Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO 🕯✡🕮🕮✡🕯 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT VỆ SINH TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: Ths Lê Thanh Tùng SVTH: MSSV Phạm Nhật Minh 18146174 Bạch Quang Phước 18146192 Trần Anh Vũ 18146259 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỜI NĨI ĐẦU Hiện nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt đồng thời lượng nguồn nhiên liệu sinh tác nhân tác động trực tiếp đến môi trường tự nhiên, việc phát triển nguồn lượng tái tạo thân thiện với môi trường lượng mặt trời, lượng gió, Trong đó, Ngành cơng nghiệp Năng Lượng Mặt Trời xu hướng phát triển hầu hết quốc gia giới Công nghệ khai thác nguồn lượng ngày đa dạng dần trở thành nguồn lượng hàng ngày sống Mục tiêu đề tài nhóm hướng đến việc thiết kế chế tạo robot có khả vệ sinh pin quang điện Robot vệ sinh bề mặt pin theo trình tự có giám sát, hạn chế tham gia người vào trình vệ sinh Đồng thời, nhóm nhận thấy rủi ro, nguy hiểm tốn nhân công vệ sinh hệ thống pin lượng, kèm với suất sau trình vệ sinh khơng đạt mong đợi Hiện nay, số nhà đầu tư không quan tâm đến sản lượng mà quan tâm đến chất lượng hệ thống pin quang điện, nhu cầu vệ sinh hệ thống pin quang điện nhu cầu nhà đầu tư quan tâm Từ nhu cầu thực tế, chúng em định thực luận văn tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế chế tạo robot vệ sinh pin lượng mặt trời” Trong trình thực Đồ án, ngồi nổ lực thành viên nhóm hỗ trợ, giúp đỡ vơ nhiệt tình thầy/cơ để chúng em hồn thành tốt khóa luận Tuy nhiên kiến thức khả nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận thông cảm thầy/cô bạn sinh viên o Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot vệ sinh pin lượng mặt trời o Các số liệu, tài liệu ban đầu: Thông số kỹ thuật ban đầu robot: Tốc độ đạt 0.2 m/s; di chuyển bề mặt nghiên ≤ 200, tổng trọng lượng ≤ 35 kg o Nội dung đồ án: Tìm hiểu thơng tin tình hình lượng xanh nói chung lượng mặt trời nói riêng Phân tích phương án thiết kế robot từ robot giới Tính tốn, thiết kế khí Thiết kế điều khiển phân tích thuật tốn Tiến hành thu thập thông tin thực tế từ công ty Tona Syntegra Solar o Các sản phẩm dự kiến Mơ hình robot vệ sinh pin lượng mặt trời PHẦN MỞ ĐẦU: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đề tài hướng đến nhu cầu cải thiện công suất hệ thống pin mặt trời cách giải vấn đề bám bẩn tích tụ bụi bề mặt pin dẫn đến giảm hiệu suất lượng tổng thể hệ thống Các hệ thống pin lượng thường thiết kế đảm bảo độ bền kết cấu, với vị trí lắp đặt phải đảm bảo nhận tối đa nguồn xạ để tạo lượng tốt NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Quá trình thực đề tài hội để ứng dụng kiến thức, kỹ học để giải vấn đề yêu cầu đặt Nhiệm vụ đề tài thiết kế thiết bị công nghệ giải yêu cầu vệ sinh pin mặt trời Thông số kỹ thuật đặt ra: tốc độ tối đa 0.2 m/s, di chuyển bề mặt nghiêng ≈ 20°, khối lượng ≤ 35kg MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Nghiên cứu tình hình điện mặt trời robot vệ sinh pin mặt trời - Tính tốn thiết kế, tính tốn cấu chuyển động vệ sinh robot - Chọn động tính tốn thiết kế điều khiển - Kiểm nghiệm so sánh với robot thực tế GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đề tài thiết kế robot dạng mobile robot di chuyển linh hoạt hệ thống pin lượng thực tế Để tiết kiệm nguồn nhân công vệ sinh đạt hiệu tốt, robot trang bị hệ thống phun sương với nguồn nước độc lập gạt tránh đọng nước sau trình vệ sinh Robot so sánh với robot vệ sinh cho hệ thống pin lượng mặt trời thực tế dự án Công ty Tona Syntega Solar PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sau tìm hiểu, tham khảo robot vệ sinh có thị trường dựa yêu cầu thực tế, mục tiêu ban đầu Quy trình thực đề tài sau: - Lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu Xác định khả khác việc làm pin mặt trời - Sử dụng phần mềm để thiết kế, mơ hình hố tính tốn kích thước phận Tham khảo ý kiến GVHD dựa phương án lựa chọn, sau tối ưu hóa mơ hình để đạt mục tiêu ban đầu - Thiết kế sơ đồ điện sơ cho hệ thống - Viết chương trình điều khiển cho robot hoạt động - Kết luận hướng phát triển tương lai CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 CẤU TẠO PIN MẶT TRỜI Hiện vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời silic tinh thể Pin mặt trời từ tinh thể silic chia thành loại: - Một tinh thể hay đơn tinh thể module - Đa tinh thể làm từ thỏi đúc silic - Dải silic tạo từ miếng phim mỏng có cấu trúc đa tinh thể Tuy nhiên, ngày người ta chế tạo pin mặt trời vật liệu Si vơ định hình (a-Si) 1.2 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG PIN MẶT TRỜI Hoạt động pin mặt trời chia làm ba giai đoạn: - Đầu tiên lượng từ photon ánh sáng hấp thụ hình thành cặp electron-hole chất bán dẫn - Các cặp electron-hole sau bị phân chia ngăn cách tạo loại chất bán dẫn khác (p-n junction) Hiệu ứng tạo nên hiệu điện pin mặt trời - Pin mặt trời sau nối trực tiếp vào mạch ngồi tạo nên dịng điện 1.3 CÁC HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HIỆN NAY Năm 2020, Chính phủ ban hành Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ Cơ chế khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam (ngày 06 tháng năm 2020), chủ yếu tập trung vào việc quy định biểu giá điện FIT cho dự án điện mặt trời mặt đất (7,09 UScent/ kWh (tương đương 1.644 VND)), điện mặt trời (7.69 US cent (tương đương 1.783 VND)) hệ thống điện mặt trời mái nhà (8.38 UScent/ kWh (tương đương 1.943 VND)) Ngồi ra, Thơng tư 18/2020/TT-BCT Bộ Công Thương quy định phát triển dự án hợp đồng mua bán điện mẫu cho dự án điện mặt trời (ngày 17 tháng năm 2020) không sửa đổi khung luật định hợp đồng mua bán điện (PPA) dự án điện mặt trời mà cịn có điều khoản để kích thích đầu tư vào dự án điện mặt trời nối lưới Điều dẫn đến sóng đầu tư vào dự án điện mặt trời, công suất lắp đặt vượt kỳ vọng: đến hết năm 2020, dự án điện mặt trời nối lưới đạt tổng công suất lắp đặt gần 9.000 MWp (Trích theo “Sổ tay Quản lý rủi ro Kỹ thuật Vận hành dự án điện mặt trời mặt đất Việt Nam”) CHƯƠNG 2: NHỮNG RỦI RO CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.1 NHẬN DẠNG RỦI RO Các dự án điện mặt trời phân bố khắp tỉnh thành nước, nên tùy vào môi trường quy mô thiết kế để xác định rủi ro Dù vậy, nhóm tìm hiểu phân loại loại hình rủi ro sau: - Kỹ thuật: chất lượng quang điện, kết cấu hệ thống, việc lắp đặt hệ thống, sản lượng lượng , - Tài chính: thường nhà đầu tư đơn vị thi công quan tâm - Vận hành: gồm nhiều yếu tố kỹ thuật, nhân cơng, an tồn lao động, 2.2 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ RỦI RO Sau xác định rủi ro, điều quan trọng phân tích đánh giá mức độ rủi ro dự án bao gồm nguyên nhân/ yếu tố phát sinh, mức độ ảnh hướng, thời gian bảo trì, chi phí liên quan, CHƯƠNG 3:VẤN ĐỀ VỆ SINH TẤM PIN VÀ GIẢI PHÁP 3.1 ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ VẤN ĐỀ VỆ SINH Vấn đề bám bẩn bề mặt pin gây ảnh hưởng q trình tính tốn đánh giá sản lượng điện hệ pin mặt trời tạo Yếu tố bám bẩn gây tổn thất sản lượng phần nhà thiết kế chủ đầu tư không quan tâm đến vấn đề mơi trường, điều kiện khí hậu địa phương nơi dự kiến khởi công dự án dẫn đến tổn thất sản lượng cao so với dự kiến Như vậy, trình vận hành, nhà đầu tư hay nhóm vận hành cần quan sát trực quan theo dự án Điển hình khu vực phía Nam có mùa khơ mùa mưa rõ rệt khiến cho tháng mùa khô vấn đề bám bẩn ảnh hưởng lớn đến sản lượng Tiếp theo, vấn đề vệ sinh định kì hệ thống pin mặt trời cần vệ sinh định kì có phương pháp vệ sinh cụ thể nhằm giảm thiểu tổn hao vấn đề bám bẩn 3.2 MỨC ĐỘ TỔN THẤT VÀ BÁM BẨN Thứ tự phổ biến mức độ tổn thất bám bẩn ước tính từ 3-8% diện tích bề mặt pin lên tới 30-40% nơi chịu ảnh hưởng gió, cát khí hậu Nếu thiệt hại nhẹ sản lượng điện tạo giảm gây tổn thất kinh tế cho vấn đề kinh doanh điện chủ đầu tư có nhu cầu bán điện cho Tổng Cục Điện Lực Việt Nam (EVN) Nhưng thiệt hại bám bẩn nặng dẫn đến lớp bụi bám cứng phân chim để lâu ngày, lên rêu, khó để làm tổn thất lớn không sản lượng mà cịn chi phí để vệ sinh, thời gian vệ sinh Những ngày mưa vấn đề hai mặt lượng mưa vừa đủ khơng chịu ảnh hưởng khơng khí có khả làm bề mặt, lượng mưa thường khơng đủ ln hịa khơng khí cặn bẩn nhỏ tích tụ thành mảng bám khó vệ sinh Ngồi ra, số loại cát, bụi mịn phân chim bám pin, cho dù lượng mưa nhiều khó để làm bề mặt - Đai thang: Dây đai dày nên cần lực căng lớn bề mặt nhỏ, ma sát không lớn nên truyền động dễ bị trơn trượt - Đai dẹt: Dùng cho truyền động có kết cấu chặt chẽ, đường truyền nhanh Ma sát nhỏ truyền động dễ xảy tượng trượt, robot xoay Để dễ dàng sử dụng hiệu làm việc ta nên chọn đai răng, kèm với thiết kế có đường lồi ăn khớp khơng bị trơn trượt quay xe không bị lệch dây đai, phổ biến thị trường, có nên việc trượt đai bánh đai không xảy ra, lực căng không lớn, đai mềm 1.4 PHÂN TÍCH - CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHO BÁNH XE 1.4.1 Truyền động không thông qua truyền ngồi Là truyền động từ động có hộp giảm tốc truyền trực tiếp vào tải Ưu điểm: Kết cấu đơn giản gắn vào động không cần truyền động Có thể tối ưu cơng suất hao phí Nhược điểm: Quá tải dễ nhanh hỏng động Chọn thơng số vịng quay theo hộp số kèm với đông Gắn trực tiếp trục vào bánh xe nguy hỏng trục khó thay 1.4.2 Truyền động đai Hình 1 Truyền động đai Là truyền động từ động qua bánh xe thông qua truyền đai Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình Tải trọng cực đại đến 50 kW Bộ truyền làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình, vận tốc thường dùng không nên 20 m/s, vận tốc lớn đạt 30 m/s Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản giá thành rẻ Do trình trượt dây đai bánh đai nên tải đột ngột không gây hư hỏng cho chi tiết truyền Nhờ vào tính chất đàn hồi nên biên độ dao động cấu tải trọng thay đổi sinh không lớn không ồn, làm việc êm, truyền động trục xa trục bố trí thích hợp Nhược điểm: Tuổi thọ đai thấp, tải trọng tác dụng lên ổ lớn có lực căng ban đầu, tỉ số truyền thay đổi có trượt phải có thiết bị bảo vệ cho truyền đai tránh bụi bẩn bay vào, tính tốn thêm thơng số đai CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC 2.1.1 Giới thiệu chung động học Phần đề xuất cách tiếp cận động lực học cho robot dùng xích nhằm tăng khả điều khiển chuyển động đưa đánh giá Động học phức tạp có trượt tương tác mặt phẳng bề mặt đai khó xác định vận tốc dựa vận tốc bánh đai Giải pháp giải đề xuất dựa tâm quay tức thời mặt phẳng chuyển động robot 2.1.2 Mơ hình động lực học {𝑥̇ 𝐶 = 𝑟𝛼̇ (1−𝑠1 )+𝑟𝛼̇ (1−𝑠2 ) 𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑠 𝛾 𝑧̇𝑐 = 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝑦̇ 𝐶 = 𝑟𝛼̇ (1−𝑠1 )+𝑟𝛼̇ (1−𝑠2 ) 𝑟𝛼̇ (1−𝑠1 )+𝑟𝛼̇ (1−𝑠2 ) 𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑠 𝛽 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛾 𝑟𝛼̇ (1−𝑠1 )+𝑟𝛼̇ (1−𝑠2 ) Với 𝛽̇ = 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛽 Trong đó: r bán kính bánh H: Khoảng cách bánh xe s1: Độ trượt bánh đai s2: Độ trượt bánh xích G: Lực hấp dẫn 𝛼̇ : vận tốc góc bánh đai thứ 𝛼̇ : vận tốc góc bánh đai thứ hai 𝛾: góc nghiêng 𝑉𝐹 = √𝑥̇ 𝐹2 + 𝑦̇𝐹2 + 𝑧̇𝐹2 𝑉𝐺 = √𝑥̇ 𝐺2 + 𝑦̇𝐺2 + 𝑧̇𝐺2 𝑥̇ 𝐹 = 𝑥̇ 𝐶 − 𝐻𝛽̇ 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝑦̇ 𝐹 = 𝑦̇ 𝐶 − 𝐻𝛽̇ 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛽 2 𝑧̇𝐹 = 𝑧̇𝐶 𝑥̇ 𝐺 = 𝑥̇ 𝐶 + 𝐻𝛽̇ 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝑦̇ 𝐺 = 𝑦̇ 𝐶 + 𝐻𝛽̇ 𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝑧̇𝐺 = 𝑧̇𝐶 2.2 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO SƠ BỘ VỀ ROBOT Cấu tạo: Robot cấu tạo gồm phận sau Khối chổi lau dùng hệ thống phun nước Ống dẫn nước Van dẫn nước Nắp thân robot Khối thân robot Thanh gạt nước Bánh đai Khối truyền động chổi lau Khối bánh đai robot (Dây đai, Bánh xe, ) 10 Khối điều khiển 11 Khối nguồn 12 Động bánh xe kèm hộp giảm tốc 2.3 TÍNH TỐN CƠNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ BÁNH XE Hình Sơ đồ lực Pu: Lực kéo dây, với 𝑃𝑢 = 𝑝𝑘 × 𝑔 × 𝑠 ≈ 0.045 × 9.8 × 20 ≈ 8.825 𝑁 Trong pk khối lượng mét dây, g gia tốc trọng trường s chiều dài dây (các thơng số ước tính) FN: Áp lực lên nền, 𝐹𝑁 = 𝑚 × 𝑔 × 𝑐𝑜𝑠 𝛼 ≈ 15 × 9.8 × 𝑐𝑜𝑠 200 ≈ 138.135 𝑁 FW: Lực cản, 𝐹𝑊 = 𝑚 × 𝑔 × sin 𝛼 ≈ 15 × 9.8 × sin 200 ≈ 50.277 𝑁 Ff: Lực ma sát, 𝐹𝑓 = 𝜇 × 𝑚 × 𝑔 × 𝑐𝑜𝑠 𝛼 ≈ 0.7 × 15 × 9.8 × 𝑐𝑜𝑠 200 ≈ 96.694 𝑁, với µ hệ số ma sát phụ thuộc tính chất bề mặt đai, kính cao su có hệ số 0,7 Fapp: Lực kéo động Để robot chuyển động thì: 𝐹𝑎𝑝𝑝 = 𝐹𝑤 + 𝐹𝑓 + 𝑃𝑢 ≈ 8.825 + 96.694 + 50.277 ≈ 155.796 𝑁 Khi chuyển kính khơng có nước để khơng bị trượt 𝐹𝑓 ≥ 𝑃𝑢 + 𝐹𝑊 → 96.694 ≥ 8.825 + 50.277 → 96.694 ≥ 59.102 (𝑡ℎõ𝑎 𝑚ã𝑛) Khi chuyển kính có nước để khơng bị trượt với µ = 0,5 𝐹𝑓 ≥ 𝑃𝑢 + 𝐹𝑊 → 𝜇 × 𝑚 × 𝑔 ×𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛼 ≥ (𝑝𝑘 × 𝑔 × 𝑠) + (𝜇 × 𝑚 × 𝑔 ×𝑠𝑖𝑛 𝑠𝑖𝑛 𝛼 ) → 𝛼 ≥ 270 Công suất cần thiết cho động cơ: 𝑃đ𝑐 = 0.5 × 𝐹𝑎𝑝𝑝 ×𝑣 𝜂 = 0.5 × 155.796×0.2 0.9405 = 16.5652 ≈ 16.5 𝑊 Trong đó: η: Hiệu suất truyền động tính theo cơng thức: 𝜂 = 𝜂𝑜𝑙 × 𝜂đ = 0.99 × 0.95 = 0.9405 (Do có cặp ổ lăn truyền động đai) Vậy công suất động tương ứng với trục I 𝑃đ𝑐 = 𝑃𝐼 = 16.5 𝑊 Công suất trục II 𝑃𝐼𝐼 = 𝑃𝐼 × 𝜂 = 16.5 × 0.9405 = 15.5 𝑊 Số vòng quay đầu vận tốc 0,2 m/s hộp giảm tốc gắn động là: 𝑛𝐼 = 𝑛𝑙𝑣 × 𝑢đ với 𝑛𝑙𝑣 = 60000×𝑣 𝜋×𝐷 Trong đó: nlv số vòng quay bánh đai robot chạy; uđ tỷ số truyền đai chọn uđ = 1; D bán kính bánh đai (chọn sơ D = 80 mm) Ta được: 𝑛𝑙𝑣 = 60000 × 0.2 = 47.747 ≈ 48 𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 → 𝑛𝐼 ≈ 48 × 𝜋 × 80 = 48 𝑣ị𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 Tính moment xoắn trục tương ứng: 𝑇1 = 9.55 × 106 × 𝑃1 0.0165 = 9.55 × 106 × = 3282.8125 (𝑁 𝑚𝑚) 𝑛1 48 𝑇2 = 9.55 × 106 × 𝑃𝐼𝐼 0.0155 = 9.55 × 106 × = 3083.8541 (𝑁 𝑚𝑚) 𝑛2 48 Từ thông số cơng suất số vịng quay, ta chọn động KH56QM2U038, với thông số sau: - Hãng sản xuất: Nidec Servo - Model: KH56QM2U038 - Loại: Động bước pha - Điện áp: 36V - 40V - Moment xoắn: 1.373Nm - Góc bước: 1.8 độ (fullstep 200 xung) - Số dây: dây - Kích thước: 56x56x76mm - Đường kính trục: 6.35mm - Dịng điện: 2A - Nội trở: Ohm - Điện cảm: 7.35mH - Trọng lượng: 1Kg 2.4 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG Ta có cơng suất động 0.0165 kW số vòng quay trục chủ động 48 vg/ph nên ta chọn loại đai T10 DT10 Ta xác định mô-đun theo công thức: 𝑚 = 35 × √ 0.024 𝑃𝐼 = 35 × √ = 2.778 ≈ 𝑚𝑚 𝑛𝐼 48 Vận tốc truyền đai răng: 𝑣đ = 𝜋𝑑2 𝑛2 𝜋 × 77.7 × 48 = = 0.195 𝑚/𝑠 = 23.965𝑟𝑝𝑚 60000 60000 Lực vòng: 𝐹𝑡 = 1000 𝑃𝐼 0.024 = 1000 × = 123.077 𝑁 𝑣đ 0.195 Lực dọc trục: 𝐹𝑟 = (1.0 ữ 1.2) = 1.2 ì 123.077 = 147.692 𝑁 Lực li tâm sinh ra: 𝐹0 = (1.1 ÷ 1.3)𝐹𝑣 = (1.1 ÷ 1.3)𝑞𝑚 𝑏𝑣 = (1.1 ÷ 1.3) × 0.24 × 50 × 0.1952 = 0.593 𝑁 2.5 TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC CƠNG TÁC Chọn vật liệu cho trục thép C45 theo TCVN có thông số bền sau: 𝜎𝑏 = 638 𝑀𝑃𝑎; 𝜎−1 = 294 𝑀𝑃𝑎; 𝜎𝑐 = 343 𝑀𝑃𝑎; 𝜏−1 = 177 𝑀𝑃𝑎 Moment kháng ngang theo công thức: 𝑀𝑃 = 0.75𝜇𝐺 𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑠 𝛾 𝐿 0.75 × 0.7 × 195 ×𝑐𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑠 (30) × 190 = 4𝑉𝐶 × 0.2 14 + 14 + 𝛽𝑏 2𝜋 × 0.05 = 950.188 𝑁 𝑚𝑚 2.6 TÍNH TỐN CƠNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ CHỔI CON LĂN Phân tích lực chọn cơng suất cho động Chọn số vịng quay trục cơng tác: nII = 200 vịng/phút Từ gia tốc góc tương ưng: 𝛾 = 𝜔/𝑡 = 200.2𝜋/60 = 20.93 𝑟𝑎𝑑/𝑠 Thông số lực tính sau: 𝐹𝑁 = 𝑁 = 𝑚𝑔 = 0.9 × 9.8 = 8.82 𝑁 Lc ma sỏt: = = 0,4 ì 8.82 = 4.528𝑁 Momen xoắn trục chổi lăn là: 𝑇1 = 9.55.106 𝑃1 0.004449 = 9.55 106 = 212.439 𝑁 𝑚𝑚 𝑛1 200 Momen xoắn trục chổi lăn là: 𝑇2 = 9.55.106 𝑃2 0.004184 = 9.55 106 = 199.786 𝑁 𝑚𝑚 𝑛2 200 2.7 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG Ta xác định mơ-đun theo cơng thức: 𝑚 = 35 × √ 4.449 × 10−3 𝑃𝐼 = 35 × √ = 0.984 ≈ 𝑚𝑚 𝑛𝐼 200 Vận tốc truyền đai răng: 𝑣đ = 𝜋𝑑2 𝑛2 𝜋 × 38.789 × 200 = = 0.406 𝑚/𝑠 60000 60000 Lực vòng: 𝐹𝑡 = 1000 𝑃𝐼 0.004 = 1000 × = 9.852 𝑁 𝑣đ 