperelasticity): Quả bóng tennis được mô hình hóa dưới dạng vỏ cầu rỗng chịu áp suất khí nén bên trong, cấu tạo bằng vật liệu cao su tuân theo mô hình biến dạng năng lượng Ogden bậc 3 (Ogden 3rd model). Thế năng đàn hồi của vật liệu được biểu diễn qua hàm năng lượng biến dạng phụ thuộc vào ba tỉ số biến dạng chính $\lambda_1, \lambda_2, \lambda_3$ và các tham số thực nghiệm.
  • Phương pháp số phân tích va chạm: Nghiên cứu sử dụng mô đun Explicit Dynamics trong phần mềm Ansys để giải bài toán va chạm động lực học phi tuyến phụ thuộc thời gian giữa quả bóng tennis và hai bánh đà quay ngược chiều bọc cao su NBR, với bước thời gian tính toán rất nhỏ (dưới 1 giây).
  • Phương pháp phần tử hữu hạn tĩnh (FEA): Sử dụng mô đun Static Structural trong Ansys để mô phỏng thí nghiệm nén bán tĩnh quả bóng tennis, kiểm tra mối quan hệ lực - biến dạng phi tuyến, đồng thời phân tích ứng suất và độ dịch chuyển của các khung đỡ bằng thép kết cấu.
  • Phương pháp cơ học lý thuyết: Sử dụng phần mềm Maple để giải hệ phương trình quỹ đạo chuyển động ném xiên, tính toán động năng của quả bóng khối lượng 0,056 kg, momen quán tính và động năng của hai bánh đà, từ đó xác định công suất tối thiểu cần thiết của động cơ dẫn động.

Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm và thiết kế bao gồm:

  • Thiết kế hình học và mô hình hóa cụm chi tiết máy trên phần mềm Autodesk Inventor Professional.
  • Lập trình hệ thống điều khiển tự động trên phần mềm TIA Portal cho bộ điều khiển PLC, tích hợp máy chủ web (Webserver) cho phép giám sát qua Internet.
  • Phương pháp thực nghiệm đo đạc: Tiến hành bắn bóng thực tế tại sân tennis của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, ghi nhận vận tốc quả bóng bằng thiết bị đo tốc độ quang học cầm tay kết hợp dây phản quang.

Dữ liệu đầu vào cho tính toán bao gồm quả bóng tennis tiêu chuẩn có đường kính ngoài 64 mm, đường kính trong 57 mm, bề dày thành cao su 3,5 mm, khối lượng 56 g, áp suất khí nén bên trong 76.000 Pa. Vật liệu kết cấu gồm thép SS400 (giới hạn bền kéo 400 - 510 MPa, giới hạn chảy 210 MPa), nhựa nhiệt dẻo ABS (khối lượng riêng quy đổi 2.090 kg/m³) và cao su NBR.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống máy bắn bóng tennis được thiết kế và triển khai đồng bộ giữa ba phân hệ: cơ khí, điện - điều khiển và kiểm nghiệm mô phỏng.

Về phương án kết cấu cơ khí, tác giả đã tiến hành phân tích và so sánh các giải pháp kỹ thuật trước khi đưa vào chế tạo:

Hạng mục cơ cấu Các phương án so sánh Phương án lựa chọn Rationale kỹ thuật
Cơ cấu bắn bóng Khí nén, lò xo, lực ném, cán ép bằng hai bánh xe quay ngược chiều Cán ép bằng hai bánh xe quay ngược chiều Năng suất bắn cao, lực bắn lớn và liên tục, kết cấu chế tạo dễ hơn khí nén, dễ dàng tinh chỉnh vận tốc bằng tốc độ động cơ.
Hình thức dao động Dao động bên ngoài (quay toàn bộ vỏ máy), dao động bên trong (chỉ quay cụm bắn bên trong) Dao động bên trong Giữ toàn bộ thân máy bên ngoài đứng yên, giúp người chơi khó đoán trước hướng bóng sắp bay ra, nâng cao hiệu quả tập phản xạ.
Cơ cấu xoay trái - phải Bộ truyền bánh răng, cơ cấu thanh truyền Cơ cấu thanh truyền Chế tạo và lắp ráp đơn giản; thanh truyền giới hạn hành trình góc quay cơ học, tránh va chạm ngay cả khi động cơ gặp sự cố điều khiển.
Phương pháp cấp bóng Cấp bóng tự động (thùng chứa xoay), cấp bóng thủ công Cấp bóng thủ công Giảm độ phức tạp chế tạo, tiết kiệm chi phí linh kiện, phù hợp mục tiêu của phiên bản thử nghiệm ban đầu.

