Desarrollo de una maquina lanzadora de pelotas para entrenamiento de velocidad de anticipación en deportes de combate
En este trabajo de investigación se presenta el diseño y desarrollo de una máquina lanzadora de pelotas utilizando la metodología V. La máquina está destinada a automatizar uno de los ejercicios más comunes en las artes marciales para desarrollar la velocidad de anticipación. Se tomaron muestras de...
- Autores:
-
Barreto Sosa, Duvan Smith
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Sports training
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Anticipation speed
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En este trabajo de investigación se presenta el diseño y desarrollo de una máquina lanzadora de pelotas utilizando la metodología V. La máquina está destinada a automatizar uno de los ejercicios más comunes en las artes marciales para desarrollar la velocidad de anticipación. Se tomaron muestras de diferentes atletas realizando el ejercicio para determinar las necesidades de respuesta de la máquina. Posteriormente, se conceptualizó el diseño basado en los movimientos necesarios y las diferentes formas de resolverlos. Se propuso la idea de un lanzador con movimiento horizontal y vertical, así como la velocidad de la pelota. Se estimaron las medidas basadas en las tendencias de proporción humana y elementos comerciales como la pelota, ruedas, motores, trenes de engranajes, entre otros. Una vez que el boceto estaba claro, se modeló el sistema utilizando software CAD. Luego se hicieron cálculos de los requisitos de los actuadores para cumplir con las necesidades establecidas en la primera etapa. En base a estos requisitos, se seleccionaron actuadores disponibles en el mercado junto con sus respectivos módulos de funcionamiento. Se eligió el material de construcción y se realizó el ensamblaje respectivo, dando propiedades físicas al modelo CAD. Se calcularon las dimensiones físicas de las partes y se realizó un análisis estructural de las mismas, haciendo los ajustes necesarios para que las partes puedan soportar las cargas estáticas y dinámicas del sistema. Se construyeron los diferentes subsistemas y se realizaron las pruebas correspondientes. Una vez validados los subsistemas mecánicos, se realizó el ensamblaje general y se montó el sistema de seguimiento. Se realizó la calibración con el sistema mecánico y se probó el sistema de seguimiento con un láser, permitiendo comparar el seguimiento en tiempo real con el modelo generado y la posición real de la parte del cuerpo que se está siguiendo. Se implementó una interfaz de usuario donde se puede seleccionar la aleatoriedad de la velocidad y los tiempos de lanzamiento, y se realiza un seguimiento de los lanzamientos para verificar que correspondan a lo solicitado. Esto completó la validación total del sistema. Con el modelo funcional, se observaron posibles mejoras y factores que afectan el rendimiento de la máquina. La máquina lanzadora propuesta permite la variación en la trayectoria, velocidad, frecuencia y aleatoriedad de los lanzamientos de la pelota, personalizando así la acción de activación en el entrenamiento del atleta. Además, la máquina proporciona una solución de optimización de entrenamiento al automatizar un ejercicio que, en condiciones normales, puede ser monótono e ineficaz dependiendo de la experiencia del compañero de entrenamiento disponible o la falta de este. Además, la máquina permite horarios y tiempos de entrenamiento personalizados, ya que el atleta puede entrenar por su cuenta. |
