הפקולטה להנדסה -
המגמה להנדסה מכנית
מאי 2002
מכונה לאימון טניסאים
תקציר לספר הפרויקטים
פרוייקט גמר
הכין: שי
רגב
מנחה: מר
מרדכי וקסמן
מכונה לאימון טניסאים-תקציר מנהלים
תיאור הנושא
מכונות לאימון טניסאים קיימות זה שנים רבות. הן בנויות
לאמן טניסאים מרמת מתחילים ועד מקצוענים, במגוון רב של חבטות. ענף ספורט זה ביצע
קפיצת מדרגה בשנים האחרונות ושיפורים טכנולוגים במחבטי הטניס ובאופן אחיזתם הביאו
לכך שהמשחק משוחק כיום במהירויות שעד לפני זמן לא רב נראו כבלתי אפשריות.
חבטות הגשה במהירויות שעולות על 200 קמ"ש ואשר
מסחררות את הכדור באלפי סיבובים לדקה הן כיום תנאי כניסה למועדון הטניס המקצועני.
עוצמת החבטה ומידת הסחרור הן למעשה חתימת ידו של כל שחקן. לכל אחד העוצמה
והסחרור הטיפוסיים לו עבור כל מכה . החשוב הוא שקיים צורך אמיתי במכונה שתוכל
להתחקות אחר החבטות של שחקנים מקצועניים מהגובה ממנו יוצא הכדור, דרך העוצמה בה
הוא משוגר ועד למהירות הסחרור מכיוון שהיכולות לענות על חבטות שכאלה מהווה
כ-50% מהמשחק.
ע"ב מאגרי מידע שנאסף במחקרים שונים, ניתן לומר כי
מכונה שכזאת אפשרית בהחלט ותאפשר לשחקנים להתאמן נגד יריב מוגדר, בעל יתרונות
וחסרונות.
מטרת הפרויקט
פיתוח מכונה אשר תוכל להתרומם לגובה של 3 מ' ולשגר
כדורי טניס במהירות ובמסלול הדומים לחבטת טניס המוגשת ע"י שחקן מקצועני. כל
זאת תוך שמירה על מימדי מכונה סבירים כך שתוכל להיכנס דרך דלת מחסן סטנדרטית.
מהות הפרויקט
בפרויקט נעשה בשלב הראשון מחקר מקיף בנוגע למושגים
השונים של הספורט תוך מתן דגש על חשיבות הסחרור (Top Spin, Back Spin, Slice)
למשחק המקצועני. נעשה סקר שוק מלא ונבנה מפרט דרישות יחד עם מאמן טניס מקצועי.
לאחר מכן פותח קונספט חדש ונעשה תיכון למכונה.
קונספט נבחר
תיאור המכונה
המערכת שנבחרה מתוך החלופות השונות מורכבת מ-5 תת
מערכות:
מערכת השיגור
המכונה מתוכננת לשגר חבטת פתיחה מושלמת ב-130mph
ובסחרור של 4000rpm. בחרתי להשתמש בגלגלי האצה,
השיטה המאפשרת סחרור באופן מבוקר ופשוט ע"י האטה של אחד הגלגלים.
תכננתי מערכת שיגור המבוססת על גלגלים הגדולים ב-50%
מאלה הקיימים כיום (קוטר 30 ס"מ). לגלגלים הוספתי תוספת מגומי להעלאת מקדם
החיכוך בינם ובין הכדור ופרופיל הגלגל הותאם לכדור כך שברגע המעיכה יבוא שטח גדול
ככול האפשר עם הכדור והכדור עצמו ימורכז.
הסל"ד המקסימאלי עבור הגלגלים הוא כ-4500rpm.
את הגלגלים ייצבתי בין שתי פלטות אלומיניום . פלטות אלה מקטינות את שקיעת הציר
ומאפשרות עבודה בסל"ד גבוה יותר.
מערכת הגלגול
תפקיד מערכת הגלגול הוא להטות את גלגלי ההאצה בזויות של
עד 
. הטיית הגלגלים תהפוך סחרור קדמי ( Top Spin) לסחרור צידי (Slice), אופציה שכמעט ואיננה
קיימת במכונות אחרות. מערכת הגלגול ממוקמת בחלקה האחורי של הכנה, אחרי מערכת
הכינון ולכן היא מאפשרת את השינוי בסחרור הכדור ללא השפעה על כיוון הכדור ביציאה
מהמכונה.
המערכת מורכבת מהחלקים הבאים:
לשם בחירת המנוע נבנה אופיין טיפוסי לתנועת המנוע הזה בפרט
ושאר מנועי הבקרה בכלל:
תאוצה ותאוטה של 1 sec.
והשלמת טווח התנועה בכ-3 שניות.
מערכת הכינון
מערכת הכינון מורכבת משתי תת מערכות: הגבהה וצידוד.
תפקיד המערכת הוא לכוון את מערכת השיגור בדיוק רב אל כל נקודה אפשרית במגרש.
המערכת חייבת להיות מדויקת , אך גם מהירה מאוד ולאפשר חבטות שונות בקצב משחק רגיל.
מערכת הצידוד
מערכת זו מסובבת את הכנה מצד לצד ע"י רצועה:
מערכת ההגבהה
תוכננה כך שמנוע רב עוצמה יחובר ישירות לציר ההגבהה
וישלוט בה.
