Đồ án thiết kế và chế tạo robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

LỜI GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây, pin năng lượng mặt trời đã trở nên phổ biến nhờ vào tính năng tiết kiệm chi phí và cung cấp nguồn năng lượng sạch Mỗi tấm pin có tuổi thọ 20-25 năm, tuy nhiên, nếu không được bảo dưỡng định kỳ, tuổi thọ và chất lượng điện năng của pin sẽ bị suy giảm đáng kể.

Bảo dưỡng pin năng lượng mặt trời không chỉ bao gồm việc kiểm tra hệ thống dây và cơ cấu lắp đặt, mà còn cần chú trọng đến việc vệ sinh bề mặt của pin, vì đây là nơi tiếp nhận ánh sáng để sản xuất điện Đối với hộ gia đình, chỉ cần một miếng giẻ lau để vệ sinh bề mặt pin, nhưng với các xí nghiệp có quy mô lắp đặt pin lớn, việc này trở nên khó khăn Một trong những giải pháp hiệu quả cho vấn đề này là sử dụng robot để tự động hóa quá trình vệ sinh.

Robot vệ sinh pin năng lượng mặt trời ra đời dựa trên nguyên lý hoạt động của Robot lau sàn, với chức năng làm sạch bề mặt của tấm pin Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại robot với hình dáng và kích thước đa dạng, đáp ứng nhu cầu vệ sinh hiệu quả cho hệ thống năng lượng mặt trời.

Nhóm quyết định chọn robot vệ sinh pin năng lượng mặt trời làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp nhằm học hỏi, tăng cường kiến thức và thử sức bản thân trong việc tự thiết kế một mô hình robot thực tế.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài này tập trung vào việc nâng cao hiệu suất và hiệu quả vệ sinh định kỳ tấm pin năng lượng mặt trời, giúp loại bỏ bụi bẩn và tạp chất, từ đó tăng cường khả năng thu nhận năng lượng và tỷ lệ chuyển đổi thành điện năng Việc vệ sinh thủ công có thể dẫn đến nguy cơ hỏng hóc cho hệ thống, trong khi người dùng thường gặp khó khăn khi tiếp cận và làm sạch tấm pin, có thể gây ra va chạm không cần thiết Robot vệ sinh được thiết kế để thực hiện công việc này tự động và cẩn thận, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc và bảo vệ tấm pin khỏi tổn thương Sử dụng robot không chỉ tiết kiệm thời gian và công sức mà còn cho phép người dùng tập trung vào các công việc khác Ngoài ra, robot còn mang lại tính linh hoạt và đa năng, có khả năng hoạt động trên nhiều bề mặt và kích thước khác nhau của tấm pin năng lượng mặt trời, được lập trình để di chuyển hiệu quả và tiếp cận các vị trí khó khăn.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

toàn diện Điều này giúp đáp ứng nhu cầu vệ sinh của các hệ thống tấm pin đa dạng và linh hoạt trên môi trường

1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu và phát triển công nghệ robot tự động hóa trong lĩnh vực năng lượng mặt trời đóng góp quan trọng vào việc thúc đẩy ứng dụng và tiến bộ công nghệ Sự phát triển này giúp giải quyết hiệu quả các vấn đề thực tế trong ngành năng lượng.

Nghiên cứu tối ưu hóa hiệu suất năng lượng thông qua việc tự động vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời là một giải pháp hiệu quả Việc duy trì tấm pin sạch sẽ không chỉ giúp tăng cường khả năng thu nhận năng lượng mà còn kéo dài tuổi thọ của hệ thống năng lượng mặt trời.

Nghiên cứu và phát triển các thuật toán và hệ thống điều khiển cho robot tự động di chuyển, nhận diện vết bẩn và làm sạch tấm pin là một đề tài quan trọng Đề tài này không chỉ nâng cao hiệu suất làm sạch mà còn khai thác các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, thị giác máy tính và điều khiển tự động, mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực tự động hóa.

Robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời giúp loại bỏ bụi bẩn và tạp chất, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động và kéo dài tuổi thọ của tấm pin Việc này không chỉ tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời mà còn giảm chi phí vận hành và bảo trì cho hệ thống năng lượng mặt trời.

Robot vệ sinh giúp tiết kiệm thời gian và công sức đáng kể trong việc làm sạch tấm pin Người dùng chỉ cần thiết lập lịch trình hoặc kích hoạt robot, thay vì thực hiện vệ sinh thủ công Điều này không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn giảm bớt gánh nặng công việc cho người sử dụng.

Sử dụng robot vệ sinh tấm pin không chỉ giảm tiếp xúc của con người với hóa chất và ô nhiễm, mà còn tích hợp công nghệ làm sạch an toàn cho môi trường Robot này có tiềm năng ứng dụng lớn trong các công trình điện mặt trời quy mô lớn, giúp tăng năng suất, giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả sản xuất năng lượng mặt trời.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Thiết kế một robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời hiệu quả, có khả năng di chuyển linh hoạt trên bề mặt tấm pin, phát hiện và loại bỏ các vết bẩn cùng tạp chất Robot cần đảm bảo an toàn cho tấm pin và tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng.

Cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của tấm pin năng lượng mặt trời bằng cách vệ sinh định kỳ là rất quan trọng Việc sử dụng robot để làm sạch sẽ đảm bảo quá trình này diễn ra toàn diện và hiệu quả, giúp loại bỏ bụi bẩn và các tạp chất, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của tấm pin.

Nghiên cứu tình hình điện mặt trời và robot vệ sinh pin mặt trời

Tính toán thiết kế, tính toán cơ cấu chuyển động và vệ sinh của robot

Chọn động cơ và tính toán thiết kế bộ điều khiển

Kiểm nghiệm và so sánh với những robot thực tế

Thiết kế giao diện người dùng thân thiện giúp người dùng dễ dàng tương tác và điều khiển robot vệ sinh Giao diện cần hiển thị thông tin về tình trạng làm sạch, lịch trình và các tùy chọn điều khiển Đánh giá hiệu quả và tính ứng dụng của robot vệ sinh tấm pin trong thực tế bao gồm độ chính xác trong làm sạch, tiết kiệm thời gian và công sức, tăng hiệu suất năng lượng, cũng như tính khả thi kinh tế khi sử dụng robot.

1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời sẽ được nghiên cứu và phát triển nhằm thiết kế và chế tạo một thiết bị tự động có khả năng làm sạch hiệu quả Mục tiêu của robot này là bảo vệ và duy trì hiệu suất của các tấm pin trong hệ thống năng lượng mặt trời, đảm bảo chúng luôn hoạt động ở mức tối ưu.