Chi tiết thông số kỹ thuật của các bộ phận cơ khí chính:

  • Cụm bắn bóng: Gồm hai bánh đà nhựa ABS đường kính ngoài 100 mm, đường kính trong 90 mm, bề dày 20 mm, khối lượng 0,5 kg, lỗ trục 12 mm. Mỗi bánh đà tiện 3 rãnh tròn để lắp 3 vòng gioăng cao su NBR tiết diện 5 mm nhằm tăng ma sát tiếp xúc với bóng. Hai động cơ DC 775 (điện áp 24V, công suất 100W, tốc độ không tải 8.000 rpm) dẫn động trực tiếp hai bánh đà qua mối ghép có độ dôi với chi tiết trục chữ T bằng thép, cố định bởi gối đỡ vòng bi trục ngang dòng KFL.
  • Cơ cấu thay đổi góc bắn: Gồm hai bậc tự do. Chuyển động nâng - hạ góc ngẩng bắn thẳng đứng sử dụng một động cơ DC giảm tốc (24V, công suất 50W, tốc độ 40 rpm). Chuyển động quét góc ngang trái - phải sử dụng một động cơ DC giảm tốc tương tự liên kết với cơ cấu tay quay - thanh truyền và khung chữ U xoay trên hai gối đỡ trục ngang.
  • Khung vỏ và thân máy: Chế tạo từ thép tấm SS400 định hình, liên kết hàn và bu lông, bao bọc bởi cụm vỏ bảo vệ và chân đế có tích hợp bánh xe di chuyển.

Hệ thống điện và điều khiển:

  • Sử dụng bộ điều khiển lập trình logic PLC làm trung tâm xử lý tín hiệu.
  • Hệ thống mạch động lực điều khiển đảo chiều và cấp nguồn cho 4 động cơ thông qua rơ-le và mạch bảo vệ chuyên dụng trong tủ điện điều khiển kín.
  • Lập trình trên TIA Portal quản lý các khối hàm, bảng biến dữ liệu và khối truyền thông Web_Comm [DB6].
  • Xây dựng giao diện Webserver nhúng trực tiếp vào PLC, đưa lên môi trường mạng Internet cho phép người vận hành sử dụng điện thoại thông minh để đăng nhập, lựa chọn chế độ bắn một điểm cố định, chế độ tự động đảo góc trái - phải, điều chỉnh nâng hạ góc bắn hoặc kích hoạt dừng khẩn cấp.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Giới thiệu

Chương này thiết lập nền tảng khoa học và thực tiễn của đề tài. Tác giả phân tích tính cấp thiết xuất phát từ thực trạng giá thành đắt đỏ của các trang thiết bị thể thao nhập khẩu, lối sống thiếu vận động của thanh thiếu niên và nhu cầu thực hành tích hợp liên ngành cơ khí - mô phỏng - tự động hóa. Đồ án xác lập 3 mục tiêu nghiên cứu, 5 nhiệm vụ kỹ thuật, 6 phương pháp tiếp cận và cấu trúc tổng thể gồm 7 chương. Đối tượng nghiên cứu được khoanh vùng ở máy bắn bóng và quả bóng tennis 64 mm, phạm vi nghiên cứu tập trung vào độ bền kết cấu và vận tốc bóng bắn ra.

Chương 2. Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 2 phác thảo bức tranh lịch sử bộ môn tennis từ trò chơi Paume bằng tay thế kỷ 12 qua các cột mốc phát minh cây vợt, luật chơi ngoài trời của Walter Wingfield (1873) đến các giải đấu Grand Slam. Tác giả trình bày lịch sử phát triển máy bắn bóng từ sáng chế máy quay tay của Rene LaCoste (1920), máy bắn dùng lò xo cơ khí (1950), cỗ máy dùng khí nén Prince của Robert McClure (1968) đến nguyên lý hai bánh xe quay ngược chiều ép bóng hiện đại. Tác giả tiến hành khảo sát các tính năng kỹ thuật của các dòng máy thương mại trong nước (AERO của nhóm kỹ sư ĐH Bách Khoa Hà Nội, T3M Pro tại Nha Trang) và quốc tế (Lobster, Spinfire, Spinshot) làm cơ sở tham chiếu thiết kế.

