(TIỂU LUẬN) báo cáo học PHẦN THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử đề tài thiết kế sản phẩm cơ điện tử robot hút bụi

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - BÁO CÁO HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử “Robot hút bụi” Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: Hà Nội – 2022 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: Tên nhóm: Họ tên thành viên - Nguyễn Trung Hiếu - Phạm Văn Hiếu - Nguyễn Tiến Hòa II Nội dung học tập Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm điện tử: Robot hút bụi Hoạt động sinh viên - 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 cơng cụ hỗ trợ: Mơ 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 LỜI MỞ 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 trình phát triển u 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 trình học tập tự tìm hiểu học phần, nhóm sinh viên lựa chọn hồn thành báo cáo tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử “Robot hút bụi” Đây đề tài hay có tính ứng dụng cao đời sống đồng thời sở cho nghiên cứu sản phẩm sau sinh viên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT HÚT BỤI 1.1 Giới thiệu Robot hút bụi - Nhiều người thường vệ sinh phịng tuần lần hay nhiều công việc bận rộn, ta vệ sinh có khách đến thăm Nhưng cho dù bạn có thuộc nhóm "sức hút" Robot hút bụi làm nhà bạn trở nên thật tinh tươm - Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ cách mạng công nghệ 4.0, tham gia máy móc vào hoạt động thường ngày đóng vai trị quan trọng, hỗ trợ sống người dễ dàng hơn, tiện lợi Các loại robot, máy móc thay sức người nhiều hoạt động sản xuất, lao động, Đặc biệt, từ sống gia đình có xuất nhiều loại thiết bị cơng nghệ giải phóng sức lao động bà nội trợ - Robot hút bụi hay gọi với tên máy hút bụi tự động loại thiết bị đại thông minh thị trường thực công việc lau dọn nhà cửa Sản phẩm thiết kế lập trình sẵn để thực tồn cơng việc hút bụi, lau sàn nhà hồn tồn tự động mà không cần đến nhiều tác động người Chính thế, khơng có nhà, robot hút bụi, robot lau nhà tự hoạt động, dọn dẹp sàn nhà hiệu - Thiết bị giải pháp thay tối ưu cho dụng cụ chổi quét nhà hay máy hút bụi truyền thống, không cần dùng đến sức người Do đó, robot hút bụi lau nhà lòng chị em, bà nội trợ, đảm nhiệm tốt công việc lau dọn nhà cửa mệt nhọc, nhàm chán 1.2 Lịch sử phát triển Robot hút bụi 1.2.1 Người đặt móng Cha đẻ robot hút bụi James Dizon Sáng chế ông thiết bị máy hút bụi tự động Ngay vào thời điểm đó, hãng sản xuất đồ điện gia dụng Electrolux nhận thấy tiềm phát triển loại thiết bị mua lại phát minh Dizon Năm 1996, Electrolux cho mắt mẫu robot hút bụi giới có tên Trilobite Mặc dù truyền thông nhiều sản phẩm, nhiên chưa thực tạo ấn tượng với người dùng Và tất nhiên tình hình kinh doanh robot xuống Hình 1.1: Robot hút bụi Trilobite 1.2.2 Giai đoạn phát triển Dấu mốc phát triển robot hút bụi vào năm 2001, hãng Dyson chế tạo mẫu DC06 Đây mẫu robot