הגשה סופית - Helix Pong

→ קודם: PDM1_002

קורס	פרויקט תכן לייצור
מספר קורס	00340371

עידו פנג בנטוב	יואב קראפט
CLASSIFIED	CLASSIFIED
CLASSIFIED	CLASSIFIED

---

---

חלק א’: מסמך תיאור התכן

1. תקציר מנהלים

Helix Pong היא מכונת שיגור כדורי פינג-פונג המיועדת לאימון אישי עבור שחקנים חובבים. המערכת מאפשרת אימון עצמי רציף ללא צורך באיסוף כדורים ידני, הודות למנגנון מחזור כדורים אוטומטי (Closed Loop).

יכולות עיקריות:

• שיגור עד 60 כדורים בדקה עם שליטה במהירות וקצב
• תמיכה בסיבוב עילי (Topspin) וסיבוב אחורי (Backspin)
• איסוף אוטומטי של מעל 90% מהכדורים
• כיוונון ידני פשוט של גובה וצידוד

החלטות תכן מרכזיות:

מכלול	החלטה	נימוק
מערכת שינוע	מסוע סליל (Helix Conveyor)	פשטות מבנית, עלות נמוכה, שחרור תקיעות קל
ראש שיגור	גלגלי חיכוך כפולים	שליטה מדויקת במהירות וסיבוב, דיוק גבוה
מערכת איסוף	רשת היקפית עם שיפוע	עלות נמוכה, פשטות התקנה, נפח אחסון קטן
מקור חשמל	ספק DC פנימי (12V)	התאמה למנועי DC, בטיחות גבוהה למשתמש
חיישן בטיחות	חיישן IR רפלקטיבי	עלות נמוכה, אמינות גבוהה, מתאים לטווח הנדרש

יעד עלות: עלות BOM עד המאפשרתמחירלצרכןשלכ300.

2. הדרישות העיקריות

להלן סיכום הדרישות המרכזיות של המערכת (מתוך מפרט הדרישות):

דרישות ממשקים

מס’ דרישה	תיאור	ערך יעד
SPCS-1.1	חיבור לשולחן טניס שולחן תקני	חיבור יציב ללא כלים
SPCS-1.2	אזור פגיעה (Landing Zone)	טווח צידוד וגובה כמוגדר בשרטוט
SPCS-1.3	ממשק כיוונון	ידני, פשוט ורציף
SPCS-1.4	מיקום יחידת השיגור	מרכז הצד האחורי של השולחן
SPCS-2.1	חיבור חשמל	220V/50Hz
SPCS-2.2	ממשק משתמש	שליטה על מהירות וקצב אש

דרישות משקל וממדים

מס’ דרישה	תיאור	ערך יעד
SPCS-3.1	משקל מערכת כולל	עד 5 ק”ג
SPCS-3.2	קיבולת מאגר	לפחות 30 כדורים
SPCS-3.3	גובה מקסימלי	עד 60 ס”מ מהשולחן

דרישות ביצועים

מס’ דרישה	תיאור	ערך יעד
SPCS-5.1	קצב אש	עד 60 כדורים/דקה, ניתן לשליטה
SPCS-5.2	מהירות יציאה	ניתנת לשליטה
SPCS-5.3	סיבוב (Spin)	Topspin ו-Backspin
SPCS-5.4	יעילות איסוף	לפחות 90%

דרישות בטיחות

מס’ דרישה	תיאור	ערך יעד
SPCS-7.1	הגנת חלקים נעים	מעטפת מגן (Housing)
SPCS-7.2	תקינה	IEC 60335-1, IEC 61000
SPCS-7.3	חיישן קרבה	הפסקת שיגור בזיהוי עצם קרוב

דרישות עלות

מס’ דרישה	תיאור	ערך יעד
SPCS-4.1	עלות BOM	עד $100

3. תיאור כללי של המערכת ואופן פעולתה

3.1 מבנה המערכת

מערכת Helix Pong מורכבת מחמישה תתי-מכלולים עיקריים הפועלים במחזור סגור:

דיאגרמת מלבנים של מערכת Helix Pong.

מכלול	תפקיד
מערכת איסוף	רשת היקפית הקולטת כדורים ומנקזת אותם לנקודת האיסוף
מערכת שינוע	מסוע סליל המעלה כדורים מנקודת האיסוף לראש השיגור
ראש שיגור	מאיץ כדורים באמצעות גלגלי חיכוך ומעניק להם סיבוב
מערכת כיוונון	מאפשרת שינוי זווית השיגור (צידוד וגובה) באמצעים ידניים
מערכת בקרה	שליטה על מהירות וקצב השיגור, כולל מנגנוני בטיחות

3.2 עקרון הפעולה

מחזור הפעולה של המערכת:

1. איסוף: כדורים שנחבטים על ידי השחקן נקלטים ברשת ההיקפית. הרשת בעלת שיפוע כבידתי מנקזת את הכדורים לנקודת איסוף מרכזית בתחתית המערכת.

2. שינוע: כדורים נכנסים למסוע הסליל ועולים בהדרגה עם סיבוב המסוע. בראש המסוע, הכדורים נפלטים למאגר (Buffer) המכיל עד 30 כדורים.

3. הזנה: כדורים יורדים מהמאגר בקצב נשלט לתוך ראש השיגור.

4. שיגור: שני גלגלי חיכוך מסתובבים בכיוונים מנוגדים. הכדור עובר ביניהם ומואץ למהירות הרצויה. הפרש מהירויות בין הגלגלים יוצר סיבוב (Topspin/Backspin).

5. חזרה: הכדור מגיע לשולחן, נחבט על ידי השחקן, ונקלט חזרה ברשת - סוגר את המחזור.

3.3 מצבי מערכת

מצב	תיאור
OFF	המערכת מנותקת מהחשמל
ON	מחוברת למתח, מנועים במצב המתנה, תאורת חיווי דולקת
ACTIVE	שיגור כדורים פעיל, כל המנועים פועלים
PAUSE	השהייה זמנית (למשל עקב זיהוי חיישן קרבה), חזרה אוטומטית לאחר פינוי
ERROR	מצב תקלה (תקיעת כדור), דורש התערבות משתמש לשחרור

4. תיאור מפורט של המכלולים

4.1 מערכת שינוע (Helix Conveyor)

4.1.1 תיאור המכלול ועקרון פעולה

מערכת השינוע מבוססת על מסוע סליל (Helix Conveyor) - מסילה ספיראלית המסתובבת סביב ציר אנכי. הכדורים מונחים בתחתית המסילה ועולים בהדרגה עם סיבוב הסליל.

