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《乒乓球对练机器手的仿真设计-开题报告》-单片机

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本资源内容包括:开题报告

一、《乒乓球对练机器手的仿真设计》-资源截图


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二、《乒乓球对练机器手的仿真设计》-资源简介:
  
乒乓球对练机器手的仿真设计
一、选题目的及意义

(一)选题的背景
乒乓球被称为我国的“国球”,历年来,中国乒乓球队在各项国际大赛中所向披靡,稳稳占据着“霸主”地位。“乒乒乓乓天下无双”,乒乓球不仅给我们带来了无限荣耀,更是在日常生活中,为我们带来快乐与健康。乒乓球拥有着浓厚的群众基础,是全民健身中的一项重要运动。乒乓球运动的特点是球体轻、速度快、旋转变化多、富有技巧性和趣味性。乒乓球运动由于所需的设备比较简单,且不受年龄、性别限制,运动量可大可小,因此深受健身运动者的喜爱。全民对乒乓球的健身运动热潮愈演愈烈,健身器材的市场需求也在不断的扩大。

(二)选题目的
    随着时代的改变,高科技的发达,对练机器手成为人们日常锻炼身体的好搭档,给人们带来很大的方便及作用。对于乒乓球爱好者来说缺少陪练人员或者训练不佳是一件很懊恼的事。本设计就是基于这一需求,设计一种有效的乒乓球对练机器手。能随时与乒乓球爱好者陪练,乒乓球通过传感器感应而向对方发球,同时能控制多球训练。

(三)选题意义
乒乓球运动堪称我国的国球,如今随着生活的水平提高以及人们对生活物质要求的增加,乒乓球运动越来越受到人们的喜欢,成为人们健身活动的主要项目之一。虽然爱好乒乓球运动的人越来越多,但往往由于缺少陪练人员或者陪练的发球力度、角度、远近距离及球的旋转等技术发挥不稳定而导致训练效果欠佳。为了解决这两大难题,设计一种既经济又实用的乒乓球对练机器手具有积极重要的时代意义,让更多的人能更舒适、更有效地进行多球练习。乒乓球对练机器手是集电子、机械和计算机技术为一体的综合技术产物,采用单片机控制,不仅能够提高发球性能,而且能够降低成本,可以大大地提高训练效率。而且每位乒乓爱好者都希望有一位与自己水平相当的陪练者。在当今工作忙,生活节奏快的条件下,乒乓球对练机器手则是个理想的、不受时间限制的良师益友。功能多,价格低、能够针对不同练习者的特点进行击球方式的设定及套路设定的对练机器手,则是乒乓球爱好者的共同愿望。从经济观点或科研方面考虑,乒乓球对练机器手的开发、研究与应用都能极大地推动体育运动事业的发展,其未来的前景将会很大。

二、选题设计的思路和方案
针对已有乒乓球接发球的特点、技能训练需求、人体力学的需求,再结合现有乒乓球对练机器手的市场需求,设计一种新型、简易的乒乓球对练机器手:基于单片机的乒乓球对练机器手。本课题拟对比国内外乒乓球对练机器手的现状,对已有对练机器手的机械结构进行分析,对乒乓球对练机器手的设计思想、工作原理、结构特点及控制系统进行方案设计,具体包括外围设备的选择、电动机的选择、PWM驱动器的选择等。根据乒乓球飞行过程的受力分析建立数学模型,并利用MATLAB进行运动仿真,分析出控制落球点各参数的合理取值范围,得出其相互制约关系。设计的乒乓球对练机器手包括机械结构部分(主要由储球机构、拨球机构、螺旋送球机构、高度调整机构、横摆机构、纵摆机构、对练机器手构、机座、限位加固支架、简易可拆卸手拉杆以及传动机构等十一部分组成)以及控制系统部分,由伺服电动机驱动,可发出多种带有不同旋转性质的球。采用C51单片机作为控制核心微处理器实现仿真设计图,同时C51单片机对传感器采集到乒乓球所有的信息进行分析,通过LED液晶显示器可以显示对练机器手的当前状态。

(一)乒乓球对练机器手的系统设计:
乒乓球对练机器手的仿真设计
 
2.1乒乓球对练机器手的系统设计逻辑图
 
(二)控制系统的设计:

本课题设计的乒乓球对练机器手的控制器采用美国ATMEL公司的8位单片机C51为核心微处理器,外围扩展电路包括:电动机驱动电路、电动机转速测量电路、键盘和液晶显示电路。核心微处理器对传感器采集的转速信号进行分析,计算出与给定转速的误差值,启动软件算法调节器,产生输出信号经过驱动电路送给直流电动机,通过对直流电动机的调节实现对速度的闭环控制,同时驱动各步进电动机执行相关动作。通过键盘可以选择发球模式,以及设置发球速度、方向等,液晶显示器可以实时监控发球机的当前状态。控制系统总体设计如图2.2:

 
乒乓球对练机器手的仿真设计-开题报告 
图2.2 控制系统总体设计硬件电路原理图
 
三、选题相关支持条件(理论知识、软件或硬件条件等)

理论知识:研究自动乒乓球对练机器手的发球原理和工作过程,同时根据乒乓球在空中的受力情况建立其数学模型,运用MATLAB分别对不同运动状态的乒乓球的运动轨迹进行仿真分析,确定该乒乓球对练机器手可以通过调节各种参数,得到运动状态和不同落点的球,从而满足设计要求。

软件或硬件条件:本次毕业设计的乒乓球对练机器手的控制器采用AT89C51单片机为核心微处理器,外围扩展电路包括:电动机驱动电路、电动机转速测量电路、键盘和液晶显示电路。核心微处理器对传感器采集的转速信号进行分析,计算出与给定转速的误差值,启动软件算法调节器,产生输出信号经过驱动电路送给直流电动机,通过对直流电动机的调节实现对速度的闭环控制,同时驱动各步进电动机执行相关动作。通过键盘可以选择发球模式,以及设置发球速度、方向等,液晶显示器·可以实时监控对练机器手的当前状态。

四、选题预期达到的目标:
本次毕业设计是以现有乒乓球对练机器手为背景,设计小巧、经济、方便的乒乓球对练机器手,并对其进行机械结构设计和控制系统设计。分析乒乓球对练机器手的工作原理及工作过程,并阐述这种工作过程的可靠性及优越性,绘制对练机器手的总装图和零件图。根据乒乓球飞行过程的受力分析进行数学建模,并利用MATLAB仿真其过程,分析出控制落球点各参数的合理取值范围,得出其相互制约关系,最后对对练机器手进行相应分析设计,完成其设计方案,同时对控制电路进行相应的设计,最终得出结论,说明设计出基于单片机的乒乓球对练机器手是完全可行的。

五、进度安排(描述具体年月区间的研究进度及内容等)
    1、2016.10.21-2016.11.4:选题完成,确定指导教师;
2、2016.11.5-2016.12.4:查阅资料,进行收集整理,同时撰写开题报告
3、2016.12.5-2016.12.9:进行开题答辩:
4、2016.12.10-2017.3.19:学习相关开发工具同时查阅本次设计相关论文资料,初步完成各个模块的相关功能;
5、2017.3.20-2017.5.7:完成各功能模块,形成可运行的软硬件系统或仿真、设计图纸等,完成毕业论文(设计)定稿:
7、2017年5月8日至2017年5月19日:进一步完善毕业论文(设计)定稿,准备最终答。

六、主要参考文献(不少于5篇)
[1] 何家梅.乒乓球三维运动仿真分析.[N].郑卅经济管理干部学院学报,2016,21(3):90-91.
[2] 关慧贞,高英明.[M].一种收拾对练机器手器人的设计.机床与液压,2014,(12):141-143.
[3] 崔静 刘少军 罗斌.基于单片机的乒乓球对练机器手设计. [J] .机电工程2015年3月第25卷第3期.
[4]聂勤务,蒋伟进.抛物运动的计算机仿真研究.[N].株洲工学院学报,2013,(2):49-51.
[5] 吴宗泽 罗圣国.机械设计课程设计手册(第3版). . [M] .高等教育出版社.2016.
[6] 崔静 刘少军. 自动乒乓球对练机器手设计及其控制系统的研究.[D].中南大学2015年12月3.


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