Nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot khử khuẩn kết hợp chở hàng trong khu vực nhiễm khuẩn điều khiển từ xa

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 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN KẾT HỢP CHỞ HÀNG TRONG KHU VỰC NHIỄM KHUẨN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA GVHD: TS PHAN THỊ ĐĂNG THƯ GVC TS ĐẶNG MINH PHỤNG SVTH: NGUYỄN ĐÌNH NHẬT LẠI TIẾN QUANG NGUYỄN LÊ HỒNG QN SKL010893 Tp Hồ Chí Minh, Tháng năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN KẾT HỢP CHỞ HÀNG TRONG KHU VỰC NHIỄM KHUẨN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Giảng viên hướng dẫn: TS PHAN THỊ ĐĂNG THƯ GVC TS ĐẶNG MINH PHỤNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH NHẬT MSSV: 19146070 LẠI TIẾN QUANG MSSV: 19146376 NGUYỄN LÊ HỒNG QN MSSV: 19146378 KHĨA: 2019 – 2023 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN KẾT HỢP CHỞ HÀNG TRONG KHU VỰC NHIỄM KHUẨN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Giảng viên hướng dẫn: TS PHAN THỊ ĐĂNG THƯ GVC TS ĐẶNG MINH PHỤNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH NHẬT MSSV: 19146070 LẠI TIẾN QUANG MSSV: 19146376 NGUYỄN LÊ HỒNG QN MSSV: 19146378 KHĨA: 2019 – 2023 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn: Cơ Điện Tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ II/ năm học 2023 Giảng viên hướng dẫn: TS Phan Thị Đăng Thư GVC TS Đặng Minh Phụng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Nhật MSSV: 19146070 ĐT: 0985710421 Lại Tiến Quang MSSV: 19146376 ĐT: 0961491532 Nguyễn Lê Hoàng Quân MSSV: 19146378 ĐT: 0337762315 Mã số đề tài: 22223DT168 - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT KHỬ KHUẨN KẾT HỢP CHỞ HÀNG TRONG KHU VỰC NHIỄM KHUẨN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Các số liệu, tài liệu ban đầu: • Tốc độ 1-5m/s • Thể tích thuốc ~20l • Tải trọng ~100kg Nội dung đồ án: • Điều khiển từ xa • Thiết kế webserver kết nối camera để theo dõi từ xa Các sản phẩm dự kiến: • Robot hoàn chỉnh với kết cấu phần điều khiển qua kiểm nghiệm hiệu chỉnh Ngày giao đồ án: 15/3/2023 Ngày nộp đồ án: 15/7/2023 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt  Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt  TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Phan Thị Đăng Thư ii LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot khử khuẩn kết hợp chở hàng khu vực nhiễm khuẩn điều khiển từ xa - Nhóm thực hiện: Nguyễn Đình Nhật MSSV: 19146070 Điện thoại: 0985 710 421 Lại Tiến Quang MSSV: 19146376 Điện thoại: 0961 491 532 Nguyễn Lê Hoàng Quân MSSV: 19146378 Điện thoại: 0337 762 315 - Lớp: 191462 - Email nhóm trưởng: nhatnd24.work.@gmail.com - Địa liên lạc: 5/6/7 Lê Văn Chí, Phường Linh Trung, Tp Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh - Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): - Lời cam kết: “Nhóm xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình nhóm nghiên cứu thực hướng dẫn giảng viên TS Phan Thị Đăng Thư Nhóm khơng chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Nguyễn Đình Nhật Lại Tiến Quang Nguyễn Lê Hồng Qn iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo robot khử khuẩn kết hợp chở hàng khu cách ly điều khiển từ xa” chúng em nhận nhiều bảo tận tình từ Phan Thị Đăng Thư, thầy Đặng