hút bụi có kích thước lớn, giá thành cao khơng thị trường chấp nhận Cho tới năm 2002, iRobot cho đời mẫu robot hút bụi Roomba Roomba đánh dấu bước tiến quan trọng cho loại robot hút bụi Điểm khác biệt lớn robot Roomba so với hãng khác có khả tự động thay đổi hướng, phát vết bẩn sàn phát vị trí bậc thang Hình 1.2: Robot hút bụi Roomba 1.2.3 Các thành phần Robot hút bụi Một Robot hút bụi gồm hai thành phần chính: Phần khí: Vỏ máy, bánh xe, hệ thống laser định vị, hộp đựng bụi, đế sạc, dây sạc , chổi quét  Phần điều khiển: Remote, tường ảo (thiết bị có nhiệm vụ hạn chế khu vực làm việc cho máy), vi mạch lập trình, xử lý kết nối wifi  CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 2.1 Đánh giá yêu cầu thực tế Robot hút bụi Thương hiệu: Thương hiệu yếu tố bạn nên quan tâm lựa chọn robot hút bụi, yếu tố định đến độ uy tín sản phẩm Tính thơng minh: Cảm biến vật cản điều hướng thông minh yêu cầu cần thiết để robot di chuyển, hút bụi làm mặt sàn tối ưu Robot cảm biến vật cản, tránh va chạm, dẫn đến hư hỏng Phù hợp với nhu cầu làm môi trường sống: mức giá phải phù hợp với ngân sách: Mặc dù công suất hút bụi robot tốt, làm sàn khả lau dọn, làm sâu ngóc ngách chưa thực thay máy hút bụi cầm tay Người dùng cần cân nhắc, đầu tư robot hút bụi với mức giá phù hợp, tránh lãng phí khơng hiệu 2.1.1 Danh sách u cầu: Nhóm Thay đổi W W W D D D D W W Khả chịu lực:  Tổng trọng lượng:  Khả chịu tải: 1,5   Năng lượng:  Sử dụng động điện : đ Điện áp định mức: 13 - Công suất đầu vào: 40 -     Vật liệu: D D D D   Vật liệu chịu mài mị   Tín hiệu: D D W  W  W W W D D D D  Đầu ra: tốc độ khả năn  Kết nối thông qua Blueto Kế hoạch phát triển: W  Nghiên cứu cải tiến vòng năm 2.1.2 Thiết kế sơ Xác định vấn đề Việc xác định vấn đề dựa theo bước Bước 2: loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức buộc cần thiết Hình dạng: - Chiều rộng: 300mm - 400mm Chiều cao: 80mm - 90mm Dung tích hộp bụi: 0,3L-0,5L Động học: - Di chuyển bánh xe Vận tốc mặt phẳng: 0,1 – 0,2 m/s Khả chịu lực: - Kích thước bụi hút: 5-15mm Trọng lượng bụi hút: 30-50g Năng lượng: - Sử dụng động điện : động không chổi than động cung cấp lực hút - Điện áp định mức: 13-15 V - Công suất đầu vào: 40-60 W - Điểm tiếp sạc - Bộ pin: lithium-ion 3200mAh Vật liệu: - Vật liệu cách điện Vật liệu chịu mài mòn tốt Vật liệu nhẹ Khung thân robot: + Vật liệu có độ cứng cao + Vật liệu chịu lực tốt Tín hiệu: - Đầu vào: điện Đầu ra: tốc độ khả hút bụi 12 Hút bụi 13 14 Kiểm sốt vị trí 15 16 Kiểm soát lực hút 17 18 19 20 Chuyển đổi điện Di chuyển Tránh va chạm 21 22 Lưu trữ lượng 23 Hiển thị hình 24 25 Xử lý điều khiển 26 Báo tín hiệu 27 2.1.5 Kết hợp nguyên tắc làm việc Các nguyên tắc làm việc kết hợp thành biến thể biểu diễn bảng Cụ thể nguyên tắc đặt ký hiệu màu tạo thành biến thể Theo bảng ta thấy có ba biến thể với ba màu khác chọn tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) màu xanh (biến thể 3) Từ ta xét tới tính khả thi biến