HD3 chu khắc trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đèn bàn thông minh chống cận thị

TỔNG QUAN CHUNG

Tổng quan chung

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và mức sống, nhu cầu về thiết bị gia dụng ngày càng tăng, chuyển từ chức năng đơn giản sang thiết kế thông minh và tiện lợi Các thiết bị thông minh không chỉ cho phép người dùng thiết lập và điều khiển theo nhu cầu mà còn cá nhân hóa theo môi trường và thói quen gia đình Ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả công việc và học tập; điều kiện ánh sáng kém có thể dẫn đến mệt mỏi thị giác và giảm năng suất Đèn bàn, thiết bị chiếu sáng di động, rất cần thiết cho các hoạt động như đọc và viết, đặc biệt trong bối cảnh gia tăng tật cận thị ở thanh thiếu niên do tư thế ngồi không đúng Do đó, đèn bàn trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của con người.

Đèn bàn truyền thống chỉ có chức năng chiếu sáng đơn giản và cần điều khiển bằng tay, trong khi đèn bàn thông minh với khả năng cảm nhận vị trí ngồi cung cấp điều kiện chiếu sáng khoa học và thông minh hơn Đèn bàn thông minh còn được trang bị tính năng phát hiện nhiệt điện, cho phép nhận biết hoạt động sinh học xung quanh và tự động tắt khi không có hoạt động Mặc dù tích hợp nhiều chức năng, đèn bàn thông minh vẫn giữ vai trò cốt lõi là tạo ra môi trường chiếu sáng thoải mái cho người sử dụng.

Đèn điện đầu tiên, đèn nóng sáng, hoạt động bằng cách cung cấp năng lượng cho dây tóc, tạo ra ánh sáng thông qua bức xạ nhiệt Ánh sáng này gần giống với quang phổ mặt trời, giúp khôi phục màu sắc tự nhiên của vật thể Đèn huỳnh quang sử dụng phốt pho bên trong để điều chỉnh màu sắc ánh sáng, và việc thay đổi loại phốt pho sẽ ảnh hưởng đến màu sắc phát ra Hiện nay, đèn LED đã trở thành nguồn sáng chủ đạo trong chiếu sáng.

Hình 1.2 : Cấu tạo bóng đèn

Đồ án này nhằm phát triển một hệ thống đèn thông minh sử dụng vi điều khiển làm lõi điều khiển kết hợp với mô-đun cảm biến Hệ thống sẽ tự động điều chỉnh độ sáng, nhắc nhở người dùng thay đổi tư thế ngồi, và cung cấp chức năng đèn ngủ cùng nhiều tính năng khác Qua việc sử dụng cảm biến không dây và ứng dụng điện thoại di động, người dùng có thể điều khiển đèn theo thời gian thực, đồng thời thu thập thông số môi trường xung quanh Mục tiêu chính của dự án là tiết kiệm năng lượng và mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

Các phương pháp chống cận thị

1.2.1 Nghỉ ngơi thị giác từng lúc Đây là động tác đơn giản nhưng rất hữu ích, giúp mắt được thư giãn Cứ làm việc khoảng 20 phút, bạn nên để mắt nhìn xa một đến 2 phút, hoặc nhắm mắt lại 30 giây đến một phút Nếu cảm giác bị mờ nhoè đi, cần cho mắt nghỉ lâu hơn

Chủ động kiểm soát việc chớp mắt là rất quan trọng, vì chớp mắt không chỉ là một phản xạ sinh lý mà còn giúp phân phối đều lớp nước mắt trên bề mặt mắt Điều này giúp mắt cảm thấy dễ chịu hơn và giảm thiểu căng thẳng cho mắt.

Để bảo vệ sức khỏe đôi mắt, học sinh không nên làm việc liên tục quá 45 phút Việc ra sân chơi và tập thể dục giữa các tiết học là rất cần thiết, đồng thời nên tránh đọc truyện hay chơi game trong giờ giải lao Mỗi người cũng nên dành thời gian thư giãn cho mắt bằng cách nhìn xa hoặc tham gia các hoạt động vui chơi ở không gian thoáng đãng.

Phòng học và nơi làm việc cần được chiếu sáng đầy đủ bằng ánh sáng tự nhiên Nếu không thể tận dụng ánh sáng tự nhiên, hãy đảm bảo hệ thống đèn chiếu sáng được bố trí hợp lý ở các góc độ khác nhau để tránh tình trạng học tập và đọc sách bị ảnh hưởng bởi bóng tối.

1.2.3 Đọc và viết đúng khoảng cách quy định

Khoảng cách lý tưởng khi đọc sách và viết cho học sinh lớn là từ 30-40 cm, trong khi học sinh nhỏ tuổi nên duy trì khoảng cách khoảng 25 cm Việc đọc hoặc viết quá gần có thể gây áp lực lên hệ thống thị giác, dẫn đến mỏi mắt và tăng nguy cơ cận thị.

Để bảo vệ sức khỏe mắt khi làm việc trên màn hình vi tính, bạn nên duy trì khoảng cách tối thiểu 60cm Khoảng cách này giúp giảm thiểu việc mắt phải điều tiết quá mức và hạn chế những tác động tiêu cực từ ánh sáng phát ra từ màn hình.

Để tránh mỏi mệt và gù vẹo cột sống, bạn cần duy trì tư thế ngồi thẳng lưng và cổ Nên tránh nằm khi đọc sách, vì điều này có thể gây khó khăn cho mắt trong việc quy tụ và điều tiết, dẫn đến mỏi và nhức mắt Ngoài ra, không nên đọc sách khi đi tàu xe, vì sự rung lắc làm thay đổi khoảng cách đọc liên tục, gây hại cho mắt.

Con người nên hạn chế thời gian xem truyền hình khoảng một tiếng mỗi ngày Nếu bạn có tật khúc xạ, hãy đeo kính khi xem TV Đặt TV ở khoảng cách gấp 4 lần đường chéo của màn hình và không nên tắt đèn khi xem để bảo vệ mắt tốt hơn.

Hình 1.3: Chế độ dinh dưỡng cho mắt

Chế độ dinh dưỡng đầy đủ và cân bằng rất quan trọng để duy trì sức khỏe đôi mắt Các vi chất như vitamin A, E, C và khoáng chất có trong rau củ, trái cây tươi, thịt, cá biển và trứng giúp bảo vệ môi trường trong suốt của mắt, nâng cao khả năng điều tiết và ngăn ngừa thoái hóa võng mạc cũng như hoàng điểm Đối với những trường hợp cận thị tiến triển nhanh, việc bổ sung dưỡng chất bằng các loại thuốc bổ mắt thông dụng có thể là giải pháp hiệu quả.