Minh Phụng, Thầy Lê Phan Hưng, Thầy Lê Thanh Tùng, Thầy Nguyễn Nhân Bổn, anh Huy – Công ty TNHH giải pháp công nghệ CODIA đặc biệt Thiếu Tá Nguyễn Trung Kiên – Ban huy QS Thủ Đức, Bộ Tư Lệnh TP HCM giúp đỡ mặt kiến thức, kinh nghiệm kinh phí để chúng em hồn thành đồ án Đó góp ý q báu khơng trình thực đồ án mà hành trang tiếp bước cho chúng em trình học tập, nghiên cứu sau Bên cạnh đó, cảm ơn đến người bạn hỗ trợ nhóm hồn thành đồ án Trong thời gian làm đề tài, chúng có em chắn có nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến góp ý, phê bình từ phía thầy để đề tài hoàn thiện tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! iv TÓM TẮT Trong thời gian Covid diễn đỉnh điểm, nhóm em thầy cô đưa ý tưởng dùng robot để vận chuyển hàng hóa khử khuẩn từ xa để giảm nguy lây nhiễm Tuy trình nghiên cứu gặp nhiều khó khăn thời gian thực khơng đảm bảo, nhóm cố gắng hồn thành đề tài Tuy thời gian nay, tình hình dịch Covid kiểm sốt nên nhóm ứng dụng khu vực nhiễm khuẩn cần kiểm sốt Nhóm tập trung nghiên cứu phương pháp di chuyển tương thích với địa tính linh hoạt sử dụng Qua lần kiểm thử, nhóm nhận thấy robot tốt đưa vào thực tế Kết quả, nhóm nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công robot với chức vận chuyển hàng hóa khử khuẩn Bài báo cáo trình bày với chương Cụ thể: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT CƠNG NGHỆ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM v ABSTRACT During the peak of Covid, the group of children and teachers came up with the idea of using robots to transport goods as well as disinfecting remotely to reduce the risk of infection Although the research process encountered many difficulties and the implementation time was not guaranteed, the group still tried to complete the topic Although the current situation of the Covid epidemic has been controlled, the group will apply it in infected areas that need to be controlled The group has focused on research on transportation methods that are compatible with the terrain as well as flexible in use Through the tests, the team found that the current robot is the best that can be put into practice As a result, the team has successfully researched, designed and built a robot with the main functions of transporting goods and disinfecting The report is presented with main chapters Specifically: CHAPTER 1: INTRODUCTION CHAPTER 2: OVERVIEW OF RESEARCH DOCUMENTS CHAPTER 3: THEORETICAL BASIS CHAPTER 4: DIRECTION AND SOLUTION CHAPTER 5: IMPLEMENTATION DIRECTIONS AND SOLUTIONS CHAPTER 6: PRODUCTION AND EXPERIENCE vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG BIỂU .xi DANH MỤC HÌNH ẢNH xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 Kết cấu đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu đề tài 2.2 Đặc tính hệ thống 2.3 Các nghiên cứu liên quan đề tài 2.3.1 Nghiên cứu nước 2.3.2 Nghiên cứu nước 2.4 Các hệ thống tồn robot CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Ứng dụng Flask framework để tạo websever vii 3.1.1 Flask đặc điểm Flask framework 3.1.2 Cấu trúc chương trình sử dụng Flask framework 10 3.1.3 Quy trình hoạt động ứng dụng Flask 10 3.1.4 Ưu nhược điểm Flask framework 12 3.2 Sử dụng tín hiệu RF để điều khiển từ xa 13 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 15 4.1 Yêu cầu