(Đồ án hcmute) thiết kế và chế tạo robot khử khuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN GVHD: Th.S NGUYỄN MINH TRIẾT SVTH: TRẦN HOÀNG PHÚC NGUYỄN VĂN THỌ TRẦN QUỐC DANH SKL010434 Tp.Hồ Chí Minh,Tháng 1/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN GVHD: Th.S Nguyễn Minh Triết SVTH: Trần Hoàng Phúc MSSV: 18146359 Nguyễn Văn Thọ MSSV: 18146382 Trần Quốc Danh MSSV: 18146273 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2023 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 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Minh Triết Sinh viên thực hiện: Trần Hoàng Phúc MSSV: 18146359 Nguyễn Văn Thọ MSSV: 18146382 Trần Quốc Danh MSSV: 18146273 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo robot khử khuẩn Các số liệu, tài liệu ban đầu: • Cơ cấu cách thức vận hành: Robot cung cấp lực hai động độc lập dẫn động hai bánh độc lập bánh lái tự điều hướng, robot dễ dàng tiến, rùi, rẻ trái phải xoay chỗ linh hoạt • Thơng số dự kiến: - Cơ khí: + Tốc độ di chuyển: 4km/h (1.11m/s) + Trọng tải tối đa: 40kg + Kích thước: 70 x 60 x 40 (cm3) - Điện, lập trình: + Lập trình robot di chuyển theo line có sẵn + Websever gồm chế độ auto manual i Nội dung đồ án: • Cơ khí: Thiết kế, tính tốn thi cơng lắp đặt theo vẽ 3D • Lập trình dị line kết hợp với web server Các sản phẩm dự kiến: • Bản vẽ khí • Sản phẩm hồn thiện • Báo cáo thuyết minh Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh:  Tiếng Việt:  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh:  Tiếng Việt:  TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) ii 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 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên SV: Trần Hoàng Phúc MSSV: 18146359 Hội đồng: 05 STT: 01 Họ tên SV: Nguyễn Văn Thọ MSSV: 18146382 Hội đồng: 05 STT: 01 Họ tên SV: Trần Quốc Danh MSSV: 18146273 Hội đồng: 05 STT: 01 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Họ tên GV hướng dẫn: Ths Nguyễn Minh Triết 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: iii 2.4.Những tồn (nếu có): 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 2023 Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) iv 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 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên SV: Trần Hoàng Phúc MSSV: 18146359 Hội đồng: 05 STT: 01 Họ tên SV: Nguyễn Văn Thọ MSSV: 18146382 Hội đồng: 05 STT: 01 Họ tên SV: Trần Quốc Danh MSSV: 18146273 Hội đồng: 05 STT: 01 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Họ tên GV phản biện: Thầy Đặng Trí Dũng 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 Câu hỏi: 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 2023 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) vi LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp chúng em nhận nhiều giúp đỡ, bảo từ thầy cô, anh chị cựu sinh viên tất bạn bè khoá Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn - thầy Nguyễn Minh Triết, thầy tận tình dẫn đưa lời khun hữu ích để chúng em hồn thành đề tài tốt nghiệp cách tốt Cùng với đó, nhóm xin chân thành cảm ơn thầy khoa Cơ khí Chế tạo máy tận tình giúp đỡ hỗ trợ sở vật chất để tạo điều kiện tốt cho chúng em hoàn thành đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, thầy khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy nói chung thầy Bộ mơn Cơ điện tử nói riêng truyền đạt