ROBOVEDRO — робот для настольного тенниса

Здравствуйте, уважаемые читатели журнала Datagor.ru! Хочу представить вам «ROBOVEDRO» — проект подающего робота для настольного тенниса, который будет полезен новичкам и любителям при отработке приёма различного типа подач в любую зону стола, поможет рассчитать тайминг и силу приёма мяча.


А ещё можно просто привыкнуть к новой накладке или ракетке, и хорошенько простучать её.

↑ Идея робота-теннисиста

Идея создания робота-подающего закралась мне в голову года четыре назад. После разгромного поражения в первом турнире по настольному теннису на работе я не мог понять, как принимать целый ряд подач, направленных на подавление неопытных любителей.
Например, низкая подача с верхним боковым вращением в правый угол стола.
Противники, встречающиеся мне ранее, использовали более открытую игру и подобными подачами не пользовались.

Первой идеей было попросить знакомого кандидата в мастера спорта поднатаскать меня в приёме подобных подач. Но оказалось, что он с его стилем игры низкие подачи не использует.

Что оставалось делать? Искать нужного человека и просить его подавать мне сотни раз? Никто на это не согласится.

Так я и пришел к идее подающей машины.

В продаже подобных конструкций существует много, но они либо непомерно дорогие, либо бюджетные, и могут выполнить только плоский тип подач, не представляющих для меня никакого интереса.

Я начал активно изучать самодельные конструкции подобных машин и нашел многофункциональный вариант от японского дядьки, доступный для повторения и открытый для модификаций.

↑ Конструкция подающего робота

Конструкция проста. Тихоходный двигатель подаёт мячи в трубу, в которой быстрый двигатель с насадкой выбрасывает их, придавая вращение.

За основу я взял обычное 10-литровое ведро. Спилил ручку. Около дна прорезал отверстие под сантехническую сливную трубу диаметром 50 мм и временно проклеил стык термоклеем.

Две алюминиевые полоски соединены со стандартным крепёжным углом и закреплены на платформе из ДСП.

Вот и вся основа.
Теперь нужно установить подводящий двигатель и двигатель, выбрасывающий шар.

↑ Тихоходный двигатель загрузки и блок управления

Вариантов медленного двигателя у меня было немного. Либо редукторный на 220В, с частотой 45 оборотов в минуту. Либо шаговый от огромного принтера.

Редукторный вариант быстро отпал ввиду трудности регулирования частоты вращения. Вариант с шаговым двигателем мне казался более приемлемым в виду многообразия схем управления. В итоге использовал схему с Радиопарти.ру.


В основе лежит микроконтроллер PIC12F629, выходные управляющие сигналы которого открывают транзисторы КТ829А и подают напряжения питания в определённой последовательности на обмотки шестиконтактного шагового двигателя.

Имеем кнопки «Вперёд», «Назад» и «Полный ход». В вариантах «Вперёд» и «Назад» существует возможность плавной смены частоты вращения при помощи потенциометра R6.
Плата проста и компактна.

Из минусов платы хочу отметить практически полное отсутствие места под радиаторы управляющих транзисторов. При токе более 1,5А они обязательны.

Так же встала проблема в избыточном токе через обмотки двигателя. Сопротивление каждой обмотки 6 Ом, от средней точки соответственно 3 Ом. Напряжение питания 15-20 Вольт. При максимальном напряжении через обмотку от средней точки будет протекать 6,5А, что просто неприемлемо и приведёт к быстрому выходу из строя шагового двигателя. Добавил гасящий резистор на 5 Ом 20 Ватт последовательно средней точке обмотки, чтобы максимальный ток не превышал 2,5 А.

Просверлил в центре ведра отверстия под крепление двигателя. На двигатель насадил полую трубку диаметром 8 мм и нарезал внутри резьбу диаметром 4 мм. Никакого стопора сверлить не стал, а просто посадил трубку на суперклей. Решение простое, но не очень надёжное.


Из ЛДСП толщиной 4 мм вырезал диск, диаметром чуть меньше диаметра дна ведра. В диске сделал воронкообразный вырез-ловушку, чтобы туда попадал мяч и не выкатывался вплоть до подачи его в трубу. В центре диска просверлил и раззенковал отверстия под винт 4 мм впотай и соединил двигатель с диском.

В видео демонстрируется принцип подачи мяча в трубу.


Внутренности нужно делать максимально глянцевыми и скользкими, чтобы уменьшить трение и нагрузку на двигатель.

↑ Быстрый двигатель подачи и Блок управления

Быстрый двигатель с насадкой выполняет функцию выталкивания шара из трубы.
Я использовал советский щёточный, работающий в диапазоне от +5В до +24В. Количество оборотов в минуту не знаю.

Как видно на фото, на двигателе стоит нехитрая насадка. В качестве переходника использована биметаллическая трубка диаметром 6 мм.

Со стороны двигателя высверлено отверстие под посадки внатяг и законтрено при помощи винта диаметром 2 мм. На трубку насажено колесо от игрушечного танка, с которым я так любил проводить время в детстве. На танке было много колёс, из которых было выбрано самое сбалансированное.

