thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài robot leo cầu thang

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ SẢN PHẨM CƠ ĐIỆN TỬ ROBOT LEO CẦU THANG Giáo viên hướng dẫn Ths Nhữ Quý Thơ Sinh viên thực hiện 1 Nguyễn Trung Đức 2019601290 2 Ngô Anh Đức 2019600775 3 Nguyễn Anh Đức 2019600490 Hà Nội 2022 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂNNHÓM I Thông tin chung 1 Tên lớp ME6061004 Khóa 14 2 Tên nhóm N04 Họ và tên thành viên Nguyễn Trung Đức MSV 2019601290 Nguyễn Anh Đức MSV 2019600490 Ngô Anh Đức MSV.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN MƠN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SẢN PHẨM CƠ ĐIỆN TỬ: ROBOT LEO CẦU THANG Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện: : Ths.Nhữ Quý Thơ Nguyễn Trung Đức 2019601290 Ngô Anh Đức 2019600775 Nguyễn Anh Đức 2019600490 Hà Nội 2022 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6061004 Khóa: 14 Tên nhóm: N04 Họ tên thành viên - Nguyễn Trung Đức MSV: 2019601290 - Nguyễn Anh Đức MSV: 2019600490 - Ngô Anh Đức MSV: 2019600775 II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm điện tử: Robot leo cầu thang Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể - Xây dựng bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống - Phác thảo sản phẩm phần mềm CAD và/hoặc vẽ phác Áp dụng công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mơ phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch tập lớn III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tập lớn theo thời gian quy định (từ ngày 16/05/2022 đến ngày 13/06/2022) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống điện tử tài liệu tham khảo Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA/TRUNG TÂM Ts Nguyễn Anh Tú GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ths Nhữ Quý Thơ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH NHẬN XÉT CBHD Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Cán hướng dẫn (ký, ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CBPB Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Cán phản biện (ký, ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần ngành Cơ Điện tử có bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng sản phẩm điện tử vào sản xuất ngày phổ biến giúp nâng cao suất lao động hạ giá thành sản phẩm Song song với q trình phát triển yêu cầu ngày cao độ xác, tin cậy, khả làm việc môi trường khắc nghiệt với thời gian dài hệ thống điện tử Vì việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điện tử để đáp ứng yêu cầu việc làm cần thiết Sự phát triển hệ thống điện tử phát triển ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển tự động hoá đạt nhiều tiến Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức tư việc lập kế hoạch cơng việc theo trình tự hợp lý để thiết kế hệ thống điện tử hoạt động ổn định, tối ưu hiệu Học phần rèn luyện cho sinh viên khả tư hệ thống, kỹ làm việc nhóm kiến thức nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập cơng việc sau Sau q trình học tập tự tìm hiểu học phần, nhóm sinh viên lựa chọn hoàn thành báo cáo tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử “Robot leo cầu thang” Đây đề tài hay có dụng cao đời sống đồng thời sở cho nghiên cứu sản phẩm sau sinh viên Phần Tổng quan 1.1 Lịch sử phát triển Robot Một bước di chuyển ngắn robot đồng nghĩa với bước phát triển lớn tri thức nhân loại Sáng tạo robot niềm vinh hạnh người Chủng loại robot phong phú, chúng thực nhiều chức năng: từ thăm dò chinh phục vũ trụ, hỗ trợ thầy thuốc chẩn đoán bệnh, giúp đỡ người khuyết tật, vận chuyển đồ vật tham vui chơi với trẻ em Các nhà nghiên cứu châu Âu Mỹ phóng nhiều robot lên Hoả, nhằm khám phá, thăm dò chinh phục Hành tinh Theo kế hoạch định, tàu vũ trụ Mars Express châu Âu, sau vượt qua chặng đường 485 triệu km thực động tác cho Robot Beagle-2 tiếp "đất" Hoả vào đêm Noel năm 2003 Về phần mình, NASA cho robot động (Rovers) hạ cánh xuống bề mặt Hành tinh Đỏ vào tháng Giêng năm 2004 Mục tiêu robot khơng nhỏ: tìm kiếm dấu vết nước dấu vết sống, tồn hành tinh láng giềng Trái đất Nếu vượt qua thách thức này, robot thật thực thám hiểm vũ trụ kỳ diệu 1.2 Tổng quan Robot leo cầu thang Cùng với phát triển nhiều loại robot phục vụ cho nhu cầu khác người, robot vượt địa hình loại hình robot nhiều nước quan tâm nghiên cứu sản xuất nhờ vào ứng dụng rộng rãi đời sống hàng ngày Cùng với phát triển kinh tế, sức khỏe tính mạng người ngày coi trọng Chính thế, điều kiện làm việc độc hại nguy hiểm, robot điều khiển từ xa vượt địa hình sử dụng đến để thay cho người Cùng với Nhật Bản, Hoa Kỳ nước tiên phong việc ứng dụng robot vào đời sống hàng ngày Công ty I-robot công ty sản xuất robot lớn Hoa Kỳ, chuyên nghiên cứu cung cấp loại robot vượt địa hình phục vụ nhu cầu khác người Dưới số mẫu robot cơng ty: Hình 1.14 iRobot 210 negotiator Robot chun làm nhiêm vụ xâm nhập, thám vào vùng nguy hiểm Chẳng hạn vào tòa nhà cháy để tìm người bị nạn thay cho lực lượng chữa cháy dung vụ giải cứu tin cảnh sát, với camera truyền hình ảnh trực tiếp người điều khiển, ta biết vị trí tội phạm tin 1.3 Các thành phần Robot leo cầu thang Robot leo cầu thang gồm phần Thành phần khí: Bao gồm bánh đai, khung để giữ kết cấu Robot, Và quan trọng để Robot leo cầu thang phần cấu để gặp cầu thang bậc nâng phần giúp robot leo cầu thang dễ dàng Thành phần điều khiển: Có vai trị điều khiển robot di chuyển theo ý muốn người Thành phần điều khiển bao gồm cấu truyền động dung để truyền động trục, vi điều khiển giúp robot giao tiếp không dây với người điều khiển, thiếp bị camera giám sát trình di chuyển, thiết bị định vị GPS giám sát vị trí robot, cảm biến giám sát tốc độ di chuyển Robot, cảm biến nhiệt độ giám sát môi trường xung quanh Robot Mạch sạc pin TP4056 Thông số kĩ thuật: Điện áp đầu vào 5V DC Micro USB Điện áp ngưỡng tự động ngắt 4.2V Dòng điện sạc tối đa 1A Điện áp ngưỡng cần sạc 2.5V 2.2.3 Dẫn động a) Bộ truyền giảm tốc Tốc độ động quấn lại số vòng dây cho phù hợp 400v/p, Mà theo yêu cầu thiết kế robot, tốc độ di chuyển chậm (vtb ≈ 0,6 m/s ), ta giảm tốc cho tốc độ vòng quay bánh chủ động 25 v/p Chọn cấu giảm tốc xích, tỉ số truyền cấp nhanh in = 4, tỉ số truyền cấp chậm ic = ⇒ Tỉ số truyền cấu : i = in ic = 16 b) Bộ truyền xích Sử dụng xích ống – lăn, kết cấu giống xích ống, khác phía ngồi ống lắp them lăn, nhờ thay ma sát trượt ống rang đĩa Kết độ bền mịn xích lăn cao xích ống, chế tạo khơng phức tạp xích răng, xích lăn thường sử dụng rộng rãi Nó dùng thích hợp vận tốc làm