Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ quay phim tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ QUAY PHIM TỰ ĐỘNG Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S PHẠM BÁ KHIỂN Sinh viên thực MSSV Đỗ Hoàng Nam 1811040331 Lương Quốc Nam 1811040219 Tô Gia Huy 1811040318 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 Chương GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài .2 1.2 Lí chọn đề tài 1.3 Tình hình nghiên cứu 1.4 Mục đích nghiên cứu 1.5 Mục tiêu đề tài 1.6 Đối tượng đề tài 1.7 Phạm vi đề tài .4 1.8 Kết cấu đề tài .4 Chương 2.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Phân tích thiết bị hỗ trợ quay phim sẵn có .5 2.1.1 Quay phim theo kiểu truyền thống 2.1.2 Bộ hỗ trợ quay phim vác vai: 2.1.3 Chân máy quay phim cố định .6 2.1.4 Bộ hỗ trợ quay phim ray 2.1.5 Thiết bị hỗ trợ quay phim tự động ray trượt 2.2 Tình hình nước 2.3 Chọn phương án phù hợp .8 Chương PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 Mục tiêu thiết kế 3.2 Phân tích chức năng, nhiệm vụ phận thiết kế 10 3.2.1 Khung, bàn trượt 10 v 3.2.2 Trục xoay 10 3.2.3 Đế camera 10 3.3 Các thành phần cấu tạo máy .10 3.3.1 Khung nhôm, bàn trượt .10 3.3.2 Đế máy 11 3.3.3 Thân máy 11 3.4 Phương án thiết kế 11 3.4.1 Khung nhôm, bàn trượt .11 3.5 Đế máy .12 3.6 Thân máy 13 Chương QUY TRÌNH THIẾT KẾ 14 4.1 Chọn vật liệu 14 4.2 Thiết kế mơ hình 3D Solidworks: .15 4.2.1 Cụm 15 4.2.1.1 Khung nhôm 16 4.2.1.2 Bàn trượt 16 4.2.2 Cụm hai .17 4.3 Hệ thống điều khiển 19 4.4 Chọn động .22 4.4.1 Động bước step 22 4.4.1.1 4.4.2 Cấu tạo động bước 22 Phân loại động bước .22 4.4.2.1 Động bước nam châm vĩnh cửu 23 4.4.2.2 Động bước biến từ trở 23 vi 4.4.2.3 Động bước hỗn hợp 24 4.4.2.4 Động bước hai pha 24 4.4.3 4.5 Kết luận chọn động 25 Tính toán động .29 4.5.1 Xác định công suất trục công tác 30 4.5.2 Xác định sơ số vòng quay động điện 30 4.5.3 Chọn động điện 31 4.6 Tính tốn động học .31 4.6.1 Xác định tỉ số truyền uht hệ dẫn động 31 4.6.2 Phân phối tỉ số truyền hệ dẫn động cho truyền 31 4.6.3 Công suất động trục 31 4.6.4 Tốc độ quay trục 31 4.6.5 Xác định moment xoắn trục 31 4.6.6 Sử dụng board mạch cho hỗ trợ quay phim, ghi hình: 35 4.6.6.1 Đối với điều khiển bàn máy: 35 4.6.6.2 Đối với điều khiển thân máy: 38 Chương THI CÔNG 41 5.1 Các yếu tố cần thiết trình chế tạo .41 5.2 Thi công chế tạo máy 41 5.2.1 Tổng quan thiết bị hỗ trợ quay phim 41 5.2.2 Gia cơng khí chi tiết máy 42 5.2.3 Lắp ráp mơ hình thiết bị hỗ trợ quay phim 42 5.2.3.1 5.2.4 Lắp ráp thân máy 42 Quy trình vận hành máy hỗ trợ quay phim, ghi hình 47 vii Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 48 6.1 Đánh giá kết 48 6.2 Những hạn chế đề tài 48 6.3 Hướng phát triển đề tài .49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 viii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Thiết bị hỗ trợ quay phim vác vai Hình 2.2: Chân máy quay phim Hình 2.3: Bộ hỗ trợ quay phim ray Hình 2.4: Thiết bị hỗ trợ quay phim tự động ray trượt Hình 3.1: Sơ đồ chức khung, bàn trượt 10 Hình 3.2: Sơ đồ chức trục xoay 10 Hình 3.3: Sơ đồ chức đế camera 10 Hình 3.4: Thân máy trượt khung 11 Hình 3.5: Đế máy 12 Hình 3.6: Thân máy .13 Hình 4.1: Mơ hình tổng thể thiết bị hỗ trợ quay phim 3D 15 Hình 4.2: Khung nhơm, bàn trượt .15 Hình 4.3: Khung nhơm 16 Hình 4.4: Bàn trượt .16 Hình 4.5: Thân máy .17 Hình 4.6: Sơ đồ mach điện bàn máy 19 Hình 4.7: Thiết kế bảng mạch bàn máy 19 Hình 4.8: Sơ đồ mạch điện thân máy 20 Hình 4.9: Thiết kế bảng mạch thân máy .20 Hình 4.10: Giao diện điều khiển điện thoại 21 Hình 4.11: Sơ đồ truyền động bàn máy 29 Hình 4.12: Sơ đồ truyền động hai động bước 33 Hình 4.13: Bộ thu RF 315mhz 35 Hình 4.14: Board mạch remote điều khiển 36 Hình 4.15: Cảm biến vật cản e18D80 37 Hình 4.16: Driver A4988 38 Hình 4.17: Arduino nano .39 Hình 4.18: Module bluetooth HC-05 40 vii Hình 5.1: Lắp ráp trục .42 Hình 5.2: Lắp đệm trục 43 Hình 5.3: Trục xoay theo phương thẳng đứng 44 Hình 5.4: Lắp bánh động 44 Hình 5.5: Lắp ráp bánh xe 45 Hình 5.6: Lắp ráp ray trượt 45 Hình 5.7: Lắp ráp hồn thiện .46 DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Chi tiết gia công 18 Bảng 4.3: Thông số điện NEMA 17 27 Bảng 4.4: Thông số vật lý NEMA 17 28 Bảng 4.5: Tính tốn thơng số động 32 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Động DC (DC viết tắt từ Direct Current Motors): động điện chiều ix GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển LỜI MỞ ĐẦU Đất nước công cơng nghiệp hố, đại hố phát triển mạnh mẽ Robot máy móc đại dần thay người nhiều lĩnh vực khác Máy móc thiết bị dần đại giúp thay sức lao động người, giúp cải thiện hiệu công việc cần độ xác cao mà khơng cần đến đơi bàn tay người Hiện thiết bị quay phim hỗ trợ quay phim chụp ảnh dần đại hiệu thiết bị trước dần cải tiến thêm Ở nước phát triển thiết bị quay phim đạt đến độ xác hiệu cao vận hành ổn định Nhưng Việt Nam thiết bị quay phim hỗ trợ quay phim chưa phát triển nhiều sử dụng cách truyền thống đặt máy quay phim ray trượt sử dụng sức người để kéo đẩy máy quay phim nên nhiều điểm hạn chế chưa tối ưu hiệu Chính lí đó, vốn kiến thức định nhóm em chọn nghiên cứu phát triển đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ quay phim tự động” Bằng cố gắng nỗ lực thân đặc biệt có giúp đỡ tận tình, chu đáo Thầy Phạm Bá Khiển, nhóm em hoàn thành đồ án theo thời hạn Tuy nhiên, giới hạn mặt thời trình độ cịn nhiều hạn chế nên tránh khỏi sai sót Nhóm em mong lắng nghe góp ý từ thầy, cô bạn sinh viên để