Thiết kế, thi công mô hình robot khử khuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH ROBOT KHỬ KHUẨN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TH.S DƯƠNG ĐĂNG DANH Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trương Hoàng Bửu 1711030002 17DCTA1 Nguyễn Văn Quân 1711030127 17DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng… / … TĨM TẮT MƠ HÌNH ROBOT KHỬ KHUẨN Mơ hình nhóm em hệ thống điện-điều khiển, gồm có hai phần phần cứng bao gồm cấu khí nhƣ cấu di chuyển, cấu phun khuẩn thiết bị điện tử, phần điều khiển board Arduino Uno đƣợc lập trình phần mềm Arduino Kết cấu khung robot đƣợc nhóm thiết kế xuất vẽ phần mềm Solidworks, vật liệu làm khung chủ yếu nhựa Acrylic Phần điện-điều khiển gồm thiết bị điện tử nhƣ: relay điện tử, board Arduino, driver điều khiển động cơ, ngồi cịn có pin để cấp điện cho toàn hệ thống Nguyên lý hoạt động Robot: Đầu tiên phải kết nối tay cầm điều khiển với hệ thống điều khiển trung tâm Robot sau kết nối hoàn tất Robot trạng thái ban đầu theo chƣơng trình đƣợc lập trình sẵn, board Arduino nhận tín hiệu từ tay cầm sau kiểm tra nút tín hiệu gì? Rồi xử lý tín hiệu phù hợp với tín hiệu vừa đƣợc đƣa vào để đƣa tín hiệu cho Robot chấp hành thực lệnh Nếu khơng nhận đƣợc tín hiệu từ tay cầm PS2 Robot đứng yên có lệnh Các tín hiệu mà tay cầm phát gồm có: PSB_PAD_UP, PSB_PAD_DOWN, PSB_PAD_LEFT, PSB_PAD_RIGHT tƣơng ứng với lệnh mà Robot phải thực là: Robot tiến, Robot lùi, Robot rẽ trái, Robot rẽ phải Robot gồm có chức phun khuẩn chính: tay phun bậc tự điều chỉnh hƣớng phun béc phun đƣợc gắn cố định xung quanh thân Robot, để mở van phun ta lần lƣợt nhấn phím PSB_L1 PSB_R1 từ tay điều khiển để tiến hành phun iii ABSTRACT MODEL OF DISINFECTION ROBOT MODEL The model of the group is a mechanical and electrical-control system, consisting of two main parts: hardware including mechanical mechanisms such as moving mechanism, disinfection mechanism and electronic devices, control part The main controller is the Arduino Uno board programmed on the Arduino software The structure of the robot frame is designed and drawn by the group on Solidworks software, the frame material is mainly Acrylic The electrical-control part includes electronic devices such as: electronic relay, Arduino board, motor control drivers, in addition, there is a battery to power the entire system Working principle of robot: First we have to connect the controller to the central control system of the Robot, after the connection is complete, the Robot will be in the initial state according to the pre-programmed program, when the Arduino board receives a signal from the robot handle then check button what is that signal? Then process the signal in accordance with the input signal to give a signal to the Executing Robot to execute the command If no signal is received from the PS2 controller, the robot will stay still until the next command The signals that the handle emits include: PSB_PAD_UP, PSB_PAD_DOWN, PSB_PAD_LEFT, PSB_PAD_RIGHT corresponding to