חתך סכמטי של מסוע הסליל.

פרמטרים גיאומטריים:

פרמטר	סימון	ערך	הערות
גובה הרמה		500 mm	מנקודת איסוף לפתח המאגר
קוטר הסליל		120 mm	קוטר חיצוני
קוטר מסילה		50 mm	מתאים לכדור 40mm + מרווח
פסיעה (Pitch)		80 mm	גובה לסיבוב
מספר סיבובים		6.25
זווית עלייה		12°

עקרון פעולה:
הסליל מסתובב סביב צירו האנכי. כדור הנמצא במסילה מונע מלהסתובב יחד עם הסליל בשל החיכוך עם דופן המסילה החיצונית (הנייחת). כתוצאה מכך, הכדור “מטפס” על המסילה הספיראלית ועולה כלפי מעלה.

4.1.2 חישובי חוזק ואנליזות

חישוב מומנט נדרש למנוע הסליל

נתונים:

• מסת כדור פינג-פונג:
• קוטר כדור:
• מספר כדורים מקסימלי על הסליל: (כדור בכל חצי סיבוב)
• קצב אש נדרש:
• מקדם חיכוך כדור-פלסטיק:

חישוב מהירות סיבוב:
קצב אש של כדור אחד בשנייה דורש שהסליל יסיים סיבוב שלם בזמן:

אולם, מכיוון שיש מספר כדורים על הסליל בו-זמנית, המהירות הזוויתית הנדרשת:

כאשר מהירות עליית כדור:

מהירות זוויתית:

חישוב כוח ההרמה:
כוח נדרש להרמת כל הכדורים על הסליל:

כוח חיכוך:

מומנט נדרש:

הספק נדרש:

חישוב חוזק הציר

עומס על הציר:

TODO: Check do we really need to check this

TODO: Check other viable materials or even COTS

• משקל הסליל (PLA):
• משקל כדורים:
• עומס כולל:

מאמץ גזירה בציר:
לציר פלדה בקוטר :

TODO: Why steel axel?

מאמץ גזירה מותר:
לפלדה AISI 1045:

4.1.3 בחירת חומרים ורכיבים

מנוע הסליל

דרישות:

• מומנט: (עם מקדם ביטחון 2: )
• מהירות:
• מתח:

בחירה: מנוע DC עם גיר מובנה

פרמטר	ערך
דגם	d
מתח נומינלי	12V DC
מהירות (ללא עומס)	60 RPM
מומנט עצירה	2.5 kg·cm = 245 mN·m
זרם ללא עומס	70 mA
זרם עצירה	1.2 A
משקל	88 g
עלות משוערת	~$5

גוף הסליל

פרמטר	בחירה	נימוק
חומר	PLA	קל, זול, ניתן להדפסה תלת-ממדית
צפיפות	1.24 g/cm³	-
חוזק מתיחה	50 MPa	מספיק לעומסים הנמוכים במערכת
עיבוד	הדפסה 3D	מאפשר גיאומטריה מורכבת בעלות נמוכה

ציר מרכזי

פרמטר	בחירה	נימוק
חומר	AISI 1045	יחס חוזק/עלות טוב
קוטר	6 mm	מספיק לעומסים עם מקדם ביטחון גבוה
אורך	550 mm	גובה הרמה + מרווחי חיבור

מיסבים

פרמטר	בחירה	נימוק
סוג	מיסב כדורי 606-2RS	סטנדרטי, זול, אטום
קוטר פנימי	6 mm	מתאים לציר
כמות	2	עליון ותחתון
עלות	~$1 ליחידה	-

4.1.4 מקדמי ביטחון

פרמטר	ערך נדרש	ערך בפועל	מקדם ביטחון	הערות
מומנט מנוע	42 mN·m	245 mN·m	5.8	עודף למקרי עומס יתר
מאמץ גזירה בציר	0.5 MPa	124 MPa	255	עודף משמעותי, אך קוטר 6mm סטנדרטי
קצב אש	60 b/min	60 b/min	1.0	עמידה בדרישה

4.2 ראש שיגור (Dual Friction Wheels Launcher)

4.2.1 תיאור המכלול ועקרון פעולה

ראש השיגור מבוסס על שני גלגלי חיכוך המסתובבים בכיוונים מנוגדים. הכדור עובר בין הגלגלים ומואץ למהירות הרצויה. שליטה על הפרש המהירויות בין הגלגלים מאפשרת יצירת סיבוב (Spin).

קונפיגורציה:

• שני גלגלים ממוקמים אנכית (עליון ותחתון)
• הכדור נכנס מלמעלה ויוצא אופקית
• המרחק בין הגלגלים קטן מעט מקוטר הכדור ליצירת לחיצה

פרמטרים גיאומטריים:

פרמטר	סימון	ערך	הערות
קוטר גלגל		50 mm	סטנדרטי, מתאים לכדור 40mm
רוחב גלגל		25 mm	מספיק לאחיזה יציבה
מרווח בין גלגלים		38 mm	דחיסה של 2mm לכדור 40mm
קוטר ציר גלגל		5 mm	-

TODO: Let's use the following cots:

Product Name	Diameter	Bore (Shaft)	Width	Notes
BaneBots T80 Wheel	2-1/8” (54mm)	1/2” Hex (Needs Adapter)	0.8” (20mm)	Industry standard; very high grip. Requires a 5mm-to-Hex hub.
GoBILDA Gecko Wheel	52mm	8mm Rex (Needs Adapter)	24mm	Excellent for 40mm balls. Requires an 8mm to 5mm shaft coupler.
FingerTech Foam Wheels	50mm	1/2” (Needs Hub)	1” (25.4mm)	Very lightweight; low inertia allows for faster spin-up times.

4.2.2 חישובי חוזק ואנליזות

חישוב מהירות יציאת הכדור

דרישות מהירות:

• טווח מהירות יציאה:
• מהירות מקסימלית מתייחסת לשיגור לקצה השולחן הרחוק (~2.7m)

קשר בין מהירות גלגל למהירות כדור:
בהנחת מגע טהור (ללא החלקה), מהירות הכדור שווה למהירות ההיקפית של הגלגלים:

כאשר היא מהירות הסיבוב ב-RPM.

מהירות סיבוב נדרשת:
עבור :

עבור :

חישוב סיבוב הכדור (Spin)

עקרון:
סיבוב נוצר מהפרש מהירויות בין הגלגל העליון לתחתון.

• Topspin: גלגל עליון מהיר יותר מתחתון
• Backspin: גלגל תחתון מהיר יותר מעליון

חישוב קצב סיבוב:

עבור הפרש מהירות של :

חישוב כוח והספק נדרש

כוח האצה:
זמן מגע כדור עם הגלגל (משוער):

תאוצה:

כוח על הכדור:

מומנט על הגלגל:

הספק נדרש (לכל מנוע):

הערה:

ההספק המחושב מתייחס לרגע השיגור. מכיוון שהשיגור הוא פעימתי (כדור בודד כל שנייה לכל היותר), ההספק הממוצע נמוך משמעותית.

הספק ממוצע:

חישוב כוח לחיצה על הכדור

כוח חיכוך נדרש:
לשיגור מלא של המהירות ללא החלקה:

כוח נורמלי נדרש:
עם מקדם חיכוך גומי-פלסטיק :

דחיסת הכדור:
כדור פינג-פונג בעל קשיחות קפיצית של כ-:

מרווח בין גלגלים: ✓

4.2.3 בחירת מנוע ורכיבים

מנועי השיגור

דרישות:

• מהירות: 764-5730 RPM (ניתן לשליטה)
• מומנט: (רגעי)
• מתח: 12V DC
• כמות: 2 (גלגל עליון + תחתון)

בחירה: מנוע Brushless DC (BLDC)

TODO: RS-775 is not brushless. We can keep using this one, just update relevant text. If brushless is indeed the optimal solution, suggest a true brushless motor instead.

פרמטר	ערך
דגם	RS-775
מתח נומינלי	12V DC
מהירות ללא עומס	6000 RPM
מומנט עצירה	500 mN·m
הספק מקסימלי	20W
זרם ללא עומס	0.6 A
זרם מקסימלי	4 A
משקל	175 g
עלות משוערת	~$8

הערה:

מאחר והמומנט הנדרש הוא רגעי בלבד (5ms), מנוע עם מומנט עצירה נמוך יותר יכול לספק את הדרישה הודות להתמדת הסיבוב (Flywheel Effect) של הגלגל.

גלגלי החיכוך

פרמטר	בחירה	נימוק
חומר גוף	ABS	קל, קשיח, ניתן להדפסה 3D
ציפוי היקפי	גומי סיליקון (2mm)	מקדם חיכוך גבוה, עמידות לשחיקה
קוטר	50 mm	-
רוחב	25 mm	-

מיסבים

פרמטר	בחירה	נימוק
סוג	מיסב כדורי 625-2RS	מתאים לציר 5mm, עד 20000 RPM
כמות	4	2 לכל גלגל
עלות	~$0.5 ליחידה	-

בקר מהירות (ESC)

פרמטר	בחירה	נימוק
סוג	PWM DC Motor Driver	שליטה פשוטה במהירות
דגם	L298N Module	נפוץ, זול, תומך 2 מנועים
מתח	12V	-
זרם מקסימלי	2A לכל ערוץ	-
עלות	~$3	-

4.2.4 מקדמי ביטחון

פרמטר	ערך נדרש	ערך בפועל	מקדם ביטחון	הערות
מומנט מנוע	200 mN·m	500 mN·m	2.5	עודף לפעולה יציבה
מהירות סיבוב מקסימלית	5730 RPM	6000 RPM	1.05	עמידה עם מרווח קטן
כוח חיכוך	8.1 N	10.1 N	1.25	עודף קטן למניעת החלקה

4.3 מערכת איסוף (Collection Net)

4.3.1 תיאור המכלול ועקרון פעולה

מערכת האיסוף מורכבת מרשת היקפית המקיפה את השולחן ומנקזת כדורים לנקודת איסוף מרכזית בתחתית המערכת.

מבנה המערכת:

1. מסגרת: מסגרת מתכת קלה (אלומיניום) המחזיקה את הרשת ומתחברת לשולחן
2. רשת: רשת ניילון עם שיפוע כבידתי לכיוון נקודת האיסוף
3. משפך: משפך פלסטיק בנקודת האיסוף המכוון כדורים לכניסת הסליל

פרמטרים גיאומטריים:

TODO: We actually need it to be higher, say ( ).

פרמטר	ערך	הערות
אורך רשת (צד ארוך)	2800 mm	מקביל לאורך השולחן (2740mm) + שוליים
רוחב רשת (צד קצר)	1600 mm	מקביל לרוחב השולחן (1525mm) + שוליים
גובה שוליים	150 mm	למניעת יציאת כדורים
זווית שיפוע	5°	מספיק להתגלגלות כבידתית

4.3.2 חישובי חוזק ואנליזות

חישוב עומס על המסגרת

עומסים:

• משקל הרשת:
• משקל כדורים (30):
• עומס דינמי מפגיעת כדור: (כדור במהירות , עצירה ב-)

מאמץ בפרופיל מסגרת:
לפרופיל אלומיניום ריבועי , אורך :

• מומנט שני של שטח:

מסת עצמית של פרופיל:

מומנט כפיפה מקסימלי (קורה פשוטה עם עומס מפורש):

מאמץ כפיפה:

מאמץ מותר:
לאלומיניום 6061-T6: . עם מקדם ביטחון 3:

חישוב יעילות איסוף

פרמטרים:

• זווית שיפוע:
• מקדם חיכוך כדור-ניילון:

תנאי התגלגלות:

הערה:

לכאורה התנאי לא מתקיים, אולם כדור פינג-פונג קל מאוד ובעל אנרגיה קינטית מפגיעת השחקן. האנרגיה הזו מספיקה להתגלגלות אל נקודת האיסוף גם ללא שיפוע חד.

תיקון עיצובי: הוספת שיפוע משני (10°) באזור ה-50 ס”מ הקרוב לנקודת האיסוף.