Tấm pin năng lượng mặt trời sẽ được nghiên cứu với các tính chất và yêu cầu về vệ sinh, bao gồm loại tấm pin, mức độ ô nhiễm và hiệu suất năng lượng Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu các phương pháp vệ sinh tấm pin để nâng cao hiệu suất hoạt động của chúng.

Nghiên cứu về thiết kế và chế tạo robot sẽ tập trung vào việc phát triển robot vệ sinh tấm pin, bao gồm phân tích yêu cầu, thiết kế khung gầm, cơ cấu di chuyển, hệ thống điều khiển và phần mềm cho robot.

Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc đánh giá hiệu quả và tính ứng dụng của robot vệ sinh tấm pin trong môi trường thực tế, bao gồm cả độ chính xác trong quá trình thực hiện nhiệm vụ.

4 làm sạch, tiết kiệm thời gian và công sức, hiệu suất năng lượng tăng và tính khả thi kinh tế của việc sử dụng robot.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sau khi nghiên cứu các robot vệ sinh trên thị trường và xem xét các yêu cầu thực tế cũng như mục tiêu ban đầu, quy trình thực hiện đề tài được trình bày một cách rõ ràng.

Nghiên cứu và lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu là bước quan trọng trong việc phát triển robot vệ sinh tấm pin mặt trời Việc xác định các khả năng làm sạch khác nhau giúp lựa chọn hệ thống truyền động phù hợp, từ đó nâng cao hiệu quả và hiệu suất của robot trong việc bảo trì tấm pin mặt trời.

Sử dụng phần mềm thiết kế và mô hình hóa để tính toán kích thước các bộ phận robot vệ sinh, đồng thời tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn về các phương án lựa chọn, sau đó tối ưu hóa mô hình nhằm đạt được mục tiêu ban đầu.

Thiết kế sơ đồ điện sơ bộ cho hệ thống robot vệ sinh là bước quan trọng để xác định các linh kiện và mạch điện cần thiết cho việc điều khiển robot Sơ đồ này sẽ giúp tối ưu hóa hoạt động của robot, đảm bảo hiệu suất làm sạch hiệu quả.

Chương trình điều khiển cơ bản cho robot vệ sinh sẽ giúp quản lý các chức năng và hoạt động của nó, cho phép robot di chuyển, quan sát và làm sạch tấm pin một cách hiệu quả.

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy các hướng phát triển trong tương lai có thể cải thiện hiệu suất và tính ứng dụng của robot vệ sinh tấm pin Việc tối ưu hóa công nghệ và cải tiến quy trình làm sạch sẽ nâng cao hiệu quả hoạt động của robot, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu sử dụng trong ngành năng lượng tái tạo.

1.6 KẾT CẤU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Báo cáo này gồm 6 chương:

Chương 1: Giới thiêu tổng quan đề tài

Chương 2: Tổng Quan đề tài

Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

Chương 4: Thiết kế và tính toán cơ khí

Chương 5: Thiết kế hệ thống điện, thuật toán và phương pháp hệ điều khiển

Chương 6: Mô hình thực tế và kết quả thực hiện,

Kết luận và hướng phát triển

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

GIỚI THIỆU

Nghiên cứu "Thiết kế và chế tạo robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời" nhằm phát triển một robot chuyên dụng để làm sạch tấm pin năng lượng mặt trời Đối tượng chính của nghiên cứu là robot và các vấn đề liên quan đến vệ sinh, bảo dưỡng tấm pin trong hệ thống năng lượng mặt trời.

Đề tài nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển giải pháp sử dụng robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời, nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động, tiết kiệm thời gian và công sức, đồng thời đảm bảo tính hiệu quả và bền vững cho hệ thống năng lượng mặt trời.

Bảo dưỡng và bảo vệ tấm pin năng lượng mặt trời là yếu tố then chốt để duy trì tuổi thọ và hiệu suất của hệ thống Tuy nhiên, việc vệ sinh và bảo trì tấm pin trên quy mô lớn gặp nhiều thách thức do tốn kém thời gian, công sức và nguồn lực.

Tự động hóa và điều khiển robot mang lại tiềm năng lớn trong việc vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời Robot có khả năng tự động di chuyển và thực hiện các phương pháp làm sạch, giúp nâng cao hiệu quả và giảm sự phụ thuộc vào lao động con người Nghiên cứu này nhằm đề xuất giải pháp sử dụng robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời để cải thiện hiệu suất, tiết kiệm thời gian và công sức, đồng thời đảm bảo hoạt động hiệu quả và bền vững cho hệ thống năng lượng mặt trời.

TIÊU CHÍ THIẾT KẾ CỦA ROBOT

Tính sáng tạo và sự tối ưu trong thiết kế mang lại giá trị cao, cải thiện đáng kể so với các phương pháp thủ công Điều này giúp tối ưu chi phí thiết kế, vượt trội hơn so với các robot hiện có trên thị trường.

• Tính tương thích: Phù hợp với các mô hình lắp đặt năng lượng mặt trời

• Hiệu suất và hiệu quả: Đảm bảo Robot hoạt động hiệu quả, đáp ứng được các nhu cầu thiết yếu của khách hàng và tiết kiệm thời gian

• Thân thiết với người dùng: Thao tác vận hành dễ dàng, dễ sử dụng

• Tính linh hoạt: Các chi tiết có thể tháo rời giúp quá trình vận chuyển dễ dàng.

CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH ĐƯỢC THỰC HIỆN

Bụi bẩn là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời Sau một thời gian sử dụng, bụi và tạp chất có thể tích tụ trên bề mặt, che phủ các tế bào năng lượng mặt trời và làm giảm khả năng hấp thụ ánh sáng Để duy trì hiệu suất tối ưu, việc vệ sinh định kỳ tấm pin là cần thiết.

Việc thu và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng phụ thuộc vào hiệu suất và tuổi thọ của tấm pin Do đó, nhu cầu vệ sinh định kỳ cho hệ thống pin năng lượng mặt trời là rất quan trọng.

Hình 2-1: Bụi bẩn trên tấm pin năng lượng mặt trời

Trên thị trường hiện nay, có nhiều phương pháp làm sạch tấm pin năng lượng mặt trời, bao gồm làm sạch bằng con người, máy móc và công nghệ tiên tiến như tự làm sạch hoặc lớp chống bụi tự nhiên Phương pháp lựa chọn thường phụ thuộc vào mức độ bụi bẩn và tạp chất trên bề mặt tấm pin, cũng như yêu cầu và sự thuận tiện của người sử dụng.