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En base a estos requisitos, se seleccionaron actuadores disponibles en el mercado junto con sus respectivos módulos de funcionamiento. Se eligió el material de construcción y se realizó el ensamblaje respectivo, dando propiedades físicas al modelo CAD. Se calcularon las dimensiones físicas de las partes y se realizó un análisis estructural de las mismas, haciendo los ajustes necesarios para que las partes puedan soportar las cargas estáticas y dinámicas del sistema. Se construyeron los diferentes subsistemas y se realizaron las pruebas correspondientes. Una vez validados los subsistemas mecánicos, se realizó el ensamblaje general y se montó el sistema de seguimiento. Se realizó la calibración con el sistema mecánico y se probó el sistema de seguimiento con un láser, permitiendo comparar el seguimiento en tiempo real con el modelo generado y la posición real de la parte del cuerpo que se está siguiendo. Se implementó una interfaz de usuario donde se puede seleccionar la aleatoriedad de la velocidad y los tiempos de lanzamiento, y se realiza un seguimiento de los lanzamientos para verificar que correspondan a lo solicitado. Esto completó la validación total del sistema. Con el modelo funcional, se observaron posibles mejoras y factores que afectan el rendimiento de la máquina. La máquina lanzadora propuesta permite la variación en la trayectoria, velocidad, frecuencia y aleatoriedad de los lanzamientos de la pelota, personalizando así la acción de activación en el entrenamiento del atleta. Además, la máquina proporciona una solución de optimización de entrenamiento al automatizar un ejercicio que, en condiciones normales, puede ser monótono e ineficaz dependiendo de la experiencia del compañero de entrenamiento disponible o la falta de este. Además, la máquina permite horarios y tiempos de entrenamiento personalizados, ya que el atleta puede entrenar por su cuenta.1. INTRODUCCIÓN 1 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2 3. JUSTIFICACIÓN 3 4. OBJETIVOS 4 4.1. Objetivo general 4 4.2. Objetivos específicos 4 5. ESTADO DEL ARTE 5 5.1. Bolas de reacción irregulares 5 5.2. Pera loca (una y dos sujeciones) 5 5.3. Batak Pro [3] 6 5.4. Stryk Tek RXT-1 Sparring Bot [4] 6 5.5. Entrenamiento Mental Para Acelerar los Reflejos de los Atletas [5] 6 5.6. BotBoxer [6] 7 5.7. Lanzadores de pelotas [7] 7 5.7.1. Máquina lanzadora de baseball (baseball throwing machine) 8 5.7.2. Lanzadora de pelotas con dos discos rotativos (ball throwing machine having two rotatable discs) 8 5.7.3. Dispositivo con ruedas para lanzar pelotas de tenis (device having connecting wheels for projecting tennis balls)[7] 9 5.7.4. Máquina lanzadora de pelotas de tenis (tennis ball throwing machine) 9 5.7.5. Dispositivo con tres ruedas para lanzar pelotas de tenis (device having collecting three wheels for projecting tennis balls)[8] 10 6. MARCO TEÓRICO 11 6.1. Motor paso a paso [9] 11 6.2. Motor brushless [10] 11 6.3. Comunicación serial USB [11] 12 6.4. Pelota de tenis de campo [7] 12 6.5. Sistema de visión artificial [12] 13 6.5.1. Métodos de captación de las imágenes. 13 6.5.2. Diagrama de bloques 14 6.6. Gimbal 2 grados de libertad [13] 15 6.7. Velocidades de rotación de los rodillos [14] 15 6.8. Lanzamiento de proyectiles (Tiro parabólico) [15] 16 6.9. Efecto Magnus [16] 17 6.9.1. Teorema de Kutta-Joukowski 18 6.9.2. Ecuación empírica 18 7. CONCEPTUALIZACION DE LA MÁQUINA 19 7.1. Análisis del movimiento 19 7.1.1. Descripción del ejercicio de referencia 19 7.1.2. Mediciones del ejercicio 20 7.2. Selección método de lanzamiento de la pelota 23 7.3. Selección método de direccionamiento del lanzador 23 7.4. Elección sistema de dosificación de pelotas 25 7.4.1. Tipos de dosificadores 25 7.4.3. Tipos de actuadores lineales 28 7.4.4. Evaluación actuadores lineales 30 7.5. Boceto de la máquina 31 8. DISEÑO CAD 32 8.1. Lanzador 32 8.1.2. Sistema de empuje 33 8.2. Cuerpo C (Cuerpo para giro vertical) 33 8.3. Cuerpo B (Cuerpo para giro horizontal) 34 8.4. Cuerpo A (base del lanzador) 35 8.5. Cargador 36 8.7. Elevador de cangilones 37 8.7.1. Cangilón 37 Este va acoplado a las cadenas mediante perforaciones a sus laterales, la pelota reposa en su superficie curva y cuenta con muescas a los lados donde se inserta el tope para las pelotas 38 8.8. Tolva de almacenamiento 38 9. SISTEMA DE VISIÓN ARTIFICIAL 39 10. CARACTERIZACIÓN DE ACTUADORES Y SENSORES 40 10.1. Lanzador 40 10.1.1. Motor lanzador 40 10.1.2. Cálculo del eje 40 10.2. Movimiento horizontal 44 10.3. Movimiento vertical 44 10.4. Pistón 45 10.5. Elevador 45 10.8. Conexión motor busheles [23] 52 10.9. Motor pistón 53 10.10. Finales de carrera 53 