Thiết kế và điều khiển thiết bị di động ứng dụng trong phun khử khuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DI ĐỘNG ỨNG DỤNG TRONG PHUN KHỬ KHUẨN Ngành KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn TS NGUYỄN HOÀI NHÂN Sinh viên thực hiện Lương Trần Hải Dương MSSV 1711030333 LỚP 17DCTA3 Vy Xuân Hoàng MSSV 1711030358 LỚP 17DCTA3 Võ Thành Phương MSSV 1711030374 LỚP 17DCTA3 TP Hồ Chí Minh, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DI ĐỘNG ỨNG DỤNG TRONG PHUN KHỬ KHUẨN Ngành: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN HOÀI NHÂN Sinh viên thực hiện: Lương Trần Hải Dương MSSV: 1711030333 LỚP: 17DCTA3 Vy Xuân Hoàng MSSV: 1711030358 LỚP: 17DCTA3 Võ Thành Phương MSSV: 1711030374 LỚP: 17DCTA3 TP Hồ Chí Minh, năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DI ĐỘNG ỨNG DỤNG TRONG PHUN KHỬ KHUẨN Ngành: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN HOÀI NHÂN Sinh viên thực hiện: Lương Trần Hải Dương MSSV: 1711030333 LỚP: 17DCTA3 Vy Xuân Hoàng MSSV: 1711030358 LỚP: 17DCTA3 Võ Thành Phương MSSV: 1711030374 LỚP: 17DCTA3 TP Hồ Chí Minh, năm 2021 VIỆN KỸ THUẬT HUTECH LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy/Cô trường Đại học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, quý Thầy/Cô Viện Kỹ thuật HUTECH giảng dạy, truyền đạt kiến thức hữu ích kinh nghiệm quý báu cho em suốt thời gian học năm học Đại học vừa qua Bên cạnh đó, chúng em đặc biệt xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy TS.NGUYỄN HOÀI NHÂN - người tận tình hướng dẫn nhóm chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Trong q trình thực đồ án, giúp đỡ tận tình từ Thầy Nguyễn Hoài Nhân chúng em thu nhiều kiến thức quý báu Trong trình thực đồ án, chúng em tự thực việc gia cơng, lắp ráp khí sản phẩm như: Hàn, cắt, đo, vẽ thiết kế; kinh nghiệm thực tế chưa cao nên chắn khơng thể tránh khỏi sai thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý quý Thầy/Cơ để nhóm chúng em hồn thiện Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ q Thầy/Cơ q trình thực đồ án để chúng em hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC BẢNG v DANH SÁCH CÁC HÌNH vi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu đề tài .4 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ cần thực 1.4 Phạm vi giới hạn đồ án .5 1.5 Khó khăn q trình thực CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP 2.1 Tìm hiểu sản phẩm 2.1.1 Robot nông nghiệp RG150 .6 2.1.2 Robot khử khuẩn CD 1.0 2.2 So sánh sản phẩm CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 11 3.1 Yêu cầu sản phẩm .11 3.1.1 Các tiêu hiệu sử dụng: 11 3.1.2 Khả làm việc: .11 3.1.3 Độ tin cậy: 11 3.1.4 An toàn lao động: 12 3.1.5 Tính cơng nghệ kinh tế: .12 3.2 Giải pháp 12 i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.3 Phân tích giải pháp 13 3.3.1 Nguồn dẫn động .13 3.3.1.1 Truyền động thủy lực .13 3.1.1.2 Truyền động khí nén 14 3.1.1.3 Truyền động điện .15 3.3.1.4 Truyền động khí 15 3.3.2 Bộ điều khiển 18 3.3.2.1 Điều khiển rơle điện từ .18 3.3.2.2 Điều khiển vi điều khiển 19 3.3.2.3 Điều khiển PLC .19 3.3.3 Động 20 3.3.3.1 Động bước: 20 3.3.3.2 Động DC xoay chiều: 20 3.3.3.3 