the commands that the robot must perform are: Robot forward, Robot backward, Robot turns left, Robot turns right The robot includes two main spraying functions: the sprayer has degrees of freedom that can adjust the spray direction and the nozzles are fixed around the robot body, to open these spray valves, we press the PSB_L1 and PSB_L1 keys in turn PSB_R1 from the controller to start spraying iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG x LỜI MỞ ĐẦU .1 Đặt vấn đề Tình hình nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu sơ lƣợc Robot .5 1.2 Phƣơng án khử khuẩn 1.3 Mục đích lựa chọn đề tài 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu .5 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Phác thảo ý tƣởng thiết kế .7 2.1.1 Ý tƣởng ban đầu 2.2 Phân tích hình dạng ban đầu Robot 2.2.1 Dạng hình hộp chữ nhật với hai bánh xe chủ động bánh dẫn hƣớng v 2.2.2 Dạng hình hộp chữ nhật với hai bánh xe chủ động hai bánh dẫn hƣớng 2.2.3 Dạng đế tròn với ba bánh xe chủ động 10 2.2.3 Kết luận .11 2.3 Lựa chọn điều khiển cho Robot 11 CHƢƠNG GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ROBOT .14 3.1 Những giải pháp thiết kế khí 14 3.2 Những giải pháp thiết kế điện-điều khiển 15 3.3 Sơ đồ khối tay điều khiển Robot .16 3.4 Sơ đồ giải thuật 16 CHƢƠNG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ROBOT KHỬ KHUẨN 18 4.1 Cơ cấu di chuyển .18 4.1.1 Lựa chọn bánh xe 18 4.1.2 Tính tốn lựa chọn động .19 4.2 Cơ cấu phun .21 4.2.1 Lựa chọn béc phun 21 4.2.2 Tính tốn kích thƣớc bồn chứa 24 4.2.3 Phƣơng án đổi hƣớng phun .24 4.3 Bộ phận cung cấp lƣợng 27 4.3.1 Pin lithium 27 4.3.2 Điện ắc quy 28 4.3.3 So sánh pin Lithium ắc quy 29 4.3.4 Tính tốn dung lƣợng Pin 30 4.4 Lựa chọn thiết bị điện liên quan 31 vi 4.4.1 Arduino Uno 31 4.4.2 Mạch điều khiển động 33 4.4.3 Mạch điều khiển từ xa .34 4.4.4 Relay điện tử 38 4.5 Lƣu đồ giải thuật 40 CHƢƠNG THI CÔNG SẢN PHẨM 42 5.1 Bản vẽ thiết kế 42 5.1.1 Bản vẽ tổng thể Robot 3D Robot 42 5.1.2 Bản vẽ cấu di chuyển 42 5.1.3 Bản vẽ cấu phun 43 5.2 Lắp rắp Robot 43 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN TƢƠNG LAI 46 6.1 Tóm tắt đáng giá kết đề tài 46 6.2 Các vấn đề khó khăn gặp phải 46 6.3 Hƣớng phát triển 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 49 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Tình hình dịch COVID19 giới tính đến ngày 04/05/2022 Hình Phun khử trùng nơi công cộng .2 Hình Máy phun khử trùng mang vai Hình Robotics Đại học Tơn Đức Thắng (TDTU) Hình Robot khử khuẩn tia UV .4 Hình Robot phun khử khuẩn Hàn Quốc chế tạo Hình 2.1 Hình vẽ ý tƣởng ban đầu Hình 2.2 Dạng đế vng với hai bánh xe chủ động, hai bánh dẫn hƣớng Hình 2.3 Dạng hình hộp chữ nhật với hai bánh xe chủ động hai bánh dẫn hƣớng Hình 2.4 Dạng đế tròn với ba bánh xe chủ động 10 Hình 3.1 Hình vẽ 3D Robot 15 Hình 3.2 Sơ đồ lắp đặt phần cứng Robot 15 Hình 3.3 Sơ đồ giải thuật 16 Hình 4.1 Hình ảnh bánh xe Robot 18 Hình 4.2 Kích thƣớc động giảm tốc .21 Hình 4.3 Hình ảnh thực tế béc phun 22 Hình 4.4 Hình ảnh béc phun hƣớng .23 Hình 4.5 Hình tay phun Robot 25 Hình 4.6 Động servo đổi hƣớng cánh tay phun 26 Hình 4.7 Hình pin Lithium .28 Hình 4.8 Hình ắc quy ngồi thị trƣờng 28 Hình Board Arduino Uno thực tế 32 Hình 4.10 Hình ảnh thực tế mạch cầu H VNH2SP30 30A .33 Hình 11 Hình mạch điều khiển Bluetooth 34 viii Hình 4.12 Hình ảnh thực tế tay cầm PS2 37 Hình 4.13 Hình ảnh chân kết nối PS2 38 Hình 4.14 Hình ảnh thực tế relay 39 Hình 5.1 Hình 3D thiết kế Robot 42 Hình 5.2 Bản vẽ cụm động di chuyển .42 Hình 5.3 Bản vẽ cấu tay phun 43 Hình 5.4 Lắp phần khung Robot .43 Hình 5.5 Tiến hành lắp rắp phần điện cho Robot .44 Hình 5.6 Phần điện điện sau hoàn thiện 44 Hình 5.7 Hình ảnh Robot sau lắp rắp xong 45 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Bảng so sánh Arduino PLC 13 Bảng 4.1 Bảng tiêu thụ điện thiết bị 30 Bảng 4.2 Bảng thông số kỹ thuật Mạch cầu H điều khiển động 34 x LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Bắt đầu năm 2020, chuẩn bị đón Tết Nguyên Đán, kỳ nghỉ lễ lớn năm Báo đài bắt đầu đƣa tin chủng virus lạ Trung Quốc, chủng virus có liên quan đến đại dịch SARS 2003 Từ tâm dịch Vũ Hán, dịch bệnh Corona (COVID-19) lây lan tồn lãnh thổ Trung Quốc, sau lây lan tất châu lục khác Chúng ta sống chung với dịch bệnh khoảng thời gian dài, cần bệnh nhân bị nhiễm dễ dàng lây lan cộng đồng Hình Tình hình dịch COVID19 giới tính đến ngày 04/05/2022 Nguồn: https://nld.com.vn/giao-duc-khoa-hoc/3000-truong-hoc-ha-noi-phunthuoc-tay-trung-phong-dich-virus-corona-20200201131041717.html Chúng ta đặt nhiều giải pháp, từ việc hạn chế tiếp xúc đến cách ly xã hội, phong tỏa quốc gia đến việc phong tỏa châu lục nhƣ Châu Âu Cho phép học sinh, sinh viên đƣợc nghỉ học, khuyến khích ngƣời dân có ý thức cộng đồng nhiều giải pháp khác Một số giải pháp thiết yếu đƣợc đặt vấn đề khử trùng nơi công cộng, tập trung nhiều ngƣời nhƣ bệnh viện, trƣờng học, khu dân cƣ, sân bay,…Tuy tình hình dịch giảm nhƣng cịn nguy tìm tàng có biến thể nên việc đề phịng ln 125,00 58,00 5,00 422,00 `0,50 209,00 372,00 `0,50 Người vẽ Kiểm tra Nguyễn Văn Quân ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TẤM ĐẾ Tỉ lệ: 1:4 Vật liệu: Acrylic Số: 93,82 269,00 `0,00 79,38 323,18 3,00 422,00 `0,50 Người vẽ Kiểm tra Nguyễn Văn Quân ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TẤM HƠNG Tỉ lệ: 1:4 Vật liệu: Acrylic Số: 55,00 15,00 115,00 `0,50 15,00 368,00 `0,50 3,00 6,00 Người vẽ Kiểm tra Nguyễn Văn Quân ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TẤM ỐP MẶT TRÊN Tỉ lệ: 1:4 Vật liệu: Acrylic Số: 356,00 `0,50 150,00 103,00 3,00 315,00 `0,50 150,00 Người vẽ Kiểm tra Nguyễn Văn Quân ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TẤM ỐP TRÊN Tỉ lệ: 1:4 Vật liệu: Acrylic Số: 186,00 `0,50 368,00 `0,50 50,00 3,00 50,00 x R11.25 Người vẽ Kiểm tra Nguyễn Văn Quân ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TẤM ỐP TRƯỚC Tỉ lệ: 1:4 Vật liệu: Acrylic Số: 269,00 `0,50 40,00 15,00 368,00 `0,50 3,00 6,00 Người vẽ Nguyễn Văn Quân Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TẤM