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 Mecatrónica
Línea 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 tenis
para personas de nivel básico y medio a un
costo razonable, debido a que la practica de este
deporte en nuestro país no es muy
económica, se diseña un dispositivo a partir de
recursos propios con un presupuesto de
1’000.000 de pesos y un tiempo de realización
de 4 meses que aplique todos nuestros
conocimientos en mecánica, electrónica y diseño
que 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)
SuperCoach
1.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 Five
Oscillation: 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 Partner
Electronic 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 “lluvia
de ideas” y revisión de benchmarking
Se sacaron 6 categorías de clasificación donde
se 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 potencia
son de acero 1020, la estructura de la maquina consta de perfiles de
hierro. El sistema de selección es de madera y la tolva es de plástico. El
tubo flexible que permite la comunicación entre el sistema de
lanzamiento y el de alimentación es de poliamida. Los volantes que
lanzan la pelota son de nylon. Además, se compraron dos motores de
100 W de potencia a 24V para imprimir energía a la pelota. Tres
motoreductores se usaron para desplazar el sistema de lanzamiento y
para 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.

PRODUCTO
Después 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 consta
básicamente de 5 subsistemas principales
de 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 en
parte en el laboratorio de diseño por lo que
se redujeron gastos de los integrantes. El
costo del maquinado y soldado de piezas
por 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 definitiva
puesto que el proceso de realización del producto
no se ha completado.

RECOMENDACIONES
•Hacer un cronograma de trabajo en el que el
tiempo de cada integrante del grupo de diseño
pueda ser usado de la manera más eficiente
•Contactar la mayor cantidad de proveedores de
elementos del prototipo para tomar la decisión de
escoger el que más se adapte a necesidades y
requerimientos.
•Seria bueno encontrar opiniones o consejos de
personas con experiencia para poder abordar
mejor 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

Lanzador de pelotas de tenis

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (12)

Semelhante a Lanzador de pelotas de tenis

Semelhante a Lanzador de pelotas de tenis (20)

Mais de Diego Eslava

Mais de Diego Eslava (20)

Último

Último (20)

Lanzador de pelotas de tenis