המנועים כולם מוזמנים בתוספת בלם מגנטי. ע"מ
להפחית את המאמץ על המנוע ולמנוע היסחפות בשל שינויים בתנע הזוויתי של הכנה.
מערכת ההזנה
מערכת זו כוללת את כל החלקים שמולכים את הכדור
ממאגר הכדורים ועד אל בין גלגלי ההאצה.מנוע פשוט מסובב את התוף ומתזמן את קצב יציאת הכדורים.
הכדורים נעים דרך צינור ההזנה אל בין הפלטות שם
הם מנותבים ע"י תעלה ישירות אל בין הגלגלים.
כיסוי המכונה:
מלבד תוף התזמון החלק המשמעותי ביותר הוא כיסוי המכונה
אשר לו מספר תפקידים:
1.
מימדים שיאפשרו מעבר דרך דלת סטנדרטית.
2.
על
הכיסוי חייבת להיות הכנה למערכת אורות שתוכל להודיע מראש על רגע יציאת הכדור.
3.
אוגר
כדורים.
4.
הגנה
מפני נזקי מזג אויר.
5.
הכיסוי הוא מראה המכונה ולכן חייב להראות יפה
ואטרקטיבי.
6.
הסתרת
המנגנון.
מערכת
הרמה
בחיפוש אחר פתרונות הרמה אפשריים נראה כי פתרון
מסוג שולחן הרמה סקיסור ורטיקאלי כפול או משולש הוא הפתרון האידיאלי
שמשלב יציבות והתארכות מקסימאלית .
מציאת שולחן הרמה שיתאים לדרישות הייתה בעיה לא קלה,
השולחנות לגבוה רב נבנים ע"מ לעמוד בעומסים של 1000 ק"ג לפחות, לכן הם
גדולים ומסיבים מידי לצרכים שלנו. הפתרון בו בחרתי הוא "לשדך"
שני שולחנות מסוג זה אחד על גבי השני. כל ששני השולחנות ביחד יגיע לגובה הרמה מקסימאלי של 314 ס"מ.
עלות המערכת כולל עגלה תהיה 2553$, כ-1200 דולר זול יותר מהמעלית המוצאת למכירה
ע"י PlaymateServeLift למשל.
סיכום
במפרט הדרישות הראשוני של המכונה, נדרש מהמכונה לשגר
כדורי טניס במהירות הגבוהה ב-25% מכל מכונה אחרת ולהתרומם עד לגובה של 3 מ'
כשהמשקל הנדרש היה 75 ק"ג בלבד.
לאחר שעות של מחקר ופיתוח הגעתי למסקנה כי משקל זה
איננו ריאלי.
לא ניתן לתכנן מכונה יציבה, שתכלול מערכת הרמה במשקל כה
נמוך, אך בהשוואה למפרט הדרישות הראשוני, המכונה אותה תכננתי הצליחה לעמוד בכל
הדרישות הבאות:
- המכונה
מסוגלת לשגר כדור במהירות ובסחרור השווים בעוצמתם לחבטות הטובות ביותר
הקיימות כיום בעולם הטניס.
- המכונה
מסוגלת להתרומם לגובה של למעלה מ-3 מ' ולשגר כדור בכל מסלול אפשרי
כולל סחרור הכדור
לפנים לאחור ולצד, אופציה אשר כמעט ואיננה קיימת כיום.
- המכונה
בנויה כך שתוכל להסתיר את מנגנון השיגור, אם באמצעים פסיביים בהתחלה או
אקטיביים בעתיד. זהו יתרון משמעותי שמסוגל לעשות מהפך בשוק המכונות.
- המכונה הזו
היא הראשונה המצוידת באורגן אורות בעל 8 פנסים, אשר תפקידו יהיה לתת לשחקן את
התחושה לגבי העיתוי בו ישוגר הכדור. במכונות אחרות בהן קיימים אורות אזהרה,
לרוב מדובר בפנס אחד או שנים,שאינם מסוגלים לתת לשחקן תחושה זו.
- העובדה כי
המכונה נשלטת כולה ע"י מנועים מאפשרת בעתיד לבנות תוכנה אשר תשלוט
בכל המרכיבים אותם ציינתי. השחקן יוכל לבחור
יריב והמכונה תתכוון לגובהו, עוצמת החבטה ומידת הסחרור האופייניים לשחקן עבור כל
חבטה וחבטה.
לסיום ניתן לומר כי המכונה תוכננה ברוח המפרט המקורי,
להיות מתקדמת ומובילה בתחומה.
ניתן לומר ללא כל הגזמה, כי המכונה היחידה כיום, המשתווה לה, קיימת כאב טיפוס בלבד. השוק אליו
פונות שתי המכונות הללו , שוק המכונות המקצועניות, הוא עתידי לגמרי ולא ניתן עדין
להעריך את גודלו. עלות של מכונה מסוג זה ינוע סביב 10,000$ וסביר להניח שרק מרכזי
ספורט גדולים יוכלו להרשות לעצמם מכונה מסוג זה. אך בספורט כמו טניס, בו מסתובבים
סכומי עתק דווקא מכונות אלה יכולות להתגלות כלהיט הבא.