10.11. Arduino mega [28] 54 10.12. Equipo de procesamiento 54 10.13. Circuito general 55 11. PROGRAMACIÓN 56 11.1. Movimiento horizontal 56 11.2. Movimiento vertical 57 11.3. Diagrama de flujo del programa 58 12. MONTAJE 59 13. VALIDACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO 65 14. CONCLUSIONES 69 15. BBLIOGRAFÍA 70 16. ANEXOS 73PregradoIn this research work, the design and development of a ball launcher machine using the V-methodology is presented. The machine is intended to automate one of the most common exercises in martial arts for developing anticipation speed. Samples were taken from different athletes performing the exercise in order to determine the machine's response needs. Subsequently, the design was conceptualized based on the required movements and the different ways to solve them. The idea of a launcher with horizontal and vertical movement, as well as ball speed, was proposed. Measurements were estimated based on trends in human proportion and commercial elements such as the ball, wheels, motors, gear trains, among others. Once the sketch was clear, the system was modeled using CAD software. Next, calculations were made of the requirements of the actuators in order to meet the needs established in the first stage. Based on these requirements, commercially available actuators were selected along with their respective operating modules. The construction material was chosen and the respective assembly was carried out, giving the physical properties to the CAD model. The physical dimensions of the parts were calculated and a structural analysis of the parts was carried out, making the necessary adjustments so that the parts can withstand the static and dynamic loads of the system. The different subsystems were built and the corresponding tests were carried out. Once the mechanical subsystems were validated, the general assembly was carried out and the tracking system was mounted. Calibration was performed with the mechanical system and the tracking system was tested with a laser, allowing for the real-time tracking to be compared with the generated model and the actual position of the body part being tracked. A user interface was implemented where the randomness of the speed and launch times can be selected and launches are tracked to verify that they correspond to what was requested. This completed the full validation of the system. With the functional model, possible improvements and factors that affect the machine's performance were observed. The proposed ball launcher machine allows for variation in the trajectory, speed, frequency, and randomness of ball launches, thus personalizing the triggering action in athlete training. Additionally, the machine provides a training optimization solution by automating an exercise that, under normal conditions, can be monotonous and ineffective depending on the expertise of the available training partner or the lack thereof. Moreover, the machine allows for customized training schedules and times, as the athlete can train on their own.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Desarrollo de una maquina lanzadora de pelotas para entrenamiento de velocidad de anticipación en deportes de combateDevelopment of a ball launcher machine for anticipation speed training in combat sportsIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPSports trainingBall launcherMartial artistsAnticipation speedReflex trainingTrain aloneIndependent trainingMechatronic designTraining optimizationTracking systemTraining automationMecatronicMechanical energyMachine theoryAutomationTechnological changeAutomatic controlDevelopment of prototypesMecatrónicaEnergía mecánicaTeoría de las máquinasAutomatizaciónCambio tecnológicoControl automáticoDesarrollo de prototiposEntrenamiento deportivoLanzador de pelotasArtistas marcialesVelocidad de anticipaciónEntrenamiento de reflejosEntrenar soloEntrenamiento independienteDiseño mecatrónicoOptimización de entrenamientoSistema de seguimientoAutomatización de entrenamientoMónica Pinillos Ribalda, Francisco González Calleja. 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