Nghiên cứu và chế tạo thiết bị kiểm tra remote

TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ KIỂM TRA REMOTE Thiết bị kiểm tra remote thiết kế từ ý tưởng tiết kiệm thời gian chi phí nhân cơng cho việc kiểm tra sau sản xuất xong remote Thiết bị dựa nguyên lý hoạt động máy CNC hai trục Thiết bị có khả nhấn nút remote, nhận tín hiệu từ remote, từ xử lý tín hiệu Sau xử lý xong, thiết bị báo kết thông qua giao diện cài đặt máy tính Sinh viên thực Trần Duy Hiếu Trần Võ Minh Hoàng ABSTRACT RESEARCH AND MANUFACTURE CHECK REMOTE EQUIPMENT Remote test equipment is designed from ideas to save time and labor costs for the inspection after finishing a remote producer Devices based on the principle of operation of the two-axis CNC machine Equipment capable of remote control button presses, receiving signals from the remote, since the signal processing After processing is complete, the device will report the results through an interface that is installed on the computer MỤC LỤC Trang Danh mục hình vẽ I Danh mục bảng biểu II Danh mục từ viết tắt III CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 2.2 Một số thành tựu từ tảng máy CNC 2.2.1 Trong nước 2.2.2 Ngoài nước 2.2.2.1 3D System 2.2.2 Fanuc CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HOẠT ĐỘNG CỦA REMOTE TV 3.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa 3.1.1 Một số vấn đề hệ thống điều khiển từ xa 3.1.1.1 Kế cấu tin tức 3.1.1.2 Kết cấu hệ thống 3.1.2 Các phương pháp mã hóa điều khiển từ xa 3.2 Điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại 3.2.1 Khái niệm tia hồng ngoại 3.2.2 Nguồn phát sóng hồng ngoại phổ CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 11 4.1 Chọn cấu dẫn động 11 4.1.1 Động dẫn động trục tọa độ 11 4.1.1.1 Động bước (Stepping motor) 11 4.1.1.2 Động chiều (DC motor) 11 4.1.1.3 Động Servo 12 4.1.1.4 Tính tốn chọn động 12 4.1.1.5 Kết luận 13 4.2 Lựa chọn cấu truyền động 13 4.2.1 Vít-me đai ốc 13 4.2.1.1 Vít-me đai ốc thường 13 4.3.1.2 Vít-me đai ốc bi 14 4.2.2 Phương pháp dùng đai 15 4.3 Tính tốn trục vít me 16 4.3.1 Các thông số đầu vào 16 4.3.2 Bước vít me 16 4.3.2 Chiều dài trục vitme 17 4.3.4 Chọn bán kính trục X Y 17 4.3.5 Tính tải trọng (Co,Ca) trục Y 17 4.4 Ray dẫn hướng 18 4.4.1 Cơ sở tính tốn 18 4.4.1.1 Hệ số tải tĩnh C0 18 4.1.1.2 Momen tĩnh cho phép M0 18 4.1.1.3 Hệ số an toàn tĩnh fs 18 4.1.1.4 Hệ số tải trọng động định mức C 20 4.1.1.5 Tính tốn tuổi bền danh nghĩa L 20 4.1.1.6 Tính tốn tuổi bền dịch vụ theo thời gian 21 4.1.1.7 Hệ số ma sát 22 4.1.1.8 Tính tốn tải trọng làm việc 22 4.1.1.9 Tính tốn tải trọng tương đương 24 4.5 THIẾT KẾ KHUNG MÁY 26 4.5.1 Ý tưởng thiết kế phương án 26 4.5.2 Bàn máy 27 4.5.3 Thiết kế 28 4.5.3.1 Mặt gắn động 28 4.5.3.2 Thiết kế bàn máy 29 4.5.3.3 Thiết kế đế máy 29 4.5.3.4 Thiết kế phần gá đặt trục X 30 4.5.3.5 Khớp nối trục động 30 