0.406 Lực dọc trục: 𝐹𝑟 = (1.0 ÷ 1.2)𝐹𝑡 = 1.2 × 9.852 = 11.823𝑁 Lực li tâm sinh ra: 𝐹0 = (1.1 ÷ 1.3)𝐹𝑣 = (1.1 ÷ 1.3)𝑞𝑚 = (1.1 ữ 1.3) ì 0.014 ì 10 × 0.4062 = 0.03 𝑁 2.8 TÍNH TỐN THIẾT KẾ TRỤC CHO CON LĂN Chọn vật liệu cho trục thép C45 theo TCVN có thơng số bền sau: 𝜎𝑏 = 638 𝑀𝑃𝑎; 𝜎−1 = 294 𝑀𝑃𝑎; 𝜎𝑐 = 343 𝑀𝑃𝑎; 𝜏−1 = 177 𝑀𝑃𝑎 Ứng suất cho phép thép [𝜏] = 15 ÷ 30 𝑀𝑃𝑎 Ta chọn [𝜏] = 20 𝑀𝑃𝑎 Theo tiêu chuẩn, ta chọn đường kính trục 𝑑 = 𝑚𝑚 Các lực tác dụng lên trục cơng tác bao gồm: Lực vịng: 𝐹𝑡 = 9.852 𝑁 Lực dọc trục: 𝐹𝑟 = 11.823 𝑁 Lực căng đai: 𝐹𝑐𝑑 = 12.816 𝑁 Moment xoắn: 𝑇 = 0.212 𝑁𝑚 2.9 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC VỆ SINH CHO ROBOT Nguyên lý hoạt động: Nước bơm vào đường ống từ nguồn nước thùng nước dự trữ thân robot cấp cho ống dẫn truyền tới phận phun nước Bộ phần phun nước thiết kế dạng phun sương để tạo độ ẩm làm mềm lớp bụi bẩn để dễ dàng vệ sinh CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN 3.1 LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN Đối với phương án điều khiển robot, ta có phương án điều khiển khơng dây điều khiển có dây Điều khiển không dây Phương án điều khiển không dây ngày ưa chuộng hệ thống truyền nhận tín hiệu ngày ổn định, tăng độ hiểu làm việc robot điều khiển thơng qua điện thoại laptop khơng có vị trí thuận lợi để quan sát robot, điều khiển không dây gồm có sóng WIFI, RF, BLUETOOTH.v.v Thường dùng robot làm việc địa hình phức tạp, rộng mà người khó tiếp cận khơng tiếp cận được, làm diện tích lớn, mái cao 3.2 LỰA CHỌN LINH KIỆN 3.3.1 Pin Sạc 18650 4.2V 2200mAh Lithium-ion Pin Sạc 18650 4.2V 2200mAh Lithium-ion sử dụng phổ biến cho sản phẩm quạt siêu tốc cầm tay, loa, xe điện, đèn pin, đèn led, đèn khẩn cấp, máy khoan vit, thiết bị điên tử khác - Đặc điểm bật Pin sạc Lithium 18650 4.2v - 2200mah thời gian sử dụng lên tới năm, với số lần sạc xả lên đến 1000 lần Với nội trở thấp (nội trở thực tế 38 miliOhms) phù hợp sử dụng thiết bị điên tử cao cấp 3.3.2 Module thu phát RF NRF24L01 2.4Ghz Thông số kỹ thuật: - Điện hoạt động: 1.9V - 3.6V - Có sẵn anthena sứ 2.4GHz - Truyền 100m môi trường mở với 250kbps baud - Tốc độ truyền liệu qua sóng: 250kbps to 2Mbps - Tự động bắt tay - Tự động truyền lại bị lỗi - Bộ đệm liệu riêng cho kênh truyền nhận: 32 Byte separate TX and RX FIFOs - Các chân IO chịu điện áp vào 5V - Lập trình kênh truyền sóng khoảng 2400MHz đến 2525MHz (chọn 125 kênh) - Các chân kéo module: VCC, CE, CSN, SCK, MOSI, MISO, IRQ, GND 3.3.3 Mạch driver động bước TB6560 - Module TB6560 module chuyên dụng để điều khiển động bước lưỡng cực - Module TB6560 có khả điều khiển chế độ : full step ,half step,vi bước (1/8 1/16 step) Các chế độ set phần cứng Chức khối Module TB6560 sử dụng nguồn cấp 12V-DC 24V-DC cấp cho động bước hoạt động Khối tín hiệu điều khiển Gồm chân : EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK+ EN-, EN+: Tín hiệu cho phép/khơng cho phép modul hoạt động CW-,CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay động CLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động Với thiết kế chân điều khiển chức này, module TB6560 cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển Ví