thể vừa tạo 2.1.6 Lựa chọn biến thể phù hợp Sau kết hợp nguyên tắc làm việc (biểu diễn bảng 1.1), ta ba biến thể tiêu biểu: Biến thể : 1.1 – 2.1 – 3.2 – 4.1 – 5.3 – 6.1 – 7.2 – 8.2 – 9.2 – 10.1 – 11.1 – 12.1 – 13.1 – 14.1 – 15.1 – 16.1 – 17.1 – 18.1 – 19.1 – 20.1 – 21.1 – 22.1 – 23.1 – 24.1 – 25.3 – 26.3 – 27.1 Biến thể : 1.2 – 2.1 – 3.1 – 4.2 – 5.1 – 6.1 – 7.3 – 8.1 – 9.2 – 10.3 – 11.1 – 12.1 – 13.1 – 14.3 – 15.2 – 16.2 – 17.1 – 18.1 – 19.2 – 20.3 – 21.3 – 22.3 – 23.1 – 24.2 – 25.2 – 26.1 – 27.2 Biến thể : 1.2 – 2.2 – 3.2 – 4.2 – 5.2 – 6.2 – 7.1 – 8.1 – 9.1 – 10.2 – 11.2 – 12.2 – 13.1 – 14.2 – 15.2 – 16.2 – 17.1 – 18.1 – 19.3 – 20.2 – 21.2 – 22.2 – 23.1 – 24.3 – 25.1 – 26.2 – 27.2 Để lựa chọn biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng tiêu chí để đánh giá so sánh biến thể Tuy nhiên độ phức tạp quan trọng tiêu chí để đánh giá khác nhau, để bao quát thấy mức độ quan trọng tiêu chí, ta xây dựng mục tiêu Trong mục tiêu bao gồm tiêu chí đặt cho biến thể Trong tiêu chí lớn có tiêu chí nhỏ đặt Số điểm bên trái (w) độ quan trọng tiêu chí với tiêu chí lớn hơn, số điểm bên phải (wt) độ quan trọng tiêu chí với tổng thể hệ thống 2.1.7 Tổng hợp đánh giá biến thể STT CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CỤ THỂ 3.1 Bộ chuyển đổi điện áp 3.1.1 Chuyển đổi AC-DC Hình 1: Bộ sạc máy hút bụi Thông số kỹ thuật Điện áp vào Điện áp Dòng điện đầu định mức Hiệu suất làm việc Hệ số nhiệt độ Môi trường: nhiệt độ làm việc Nhiệt độ bảo quản 3.1.2 Nguồn Lựa chọn loại Pin Lithium kết cấu nhỏ ngọn, có khả lưu trữ lớn, độ bền cao, dung lượng lớn, khả chống nước, chống cháy tốt không gây ô nhiễm môi trường Thông số kỹ thuật Pin dung lượng Thời gian sạc Kích cỡ Pin Loại Pin sạc 2.2 Bảo vệ hệ thống điện - Khi pin cung cấp lượng cho mô-đun, điện áp đầu ln điện áp pin rơle đóng lại - Màn hình hiển thị xác, mơ-đun chuyển đổi bật tắt nhanh đến gần điện áp thấp - Mơ-đun bảo vệ điện áp có bảo vệ xả mức bảo vệ ngắt kết nối điện áp thấp - Đèn LED bật màu Đỏ Ba chữ số ống nixie, điện áp pin hiển thị trạng thái bình thường - Mơ-đun bảo vệ điện áp thấp kỹ thuật số phù hợp với pin dự trữ 12-36V/pin lithium Hình 3:Mơ đun bảo vệ điện áp Thông số kỹ thuật Điện áp nguồn điện Điện áp đầu Độ xác điều khiển Cơng suất tiêu thụ Phạm vi sử dụng 3.3 Động điện chiều Thông số kỹ thuật Hãng sản xuất Loại động Điện áp Công suất Tốc độ tối thiểu Tốc độ tối đa Tổng đường kính đầu máy hút bụi Chiều cao đầu máy hút bụi Đường kính lỗ hút Đường kính động Chiều dài động Hình 4:Motor hút bụi 3.4 Bộ giảm tốc 3.4.1 Bộ giảm tốc bánh Bộ giảm tốc hệ bánh lắp ghép với theo quy tắc tăng tỉ số truyền với làm giảm tốc độ quay trục dẫn động nhờ vào khác đường kính số cặp bánh ăn khớp giảm tốc Hình 5:Hộp số giảm tốc 3.4.2 Giảm tốc bánh hành trình Hình 6:Cơng tắc hành trình Cơng tắt hành trình có chức đóng mở mạch điện, đặt đường hoạt động cấu cho cấu đến vị trí tác động lên cơng tắc Hành trình tịnh tiến quay Khi cơng tắc