Bạn nên đến khám bác sĩ chuyên khoa mắt định kỳ để được chỉnh tật khúc xạ và tư vấn cụ thể khi gặp những vấn đề về mắt.

Phương pháp chống cận thị bằng đèn học

1.3.1 Đèn học sử dụng bóng đèn sợi đốt:

Đèn sợi đốt, loại đèn cổ điển nhất, đánh dấu sự phát minh trong việc chuyển đổi điện năng thành ánh sáng Mặc dù đã bị hạn chế sử dụng, chúng từng rất phổ biến trong quá khứ Nguyên lý hoạt động của bóng đèn sợi đốt là chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng, với độ sáng tỷ lệ thuận với lượng nhiệt phát ra Ưu điểm của đèn sợi đốt là giá thành rẻ và tính phổ biến, đồng thời phát sáng liên tục, không nhấp nháy, giúp trẻ em dễ dàng quan sát vật thể và chữ trong quá trình học tập.

Hao phí điện năng là một vấn đề đáng lưu ý, đặc biệt là với đèn dây tóc Nghiên cứu cho thấy, khi hoạt động, đèn dây tóc tiêu tốn đến 95% điện năng để phát nhiệt, chỉ có 5% được sử dụng để chiếu sáng Điều này giải thích tại sao người dùng thường cảm thấy nóng khi sử dụng loại đèn này.

1.3.2 Đèn bàn học dùng bóng Halogen

Đèn bàn học sử dụng bóng Halogen là lựa chọn hoàn hảo cho việc chiếu sáng, tiết kiệm điện năng và mang lại ánh sáng êm dịu, không gây hại cho mắt Với thiết kế nhỏ gọn và khả năng điều chỉnh chiều cao, đèn phù hợp cho trẻ em, sinh viên, cũng như dân văn phòng trong các hoạt động đọc sách và làm việc vào buổi tối Sản phẩm có nhiều tông màu sang trọng, tạo điểm nhấn tinh tế cho không gian học tập và làm việc Đặc biệt, đèn Halogen cung cấp ánh sáng liên tục với màu vàng, không nhấp nháy, giúp người dùng nhìn rõ vật thể hơn.

Đèn halogen có nhược điểm là tuổi thọ ngắn và tỏa nhiệt cao tương tự như đèn sợi tóc, khiến chúng ít được ưa chuộng tại Việt Nam Hơn nữa, việc thay thế đèn halogen khi bị hư hỏng cũng gặp nhiều hạn chế.

1.3.3 Bóng đèn huỳnh quang compact

Hình 1.6: Đèn bàn học compact

Bóng đèn compact nổi bật với độ sáng đa dạng, khả năng tiết kiệm điện năng và độ bền cao, thường được sử dụng để thắp sáng Tuy nhiên, loại bóng này ít được dùng cho học tập do ánh sáng không ổn

Đèn huỳnh quang compact với thiết kế đuôi xoắn không chỉ tiết kiệm điện năng hiệu quả hơn so với đèn halogen và đèn dây tóc, mà còn tỏa nhiệt thấp, giúp người dùng cảm thấy thoải mái khi sử dụng trong thời gian dài.

Đèn compact có nhược điểm là phát sáng không liên tục và nhấp nháy, gây ảnh hưởng đến mắt Ngoài ra, màu ánh sáng của đèn giảm nhanh theo thời gian sử dụng Đèn bàn sử dụng bóng huỳnh quang compact cũng gặp khó khăn trong việc điều chỉnh hướng ánh sáng, tạo sự bất tiện cho người sử dụng.

1.3.4 Đèn học chống cận dùng đèn Led: Đây là loại bóng đền đang được phát triển mạnh và dần thay thế nhiều loại bóng đèn để tiết kiệm điện và có ánh sáng tốt nhất, bên cạnh đó độ bền của bóng đèn Led cực cao có thể lên đến 20,000 giờ, gấp nhiều lần so với các loại bóng đèn khác Ưu điểm: Được sản xuất theo công nghệ mới, đèn LED có khả năng tiết kiệm điện tối ưu Thiết kế thân thiện giúp dễ dàng thay đổi chiều cao của đèn và hướng chiếu sáng Đèn LED ít tỏa nhiệt, ánh sáng phát ra liên tục và không nhấp nháy giúp bảo vệ tốt cho thị giác của người dùng Đây là loại đèn học tốt cho mắt nhất

Nhược điểm: Đèn LED có giá thành cao hơn các loại đèn dây tóc, halogen, compact.

Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước

1.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước

1.4.1.a Đèn bàn chống cận Philips

Cận thị ở trẻ em Việt Nam đang gia tăng, gây lo ngại cho phụ huynh Đèn bàn Philips không chỉ cung cấp ánh sáng chuẩn mà còn trang trí cho không gian làm việc và học tập Một chiếc đèn bàn lý tưởng cần đáp ứng cả về hình thức và chức năng, với ánh sáng an toàn và kiểu dáng hài hòa với phong cách tổng thể của bàn làm việc, bàn học.

Đèn bàn chống cận Philips nổi bật với thiết kế tinh xảo từ chụp đèn, thân đèn đến chân đèn Sản phẩm này thường sử dụng bóng đèn LED có công suất dưới 13W, mang lại độ sáng hài hòa và lan tỏa đều trong không gian học tập và làm việc, vì vậy được nhiều người tiêu dùng ưa chuộng hiện nay.

Chóa đèn Philips được thiết kế thông minh, cho phép người dùng dễ dàng tháo lắp và thay thế bóng đèn, mang lại sự tiện lợi tối đa.

Dàn đèn Led được thiết kế tinh tế và gọn gàng, mang lại ánh sáng rộng rãi cho không gian làm việc và học tập, đồng thời giảm thiểu ánh sáng chói lóa trực tiếp vào mắt.

1.4.1.b Đèn bàn học chống cận Tiross Đèn bàn chống cận Tiross thường sử dụng bóng đèn led để chiếu sáng

Đèn bàn chống cận Tiross phát ra nguồn sáng hài hòa, với góc chiếu rộng và ánh sáng đều trên bề mặt làm việc và học tập Thiết kế độc đáo với khả năng uốn dẻo 360 độ giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh ánh sáng theo ý muốn Sản phẩm có giá thành hợp lý, phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng Việt, đồng thời mang lại chất lượng sử dụng vượt trội.

Hình 1.8: Đèn bàn học Tiross Ưu điểm nổi bật của đèn Tiross

Đèn bàn Tiross là giải pháp hoàn hảo để chiếu sáng khu vực mong muốn một cách hiệu quả Với công nghệ phân bố ánh sáng độc đáo, Tiross mang đến ánh sáng nhẹ nhàng, giúp tỏa đều khắp căn phòng, tạo không gian ấm cúng và dễ chịu.

- Đèn bàn Tiross có thiết kế đèn độc đáo, hiện đại và tinh tế đem đến sự sang trọng cho không gian sống của gia đình bạn

- Tiross có khả năng tự động tắt hiện đại, đem đến sự tiện ích cho người sử dụng

Đèn Tiross có thiết kế linh hoạt với khả năng điều chỉnh độ cao nhờ phần thân có thể gập lại ở nhiều mức độ khác nhau Độ sáng của đèn được điều chỉnh một cách dễ dàng thông qua cảm ứng, chỉ cần vuốt nhẹ lên xuống trên thanh hiển thị cho đến khi đạt được mức ánh sáng mong muốn.

Đèn bàn Tiross là sản phẩm cao cấp với thiết kế hiện đại và sang trọng, giúp bảo vệ mắt và ngăn ngừa cận thị Đèn cung cấp ánh sáng đầy đủ, hỗ trợ hiệu quả cho việc đọc sách, học tập và làm việc của bạn.

Đèn bàn học tập Tiross với trục xoay 360 độ hiện đại sở hữu thiết kế thân đèn từ kim loại uốn dẻo, cho phép điều chỉnh ánh sáng linh hoạt theo mọi góc độ và điều kiện địa hình Ngoài ra, thân đèn còn được bọc lớp Silicon bền bỉ, mang lại độ dẻo dai và độ bền cao cho sản phẩm.

1.4.2 Các nghiên cứu trong nước

1.4.2.a Đèn bàn LED Cảm ứng Rạng Đông

Rạng Đông là doanh nghiệp tiên phong trong việc cung cấp hệ thống giải pháp đồng bộ dựa trên công nghệ Chiếu sáng và IoT, nhằm kiến tạo ngôi nhà thông minh và thành phố thông minh, đồng thời thúc đẩy nông nghiệp công nghệ cao và nông nghiệp chính xác Mục tiêu của Rạng Đông là góp phần xây dựng một cuộc sống hòa hợp với thiên nhiên, thông minh và hạnh phúc, đồng hành cùng dân tộc trong việc xây dựng Việt Nam phồn vinh và thịnh vượng Đến năm 2025, công ty đặt mục tiêu trở thành doanh nghiệp công nghệ cao dẫn đầu thị trường chiếu sáng tại Việt Nam và tiên phong trong lĩnh vực cung cấp Hệ sinh thái 4.0 Đến năm 2030, Rạng Đông hướng tới việc trở thành doanh nghiệp tầm tỷ đô, nâng tầm thương hiệu lên khu vực.

Con đường phát triển bằng Khoa học công nghệ/ Đổi mới sáng tạo và Sự tử tế

Hình 1.9: Đèn bàn LED cảm ứng Đặc tính của đèn

- Nguồn điện danh định 220V/50Hz

- Độ rọi trung bình trên mặt bàn >700 lux

- Điện áp có thể hoạt động (150 – 250)V

- Tuổi thọ của đèn 25000 giờ

- Số chu kỳ tắt/bật 50.000 lần Đặc điểm khác

- Hàm lượng thủy ngân 0 mg

- Thời gian khởi động của đèn < 0,5 giây

- Thiết kế sang trọng, màu sắc trang nhã

- Điều chỉnh 3 mức cường độ sáng và thay đổi 4 màu ánh sáng

1.4.2.b Đèn bàn LED Bảo vệ thị lực Điện Quang Điện Quang được thành lập từ năm 1973, ngành nghề kinh doanh là sản xuất, kinh doanh các sản phẩm, dịch vụ, giải pháp trong lĩnh vực chiếu sáng và thiết bị điện Với sứ mệnh chính, xuyên suốt là đóng góp cho xã hội và cộng đồng, Điện Quang đã luôn tiên phong ứng dụng khoa học công nghệ hiện đại vào sản xuất, kinh doanh nhằm cung cấp sự tiện nghi, an toàn, thẩm mỹ, góp phần nâng cao chất lượng sống của người dân và xã hội.Sản phẩm của Điện

Quang đã được phân phối rộng rãi trên toàn quốc và hiện diện tại hơn 30 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới, bao gồm các khu vực như EU, Châu Á, Châu Âu và Châu Mỹ.

Điện Quang tự hào là doanh nghiệp tiên phong trong ngành chiếu sáng, được chính phủ Việt Nam công nhận là Thương hiệu Quốc Gia Kể từ năm 1996, sản phẩm của công ty luôn được người tiêu dùng bình chọn là hàng Việt Nam chất lượng cao Đèn bàn chống cận của Điện Quang sử dụng bóng đèn LED, mang đến nguồn sáng phù hợp, hài hòa với góc chiếu rộng, giúp ánh sáng tỏa đều trên bề mặt làm việc và học tập của người dùng.

Hình 1.10: Đèn bàn LED Bảo vệ thị lực điện quang

- Chỉ số hoàn màu: ≥ 80 Ra

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Sơ lược về quá trình phát triển

Thuật ngữ “robot” lần đầu tiên xuất hiện vào ngày 09/10/1922 tại New York trong vở kịch khoa học viễn tưởng “Rossum's Universal Robot” của nhà soạn kịch Tiệp Khắc Vở kịch này miêu tả một người hầu cơ khí, hay còn gọi là “robot”, được gán cho khả năng và thuộc tính của con người Từ “robot” có nguồn gốc từ từ “roboba” trong tiếng Tiệp, có nghĩa là công việc lao dịch.

Robot thực sự hữu ích trong ứng dụng công nghiệp chủ yếu là tay máy Năm 1948, tại phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, nhà nghiên cứu Goertz đã chế tạo tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên Cùng năm đó, hãng General Mill cũng phát triển một tay máy tương tự với động cơ điện và các cữ hành trình Đến năm 1954, Goertz tiếp tục cải tiến tay máy đôi với động cơ servo, có khả năng nhận biết lực tác động lên khâu cuối Năm 1956, General Mill ứng dụng những thành quả này để sản xuất tay máy phục vụ khảo sát đáy biển.