Động servo: 21 3.3.3.4 Động giảm tốc: 22 3.4 Các thông số máy thiết kế 23 3.4.1 Mơ hình xe phun khử khuẩn 23 3.4.2 Cấu tạo tổng thể 24 3.4.3 Nguyên lí hoạt động .24 3.5 Các cụm chức 26 3.5.1 Cụm di chuyển .26 3.5.1.1 Cấu tạo 26 3.5.1.2 Nguyên lí hoạt động 27 3.5.2 Cụm bàn xoay .28 3.5.2.1 Cấu tạo .28 3.5.2.2 Nguyên lí hoạt động 29 ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.5.3 Cụm vitme trục Y 29 3.5.3.1 Cấu tạo .29 3.5.3.2 Nguyên lí hoạt động 30 3.5.4 Cụm vitme trục X 30 3.5.4.1 Cấu tạo .30 3.5.4.2 Nguyên lí hoạt động 31 3.6 Phân tích, lựa chọn nguyên lí kết cấu xe phun khử khuẩn 31 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 33 4.1 Quy trình bước tiến hành thiết kế máy hệ thống điều khiển 33 4.2 Tính toán thiết kế 34 4.2.1 Vitme bi 34 4.2.1.1 Thông số đầu vào: 34 4.2.1.2 Tính tốn hệ dẫn động .35 4.2.2 Cơ cấu di chuyển 41 4.2.3 Thiết kế mạch điện hệ thống điều khiển 43 4.2.4 Sơ đồ giải thuật .44 4.2.4.1 Phần cấu chuyển động 44 4.2.4.2 Phần cấu chuyển động 45 4.3 Chọn lựa phận gia công lắp ráp 46 4.3.1 Lựa chọn truyền động khí 46 4.3.1.1 Vitme đai ốc bi TLM80 46 4.3.1.2 Động 50 4.3.1.3 Bánh xe 53 4.3.2 Lựa chọn điều khiển 54 4.3.2.1 Arduino Mega 2560 54 4.3.2.2 NODE MCU ESP 8266 V3 (Chíp nap CP 2102) .60 iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.3.2.3 Mosfet IRF3205 .63 4.3.2.4 Relay trung gian chân 64 4.4 Giá thành vật liệu gia công (ước tính) 66 CHƯƠNG 5: THI CÔNG 68 5.1 Thi công, lắp ráp phần khí .68 5.2 Thi công, lắp ráp đện, điện tử điều khiển 71 5.3 Lập trình điều khiển 74 5.3.1 Giới thiệu phần mềm Aruino IDE .74 5.3.2 Viết phần mềm điểu khiển giám sát 75 5.3.3 Giao diện phần mềm điều khiển qua điện thoại .86 5.4 Lập trình mơ .87 5.4.1 Giới thiệu Solidworks 87 5.4.2 Thiết kế sản phẩm: 95 5.5 Mô phỏng, chạy thử sản phẩm 101 5.5.1 Mô .101 5.5.2 Chạy thử .110 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN .113 6.1 Kết thực đồ án .113 6.1.1 Kết đạt 113 6.1.2 Hướng khắc phục hướng phát triển đồ án 114 6.2 Những thuận lợi khó khăn .115 6.2.1 Những thuận lợi đề tài 115 6.2.2 Những khó khăn đề tài 115 6.3 Kết luận 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO .117 iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: So sánh thông số Robot 09 Bảng 3.1: Cấu tạo tổng thể xe phun khử khuẩn 23 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật Vitme đai ốc bi TLM80 48 Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 54 Bảng 4.3: Thông số kĩ thuật NODE MCU ESP 8266 V3 60 Bảng 4.4: Bảng giá vật liệu ước tính 65 v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình Các thiết kế xe nhiều lĩnh vực (Nguồn Internet) Hình 2 Robot nơng nghiệp phun thuốc RG150 (Nguồn Internet) .7 Hình Robot khử khuẩn CD 1.0 (Nguồn Internet) .8 Hình Mơ hình tổng thể vẽ thiết kế 23 Hình Cấu tạo cụm di chuyển 26 Hình 3 Cấu tạo cụm bàn xoay 28 Hình Cụm vitme trục Y 29 Hình Cụm vitme trục X 30 Hình Cơ cấu cần phun vitme bi 34 Hình Bộ truyền trục vít-đai ốc bi (Nguồn Internet) 35 Hình Các lực tác dụng 42 Hình 4 Sơ đồ nối chân linh kiện 43 Hình Sơ đồ khối lập trình chuyển động xe .44 Hình Sơ đồ khối lập trình cấu phun khử khuẩn 45 Hình Vitme đai ốc bi TLM80 (Nguồn Internet) .46 Hình Cấu tạo vitme đai ốc bi (Nguồn Internet) 47 Hình Động DC giảm tốc 1530A (Nguồn Internet) 50 Hình 10 Động bước 57HS11230 Nema 23 (Nguồn Internet) 52 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 11 Bánh xích .53 Hình 12 Arduino Mega 2560 (Nguồn Internet) .54 Hình 13 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 (Nguồn Internet) 56 Hình 14 NODE MCU ESP 8266 (Nguồn Internet) 61 Hình 15 Sơ đồ chân NODE MCU ESP 8266 V3 (Nguồn Internet) 62 Hình 16 Sơ đồ chân Mosfet IRF3205 (Nguồn Internet) 64 Hình 17 Relay trung gian chân (Nguồn Internet) 65 Hình Hàn khung sắt 68 Hình Mài phẳng khung sắt .69 Hình Khung sườn sau phun lớp sơn bảo vệ .70 Hình Sơ đồ hệ thống điện xe phun khử khuẩn 71 Hình 5 Lắp ráp động giảm tốc vào khung xe .72 Hình Lắp ráp, kết nối động giảm tốc pin 73 Hình Giao diện phần mềm Aruino IDE (Nguồn Internet) .75 Hình Màn hình điểu khiển xe phun khử khuẩn 86 Hình Giao diện bắt đầu solidwork 90 Hình 10 Bảng thông báo lựa chọn .91 Hình 11 Giao diện phần Part .91 Hình 12 Thanh cơng cụ Command Manager 92 Hình 13 Thanh Sketch .92 Hình 14 Thanh Surfaces 92 Hình 15 Thanh Futures 93 vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Kết thực đồ án 6.1.1 Kết đạt Sau ba tháng thực đề tài bám sát theo yêu cầu đề tài đặt chúng em hồn thiện sản phẩm yêu cầu Thiết kế sản phẩm giúp cho cô thực nghĩa vụ vùng dịch đỡ phần vất vả an tồn Ngồi u cầu xe đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: khung xe chắn, cần phun đủ chiều dài, linh hoạt điều chỉnh cần phun theo kích thước khu vực Xe thiết kế chủ yếu nghiêng phần khí nên hạn chế phần điều khiển tự động Ưu nhược điểm xe phun khử khuẩn: Ưu điểm: - Tiết kiệm dễ sử dụng dùng pin sạc - Thân thiện với mơi trường khơng dùng động đốt - Có thể điều chỉnh độ cao thấp theo theo khu vực - Tốc độ chạy ổn định - Chi phí sản xuất thấp - Khả vận hành đơn giản - Xe di chuyển linh hoạt vượt địa hình - Dễ dàng tháo lắp, vệ sinh thay - Nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển - Có thể sản xuất vận hành mùa dịch với nhiều cách sử dụng khác 113 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhược điểm: - Việc nâng hạ cần phun phải làm thủ công thơng qua app lập trình điện thoại để phù hợp với khả tối ưu phun thuốc khu vực - Vì dùng pin sạc nên thời gian sạc lâu - Lập trình cịn chưa có nhiều cơng nghệ - Sản phẩm chưa vận hành thực tế - Kết thu dựa số liệu mô - Cần cải thiện tầm phun độ bao phủ 6.1.2 Hướng khắc phục hướng phát triển đồ án Nếu thời gian điều kiện cho phép chúng em khắc phục thiết sót đề tài cụ thể như: - Thiết kế phần cần phun thuốc linh hoạt - Vùng không gian hoạt động rộng - Phần khí chạy ổn định Hướng phát triển đề tài: Sử dụng động kết hợp với vitme bi thiết kế cho việc phun thuốc khơng gian hoạt động từ ngồi, từ phòng cách li hay phòng nhiễm dịch nhỏ khu vực rộng lớn khu phố tịa nhà, Kết hợp với việc trục thứ có ren để nâng lên hạ xuống trục thứ có ren để đưa kéo vào.Như vậy, xe phun khử khuẩn linh hoạt vùng không gian hoạt động rộng Nhược điểm lớn xe phun khử khuẩn chưa linh hoạt người Tiếp theo đơn giản chưa thể áp dụng khu vực rộng lớn Các cấu cịn đơn sơ đơn giản Vì tương lai nhóm chúng em tìm hiểu thêm cơng nghệ, nâng cấp cấu xe để xe phun khử khuẩn xa hơn, thời gian phun lâu hơn, 114 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP phun không gian rộng lớn Đồng thời thông minh thay người việc phun thuốc khử khuẩn 6.2 Những thuận lợi khó khăn 6.2.1 Những thuận lợi đề tài Trong trình thực đề tài, chúng em nhận hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn TS Nguyễn Hồi Nhân q Thầy/Cơ khoa Được động viên, hỗ trợ mặt vật chất tinh thần gia đình, bạn bè ngồi lớp Tài liệu phương tiện nghiên cứu phong phú Sự đoàn kết, nỗ lực, tâm thành viên nhóm 6.2.2 Những khó khăn đề tài Do thời gian kiến thức có hạn, nên kết đạt chưa tối ưu Do khơng có nhiều hiểu biết khí, nên chúng em tốn nhiều thời gian cho phần Các chi tiết khí gia cơng khó, dùng nhiều chi tiết chắp vá làm cho phần khí thiếu đồng bộ, gây nhiều sai số Vì vậy, ảnh hưởng nhiều đến chương trình điều khiển Về mặt lập trình điều khiển: Do thời gian, kiến thức có hạn nên chương trình chưa tối ưu Ngồi cịn số ngun nhân khách quan khác 115 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6.3 Kết luận Sản phẩm cần thêm nhiều thời gian để phát triển nhiều khả làm việc để đưa vào hướng dẫn, giảng dạy trường, xa đem vào sản xuất đưa vào nhà máy để hoạt động độc lập Vậy nên đòi hỏi người thiết kế phải học hỏi, tìm hiểu sâu kiến thức cần thiết để làm xe phun khử khuẩn cách hoàn chỉnh, đáp ứng nhu cầu đề từ ban đầu 116 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu sở thiết kế máy – Nguyễn Hữu Lộc [2] Tài liệu tính tốn hệ dẫn động khí – Trịnh Chất – Lê Văn Uyển [3] Dientuvietnam - http://dientuvietnam.net [4] ELECTRONOOBS , “DOOR LOCK KEYPAD AND BLUETOOTH ARDUINO TUTORIAL” https://www.youtube.com/watch?v=aRrTt2lrQVQ&list=PLsR1AO4QH1AxpKTzj WvtUtbGSnKQVASI9&index=6 [5] Kỹ thuật robot – TS Phạm Đăng Phước – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [6] Động bước: Kỹ thuật điều khiển ứng dụng - Nguyễn Quang Hùng - Trần Ngọc Bình - NXB KHKT Hà Nội [7] Tài liệu cảm biến - GV Nguyễn Thành Long - Trường Đại Học SPKT Hưng Yên 117 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH TẬP BẢN VẼ CHI TIẾT THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DI ĐỘNG ỨNG DỤNG TRONG PHUN KHỬ KHUẨN Ngành: KỸ THUẬT CƠ – ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN HOÀI NHÂN Sinh viên thực hiện: Vy Xuân Hoàng MSSV: 1711030358 LỚP: 17DCTA3 Võ Thành Phương MSSV: 1711030374 LỚP: 17DCTA3 Lương Trần Hải Dương MSSV: 1711030333 LỚP: 17DCTA3 TP Hồ Chí Minh, năm 2021 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ... cách sử dụng xe phun khử khuẩn - Thiết kế khí chắn gá cấu phun - Sử dụng lệnh điều khiển động cho di chuyển tốc độ phù hợp xe phun khử khuẩn hoạt động KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI Xe thiết kế gọn,... hiểu cơng dụng, tính thiết bị - Tính tốn, thiết kế thiết bị, tính tốn tay máy (động học), tính tốn xe di động - Bản vẽ thiết kế thiết bị - Bản vẽ mạch điện - Lập trình điều khiển thiết bị - Gia...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DI ĐỘNG ỨNG DỤNG TRONG PHUN KHỬ KHUẨN Ngành: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN