(Đồ án hcmute) nghiên cứu thiết kế máy sinh hóa cụm thuốc thử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY SINH HÓA CỤM THUỐC THỬ GVHD: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH: HÀ NHẬT TÂN MSSV: 11146099 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY SINH HÓA CỤM THUỐC THỬ GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH : HÀ NHẬT TÂN MSSV : 11146099 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 i an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Cơ điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Trường Thịnh Sinh viên thực hiện: Hà Nhật Tân MSSV: 11146099 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY SINH HÓA - CỤM THUỐC THỬ Các số liệu, tài liệu ban đầu: Khơng có Nội dung đồ án: - Thiết kế vẽ cụm thuốc thử Tính tốn đưa thông số cho thiết bị Mô hoạt động cụm thuốc thử Các sản phẩm dự kiến - Video mô chuyển động cụm máy thuốc thử - Một mơ hình thực tế dạng nhỏ mô thực nghiệm Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn Cơ điện tử CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: … Hà Nhật Tân MSSV: …11146099…………… Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế máy sinh hóa - Cụm thuốc thử Ngành đào tạo: … Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử… Họ tên GV hướng dẫn: … Nguyễn Trường Thịnh… Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên Nhận xét kết thực ĐATN: 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): iii an Đánh giá: Điểm tối đa Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) iv an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ mơn Cơ điện tử CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: ………Hà Nhật Tân……………………….MSSV:…11146099 Tên đề tài: ….Nghiên cứu thiết kế máy sinh hóa - Cụm thuốc thử Ngành đào tạo: … Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử… Họ tên GV phản biện: …………Nguyễn Vũ Lân Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: v an Câu hỏi: Đánh giá: Mục đánh giá TT Hình thức kết cấu ĐATN Điểm tối đa Điểm đạt 30 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung ĐATN 50 Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… vi an Đánh giá khả ứng dụng đề tài 10 Sản phẩm cụ thể ĐATN 10 Tổng điểm 100 Kết luận:  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giảng viên phản biện ((Ký, ghi rõ họ tên) vii an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn điện tử PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài : Nghiên cứu, thiết kế mơ khí máy phân tích sinh hóa (Cụm thuốc thử) Tên sinh viên: ………Hà Nhật Tân MSSV: ……11146099………… A ĐÁNH GIÁ Mục đánh giá 4.1 Hình thức kết cấu ĐATN Điểm tối đa Điểm chấm 20 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 50 4.2 Nội dung ĐATN Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa TT học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 15 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 4.3 Kỹ thuyết trình 30 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, mạch lạc, truyền cảm hứng cho người nghe,có khả làm việc nhóm,… Trả lời câu hỏi phản biện với kiến thức vấn đề liên quan, hiểu ảnh hưởng giải pháp Hiểu trách nhiệm nghề nghiệp đạo đức nghề nghiệp 10 15 Trang phục chỉnh tề nghiêm túc TỔNG ĐIỂM 100 B CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁC (Nếu có) viii an C KẾT LUẬN (Ghi rõ cần phải bổ sung, chỉnh sửa mục ĐATN) Ngày tháng năm 20… Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) ix an Hình 3.18 Thanh thời gian xuất mốc thời gian Sau phối cảnh, tiến hành thiết lập hoạt động cho cấu truyền động, động theo mục đích hệ thống Event – based Motion View, tiến hành thiết lập cho động truyền động khay thuốc thử, vít me cần hút Hình 3.19 Bảng thiết lập cho động Tiến hành mơ cách tiến hành phân tích chuyển động hệ thống thơng qua tính tốn chuyển động máy