đề tài/ Thông số thiết kế 15 4.2 Phương hướng giải pháp thực 15 4.2.1 Phương án 15 4.2.2 Phương án 17 4.2.3 Phân tích đánh giá phương án 19 4.3 Lựa chọn giải pháp/ Phương án 21 4.3.1 Tổng quan kiểu dáng thiết kế 21 4.3.2 Cụm di chuyển 23 4.3.3 Cụm phun 25 4.3.4 Cụm camera 25 4.3.5 Cửa lề 26 4.3.6 Bộ giảm xóc nhún 27 4.4 Lưu đồ giải thuật robot: 28 4.5 Xây dựng website 29 4.6 Trình tự cơng việc tiến hành 31 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CHI TIẾT CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ, CÁC BỘ PHẬN CỦA ROBOT, ĐIỀU KIỆN BỀN CỦA KHUNG GẦM 32 5.1 Tính tốn cơng suất cần thiết, chọn động phân phối tỷ số truyền cho hệ thống truyền động 32 5.2 Bán kính quay đầu 37 5.3 Tính tốn, chọn vi sai cầu sau: 38 5.4 Sức bền khung 39 5.4.1 Chọn vật liệu làm khung: 39 5.4.2 5.5 Kết kiểm nghiệm độ bền khung Inventer: 39 Tính động lái Servo DC: 41 viii Hình 5.34: Thiết lập chế độ - Chế độ 2: Chế độ RC (Độ rộng xung 2ms) Hình 5.35: Thiết lập chế độ - Chế độ 3: Chế độ đầu vào điện áp biến trở Hình 5.36: Thiết lập chế độ Đồ án tốt nghiệp 65 CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM/ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 6.1 Chế tạo thực tế 6.1.1 Một số hình ảnh chi tiết Hình 6.1: Cụm phun Hình 6.2: Thùng để hàng Đồ án tốt nghiệp 66 Hình 6.3: Cụm cầu sau Hình 6.4: Lắp bánh xe Đồ án tốt nghiệp 67 Hình 6.5: Lắp động DC Brushless vào vi sai cầu sau Hình 6.6: Mặt bên robot - Nhìn bề ngồi tổng thể robot có thiết kế giống với ô tô - Với thiết kế cứng cáp, robot di chuyển đường gồ ghề khả di chuyển linh hoạt Đồ án tốt nghiệp 68 6.1.2 Hình ảnh hệ thống điều khiển Hình 6.7: Tủ điện Hình 6.8: Sơ đồ kết nối điện Các thiết bị điều khiển: gồm bo Arduino Uno, Raspberry Pi, ECU, Relay để gọn thùng nhựa cách điện Đồ án tốt nghiệp 69 Nguồn điện acquy để tách biệt bên để đảm bảo an toàn vận hành đảm bảo cho phận khác 6.1.3 Giao diện Website - Trang web có trang: trang nhà, trang thơng tin, trang hình ảnh thực tế trang webcam Các trang liên kết - Khi truy cập vào trang web, trang xuất trang nhà, trang cung cấp cho người dùng số thông tin người tạo trang web, tên đề tài thực hiện, địa thơng tin liên hệ Trang web có nút nhấn có nút nhấn để dẫn tới trang khác nút dẫn lại trang nhà Hình 6.9: Trang chủ web - Trang trang thông tin, trang tĩnh với nội dung cung cấp thông tin đề tài mục tiêu đề tài, thông số liệu thực nghiệm robot để người dùng tham khảo Đồ án tốt nghiệp 70 Hình 6.10: Trang thơng số robot - Trang trang hình ảnh, trang cung cấp cho người dùng hình ảnh thực tế đề tài mà nhóm thực Hình 6.11: Trang hình ảnh thực tế Đồ án tốt nghiệp 71 - Trang cuối trang webcam, trang động có tác dụng cập nhật hình ảnh từ webcam gắn robot, từ người điều khiển robot theo dõi điều khiển robot phịng riêng biệt mà khơng cần phải giám sát robot Hình 6.12: Trang kết nối với webcam 6.1.4 Thơng số chi tiết robot thực tế STT Thông số kỹ thuật Giá trị Đơn vị Chiều dài 1639 (mm) Chiều rộng 977 (mm) Chiều cao 1015 (mm) Tốc độ robot 1.5 (m/s) Thể tích dung dịch thuốc 20 (l) Khối lượng không tải 80 (kg) Bảng 6.1: Thông số robot Đồ án tốt nghiệp 72 6.2 Thực nghiệm hoạt động robot - Robot sau nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều chỉnh tiến hành chạy thực nghiệm nhằm kiểm tra hoạt động riêng cụm robot hoạt động