cải thiện Một lần em xin cảm ơn Thầy Phạm Bá Khiển, thầy cô giáo Viện kỹ thuật trường Đại học Công nghệ TP.HCM đào điều kiện giúp đỡ em trình vừa qua GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển Chương GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Máy quay phim dạng máy ảnh nhiếp ảnh ghi lại chuỗi hình ảnh liên tục theo thời gian phim chụp ảnh Máy quay phim dùng nhiều cho mục đích cá nhân, nhiên với mục đích chuyên nghiệp, máy quay phim sản xuất sử dụng để sản xuất phim với đầy đủ chức khác Máy quay phim mắt vào năm 1912 ngày phát triển bước đại đến ngày Thiết bị hỗ trợ quay phim ghi hình nói đơn giản thiết bị hỗ trợ cho người quay phim, ghi hình Giúp người quay phim di chuyển máy quay cách nhẹ nhàng, tiện lợi làm việc mà không tốn nhiều cơng sức làm việc Có nhiều thiết bị hỗ trợ khác mục đích cuối công cụ giúp hỗ trợ việc quay phim tốt 1.2 Lí chọn đề tài Hiện giới xuất nhiều dụng cụ hỗ trợ quay phim, ghi hình khác Việt Nam thiết bị quay phim hạn chế Thông dụng quay phim sử dụng ray trượt thiết bị hỗ trợ quay phim vác vai Thiết bị hỗ trợ quay phim áp dụng công nghệ vào quay phim GoPro Flycam phát triển nhanh số vấn đề hạn chế Ngành giải trí phát triển nhanh đòi hỏi trang thiết bị kèm phải ngày tiên tiến Nắm bắt nhu cầu nhóm chúng em xin đề xuất đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị hỗ trợ quay phim tự động” Từ việc chọn giải pháp tác giả thiết kế, chế tạo đưa sản phẩm thực tế góp phần nhỏ vào GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển PHỤ LỤC [1] Code động bước: #include #define STEPPIN1 #define DIRPIN1 #define STEPPIN2 10 #define DIRPIN2 #define BTN1 A0 #define BTN2 A1 #define BTN3 A2 #define BTN4 A3 char c =' '; SoftwareSerial mySerial(2, 3); // RX, TX void setup() { Serial.begin(9600); mySerial.begin(9600); // put your setup code here, to run once: pinMode(BTN1,INPUT); pinMode(BTN2,INPUT); 51 GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển pinMode(BTN3,INPUT); pinMode(BTN4,INPUT); pinMode(STEPPIN1,OUTPUT); pinMode(DIRPIN1,OUTPUT); pinMode(STEPPIN2,OUTPUT); pinMode(DIRPIN2,OUTPUT); digitalWrite(STEPPIN1,LOW); digitalWrite(STEPPIN2,LOW); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: if(mySerial.available()) { c = mySerial.read(); Serial.println(c); } if(c == 'a' || digitalRead(BTN1) == LOW ) { moveMotor(50, STEPPIN1, 0, DIRPIN1); } if(c == 'b' || digitalRead(BTN2) == LOW ) { moveMotor(50, STEPPIN1, 1, DIRPIN1); } 52 GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển if(c == 'c' || digitalRead(BTN3) == LOW ) { moveMotor(50, STEPPIN2, 0, DIRPIN2); } if(c == 'd' || digitalRead(BTN4) == LOW ) { moveMotor(50, STEPPIN2, 1, DIRPIN2); } if(c == 'e' ) { c = ' '; } } void moveMotor(int stepNum, int stepPin, int dir, int dirPin) { digitalWrite(dirPin, dir); for(int x = 0; x < stepNum; x++) { digitalWrite(stepPin,HIGH); delayMicroseconds(50); // điều chỉnh thống số để chạy nhanh chậm digitalWrite(stepPin,LOW); delayMicroseconds(2500);// điều chỉnh thống số để chạy nhanh chậm } } 53 B 6xM5 22 C 22.5 C +0.1 25 - 0.1 90 H SECTION H-H SECTION B-B 70 17.5 B +0.3 25 - 0.3 12 17.5 H 22.5 SECTION C-C Yêu cầu kỹ thuật: chi tiết lại 0.5mm Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech TẤM ĐẾ ỐNG NHƠM Nhơm Tỉ lệ 1:1 SBV: +0.3 35 - 0.3 +0.3 15 - 0.3 11.5 38 27 11.5 11.5 11.5 12.5 26.5 76 +0.5 53 - 0.5 76 12.5 25 25 12.5 +0.3 15 - 0.3 12.5 50 11.5 8xM5 11.5 +0.5 53 - 0.5 11.5 +0.5 53 - 0.5 Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech GỐI ĐỠ TRỤC Nhôm Tỉ lệ 1:1 SBV: +0.3 25 - 0.3 +0.3 12 - 0.3 19 38 38 10 8xM5 10 4xM5 10 10 10 21.5 63 +0.5 43 - 0.5 10 63 20 20 +0.3 12 - 0.3 10 10 +0.3 12 - 0.3 10 +0.5 43 - 0.5 10 +0.5 43 - 0.5 Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech GỐI ĐỠ TRỤC Nhôm Tỉ lệ 1:1 SBV: 12 A 4xM3 42 2xM5 A 6.5 10 42 25 R6 15 SECTION A-A SCALE : +0.5 22 - 0.5 6.5 SECTION B-B SCALE : 14.5 82 25 2xM5 51 27 15 25 Yêu cầu kỹ thuật: chi tiết lại là: 0.5mm Người vẽ Kiểm tra Lg Quốc Nam Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech GỐI ĐỠ ĐỘNG CƠ Nhôm Tỉ lệ 1:1 SBV: 5.5 28 50 28 50 20 2.5 4xM5 15 20 10 Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech KE NHƠM Nhơm Tỉ lệ 2:1 SBV: R2.5 10 20 60 10.5 35 220 17.5 15 15 20 5xM5 4xM5 15 92.5 35 SECTION B-B SCALE : 15 SECTION D-D SCALE : 60 220 Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech BÀN TRƯỢT Nhôm Tỉ lệ 1:1 SBV: 7 A C R0.5 +0.1 - 0.1 D 11 25.5 16 12 16 B R7.5 A R2 SECTION A-A SCALE : SECTION C-C C 0.8 R11.5 SCALE : R0.6 0.5 R0.2 DETAIL B SCALE : DETAIL D SCALE : Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech PULLY Nhôm Tỉ lệ 5:1 SBV: 18 17 16 15 14 13 12 11 10 STT Tên Gọi Vật liệu Số lượng Tấm đế Nhôm 6061 Khối đỡ camera Nhôm 6061 Tấm đỡ Camera Nhựa Resin Ống15 203mm Nhôm 6061 Khối đỡ Nhôm 6061 Ống 12 152mm Nhôm 6061 Khối đỡ Nhôm 6061 Ống 12 178mm Nhôm 6061 Ống 15 280mm Nhôm 6061 10 Khối đỡ Nhôm 6061 11 Bánh sâu Nhựa Resin 12 Động 13 Ống nối Nhôm 6061 14 Tấm đỡ động Nhôm 6061 15 Ổ lăn Thép C45 16 Ống 25 Nhôm 6061 17 Khối đỡ Nhôm 6061 18 Bánh Nhựa Resin Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech BẢN VẼ PHÂN RÃ THÂN TRÊN Tỉ lệ 1:3 SBV: 8 10 11 12 13 14 STT Tên gọi Vật liệu Số lượng Thanh nhôm 200mm Nhôm 2 Thanh nhôm 160mm Nhôm Thanh nhôm 1000mm Nhôm Ke nhôm Thép C45 Trục bánh xe Inox Gối đỡ động Thép C45 Pully TCVN Bàn trượt Nhôm Bánh xe TCVN 10 Tấm L Thép C45 11 Bu long TCVN 12 Tấm đỡ bánh xe Thép C45 13 Động DC Thép SKD 11 14 Bánh nhỏ TCVN Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech BẢN VẼ PHÂN RÃ THÂN DƯỚI Tỉ lệ 1:1 SBV: 18 14 336 D D 17 10 11 152 12 263 SECTION D-D SCALE : 16 STT Tên Gọi Vật liệu Số lượng Tấm đế Nhôm 6061 Khối đỡ camera Nhôm 6061 Tấm đỡ Camera Nhựa Resin Ống15 203mm Nhôm 6061 Khối đỡ Ống 12 152mm Nhôm 6061 Nhôm 6061 Khối đỡ Ống 12 178mm Nhôm 6061 Nhôm 6061 Ống 15 280mm Nhôm 6061 10 Khối đỡ Nhôm 6061 11 Bánh sâu Nhựa Resin 12 Động TCVN 13 Ống nối Nhôm 6061 14 Tấm đỡ động Nhôm 6061 15 16 Ổ lăn Ống 25 TCVN Nhôm 6061 17 18 Khối đỡ Bánh Nhôm 6061 Nhựa Resin Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech BẢN VẼ LẮP THÂN TRÊN Tỉ lệ 1:3 SBV: 10 14 10 11 H I F 200 F H SECTION H-H SCALE : 1000 DETAIL I SCALE : 20 70 220 13 SECTION F-F SCALE : 12 STT Tên gọi Vật liệu Số lượng Thanh nhôm 200mm Nhôm 2 Thanh nhôm 160mm Nhôm Thanh nhôm 1000mm Nhôm Ke nhôm Thép C45 Trục bánh xe Inox Gối đỡ động Thép C45 Pully TCVN Bàn trượt Nhôm Bánh xe TCVN 10 Tấm L Thép C45 11 Bu long TCVN 12 Tấm đỡ bánh xe Thép C45 13 Động DC TCVN 14 Bánh nhỏ TCVN Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Ths Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech BẢN VẼ LẮP THÂN DƯỚI Tỉ lệ 1:5 SBV: 11 14 19 32 29 15 17 16 20 21 18 30 F 31 22 11 23 24 G 27 25 10 13 G DETAIL F SCALE : 28 26 SECTION G-G SCALE : STT Tên gọi Thanh nhôm 200mm 2 Thanh nhôm 1000mm Thanh nhôm 160mm Bánh xe Nhựa Tấm kẹp bánh xe Thép C45 Tấm L Thép Bulong TCVN Bàn trượt Nhôm 6061 Tấm đế Nhôm 6061 10 Ống 25 Nhôm 6061 11 Khối đỡ Nhôm 6061 12 Ổ_lăn TCVN 13 Ống15 203mm Nhôm 6061 14 Khối đỡ Nhôm 6061 15 Ống 15 280mm Nhôm 6061 16 Khối đỡ Nhôm 6061 17 Ống 12 178mm Nhôm 6061 18 Ống 12 152mm Nhôm 6061 19 Khối đỡ Nhôm 6061 20 Khối đỡ camera Nhôm 6061 21 Tấm đỡ Camera Nhôm 6061 22 Động bước TCVN 23 Tấm đỡ động Nhôm 6061 24 Động DC TCVN 25 Trục bánh xe Thép SKD11 26 Bánh nhỏ TCVN 27 Pully TCVN 28 Ke nhôm Thép SKD11 29 Tấm đỡ động Nhôm 6061 30 ống nối Nhôm 6061 31 Bánh sâu Nhựa Resin 32 Bánh Nhựa Resin Người vẽ Lương Quốc Nam Kiểm tra Phạm Bá Khiển Trường ĐH Công nghệ TPHCM Viện kỹ thuật Hutech Vật liệu Số lượng Ghi BẢN VẼ LẮP Tỉ lệ 1:5 SBV: 12 ... tài Tạo thiết bị hỗ trợ quay phim hoàn chỉnh Thiết kế thử nghiện giải pháp chống rung hiệu cho máy quay phim Tạo độ ổn định hoạt động thiết bị hỗ trợ quay phim Điều khiển thiết bị hỗ trợ quay phim. .. sản phẩm thiết bị hỗ trợ quay phim hỗ trợ cho việc ghi hình quay phim dễ dàng hiệu hơn, nâng cao hiệu suất người quay phim Thiết kế thiết bị hỗ trợ quay phim cần người vận hành hoạt động khồng... 2.3: Bộ hỗ trợ quay phim ray (nguồn internet) 2.1.5 Thiết bị hỗ trợ quay phim tự động ray trượt Thiết bị hỗ trợ quay phim tự động ray trượt [2] xuất giới khắc phục hầu hết nhược điểm cách quay tryền