Vào năm 1968, R.S Mosher từ General Electric đã phát triển một thiết bị đi bộ đặc biệt với bốn chân, dài hơn 3m và nặng 1400kg, sử dụng động cơ đốt trong Đến năm 1970, một bước tiến quan trọng trong công nghệ là sự ra đời của xe tự hành thám hiểm bề mặt Mặt Trăng Lunokhod 1, được điều khiển từ Trái Đất.

Những robot đầu tiên, được lập trình để phản ứng với tín hiệu từ cảm biến mà không cần sự can thiệp của con người, đã được nghiên cứu vào cuối những năm 1940 tại các phòng thí nghiệm trí tuệ nhân tạo Một ví dụ điển hình là con chuột máy tìm đường trong mê cung của Claude Shannon.

Vào năm 1969, Viện nghiên cứu thuộc đại học Stanford đã thiết kế robot Shankey di động, nhằm thực hiện các thí nghiệm về điều khiển sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh để nhận dạng đối tượng Robot này được lập trình để nhận dạng đối tượng qua camera, xác định hướng đi đến đối tượng và thực hiện một số thao tác cần thiết.

Năm 1952 máy điều khiển chương trình số đầu tiên ra đời tại Học Viện

Vào năm 1954, George Devol đã thiết kế robot lập trình đầu tiên với điều khiển chương trình số, nhờ vào phát minh của ông mang tên “thiết bị chuyển khớp được lập trình” tại Công Nghệ Massachusetts, Hoa Kỳ.

Năm 1962, robot Unimation đầu tiên được đưa vào sử dụng tại General Motors, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ tự động hóa Đến năm 1976, cánh tay robot đầu tiên đã được triển khai trên tàu thám hiểm Viking của NASA để lấy mẫu đất trên sao Hỏa, mở ra kỷ nguyên mới cho nghiên cứu không gian.

Giới thiệu đề tài

Trong những năm gần đây, công cuộc hiện đại hóa và công nghiệp hóa tại Việt Nam đã diễn ra mạnh mẽ, dẫn đến nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm thông qua ứng dụng tự động hóa Xu hướng này đã thúc đẩy sự phát triển của các dây chuyền sản xuất tự động linh hoạt, đặc biệt là công nghệ chế tạo Robot, nhằm giảm bớt sức lao động của con người Mặc dù lĩnh vực này còn mới mẻ tại Việt Nam, nhưng đã có những đầu tư cho nghiên cứu, chủ yếu sử dụng mô hình cánh tay máy phục vụ giảng dạy, giúp sinh viên hiểu rõ lý thuyết hơn Đề tài “Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy ba bậc tự do” được chọn nhằm chế tạo một thiết bị học tập đơn giản, gọn nhẹ, có thể điều khiển bằng nút ấn và tự động, với khả năng ứng dụng trong sản xuất nhỏ và giảng dạy.

Thiết kế, tính toán và chọn bộ phận cho đèn học thông minh

2.2.1 Động cơ servo a Khái niệm về servo

Servo, hay động cơ servo, là một cơ chế đơn giản cung cấp chuyển động cho các dự án điện tử, thường được sử dụng trong ô tô và máy bay điều khiển từ xa nhờ khả năng điều khiển chính xác Động cơ servo bao gồm bốn thành phần chính: động cơ DC, bộ giảm tốc bánh răng, cảm biến vị trí và mạch điều khiển Động cơ DC kết nối với bánh răng để cung cấp phản hồi đến cảm biến vị trí, thường là chiết áp Đầu ra của động cơ được truyền qua trục servo đến tay đòn servo, với bánh răng bằng nhựa cho động cơ tiêu chuẩn và bằng kim loại cho động cơ công suất cao.

Động cơ servo có ba dây: dây đen nối với đất, dây trắng/vàng kết nối với thiết bị điều khiển và dây đỏ nối với nguồn điện Chức năng chính của động cơ servo là nhận tín hiệu điều khiển để xác định vị trí đầu ra mong muốn của trục và cung cấp năng lượng cho động cơ DC cho đến khi trục đạt được vị trí đó.

Thiết bị cảm biến vị trí được sử dụng để xác định vị trí quay của trục, giúp động cơ biết hướng quay cần thiết để đưa trục đến vị trí chỉ định Trục không quay tự do như động cơ DC mà chỉ có khả năng quay trong khoảng 200 độ.

Rôto tạo ra một từ trường quay hiệu quả nhờ dòng điện chạy trong dây quấn, giúp tạo ra lực xoáy Trục của động cơ truyền công suất đầu ra, trong khi tải được chuyển qua cơ cấu chuyển tải Để nâng cao hiệu suất, đất hiếm chức năng cao hoặc nam châm vĩnh cửu được đặt bên ngoài trục Bộ mã hóa quang học liên tục theo dõi số vòng quay và vị trí của trục Để đảm bảo dễ dàng sử dụng và đáp ứng sức kéo, nhóm đã lựa chọn động cơ servo TD8120MG.

Hình 2.1: Động cơ servo TD8120MG Servo này được thiết kế cho Robot trực thăng máy bay xe tải RC Car

Nó có chất lượng cao và dễ cài đặt, có thể giúp kiểm soát máy của tốt hơn

Bảng 2.1: Thông số động cơ servo TD8120MG Điện áp hoạt động 4.8V ~ 6.6Volts (0 - 180 độ)

Tốc độ hoạt động (4.8V) 0.18 giây / 60 ° khi không tải

Tốc độ hoạt động (6.6V) 0.14 giây / 60 ° khi không tải

Mô-men xoắn gian hàng (4,8V) 18,5 kg / cm (263,8 oz / in)

Mô-men xoắn gian hàng (6,6V) 21,8 kg / cm (298,5 oz / in)

Loại động cơ Động cơ DC

Loại bánh răng Đồng & nhôm

Tần số làm việc 1520μs / 333hz

2.2.2 Bộ điều khiển a Vi điều khiển Pic 16f690

Hình 2.2: Vi điều khiển Pic 16f690

Bảng 2.2: Thông số Vi điều khiển Pic 16f690 Danh mục Sản phẩm Bộ vi điều khiển 8 bit – MCU

Kích thước bộ nhớ chương trình 7kB Độ rộng bus dữ liệu 8 bit Độ phân giải ADC 10 bit

Tần số đồng hồ tối đa 20 MHz

Kích thước dữ liệu RAM 256 B Điện áp cấp vận hành 2 V đến 5,5 V

Kích thước ROM dữ liệu 256 B

Nhạy với độ ẩm Yes

Số lượng kneh ADC 12 Channel

Số bộ hẹn giờ/bộ đếm 3 Timer

Seri bộ xử lý PIC16

Loại sản phẩm 8-bit Microcontrollers – MCU

Loại bộ nhớ chương trình Flash

Số lượng Kiện Gốc 38 Điện áp cấp nguồn – Tối đa 5,5 V Điện áp cấp nguồn – Tối thiểu 4,5 V

Chiều rộng 7,49 mm Đơn vị khối lượng 801 mg b Arduno Uno R3

Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở, sử dụng vi điều khiển Microchip ATmega328, được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch này có các chân đầu vào/đầu ra Digital và Analog, cho phép giao tiếp với nhiều bảng mạch mở rộng khác Arduino Uno là lựa chọn lý tưởng cho những người mới bắt đầu và đam mê điện tử, lập trình Nhờ vào nền tảng mở của Arduino.cc, người dùng có thể dễ dàng xây dựng các dự án như lập trình Robot, xe tự hành, hoặc điều khiển bật tắt LED một cách nhanh chóng.

Hình 2.3: Arduno Uno R3 Bảng 2.3: Thông số Arduno Uno R3

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

2.2.3 Mạch thời gian thực RTC DS1307

Hình 2.4: Mạch thời gian RTC DS 1307

Mạch thời gian thực RTC DS1307 cung cấp thông tin thời gian như ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây cho vi điều khiển qua giao tiếp I2C Mạch tích hợp pin backup giúp duy trì thời gian khi không có nguồn điện Ngoài ra, mạch còn bao gồm IC EEPROM AT24C32 để lưu trữ thông tin, rất phù hợp cho các ứng dụng điều khiển và đồng bộ dữ liệu thời gian thực.

- IC chính: RTC DS1307 + EEPROM AT24C32

- Lưu trữ và cung cấp các thông tin thời gian thực: ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây,

- Có pin backup duy trì thời gian trong trường hợp không cấp nguồn

Màn hình LCD 1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, cho phép hiển thị 2 dòng với 16 ký tự mỗi dòng Màn hình này nổi bật với độ bền cao, phổ biến trong các ứng dụng, và dễ dàng sử dụng hơn khi kết hợp với mạch chuyển tiếp I2C.

- Điện áp hoạt động là 5V

- Chữ trắng, nền xanh dương

- Tiện dụng khi kết nối với Breadboard

- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện

- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn

- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

2.2.5 Thiết kế, tính toán và chọn cảm biến a.Cảm biến cường độ ánh sáng Lux BH1750

Hình 2.6: Cảm biến cường độ ánh sáng Lux

Cảm biến cường độ ánh sáng Lux BH1750 đo lường cường độ ánh sáng bằng đơn vị lux, với tính năng ADC nội và bộ tiền xử lý Giá trị đầu ra của cảm biến là giá trị trực tiếp của cường độ ánh sáng lux, không cần qua bất kỳ xử lý hay tính toán nào, thông qua giao tiếp I2C.

Một số ví dụ về độ rọi của ánh sáng:

- Trời nhiều mây trong nhà : 5 – 50 lux

- Trời nhiều mây ngoài trời : 50 – 500 lux

- Trời nắng trong nhà : 100 – 1000 lux

- Ánh sáng cần thiết để đọc sách: 50 – 60 lux

Sơ đồ kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino

Hình 2.7: Sơ đồ kết nối cảm biến ánh sáng với Arduino b Cảm biến nhiệt độ LM35

Hình 2.8: Cảm biến nhiệt LM35

Cảm biến nhiệt độ LM35 là một thiết bị đo nhiệt độ với đầu ra điện áp Analog tuyến tính, thường được sử dụng để theo dõi nhiệt độ môi trường hoặc thiết bị Với thiết kế chân TO-92 chỉ gồm 3 chân, cảm biến này rất dễ dàng trong việc giao tiếp và sử dụng.

- Điện áp hoạt động: 4~20VDC

- Công suất tiêu thụ: khoảng 60uA

- Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C

- Kích thước: 4.3 × 4.3mm c Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK Adjustable IR Infrared Proximity Sensor

Hình 2.9: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK Adjustable IR Infrared Proximity Sensor tại Hshop.vn được biết đến với chất lượng vượt trội, độ bền cao và khả năng ổn định tốt Sản phẩm này sử dụng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện vật cản phía trước, với tia hồng ngoại phát ra ở dải tần số chuyên biệt, giúp chống nhiễu hiệu quả ngay cả trong điều kiện ánh sáng ngoài trời.

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK là cảm biến tiệm cận có thể điều chỉnh khoảng cách mong muốn thông qua biến trở tích hợp Cảm biến này sử dụng cấu trúc Transistor NPN (sinking sensors) và đã được kết nối với điện trở nội 10k lên VCC, cho phép sử dụng ngay mà không cần thêm điện trở kéo lên VCC.

- Dạng đóng ngắt: Thường mở (NO - Normally Open)

- Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu)

- Nguồn điện cung cấp: 5VDC

- Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm

- Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở

- Dòng kích ngõ ra: 300mA

Chân tín hiệu ngõ ra sử dụng transistor NPN được kéo nội trở 10k lên VCC Khi có vật cản, tín hiệu sẽ xuất ra mức thấp (Low-GND), trong khi khi không có vật cản, tín hiệu sẽ ở mức cao (High-VCC).

- Chất liệu sản phẩm: nhựa

- Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

- Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC

- Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC

- Màu đen: Chân tín hiệu cấu trúc Transistor NPN đã kéo trở nội 10k lên

VCC d Module cảm biến chạm TTP223 đỏ

Hình 2.10: Module cảm biến chạm TTP223 đỏ

Module cảm biến 1 chạm TTP223 mini đỏ MDL322 là một giải pháp lý tưởng cho các mạch điện tử, hoạt động như một công tắc từ hoặc công tắc chạm Sản phẩm này cho phép mở tắt thiết bị một cách nhanh chóng, hiệu quả và dễ dàng thông qua thao tác chạm.