tổng quát robot - Kết thực nghiệm cho thấy robot hoạt động với mục tiêu đề ra, cụm hoạt động theo lập trình Dưới bảng thơng số thực nghiệm cần thiết cho robot vận chuyển hàng - Kết đo từ dụng cụ đo: đồng hồ bấm thời gian, thước đo dây kết lấy trung bình lần đo Bảng 6.2: Thông số thực nghiệm Thông số thực nghiệm Giá trị Đơn vị Độ cao phun 1.5 (m) Tầm xa phun (m) Góc quay trung bình bánh -40 đến 40 (độ) Tốc độ lớn 1.29 (m/s) Tốc độ không tải 0.84 (m/s) Tốc độ tải nhẹ 0.77 (m/s) Tốc độ tải nặng 0.52 (m/s) Độ dốc robot vượt qua 30 (độ) Thời gian hoạt động (h) Phạm vi hoạt động 500 (m) xe dẫn hướng Đồ án tốt nghiệp 73 - Thông số chi tiết thước cuộn: + Chiều dài đo: (m) + Chiều rộng thước: 16 (mm) + Sai số cho phép lớn nhất: 0.04 (mm) Hình 6.13: Thước cuộn TOLSEN - Thông số chi tiết thước đo góc: + Phạm vi đo: − 180°, – 300 (mm) + Độ phân giải: 1°, (mm) + Sai số : ± 1° + Kích thước: 500 (mm) x (mm) Hình 6.14: Thước đo góc Niigata Seiki PRT-300S Đồ án tốt nghiệp 74 Hình 6.15: Bơm khử khuẩn hoạt động Hình 6.16: Khả đánh lái robot Đồ án tốt nghiệp 75 Hình 6.17: Robot di chuyển lên dốc 6.3 Các biện pháp an tồn bảo trì bảo dưỡng cho robot - Kiểm tra hệ thống điện trước khởi động robot - Đóng nắp phía trước robot trước sau sử dụng nhằm giúp robot tránh yếu tố như: bụi, nước mưa,… - Thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng cho robot để cấu chi tiết hoạt động cách trơn tru nhất: + Bôi mỡ cho ổ lăn + Vệ sinh robot hàng ngày sau sử dụng Đồ án tốt nghiệp 76 6.4 Kết luận 6.4.1 Kết đạt Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, tính tốn thiết kế với nỗ lực nhóm: - Robot hoàn thiện hoàn thành mục tiêu đề - Phun khử khuẩn đạt độ cao tầm phun đủ để vươn tới vị trí tiếp xúc nhiều như: tay nắm cửa, thành lan can,… - Robot di chuyển địa hình khơng phẳng, dốc có độ dốc nhỏ 30 độ - Camera truyền rõ hình ảnh trực tiếp cho phép người điều khiển theo dõi từ xa 6.4.2 Mặt hạn chế Ngoài kết đạt robot cịn tồn nhiều hạn chế như: - Hệ thống cua robot chưa mượt mà chưa có hệ thống trợ lực - Động sau robot động DC brushless khơng có dây encoder để áp dụng điều khiển PID vào giúp tăng ổn định robot - Thiết kế robot chưa bắt mắt - Chưa có camera để hỗ trợ robot chạy lùi lại 6.5 Hướng phát triển Trong trình thực nghiệm đưa kết quả, nhóm đưa nhận xét khả phát triển robot sau: - Phát triển thành điều khiển tự động hoàn toàn - Bổ sung khả giao tiếp đàm thoại người điều khiển người bệnh - Tinh gọn lại thiết kế, ngồi cịn cần trang trí bề ngồi để robot trở nên bắt mắt - Sử dụng vật liệu bền, nhẹ đẹp cho robot Đồ án tốt nghiệp 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Hữu Lộc, “Cơ Sở Thiết Kế Máy”, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2004 [2] Nguyễn Trọng Hiệp, “Chi tiết máy –Tập 1”, tái lần thứ 7, NXB Giáo Dục,2006 [3] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, “Tính Tốn Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí”, Tập Một, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, 2006 [4] Nguyễn Trọng, Lê Thị Hoàng Yến Tống Danh Đạo, “Cơ Học Lý Thuyết – Tập 2: Phần Động Lực Học”, Nhà xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật, 2006 Tiếng Anh [1] Miguel Grinberg, “Flask Web Development: Developing Web Applications with Python 2nd Edition”, O'Reilly Media Đồ án tốt nghiệp 78 S K L 0