Thiết kế và thi công máy viết chữ tự động

MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình iii Cam đoan v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Danh mục hình ix Danh mục bảng …………………………………………………………………… xii Tóm tắt xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Giới hạn 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quá trình phát triển máy viết chữ 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Quá trình phát triển 2.1.3 Một số loại máy viết chữ 2.2 Thiết bị phần cứng 2.2.1 Giới thiệu Arduino 2.2.2 Giới thiệu CNC Shield 2.2.3 Động bước 10 2.2.4 Trục vít me T8 17 2.2.5 Thanh trượt tròn 8mm 17 2.2.6 Khớp nối mềm 18 2.2.7 Một số linh kiện khác 18 2.3 Giới thiệu phần mềm 19 2.3.1 Phần mềm vẽ Inkscape 19 vii 2.3.2 Phần mềm Universal Gcode Sender 20 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 22 3.1 Giới thiệu 22 3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống………………………………………………… 22 3.3 Tính tốn thiết kế mạch 23 3.3.1 Khối điều khiển xử lý trung tâm 23 3.3.2 Động trục X, trục Y 29 3.3.3 Động dùng để nâng hạ bút 30 3.3.4 Trục vít me T8 31 3.3.5 Khối nguồn 32 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 34 4.1 Thi công phần khí 34 4.1.1 Mơ hình mơ phần cứng 34 4.1.2 Cố định đế trượt 35 4.1.3 Nối động với trục vitme 36 4.1.4 Cố định giá đỡ 36 4.1.5 Cố định viết 37 4.1.6 Lắp ráp hồn chỉnh mơ hình 37 4.2 Phần mềm vẽ điều khiển máy viết chữ 38 4.2.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Inkscape 38 4.2.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Universal Gcode Sender 46 4.2.3 Hướng dẫn copy file GRBL vào phần mềm Arduino 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 50 5.1 Kết Quả 50 5.2 Nhận xét đánh giá 52 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 6.1 Kết luận 54 6.2 Hướng phát triển 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 55 viii LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Nghĩa _ Giảng viên môn Điện Tử Công Nghiệp – Y Sinh trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để chúng em hồn thành tốt đề tài Chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn đến thầy cô Khoa ĐiệnĐiện Tử tạo điều kiện tốt cho chúng em hoàn thành đề tài Chúng em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Lê Đức Anh Nguyễn Công Tạo vi MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình iii Cam đoan v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Danh mục hình ix Danh mục bảng …………………………………………………………………… xii Tóm tắt xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Giới hạn 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Bố cục CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quá trình phát triển máy viết chữ 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Quá trình phát triển 2.1.3 Một số loại máy viết chữ 2.2 Thiết bị phần cứng 2.2.1 Giới thiệu Arduino 2.2.2 Giới thiệu CNC Shield 2.2.3 Động bước 10 2.2.4 Trục vít me T8 17 2.2.5 Thanh trượt tròn 8mm 17 2.2.6 Khớp nối mềm 18 2.2.7 Một số linh kiện khác 18 2.3 Giới thiệu phần mềm 19 2.3.1 Phần mềm vẽ Inkscape 19 vii 2.3.2 Phần mềm Universal Gcode Sender 20 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 22 3.1 Giới thiệu 22 3.2 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống………………………………………………… 22 3.3 Tính tốn thiết kế mạch 23 3.3.1 Khối điều khiển xử lý trung tâm 23 3.3.2 Động trục X, trục Y 29 3.3.3 Động dùng để nâng hạ bút 30 3.3.4 Trục vít me T8 31 3.3.5 Khối nguồn 32 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 34 4.1 Thi cơng phần khí 34 4.1.1 Mơ hình mơ phần cứng 34 4.1.2 Cố định đế trượt 35 4.1.3 Nối động với trục vitme 36 4.1.4 Cố định giá đỡ 36 4.1.5 Cố định viết 37 4.1.6 Lắp ráp hồn chỉnh mơ hình 37 4.2 Phần mềm vẽ điều khiển máy viết chữ 38 4.2.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Inkscape 38 4.2.