hành trình tác động làm đóng ngắt mạch điện ngắt khởi động cho thiết bị khác Người ta dùng cơng tắc hành trình vào mục đích như: Giới hạn hành trình ( cấu đến vị trí dới hạn tác động vào cơng tắc làm ngắt nguồn cung cấp cho cấu -> khơng thể vượt qua vị trí giới hạn) Hành trình tự động: Kết hợp với role, PLC hay VĐK để cấu đến vị trí định trước tác động cho cấu khác hoạt động (hoặc cấu đó) 3.5 Mạch cầu H Module điều khiển động bước/ động DC – L298 có hai ngõ điều khiển tốc độ nhờ điều xung PWM chiều quay hai động bước / DC Hình 7:Modun điều khiển động Tham số sản phẩm: - Sử dụng L298N gồm cầu H điều khiển động DC Điện áp cung cấp: +5 V đến +35 V Dòng điện tối đa: 2A Dịng tiêu thụ : ~ 36mA Tín hiệu điều khiển điện áp đầu vào khoảng: Mức độ thấp:-0.3V ≤ Vin ≤ 1.5V Cao: 2.3V ≤ Vin ≤ VSS - Cho phép phạm vi tín hiệu điện áp đầu vào: Mức độ thấp: - 0,3 ≤ Vin ≤ 1,5 V (tín hiệu điều khiển khơng hợp lệ) Cao: 2.3V ≤ Vin ≤ VSS (tín hiệu điều khiển) - Điện tiêu thụ tối đa: 20W (nhiệt độ T = 75 ° C) Nhiệt độ hoạt động: -25 ℃ ~ 130 ℃ Kích thước: 55mm * 49mm * 33mm Trọng lượng: 33g 3.6 Nhập liệu Robot lập trình sẵn hình thức tự động lau nhà tránh vật cản nên cần bật nút ấn clean máy tự động hút lau mà không cần tác động từ người dùng Sau lắp bình đựng bụi, ấn công tắc khởi động bên hông máy, để máy bắt đầu chạy ấn nút CLEAN điều khiển robot để máy thực chức muốn dừng lại cần ấn nút CLEAN lần Hình 8:Điều khiển Robot Nút clean: Sử dụng để khởi động cho robot chay (tương đương chức với nút clean robot) Nút vịng xốy: Xốy quanh điểm cần tập trung hút hút mạnh Nút nhà: Tự động sạc Nút vuông: Hút chân tường, máy men theo chân tường để hút/lau Clock: (theo khung sinh hoạt, cần cài đặt trước sử dụng sử dụng phím (lên, xuống, trái, phải để chỉnh Plan: Hẹn (hẹn theo thời điểm mà cần robot chạy) 3.7 Bộ điều khiển Arduino Hình 9:Bộ điều khiển Arduino Thông số kỹ thuật: Vi điều khiển Điện áp hoạt động Điện áp khuyên dùng Điện áp vào giới hạn Digital I/O PWM Digital I/O Pins Analog Input Pins Cường độ dòng điện I/O pin Cường độ dòng điện 3.3V pin Flash Memory SRAM EEPROM Tốc độ Chiều dài Chiều rộng Trọng lượng 3.8 Báo tín hiệu 3.8.1 Nhận tín hiệu Hình 10:Bộ nhận tín hiệu - Bộ nhận tín hiệu cổng 12V: Dùng để nhận tín hiệu từ điều khiển Dạng sóng: sóng radio 2.4Ghz Khoảng cách nhận tín hiệu tối đa: 15m Dùng với hệ 24V Kết nối trực tiếp với đèn biến điện CÓ cổng tới đèn Chất liệu: Nhựa tổng hợp Màu sắc: đen 3.8.2 Phát tín hiệu Hình 11:Đèn phát tín hiệu - Thông báo trạng thái robot hút bụi: Đèn đỏ: Cảnh báo Đèn xanh: Đang Trong chế độ sạc Đèn vàng: Trạng thái ngủ ... 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... báo cáo tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử ? ?Robot hút bụi? ?? Đây đề tài hay có tính ứng dụng cao đời sống đồng thời sở cho nghiên cứu sản phẩm sau sinh viên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT. .. 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