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 32 5.1 Lý thuyết điều khiển PID 32 5.2.Giới thiệu thiết bị điện tử 35 5.2.1 Board arduino mega 2560 35 5.2.2 Mạch cầu H 37 5.2.3 Thiết bị thu phát để kiểm tra remote TV 37 5.2.3.1 Thiết bị phát hồng ngoại 37 5.2.3.2 Thiết bị thu hồng ngoại 38 5.2.4 Mạch opto 38 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ GIAO DIỆN 40 5.1 Giới thiệu giao diện 40 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ LƯU ĐỒ VÀ THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN 42 7.1 Đọc tín hiệu encoder 43 7.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển 44 7.2.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát 44 7.2.2 Lưu đồ điều khiển chế độ MANUAL 45 7.2.3 Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO 45 CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 46 8.1 Khảo sát thời gian hoạt động thiết bị 46 8.2 Khảo sát độ xác xy lanh nhấn nút 46 CHƯƠNG 9: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 48 PHỤ LỤC 50 DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1:Máy thử nút nhấn điện thoại cảm ứng Hình 1.2 Máy thử nút remote công nghiệp Hình 1.3 Thử nút nhấn remote tay Hình 2.1 Thời gian phát triển máy CNC Hình 2.2 Máy cắm linh kiện điện tử tự động trường SPKT Hình 2.3 ProJet 1000 Hình 2.4 Máy phay CNC MORI SEIKI MV653HG0500 FANUC 18iM- 2008 Hình 3.1 Biểu đồ thể mối tương quan độ nhạy tương đối độ dài sóng Hình 4.1 Động bước 11 Hình 4.2 Động DC 11 Hình 4.3 Động SERVO 12 Hình 4.4 Vít me đai ốc thường 13 Hình 4.5 Vít me đai ốc bi 14 Hình 4.6 Cấu tạo bên vít me đai ốc 14 Hình 4.7 Các dạng profin ren vít me ổ bi 15 Hình 4.8 Bộ truyền đai 16 Hình 4.9 Hình dạng ray dẫn hướng 18 Hình 4.10 Sơ đồ phân bố tải trọng 19 Hình 4.11 Biểu đồ thể tương quan nhiệt độ 21 Hình 4.12 Biểu đồ thể tương quan độ cứng 22 Hình 4.13 Biểu đồ hệ số ma sát 22 Hình 4.14 Momen tác dụng lên chi tiết 25 Hình 4.15 Tải trọng trung bình 25 Hình 4.16 Quy trình tính tốn ray dẫn hướng 26 Hình 4.17 Sơ đồ khối thiết kế phần khí thiết bị 27 Hình 4.18 Mơ hình thiết kế 28 Hình 4.19 Các mặt gắn động 28 I Hình 4.20 Bàn máy 29 Hình 4.21 Mơ lực tác dụng vào bàn máy 29 Hình 4.22 Đế máy 29 Hình 4.23 Phần gá đặt 30 Hình 4.24 Khớp nối mềm 30 Hình 4.25 Một số Lực tác dụng vào khớp nối 31 Hình 5.1 Ví dụ điều khiển xe đường thẳng 32 Hình 5.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển dùng PID 32 Hình 5.3 Đáp ứng khâu P 33 Hình 5.4 Đáp ứng độ khâu I khâu PI 34 Hình 5.5 Đáp ứng độ khâu D khâu PD 35 Hình 5.6 Đáp ứng khâu P, PI PID 35 Hình 5.7 Board Arduino Mega 2560 36 Hình 5.8 Board cầu H IR2184 37 Hình 5.9 Hình ảnh romote 38 Hình 5.10 Hình ảnh led thu hồng ngoại 38 Hình 5.11 PC817 39 Hình 6.1 Giao diện hình 40 Hình 6.2 Giao diện chế độ MANUAL 40 Hình 6.3 Giao diện chế độ AUTO 41 Hình 7.1 Lưu đồ tổng quát đề tài 42 Hình 7.2 Lưu đồ giải thuật đọc encoder 43 Hình 7.3 Lưu đồ giải thuật tổng quát 44 Hình 7.4 Lưu đồ điều khiển chế độ MANUAL 45 Hình 7.5 Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO 45 Hình 8.1 Hình ảnh thiết bị hoàn thành 46 Hình 8.2 Hình ảnh thiết bị kiểm tra sản phẩm 46 Hình 8.3 Hình ảnh giao diện thu tín hiệu từ cảm biến 47 DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 4.1 Giới hạn tải thấp số loại máy công nghiệp 19 Bảng 4.2 Bảng biểu thị thông số tốc độ hoạt động động 21 Bảng 4.3 Một số cơng thức tính tải trọng 24 Bảng 4.4 Thông số nhôm 6061 Alloy 30 Bảng 5.1: Các thông số arduino mega 2560 36 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TV: Television CNC: Computer Numerical Control IRED: Diode hồng ngoại LA: Laser bán dẫn LR: Đèn huỳnh quang Q: Đèn thủy tinh W: Bóng đèn điện với dây tiêm wolfram PT: Phototransistor II CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Hiện giới có số loại máy để thử nút nhấn Tuy nhiên đa số công ty công nghệ đại hàng đầu giới như: Samsung, sony, apple, Hình 1.1 Máy thử nút điện thoại cảm ứng Hình 1.2 Máy thử nút remote cơng nghiệp Do đó, giá thành thiết bị thường cao Nên nước ta, sở sản xuất remote TV thường sử dụng nhân công cho công việc thử remote sau sản xuất Vì để giảm bớt chi phí cho vấn đề cần phải làm gì? Hình 1.3 Thử nút nhấn remote tay Hình 5.5 Đáp ứng độ khâu D khâu PD Tổng hợp khâu-PID: - Bộ điều khiển PID cấu trúc ghép song song khâu P, I D - Phương trình vi phân PID lý tưởng: de(t) u(t) = K P e(t) + K I  e(t)dt + K D dt - Sơ đồ khối: - Đáp ứng PID: Hình 5.6 Đáp ứng khâu P, PI PID 5.2 Giới thiệu thiết bị điện tử: 5.2.1.Board Arduino Mega 2560: 37 Hình 5.7 Board Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 bo mạch thiết kế với xử lý trung tâm vi điều khiển AVR Atmega2560 Cấu tạo Arduino Mega 2560 bao gồm phần sau: - Cồng USB: loại cồng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển Đồng th thời giao tiếp serial để truyền liệu vi điều khiển máy tính - Jack nguồn: để chạy Arduino lấy nguồn từ cổng USB trên, lúc cắm với máy tính Lúc ta cần nguồn từ 9V đến 12V - Có 54 chân digital đánh số thứ tự từ đến 53 (trong có 15 chân PWM 15 chân đầu), 16 chân Analog, UARTs, thạch anh 16 MHz, nút reset, chân GND, chân điện áp tham chiếu (AREF) - Vi điều khiển AVR: vi xử lý trung tâm tồn bo mạch Với mẫu arduino khác chip khác Ở Arduino Mega2560 sử dụng ATMega 2560 - Các thông số chi tiết Arduino Mega 2560: Bảng 5.1 Các thông số Arduino Mega 2560 Vi xử lý: 5v Điện áp hoạt động: 7-12V Điện áp đầu vào: 6-20V Chân Digital: 54 (15 chân PWM) Chân Analog: 16 Dòng điện chân Digital 40mA Dòng điện chân nguồn 3.3V 50mA Bộ nhớ trong: 256KB SRAM 8KB EEPROM 4KB Thạch anh 16MHz Atmega2560 38 Các Mega 2560 có 16 đầu vào tương tự, ngõ vào tương tự có độ phân giải 10 bit (tức 1024 giá trị khác nhau) Theo mặc định đo từ đến 5V, thay đổi phần phạm vi cách sử dụng chân Aref AnalogRefence Các Atmega 2560 có 256 KB nhớ flash để lưu trữ mã (trong có 8KB sử dụng cho nạp khởi động), KB SRAM KB EEPROM 5.2.2.Mạch cầu H IR2184: Xét cách tổng quát, mạch cầu H mạch gồm "công tắc" mắc theo hình chữ H, “cơng tắc” thường Transitor Fet Bằng cách điều khiển "công tắc" đóng mở, ta điều khiển dòng điện qua động thiết bị điện tương tự Ở đề tài này, sử dụng mạch cầu H-Bridge IR2184 để điều khiển động DC hoạt động cung cấp momen hoạt động cho cấu Hình 5.8 Board cầu H IR2184 Đặc tính kỹ thuật: - Dòng liên tục 30A - Dòng đỉnh 40A (200 ms) - Điện áp cấp từ +24V - Có Led báo nguồn cho mạch - Có Led báo chiều động - Bảo vệ ngắn mạch - Board thiết kế nhỏ gọn - Dùng ic kích FET chuyên dụng IR2184 5.2.3 Thiết bị thu phát để kiểm tra REMOTE TV: 5.2.3.1 Thiết bị phát hồng ngoại: 39 Hình 5.9 Hình ảnh romote - Nguyên lý: Gồm LED phát hồng ngoại nút nhấn board Khi nút remote nhấn board nhận tín hiệu sau vị trí nhấn mã hóa tương ứng Sau board phát tín hiệu thơng qua LED phát hồng ngoại 5.2.3.2 Thiết bị thu hồng ngoại: Hình 5.10 Hình ảnh led thu hồng ngoại - Sơ đồ nguyên lý: + Khối gồm mắt thu hồng ngoại + Hình dạng bên ngồi hình + Cấu tạo bán dẫn có chân: ● Chân OUT: chân đưa tín hiệu ngồi ● Chân GND: Chân nối mass ● Chân VS: Chân nối nguồn +5V - Nguyên lý hoạt động: Khi REMOTE phát tín hiệu hồng ngoại mắt thu nhận được, đưa tín hiệu chân Arduino 5.2.4 Opto pc817: 40 Hình 5.11 PC817 - Nguyên lý: cung cấp 5V vào chân số 1, 0V vào chân số 2, xảy tượng quang điện dẫn đến 3-4 thơng - Mục đích: Nếu có cố phần ứng dụng khơng ảnh hưởng đến phần điều khiển 41 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ GIAO DIỆN 6.1 Giới thiệu giao diện: Hình 6.1 Giao diện hình - Bao gồm: + Nút Manual: Khi nhấn vào giao diện chế độ manual + Nút Auto: Khi nhấn vào giao diện chế độ auto + Nút Exit: Thoát chương trình Hình 6.2 Giao diện chế độ MANUAL - Bao gồm: Chế độ MANUAL AUTO giống nhau: + Phần bên trái, để hiển thị trạng thái nút nhấn sau test + Ô COM: nhập cổng giao tiếp máy tính board điều khiển + Nút RUN: chạy chương trình + Nút RESET: Đưa thiết bị vị trí chuẩn bị kiểm tra 42 + Nút BACK: lùi giao diện MAIN + Nút EXIT: Thoát chương trình Hình 6.3 Giao diện chế độ AUTO 43 CHƯƠNG THIẾT KẾ LƯU ĐỒ VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN Lưu đồ tổng quát đề tài: Hình 7.1 Lưu đồ tổng quát đề tài Hệ thống hoạt động theo nguyên lý: Khi có lệnh điều khiển từ giao diện board trung tâm xử lý tín hiệu xuất tín hiệu thơng qua mạch cơng suất, mạch cách ly để điều khiển động xy lanh đến vị trí nút nhấn remote nhấn nút Sau đó, thiết bị thu tín hiệu remote truyền tín hiệu board trung tâm Cuối cùng, board trung tâm truyền tín hiệu lên giao diện 44 7.1 Đọc tín hiệu encoder: Hình 7.2 Lưu đồ giải thuật đọc encoder 45 7.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển: 7.2.