HD4 nhữ quý thơ nghiên cứu thiết kế mô hình máy viết chữ tự động

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH MÁY VIẾT CHỮ TỰ ĐỘNG Giáo viên hướng dẫn : Ths Nhữ Quý Thơ Họ tên sinh viên Nguyễn Tiến Anh 2018605344 Lê Trường Giang 2018605343 Nguyễn Văn Toàn 2018605643 : Hà Nội - 2022 I II MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC BẢNG BIỂU V LỜI NÓI ĐẦU VI CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY VIẾT CHỮ .1 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Các vấn đề đặt 1.2.1 Hệ thống khí .3 1.2.2 Hệ thống điện, điện tử 1.2.3 Chương trình điều khiển 1.2.4 Thử nghiệm đánh giá 1.3 Phương pháp nghiên cứu .4 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu .4 1.4.1 Giới hạn nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .7 Hệ thống khí .7 2.1.1 Khung máy 2.1.2 Bàn máy 2.1.3 Hệ thống truyền động .7 2.2 Hệ thống điện điều khiển .8 2.2.1 Động bước 2.2.2 Động servo MG90S 10 2.2.3 Kit arduino nano 12 2.2.4 Module Drive A4988 14 2.2.5 Arduino CNC Shield V4 .16 2.2.6 Tổng quan G-code 18 CHƯƠNG 3.1 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG .20 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 20 3.1.1 Khung khí .20 3.1.2 Cơ cấu truyền động .24 III 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điện 27 3.2.1 Sơ đồ hệ thống điện 27 3.2.2 Động bước 30 3.3 Tính toán thiết kế hệ thống điều khiển 34 3.3.1 Cơ chế hoạt động: 34 3.3.2 Phần cứng điều khiển truyền động .34 3.3.3 Phần mềm điều khiển 35 CHƯƠNG 4.1 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 40 Kết đạt đồ án 40 4.1.1 Cơ khí 40 4.1.2 Điện, điện tử 40 4.1.3 Phần mềm điều khiển 41 4.2 Phương hướng phát triển .42 Kết luận .43 Tài liệu tham khảo .44 Phụ lục .45 IV DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Máy viết chữ Axidraw Hình 1.2 Máy viết chữ Plotterxp Hình 2.1 Dây đai Hình 2.2 Khung nhơm định hình .8 Hình 2.3 Bạc đạn lăn Hình 2.4 Động bước .8 Hình 2.5 Bố trí cuộn dây động bước lai đơn cực Hình 2.6 Động servo MG90S .10 Hình 2.7 Adruino nano 12 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý arduino nano 14 Hình 2.9 Module Drive A4988 14 Hình 2.10 Mạch in Module Drive A4988 16 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển A4988 16 Hình 2.12 Arduino CNC Shield V4 17 Hình 3.1 Cấu tạo khí máy viết chữ .20 Hình 3.2 Trục X 21 Hình 3.3 Trục Y 22 Hình 3.4 Trục Z mô Solidworks 23 Hình 3.5 Trục Z 24 Hình 3.6 Dây đai .25 Hình 3.7 Pu-li GT8 lăn nhựa 27 Hình 3.8 Sơ đồ phần mạch điện 27 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lí 28 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch giới hạn 29 Hình 3.11 Mạch điện sản phẩm thực tế .29 Hình 3.12 Động bước Nema17 32 Hình 3.13 Cơ chế hoạt động 34 Hình 3.14 Giao diện phần mềm Lightburn .35 Hình 4.1 Sản phẩm thực tế 40 Hình 4.2 Một số tác phẩm hoàn thành 41 Hình 4.3 Sơ đồ chân Adruino nano 45 Hình 4.4 Bản vẽ lắp 49 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Thông số kĩ thuật Adruino nano 13 Bảng Chức chi tiết khí 21 Bảng Bảng tiêu chí đánh giá động bước 30 Bảng Danh sách động bước NEMA phân loại theo mô men xoắn 32 Bảng Chức chân Adruino nano .45 Bảng Danh sách động bước NEMA thường gặp phân loại dựa thơng số kích thước bên ngồi .48 V LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, để thúc đẩy kinh tế, xã hội phát triển ngày lên, người hướng tới việc phát triển ứng dụng khoa học kỹ thuật vào lĩnh vực đời sống nhằm tạo sản phẩm có hiệu cao chất lượng lẫn số lượng đồng thời giảm thiểu thời gian, sức lao động người mà suất, hiệu kinh tế đạt mức độ cao Nếu tổ chức, nhóm, cá nhân cần gấp lượng lớn thảo viết tay, thiệp mời, chữ ký, vẽ…Với tính kinh tế cao Để giải vấn đề với mong muốn góp phần vào phát triển phương pháp điều khiển thơng minh, nhóm tìm hiểu sơ lược tư vấn nhiệt tình từ thầy cô hướng dẫn môn định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình máy viết chữ tự động” Đồ án môn học điện tử với mong muốn hồn thành tốt mơn học, học hỏi thêm kiến thức, nâng cao khả thiết kế thi cơng phận khí, mạch điện phần lập trình điều khiển đồng thời đóng góp hữu ích vào sống Trong thời gian thực đề tài, nhóm nhận hướng dẫn tận tình thầy Th.s Nhữ Quý Thơ giúp nhóm hồn thiện đề tài tốt Trong suốt trình nghiên cứu, thiết kế đánh giá, nhóm nhận nhiều giúp đỡ từ phía thầy mơn, anh chị bạn bè, song tránh khỏi sai lầm, thiếu sót Vì vậy, nhóm mong nhận đánh giá, nhận xét, phê bình từ thầy nhằm hồn thiện đề tài cách tối ưu, hiệu Chúng em xin chân thành cảm ơn! VI CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY VIẾT CHỮ Lịch sử nghiên cứu Ngày xưa, để tạo văn bản, người phải tự viết tay, suất Vấn đề cải thiện máy đánh chữ thương mại giới thiệu vào năm 1874, chúng không phổ biến văn phòng sau năm 1880 Máy đánh chữ nhanh chóng trở thành cơng cụ khơng thể thiếu Với công nghệ dịch vụ tốc độ đại ngày nay, máy đánh chữ bị thay hoàn toàn nhu cầu sử dụng Trên thị trường máy viết chữ khơng cịn vật lạ Nó cho phép bạn sử dụng máy tính để tạo chữ viết làm thủ cơng, hồn chỉnh với vẻ ngồi khơng thể nhầm lẫn sử dụng bút thật (trái ngược với máy in phun máy in lazer) để viết phong bì ký tên người Và làm với độ xác tiệm cận với độ xác nghệ nhân lành nghề, quan trọng không kém, sử dụng cánh tay khơng mỏi Chúng có nhiều kiểu dáng mẫu mã khác kích thước tối đa khổ vẽ, tốc độ vẽ tối đa ổn định hình dáng khung máy vẽ Phổ biến máy vẽ Axidraw máy vẽ Plotterxp Về Axidraw: AxiDraw máy vẽ bút đơn giản, đại, xác linh hoạt, có khả viết vẽ hầu hết bề mặt phẳng Nó viết bút máy, bút đánh dấu vĩnh viễn dụng cụ viết khác để xử lý vô số ứng dụng Thiết kế độc đáo có đầu viết vượt ngồi máy, giúp bạn vẽ vật thể lớn máy Hình 1.1 Máy viết chữ Axidraw Về Plotterxp: Máy vẽ PlotterXP thiết kế vững chãi phần khí, với kết cấu nhơm bao quanh kết hợp mica tạo nên hệ chuyển động CNC êm xác cao Cơ cấu giúp máy hoạt động ổn định với tốc độ cao (lên đến 100mm/s) thời gian dài Máy hỗ trợ tất định dạng file ảnh (BMP, JPG, PNG, GIF, TIF, ) định dạng file Vector (DXF, AI, SVG ) Trong đề tài này, nhóm định tạo khung hình chữ nhật máy vẽ Plotterxp Hình 1.2 Máy viết chữ Plotterxp Ở đề tài nhóm tác giả hướng đến chế tạo mơ hình máy viết chữ có khả viết, vẽ bản, với mục đích nghiên cứu ứng dụng kiến thức học vào thực tế 1.2 Các vấn đề đặt 1.2.1 Hệ thống khí Phần khí phải chắn để viết chữ ko bị nguệch ngoạc, trục di chuyển phải giảm thiểu ma sát để không dẫn đến sai số lớn Động cơ, thiết bị vận hành phải êm để không ảnh hưởng đế chữ viết Máy viết chữ cần phải nhỏ gọn, dễ dàng mang sử dụng di chuyển Khổ làm việc diện tích tối đa máy viết chữ vẽ tới, khổ làm việc phải đủ lớn, thỏa mãn yêu cầu đủ loại khách hàng mà không làm ưu điểm máy Tốc độ di chuyển máy viết chữ nhân tố quan trọng, ảnh hưởng lớn đến suất, thời gian người sử dụng Do máy viết chữ cần tốc độ vẽ nhanh điều chỉnh theo ý thích người sử dụng mà khơng mượt mà, xác máy Thiết kế cho điều chỉnh độ nghiêng bút, tháo lắp bút dễ dàng Để tạo sản phẩm đạt chất lượng theo yêu cầu cá nhân người sử dụng Máy viết chữ cần tích hợp nhiều loại chữ viết tay giúp văn bản, vẽ đa dạng hơn, hoàn hảo 1.2.2 Hệ thống điện, điện tử Dây điện cần gọn gàng ko gây vướng víu hạn chế dây điện lộ Chọn điều khiển Arduino Nano để xử lý tín hiệu, điều khiển thiết bị, động khác Mạch điện cần bảo vệ kín đáo tránh hư hại, chập mạch thời tiết ẩm Giao tiếp PC phần mạch điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Anh Tuấn, Cơ sở kỹ thuật CNC, Đại học Sư phạm kỹ thuật – Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2001 [2] Nguyễn Xuân Hùng, Trần Ngọc Bình, Động bước – Kỹ thuật điều khiển ứng dụng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [3] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 2, NXB Giáo Dục, 2003 [4] Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung, Lập trình điều khiển với Adruino, NXB Khoa học kĩ thuật, 2014 [5] https://www.instructables.com [6] http://www.arduino.cc/ [7] http://www.google.com.vn [8] https://www.axidraw.com 44 PHỤ LỤC Chức chân I/O chương trình chân tương ứng module Arduino Hình 4.3 Sơ đồ chân Adruino nano Bảng Chức chân Adruino nano Thứ tự chân Tên Pin Kiểu D1 / TX I/O Chức Ngõ vào/ra số Chân TX-truyền liệu D0 / RX I/O Ngõ vào/ra số 45 Chân Rx-nhận liệu RESET Đầu vào Chân reset, hoạt động mức thấp GND Nguồn Chân nối mass D2 I/O Ngõ vào/ra digital D3 I/O Ngõ vào/ra digital D4 I/O Ngõ vào/ra digital D5 I/O Ngõ vào/ra digital D6 I/O Ngõ vào/ra digital 10 D7 I/O Ngõ vào/ra digital 11 D8 I/O Ngõ vào/ra digital 12 D9 I/O Ngõ vào/ra digital 13 D10 I/O Ngõ vào/ra digital 14 D11 I/O Ngõ vào/ra digital 15 D12 I/O Ngõ vào/ra digital 16 D13 I/O Ngõ vào/ra digital 17 3V3 Đầu Đầu 3.3V (từ FTDI) 18 AREF Đầu vào Tham chiếu ADC 19 A0 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 20 A1 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 21 A2 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 22 A3 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 23 A4 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 46 24 A5 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 25 A6 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 26 A7 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 27 + 5V Đầu đầu vào + Đầu 5V (từ điều chỉnh On-board) + 5V (đầu vào từ nguồn điện bên ngoài) 28 RESET Đầu vào Chân đặt lại, hoạt động mức thấp 29 GND Nguồn Chân nối mass 30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào 47 Động bước Bảng Danh sách động bước NEMA thường gặp phân loại dựa thơng số kích thước bên Loại A (mm) B (mm) C D (mm) NEMA 11 28,2 23 Bu-lông M2.5 NEMA 14 35,2 26 Bu-lông M3 NEMA 17 42,3 31 Bu-lông M3 NEMA 23 56,4 47,1 Bu-lông 5,5 6,35 NEMA 34 86 69,6 Bu-lông 5,5 14 NEMA 42 110 89 Bu-lông 8,5 19 48 Bản vẽ lắp sản phẩm Hình 4.4 Bản vẽ lắp 49 4.Sơ đồ nguyên lý 50 5.Sơ đồ giải thuật 51 Code chương trình: #include #include #define LINE_BUFFER_LENGTH 512 char STEP = MICROSTEP; // Vị trí Servo cho Lên Xuống const int penZUp = 120; const int penZDown = 50; // Servo PWM pin 10 const int penServoPin = 10; // Nên phù hợp với bước DVD, không quan trọng const int stepsPerRevolution = 48; // tạo đối tượng servo để điều khiển servo Servo penServo; // Khởi tạo bước cho trục X Y cách sử dụng chân Arduino cho cầu H L293D AF_Stepper myStepperY (stepPerRevolution, 1); AF_Stepper myStepperX (stepPerRevolution, 2); / * Cấu trúc, biến toàn cục * / điểm cấu trúc { float x; 52 phao y; float z; }; // Vị trí tiêu đề struct point actuatorPos; // Cài đặt vẽ, float StepInc = 1; int StepDelay = 1; int LineDelay = 0; int penDelay = 50; // Động bước milimet // Sử dụng phác thảo thử nghiệm để 100 bước Đo độ dài đoạn thẳng // Tính số bước mm Điền vào float StepsPerMillimeterX = 100.0; float StepsPerMillimeterY = 100.0; // Vẽ giới hạn rơ bốt, tính mm // OK để bắt đầu Có thể tăng lên đến 50 mm hiệu chỉnh tốt float Xmin = 0; float Xmax = 200; float Ymin = 0; float Ymax = 300; float Zmin = 0; float Zmax = 1; 53 float Xpos = Xmin; float Ypos = Ymin; float Zpos = Zmax; // Đặt thành true để nhận đầu gỡ lỗi boolean verbose = false; // Cần giải thích // G1 để di chuyển // G4 P300 (đợi 150 mili giây) // M300 S30 (bút xuống) // M300 S50 (bút lên) // Loại bỏ thứ có dấu ( // Bỏ lệnh khác! / ********************** * void setup () - Khởi tạo *********************** / void setup () { // Cài đặt Serial.begin (9600); penServo.attach (penServoPin); penServo.write (penZUp); chậm trễ (100); // Giảm cần thiết 54 myStepperX.setSpeed (600); myStepperY.setSpeed (600); // Đặt & di chuyển đến vị trí mặc định ban đầu // TBD // Thơng báo !!! Serial.println ("Máy cắt CNC mini sống hoạt động!"); Serial.print ("Phạm vi X từ"); Serial.print (Xmin); Serial.print ("to"); Serial.print (Xmax); Serial.println ("mm."); Serial.print ("Phạm vi Y từ"); Serial.print (Ymin); Serial.print ("to"); Serial.print (Ymax); Serial.println ("mm."); } / ********************** * void loop () - Vòng lặp *********************** / void loop () { 55 chậm trễ (100); dòng ký tự [LINE_BUFFER_LENGTH]; ký tự c; int lineIndex; bool lineIsComment, lineSemiColon; lineIndex = 0; lineSemiColon = false; lineIsComment = false; (1) { // Tiếp nhận nối tiếp - Chủ yếu từ Grbl, hỗ trợ thêm dấu chấm phẩy while (Serial.available ()> 0) { c = Serial.read (); if ((c == '\ n') || (c == '\ r')) {// Đã đến cuối dòng if (lineIndex> 0) {// Dịng hồn tất Sau thực hiện! line [lineIndex] = '\ 0'; // Chấm dứt chuỗi (dài dòng) { Serial.print ("Đã nhận:"); Serial.println (dòng); } processIncomingLine (line, lineIndex); lineIndex = 0; } khác { // Dịng thích trống Bỏ qua khối } 56 lineIsComment = false; lineSemiColon = false; Serial.println ("ok"); } khác { if ((lineIsComment) || (lineSemiColon)) {// Bỏ tất ký tự nhận xét if (c == ')') lineIsComment = false; // Kết thúc bình luận Tiếp tục dịng } khác { if (c = LINE_BUFFER_LENGTH-1) { Serial.println ("LỖI - tràn đệm dòng"); lineIsComment = false; lineSemiColon = false; } else if (c> = 'a' && c