4.3.3 בחירת חומרים

מסגרת

פרמטר	בחירה	נימוק
חומר	אלומיניום 6061-T6	קל, יציב, עמיד לקורוזיה
פרופיל	ריבועי 15x15x1.5mm	יחס חוזק/משקל טוב
חיבורים	פינות פלסטיק	מאפשרות הרכבה ופירוק מהיר
עלות	~$10 (למסגרת)	-

רשת

פרמטר	בחירה	נימוק
חומר	ניילון כבול	עמיד, קל, גמיש
גודל עין	20 mm	קטן מקוטר כדור (40mm)
צבע	שחור	פחות בולט
עלות	~$5	-

משפך איסוף

פרמטר	בחירה	נימוק
חומר	PP (פוליפרופילן)	זול, ניתן להזרקה
קוטר כניסה	100 mm	מספיק לכדור + מרווח
קוטר יציאה	50 mm	מתאים לכניסת הסליל
עלות	~$2	-

4.4 מערכת כיוונון (Adjustment System)

4.4.1 תיאור המכלול ועקרון פעולה

מערכת הכיוונון מאפשרת למשתמש לשנות את כיוון השיגור בשני צירים:

1. צידוד (Pan): סיבוב אופקי של ראש השיגור
2. גובה (Tilt): שינוי זווית השיגור האנכית

תרשים סכמטי של מערכת הכיוונון.

עקרון פעולה:

• כיוונון ידני באמצעות מנגנוני נעילה פשוטים (לא ממונעים)
• נעילה בחיכוך עם ידית הידוק
• סימוני מיקום להתאמה חוזרת

טווחי כיוונון:

פרמטר	טווח	הערות
צידוד (Pan)	±30°	מכסה את רוחב השולחן
גובה (Tilt)	0° עד 20°	משיגור ישר לשיגור גבוה

4.4.2 בחירת רכיבים

מנגנון צידוד (Pan)

רכיב	תיאור	עלות
מיסב רוטרי	מיסב עצלן (Lazy Susan) 80mm	~$2
ידית נעילה	ידית פרפר M6	~$0.5
פלטת חיכוך	דיסקית פלדה עם ציפוי גומי	~$1

מנגנון נעילה:
הידוק ידית הפרפר לוחץ את פלטת החיכוך כנגד המיסב ומונע סיבוב.

מנגנון גובה (Tilt)

רכיב	תיאור	עלות
ציר	בורג M8 עם אום נעילה	~$0.5
קשת כיוונון	קשת עם חריצים כל 5°	~$1 (3D)
פין נעילה	פין קפיצי 4mm	~$0.5

מנגנון נעילה:
פין קפיצי נכנס לחריצים בקשת הכיוונון ומייצב את הזווית.

4.5 מערכת בקרה

4.5.1 תיאור המכלול ועקרון פעולה

מערכת הבקרה אחראית על:

1. שליטה במהירות מנועי השיגור (גלגלים עליון ותחתון)
2. שליטה בקצב ההזנה (מנוע הסליל)
3. בטיחות: הפסקת שיגור בזיהוי עצם קרוב
4. חיווי מצב למשתמש

דיאגרמת מלבנים של מערכת הבקרה.

ממשק משתמש:

• פוטנציומטר 1: שליטה על מהירות השיגור
• פוטנציומטר 2: שליטה על קצב האש
• מתג: ON/OFF
• LED: חיווי מצב (ירוק=פעיל, אדום=שגיאה, כתום=המתנה)

4.5.2 רכיבי אלקטרוניקה

ספק כוח

פרמטר	ערך/בחירה	נימוק
כניסה	220V AC 50Hz	רשת ביתית
יציאה	12V DC	מתאים למנועים
הספק	60W	מספיק לכל המנועים (3×20W max)
דגם	Mean Well LRS-75-12	אמין, יעיל, בעל תקינה
עלות	~$8	-

בקר מהירות (לגלגלי שיגור)

פרמטר	ערך/בחירה	נימוק
סוג	PWM Dual H-Bridge	שליטה עצמאית בשני מנועים
דגם	L298N Module	נפוץ, זול
זרם מקסימלי	2A לכל ערוץ	מספיק למנועי RS-775
כניסת בקרה	PWM 5V	-
עלות	~$3	-

בקר מהירות (לסליל)

פרמטר	ערך/בחירה	נימוק
סוג	PWM Single Channel	-
דגם	IRF520 Module	פשוט, זול
עלות	~$1	-

חיישן קרבה

פרמטר	ערך/בחירה	נימוק
סוג	IR רפלקטיבי	זול, אמין
דגם	E18-D80NK	טווח 3-80cm ניתן לכיול
מתח הפעלה	5V	-
יציאה	NPN דיגיטלי	קל לממשק
עלות	~$2	-

הגדרת טווח הזיהוי:
החיישן יכוייל לזיהוי עצמים במרחק 20-50 ס”מ מפתח השיגור (מתאים לדרישה SPCS-7.3).

פוטנציומטרים ומתגים

רכיב	כמות	עלות ליחידה
פוטנציומטר 10kΩ	2	~$0.5
מתג ON/OFF עם LED	1	~$1
LED חיווי (RGB)	1	~$0.5

לוח בקרה

פרמטר	ערך/בחירה	נימוק
סוג	Arduino Nano	פשוט, זול, מספיק I/O
עלות	~$3	-

הערה:

ה-Arduino Nano קורא את ערכי הפוטנציומטרים, מייצר אותות PWM למנועים, ומנטר את חיישן הקרבה. בזיהוי עצם, הוא מפסיק את אות ה-PWM למנועי השיגור.

5. ממשקים

5.1 ממשקים מכאניים

5.1.1 ממשק מערכת-שולחן

פרמטר	ערך/תיאור
סוג חיבור	תפסים C-Clamp
מספר נקודות חיבור	4 (2 בכל צד)
התאמה לעובי שולחן	20-30 mm (סטנדרט ITTF: 25mm)
מיקום	מרכז הצד האחורי של השולחן
כוח הידוק מקסימלי	50 N

תפס חיבור לשולחן.