ỐP SAU Tỉ lệ: 1:4 Vật liệu: Acrylic Số: 120 220 120 Người vẽ Nguyễn Văn Quân KÉT NƯỚC Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tỉ lệ: 1:5 Vật liệu: Acrylic Số: n100,00 94,06 ITEM PARTS QTY 1 LIST PART NUMBER Động Gá động Bánh xe Người vẽ Nguyễn Văn Quân Kiểm tra Ths Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỤM ĐỘNG CƠ Tỉ lệ: 1:2 Số: PARTS LIST ITEM Người vẽ Kiểm tra QTY 1 Nguyễn Văn Quân ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PART NUMBER Động Gá động Bánh xe DI CHUYỂN Tỉ lệ: 1:2 Vật liệu: Acrylic Số: ,18 40,35 43,35 n 3, 10 26,83 1, R2 26,83 n3 3,45 7,61 29,89 22,33 ,4 n3 Người vẽ Văn Quân Kiểm tra Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH GÁ ĐỘNG CƠ Tỉ lệ: 1:4 Vật liệu: Acrylic Số: 76,90 186,00 Người vẽ Kiểm tra Nguyễn Văn Quân Ths Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỤM PHUN Tỉ lệ: 1:2 Số: ITEM Người vẽ PARTS QTY 2 1 1 LIST PART NUMBER SERVO Đĩa Servo Gá động Đỡ ống nước Ống nước Đầu phun sương Nguyễn Văn Quân CỤM PHUN Kiểm tra ThS Dương Đăng Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tỉ lệ: 1:2 Số: Sau kết nối hoàn tất board điều khiển trung tâm với tay cầm điều khiển, board Arduino nhận tín hiệu từ tay cầm sau kiểm tra nút tín hiệu gì? Rồi xử lý tín hiệu phù hợp với tín hiệu vừa đưa vào để đưa tín hiệu cho Robot chấp hành thực lệnh Nếu khơng nhận tín hiệu từ tay cầm PS2 Robot đứng n có lệnh Các tín hiệu mà tay cầm phát gồm có: PSB_PAD_UP, PSB_PAD_DOWN, PSB_PAD_LEFT, PSB_PAD_RIGHT tương ứng với lệnh mà Robot phải thực là: Robot tiến, Robot lùi, Robot rẽ trái, Robot rẽ phải Robot gồm có chức phun khuẩn chính: tay phun bậc tự điều chỉnh hướng phun béc phun gắn cố định xung quanh thân Robot, để mở van phun ta nhấn phím PSB_L1 PSB_R1 từ tay điều khiển để tiến hành phun Người vẽ Nguyễn Văn Quân Kiểm tra ThS Dương Văn Danh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG - A+ AB+ BIN1 IN2 IN3 IN4 * L298 10 11 VCC GND 5V A+ AB+ B- * L298 IN1 IN2 IN3 IN4 10 11 VCC GND 5V * motor motor + - * + * + - A0 A1 A2 A3 A4 A5 Arduino? ~6 ~5 ~3 1-TX 0-RX + * LM2596 + - SCL SDA AREF NC IOREF RESET 3V3 5V GND UNO R3 Vin 13 12 ~11 ~10 ~9 Output 1 Input Lipo_3S * 5V GND CLK CMD SS DATA VCC 3 IN + 5V VAN * NC DATA + RELAY * GND VCC GND COM NO SERVO 5V PS2 * NC GND COM IN GND NO VAN RELAY * DATA SERVO NC GND COM *? 5V IN NO + motor RELAY Người vẽ Nguyễn Văn Quân Kiểm tra ThS Dương Văn Danh SƠ ĐỒ ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ... tính tốn, thi? ??t kế, chế tạo mơ hình Robot khử khuẩn Phân tích xử lý lỗi phát sinh trình thực CHƢƠNG PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THI? ??T KẾ 2.1 Phác thảo ý tƣởng thi? ??t kế Hình 2.1 Hình vẽ ý... 22 Hình 4.4 Hình ảnh béc phun hƣớng .23 Hình 4.5 Hình tay phun Robot 25 Hình 4.6 Động servo đổi hƣớng cánh tay phun 26 Hình 4.7 Hình pin Lithium .28 Hình 4.8 Hình. .. 37 Hình 4.13 Hình ảnh chân kết nối PS2 38 Hình 4.14 Hình ảnh thực tế relay 39 Hình 5.1 Hình 3D thi? ??t kế Robot 42 Hình 5.2 Bản vẽ cụm động di chuyển .42 Hình