Chương 3. Lựa chọn phương án và xây dựng mô hình

Chương 3 trình bày việc tính toán lựa chọn các giải pháp kết cấu thông qua các bảng ma trận so sánh. Nhóm tác giả quyết định chọn nguyên lý bắn bóng bằng phương pháp cán ép hai bánh xe, hệ dao động góc xoay bố trí bên trong thân máy, cơ cấu tay quay - thanh truyền để dẫn động quét trái - phải và cấp bóng thủ công. Chương này trình bày chi tiết bản vẽ lắp ráp cụm động cơ - bánh đà, cụm cơ cấu xoay chữ U, cụm đế xoay và cụm vỏ bảo vệ; đồng thời thuyết minh tính chất cơ lý của vật liệu gia công gồm nhựa ABS và thép kết cấu SS400.

Chương 4. Tính toán và mô phỏng quả bóng tennis

Chương 4 tập trung giải quyết bài toán động học và động lực học quả bóng:

  • Mô hình hóa quả bóng cao su rỗng đường kính 64 mm, dày 3,5 mm bằng mô hình vật liệu siêu đàn hồi Ogden bậc 3 với các hệ số thực nghiệm và áp suất bên trong 76.000 Pa.
  • Mô phỏng thí nghiệm nén bán tĩnh (Static Structural) cho thấy quan hệ phi tuyến giữa lực ép (50 - 400 N) và biến dạng dài (5,17 - 30,66 mm); kiểm tra sự hội tụ lưới khi số nút vượt quá 3.000 nút (chọn cấu hình 2.736 nút và 3.505 phần tử tứ diện).
  • Tính toán trên Maple 2018 với bài toán ném xiên đạt tầm xa 20 m ở các góc bắn 30°, 40°, 50°, 60° xác định vận tốc phóng cần thiết là 15 m/s; từ đó tính ra công suất tối thiểu của động cơ là 13,0355 W (đảm bảo phù hợp với động cơ DC 775 công suất 100 W đã chọn).
  • Mô phỏng va chạm Explicit Dynamics xác định vận tốc trung bình của quả bóng thoát ra qua các mức kích thước phần tử lưới: lưới mặc định đạt 15,10 m/s; lưới 3 mm đạt 13,76 m/s; lưới 2,5 mm đạt 13,69 m/s; lưới 2,2 mm đạt 13,72 m/s; lưới 2 mm đạt 13,61 m/s.
  • Thử nghiệm bắn thực tế ngoài sân đo bằng thiết bị quang học ghi nhận vận tốc trung bình đạt 14,1 m/s, chứng minh sự tương thích giữa mô phỏng và thực tế.

Chương 5. Mô phỏng kết cấu của máy bắn bóng tennis

Chương 5 ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn tĩnh để đánh giá độ bền và độ biến dạng của kết cấu thép máy trong các trạng thái tải trọng nguy hiểm:

  • Kiểm tra độ bền cụm khung đỡ động cơ và bánh đà khi xảy ra sự cố bóng bị kẹt, chịu phản lực ép cực đại.
  • Mô phỏng độ dịch chuyển lớn nhất và ứng suất tương đương của cụm khung chữ U khi quay tới vị trí góc biên trái và góc biên phải dưới tác dụng của trọng lượng bản thân, lực gia tốc và momen thanh truyền.
  • Mô phỏng khung đỡ dưới cùng thông qua việc trích xuất phản lực và phản momen từ các khớp quay (joint probe) khi khung trên quay sang trái và sang phải. Toàn bộ ứng suất sinh ra đều nằm dưới giới hạn chảy của thép SS400 (210 MPa), đảm bảo an toàn kết cấu và duy trì độ cứng vững khi máy làm việc.

Chương 6. Điện và điều khiển

Chương 6 trình bày thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển tự động. Tác giả đưa ra bảng thống kê toàn bộ thiết bị điện, sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển, mạch động lực và bố trí thực tế bên trong tủ điện. Chương này mô tả các khối hàm lập trình trong TIA Portal, bảng địa chỉ tag trung gian, cấu trúc khối dữ liệu trao đổi Web_Comm [DB6]. Tác giả trình bày phương thức cấu hình máy chủ Webserver kết nối Internet, cung cấp các giao diện điều khiển thực tế hiển thị trên điện thoại thông minh: màn hình đăng nhập bảo mật, màn hình hướng dẫn thao tác và giao diện giám sát trạng thái bắn bóng.

Kết luận và kiến nghị

Tóm tắt các kết quả đạt được về sản phẩm phần cứng, hồ sơ thiết kế (tập bản vẽ và thuyết minh tính toán), kết quả kiểm nghiệm mô phỏng và kiến nghị phương hướng nâng cấp cơ cấu cấp bóng tự động cho các giai đoạn phát triển sau.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã hoàn thành việc thiết kế, mô phỏng số và chế tạo thành công máy bắn bóng tennis thực tế với các chỉ số kỹ thuật cụ thể:

Thông số kỹ thuật Giá trị công bố trong đồ án
Kích thước bao ngoài (Dài × Rộng × Cao) 460 mm × 360 mm × 760 mm
Khối lượng toàn bộ máy 20 kg
Vận tốc bóng bắn ra trung bình đo thực tế 14,1 m/s
Tần suất bắn bóng 15 - 20 quả/phút
Bậc tự do điều chỉnh hướng bóng 2 bậc tự do (nâng hạ góc ngẩng, quay quét trái - phải)
Phương thức điều khiển Điều khiển từ xa qua giao diện Webserver trên điện thoại
Khả năng di động Trang bị bánh xe di chuyển gắn dưới khung đế
Cơ cấu bắn 2 bánh đà nhựa ABS bọc gioăng NBR, dẫn động bằng 2 động cơ DC 775 (100W, 8.000 rpm)
Cơ cấu điều chỉnh hướng 2 động cơ DC giảm tốc (50W, 40 rpm) kết hợp cơ cấu thanh truyền

Các kết quả nghiên cứu và đóng góp học thuật nổi bật:

  • Xây dựng thành công phương pháp tính toán và mô phỏng va chạm động lực học phi tuyến Explicit Dynamics trên Ansys cho quả bóng tennis vỏ cao su siêu đàn hồi Ogden 3 bậc, đạt sự hội tụ vận tốc ở dải lưới mịn từ 2,0 mm đến 2,5 mm quanh mức 13,60 - 13,69 m/s, tiệm cận sát với kết quả đo đạc thực nghiệm ngoài sân đạt 14,1 m/s.
  • Xác định đường cong quan hệ lực - biến dạng phi tuyến của quả bóng tennis qua mô phỏng nén bán tĩnh (tải trọng từ 50 N đến 400 N tương ứng độ co ngắn từ 5,17 mm đến 30,66 mm).
  • Đánh giá định lượng trạng thái biến dạng và độ bền tĩnh của các cụm khung thép SS400, khẳng định kết cấu an toàn trong cả điều kiện làm việc bình thường lẫn sự cố kẹt bóng.
  • Triển khai thành công ứng dụng tự động hóa với PLC Siemens và Webserver điều khiển qua mạng Internet, tạo ra một sản phẩm cơ điện tử hoàn chỉnh với chi phí gia công hợp lý, có tính ứng dụng thực tiễn trong trường học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo nội dung đồ án được công bố, nghiên cứu còn một số hạn chế kỹ thuật:

  • Phương pháp nạp bóng vào máy hiện tại vẫn là cấp bóng thủ công bằng tay (người chơi hoặc người hỗ trợ phải trực tiếp thả bóng vào họng nạp), chưa có cơ chế cấp bóng tự động liên tục.
  • Hệ thống chưa có khả năng điều khiển độc lập tốc độ từng bánh đà để tạo ra các đường bóng xoáy chuyên sâu (topspin, backspin) theo yêu cầu kỹ thuật cao.

Các hướng mở rộng được tác giả đề xuất:

  • Thiết kế và chế tạo bổ sung cụm thùng chứa và cơ cấu cấp bóng tự động nhằm nâng cao tính tự động hóa, cho phép người chơi tập luyện độc lập.
  • Nâng cấp chương trình điều khiển PLC để điều chỉnh linh hoạt và độc lập vận tốc hai bánh đà, tạo ra nhiều quỹ đạo bóng xoáy phong phú hơn.
  • Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện thuật toán và cảm biến để xây dựng các phiên bản máy bắn bóng thông minh hơn trong tương lai.

Giá trị tham khảo

Đồ án là nguồn tài liệu hữu ích cho:

  • Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy, Cơ điện tử và Kỹ thuật Tự động hóa đang thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp liên quan đến thiết kế máy tập thể thao, máy ném/bắn vật thể.
  • Những người nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) muốn tham khảo quy trình khai báo vật liệu siêu đàn hồi (Ogden 3rd model), thiết lập bài toán nén bán tĩnh và bài toán va chạm động lực học Explicit Dynamics trong phần mềm Ansys.
  • Kỹ sư điều khiển quan tâm đến giải pháp tích hợp PLC Siemens kết hợp truyền thông Webserver nhúng để điều khiển thiết bị ngoại vi thông qua trình duyệt web trên thiết bị di động.

Các phần nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu gồm:

  • Quy trình toán học tính toán công suất động cơ và quy trình thiết lập bài toán mô phỏng va chạm Explicit Dynamics tại Chương 4.
  • Phương pháp phân tích ứng suất, biến dạng kết cấu tại các góc xoay nguy hiểm của khung máy tại Chương 5.
  • Sơ đồ nguyên lý đấu nối mạch điều khiển - mạch động lực và chương trình điều khiển qua Webserver tại Chương 6.

Câu hỏi thường gặp

1. Quả bóng tennis được mô hình hóa trong phần mềm Ansys với những thông số vật liệu và hình học nào?
Quả bóng được mô hình hóa dưới dạng khối cầu rỗng có đường kính ngoài 64 mm, đường kính trong 57 mm, bề dày thành cao su 3,5 mm, khối lượng riêng được hiệu chỉnh để đạt khối lượng 56 g và áp suất khí nén bên trong là 76.000 Pa. Vật liệu vỏ cao su được mô tả bằng mô hình siêu đàn hồi Ogden bậc 3 (Ogden 3rd model) với các tham số năng lượng biến dạng được xác định từ các thử nghiệm kéo mẫu thực nghiệm.

2. Vì sao cơ cấu xoay hướng bắn trái - phải của máy lại chọn dạng thanh truyền thay vì bộ truyền bánh răng?
Nhóm nghiên cứu lựa chọn cơ cấu thanh truyền vì cơ cấu này dễ chế tạo, gia công và lắp ráp hơn so với bánh răng. Quan trọng hơn, thanh truyền giúp giới hạn biên độ góc quay bằng kết cấu cơ học, đảm bảo cụm bắn bóng không bị xoay quá góc cho phép ngay cả khi động cơ gặp sự cố tín hiệu điều khiển.

3. Kết quả mô phỏng vận tốc bóng bằng phương pháp Explicit Dynamics thay đổi như thế nào khi chia lưới mịn dần?
Khi chia lưới mặc định, vận tốc trung bình của quả bóng đạt 15,10 m/s. Khi tăng độ mịn của lưới xuống 3 mm, vận tốc giảm còn 13,76 m/s; ở mức lưới 2,5 mm là 13,69 m/s; ở mức lưới 2,2 mm là 13,72 m/s; và ở mức lưới mịn 2 mm, vận tốc hội tụ ở mức 13,61 m/s.

4. Máy bắn bóng tennis thực tế chế tạo được có kích thước, khối lượng và thông số vận hành ra sao?
Máy có kích thước bao ngoài 460 mm × 360 mm × 760 mm, khối lượng 20 kg, được trang bị bánh xe di chuyển. Máy có 2 bậc tự do điều chỉnh hướng bắn, tần suất phóng đạt 15 - 20 quả/phút, vận tốc bóng phóng thực tế đạt trung bình 14,1 m/s và có khả năng điều khiển từ xa thông qua giao diện Webserver trên điện thoại di động.

5. Công suất tối thiểu cần thiết của động cơ dẫn động bánh đà được tính toán là bao nhiêu và nhóm chọn loại động cơ nào?
Từ bài toán ném xiên với vận tốc bóng yêu cầu 15 m/s để bóng bay xa 20 m tới cuối sân, tác giả tính toán động năng quả bóng và hai bánh đà, xác định công suất tối thiểu cho mỗi động cơ là 13,0355 W. Nhóm đã lựa chọn 2 động cơ DC 775 có công suất 100 W và tốc độ quay không tải 8.000 rpm, hoàn toàn đáp ứng dư tải cho hệ thống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chế tạo và thử nghiệm máy bắn bóng tennis" đã hoàn thành toàn diện các mục tiêu đặt ra từ nghiên cứu lý thuyết, tính toán mô phỏng số đến chế tạo thực nghiệm cỗ máy cơ điện tử hoàn chỉnh. Bằng việc kết hợp hiệu quả giữa mô hình hóa va chạm Explicit Dynamics trên Ansys và hệ thống điều khiển tự động PLC Siemens tích hợp Webserver, sản phẩm thực tế đạt vận tốc phóng 14,1 m/s với kết cấu vận hành ổn định và an toàn. Công trình cung cấp giải pháp máy bắn bóng chi phí phù hợp phục vụ tập luyện cơ bản, đồng thời đóng góp một bộ tài liệu kỹ thuật chi tiết về ứng dụng mô phỏng vật liệu siêu đàn hồi trong thiết kế cơ khí chế tạo máy.