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm Universal Gcode Sender 46 4.2.3 Hướng dẫn copy file GRBL vào phần mềm Arduino 48 CHƯƠNG KẾT QUẢ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 50 5.1 Kết Quả 50 5.2 Nhận xét đánh giá 52 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 6.1 Kết luận 54 6.2 Hướng phát triển 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 55 viii DANH MỤC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Bước góc động bước 16 Bảng 3.1: Bảng thông số kỹ thuật ……………………………………………… 24 Bảng 3.2: Bảng lựa chọn chế độ ……………………………………………… 28 xii TÓM TẮT Ngày nay, xã hội ngày ph t tri n C c thiết bị công ngh nh , thu t ngày hi n i n tử, h thống iều hi n tự ộng thơng i inh óng vai trị quan trọng ph t tri n công ngh inh tế xã hội, công ngh hi n ã t ến thu t ặc bi t tinh vi, cho phép y óc ược vi c vốn dành riêng cho người viết v Do ó ề tài “Thiết ế thi cơng hi n nhằ y viết chữ tư ộng” ược chọn thực ục tiêu thay c c ho t ộng thủ công thường ngày viết v người, giả ược thời gian, công sức tăng suất công vi c Kết thu ược ề tài là: - Điều hi n ược h thống -V y viết chữ thơng qua phần ề y tính ược hình Với ết có th ch y iều i n thức tế thi thương i sống Người thực hi n ề tài Lê Đức Anh – Nguyễn Công T o xiii CHƢƠNG TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ng y n y x h i ng y Nướ t ũng ng ph t tri n nh thu t ng y ng thời ỳ ông nghi p hó hi n i hó ất nướ bướ bắt ịp qu trình ơng nghi p hó giới nói v N Á nói riêng thống iều hi n tự tri n ông ngh v ọi ặt inh tế v x h i C ng thông hu vự Đông thiết bị ông ngh ông ngh vi i n tử thu t hi n ũng hông ngừng ph t tri n v ông ngh hi n n y i n tử h t ến h thống iều hi n tự o híp vi xử lý t nhiều th nh tựu vĩ odule iều i Hơn nữ hi biết thu t ặ bi t tinh vi, cho phép máy móc làm vốn hỉ d nh riêng ho on người viết v v [1-4] Đ bắt ịp ượ xu hướng ph t tri n v thự tiễn nhó t i “Thiết ế v thi ơng ng nhằ inh tế ủ x h i thiết bị ơng ngh ượ vi i inh ũng óng v i trò qu n trọng ph t Cùng với ph t tri n ủ ng hó v ng hi n th y y viết hữ tự ho t ng” thự hi n họn ề giúp hi u rõ qu trình ho t ng thủ ông thường ng y viết v v ủ on người Hi n n y t o r ó nhiều nghiên ứu v Đồ Án Tốt Nghi p ượ thự hi n hình thự tế nă 2017 nhó sinh viên Nguyễn Th nh Luân Nguyễn Minh Hùng Dương Nguyễn Hữu Trình Nguyễn Văn Ân Ph Văn Công - trường C o Đẳng C o Thắng với ề t i “M y Viết Chữ Axidr w” ề t i n y nhó sử dụng Arduino iều hi n y viết hữ Axidr w qu phần ề iều hi n Univers l G ode Sender [5] Đề t i Đồ Án Tốt Nghi p l Hải Phòng với ề t i “Thiết ế ngh CNC” ề t i n y nhó hế t o ủ Ho ng Minh Vũ - trường Đ i họ ô hình y hắ l zer ứng dụng ông sử dụng Arduino Nano m h iều n AKZ250 v n hành h thống máy khắc lazer ứng dụng công ngh CNC [6] Từ hảo s t ùng với iến thứ nghị thự hi n vi hi n thiết ết v thi ơng họ nhó l t h thống sử dụng Arduino [7] ềt i iều y viết hữ H thống ó tên l “Thiết kế thi cơng máy viết chữ tự BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG TỔNG QUAN động” s hắ phụ h n hế tố ầu viết ho t ng hư linh ho t n trướ 1.2 MỤC TIÊU Thiết ế v thi ông y viết hữ tự ng sử dụng ấu vit e ượ hi n Arduino Uno R3 thông qu phần hi n ượ viết v ề iều Univers l G ode Sender Thự hữ h y hình ảnh theo yêu ầu 1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN Trong qu trình thự hi n Đồ n tốt nghi p với ề t i Thiết ế v thi ơng y viết hữ tự ng nhó húng e t p trung giải v ho n th nh ượ n i dung s u: - Nội dung 1: Viết tó số giới h n ủ tắt yêu ầu ề t i họn n i dung thiết ế thông ề t i - Nội dung 2: Tiến h nh thiết ế sơ hối giải thí h - Nội dung 3: Tì hi u Arduino ng bướ odule hối linh i n - Nội dung 4: Tiến h nh v thiết ế phần ứng - Nội dung 5: Tiên h nh tính to n lự họn linh i n - Nội dung 6: Tiến h nh thi ông h thống - Nội dung 7: Ki tr - Nội dung 8: Viết b o ô hình thi ơng o n i dung l - Nội dung 9: Bảo v lu n văn 1.4 GIỚI HẠN - Chỉ ó th v - Đ - Tố - Cỡ hữ nhỏ ó th viết l 20 hính x v tối ượ tối hổ giấy A4 nét v 0.5 /phút 1.5 BỐ CỤC Đề t i “Thiết ế v thi ông y viết hữ tự ng” ượ trình b y với bố ụ s u: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG TỔNG QUAN  Chƣơng 1: Tổng Qu n Chương n y nhó nghiên ứu ặt vấn ề dẫn nh p lý họn ề t i giới h n thông số v bố ụ ụ tiêu n i dung n  Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương n y nhó n y B o gồ dụng tổng qu t lý thuyết iến thứ h i ni xây dựng ượ huẩn gi o tiếp phần hình ề ứng ơng ụ ần thiết  Chƣơng 3: Tính To n v Thiết Kế Chương n y nhó tính to n thiết ế thiết ế sơ hối h thống giải thí h h v lự hối họn linh i n  Chƣơng 4: Thi Cơng H Thống Chương n y nhó trình b y vi n Đồng thời trình b y ông h i ặt phần bướ thi ông ề h lắp r p iều hi n i i ặt thư tr sản phẩ thi hình hướng dẫn sử dụng  Chƣơng 5: Kết Quả - Nh n Xét - Đ nh Gi Chương n y nhó nêu lên ết r Từ ó r nh n xét v t ượ so với nh gi ết thự hi n ủ ụ tiêu b n ầu ề t i  Chƣơng 6: Kết Lu n – Hướng Ph t Tri n Chương n y nhó r ết lu n thự hi n từ ó r hướng ph t tri n ho ề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.15: Giao diện kéo chỉnh kích thước ảnh Đầu tiên chọn đối tượng > Trace Bitmap Hình 4.16: Giao diện chọn cách xuất ảnh Chọn đánh dấu vào Edge detection để xuất hình vẽ chi tiết Tăng giảm Threshold để tăng nét giảm nét Chọn Update để xem trước hình tùy chỉnh BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 41 CHƢƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.17: Giao diện chọn thơng số để xuất ảnh Click ảnh bên thấy ảnh cũ, click vào ảnh cũ nhấn nút Delete bàn phím để xóa ảnh cũ Hình 4.18: Giao diện cách xóa ảnh cũ Click ảnh chỗ cũ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 42 CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.19: Giao diện sau xóa ảnh cũ Click vào biểu tượng hình để chọn điểm thừa cần xóa bỏ Hình 4.20: Giao diện xóa điểm ảnh thừa Click vào trắng ảnh mới, click phải chuột vào nút bao quanh hình đó, chọn Delete BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 43 CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.21: Giao diện sau xóa điểm ảnh thừa Click vào biểu tượng hình, kéo chọn tất Chọn Path > Object To Path, nhấn tổ hợp Ctrl + Shift + C, để tách nét trước vẽ Lƣu ý: Nếu bỏ qua bƣớc vẽ đƣợc Hình 4.22: Giao diện hướng dẫn xuất file ảnh Chọn Extensions > Laserengraver > Laser để xuất file NC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 44 CHƢƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.23: Giao diện hướng dẫn xuất ảnh thành file Gcode Dòng 1: Đường dẫn đến thư mục lưu file NC Dịng 2: Chọn đơn vị cho hình vẽ Dịng 3: Chọn Apply để kết thúc Hình 4.24: Giao diện chọn thư mục đường dẫn để lưu file Dòng 1: Tùy chỉnh tốc độ vẽ Dòng 2: Đặt tên cho file NC Dòng 3: Chọn Apply để kết thúc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 45 CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.25: Giao diện đặt tên file chọn tốc độ vẽ Qúa trình xử lý xuất file NC Hình 4.26: Giao diện trình xử lý xuất file NC Về phần cài đặt phần mềm đơn giản Có thể chọn mở file cài đặt next cho phần mềm cài tự động đến kết thúc 4.2.2 Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm Universal Gcode Sender Số 1: Chọn cổng giao tiếp máy tính với Arduino Số 2: Chọn tốc độ truyền lệnh xuống Arduino Số 3: Mở cổng COM Số 4: khu vực gửi lệnh điều khiển máy Axidraw BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 46 CHƢƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.27: Giao diện phần mềm Universal Gcode Sender Browse > chọn file NC thiết kế Inkscape để tiến hành vẽ Hình 4.28: Giao diện chọn file Số 1: Reset Zero > đặt lại gốc tọa độ Số 2: Return to Zero > quay lại gốc Số 3: SoftRest > đặt lại phần mềm Số 4: Khu vực điều khiển tọa độ X, Y, Z Số 5: Step size XY > kích thước bước XY BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 47 CHƢƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Số 6: Step size Z > kích thước bước Z Số 7: Feed rate > bước tiến Số 8: Enable Keyboard Movement > cho phép thao tác bàn phím Số 9: Chọn đơn vị hoạt động cho