kiến thức hữu ích đại cương, sở ngành chuyên ngành để chúng em tự tin thực hoàn thành đề tài Tốt nghiệp đồng thời kiến thức trực tiếp giúp chũng em vững bước đường nghiệp sau Cuối lời cảm ơn đến tất bạn sinh viên Ngành CNKT Cơ điện tử K18, tất bạn học tập, hỗ trợ trưởng thành Sinh viên thực hiện: Trần Hoàng Phúc MSSV: 18146359 Nguyễn Văn Thọ MSSV: 18146382 Trần Quốc Danh MSSV: 18146273 vii MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v LỜI CẢM ƠN vii MỤC LỤC viii DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình dịch bệnh cần thiết Robot khử khuẩn 1.1.1 Tình hình dịch bệnh 1.1.2 Tổng quan Robot 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Một số nghiên cứu nước robot khử khuẩn 1.4 Mục tiêu, nhiệm vụ đồ án 1.5 Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Yêu cầu kỹ thuật 2.2 Phương án thiết kế 2.3 Khái qt thiết kế, cấu khí hình 3D robot 2.3.1 Khái quát thiết kế, cấu 2.3.2 Hình 3D Robot 2.4 Thiết kế tính tốn hệ thống khí Robot 2.4.1 Tính tốn lựa chọn động 2.4.2 Tính tốn truyền đai 14 2.4.3 Tính tốn lựa chọn trục bánh xe 16 2.4.4 Các cơng thức tính động lực học 20 2.4.5 Lựa chọn khung robot phân bố trọng lực 21 2.4.6 Bánh tự lái 23 viii Hình 4.11: Kết nối HTTP Trước client server trao đổi cặp yêu cầu – phản hồi HTTP, chúng phải thiết lập kết nối TCP, trình vốn yêu cầu số vòng lặp Hoạt động mặc định HTTP/1.0 mở kết nối TCP riêng biệt cho cặp yêu cầu – phản hồi HTTP Điều làm hiệu việc chia sẻ kết nối TCP đơn lẻ nhiều yêu cầu gửi liên tiếp Để giảm thiểu lỗ hỏng này, HTTP/1.1 giới thiệu pipelining (nhưng chứng minh khó để thực hiện) kết nối liên tục: kết nối TCP bên kiểm sốt phần cách sử dụng tiêu đề Connection HTTP/2 tiến bước xa cách ghép thông báo qua kết nối nhất, giúp giữ cho kết nối ổn định hiệu Các thử nghiệm tiến hành để thiết kế giao thức truyền tải tốt phù hợp với HTTP Ví dụ: Google thử nghiệm QUIC xây dựng UDP để cung cấp giao thức truyền tải đáng tin cậy hiệu 4.3.2 HTTP GET POST GET POST hai phương thức giao thức HTTP, gửi liệu server xử lí sau người dùng nhập thơng tin vào form thực submit Trước gửi thơng tin, mã hóa cách sử dụng giản đồ gọi url encoding Giản đồ cặp name/value kết hợp với kí hiệu = kí hiệu khác ngăn cách dấu & name=value1&name1=value2&name2=value3 55 4.3.2.1 HTTP GET Phương thức GET gửi thơng tin người dùng chưa mã hóa thêm vào yêu cầu trang: http://www.example.com/index.htm?name=value1&name1=value1 Chúng ta thấy GET lộ thông tin đường dẫn URL Băng thông khoảng 1024 kí vây GET hạn chế số kí tự gửi GET khơng thể gửi liệu nhị phân , hình ảnh 4.3.2.2 HTTP POST Phương thức POST truyền thông tin thơng qua HTTP header, thơng tin mã hóa phương thức GET Dữ liệu đươc gửi phương thức POST bảo mật liệu gửi ngầm, không đưa lên URL, việc sử dụng Secure HTTP, chắn thơng tin an tồn Parameters truyền request body nên truyền liệu lớn, hạn chế tùy thuộc vào cấu hình Server Khơng cache bookmark không lưu lại browser history POST khơng có hạn chế kích thước liệu gửi, gửi liệu nhị phân, hình ảnh 4.3.2.3 So sánh GET POST Lưu trữ (cache) liệu gửi phương thức GET lưu trữ lại query string xem lịch sử trình duyệt Ngược lại liệu địa URL request gửi POST khơng trình duyệt lưu lại Tốc độ GET nhanh nhiều so với POST trình thực thi liệu gửi webrowser cached lại, dùng phương thức POST server ln thực thi trả kết cho client, cịn dùng GET webrowser cached kiểm tra có kết