dụ nối chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-DC ta đưa tín hiệu điều khiển 0V vào chân EN-, CW-, CLK- Khối thiết lập chế độ Gồm switch cho phép người dùng thiết lập chế độ tùy chọn như: Chọn dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ rộng góc bước Khối Driver động Sử dụng IC TB6560 điều khiển hoạt động động bước Thông số kỹ thuật: + Nguồn đầu vào 10V - 35V + Dòng cấp tối đa 3A + Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao + Có tích hợp đo q dịng q áp + Kích thước: 50*75*35mm 3.3.4 Mạch điều khiển động DC L9110 Mạch L9110 sử dụng nguồn từ 2.5V đến 12V điều khiển vi điều khiển với mức nguồn 3.3V 5V điều khiển tốc độ động qua điều khiển xung PWM, điều khiển chiều quay qua chân tín hiệu LOGIC Ngồi module cịn điều khiển động bước pha Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: DC2.5V – 12V - Số motor điều khiển: - Dòng điều khiển tối đa kênh: 800mA - Kích thước 31mm x 22mm x 12mm 3.3.5 Arduino Uno R3 Arduino Uno R3 bo mạch vi điều khiển dựa ATmega328, có 14 chân đầu vào / đầu kỹ thuật số (trong chân sử dụng làm đầu PWM), đầu vào analog, cộng hưởng 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, đầu cắm ICSP nút reset Mạch chứa thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển, cần kết nối thiết bị với máy tính cáp USB cấp nguồn từ đến 12VDC để bắt đầu 3.3.6 Arduino Joystick shield Arduino Joystick shield module thích hợp cho ứng dụng điều khiển robot bạn thơng qua điều khiển RF NRF24L01 hiển thị liệu qua hình N5110 phiên cũ 3.3.7 Mạch nguồn tăng áp DC XL6009 Mạch nguồn tăng áp DC XL6009 có hiển thị điều chỉnh tăng áp DC-DC sử dụng IC XL6009, có hiệu suất cao giá thành tương đối thấp , tích hợp hiển thị giá trị điện áp ngõ vào & LED đoạn PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT Tổng kết thông số kỹ thuật robot vệ sinh pin lượng mặt trời: - Tổng trọng lượng: ≈15kg; - Kích thước tổng: 500mm x 505mm x 120mm; - Kích thước chiều rộng chổi cấu gạt nước: 500mm; - Tốc độ tối đa: 0.2 m/s; - Robot dễ dàng tháo lắp vận chuyển bao gồm khung chổi vệ sinh; cấu gạt nước; thân robot điều khiển; nguồn pin; dây đai di chuyển - Nguồn điện cung cấp từ nguồn pin khối 24V-8000mAh - Có thể vận hành chế độ gồm chế độ vệ sinh nước vệ sinh khô - Góc nghiên làm việc tối đa: 20o; - Điều khiển từ xa với khoảng cách 10-20 m; - Vật liệu chế tạo: Inox 304 nhôm; - Bánh đai chế tạo đơn giản từ mút; - Độ an toàn cho robot dùng dây cáp giữ ĐÁNH GIÁ CHUNG MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Đáp ứng yêu cầu ban đầu đặt bao gồm tốc độ tối đa 0.2 m/s; di chuyển bề mặt nghiêng ≈ 20°, khối lượng ≈15kg ≤ 35kg Ngồi ra, thiết kế mơ hình nhỏ gọn đáp ứng đủ yêu cầu cho robot vệ sinh độ bám bề mặt, tính linh hoạt chế độ vệ sinh, chổi quét vệ sinh với nhiều tốc độ khác chổi quay, đai di chuyển không gây xước di chuyển bề mặt Quá trình nghiên cứu tìm hiểu khái niệm pin quang điện, hệ thống pin quang điện rủi ro thách thức vận hành hệ thống pin quang điện Phân tích ưu nhược điểm phương pháp vệ sinh hệ pin quang điện Đồng thời, tìm hiểu robot vệ sinh giới phát triển Việt Nam Ứng dụng phần mềm Adruino IDE để tiến hành lập trình xác định di chuyển bản, tín hiệu truyền nhận điều khiển từ xa, cuối lập trình hồn thiện cho toàn đề tài NHỮNG HẠN CHẾ KHI THỰC HIỆN Trong trình thực đồ án, số hạn chế phát như: - Quá trình chế tạo chổi quét chưa đạt mong muốn nên khả làm hạn chế - Chưa áp dụng thuật toán PID để xây dựng thuật toán điều khiển cho động bước - Chưa áp dụng chuẩn chống nước cho hệ thống điều khiển trình thiết kế chế tạo, board điều khiển, driver mạch ổn áp thiết kế lắp ráp trực tiếp thân robot - Luôn cần người giám sát trình vận hành robot robot chưa phát tỉ lệ trước sau vệ sinh, giúp robot vận hành tốt ổn định yếu tố ngoại vi tác động lên robot khơng robot phát trực tiếp PHÂN TÍCH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài xây dựng, thiết kế chế tạo dựa đề tài tốt nghiệp khóa trước; đó, phần đưa hướng khắc phục hạn chế mà đề tài cịn thiếu sót phân tích hướng phát triễn có khả đưa vào thực tiễn a) Hướng khắc phục hạn chế: - Chế tạo chổi quét chỉnh chu ý vật liệu chế tạo lông chổi đảm bảo nhẹ, khả vệ sinh tốt, tiết kiệm chi phí khơng tác động mạnh lên bề mặt vệ sinh - Phát triễn chương trình điều khiển có thêm điều khiển PID giúp động bước hoạt động ổn định - Kiểm nghiệm yêu cầu chống nước cho hệ thống theo tiêu chuẩn trình chế tạo lắp ráp robot - Thiết kế thêm cảm biến giúp tăng khả tự hành cho robot b) Phân tích hướng phát triễn bất khả thi: Sử dụng cảm biến, cơng tắc hành trình để phát giới hạn không gian làm việc - Cảm biến tiệm cận: tín hiệu dễ gây nhầm lẫn đường biên khung pin đường biên ngồi chuỗi pin - Cảm biến sóng âm: độ cao dự án khác nên sử dụng cần cài đặt thông số bất tiện tốn thời gian - Cơng tắc hành trình: môi trường làm việc chịu ảnh hưởng nhiệt độ nên lị xo cơng tắc hành trình bị ảnh hưởng nhiều qua thời gian khơng cịn xác,đơi tín hiệu gây nguy hiểm trình vận hành Sử dụng cảm biến nhiệt camera để phát tỉ lệ bám bẩn trước sau vệ sinh: - Cảm biến nhiệt: phát điểm nhiệt pin khơng có ứng dụng kỹ thuật việc phát bụi độ bám bẩn - Camera xử lý ảnh: môi trường làm việc robot chuỗi pin dài đặt vị trí đón nắng kèm thời tiết khơ nóng nên sử dụng camera xử lý ảnh chịu ảnh hưởng ánh nắng, nhiệt độ không gian nên khả quan sát không tốt Nếu sử dụng phụ kiện cải thiện phần lập trình tốn chi phí thời gian c) Phân tích hướng phát triễn khả thi: Điều khiển thông qua điện thoại hay giám sát truy xuất thông số làm việc mức lượng tiêu thụ thông qua Web Server Hiện hệ thống lượng mặt trời thiết kế SCADA nên có tín hiệu wifi giúp người dùng truy cập giám sát thông tin lượng đồng thời giám sát robot vệ sinh định kỳ ... robot có khả vệ sinh pin quang điện Robot vệ sinh bề mặt pin theo trình tự có giám sát, hạn chế tham gia người vào trình vệ sinh Đồng thời, nhóm nhận thấy rủi ro, nguy hiểm tốn nhân công vệ sinh. .. nguồn nhân công vệ sinh đạt hiệu tốt, robot trang bị hệ thống phun sương với nguồn nước độc lập gạt tránh đọng nước sau trình vệ sinh Robot so sánh với robot vệ sinh cho hệ thống pin lượng mặt trời... niệm pin quang điện, hệ thống pin quang điện rủi ro thách thức vận hành hệ thống pin quang điện Phân tích ưu nhược điểm phương pháp vệ sinh hệ pin quang điện Đồng thời, tìm hiểu robot vệ sinh