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển tổng quát: Hình 7.3 Lưu đồ giải thuật tổng quát 46 7.2.2 Lưu đồ điều khiển chế độ MANUAL: Hình 7.4 Lưu đồ điều khiển chế độ MANUAL 7.2.3 Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO: Hình 7.5 Lưu đồ điều khiển chế độ AUTO 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 8.1 Khảo sát thời gian hoạt động thiết bị Hình 7.1 Hình ảnh thiết bị hoàn thành Remote gá đặt bàn máy cách chắn hình 7.1 bên cạnh mơ hình hộp điện chứa bo mạch điều khiển van khí nén nguồn kết nối với mơ hình thơng qua giắc cắm hoạt động chế độ auto thời gian kiểm tra sản phẩm đến phút 8.2 Khảo sát độ xác xy lanh nhấn nút Hình 8.2 Hình ảnh thiết bị kiểm tra sản phẩm 48 Với động điểu khiển vị trí xy lanh tới tâm nút nhấn đảm bảo cảm biến thu tín hiệu cách xác khơng bỏ sót nút nhấn hay nhấn mà cảm biến khơng thu tín hiệu Hình 8.3 Hình ảnh giao diện thu tín hiệu từ cảm biến Hình 8.4 Hình ảnh đồ thị biểu thị độ vọt lố ENCODER MOTOR 49 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau khoảng thời gian gần bốn tháng nghiên cứu, thiết kế chế tạo với nỗ lực nhóm có kết sau: 9.1 Những kết đạt 9.1.1 Về thiết kế khí - Hồn thành u cầu khí đề để đảm bảo cho phần điều khiển - Chế tạo gá đặt thành cơng remote lên thiết bị để tiến hành kiểm tra - Điều chỉnh thiết bị gọn, nhẹ mang tính thẩm mỹ 9.1.2 Về điều khiển - Kiểm tra remote với thời gian tương đối ngắn độ xác cao - Giao diện dễ hiểu - Dễ dàng thao tác hộp điều khiển 9.2 Những hạn chế tồn - Phần khung thiết bị làm hoàn toàn từ mica 5mm nên độ cứng,bền tương đối thấp - Tốc độ kiểm tra remote nhanh khó cạnh tranh với thiết bị bên thị trường - Động bị nhiễu hoạt động 9.3 Hướng phát triển đề tài - Tìm kiếm, sử dụng vật liệu để gia cơng chế tạo khí với mục đích tăng độ cứng bên sản phẩm gọn nhẹ - Nâng cao tôc độ kiểm tra remote để canh tranh bên ngồi - Thêm cấu cung cấp remote cho thiết - Hoàn thiện thuật toán điều khiển cho thiết bị, nâng cao ổn định 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy Tập một, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, Huế, 2006 [2] Nguyễn Thế Hùng, Điều khiển tự động, tài liệu lưu hành nội Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, 2006 Nguồn khác [3] http://arduino.vn/ [4] https://www.arduino.cc/ 51 ... với chế độ tự động tay - Tiến hành thực nghiệm để kiểm tra suất làm việc máy 1.4 Đối tượng nghiên cứu Thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra nút nhấn remote, xây dựng trương trình điểu khiển thiết bị. .. Thử nút nhấn remote tay 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Thiết kế, chế tạo thiết bị kiểm tra nút nhấn lại không mang lại khả ứng dụng vào thực tế với thiết bị kiểm tra nút nhấn vào công nghiệp... 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thiết kế mơ hình kiêm tra nút nhấn remote : - Thiết kế khí, thiết kế chế tạo mạch điều khiển - Xây dựng thuật toán điều khiển cho thiết bị: điều khiển