| קורס | פרויקט תכן לייצור |
|---|---|
| מספר קורס | 00340371 |
| עידו פנג בנטוב | יואב קראפט |
|---|---|
| CLASSIFIED | CLASSIFIED |
| CLASSIFIED | CLASSIFIED |
פרק 1: תיאור כללי
מטרת הפרויקט היא לתכנן ולייצר מכונת שיגור כדורי פינג-פונג (Table Tennis Robot) המיועדת לאימון אישי עבור שחקנים חובבים. המערכת תאפשר למשתמש לתרגל חבטות שונות על ידי שיגור כדורים תוך שימוש במנגנון מחזור כדורים אוטומטי (Closed Loop).
המערכת תכלול מנגנון איסוף כדורים היקפי המתחבר לשולחן, מערכת החזרת כדורים אנכית, וראש שיגור מתכוונן. הדגש הוא על פשטות תפעולית, אמינות, ומחיר נגיש.
מטרות על
- מתן מענה לאימון עצמי רציף ללא צורך בהרמת כדורים (מחזור אוטומטי).
- שליטה פשוטה במהירות השיגור ובקצב האש.
- התאמה פיזית פשוטה (גובה וצידוד) באמצעים פשוטים ונגישים למשתמש.
פרק 2: סקר ספרות
2.1 רקע וצורך
שוק אביזרי הטניס שולחן מציע מגוון פתרונות לאימון עצמי. בעוד שקיימים רובוטים משוכללים, הם לרוב יקרים מאוד ומורכבים לתפעול. מנגד, רובוטים זולים חסרים לרוב את יכולת מחזור הכדורים, מה שדורש מהמשתמש להפסיק את האימון תכופות לאיסוף כדורים.
2.2 סקירת מוצרים קיימים (Market Analysis)
בבחינת השוק קיימים שלושה פלחים עיקריים:
פלח עליון (High-End)
- דוגמה: PongBot OMNI-S Pro / Butterfly Amicus Prime.
- מחיר:
- מאפיינים: רובוטים חכמים עם שליטה באפליקציה, מסך מגע. מהירות כדור 2-15 מ/ש, קצב אש 30-90 כדורים לדקה. ה-OMNI-S ידוע ביכולותיו האוטונומיות ובמהירות תגובה גבוהה.
- חסרונות: עלות גבוהה מאוד, מורכבות טכנולוגית (ריבוי מנועים וסנסורים) המקשה על תחזוקה ביתית.
פלח ביניים (Mid-Range)
- דוגמה: Newgy Robo-Pong 2055.
- מחיר:
- מאפיינים: כולל רשת איסוף, שליטה דיגיטלית, אמינות טובה. קצב אש עד 160 כדורים לדקה, קיבולת של כ-200 כדורים. משקל המערכת כ-19 ק”ג (כולל אריזה/רשת).
- חסרונות: עדיין יקר למשתמש החובב.
פלח תחתון (Low-End)
- דוגמה: iPong V300.
- מחיר:
- מאפיינים: רובוט שולחני פשוט, ללא רשת איסוף. קצב אש 12-70 כדורים לדקה. משקל קל (~1.1 ק”ג).
- חסרונות: חוסר במערכת מחזור כדורים (Deal Breaker לאימון רציף), דיוק מוגבל.
מיקום בשוק (Target Positioning)
המטרה היא למקם את המוצר בטווח המחירים של כ-300$, בין הפלח התחתון לפלח הביניים.
אנו שואפים לשלב את היתרונות הבאים מכל פלח:
- מהפלח העליון: אמינות פעולה ורציפות.
- מפלח הביניים: קיום רשת איסוף ומנגנון מחזור (Closed Loop).
- מהפלח התחתון: פשטות מבנית ומחיר נגיש.
2.3 פטנטים רלוונטיים
- US 6604517 (Table Tennis Serving Machine): מתאר מנגנון הזנה ושיגור כדורים, רלוונטי לתכנון מערכת השיגור והתזמון.
- US 5335905 (Robot Table Tennis Net and Server Assembly): פטנט של חברת Newgy המתאר מערכת משולבת של רשת איסוף ורובוט, כולל מנגנונים למניעת תקיעות (Anti-jamming) במעבר הכדורים מהרשת למנגנון ההזנה.
פרק 3: מפרט דרישות (System Requirements)
איור 1.1: דיאגרמת מלבנים של המערכת.
3.1 עץ מערכת ותיאור סכמטי
המערכת תחולק לתתי-המכלולים הבאים:
- מערכת איסוף (Collection Net): רשת היקפית המנקזת כדורים לנקודת האיסוף.