На колесо наклеена полоска, вырезанная из китайской накладки для теннисной ракетки «KTLPROXP».

Эта накладка проработала на ракетке всего пару месяцев и совершенно мне не понравилась. Снял её и без всяких сожалений разрезал на ленты. Подкладка и рабочая поверхность этой накладки в теннисном жаргоне очень «тухлая», то есть мягкая и мяч возвращают с огромными потерями по скорости, относительно скорости приёма.

Подобные качества отлично подходят для выталкивания мяча из трубы: колесо захватывает мяч, проминает губку накладки и придаёт дополнительное вращение.
Наклеить вырезанную полоску на пластик не получится, слетит моментально. Сначала я проклеил колесо обычной бумагой при помощи суперклея. После этого уже наклеивал полоску на колесо при помощи резинового специального клея для накладок «DAWEI Blue Devil».

Боковые поверхности так же промазал для лучшей фиксации.

Биения этой комплексной насадки играют важную роль и с первого раза я не смог собрать добротный экземпляр. Все отверстия сверлил микродрелью с заметными неточностями, что привело к серьёзным биениям и общей вибрации.

Для финального варианта пришлось использовать сверлильный и токарный станки.

Двигатель располагается на отдельной сантехнической трубе длинной 20 см и диаметром 50 мм, которая вставляется в основную трубу. Сделано это для того, чтобы можно было вращать получившуюся сборную насадку относительной основной трубы. Смена угла будет менять направление вращения мяча при вылете.

Двигатель закреплён на деревянном бруске при помощи пары просверленных червячных хомутов и винтов 40×4 мм. В трубке вырезано отверстие, в которое входит колесо.
Уровень входа колеса необходимо подбирать. Чем сильнее контакт мяча и колеса, тем больше закрутка и скорость выхода. Но здесь главное не переборщить, иначе мячи будут быстро разбиваться.

Малый же контакт с мячом приведёт к случайному выбросу мяча по силе и закрутке.

Мой вариант с деревянным бруском в качестве основы не самый лучший, так как затяжка со временем продавит волокна древесины и придётся подтягивать конструкцию. Результирующую насадку с трубой и двигателем закрепил на основную трубку и затянул червячным хомутом. Без затяжки даже малая вибрация сможет сменить угол установки.

Видео работы системы с быстрым двигателем.


Основные плюсы щёточного двигателя: он довольно дешёвый, мощный, практически не теряет скорости при контакте колеса с мячом и не требует дополнительной схемы управления. Минусы – шумный и тяжёлый.

Можно было поставить бесколлекторный мотор, но при нужной мощности он будет довольно дорогим удовольствием, да и без платы управления его не запустишь.

Чтобы зарядить ведро я купил в Китае «боеприпасы» — 100 шт. теннисных шаров Huieson 40+.


Настройка системы заняла пару дней. Шарики не всегда закатывались в трубу и при загрузке более 70 мячей движок клинило. Причиной послужила чёрная матовая краска внутри, которая увеличивала трение. Пришлось внутренности экстренно перекрашивать в глянец.

При длительном использовании заметно разогревался шаговый двигатель. Для надёжности в основу из ДСП врезал вентилятор для охлаждения двигателя и гасящих резисторов.

Ниже выкладываю игровой тест робоведра. Робот поставлен высоко для имитации навесного топспина (сильное верхнее вращение) — элемента, на приёме которого чаще всего ошибаются новички и любители.

На видео есть элементы подрезки, перекрутки, резкой контратаки и левого отыгрыша. Снято в сельском доме культуры, с явно выраженной атрибутикой Советского периода.
Сетки-уловителя у меня нет, поэтому всю сотню шаров потом приходится собирать по всему полу.


Информация для тех, кто в теме: в руках у меня кастомная ракетка из Европейского основания «StigaEnergiWood», красная накладка – «MarsII», чёрная – «Stiga CALIBRA TOUR H».

↑ Файлы

🎁 Архив: схема, плата, прошивка МК  41.01 Kb ⇣ 27

↑ Итоги

Плюсы:
• Простота (если не брать в расчёт токарные работы) и дешевизна конструкции.
• Универсальность, ведь варьируя угол контакта колеса с мячом можно настроить практически любой тип подачи.

Минусы:
• Большое ток потребление (порядка 3А) и шумность при работе.
• Невозможность подачи некручёного мяча. Варируя положением колеса относительно мяча, можно настроить совсем лёгкое вращение, но совсем от него избавиться невозможно, для этого нужно второе колесо.

Надеюсь, что статья будет полезна и вдохновит на сборку аналогичного аппарата. По себе скажу, что после пары недель тренировок с роботом я намного уверенней себя чувствовал при игре с реальными людьми.

На базе этого робота можно собрать более сложные подающие машины, добавляя второе колесо для усиления вращения или подачи плоского мяча. Можно установить автоматику, дистанционное управление и т.д.

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации