Thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ camera hiện trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ CAMERA HIỆN TRƯỜNG GVHD: ThS DƯƠNG THẾ PHONG SVTH: ĐOÀN LÊ NHẬT NAM HOÀNG NGUYỄN TẤN DŨNG HOÀNG NGỌC THIÊN NAM S K L Tp Hồ Chí Minh, 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: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ CAMERA HIỆN TRƯỜNG” Giảng viên hướng dẫn : ThS DƯƠNG THẾ PHONG Sinh viên thực : ĐOÀN LÊ NHẬT NAM 19146360 HOÀNG NGUYỄN TẤN DŨNG 19146313 HOÀNG NGỌC THIÊN NAM 19146361 TP Hồ Chí Minh, 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: ThS DƯƠNG THẾ PHONG Sinh viên thực hiện: Đoàn Lê Nhật Nam Hoàng Nguyễn Tấn Dũng Hoàng Ngọc Thiên Nam Mã số đề tài: Tên đề tài: MSSV: 19146360 MSSV: 19146313 MSSV: 19146361 Điện thoại: 0782116994 Điện thoại: 0902219081 Điện thoại: 0792361177 22223DT113 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ CAMERA HIỆN TRƯỜNG Các số liệu, tài liệu ban đầu: • Chiều dài slider 2m (khung nhơm) • Khối lượng nhỏ gọn < 5kg • Gia tốc tối đa 20 cm/s2 để quay cảnh lướt, chuyển cảnh • Kết nối Bluetooth Nội dung đồ án: • Thiết kế thiết bị tương tự slider phim trường với quy mơ nhỏ gọn • Thiết lập toạ độ máy ảnh, điều khiển vị trí, gia tốc, đồng trục theo chế xây dựng kịch • Xây dựng ứng dụng người dùng thiết bị Android • Xây dựng thuật tốn nội suy điều khiển slider Các sản phẩm dự kiến: • Thiết bị slider dùng để mount máy ảnh, thiết kế nhỏ gọn giúp dễ dàng mang nhiều nơi • Ứng dụng di động Android dùng để vận hành thiết bị • Thiết bị sử dụng pin rời nguồn điện trực tiếp Ngày giao đồ án: 15/03/2023 i Ngày nộp đồ án: 21/07/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo : Tiếng Anh Trình bày bảo vệ : Tiếng Anh ☐ ☐ Tiếng Việt Tiếng Việt ☐ ☐ TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Được phép bảo vệ ii LỜI CAM KẾT Chúng em xin cam kết toàn nội dung đồ án tốt nghiệp hồn tồn cơng trình nghiên cứu, tìm hiểu, phát triển xây dựng nhóm hướng dẫn ThS Dương Thế Phong Các số liệu, bảng biểu qua mô kiểm nghiệm thực tế sản phẩm nhóm mà khơng có chép Các công thức, nhận định tham khảo từ nguồn có độ tin cậy cao (giáo trình thuộc trường đại học, NXB Đại học Quốc Gia, …) Chúng em xin cam kết sẵn sàng chịu toàn trách nhiệm có thiếu trung thực, gian lận đồ án lần iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực đồ án tốt nghiệp, khơng lần chúng em gặp phải thách thức việc thiết kế sản phẩm, đề tài tốt nghiệp lần chủ yếu phục vụ cho tệp khách hàng thuộc phía truyền thơng nên chu trải nghiệm đề cao hết Nhưng với giúp đỡ thầy cô, bạn bè, chúng em có thêm nhiều kiến thức thực tế để hồn thành đồ án lần Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, ban chủ nhiệm khoa Cơ khí Chế tạo máy tạo điều kiện cho sinh viên chúng em suốt bốn năm học vừa qua Đặc biệt, chúng em xin dành lời cảm ơn chân thành đến thầy Dương Thế Phong, người trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn, đưa đóng góp, ý kiến từ đồ án Truyền động Cơ khí, đồ án Cơ điện tử cuối đồ án Tốt Nghiệp Trong trình thực đề tài, khơng lần chúng em gặp phải cản trở chưa có kinh nghiệm chế tạo sản phẩm để ứng dụng vào doanh nghiệp thực tế, với dẫn dắt thầy, chúng em có tầm nhìn rõ cách thiết kế sản phẩm với mục đích mang lại tốt cho khách hàng, tối ưu chi phí, bắt kịp thời đại, đặc biệt trải nghiệm người dùng Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè chia sẻ kiến thức liên quan giúp chúng em thực đồ án với hiểu biết sâu sắc Một lần xin cảm ơn gia đình, thầy bạn bè động viên giúp chúng em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ CAMERA HIỆN TRƯỜNG Trong năm gần đây, ngành truyền thơng Việt Nam có phát triển mạnh mẽ, với bùng nổ tảng truyền thông mạng xã hội, video trực tuyến nhu cầu tiếp cận nhanh chóng, chất lượng cao đến từ khán giả Việc sản xuất chia sẻ nội dung đa phương tiện trở thành yếu tố quan trọng việc quảng bá sản phẩm, xây dựng thương hiệu tương tác với khách hàng Nhận thấy phát triển vô triển vọng này, nhóm chúng em định lên ý tưởng phát triển sản phẩm áp dụng vào đời sống ngày, Camera Slider, mang đầy hứa hẹn lĩnh vực vào năm tới Đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn đáp ứng nhu cầu việc quay phim chụp ảnh, đặc biệt nhu cầu chất lượng ngày phức tạp chân thực Mục tiêu nghiên cứu đề tài xây dựng chương trình điều khiển theo chế quản lý kịch bản, mang tính cá nhân cao, ứng dụng kiến thức đồ họa máy tính, hồn thành tiêu chí giảm chi phí gia cơng, đáp ứng tiêu chí thuận lợi đơn giản Đặc biệt nhóm thiết kế chương trình điều khiển vô lạ thân thiện với người dùng, tăng linh hoạt mà thiết bị slider trước chưa có Đối tượng người dùng nhà sản xuất, người sáng tạo nội dung, người tiêu dùng ngành công nghiệp quay dựng truyền thơng v MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vi DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .x GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan nghiên cứu đề tài 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học & tính thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .3 1.5 Cấu trúc đồ án tốt nghiệp 1.6 Giới hạn đề tài CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết chuyển động máy quay .7 2.2 Đường cong Bézier 2.3 Framework Qt/QML .9 2.4 Giao tiếp Bluetooth .10 2.5 AccelStepper 11 2.6 Truyền động 11 PHƯƠNG ÁN & CÁC GIẢI PHÁP 14 TÍNH TỐN & THIẾT KẾ .18 4.1 Tính tốn & chọn động cho cấu trượt 18 4.2 Tính tốn & chọn động cho cấu xoay 25 4.3 Tính tốn & chọn động cho cấu xoay 25 4.4 Chọn nguyên vật liệu 26 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 31 5.1 Thiết kế mạch điện .31 5.2 Giải thuật điều khiển 41 ỨNG DỤNG NGƯỜI DÙNG .53 6.1 Yêu cầu ứng dụng người dùng 53 vi 6.2 Thiết kế hệ thống 55 6.3 Lập trình ứng dụng người dùng 59 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 66 7.1 Chương trình điều khiển .66 7.2 Độ xác 72 7.3 Tính di động 75 7.4 Tiếng ồn .76 7.5 Độ bền 77 7.6 Tính thẩm mĩ 77 7.7 Tính ứng dụng đề tài 81 KẾT LUẬN .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Thiết bị YC Onion Hình 2.1 Minh họa cấu trượt Hình 2.2 Minh họa cấu xoay Hình 2.3 Minh họa cấu xoay Hình 2.4 Sơ đồ điều khiển 12 Hình 2.5 Một số stepper driver thông dụng 13 Hình 3.1 Phác hoạ giải pháp .15 Hình 4.1 Minh hoạ cấu 18 Hình 4.2 Giá Pan 19 Hình 4.3 Bánh xe V-slot 19 Hình 4.4 Cụm bàn trượt 20 Hình 4.5 Chân đỡ 22 Hình 4.6 Cụm cấu trượt hoàn chỉnh .22 Hình 4.7 Vịng bi mặt bích F623ZZ 28 Hình 4.8 Hình ảnh vịng bi thị trường 29 Hình 4.9 Vịng ngồi vịng bi 29 Hình 4.10 Vịng vòng bi 30 Hình 4.11 Vịng vịng bi 30 Hình 4.12 Vịng bi hồn chỉnh 30 Hình 5.1 Chip ESP-WROOM-32 31 Hình 5.2 Vi điều khiển NodeMCU-ESP32S Lua .32 Hình 5.3 Driver TMC2208 V2.0 Makerbase .34 Hình 5.4 R_sense bên TMC2208 35 Hình 5.5 Sơ đồ nguyên lý tổng quan 36 Hình 5.6 Tụ hóa 35V 100uF .38 Hình 5.7 XL4005E1 39 Hình 5.8 Mạch PCB 40 Hình 6.1 Giao diện người dùng 58 Hình 6.2 Đối tượng gốc dung cho chế binding .63 Hình 6.3 Mơ chế binding 64 Hình 6.4 Kết nối bluetooth 65 Hình 7.1 Mạch điện thực tế (mặt trên) 78 Hình 7.2 Mạch điện thực tế (mặt dưới) .78 Hình 7.3 Sản phẩm thực tế 79 Hình 7.4 Sản phẩm thực tế (đã mount camera) 80 viii Sơ đồ 7.9 Biểu đồ thể giá trị vận tốc trượt giai đoạn đổi hướng Sơ đồ 7.10 Biểu đồ thể giá trị vận tốc trượt giai đoạn từ tăng tốc thành giảm tốc 70 Sơ đồ 7.11 Biểu đồ thể giá trị vận tốc xoay Sơ đồ 7.12 Biểu đồ thể giá trị vận tốc xoay giai đoạn đầu kịch 71 Sơ đồ 7.13 Biểu đồ thể giá trị vận tốc nghiêng Thuật toán điều khiển làm tốt chức ổn định vận tốc biến đổi vận tốc cách mềm mại dựa theo giá trị gia tốc xác lập tình trạng vọt lố xảy với điều khiển tốc độ thấp với lí điều khiển vị trí 7.2 Độ xác Tổng quan thiết bị hoạt động xác Nhóm thử chạy kịch 13 lần thiết bị lại toạ độ ban đầu cách xác cho trục động Sau thử nghiệm độ xác phương pháp thủ cơng để chắn khơng có sai lệch nghiêm trọng 7.2.1 Trục trượt Tiến hành đánh dấu vị trí cần điều khiển 20cm điều khiển thiết bị đến toạ độ định, ta kết sau: 72 Hình 7.1 Đánh dấu vị trí điều khiển mong muốn Hình 7.2 Thiết bị đạt vị trí mong muốn 7.2.2 Trục xoay 73 Hình 7.3 Thiết bị góc xoay 0° Hình 7.4 Thiết bị góc xoay 90° 7.2.3 Trục nghiêng 74 Hình 7.5 Thiết bị góc nghiêng 0° Hình 7.6 Thiết bị góc nghiêng 90° 7.3 Tính di động Nhờ ốc lệch tâm, sản phẩm dễ dàng tháo lắp thành phần: trượt cấu chuyển động kèm với nguồn Nhờ thiết kế sản phẩm dễ dàng di chuyển địa điểm quay phim Thậm chí địa điểm quay phim chuẩn bị trượt kèm dây đai gt2 phù hợp thứ di chuyển qua lại địa điểm cấu chuyển động nguồn 75 Hình 7.7 Sản phẩm sau tháo rời 7.4 Tiếng ồn Nhóm thử quay thước phim ngắn đề tài sử dụng máy ảnh Canon EOS M2 Tiếng ồn đo xấp xỉ -42.6dB trạng thái đứng yên (tiếng ồn từ mơi trường) -37.8dB chuyển động 76 Hình 7.8 Tiếng ồn động thể phần mềm WLM Meter Với độ ồn thiết bị tỏ tốt với giọng nói bình thường thu Canon EOS M2 