tương ứng cached chưa, có trả mà khơng cần đưa tới server Đánh dấu (bookmark) request gửi phương thức GET người dùng bookmark lại trình duyệt Ngược lại request gửi POST bookmark Gửi lại form Với form gửi phương thức GET gửi lại cách bấm phím F5 Ctrl + R Tuy nhiên với phương thức POST, muốn thực việc gửi lại liệu form trình duyệt hiển thị hộp thoại cảnh báo Trở lại trang trước trường 56 hợp gửi form liệu sau bấm phím Backspace để quay lại trang trước với phương thức GET nội dụng (chứa form) Ngược lại với POST thấy trang trống Bảo mật Phương thức POST bảo mật GET liệu gửi ngầm, khơng xuất URL, liệu không lưu lại với GET hiển thị lại liệu Dữ liệu phương thức POST không giới hạn dung lượng liệu gửi loại liệu (văn thông thường hay file nhị phân upload tập tin hay hình ảnh, video ) Ngược lại, với phương thức GET liệu gửi bị giới hạn sử dụng ký tự chữ có ký tự ASCII Đồng thời liệu GET gửi URL thông qua query string nên bị giới hạn số lượng ký tự tối đa cho phép URL Qua phân tích trên, GET POST nên sử dụng sau: - Khi lấy liệu nên dùng GET để truy xuất xử lí nhanh - Khi tạo liệu nên dùng POST để bảo mật liệu Một ví dụ cụ thể trường hợp cần tạo form để người dùng upload avatar hay video thường sử dụng phương thức POST Tuy nhiên tải avatar video lại nên sử dụng phương thức GET Ngoài cần xử lý thơng tin nhạy cảm ví dụ email, password cần sử dụng POST thay GET → Nhóm chọn sử dụng phương thức HTTP GET để thực đề tài 57 4.4 Thiết kế giao diện Website Để thuận tiện cho việc điều khiển Robot khử khuẩn từ xa, thơng qua Web server, nhóm thiết kế giao diện dễ sử dụng cho người dùng Hình 4.12: Giao diện Website điều khiển Robot Giao diện điều khiển gồm phần chính: • Chế độ Auto, điều khiển chức năng: - Bật/tắt chế độ Auto - Bật/tắt vòi phun - Set up thời gian chạy chế độ Auto • Chế độ Manual, điều khiển chức năng: - Bật/tắt chế độ Manual - Bật/tắt vòi phun - Điều khiển Robot di chuyển nút điều hướng 58 4.5 Giải thuật điều khiển Web server 4.5.1 Chế độ Auto 59 4.5.2 Chế độ Manual 60 4.6 Kết điều khiển Web server với ESP32 - Robot hoạt động ổn định đáp ứng tốt với chế độ điều khiển Auto Manual thông qua giao diện website máy tính - Kết gửi nhận tín hiệu UART: Hình 4.13: Kết gửi nhận tín hiệu UART_2 61 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Vận tốc chạy thực tế Hình 5.1: Khoảng cách robot chạy thời gian giây - Lý thuyết: Tốc độ tối đa cho phép: 1.11 m/s - Tốc độ thực tế đo được: Vtt = 1/6 = 0,2 m/s Đánh giá sơ bộ: + Từ giây đầu đến giây thứ 3: xe 0.25m + Từ giây thứ đến giây thứ 5: xe 0.3m + Từ giây thứ đến giây thứ 6: xe 0.45m → Đánh giá: + Vận tốc có lố nhẹ giây thứ sang giây thứ + PID hãm robot lại thấy tốc độ vọt lố làm robot lệch kh line (trong dò line) 62 5.2 Khả đáp ứng line Nhóm chúng em dùng phấn gắn vào robot để vẽ lại quỹ đạo chạy robot ghi nhận lại kết Sai lệch nhiều hai lần chạy sấp sỉ cm Hình 5.2: Sai lệch nhiều hai lần chạy Hình 5.3: Đáp ứng bám line thực tế (robot rẽ cong) Hình 5.4: Đáp ứng bám line thực tế (robot từ đường cong sang đường thẳng) 63 → Nhận xét: - Tuy dao động robot đáp ứng chuẩn, không bị lệch khỏi line nhiều - PID hoạt động tốt để hiệu chỉnh động hướng robot bám line - Từ khúc cong sang thẳng lúc robot lệch khỏi line nhiều phạm vi cho phép không bị đọc line 64 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ HOÀN THIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Đánh giá Robot thiết kế lắp ráp hoàn thiện, đạt yêu cầu ban đầu đề • Kết đạt được: - Robot hoạt động hai chế độ Manual Auto + Chế độ Manual: Robot đáp ứng tốt với điều khiển thông qua websever (tiến tới, lùi, đánh lái rẽ hướng, xoay compa, bật tắt bơm phun) + Chế dộ Auto: Robot chạy ổn định theo line với thời gian cài đặt trước - Về tính tốn thiết kế: + Thông qua solidwork thiết kế robot với thông số tính tốn + Vận dụng cơng thức học để tính tốn trục, đai, khung, động cơ, gối đỡ bi lựa chọn phun + Thiết kế hệ thống điện cho robot + Tìm PID cho robot dò line + Xây dựng web server điều khiển cho robot • Những hạn chế cần cải thiện: - Về khí: có số chi tiết trục, động bơm, puly thực tế có sai số so với tính tốn (bởi robot mơ nên chưa q xác) - Về lập trình: dị line cịn vọt lố so với dự tính chưa ổn định 6.2 Hướng phát triển Để phát triển cải tiến thêm, chúng tơi có hướng sau: - Gắn thêm cảm biến chống va chạm xung quanh robot - Gắn cảm biến phát mức dung dịch phun - Thêm số chế độ khác cảnh báo mức pin, cảnh báo tải - Tự động quay hết nhiên liệu hết pin… 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Số ca nhiễm, https://covid19.gov.vn/ [2] Số liệu thống kê, https://news.google.com/covid19/map?hl=vi&mid=%2Fm%2F02j71&gl=VN&ceid=V N%3Avi [3] Robot khử khuẩ, https://www.tdtu.edu.vn/tin-tuc/2020-09/robot-khu-khuan-cuasinh-vien-dai-hoc-ton-duc-thang-xuat-canh-ra-the-gioi [4] XUÂN MAI, https://tuoitre.vn/nhieu-sang-kien-huu-ich-mua-covid-19-robot-khukhuan-phong-cach-ly-20200410082057347.html [5] TS Văn Hữu Thịnh, TS Nguyễn Minh Kỳ (2016), Thiết kế đồ án chi tiết máy, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] Động Planet 30w 600rpm encoder 12ppr trục 8mm – Công ty TNHH Phát triển công nghệ Rô Bốt (robotstore.vn) [7] Béc phun sương (phanphoimayphunsuong.vn) [8] Mpa gì? Mpa Pa – Bar – Psi – atm – kg/m2 – kg/cm2 (locnuoccuulong.com) [9] Giới thiệu Arduino Mega2560, http://arduino.vn/bai-viet/542-gioi-thieu-arduinomega2560 [10] Kít RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32, https://icdayroi.com/kit-rf-thu-phat-wifi-ble-esp32-nodemcu-luanode32-38-chan [11] MẠCH CẦU H, https://dientutuonglai.com/mach-cau-h-mach-cau-h-la-gi.html [12] 7A/160W Dual H-Bridge Motor Controller, https://www.handsontec.com/dataspecs/module/7A-160W%20motor%20control.pdf [13] Optical sensors, https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/optical-sensors [14] Thanh Cảm Biến Dò Line TCRT5000, https://imaker.vn/thanh-5-cam-bien-doline-tcrt5000-line-follower-sensor [15] Mạch Giảm Áp DC LM2596 3A, https://nshopvn.com/product/mach-giam-ap-dclm2596-3a/ [16] Mạch Giảm Áp DC XL4005 (5A), https://nshopvn.com/product/mach-giam-apdc-xl4005-5a/ [17] Bộ điều khiển PID, https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BB%99_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E1%B B%83n_PID [18] Giới thiệu HTML, CSS, JavaScript https://tuhoclaptrinh.edu.vn/html-css-javascript-la-gi806.html#:~:text=HTML%20c%C3%B3%20nhi%E1%BB%87m%20v%E1%BB%A5 %20x%C3%A2y%20d%E1%BB%B1ng%20n%E1%BB%99i%20dung%2C%20c%E 1%BA%A5u%20tr%C3%BAc,qu%C3%A1%20tr%C3%ACnh%20x%C3%A2y%20d %E1%BB%B1ng%20website [19] Web server gì? Chức cách hoạt động Web Server https://bizfly.vn/techblog/web-server-lagi.html#:~:text=Ch%E1%BB%A9c%20n%C4%83ng%20c%C6%A1%20b%E1%BA %A3n%20c%E1%BB%A7a,Internet%20qua%20giao%20th%E1%BB%A9c%20HTT P S K L 0