Cảm biến chạm tay (touch sensor hay switch sensor) TTP223 là loại relay 5v sử dụng nhiều trong việc nhấn giữ, nhấn nhả và đóng ngắt thiết bị

Cảm ứng 1 chạm điện dung TTP223 là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng như bàn phím cảm ứng, công tắc chìm báo động và quạt điện Với khả năng nhận diện thao tác chạm nhờ vào điện dung của tay người, cảm biến này có thể phát hiện qua các vật thể phi kim với độ dày tối đa 5mm Phiên bản mới nhất với màu đỏ mang đến độ nhạy hoàn hảo và tăng khoảng cách phát hiện Thiết bị hoạt động với điện áp từ 2.5-5.5VDC tại chân VCC và GND, cho phép nhận diện thao tác chạm hiệu quả.

I O sẽ xuất tín hiệu và đèn Led sẽ sáng tắt báo hiệu

- Cấu trúc: GND, VCC, I/O e Cảm biến siêu âm HC – SR04

Hình 2.11: Cảm biến siêu âm HC – SR04

Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một thiết bị phổ biến được sử dụng để đo khoảng cách nhờ vào tính năng RẺ và CHÍNH XÁC của nó Thiết bị này hoạt động dựa trên sóng siêu âm và có khả năng đo khoảng cách trong khoảng từ 2 đến 300cm.

VCC (5V), trig (chân điều khiển phát), echo (chân nhận tín hiệu phản hồi), GND (nối đất)

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Tổng quan về hệ thống

Robot cần thiết kế cho lắp ráp các chi tiết cơ khí nhẹ, với khả năng hoạt động linh hoạt trong nhiều môi trường khác nhau Yêu cầu kỹ thuật quan trọng đầu tiên là sức nâng của tay máy, tức là khối lượng tối đa mà robot có thể nâng trong các điều kiện cụ thể, như tốc độ di chuyển cao nhất hoặc chiều dài tay lớn nhất Nếu robot có nhiều tay, tổng sức nâng sẽ được tính cho tất cả các cánh tay Dải sức nâng của tay máy rất đa dạng, từ 0.1 đến hàng nghìn kilogram, với các robot có sức nâng lớn thường sử dụng hệ truyền động thủy lực và điện, trong đó động cơ điện ngày càng được ưa chuộng Hệ thống truyền động khí nén vẫn phổ biến trong robot công nghiệp, chủ yếu cho các robot có sức nâng dưới 40kg Ngoài sức nâng, lực hoặc momen tối đa mà cánh tay hoặc bàn tay có thể tạo ra cũng là yếu tố cần được xem xét.

Robot trong phòng thí nghiệm thực hiện một giai đoạn trong dây chuyền sản xuất CIM, đảm nhận việc nâng các vật có khối lượng phù hợp và hình dạng đa dạng Số bậc tự do (DOF - Degrees Of Freedom) của phần công tác là yếu tố quan trọng trong khả năng hoạt động của robot.

Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu, bao gồm chuyển động quay và tịnh tiến Để di chuyển một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot cần đạt một số bậc tự do nhất định Thông thường, cơ hệ của robot được coi là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể được tính toán theo công thức cụ thể.

Trong đó: n là số khâu động pi là số khớp loại i

Do khớp trong Robot thường là khớp quay hoặc khớp tịnh tiến nên số bậc tự do của Robot thường bằng số khâu động

Số bậc tự do của Robot là yếu tố quyết định tính linh hoạt trong quá trình làm việc Số bậc tự do càng cao, Robot càng có khả năng thực hiện nhiều phương án thao tác, đặc biệt quan trọng khi làm việc trong môi trường có nhiều chướng ngại vật Tuy nhiên, số bậc tự do không nên vượt quá sáu, vì với sáu bậc tự do được sắp xếp hợp lý, Robot có thể tiếp cận đối tượng từ mọi hướng một cách linh hoạt Mặt khác, số bậc tự do cao cũng dẫn đến tăng sai số dịch chuyển, chi phí, thời gian sản xuất và bảo trì Robot Do đó, việc lựa chọn số bậc tự do phù hợp cho tay máy Robot cần căn cứ vào yêu cầu và chức năng cụ thể.

Vùng làm việc của robot là khu vực mà điểm tác động cuối có thể hoạt động khi robot thực hiện tất cả các chuyển động Kích thước và hình dạng của vùng làm việc này phụ thuộc vào cấu trúc của tay máy và các giá trị biến khớp.

Nghiên cứu vùng làm việc của robot giúp các nhà thiết kế xác định giới hạn và đường biên của không gian làm việc, từ đó bố trí vị trí tay máy hoặc robot một cách hợp lý với các thiết bị phối hợp thao tác khác trong hệ thống.

Hình 3.1: Vùng làm việc của Robot [12]

Các hệ tọa độ trên các khâu của robot phải tuân theo quy tắc bàn tay phải Cụ thể, khi sử dụng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, ba ngón cái, trỏ và giữa sẽ được xoè ra theo ba phương vuông góc Nếu chọn ngón cái làm phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ sẽ chỉ phương, chiều của trục x, và ngón giữa sẽ biểu thị phương, chiều của trục y.

Trong robot, hệ tọa độ gắn trên khâu thứ n được ký hiệu là O và chỉ số n Hệ tọa độ cơ bản, gắn với khâu cố định, được ký hiệu là O0, trong khi các hệ tọa độ trên các khâu trung gian lần lượt được ký hiệu là O1, O2, , On-1 Cuối cùng, hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối được ký hiệu là On.

Hình 3.2: Quy tắc bàn tay phải

Theo phương án bố trí khớp của robot, loại tọa độ mà robot sử dụng là tọa độ góc Với loại hình này, robot có tính linh hoạt cao, khả năng di chuyển theo quỹ đạo phức tạp và khả năng tránh vật cản hiệu quả hơn.

Robot loại RRR được thiết kế với ba bậc tự do đầu tiên để di chuyển nhanh đến đối tượng thao tác, cùng với khớp thứ tư cho phép thực hiện các quỹ đạo phức tạp Khớp cuối cùng giúp định hướng đối tượng thao tác một cách thuận tiện Tay máy kiểu tọa độ góc, phổ biến trong các nhà máy sản xuất, bao gồm các thanh liên kết qua ba khớp quay, với trục khớp quay thứ nhất vuông góc với hai khớp còn lại Cấu trúc này tương tự như cánh tay con người, nên được gọi là "Tay máy kiểu tay người" Ưu điểm chính của tay máy này là tính linh hoạt và khả năng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong sản xuất.

 Kích thước nhỏ gọn (so với kích thước của tay máy thì vùng làm việc của chúng tương đối rộng)

 Nhờ đặc điểm tay máy gồm các khâu liên kết với nhau thông qua các khớp quay do đó độ linh hoạt của Robot cao

 Yêu cầu bảo dưỡng, bôi trơn các khớp quay đơn giản, các khớp ít bị mài mòn

Hình 3.3: Tay máy hệ tọa độ góc [12]

Tuy nhiên bên cạnh đó tay máy còn tồn tại những nhược điểm là:

 Độ cứng vững của tay máy thấp, không thích hợp với việc vận chuyển các vật có khối lượng lớn

 Độ chính xác vị trí thấp

Giải quyết các bài toán động học và động lực học của robot tay máy thường rất phức tạp, đặc biệt là các bài toán động học ngược Vì vậy, thiết kế và điều khiển tay máy trở nên khó khăn hơn.

Hiện nay, có nhiều loại robot phức tạp, đặc biệt trong lĩnh vực động học ngược, dẫn đến việc thiết kế và điều khiển tay máy trở nên khó khăn.

Hiện nay, nhiều Robot được thiết kế theo hệ tọa độ này, tiêu biểu như Robot PUMA của Unimation – Nokia (Hoa Kỳ - Phần Lan), Ilb6-Irb60 ASEA (Thụy Điển) và KuKa (Nhật Bản).

3.1.2 Ứng dụng Robot trong công nghiệp sản xuất a Các ưu điểm của Robot

Các loại robot đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất và đời sống hàng ngày của con người, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm và tăng cường khả năng cạnh tranh trên thị trường.

Robot có khả năng thay thế con người trong các công việc ổn định thông qua các thao tác đơn giản và hợp lý Chúng có thể điều chỉnh công việc để thích nghi với sự thay đổi trong quy trình công nghệ, góp phần giảm giá thành sản phẩm, đặc biệt ở những quốc gia có nguồn nhân công hạn chế hoặc chi phí lao động cao Bên cạnh đó, robot còn có khả năng nghe siêu âm và cảm nhận từ trường.

Bài toán động học Robot

3.2.1 Bài toán động học thuận

Thiết lập hệ phương trình động học của robot a Chọn hệ tọa độ cơ sở, gắn các hệ tọa độ trung gian lên các khâu

Hình 3.6: Đặt hệ tọa độ cho các khâu b Lập bảng thông số DH:

Bảng 3.1: Bảng thông số DH

3 𝜃 3 0 0.35 0 c Xác định các ma trận A 1

Từ công thức (1) suy ra: 𝐴 1 = [

Thiết lâp phương trình động học:

Như vậy vị trí của tay theo khung tọa độ gốc sẽ là :

2.2 Bài toán động học ngược

Ta nhân cả hai vế với ma trận nghịch đảo 𝐴 1 −1 ta được : 𝐴 1 −1 ∗ 𝑇 3 = 𝐴 2 ∗ 𝐴 3 Với ma trận nghịch đảo :

Cân bằng các thành phần cột 4 của phương trình trên ta nhận được các phương trình sau:

𝑝 𝑦 𝑐𝑜𝑠𝜃 1 − 𝑝 𝑥 𝑠𝑖𝑛𝜃 1 = 0 Áp dụng phương pháp đại số để giải

0.35cos𝜃 3 + 0.37 Thế vào (2) ta được:

Từ bài toán động học thuận, chúng ta có thể xác định giá trị của các góc 𝜃₁, 𝜃₂ và 𝜃₃, từ đó tính toán tọa độ của từng khâu trong hệ tọa độ xyz.

Từ bài toán động học nghịch, chúng ta có thể xác định tọa độ của từng khâu trong hệ trục tọa độ xyz, từ đó tính toán được các giá trị của các góc 𝜃 1, 𝜃 2 và 𝜃 3.

CHẾ TẠO MÔ HÌNH

Nguyên lý hoạt động

Cảm biến chạm nhận biết vị trí hoạt động bằng cách sử dụng một mặt bàn cố định, được trang bị cảm biến tiệm cận và nhiều cảm biến chạm ẩn bên trong Thiết kế này cho phép xác định vị trí ngồi học của đối tượng một cách chính xác.

Cảm biến tiệm cận (CB0) có chức năng phát hiện sự hiện diện của người ngồi học Khi cảm biến nhận tín hiệu, đèn bàn học sẽ tự động bật sáng, chiếu sáng khu vực làm việc Ngược lại, nếu không có tín hiệu, đèn sẽ tắt và không được cấp điện Để xác định chính xác vị trí ngồi học, một dải cảm biến chạm được bố trí khắp mặt bàn, chia thành 4 vùng chính: VT1, VT2, VT3, VT4, tương ứng với 4 cảm biến CB1, CB2, CB3, CB4.

CB sẽ gồm 6 tới 9 cảm biến nhỏ để bao hết 1 vùng) Điều kiện để đèn ra các vị trí VT1, VT2, VT3, VT4 :

- VT1 khi CB0, CB1 nhận được tín hiệu

- VT2 khi CB0, CB1 và CB2 nhận được tín hiệu hoặc chỉ CB2 nhận được tín hiệu

- VT3 khi CB0, CB1, CB2, CB3 nhận được tín hiệu hoặc chỉ CB3 nhận được tín hiệu

- VT4 khi CB0, CB1, CB4 nhận được tín hiệu hoặc chỉ CB4 nhận được tín hiệu

Nếu không nhận được bất kỳ giá trị nào bên trên đèn sẽ giữ nguyên vị trí hiện tại

Khi người học ngồi vào bàn, cảm biến tiệm cận CB0 sẽ kích hoạt đèn sáng tại vị trí ban đầu Khi người học bắt đầu ở vị trí 1 (VT1), cảm biến CB1 sẽ nhận tín hiệu và điều chỉnh đèn học tương ứng với vị trí tay của họ Nếu người học nhấc tay lên nhưng vẫn ngồi tại vị trí 1, đèn sẽ giữ nguyên và tiếp tục chiếu sáng Tuy nhiên, khi người học rời khỏi bàn, đèn sẽ tự động tắt và quay về vị trí ban đầu khi CB0 không nhận được tín hiệu.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm cảnh báo ngồi học đúng tư thế

Hình 4.1: Tư thế ngồi học đúng

Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm được áp dụng để cảnh báo tư thế ngồi học sai, nhằm chống cận thị Nhóm đã tích hợp cảm biến siêu âm nghiêng 30 ° so với mặt bàn, giúp đo khoảng cách từ cảm biến đến người ngồi học.