độ to âm -8 dB, nghĩa tiếng ồn đến từ thiết bị không gây ảnh hưởng nhiều lên âm thước phim quay 7.5 Độ bền Vì phận Slider gia cơng phương pháp in 3d nên độ bền không cao Trong tương lai nhóm cố gắng triển khai phương án gia công kim loại để đem đến sản phẩm tốt Ngồi q trình sử dụng nhóm nhận thấy nhiệt lượng toả từ động mạch điều khiển lớn, cản trở cho độ bền sản phẩm 7.6 Tính thẩm mĩ Nhìn chung sản phẩm đạt u cầu tối thiểu thẩm mĩ, nhiên số khuyết điểm như, sản phẩm chưa dùng pin để hạn chế dây điện, sản phẩm chưa có thiết kế bắt mắt 77 Hình 7.9 Mạch điện thực tế (mặt trên) Hình 7.10 Mạch điện thực tế (mặt dưới) 78 Hình 7.11 Sản phẩm thực tế 79 Hình 7.12 Sản phẩm thực tế (đã mount camera) 80 7.7 Tính ứng dụng đề tài Nhóm có thực video quay sản phẩm sản phẩm nhóm (Nằm video báo cáo) Với giao diện đầy đủ minh hoạ dễ sử dụng, sản phẩm đạt yêu cầu để đem vào sử dụng thực tế Tuy nhiên cần phải cải thiện tính khác ngồi tính điều khiển theo kịch để trở thành sản phẩm thương mại Các tính có tương lai: - Tự động trục để giữ vật thể khung hình điều khiển thủ cơng Bổ sung thêm trục zoom để thực cảnh quay phức tạp - (dolly zoom) Dùng xử lý ảnh trí tuệ nhân tạo để nhận diện chủ thể bám theo chủ thể, giữ cho tỉ lệ chủ thể khung hình cố định 81 KẾT LUẬN Camera slider chưa phải sản phẩm phổ biến thị trường tiêu dùng nước ta phần lớn chi phí, sản phẩm liên quan đến cơng hỗ trợ quay dựng có giá thành cao, nhóm em tin tương lai sản phẩm mang chất lượng tốt đảm bảo giá thành giúp đề tài đồ án trở nên phổ biến Nhóm chúng em vận dụng lý thuyết, kiến thức phần học hệ thống khí từ mơn Lý 1, Ngun lý chi tiết máy, Hệ thống truyền động Servo, Lập trình Vi điều khiển… để áp dụng vào tính tốn tìm thông số để chọn linh kiện, động Tất nhiên nhiều hạn chế khâu giải chọn phương án tính tốn chun sâu nên nhóm hi vọng thầy hướng dẫn, sai sót để nhóm hồn thiện sản phẩm 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] ThS Võ Lâm Chương, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật, “Hệ thống truyền động Servo”, 2021 [2] Trần Hữu Quế, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, “Vẽ kỹ thuật khí (tái lần thứ 10)” [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, “Tính tốn hệ dẫn động khí – Tập 1”, NXB Giáo Dục TP.HCM [4] ThS Đặng Minh Phụng, “Thiết kế Kỹ thuật với Inventor Professional”, 2018 [5] Trần Quốc Hùng, “Giáo trình Dung sai kỹ thuật đo”, NXB Đại học Quốc Gia TP.HCM , 2012 Datasheet [1] Trinamic, “TMC2208/2 & TMC2224 family Datasheet”, 2019 [2] Mouser Electronics, “ESP32-WROOM-32, Version 2.4” Nguồn khác [1] Tutorialspoint, “Computer Graphics Curves” https://www.tutorialspoint.com/computer_graphics/computer_graphics_curves htm [3] Jason Kent, “Generate stepper-motor speed profiles in real time” https://www.embedded.com/generate-stepper-motor-speed-profiles-in-realtime/ [2] EasyEDA Document, Route Tracks, PCB/Layers and Objects Tool https://docs.easyeda.com/en 83 S K L 0