5.1.2 ממשק בין תתי-מכלולים

ממשק	סוג חיבור	הערות
סליל ↔ בסיס	בורג M6 + מיסב	מאפשר סיבוב חופשי
סליל ↔ מנוע	מצמד גמיש 6mm	מבטל אי-יישור
ראש שיגור ↔ מערכת כיוונון	ציר M8	מאפשר Tilt
מערכת כיוונון ↔ בסיס	מיסב Lazy Susan	מאפשר Pan
רשת ↔ מסגרת	טבעות פלסטיק	חיבור מהיר
מסגרת ↔ שולחן	תפסים C-Clamp	מתואר לעיל

5.1.3 ממשק משפך-סליל

פרמטר	ערך
קוטר פתח משפך	50 mm
קוטר כניסת סליל	50 mm
מרווח	2 mm
סוג חיבור	הכנסה חופשית

5.2 ממשקים חשמליים

5.2.1 ממשק לרשת החשמל

פרמטר	ערך
מתח כניסה	220V AC 50Hz
זרם מקסימלי	0.5A
סוג תקע	Type H (ישראלי)
אורך כבל	2 m
הגנה	נתיך 1A + הארקה

5.2.2 ממשקים פנימיים

ממשק	סוג מחבר	מתח/זרם
ספק כוח ← בקר L298N	JST XH 2-pin	12V / 4A max
ספק כוח ← בקר IRF520	JST XH 2-pin	12V / 2A max
Arduino ← בקרים	DuPont 3-pin	5V PWM signal
Arduino ← חיישן IR	DuPont 3-pin	5V / 20mA
Arduino ← פוטנציומטרים	DuPont 3-pin	5V analog
בקר L298N ← מנועי שיגור	סיכות מלחמה	12V / 2A
בקר IRF520 ← מנוע סליל	סיכות מלחמה	12V / 1A

סכמת חיווט של המערכת.

5.3 ממשק אדם-מכונה (HMI)

5.3.1 פקדי שליטה

פקד	מיקום	תפקיד
מתג ON/OFF	חזית יחידת הבסיס	הדלקה/כיבוי המערכת
פוטנציומטר מהירות	חזית יחידת הבסיס	שליטה במהירות השיגור (2-15 m/s)
פוטנציומטר קצב	חזית יחידת הבסיס	שליטה בקצב האש (0-60 כדורים/דקה)
ידית צידוד	צד ראש השיגור	כיוונון Pan (±30°)
פין גובה	צד ראש השיגור	כיוונון Tilt (0-20°)

פאנל הפקדים.

5.3.2 חיווי מצב

חיווי	סוג	משמעות
LED ירוק	קבוע	המערכת פעילה ומשגרת
LED כתום	מהבהב	המערכת במצב המתנה (ON אך לא ACTIVE)
LED אדום	קבוע	תקלה (תקיעת כדור או בעיה אחרת)
LED אדום	מהבהב	חיישן קרבה פעיל - מערכת בהשהייה

5.3.3 סימוני מיקום

• סימוני זווית על קשת ה-Tilt (כל 5°)
• סימוני זווית על בסיס ה-Pan (כל 10°)
• מדבקות אזהרה בעברית ובאנגלית

6. פירוט עלויות והתכנסות למחיר יעד

6.1 רשימת חלקים (BOM) מסכמת

מערכת שינוע (Helix Conveyor)

מס”ד	רכיב	כמות	עלות ליח’	עלות כוללת
1.1	מנוע JGA25-370 60RPM	1	$5.00	$5.00
1.2	סליל PLA (הדפסה 3D)	1	$3.00	$3.00
1.3	ציר פלדה 6mm×550mm	1	$1.50	$1.50
1.4	מיסב 606-2RS	2	$1.00	$2.00
1.5	מצמד גמיש 6mm	1	$1.00	$1.00
1.6	בית מיסב (3D)	2	$0.50	$1.00
	סה”כ מערכת שינוע			$13.50

ראש שיגור (Launcher Head)

מס”ד	רכיב	כמות	עלות ליח’	עלות כוללת
2.1	מנוע RS-775 6000RPM	2	$8.00	$16.00
2.2	גלגל ABS+גומי (3D)	2	$2.00	$4.00
2.3	מיסב 625-2RS	4	$0.50	$2.00
2.4	ציר פלדה 5mm×60mm	2	$0.50	$1.00
2.5	מארז ראש שיגור (3D)	1	$4.00	$4.00
	סה”כ ראש שיגור			$27.00

מערכת איסוף (Collection Net)

מס”ד	רכיב	כמות	עלות ליח’	עלות כוללת
3.1	פרופיל אלומיניום 15×15mm	10m	$1.00/m	$10.00
3.2	רשת ניילון	5m²	$1.00/m²	$5.00
3.3	פינות פלסטיק	8	$0.30	$2.40
3.4	משפך PP	1	$2.00	$2.00
3.5	תפסי C-Clamp	4	$1.00	$4.00
	סה”כ מערכת איסוף			$23.40

מערכת כיוונון (Adjustment System)

מס”ד	רכיב	כמות	עלות ליח’	עלות כוללת
4.1	מיסב Lazy Susan 80mm	1	$2.00	$2.00
4.2	ידית פרפר M6	1	$0.50	$0.50
4.3	פלטת חיכוך	1	$1.00	$1.00
4.4	בורג M8×40mm	1	$0.30	$0.30
4.5	קשת כיוונון (3D)	1	$1.00	$1.00
4.6	פין קפיצי 4mm	1	$0.50	$0.50
	סה”כ מערכת כיוונון			$5.30

מערכת בקרה

מס”ד	רכיב	כמות	עלות ליח’	עלות כוללת
5.1	ספק Mean Well 75W	1	$8.00	$8.00
5.2	בקר L298N	1	$3.00	$3.00
5.3	בקר IRF520	1	$1.00	$1.00
5.4	Arduino Nano	1	$3.00	$3.00
5.5	חיישן IR E18-D80NK	1	$2.00	$2.00
5.6	פוטנציומטר 10kΩ	2	$0.50	$1.00
5.7	מתג ON/OFF + LED	1	$1.00	$1.00
5.8	LED RGB	1	$0.50	$0.50
5.9	כבלים ומחברים	1	$3.00	$3.00
5.10	קופסת בקרה (3D)	1	$2.00	$2.00
	סה”כ מערכת בקרה			$24.50

חומרי גמר ואחרים

מס”ד	רכיב	כמות	עלות ליח’	עלות כוללת
6.1	ברגים ואומים שונים	1 סט	$3.00	$3.00
6.2	מדבקות אזהרה	1 סט	$0.50	$0.50
6.3	כבל חשמל 2m + תקע	1	$2.00	$2.00
	סה”כ חומרי גמר			$5.50

6.2 סיכום עלויות

מכלול	עלות	אחוז מסה”כ
מערכת שינוע	$13.50	13.6%
ראש שיגור	$27.00	27.2%
מערכת איסוף	$23.40	23.6%
מערכת כיוונון	$5.30	5.3%
מערכת בקרה	$24.50	24.7%
חומרי גמר	$5.50	5.5%
סה”כ BOM	$99.20	100%

6.3 התכנסות למחיר יעד

פרמטר	יעד	בפועל	עמידה
עלות BOM	≤$100	$99.20	✓
עתודה לחריגות	-	$0.80	-

מסקנה:

עלות ה-BOM עומדת ביעד של עםעתודהקטנהשל0.80 לחריגות.