Máy tính tiến hành tính tốn xuất thơng số cho q trình mơ Trong thời gian hoạt động mô phỏng, phối cảnh Còn lại tương ứng với động điều khiển khay thuốc thử, vít me cần hút Với thời gian thiết lập bảng trên, hoạt động động mô tả bên Động bắt đầu quay từ giây thứ 38 sau 5s dừng, tức tới giây thứ 43 khay thuốc thử quay 3420 theo bảng Tương tự với động lại, dựa theo bảng kiện thời gian phần mềm tính tốn thời điểm xảy kiện xảy 74 an Hình 3.20 Biểu tượng “Calculate” để tiến hành tính tốn chuyển động Hình 3.21 Thanh thời gian hoạt động hệ thống 75 an Hình 3.22 Tồn cảnh q trình chạy mơ Cơng đoạn cuối xuất phim lưu lại mơ Hình 3.23 Xuất mô với định dạng avi 76 an c Kết phân tích: Mục tiêu đặt mơ hoạt động máy qua thiết kế, hệ thống chạy với yêu cầu đặt xuất đoạn phim ngắn phục vụ cho công tác lưu trữ sau 3.4.4 Ý tưởng mơ hình hóa thiết kế: Nhằm làm rõ hoạt động thực hóa kiến thức đề cập đồ án này, mơ hình hóa việc làm cần thiết để thực vấn đề Mơ hình mơ chuyển động cách xác theo nêu vấn đề thiết kế Các thiết kế sơ lược, đơn giản hóa đảm bảo khả truyền động đáp ứng yêu cầu cấu chấp hành Thêm vào thiết kế mơ hình thu nhỏ lại với tỷ lệ 1/3 so với thiết kế ban đầu Việc thiết kế mơ hình nhằm mơ hoạt động chức hệ thống cần thiết Từ có nhận định khả hạn chế chung cho vấn đề tồn hệ thống 3.4.5 Mơ hình hóa thiết kế: a Thiết bị: Tất thiết kế cho mơ hình hóa dựa thiết kế chuẩn ban đầu thu nhỏ lại với tỷ lệ 1/3 Các thiết kế bao gồm:  Một khay với kích thước đường kính 120mm có ô chứa thuốc thử Đặt đế cố định, khay thuốc thử với đế thiết kế tháo rời, có khả liên kết để truyền moment cho khay quay 77 an Hình 3.24 Khay thuốc thử  Một đế có nhiệm vụ gá động nơi giữ cố định cụm khay thuốc thử Hình 3.25 Đế gá động 78 an  Một vít me có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động động DC thành chuyển động tịnh tiến cần hút, giới hạn hành trình cơng tắc hành trình  Trên vitme có đế gá RC Servo, phận mơ chuyển động quay cần hút Hình 3.26 Vít me truyền động cấu RC Servo 79 an  Các chai thuốc thử thiết kế tinh gọn cho phù hợp với nhiệm vụ mô giữ nét đặc thù hình dáng bên Và đánh dán mã số mã vạch thân chai Hình 3.27 Hộp thuốc thử giả lập  Các cấu chấp hành điều khiển thông qua mạch Aruino Nano driver mạch cầu H L298 80 an  Nguồn cấp cho động qua L298 nguồn 12V, nguồn cấp cho Arduino nguồn USB từ máy tính Hình 3.28 Mạch Arduino Nano cầu H L298 b Kết nối thiết bị hồn thành q trình lắp đặt: Hình 3.29 Kết nối thiết bị 81 an Hình 3.30 Tổng quan mơ hình sau lắp đặt kết nối 82 an c Một số kiểm tra : Tiến hành kiểm tra PID đáp ứng cho chuyển động khay thuốc thử Bằng phương pháp Z-N tăng dần giá trị Kp từ đến giá trị đáp ứng ngõ dao động điều hòa Nhận thấy giá trị Kp = 0,36 ngõ dao động điều hòa với T =120 ms 4.5 Dap ung ngo Kp = 0.36 x 10 3.5 Xung 2.5 1.5 0.5 0 50 100 150 200 Thoi gian(ms) 250 300 350 400 Hình 3.31 Đáp ứng ngõ giá trị Kc =0,36 Với phương pháp Z-N tìm hệ số PID sau : Bảng 1.1 Bảng giá trị PID: Kc 0.36 T (ms) 120 Kb 0.216 Ki 0.005275 Kd 0.00324 Kb 0.000122067 83 an Với giá trị PID sau: Kp=0.2165; Ki=0.005262; Kd=0.00324; Kd=0.000122067; Khảo sát ngõ đáp ứng khay theo giá trị xung nhập vào tương ứng với góc quay khay sau: Bảng 1.2 So sánh đánh giá đáng giá chất lượng hệ thống điều khiển Ô Giá trị đặt (xung) Giá trị vọt lố (xung) 5929 11857 17786 23714 29643 35571 41500 12 5935 11883 17831 23815 29668 35623 41569 Tỷ lệ vọt lố (%) 0.20 0.1 0.22 0.25 0.43 0.08 0.15 0.17 Giá trị xác lập (xung) 12 5933 11840 17809 23764 29631 35617 41511 Giá trị sai lệch (xung) +12 +4 -17 +23 +50 -12 +46 +11 Giá trị sai lệch (độ) +0.09 +0.03 -0.13 +0.17 +0.38 -0.09 +0.35 +0.08 Sau có số liệu thống kế, tiến hành vẽ biểu đồ khảo sát giá trị đáp ứng theo dõi ổn định hệ thống theo thời gian Từ có chỉnh sửa cần thiết kịp thời cho đáp ứng hệ thống Trong phần này, khay thuốc thử khảo sát vòng 2s với điều kiện ban đầu phù hợp với yêu cầu toán, phần mô khảo sát bỏ qua khối lượng cần chịu khay làm giảm moment qn tính khơng đáng kể Một vịng quay động 334 xung đếm Encoder Với động bao gồm hộp số (nhằm mô gần giống với hệ thống thực) 35.5 cách đếm xung Encoder x4 nên 84 an vòng quay khay 47.428 xung Với tỷ lệ vọt lố không qua 0.5 % lệch không 132 xung ( 10) chấp nhận 4.5 Dap ung ngo cua khay thuoc thu x 10 Dap ung 41500 xung Dap ung 35571 xung 3.5 Dap ung 29643 xung So xung Dap ung 23714 xung 2.5 Dap ung 17786 xung 1.5 Dap ung 11857 xung Dap ung 5929 xung 0.5 0 200 400 600 800 1000 Thoi gian (ms) 1200 1400 1600 1800 2000 Hình 3.32 Đồ thị đáp ứng khay theo thời gian khảo sát s 85 an Chương IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận: Dưới hướng dẫn bảo thầy Nguyễn Trường Thịnh, phần khí hồn thiện Vì lĩnh vực nên số lượng thông tin liên quan đến thông số kỹ thuật máy bị hạn chế, chủ yếu dựa tảng lý thuyết giải mã công nghệ để đưa kích thước thực tế phù hợp với TCVN Do phát sinh sai sót q trình tính tốn đưa chế tạo thực Trong trình thực đồ án đúc kết nhiều kinh nghiệm hữu ích để tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài: + Khi làm việc với sở liệu ban đầu hạn chế, phải biết vận dụng kiến thức học, khai thác triệt để thông tin cần thiết liên quan + Cần phải có kiến thức vững khí để biết cấu tạo chi tiết thơng qua hình ảnh tìm + Đồ án mang tính chất nghiên cứu nên không đưa sản phẩm thực tế, thể tính khách quan qua mơ hình + Do đồ án làm nên có phần chưa hồn thiện, cịn nhiều thiếu sót 4.2 Kiến nghị: Vai trị quan trọng lĩnh vực điện tử y sinh thời buổi khơng thể phủ nhận Do nhà trường cần mở thêm nhiều lớp học có liên quan ngành điện tử y sinh vào giảng dạy Bên cạnh đó, cần phải có nhiều tài liệu vấn đề liên quan đến ngành để sinh viên sau thực dễ dàng tìm hiểu Định hướng phát triển: tiếp tục nghiên cứu để đưa tồn kích thước máy sinh hóa bao gồm phần cịn lại là: cụm mẫu thử, xử lý trung tâm Từ hoàn thiện vẽ thiết kế loại máy Tương lai ứng dụng xử lý trung tâm để áp dụng vào loại máy pha trộn khác nhằm giảm thiểu chi phí phải mua từ nhà sản xuất nước 86 an TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Wikipedia , 16/01/2015 “Automated Analyser” https://en.wikipedia.org/wiki/Automated_analyser [2] Theo Minh Đức/ Tiền Phong, 28/07/2014 “ Xử phạt Bệnh viện Thường Tín sử dụng thiết bị q đát” - http://vov.vn/doi-song/xu-phat-benh-vien-thuong-tin-vi-sudung-thiet-bi-qua-dat-341860.vov [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12]: – PGS.TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Un – TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ –TẬP MỘT Nhà xuất Giáo dục Việt Nam – Tháng năm 2012 [13] Araki M - CONTROL SYSTEMS, ROBOTICS, AND AUTOMATION – Vol II, PID Control [14] Ziegler, J.G and Nichols, N B (1942) Optimum settings for automatic controllers Transactions of the ASME 64 tr 759–768 [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21] Admin, 22/05/2014 “ Arduino Uno R3 gì?” http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi 87 an an ... tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY SINH HÓA - CỤM THUỐC THỬ Các số liệu, tài liệu ban đầu: Khơng có Nội dung đồ án: - Thiết kế vẽ cụm thuốc thử Tính tốn đưa thơng số cho thiết bị Mô hoạt động cụm thuốc. .. ơn! Sinh viên Hà Nhật Tân x an TÓM TẮT ĐỒ ÁN “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY SINH HÓA CỤM THUỐC THỬ” Cơ điện tử y sinh ngành mẻ nay, lại cho thấy tiềm lớn tương lai, tất lĩnh vực đời sống tự động hóa, ... CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY SINH HÓA CỤM THUỐC THỬ GVHD : PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH SVTH : HÀ NHẬT TÂN MSSV : 11146099 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm