Post on 06-Jul-2015
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.
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)
ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(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
ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(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
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
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
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
GENERACIÓN DE CONCEPTOS
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.
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.
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.
GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
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
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
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
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
ANÁLISIS ECONÓMICO
•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
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.
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 – oaarizav@unal.edu.co
Fabio A. Cruz – facruzs@unal.edu.co
Johannes H. Rangel – jhrangelg@unal.edu.co