- מערכת שינוע (Elevation System): מנגנון להעלאת כדורים לראש השיגור.
- ראש שיגור (Launcher Head): מנגנון להאצת הכדורים ושליטה על כיוונם.
- מערכת כיוונון (Adjustments): מנגנונים לשינוי גובה וצידוד.
- בקרה: שליטה במהירות השיגור ובקצב ההזנה.
3.2 מצבי מערכת
- OFF: מנותק.
- ON: מחובר למתח, מנועים במצב המתנה.
- ACTIVE: שיגור כדורים פעיל.
- ERROR/JAM: מצב תקלה (כגון תקיעת כדור). המערכת תאפשר חזרה לפעולה בהתערבות משתמש מינימלית, ללא צורך בפירוק כלים.
3.3 דרישות ממשקים מכאניים (Mechanical Interfaces)
-
SPCS-1.1: המערכת תתחבר לשולחן טניס שולחן תקני (Standard ITTF Table) באופן יציב.
נימוק: תאימות לציוד הקיים אצל המשתמש הביתי. -
SPCS-1.2: אזור פגיעה (Landing Zone): המערכת תאפשר למשתמש לכוון את נקודת הפגיעה של הכדור על השולחן (טווח צידוד וטווח עלרוד אפקטיבי) בגבולות הנתונים בשרטוט הנ”ל:
איור 1.2: אזור הפגיעה שהראש שיגור יוכל לכוון אליו.
נימוק: גיוון האימון ותרגול מכות שונות.
-
SPCS-1.3: ממשק כיוונון: שינוי זווית השיגור (צידוד וגובה) יבוצע באמצעים ידניים פשוטים ורציפים.
נימוק: שמירה על פשטות המערכת והוזלת עלויות. -
SPCS-1.4: מיקום: יחידת השיגור תמוקם במרכז הצד האחורי של השולחן, במינימום הפרעה למרחב המשחק.
נימוק: מקסום שטח משחק.
3.4 דרישות ממשקים חשמליים וממשק אדם-מכונה (Electrical & HMI Interfaces)
- SPCS-2.1: חשמל: המערכת תתחבר לרשת החשמל הביתית (220V/50Hz).
נימוק: זמינות במרחב הביתי. - SPCS-2.2: ממשק משתמש (Control): שליטה על מהירות השיגור וקצב האש תתבצע באמצעות בקר שליטה נגיש.
נימוק: התאמת רמת הקושי למתאמן בצורה נוחה.
3.5 דרישות משקל וממדים (Weight & Dimensions)
- SPCS-3.1: המערכת (כולל רשת האיסוף) תשקול עד 5 ק”ג.
נימוק: ניידות קלה. - SPCS-3.2: קיבולת: המערכת תכיל לפחות 30 כדורים במאגר (Buffer).
נימוק: הבטחת רציפות שיגור גם אם האיסוף מתעכב רגעית. - SPCS-3.3: גובה: גובה המערכת המקסימלי לא יעלה על 60 ס”מ מפני השולחן.
נימוק: יציבות מכאנית ואחסון נוח.
3.6 דרישות עלות (Cost)
- SPCS-4.1: עלות החלקים (BOM) לייצור המוני לא תעלה על
נ י מ ו ק ע מ י ד ה ב מ ח י ר י ע ד ל צ ר כ ן ש ל
3.7 דרישות ביצועים (Performance)
- SPCS-5.1: קצב אש: עד 60 כדורים בדקה. הקצב יהיה ניתן לשליטה.
נימוק: סטנדרט מקובל לאימון חובבים. - SPCS-5.2: מהירות יציאה: מהירות יציאת הכדור תהיה ניתנת לשליטה.
נימוק: התאמה לרמות משחק שונות. - SPCS-5.3: סיבוב (Spin): המערכת תתמוך בשיגור כדורים עם סיבוב עילי (Topspin) וסיבוב אחורי (Backspin/Underspin).
נימוק: דימוי חבטות משחק אמיתיות. - SPCS-5.4: יעילות איסוף: הרשת תאסוף לפחות 90% מהכדורים הנחבטים למרכז השולחן חזרה למנגנון המחזור.
נימוק: מניעת הפסקות משחק לאיסוף כדורים מהרצפה.
3.8 תנאי סביבה (Environmental Conditions)
- SPCS-6.1: תנאי סביבה: המערכת מיועדת לשימוש פנים (Indoor), בטווח טמפרטורות 0-40 מעלות צלזיוס.
נימוק: תנאי שימוש ביתיים סטנדרטיים. - SPCS-6.2: עמידות בנפילה: המערכת תעמוד בנפילה מגובה 1.5 מטר (כשהיא ארוזה או במצב שינוע) ללא שבר קריטי.
נימוק: עמידות בתקלות שינוע ואחסון ביתי. - SPCS-6.3: אטימות: רמת אטימות IP21 (הגנה מפני גופים מוצקים >12.5mm ומפני טפטוף מים אנכי).
נימוק: מתאים לשימוש פנים עם הגנה בסיסית מפני רטיבות מקרית.
3.9 דרישות בטיחות (Safety)
- SPCS-7.1: בטיחות חלקים נעים: כל החלקים הנעים (גלגלים, מנגנון הרמה) יהיו מוגנים במעטפת (Housing) למניעת מגע אצבעות, חדירת אבק, ופגיעת כדורים.
נימוק: בטיחות משתמש ואמינות מוצר. - SPCS-7.2: תקינה: המערכת תתוכנן לעמוד בתקני הבטיחות הביתיים IEC 60335-1 (בטיחות מכשירי חשמל ביתיים) ובתקני EMC רלוונטיים (IEC 61000).
נימוק: דרישות חובה למוצר חשמלי ביתי. - SPCS-7.3: חיישן קרבה: המערכת תכלול מנגנון הגנה המפסיק את השיגור בזיהוי עצם קרוב מדי לפתח השיגור.
נימוק: למנוע פגיעה בשוגג ופציעת אדם/בע”ח המתקרב לפתח השיגור.
3.10 דרישות תחזוקה (Maintenance)
- SPCS-8.1: אורך חיים: המערכת תתוכנן לאורך חיים של לפחות 5 שנים בשימוש סביר (או 500 שעות עבודה).
נימוק: ערך ללקוח. - SPCS-8.2: שחרור תקיעות: כאמור ב-3.2, המשתמש יוכל לשחרר תקיעות ללא כלי עבודה מיוחדים.
נימוק: חווית משתמש ותחזוקה קלה.
פרק 4: אימות ותיקוף (Verification & Validation)
| Req. No. | Req. Des. | E | T | A | D | C | S | EN | QU | ATP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1.1 | חיבור לשולחן | X | X | X | ||||||
| 1.2 | אזור פגיעה | X | X | X | X | |||||
| 1.3 | ממשק כיוונון | X | X | X | ||||||
| 1.4 | מיקום | X | X | |||||||
| 2.1 | חשמל (220V) | X | X | |||||||
| 2.2 | ממשק משתמש | X | X | X | ||||||
| 3.1 | משקל < 5 ק”ג | X | X | |||||||
| 3.2 | קיבולת כדורים | X | X | X | ||||||
| 3.3 | גובה מקסימלי | X | X | X | ||||||
| 4.1 | עלות BOM | X | X | |||||||
| 5.1 | קצב אש | X | X | X | X | |||||
| 5.2 | שליטת מהירות | X | X | X | ||||||
| 5.3 | סיבוב (Spin) | X | X | X | ||||||
| 5.4 | יעילות איסוף | X | X | |||||||
| 6.1 | טמפרטורה | X | X | X | ||||||
| 6.2 | נפילה (1.5m) | X | X | |||||||
| 6.3 | IP21 | X | X | X | X | |||||
| 7.1 | הגנת חלקים | X | X | |||||||
| 7.2 | תקינה (IEC) | X | X | |||||||
| 7.3 | חיישן קרבה | X | X | X | X | |||||
| 8.1 | אורך חיים | X | X | X | ||||||
| 8.2 | שחרור תקיעות | X | X | X |
מקרא שיטות אימות (Verification Method):
- E - Examination: בחינה חזותית/הנדסית של התכן או המוצר.
- T - Test: מדידה מדויקת בניסוי מבוקר (עם ציוד מדידה).
- A - Analysis: חישוב, סימולציה או אנליזה סטטיסטית.
- D - Demonstration: הפעלה נומינלית להוכחת יכולת (הדגמה שזה “עובד”).
- C - Certification: הצגת מסמכים/תעודות (כגון תעודת רכיב, דפי נתונים).
- S - Similarity: הסתמכות על דמיון למערכת מוכחת קודמת.
מקרא שלבי אימות (Verification Class):
- EN - Engineering: שלב הפיתוח והתכן (דגמים ראשוניים, אב טיפוס).
- QU - Qualification: בדיקות הסמכה (על דגם סופי לפני ייצור) - הוכחת עמידה בכל הדרישות.
- ATP - Acceptance: בדיקות קבלה בקו הייצור (עבור כל יחידה או מדגם).