máy Hình 2.29: Giao diện hướng dẫn chỉnh thông số để vẽ 4.2.3 Hƣớng dẫn copy file GRBL vào phần mềm Arduino Bƣớc 1: Copy file grbl-servo-master Hình 4.30: Giao diện hướng dẫn thêm thư viện GRBL vào Arduino BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 48 CHƢƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Bƣớc 2: Paste file vừa copy vào thư viện Arduino Hình 4.31: Giao diện hướng dẫn tìm file thư viện Bƣớc 3: Vào Arduino kiểm tra lại file vừa paste Hình 4.32: Giao diện hướng dẫn thêm thư viện BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 49 CHƢƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chƣơng KẾT QUẢ NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết Quả Đề tài hoàn thành 80% so với yêu cầu đặt Mục tiêu ban đầu đề tài “Thiết kế thi công máy viết chữ tự động” thay người làm cơng việc thủ công viết vẽ thông qua board điều khiển Arduino CNC shield Sau trình nghiên cứu thực đề tài, nhóm rút nhiều vấn đề khác từ việc sử dụng phần mềm, phương pháp giải thuật, sử dụng phần cứng Thời gian thực khoảng thời gian 15 tuần Trong gồm vấn đề sau, phần cứng: Biết sử dụng c ng đấu nối module, cài đặt thông số cho máy vẽ Đối với phần mềm: Biết cách sử dụng để vẽ thiết kế hình muốn, biết thêm arduino Mơ hình hoản chỉnh máy viết chữ tự động Hình 5.1: Mơ hình hồn chỉnh máy viết chữ tự động BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50 CHƢƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Kết máy viết chữ tự động sau hồn thành Hình 5.2: kết hình sau vẽ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 51 CHƢƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.3: Kết hình trịn sau vẽ Hình 5.4: Kết vẻ hình trái tim BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 52 CHƢƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.5: kết viết chữ U 5.2 Nhận xét đánh giá - Hệ thống chạy ổn định vẽ số hình - Giao tiếp module với ổn định - Mô hình xếp gọn gàng - Hệ thống động trược khoan gắn cố định chắn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 53 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau gần tháng nghiên cứu tìm hiểu với hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy nhóm hồn thành đề tài “Thiết kế thi công máy viết chữ tự động” thời hạn đáp ứng hầu hết yêu cầu đặt phần mục tiêu - Vẽ hình ảnh đơn giản theo yêu cầu - Viết chữ phơng chữ đơn giản kích thước lớn - Chưa thể viết chữ có kích thước nhỏ vẽ hình ảnh phức tạp Qua thời gian thực đề tài giúp nhóm nắm vững kiến thức thiết kế khí, sử dụng phần mềm để áp dụng vào hệ thống điều khiển “Thiết kế thi công máy viết chữ tự động” Ngồi ra, nhóm cịn trao dồi thêm số kỹ cần thiết như: Làm việc nhóm, giải vấn đề 6.2 Hướng phát triển - Cải thiện thêm phần khí cho đầu viết hoạt động chưa linh hoạt, nét vẽ chưa hồn hảo - Tăng thêm độ xác phần khí để viết chữ có kích thước nhỏ, vẽ tranh, phác họa chân dung - Viết chữ với nhiều font chữ khác BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Trương Đình Nhơn, KS Phạm Quang Huy “Hướng dẫn sử dụng Arduino”, Nhà xuất niên [2] KS Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung “Lập trình điều khiển với Arduino”, Nhà xuất niên [3] Trang web: http://arduino.vn [4] Trang web: http://www.axidraw.com BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 55 ... loại máy viết chữ Hình 2.1: Máy viết chữ làm ổ đĩa CD BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2: Máy viết chữ làm nhơm Carbon Hình 2.3: Máy viết chữ thi? ??t kế nhựa in máy. .. khiển tự động hóa thi? ??t bị cơng nghệ kỹ thuật cao chíp vi xử lý, module điều khiển không ngừng phát triển Đề tài ? ?Thi? ??t kế thi công máy viết chữ tự động? ?? với mục tiêu thay hoạt động thủ công người... TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ Chương TÍNH TỐN VÀ THI? ??T KẾ 3.1 Giới thi? ??u Ngày nay, phần lớn thi? ??t bị điện tử phát triển theo xu hướng tự động hóa, thơng minh, hiểu ý người, chúng thay người hoạt động theo