Cảm biến siêu âm phát ra sóng siêu thanh ngắn với tần số cao, vượt qua ngưỡng nghe của con người, sau đó nhận lại sóng phản xạ để xác định khoảng cách chính xác giữa người học và cảm biến Mục đích của hệ thống này là cảnh báo người học khi tư thế ngồi học không đúng, giúp cải thiện thói quen học tập.

Để đảm bảo tư thế ngồi học đúng, khoảng cách từ cảm biến tới vị trí người ngồi học cần lớn hơn 60cm Nếu khoảng cách này nhỏ hơn 60cm, tức là sai tư thế, cảm biến siêu âm sẽ kích hoạt đèn LED cảnh báo Đèn LED sẽ tiếp tục nhấp nháy cho đến khi người ngồi học điều chỉnh lại tư thế của mình.

Sơ đồ khối cảm biến nhận vị trí ngồi học

Hình 4.3: Sơ đồ khối cảm biến nhận ví trí ngồi học

Sơ đồ siêu âm cảnh báo ngồi học sai tư thế

Hình 4.4: Sơ đồ cảm biến siêu âm cảnh báo ngồi học sai tư thế

Mô hình trước khi lắp ráp

Phần đế của robot đóng vai trò quan trọng trong việc chịu đựng toàn bộ khối lượng của robot, do đó cần có độ cứng vững cao và trọng lượng lớn hơn so với các cấu trúc khác Điều này giúp tạo ra sự đối tải với phần thân trên, ngăn chặn robot bị lật trong quá trình hoạt động.

Thân đế được làm từ mica tấm dày 5mm, có kích thước và hình dạng tương ứng với thiết kế Phần đế được trang bị bulong M8, thuận tiện cho việc tháo lắp robot với phần cố định.

Ổ bi được cố định với vòng bi ở giữa, cho phép bên ngoài xoay tròn Vòng đệm được gắn vào bên ngoài và kết nối với gá U, giúp nâng toàn bộ thân robot.

Thân động cơ servo được gắn chặt với gá U, trong khi trục động cơ được cố định với vòng giữa của ổ bi Khi động cơ quay, thân động cơ cũng quay theo, tạo nên chuyển động cho gá.

U và toàn bộ thân robot cũng quay theo

Hình 4.6: Các chi tiết khâu 1

Khâu 2 động cơ khâu 2 được nói trức tiếp với khâu động cơ quay truyền chuyển động làm cho khâu 2 sẽ quay

Hình 4.7: Các chi tiết khâu 2

Khâu 3 sử dụng cơ cấu 4 khâu bản lê truyền chuyển động từ động cơ 3 thông qua tay quay và thanh truyền

Hình 4.8: Các chi tiết khâu 3

4.2.6 Mô hình hoàn chỉnh sau khi lắp ráp

Hình 4.10: Mô hình phân rã các chi tiết

Mô hình thiết kế

4.3.1 Mô hình thiết kế lần 1

Hình 4.11: Mô hình chế tạo lần 1 Ưu điểm :

- Sử dụng tấm nhựa alu để gia công nên việc gia công dễ dàng không cần sử dụng đến công cụ cao để gia công

- Sử dụng động cơ giảm tốc giúp việc điều chỉnh tốc độ phù hợp

- Sử dụng 5 bậc tự do giúp đèn di chuyển linh hoạt hơn trong nhiều trường hợp Lực trên các cánh tay không quá lớn

- Sử dụng 4 cặp đèn tùy chỉnh độ sáng tự động đảm bảo cường độ ánh sáng >= 700 Lux

- Hộp đèn tròn bằng sắt giúp tập trung ánh sáng ở 1 điểm và chịu nhiệt tốt

- Sử dụng động cơ giảm tốc kích thước quá to cùng nhiều bậc tự khiến đèn không được thon gọn và kích thước quá cồng kềnh

- 5 bậc tự do làm việc di chuyển giữa các khớp và cánh tay có phần phức tạp

- Sử dụng quá nhiều động cơ làm tăng chi phi của đèn

- Dây đèn không được giấu kín trong đèn

- Kích thước và sức nặng của đèn lớn

4.3.2 Mô hình thiết kế lần 2

Hình 4.12: Mô hình chế tạo lần 2 Ưu điểm:

- Đèn sử dụng 3 bậc tự do giúp việc di chuyển không quá phức tạp trên từng cánh tay

- Hộp đèn được gắn cố định vào cánh tay thứ 1 giúp giảm bậc tự do của đèn nhưng vẫn đảm bảo được vùng chiếu sáng như mô hình 1 và 2

- Sử dụng tấm nhựa alu để gia công nên việc gia công dễ dàng không cần sử dụng đến công cụ cao để gia công

- Dây đèn đã được giấu kỹ bên trong các cánh tay của đèn

- Dáng đèn được thu gọn hơn mô hình 1

- Do việc sử dụng tấm nhựa Alu nên cánh tay đèn xuất hiện vết nứt sau nhiều lần dịch chuyển

- Sử dụng 3 bậc tự do nên lực tải lên mỗi servo lớn hơn dẫn đền mòm các bánh rang bằng nhựa

- Chưa có cảnh báo ngồi học sai tư thế

4.3.3 Mô hình thiết kế lần 3 (Mô hình hoàn thiện)

Hình 4.13: Mô hình chế tạo lần 3 (Mô hình hoàn chỉnh) Ưu điểm:

- Sử dụng cảm biến siêu âm để cánh báo ngồi học sai tư thế và thông báo cho người học biết thông qua đèn Led

Hình 4.14: Đèn cảnh báo ngồi học

- Sử dụng nhôm hộp để làm vật liệu chính giúp đèn di chuyển dễ dàng hơn so với mô hình 1 và 2

- Cánh tay đèn trở nên nhỏ gọn ,nhẹ nhàng và chắc chắn hơn Không xuất hiện các vết nứt gãy như mô hình 2

- Sử dụng nhôm hộp và 3 servo giúp giá thành của đèn giảm

- Hộp đèn được gắn cố định vào cánh tay thứ 1 giúp giảm bậc tự do của đèn nhưng vẫn đảm bảo được vùng chiếu sáng như mô hình 1 và 2

- Sử dụng bánh răng kim loại thay thế bánh răng bằng nhựa cho servo giúp tăng tuổi thọ sử dụng cho động cơ servo

- Nhôm hộp tuy nhẹ và đẹp nhưng lại khó gia công trong quá trình lên mô hình.