việc 10 đến 15m/s Nên ưu tiên dung xích dãy, truyền quay nhanh, tải trọng lớn dung xích 2, dãy làm giảm bước xích, giảm tải trọng động kích thước khn khổ truyền Cấu tạo xích lăn Chọn số đĩa xích Số đĩa xích ít, đĩa bị động quay khơng đều,động va đập lớn xích mịn nhanh Vì thiết kế cần bảo đảm cho số nhỏ đĩa xích lớn zmin (zmin = 17 ÷ 19 xích lăn vận tốc trung bình, zmin = 13 ÷ 15 vận tốc thấp; xích zmin = 1.2 ÷ 1.3 lần giá trị trên) Có thể dựa vào tỉ số truyền i để chọn z1 theo bảng 3.4 theo công thức: Z1= 29 - 2u ≥ 19 Quy tròn theo số lẻ: Bảng tiêu chuẩn số đĩa xích Dựa vào hình 3.12, xích lăn, ta chọn: z1 = 12 Đường kính: d1= 20 mm Từ số đĩa nhỏ, ta có số đĩa lớn là: z2=u.z1 ≤ zmax ⇔ z2 =4.12 = 48 Với zmax xác định từ điều kiện hạn chế độ tăng bước xích lề bị mòn sau thời gian làm việc: zmax = 120 xích ống lăn; zmax = 140 xích Đường kính đĩa lớn d2 = 80 mm c) Truyền động Động giảm tốc có chữ hãm, giảm tốc độ vòng quay thiết bị cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi Sử dụng động giảm tốc Planetary GX43775 12V – 25 RPM Động giảm tốc Planetary GX43775 Thông số kỹ thuật: Công suất không tải 3.6 – 12W Cơng suất định mức trung bình ~40W Điện áp 12VDC Dịng khơng tải: 0.3 – 1.0A Dịng định mức trung bình 2.5 – 3A Tốc độ khơng tải 25 RPM Tốc độ định mức 11 RPM Momen định mức 120 Kg.cm Kích thước trục mm trục D d) Vượt địa hình: Robot vượt địa hình bánh đai có khả chuyển động êm, nhẹ nhàng, khơng bị trơn trượt leo cầu thang địa hình trơn trượt, dễ dàng thiết kế chế tạo Ta chọn đại thang loại O, có bước rang b = 5, theo tiêu chuẩn có chiều dài đường kính đai 1160 mm, nên theo yêu cầu, ta chọn đường kính dai 100mm Bánh đai chủ động, bánh đai bị động bánh đai trước có thiết kế: Bánh đai chủ động Bánh đai bị động Bánh đai trước cánh tay đòn Bánh căng đai Để Robot vượt qua loại địa hình khó Robot gắn them cánh tay địn điều chỉnh góc lệch (vẽ thiết kế tay địn) 2.2.4 Khống chế tốc độ góc nghiêng Robot a) Đo tốc độ Encoder mã hóa tạo tín hiệu số đáp ứng với chuyển động với chủ thể, nói cách khác Encoder có khả biến đổi chuyển động quay thành tín hiệu Hình 2.25 Bộ lưu điện UPS Hyundai 43 xung, giúp ta đo vị trí tốc độ chủ thể.Bộ phận Encoder tương đối đĩa mã hóa có đục lỗi rãnh ánh sáng xuyên qua Một nguồn sáng đặt phía đĩa, phía bên đặt mắt thu Tín hiệu từ mắt thu đưa đến mạch tạo xung để đưa ngồi Khi đĩa mã hóa quay, khe lẫn lượt qua nguồn sáng, có khe qua mắt thu nhận tín hiệu cho tín hiệu logic 1, khe khơng qua vị trí nguồn sáng mặt thu mắt thu khơng nhận ánh sáng, mức logic trả Tín hiệu đưa vào mạch khuếch đại tạo nên tín hiệu xung để đưa đến xử lý Tên sản phầm: ENCODER KOYO TRD-2T360BF ENCODER KOYO TRD 2T360BF Thơng số kỹ thuật: Đường kính trục 8mm Đường kính than 50mm Điện áp hoạt động – 30VCD Độ phân giải 360 xung/vòng Pha đầu A,B Z chế độ chạy thuận Loại ngõ NPN cực thu hở Tần số đáp ứng 29 KHz b) Phát vượt tốc Việc sử dụng gia tốc kế Robot giúp người dùng phát cố robot bị trượt rơi tự từ cao, Robot ngắt hệ thống điện tránh trường hợp cháy nổ va chạm, có cho phép người dùng hiểu được mơi trường xung quanh Robot tốt hơn, với thiết bị nhỏ người dùng xác định Robot di chuyển lên dốc liệu có bị ngã nghiêng thêm không Tên sản phẩm: Cảm Biến Accelerometer Trục MMA8452 Cảm Biến Accelerometer Trục MMA8452 Thông số kỹ thuật: Nguồn sử dụng 3~5VDC Điện áp giao tiếp 3~5VDC Chuẩn giao tiếp I2C 2.2.5 Kiểm sốt vị trí a) Đo vị trí Định vị cho Robot nhằm xác định vị trí hướng robot so với mơi trường làm việc sau gửi vị trí cho người điều khiển để đưa phương án điều hướng Robot Tên sản phẩm: Mạch Định Vị GPS NEO-6M V2 Mơ-đun GPS hồn chỉnh dựa GPS Ublox NEO 6M Thiết bị sử dụng công nghệ Ublox để cung cấp thông tin định vị tốt bao gồm ăng-ten GPS chủ động 12 x 12mm tích hợp lớn với chân cắm UART TTL Mạch định vị GPS NEO-6M V2 Thông số kĩ thuật: Nguồn cung cấp 3~5VDC Modul có ăng ten sứ, thu phát tín hiệu nhanh Có EEPROM lưu tham số cấu hình nguồn Có pin dự phịng lưu liệu Có đèn LED hiển thị tín hiệu Kich thước ăng ten 12x12mm Kích thước module 20x30mm Tốc độ baud mặc định 9600 b) Hiển thị Tên sản phẩm: Màn hình LCD inch HDMI Màn hình LCD inch HDMI Thơng số kỹ thuật: Kích thước inch Tỉ lệ 16:9 4:3 Độ phân giải 1920*1200 / 60-75HZ Độ sáng 350cd / m2 Cổng giao tiếp HDIM, AV1, AV2 Nguồn điện DC 11 - 13V Độ tuơng phản 500:1 c) Theo dõi hành trình Camera IP wireless tích hợp sever bên trong, truyền hình ảnh qua hình LCD Tên sản phẩm: Camera IP wireless Thơng số kỹ thuật: Frame hình Cho phép điều khiển quay trái - phải 270°,lên -xuống 120° Khoảng cách quan sát ban đêm 10m Độ nhạy sáng 0.0.1 Lux/F1.2 Tích hợp điều khiển thiết bị đèn tắt mở từ xa qua mạng, điện thọai 2.2.6 Kiểm soát độ dốc cầu thang a) Đo độ dốc Mạch cảm biến góc nghiêng Tilt Switch SW520 sử dụng để phát góc nghiêng (tilt) rung động (vibration) ROBOT, cảm biến xuất tín hiệu dạng Digital với biến trở điểu chỉnh độ nhạy cảm biến dễ sử dụng Tên sản phẩm: Cảm biến góc nghiêng Tilt Switch SW520 Thông số kỹ thuật: Điện áp làm việc 3.3~5VDC IC so sánh LM393 Độ nhạy SW-520 Tín hiệu đầu Digital TTL Kích thước x 1.6 cm 2.2.7 Chức điều khiển a) Tay cầm điều kiển Tên sản phẩm: Tay cầm điều khiển Robot di động sử dụng song RF Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động 2.5 – 12V Dòng điện hoạt động 4Ma – 15mA Tốc độ dòng liệu cực đại 9.6k Dữ liệu ngõ vào, TTL Công suất tiêu thụ 2mW 2.2.7 Bộ vi xử lý Tên sản phẩm: Mạch Arduino Uno Thông số kỹ thuật: Chip điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào(khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V Số chân Digital 14 (of which provide PWM output) Số chân PWM Digital Số chân Analog Dòng điện DC chân I/O 20 mA Dòng điện DC chân 3.3V 50 mA Flash Memory 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by bootloade SRAM KB (ATmega328P) EEPROM KB (ATmega328P) Tốc độ thạch anh 16 MHz Thuật toán điều khiển hoạt động Robot Vượt Địa hình biểu điễn sơ đồ khối Thuật toán điều khiển Robot vượt địa hình ... gian dài hệ thống điện tử Vì việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điện tử để đáp ứng yêu cầu việc làm cần thiết Sự phát triển hệ thống điện tử phát triển ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông... chủ đề: Thiết kế sản phẩm điện tử: Robot leo cầu thang Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết. .. thành phần Robot leo cầu thang Robot leo cầu thang gồm phần Thành phần khí: Bao gồm bánh đai, khung để giữ kết cấu Robot, Và quan trọng để Robot leo cầu thang phần cấu để gặp cầu thang bậc nâng