המלצות להפחתת עלות במקרה הצורך:

• החלפת מנוע RS-775 באלטרנטיבה זולה יותר (חיסכון: ~$4)
• שימוש בספק כוח גנרי במקום Mean Well (חיסכון: ~$3)
• רכישה בכמויות מספקים סיניים (חיסכון משוער: 20-30%)

7. תכנית ניסויים להשלמת הפיתוח

7.1 סיכום ניסויים

מס’	שם הניסוי	דרישה/סיכון	שלב
1	ניסוי קצב אש ויעילות שינוע	SPCS-5.1	PDR
2	ניסוי מהירות ודיוק שיגור	SPCS-5.2	PDR
3	ניסוי סיבוב (Spin)	SPCS-5.3	PDR
4	ניסוי יעילות איסוף	SPCS-5.4, סיכון #4	PDR
5	ניסוי תקיעות ושחרור	סיכון #1	PDR
6	ניסוי חיישן קרבה	SPCS-7.3, סיכון #11	CDR
7	ניסוי עמידות ואורך חיים	SPCS-8.1	QU

7.2 פירוט ניסויים

ניסוי 1: קצב אש ויעילות שינוע

פרמטר	ערך
מטרה	אימות קצב הזנה של 60 כדורים/דקה
דרישה	SPCS-5.1
מתודולוגיה	מילוי המאגר ב-60 כדורים, הפעלה במהירות מקסימלית, מדידת זמן עד ריקון
פרמטרים	זמן ריקון, מספר תקיעות
קריטריון	זמן ריקון ≤ 60 שניות, תקיעות ≤ 1
שלב	PDR (אב-טיפוס ראשוני)

ניסוי 2: מהירות ודיוק שיגור

פרמטר	ערך
מטרה	אימות טווח מהירויות ודיוק הפגיעה
דרישה	SPCS-5.2, SPCS-1.2
מתודולוגיה	שיגור 20 כדורים בכל מהירות (מינימום, בינוני, מקסימום), סימון נקודות פגיעה
פרמטרים	מהירות יציאה (מד מהירות), פיזור נקודות פגיעה
קריטריון	מהירות 2-15 m/s, פיזור ≤ 10cm בטווח 2.5m
שלב	PDR

ניסוי 3: סיבוב (Spin)

פרמטר	ערך
מטרה	אימות יכולת יצירת Topspin ו-Backspin
דרישה	SPCS-5.3
מתודולוגיה	שיגור כדורים עם הפרשי מהירות שונים בין גלגלים, צילום בקצב גבוה
פרמטרים	קצב סיבוב, כיוון סיבוב
קריטריון	סיבוב נצפה בשני הכיוונים, קצב ≥ 1000 RPM
שלב	PDR

ניסוי 4: יעילות איסוף

פרמטר	ערך
מטרה	אימות יעילות איסוף של לפחות 90%
דרישה	SPCS-5.4, סיכון #4
מתודולוגיה	שיגור 100 כדורים, ספירת כדורים שחזרו למערכת
פרמטרים	מספר כדורים שנאספו, מיקום כדורים שנפלו
קריטריון	≥ 90 כדורים נאספו
שלב	PDR

ניסוי 5: תקיעות ושחרור

פרמטר	ערך
מטרה	בדיקת תדירות תקיעות ויכולת שחרור ללא כלים
דרישה	SPCS-8.2, סיכון #1
מתודולוגיה	הפעלה רציפה של 500 כדורים, רישום תקיעות, מדידת זמן שחרור
פרמטרים	מספר תקיעות, זמן שחרור ממוצע
קריטריון	≤ 5 תקיעות ל-500 כדורים, זמן שחרור ≤ 30 שניות
שלב	PDR

ניסוי 6: חיישן קרבה

פרמטר	ערך
מטרה	אימות פעולת חיישן הקרבה והפסקת השיגור
דרישה	SPCS-7.3, סיכון #11
מתודולוגיה	הפעלת המערכת, התקרבות יד לפתח השיגור בזוויות שונות
פרמטרים	מרחק זיהוי, זמן תגובה, אמינות
קריטריון	זיהוי ב-20-50cm, תגובה ≤ 100ms, 100% אמינות
שלב	CDR

ניסוי 7: עמידות ואורך חיים

פרמטר	ערך
מטרה	אימות עמידות המערכת לשימוש ארוך טווח
דרישה	SPCS-8.1
מתודולוגיה	הפעלה רציפה של 50 שעות (או 180,000 כדורים)
פרמטרים	תקלות, בלאי רכיבים
קריטריון	ללא תקלות קריטיות, בלאי מינימלי
שלב	QU (הסמכה)

---

---

חלק ב’: מסמך ניהול סיכונים מעודכן

1. סיכום סיכונים ומצב נוכחי

להלן סיכום הסיכונים שזוהו במהלך הפרויקט ומצבם הנוכחי (מבוסס על מסמך ניהול הסיכונים המקורי):

1.1 טבלת סיכונים מעודכנת

סיכונים טכנולוגיים

#	תיאור הסיכון	הסת’ (לפני)	חומ’ (לפני)	הסת’ (אחרי)	חומ’ (אחרי)	מצב
1	תקיעות כדורים - כדורים נתקעים במעבר בין מסוע הסליל לראש השיגור	3	4	2	4	בטיפול
2	דיוק השיגור - המערכת לא מצליחה לפגוע באזור המוגדר (Landing Zone)	2	3	2	3	מנוטר
3	איכות סיבוב (Spin) - מקדם החיכוך לא מספק ליצירת סיבוב אפקטיבי	2	3	2	3	מנוטר
4	יעילות איסוף - הרשת אוספת פחות מ-90% מהכדורים	3	4	2	3	בטיפול
5	אי-עמידה בקצב - המערכת לא משיגה 60 כדורים לדקה	2	2	2	2	סגור

סיכונים תפעוליים וניהוליים

#	תיאור הסיכון	הסת’ (לפני)	חומ’ (לפני)	הסת’ (אחרי)	חומ’ (אחרי)	מצב
6	משאבים - לו”ז פיתוח צפוף ומחסור בשעות הנדסה	2	3	2	3	מנוטר
7	ספק יחיד - תלות בספק מנועי DC ספציפי	2	2	2	2	סגור

סיכונים מסחריים

#	תיאור הסיכון	הסת’ (לפני)	חומ’ (לפני)	הסת’ (אחרי)	חומ’ (אחרי)	מצב
8	חריגה מיעד העלות - עלות BOM חורגת מ-$100	3	4	1	4	סגור
9	שיווק - לקוחות לא סומכים על המותג החדש	2	3	2	3	מנוטר
10	תחרות - מוצרים דומים בשוק במחיר נמוך יותר	2	2	2	2	מנוטר

סיכונים בטיחותיים

#	תיאור הסיכון	הסת’ (לפני)	חומ’ (לפני)	הסת’ (אחרי)	חומ’ (אחרי)	מצב
11	פגיעה מכדור - כדור פוגע במשתמש בעת התקרבות לראש השיגור	3	4	1	4	בטיפול

1.2 סיכום לפי מצב

מצב	כמות	סיכונים
סגור	3	#5, #7, #8
בטיפול	3	#1, #4, #11
מנוטר	5	#2, #3, #6, #9, #10

2. מטריצת סיכונים מעודכנת

2.1 מטריצה לפני טיפול

	חומרה 1	חומרה 2	חומרה 3	חומרה 4	חומרה 5
הסת’ 5	🟢	🟡	🔴	🔴	🔴
הסת’ 4	🟢	🟢	🟡	🔴	🔴
הסת’ 3	🟢	🟢	🟡	🟡 1,4,8,11	🔴
הסת’ 2	🟢	🟢 5,7,10	🟢 2,3,6,9	🟡	🟡
הסת’ 1	🟢	🟢	🟢	🟢	🟡

2.2 מטריצה לאחר טיפול

	חומרה 1	חומרה 2	חומרה 3	חומרה 4	חומרה 5
הסת’ 5	🟢	🟡	🔴	🔴	🔴
הסת’ 4	🟢	🟢	🟡	🔴	🔴
הסת’ 3	🟢	🟢	🟡	🟡	🔴
הסת’ 2	🟢	🟢 5,7,10	🟢 2,3,4,6,9	🟡 1	🟡
הסת’ 1	🟢	🟢	🟢	🟢 8,11	🟡

מסקנה:

לאחר הטיפול, הסיכונים #8 ו-#11 ירדו לאזור הירוק. סיכון #1 נותר באזור הצהוב אך עם הסתברות מופחתת. סיכון #4 ירד לאזור הירוק.

3. תכניות טיפול

3.1 סיכון #1: תקיעות כדורים (מצב: בטיפול)

פרמטר	ערך
ציון לפני	3×4 = 12 (צהוב)
ציון אחרי	2×4 = 8 (צהוב)
פעולות שבוצעו	תכנון CAD מדויק של משפך המעבר עם Interference Check
פעולות עתידיות	הדפסת 3D וניסוי פיזי עם 500 כדורים רצופים (PDR)
פתרון גיבוי	הוספת מנוע מרעיד (Vibrator) לשחרור פקקים בעלות של ~$2

3.2 סיכון #4: יעילות איסוף נמוכה (מצב: בטיפול)

פרמטר	ערך
ציון לפני	3×4 = 12 (צהוב)
ציון אחרי	2×3 = 6 (ירוק)
פעולות שבוצעו	תכנון שוליים רחבים (150mm) וחפיפה בין יריעות הרשת
פעולות עתידיות	ניסוי עם 100 כדורים בזוויות פגיעה שונות (PDR)
פתרון גיבוי	שימוש בבד רשת עם מקדם החזר נמוך (Energy Absorbing)

3.3 סיכון #8: חריגה מיעד העלות (מצב: סגור)

פרמטר	ערך
ציון לפני	3×4 = 12 (צהוב)
ציון אחרי	1×4 = 4 (ירוק)
פעולות שבוצעו	ניהול טבלת עלויות דינמית, זיהוי ספקים חלופיים
תוצאה	עלות BOM = עמידהביעדשל100
סטטוס	סגור - הסיכון לא התממש

3.4 סיכון #11: פגיעה מכדור במשתמש (מצב: בטיפול)

פרמטר	ערך
ציון לפני	3×4 = 12 (צהוב)
ציון אחרי	1×4 = 4 (ירוק)
פעולות שבוצעו	הגדרת דרישת Housing סביב חלקים נעים, בחירת חיישן IR E18-D80NK
פעולות עתידיות	ניסוי חיישן קרבה (CDR) - אימות זיהוי ב-20-50cm, תגובה ≤100ms
נוסף	הוספת מדבקת אזהרה בולטת בעברית ובאנגלית

---

---

חלק ג’: הוראות הרכבה

1. רשימת חלקים (BOM)

רשימת החלקים המלאה מופיעה בסעיף 6.1. להלן סיכום לפי מכלולים:

מכלול	מספרי חלקים	כמות רכיבים	משקל משוער
מערכת שינוע	1.1 - 1.6	8	~350g
ראש שיגור	2.1 - 2.5	11	~500g
מערכת איסוף	3.1 - 3.5	~20	~1.2kg
מערכת כיוונון	4.1 - 4.6	6	~150g
מערכת בקרה	5.1 - 5.10	~15	~400g
חומרי גמר	6.1 - 6.3	~30	~100g
סה”כ		~90	~2.7kg

2. כלים נדרשים להרכבה

כלים בסיסיים (נדרשים)

כלי	שימוש
מברג פיליפס #2	הרכבת רוב הברגים
מברג שטוח קטן	כיוונון ופתיחת מכסים
מפתח אלן 3mm	ברגי מיסבים ומצמדים
מפתח אלן 4mm	ברגי מסגרת
צבת חיתוך	חיתוך כבלים ורצועות
סרגל / מטר קפיצי	מדידת מיקום

כלים מומלצים (לא חובה)

כלי	שימוש
מברגה חשמלית	האצת הרכבה
פלס	יישור מדויק
מולטימטר	בדיקת חיבורים חשמליים

3. הוראות הרכבה שלב-אחר-שלב

שרטוט פיצוץ של המערכת.

שלב 1: הרכבת מערכת השינוע

רכיבים: 1.1-1.6

1. הכנסת מיסבים לבתי המיסב:

   • הכנס מיסב 606-2RS (1.4) לכל בית מיסב (1.6)
   • ודא שהמיסב יושב בצורה מלאה ומישורית

2. הרכבת הציר לסליל:

   • השחל את הציר (1.3) דרך הסליל (1.2)
   • ודא שהציר בולט בצורה שווה משני הצדדים

3. הרכבת בתי המיסב:

   • הרכב בית מיסב תחתון על הבסיס
   • הכנס את הציר עם הסליל לבית המיסב התחתון
   • הרכב בית מיסב עליון

4. חיבור למנוע:

   • חבר מצמד גמיש (1.5) לציר המנוע (1.1)
   • חבר את הקצה השני לציר הסליל

נקודת ביקורת #1:

סובב את הסליל ביד. הוא צריך להסתובב בחופשיות ללא חיכוך מורגש.

שלב 2: הרכבת ראש השיגור

רכיבים: 2.1-2.5

1. הכנת הגלגלים:

   • הכנס 2 מיסבים 625-2RS (2.3) לכל גלגל (2.2)
   • השחל ציר (2.4) דרך הגלגל

2. הרכבת הגלגלים למארז:

   • הרכב גלגל תחתון למארז (2.5)
   • הרכב גלגל עליון למארז
   • ודא שהמרווח בין הגלגלים 38mm

3. חיבור מנועים:

   • חבר מנוע RS-775 (2.1) לכל ציר גלגל
   • הדק את הברגים

נקודת ביקורת #2:

סובב כל גלגל ביד. הוא צריך להסתובב בחופשיות. העבר כדור פינג-פונג בין הגלגלים - הוא צריך לעבור עם התנגדות קלה.

שלב 3: הרכבת מערכת האיסוף

רכיבים: 3.1-3.5

1. הרכבת המסגרת:

   • חבר את פרופילי האלומיניום (3.1) באמצעות פינות פלסטיק (3.3)
   • התחל מהפינות ועבור לצדדים

2. מתיחת הרשת:

   • חבר את הרשת (3.2) למסגרת באמצעות טבעות פלסטיק
   • התחל מפינה אחת ומתח לכיוון הפינה הנגדית
   • ודא שיפוע כבידתי לכיוון נקודת האיסוף

3. חיבור המשפך:

   • הרכב את המשפך (3.4) בנקודת האיסוף
   • ודא שפתח המשפך מיושר עם כניסת הסליל

4. חיבור התפסים:

   • הרכב תפסי C-Clamp (3.5) לקצוות המסגרת

שלב 4: הרכבת מערכת הכיוונון

רכיבים: 4.1-4.6

1. הרכבת בסיס הצידוד:

   • הרכב מיסב Lazy Susan (4.1) על הבסיס
   • חבר ידית פרפר (4.2) ופלטת חיכוך (4.3)

2. הרכבת מנגנון הגובה:

   • חבר את קשת הכיוונון (4.5) למארז ראש השיגור
   • הכנס בורג M8 (4.4) כציר סיבוב
   • הרכב פין קפיצי (4.6)

3. חיבור ראש השיגור:

   • הרכב את ראש השיגור על מערכת הכיוונון

נקודת ביקורת #3:

בדוק שהצידוד (Pan) פועל בטווח ±30° והגובה (Tilt) פועל בטווח 0-20°. ודא שהנעילה מחזיקה את ראש השיגור במקום.

שלב 5: הרכבת מערכת הבקרה

רכיבים: 5.1-5.10

1. הרכבת ספק הכוח:

   • הרכב ספק Mean Well (5.1) בקופסת הבקרה (5.10)
   • חבר כבל חשמל (6.3)

2. הרכבת בקרי המנועים:

   • הרכב בקר L298N (5.2) ובקר IRF520 (5.3)
   • חבר לספק הכוח (12V)

3. הרכבת Arduino:

   • הרכב Arduino Nano (5.4)
   • חבר לבקרים (PWM)

4. חיבור חיישן קרבה:

   • הרכב חיישן IR (5.5) על מארז ראש השיגור, מכוון לכיוון פתח השיגור
   • חבר ל-Arduino

5. הרכבת פקדים:

   • הרכב פוטנציומטרים (5.6), מתג (5.7) ו-LED (5.8)
   • חבר ל-Arduino

6. חיווט:

   • חבר מנועי שיגור לבקר L298N
   • חבר מנוע סליל לבקר IRF520

נקודת ביקורת #4:

בדוק עם מולטימטר שיש 12V ביציאת הספק. חבר למתח ובדוק שה-LED דולק.

שלב 6: הרכבה סופית

1. חיבור מערכת השינוע לבסיס
2. חיבור מערכת האיסוף לשולחן
3. יישור המשפך מול כניסת הסליל
4. סגירת כל המכסים וההגנות

4. נקודות ביקורת

מס’	שלב	בדיקה	קריטריון עובר
1	1	סיבוב חופשי של הסליל	ללא חיכוך מורגש
2	2	סיבוב גלגלים ומעבר כדור	כדור עובר עם התנגדות קלה
3	4	תפקוד מערכת הכיוונון	טווחים ונעילה תקינים
4	5	מתח ספק כוח ותאורת חיווי	12V, LED דולק
5	6	בדיקת מערכת כוללת - שיגור 10 כדורים	כל הכדורים משוגרים

---

---

חלק ד’: הוראות תפעול ותחזוקה

1. תיאור הפקדים

2. הוראות להפעלה ראשונית

3. הוראות הפעלה בשגרה

4. הוראות בטיחות

5. תקלות נפוצות ואופן הטיפול

6. הוראות תחזוקה

---

---

חלק ה’: שרטוטים

1. שרטוט מכלול כללי (Assembly Drawing)

2. שרטוט פיצוץ (Exploded View)

3. שרטוטי תת-מכלולים

3.1 מערכת שינוע

3.2 ראש שיגור

3.3 מערכת איסוף

4. Routing Chart

→ קודם: PDM1_002