Tuy có rất nhiều phương pháp làm sạch tấm pin nhưng đều có 2 hướng làm sạch chính:

2.3.1 Làm sạch Khô a Khái quát

Phương án này nhằm loại bỏ bụi bẩn, mảng bám và các chất khô trên bề mặt tấm pin, phù hợp khi tấm pin không quá bẩn nặng và không có lớp bụi dày đặc.

- Cọ và chổi: Sử dụng cọ mềm hoặc chổi sạch để nhẹ nhàng cọ rửa bề mặt tấm pin và loại bỏ bụi bẩn

Để bảo trì tấm pin hiệu quả, hãy sử dụng cọ nhẹ hoặc cây quét mềm để quét sạch bụi bẩn Sau đó, dùng khăn sạch hoặc giấy khô để lau khô hoàn toàn bề mặt tấm pin, đảm bảo rằng nó luôn trong tình trạng tốt nhất.

Hình 2-2: Solar Panel Cleaning Robot – Shreem – Aegeus technologies [1] c Ưu điểm:

- Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện

- Không yêu cầu sử dụng nước hoặc chất tẩy rửa d Hạn chế:

- Không thích hợp để loại bỏ các tạp chất bám cứng đặc trên bề mặt

- Không giúp loại bỏ các vết bẩn do hóa chất hoặc chất ô nhiễm gây ra

2.3.2 Làm sạch bằng nước a Khái quát

Phương án làm sạch tấm pin bằng nước là giải pháp hiệu quả để loại bỏ tạp chất và bụi bẩn cứng đặc Phương pháp này rất thích hợp cho những tấm pin bị bẩn nặng hoặc khi có lớp bụi dày đặc.

- Xịt nước: Sử dụng máy phun nước nhẹ hoặc ống tưới nước để xịt nước sạch lên bề mặt tấm pin

- Lau chùi: Dùng bàn chải mềm hoặc bọt biển nhẹ nhàng chà rửa bề mặt tấm pin với nước sạch

Để bảo trì tấm pin hiệu quả, hãy rửa sạch bề mặt bằng nước sạch và sau đó lau khô hoàn toàn bằng khăn sạch hoặc giấy khô.

Hình 2-3: làm sạch pin mặt trời bằng nước và chất tẩy rửa c Ưu điểm:

- Loại bỏ được các tạp chất cứng đặc và bụi bẩn nặng trên bề mặt d Hạn chế:

- Yêu cầu sử dụng nước và có thể cần sử dụng chất tẩy rửa nhẹ nếu cần thiết

- Cần kiểm soát áp suất và lực chà rửa để tránh gây hỏng tấm pin.

TIÊU CHÍ XÁC ĐỊNH ĐỘ SẠCH CỦA TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 8

Kiểm tra hiệu suất năng lượng của tấm pin là cần thiết để đánh giá hiệu quả của quá trình vệ sinh Nếu hiệu suất năng lượng tăng lên sau khi vệ sinh, điều này cho thấy tấm pin đã được làm sạch một cách hiệu quả.

Khả năng thu thập ánh sáng của tấm pin có thể được kiểm tra bằng thiết bị đo ánh sáng trước và sau khi vệ sinh Nếu thấy sự cải thiện trong khả năng thu thập ánh sáng, điều này chứng tỏ độ sạch của tấm pin đã được đảm bảo.

Để kiểm tra mức độ mờ và bẩn trên bề mặt tấm pin, bạn nên sử dụng máy ảnh hoặc các thiết bị quang học Việc so sánh hình ảnh trước và sau khi vệ sinh sẽ giúp xác định sự cải thiện rõ rệt.

Phân tích hình ảnh là phương pháp hiệu quả để so sánh sự thay đổi về màu sắc, tình trạng bề mặt và các hạt bẩn trước và sau khi vệ sinh Sự khác biệt rõ ràng trong hình ảnh cho phép đánh giá độ sạch của tấm pin một cách chính xác.

MỘT SỐ LOẠI ROBOT CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG

Đo lường độ sạch của bề mặt tấm pin tương tự như kiểm tra bề mặt gương, bằng cách áp dụng các phương pháp đo lường phản xạ ánh sáng Việc đo lường sự phản xạ và lượng ánh sáng phản chiếu giúp xác định độ mờ và mức độ bẩn trên bề mặt tấm pin.

Kiểm tra bề mặt tấm pin bằng mắt thường để phát hiện dấu hiệu bẩn, vết nứt hoặc các tác động khác Nếu sau khi vệ sinh, bề mặt tấm pin trở nên sáng hơn và không còn vết bẩn lớn, có thể khẳng định rằng tấm pin đã được làm sạch.

2.5 MỘT SỐ LOẠI ROBOT CÓ TRÊN THỊ TRƯỜNG

2.5.1 Robot của công ty Gpsolar

- Sử dụng pin lithium, nặng 4 kg

- Làm việc liên tục trong 8h

Hình 2-4: Robot của công ty Gpsolar [2]

- Robot sử dụng pin li-ion 20Ah

- Có hệ thống điều khiển chống nước

- Áp Phạm vi điều khiển lên tới 500m

- Chiều rộng bàn chải 1390 mm

- Công suất làm sạch lên đến 1500 m 2 /h

- Hệ thống điều khiển chống nước

- Góc nghiêng bề mặt tối đa 20°

- Sử dụng pin lithium 24V, 20Ah

- Phạm vi điều khiển từ xa 200m

- Lượng nước tiêu thụ 0,3L/1m 2 pin

- Độ dốc làm việc được theo phương nghiêng từ 25°

- Góc nghiêng tối đa của bề mặt làm việc 25°

- Chiều dài chổi là 1200mm

- Có thể di chuyển qua các khoảng cách tấm pin là 50cm

- Áp lực nước: 2 – 8 bar lượng nước tiêu hao 0.2 – 0.8 (l/m 2 )

- Góc nghiêng tối đa của bề mặt làm việc 25 độ

- Có hệ thống điều khiển chống nước IP65

Hình 2-9: Robot SolarCleanBot-CT.R1 [7] Để lựa chọn thiết kế tốt nhất cần đưa ra các tiêu chí sau:

Mức độ linh hoạt trong thiết kế cho phép sử dụng trên nhiều cấu hình bảng khác nhau, bao gồm độ nghiêng, kích thước và khoảng cách giữa các tấm Thiết bị có khả năng vận chuyển dễ dàng và tương thích với nhiều loại mái nhà, từ nhà ở đến doanh nghiệp Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt hàng loạt các dãy pin, cũng như tấm pin trên biển và trong môi trường sa mạc.

Kích thước: Thiết bị cần lớn hay nhỏ, phù hợp với quy mô và hiệu suất

Khu vực vệ sinh là nơi mà thiết bị có khả năng làm sạch tương ứng với kích thước riêng của nó Mỗi tiêu chí vệ sinh đều có các thiết kế đa dạng để đáp ứng nhu cầu sử dụng khác nhau.

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

ĐÁNH GIÁ CƠ CẤU DI CHUYỂN VÀ CƠ CẤU VỆ SINH

3.1.1 Đường ray ngang chổi lau dọc Đường ray ngang chổi lau dọc là một cơ cấu di chuyển sử dụng trong robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời Nó bao gồm một đường ray ngang được gắn trên cấu trúc của robot và chổi lau dọc được gắn vào đường ray.

Cơ cấu robot di chuyển trên đường ray ngang, sử dụng chổi lau dọc để làm sạch tấm pin Đường ray này, thường được chế tạo từ nhôm hoặc thép không gỉ, đảm bảo độ bền và ổn định trong quá trình hoạt động Được gắn chắc chắn vào cấu trúc robot, nó cung cấp hướng dẫn cho chổi lau di chuyển theo chiều ngang hiệu quả.

Khi robot hoạt động, chổi lau dọc di chuyển trên đường ray ngang, tiếp xúc với bề mặt tấm pin để loại bỏ bụi bẩn và chất cặn Chổi lau được trang bị sợi mềm hoặc tấm nhựa mềm, giúp làm sạch hiệu quả các tạp chất trên bề mặt tấm pin.

Đường ray ngang chổi lau dọc giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong việc làm sạch tấm pin năng lượng mặt trời Thiết kế này cho phép robot tiếp cận và vệ sinh toàn bộ bề mặt tấm pin một cách đáng tin cậy và linh hoạt theo chiều ngang.

Hình 3-1: Hướng di chuyển ngang bàn chải dọc của Robot Ưu điểm:

- Linh hoạt và đa năng khả năng điều chỉnh được độ cao và vị trí của chổi lau phù hợp với kích thước của tấm pin

- Khả năng thiết kế phức tạp

- Khả năng di chuyển hạn chế

- Khả năng tiếp xúc cảu chổi lau dọc trên bề mặt tấm pin không đồng đều

3.1.2 Đường ray ngang chổi lau ngang Đường ray ngang chổi lau ngang là một cơ cấu di chuyển được sử dụng trong robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời Nó bao gồm một đường ray ngang được gắn trên cấu trúc của robot và chổi lau ngang được gắn vào đường ray Cơ cấu này cho phép robot di chuyển qua bề mặt tấm pin theo hướng ngang để làm sạch Đường ray ngang thường được thiết kế từ vật liệu như nhôm hoặc thép không gỉ, đảm bảo độ bền và ổn định trong quá trình hoạt động

Nó được gắn chắc chắn trên cấu trúc của robot và cung cấp hướng dẫn cho chổi lau ngang di chuyển.

Chổi lau ngang được trang bị sợi mềm hoặc tấm nhựa mềm, giúp robot di chuyển theo đường ray ngang để làm sạch bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời Với thiết kế này, chổi lau ngang đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong quá trình loại bỏ bụi bẩn và chất cặn, cho phép robot làm sạch toàn bộ bề mặt tấm pin một cách linh hoạt và đáng tin cậy.

Hình 3-2: Hướng di chuyển ngang bàn chải dọc ngang Ưu điểm:

- Xoá bỏ bụi một cách hiệu quả

- Thiết kế với cơ cấu di chuyển và cấu trúc đường ray ngang tạo ra một thiết kế phức tạp hơn so với các phương pháp đơn giản hơn

- Hạn chế trong không gian

- Độ tin cậy và bảo trì

3.1.3 Đường Ray ngang chổi tròn Đường ray ngang chổi lau dọc trong robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời là một cơ cấu di chuyển quan trọng Nó gồm một đường ray ngang chắc chắn được gắn trên cấu trúc của robot và chổi lau dọc được gắn vào đường ray.

Cơ cấu này giúp robot di chuyển trên đường ray ngang, sử dụng chổi lau dọc để làm sạch bề mặt tấm pin Đường ray ngang được chế tạo từ vật liệu chất lượng cao như nhôm hoặc thép không gỉ, đảm bảo độ bền và ổn định trong suốt quá trình hoạt động.

Nó được gắn chắc chắn trên cấu trúc của robot và cung cấp hướng dẫn cho chổi lau dọc di chuyển dọc theo chiều ngang

Hình 3-3: Đường ray ngang chổi lau tròn Ưu điểm:

- Tiết kiệm thời gian và công sức,

- Độ chính xác và đồng nhất

- Có thể được lập trình để tự động hoạt động và thực hiện quá trình làm sạch theo lịch trình được đặt trước

- Đòi hỏi không gian và cơ cấu phức tạp

- khả năng tiếp cận vùng hẹp

- Giới hạn về hình dạng tấm pin

3.1.4 Dây cáp treo các góc

Phương pháp di chuyển bằng dây cáp treo cho phép robot di chuyển linh hoạt qua các góc và mặt phẳng của tấm pin Các dây cáp treo được gắn chắc chắn vào robot và kết nối với các điểm cố định trên cấu trúc tấm pin Khi hoạt động, robot sử dụng dây cáp treo để tiếp cận và làm sạch những khu vực khó tiếp cận trên bề mặt tấm pin, nâng cao hiệu quả làm sạch.

Hình 3-4: Dây cáp treo góc Ưu điểm:

- Dễ tiếp cận các khu vực khó tiếp cận,

- Linh hoạt và có thể điểu chỉnh được độ dài và độ cao để phù hợp với kích thước tấm pin

- Có khả năng tự động hóa và lập trình di chuyển sẵn

- Đòi hỏi cấu trúc phức tạp

- Khả năng bị giới hạn bởi không gian và môi trường

3.1.5 Đường ray ngang chổi treo Đường ray ngang chổi treo là một hệ thống cơ cấu di chuyển trong robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời Nó bao gồm một đường ray ngang được gắn chắc chắn trên cấu trúc của robot và chổi treo dọc từ đường ray Cơ cấu treo có thể bao gồm một hệ thống bánh xe hoặc trục để đảm bảo sự di chuyển trơn tru và ổn định của chổi treo dọc trên đường ray.

Nguyên lý hoạt động của đường ray ngang chổi treo là sử dụng hệ thống đường ray kết hợp với cơ cấu treo, cho phép chổi treo di chuyển dọc theo bề mặt tấm pin để thực hiện quá trình làm sạch hiệu quả.

Hình 3-5: Robot 2 dây treo song song Ưu điểm:

- Độ chính xác cao phép chổi treo di chuyển một cách chính xác và ổn định trên đường ray

Điều khiển linh hoạt cho phép điều chỉnh tốc độ và hướng di chuyển của chổi treo dọc trên đường ray ngang, phù hợp với yêu cầu và điều kiện làm việc cụ thể.

- Có thể tiếp cận toàn bộ bề mặt tấm pin

- Thiết kế phức tạp hơn so với các phương pháp làm sạch khác

- Cần bảo trì và kiểm tra định kỳ để đảm bảo sự hoạt động ổn định

- Khả năng di chuyển hạn chế trong không gian

3.1.6 Di chuyển bằng chân chổi lau ngang

Di chuyển bằng chân chổi lau ngang là một phương pháp hiệu quả trong robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời Phương pháp này hoạt động dựa trên cơ cấu chổi, cho phép robot di chuyển linh hoạt, làm sạch bề mặt và điều khiển chân chổi lau ngang một cách hiệu quả để thực hiện quá trình vệ sinh.

Hình 3-6: Di chuyển bằng chân chổi lau ngang Ưu điểm

- Có khả năng linh hoạt trong việc thích ứng với kích thước và hình dạng của các tấm pin khác nhau

- Được lập trình để tự động thực hiện quá trình làm sạch

- Có thể gây hư hỏng cho tấm pin nếu không được điều khiển chính xác

- Hạn chế trong việc làm sạch vết bẩn khó tan

3.1.7 Di chuyển bánh xe chổi quét đặt trước/sau hoăc cả trước và sau

Phương pháp này sử dụng bánh xe để di chuyển robot trên bề mặt tấm pin, trong khi chổi quét được đặt ở vị trí trước, sau hoặc cả hai để làm sạch bề mặt trong quá trình di chuyển Khi robot hoạt động, bánh xe được kích hoạt, giúp robot di chuyển ổn định và hiệu quả trên tấm pin Chổi quét tiếp xúc với bề mặt, loại bỏ bụi bẩn và cặn bám trên tấm pin.

Hình 3-7: Di chuyển bằng bánh xe 3.1.8 Di chuyển bằng hai cơ cấu bánh đai

Phương pháp di chuyển của robot sử dụng hai bánh đai gắn vào, cho phép robot di chuyển ổn định và linh hoạt trên bề mặt tấm pin Hai cơ cấu bánh đai hoạt động đồng bộ, khi một bánh quay sẽ kéo robot theo hướng tương ứng Đặc điểm nổi bật của bánh đai là khả năng truyền động trơn tru và tạo lực kéo mạnh, đồng thời không gây tổn hại hay trầy xước bề mặt tấm pin trong quá trình di chuyển.

Hình 3-8: Di chuyển bằng hai bánh đai

3.1.9 Di chuyển bằng 4 cơ cấu bánh đai

PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CĂNG ĐAI

3.2.1 Các phương án căng đai

Để đạt hiệu quả ma sát tối ưu, khoảng không giữa hai bánh răng điều khiển cần đảm bảo tiếp xúc đều với mặt đất Có thể thực hiện điều này thông qua một số phương pháp khác nhau.

Bánh dẫn hướng là một thành phần quan trọng trong hệ thống truyền động, được gắn cố định trên trục và chạy trong rãnh dọc theo chiều dài của đai Với thiết kế nhỏ hơn bánh đai và có rãnh để khớp với đai, bánh dẫn hướng ngăn chặn tình trạng trượt của đai, đồng thời định hướng đai răng và tạo áp lực cần thiết để duy trì sự tiếp xúc ổn định giữa bánh đai và bánh răng Việc sử dụng bánh dẫn hướng không chỉ giảm tải trọng lên các bánh răng và đai mà còn kéo dài tuổi thọ và nâng cao hiệu suất của toàn bộ hệ thống.

Căng đai sử dụng cần lắc cân bằng giúp tạo ra sự căng đai đồng đều giữa bánh đai điều khiển và bánh quay theo Các bánh lăn được lắp đặt thành cặp trên cần lắc, cho phép xích biến đổi không đáng kể khi di chuyển qua địa hình gồ ghề Điều này giảm thiểu chuyển động theo phương thẳng đứng của khung, mang lại hiệu suất ổn định hơn cho hệ thống.

Căn đai sử dụng cần lắc và lò xo là một phương án phức tạp nhưng hiệu quả trong việc giảm chấn động và va chạm, từ đó tăng cường độ êm ái của chuyển động Tuy nhiên, việc này cũng làm tăng áp lực lên bề mặt đai răng, có thể dẫn đến tình trạng mòn đai nhanh chóng Các loại lò xo được sử dụng trong hệ thống này bao gồm lò xo xoắn và lò xo lá cân bằng.

Hình 3-12: Căng đai dùng lò xo

Do bề mặt tấm pin năng lượng mặt trời chủ yếu là phẳng và không có nhiều địa hình phức tạp, việc lựa chọn phương án bánh dẫn hướng trở thành giải pháp tối ưu và thực tế cho hệ thống.

Thiết kế và chế tạo bánh dẫn hướng mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc định hướng và kéo dài tuổi thọ cho hệ thống bánh So với hai phương án khác, bánh dẫn hướng dễ dàng và tiết kiệm hơn do không yêu cầu các cơ chế phức tạp như cần lắc cân bằng hay lò xo.

PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BÁNH ĐAI

Bánh đai trong robot mang lại độ chính xác cao trong việc di chuyển Với khả năng điều khiển dễ dàng và chính xác, bánh đai giúp robot đến các vị trí cụ thể và thực hiện các nhiệm vụ yêu cầu sự chính xác tối ưu.

- Khả năng bám: dựa vào các phương án căng đai chính xác, bánh đai cung cấp khả năng ma sát cho hệ thống

Bánh đai có khả năng di chuyển nhanh và linh hoạt, giúp robot hoạt động với tốc độ cao và thực hiện các tác vụ trong thời gian ngắn.

- Khả năng truyền tải: Bánh đai có khả năng truyền tải cực lớn, cho phép robot vận hành và thực hiện các yêu cầu về lực lớn

Bánh đai có độ bền và tuổi thọ cao, tăng cường độ tin cậy cho robot Chúng rất bền vững và ít bị hư hỏng trong quá trình vận hành, giúp giảm tần suất bảo trì và thay thế Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí duy trì mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của robot.

Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho robot, việc duy trì độ căng đai đúng là rất quan trọng Độ căng không chính xác có thể dẫn đến lỗi và ảnh hưởng xấu đến độ chính xác cũng như hiệu suất hoạt động Tuy nhiên, việc kiểm soát và duy trì độ căng này có thể gặp khó khăn, đòi hỏi sự chú ý và kiểm tra định kỳ.

Trong quá trình hoạt động, bánh đai phát ra tiếng ồn, làm cho môi trường làm việc trở nên ồn ào và giảm đi sự thoải mái cho người lao động.

Bánh đai có giới hạn chiều dài tối đa hoạt động, điều này có thể hạn chế phạm vi di chuyển của robot trong các ứng dụng cần quãng đường di chuyển lớn.

3.4 PHÂN TÍCH CHỌN DÂY ĐAI

Trong công nghiệp có rất nhiều loại đai được sử dụng nhầm đáp ứng nhu cầu của công việc, một số loại đai phổ biến là:

Đai thang, hay còn gọi là V-belt, là loại đai có hình dạng chữ V, hoạt động dựa trên nguyên lý truyền tải lực qua ma sát giữa bề mặt bên trong của đai và bề mặt ngoài của bánh răng Với độ linh hoạt cao, chi phí thấp và khả năng chịu tải lớn, đai thang là giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

Đai răng là loại đai có răng cưa chạy dọc bên trong, tương thích với răng cưa của bánh răng Loại đai này giảm thiểu hiện tượng trượt khi truyền động, đồng thời không yêu cầu lực căng quá lớn để tạo ra ma sát giữa bánh đai và đai.

• Đai dẹt: Dùng cho truyền động có kết cấu chặt chẽ, đường truyền nhanh Ma sát nhỏ truyền

24 động dễ xảy ra hiện tượng trượt, ngay cả khi robot xoay có thể làm việc ở tốc độ cao

Đai răng là lựa chọn tối ưu cho hiệu quả làm việc, nhờ vào thiết kế răng cưa bên trong giúp tương thích hoàn hảo với bánh răng Sự kết hợp này đảm bảo hoạt động đồng bộ chính xác và khả năng truyền tải lực mạnh mẽ mà không cần phải căng đai quá mức, giảm thiểu ma sát giữa bánh đai và đai.

3.5 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHO BÁNH XE

3.5.1 Truyền động thông qua bộ truyền ngoài

Truyền động không thông qua bộ truyền ngoài là khái niệm quan trọng trong robot và tự động hóa, cho phép truyền động và điều khiển chuyển động mà không cần sử dụng hộp số hay cơ cấu truyền động bên ngoài Phương pháp này thường áp dụng các công nghệ tiên tiến để thực hiện truyền động trực tiếp, mang lại nhiều ưu điểm như tính linh hoạt, hiệu suất cao, độ tin cậy và an toàn lớn, cùng với khả năng điều khiển linh hoạt.

Nhược điểm: Phụ thuộc vào công nghệ không giây, giới hạn về công suất, phức tạp về lập trình và điều khiển

Truyền động bằng đai là phương pháp sử dụng đai cao su hoặc đai curoa để chuyển động và lực từ động cơ đến các bộ phận khác trong hệ thống Phương pháp này thường được áp dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp nhờ vào tính hiệu quả và độ tin cậy cao.

Gồm 3 bộ phận chính: Bánh dẫn, bánh bị dẫn , dây đai

Đai có khả năng tự động điều chỉnh với tính linh hoạt và khả năng căng, giúp truyền động tự động thích ứng hiệu quả khi có sự thay đổi về tải hoặc vị trí.

Đai cao su hoặc đai curoa hiệu quả trong việc giảm tiếng ồn trong quá trình truyền động, vượt trội hơn so với các hệ thống truyền động khác như bánh răng và thanh răng.

- Truyền động mượt mà: Truyền động bằng đai cung cấp truyền động mượt mà và không gây va đập hoặc rung động trong quá trình hoạt động

Đai truyền động có khả năng giảm thiểu phản hồi ngược từ hệ thống, giúp hạn chế những tác động không mong muốn đến các thành phần khác trong hệ thống truyền động.

- Mất mát năng lượng: Truyền động bằng đai có thể gây mất mát năng lượng do đai có thể co và dãn trong quá trình truyền động

- Giới hạn về tải và tốc độ: Đai có giới hạn về tải và tốc độ so với các hệ thống truyền động khác như truyền động bằng trục

- Độ chính xác: Truyền động bằng đai có thể có độ chính xác thấp hơn so với các hệ thống truyền động khác như truyền động bằng vít

Hình 3-16: Truyền động đai 3.5.3 Truyền động xích

Truyền động bằng xích là một phương thức chuyển động cơ năng từ vị trí này sang vị trí khác, thường được ứng dụng để truyền lực đến bánh xe trong các phương tiện như xe đạp và xe máy Phương pháp này cũng xuất hiện phổ biến trong nhiều loại máy móc, với xích con lăn là một trong những dạng thường gặp.

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHO BÁNH XE

động dễ xảy ra hiện tượng trượt, ngay cả khi robot xoay có thể làm việc ở tốc độ cao

Đai răng là lựa chọn tối ưu cho hiệu quả làm việc nhờ vào thiết kế với các răng cưa chạy dọc bên trong, tương thích hoàn hảo với răng cưa trên bánh răng Sự đồng bộ này không chỉ đảm bảo hoạt động chính xác mà còn giúp truyền tải lực mạnh mẽ mà không cần phải căng đai quá mức, giảm thiểu ma sát giữa bánh đai và đai.

3.5 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHO BÁNH XE

3.5.1 Truyền động thông qua bộ truyền ngoài

Truyền động không thông qua bộ truyền ngoài là một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực robot và tự động hóa, cho phép truyền động và điều khiển chuyển động mà không cần sử dụng các bộ truyền động bên ngoài như hộp số Công nghệ này dựa vào các phương pháp tiên tiến để thực hiện việc truyền động và điều khiển trực tiếp, mang lại nhiều ưu điểm như tính linh hoạt, hiệu suất cao, độ tin cậy và an toàn lớn, cùng với khả năng điều khiển linh hoạt.

Nhược điểm: Phụ thuộc vào công nghệ không giây, giới hạn về công suất, phức tạp về lập trình và điều khiển

Truyền động bằng đai là phương pháp sử dụng đai cao su hoặc đai curoa để truyền chuyển động và lực từ động cơ đến các bộ phận khác trong hệ thống Phương pháp này giúp cải thiện hiệu suất hoạt động và giảm thiểu ma sát trong quá trình truyền động.

Gồm 3 bộ phận chính: Bánh dẫn, bánh bị dẫn , dây đai

Đai có tính linh hoạt và khả năng căng được, cho phép tự động điều chỉnh truyền động khi có sự thay đổi về tải hoặc vị trí.

Đai cao su hoặc đai curoa có khả năng giảm tiếng ồn hiệu quả trong quá trình truyền động, vượt trội hơn so với các hệ thống truyền động khác như bánh răng và thanh răng.

- Truyền động mượt mà: Truyền động bằng đai cung cấp truyền động mượt mà và không gây va đập hoặc rung động trong quá trình hoạt động

Đai truyền động không gây phản hồi ngược, giúp giảm thiểu tác động không mong muốn đến các thành phần khác trong hệ thống Việc này cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống truyền động, đồng thời nâng cao độ bền và ổn định cho các thiết bị liên quan.

- Mất mát năng lượng: Truyền động bằng đai có thể gây mất mát năng lượng do đai có thể co và dãn trong quá trình truyền động

- Giới hạn về tải và tốc độ: Đai có giới hạn về tải và tốc độ so với các hệ thống truyền động khác như truyền động bằng trục

- Độ chính xác: Truyền động bằng đai có thể có độ chính xác thấp hơn so với các hệ thống truyền động khác như truyền động bằng vít

Hình 3-16: Truyền động đai 3.5.3 Truyền động xích

Truyền động bằng xích là phương thức chuyển động cơ năng giữa các vị trí khác nhau, thường được áp dụng để truyền lực đến bánh xe trong xe đạp và xe máy Phương pháp này cũng được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy móc, đặc biệt là với xích con lăn.

Xích truyền động, hay còn gọi là xích truyền động, là hệ thống di chuyển trên bánh răng xích, nơi các răng của bánh răng tương tác với các lỗ trên mắt xích để truyền lực Hệ thống này mang lại nhiều ưu điểm nổi bật.

- Trong bộ truyền động xích, dung sai giữa các khoảng cách tâm trục được giới hạn chính xác

- Cài đặt ổ đĩa xích khá dễ dàng

- Dễ dàng hơn nhiều so với khả năng thiết kế lại và cấu hình các ổ đĩa xích cho những người khác

- Hiệu suất truyền động xích hiệu quả và tốt hơn các truyền động khác Điều kiện tải sốc

Bộ truyền động xích là giải pháp hiệu quả cho việc truyền tải vận hành với tốc độ ổn định nhờ vào nhiều răng So với các loại ổ đĩa khác, nó mang lại nhiều lợi ích vượt trội.

- Tải trọng vòng bi giảm đáng kể vì các bộ truyền động xích này không bắt buộc Lực căng ở mặt chùng, nằm trong bộ truyền động đai

- Chi phí sản xuất và bảo trì của bộ truyền động xích thấp hơn nhiều so với các hệ thống truyền động khác

- Với bộ truyền động xích, chúng ta có thể đạt được hiệu suất truyền lực tối đa có thể lên đến 98%

Truyền động xích là một thiết bị phổ biến trong việc truyền tải điện, đặc biệt khi các trục cần được đặt cách nhau một khoảng lớn hơn so với hệ thống truyền động bằng bánh răng.

- Làm giàn và di chuyển vật liệu nặng

- Hoạt động của xe nâng thủy lực

Bộ truyền động xích là thiết bị quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm giao thông vận tải, máy móc nông nghiệp, thiết bị xử lý vật liệu và xây dựng công trình.

- Tăng hoặc giảm tốc độ đầu ra của trình điều khiển bằng cách thay đổi tỷ số truyền giữa trình điều khiển và đĩa truyền động

Hình 3-17: Bộ truyền xích 3.5.4 Truyền động bánh răng

Cơ chế truyền động bánh răng truyền chuyển động và tải trọng thông qua sự ăn khớp của các răng, cho phép chuyển động quay từ trục này sang trục khác, bất kể trục song song, cắt nhau hay chéo nhau Nó cũng có khả năng biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại nhờ vào sự ăn khớp hiệu quả của các răng trên bánh răng.

Phân loại truyền động bánh răng:

• Theo vị trí tương đối giữa các trục phân ra:

- Truyền động giữa các trục song song: Truyền động bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng và chữ V.

- Truyền động giữa các trục cắt nhau: Truyền động bánh răng côn răng thẳng, răng nghiêng và cung tròn

- Truyền động giữa các trục chéo nhau (truyền động hypeboloit): Truyền động bánh răng trục chéo, truyền động bánh răng côn chéo (truyền động hypoit) .

- Theo tính chất di động của các các đường tâm bánh răng phân ra:

- Truyền động bánh răng thường :đường tâm các bánh răng cố định.

- Truyền động bánh răng hành tinh : có ít nhất một đường tâm của bánh răng di động.

• Theo phương của răng so với đường sinh phân ra:

- Truyền động bánh răng thẳng.

- Truyền động bánh răng nghiêng, răng cong (truyền động bánh răng côn răng cong).

• Theo vị trí tâm bánh răng so với tâm ăn khớp phân ra:

- Truyền động bánh răng ăn khớp ngoài: tâm các bánh răng ở hai phía so với tâm ăn

- Truyền động bánh răng ăn khớp trong

• Theo dạng profin răng phân ra:

- Truyền động bánh răng thân khai.

- Truyền động bánh răng xycloit.

- Truyền động bánh răng novikov (cung tròn).

- Theo điều kiện làm việc của bộ truyền phân ra:

- Truyền động bánh răng chịu lực: dùng để truyền công suất, kích thước xác định theo độ bền.

- Truyền động bánh răng không chịu lực: chỉ thực hiện các chức năng về động học, kích thước không cần xác định theo độ bền. Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn.

- Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy.

- Hiệu suất cao có thể đạt 0,97-0,99.

- Tỉ số truyền không đổi.

- Chế tạo phức tạp, độ chính xác cao.

- Gây ồn khi vận tốc lớn.

Hình 3-18: Truyền động bánh răng

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

SƠ ĐỒ KHỐI

Hình 4-2: Danh sách các sơ đồ khối

4.2 CẤU TẠO CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG

Hình 4-3: Bảng vẽ tháo rời

7 Khối truyền động chổi lau

9 Khối bánh đai robot (Dây đai, Bánh xe, )

4.3 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA ROBOT

Nguyên liệu: Thép hộp vuông 20x20x1.2 mm

4.3.2 Truyền động bánh xe a) Các chi tiết chính a.1) Bánh xe: Được chế tạo từ nhựa kỹ thuật MC Nylon, bánh răng vừa khớp với đai 8M Bánh chủ động có 152mm, lỗ trục là 12mm hai mặt có gắn thêm viền chống trượt khi di chuyển Bánh phụ trợ có 82mm, được gắn vòng bi trục 12mm

Khung bánh xe được chế tạo từ thép 3mm, với phần động lực chính được hàn chắc chắn vào khung Phần động lực phụ được thiết kế có rảnh, giúp điều chỉnh độ căng của đai truyền một cách dễ dàng.

Hình 4-8: Khung bánh xe a.3) Gối đỡ vòng bi ngang trục 12mm (KFL001):

+ Nhằm chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn giữa trục và khung bánh xe

Hình 4-9: Gối đỡ vòng bi ngang a.4) Dây Curoa đai thang:

+ Được sử dụng truyền động giữa các bánh xe có thông số kỹ thuật là S8M - 1400

Dây Curoa đai thang S8M – 1400 được kết nối với phần động lực chính, bao gồm động cơ 775 và hộp giảm tốc Trục động cơ 12mm được gắn trực tiếp với bánh chủ động, đồng thời được kết nối vào khung bánh xe, giúp giảm thiểu ma sát nhờ vào gối đỡ vòng bi.

Hình 4-11: Cấu tạo phần động lực chính b.2) Phần động lực phụ:

+ Gồm trục gắn vào bánh chủ động kết nối với khung bánh xe bằng gối đỡ vòng bi ngang

Hình 4-12: Phần động lực phụ b.3) Các bánh phụ được gắn vào khung

Hình 4-13: Truyền động bánh xe 4.3.3 Vị trí đặt hộp điện và pin

Hộp điện và hộp pin được đặt trên một tấm nhựa, vào giữa khung robot Và được cố định bằng ốc vít

Hình 4-14: Vị trí đặt hộp điện và pin

4.3.4 Lựa chọn cấu tạo rulo(chổi) a) Khung chổi

Cấu tạo gồm 2 tấm thép hình chữ L 2mm được hàn vào khung thép vuông 20mm dài 1000mm

Hình 4-15: Khung chổi b) Chổi con lăn

Chất liệu: Dây cước 0.5mm gắn cố định vào phần nhựa, lõi nhựa 63 cốt inox 12, vòng ngoài 160mm, dài 1000mm

Cấu tạo của chổi con lăn

Bánh xe của chổi con lăn cước công nghiệp được thiết kế bền bỉ và có khả năng chịu tải cao, thường được chế tạo từ các vật liệu chịu mài mòn, như thép, gang, nhựa bền hoặc cao su chịu lực, giúp tăng cường độ bền và khả năng chống trượt.

Bánh xe được lắp đặt trên một trục vững chắc, thường được chế tạo từ thép hoặc hợp kim, nhằm truyền động lực từ động cơ hoặc nguồn năng lượng đến bánh xe.

Chổi con lăn cước công nghiệp thường được trang bị vòng bi chất lượng cao, giúp giảm ma sát và đảm bảo sự xoay mượt Các vòng bi này có thể được chế tạo từ thép hoặc các vật liệu khác, mang lại hiệu suất tối ưu cho thiết bị.

38 chịu nhiệt, chịu mài mòn, chịu lực khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng

Khung chổi con lăn công nghiệp được chế tạo chắc chắn và bền bỉ, giúp chịu được tải trọng lớn và hoạt động hiệu quả trong những môi trường làm việc khắc nghiệt Chất liệu khung có thể là thép, hợp kim hoặc các vật liệu chịu lực khác, đảm bảo độ bền và ổn định trong quá trình sử dụng.

Hệ thống treo và giảm sốc là yếu tố quan trọng trong một số ứng dụng đặc biệt của chổi con lăn cước công nghiệp, giúp giảm sốc và đảm bảo sự ổn định trong quá trình di chuyển.

Hình 4-16: Chổi c) Gắn chổi vào khung

Chổi được gắn vào khung chổi thông qua gối đỡ vòng bi ngang trục 12mm

Hình 4-17: Khung Rulo d) Bộ truyền động

Puly 5M 40 răng được gắn vào Động cơ 775 + hộp giảm tốc Puly 5M 20 răng được gắn vào trục chổi Động cơ truyền động đến chổi thông qua dây đai Kuroa S5M – 510

Hình 4-21: Truyền động trục chổi 4.3.5 Lựa chọn câp thoát nước

Có hai lựa chọn khác nhau để cung cấp nước để làm sạch tấm pin năng lượng mặt trời của robot:

Phương án cung cấp nước từ dưới lên cho robot sử dụng hệ thống vòi dẫn để đưa nước từ nguồn dưới lên tấm pin Giải pháp này đảm bảo nước được cung cấp chính xác và liên tục, giúp quá trình làm sạch tấm pin hiệu quả hơn.

Phương án chứa nước trên robot nhằm mục đích làm sạch tấm pin, nhưng có thể gây ảnh hưởng đến sự cân bằng và ổn định của robot, dẫn đến nguy cơ lật nghiêng hoặc trượt Hơn nữa, phương án này chỉ cho phép cung cấp một lượng nước hạn chế.

4.3.6 Lựa chọn hệ thống phun nước Để tránh việc ống nước bị xoắn, gây ảnh hưởng đến việc cấp nước ta dùng khớp nối xoay 360 độ, kèm theo là khớp nối 10 ren trong và ren ngoài

Hình 4-22: Khớp nối xoay 360 0 và bộ khớp nối

Sử dụng ống nước có đường kính 10mm để cấp nước và ống nước 8mm để phân phối nước cho béc phun Tại các điểm ngã rẽ, nên sử dụng khớp nối chữ L hoặc T để đảm bảo tính hiệu quả trong hệ thống.

Hình 4-25: Đầu nối thẳng 10 thành 8

4.4 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ BÁNH XE Để tạo momen chính và đẩy bánh xe, Robot được thiết kế với hai động cơ hai bên Các động cơ này sẽ truyền qua hộp giảm tốc và bộ truyền đai thang, sau đó lực sẽ được truyền qua hai trục của bánh đai vào bánh xe. Để tính toán công suất của động cơ truyền động cho cơ cấu di chuyển của Robot, ta xem xét trường hợp tải lớn nhất khi Robot phải leo lên dốc với độ nghiêng tối đa là α = 20 độ Bằng cách phân tích lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển của Robot trong trường hợp này, ta có sơ đồ phân tích lực như sau:

Hình 4-27: Sơ đồ lực α: Góc nghiêng của nền, lấy α = 15 0 r: Bán kính bánh đai, r = 76 mm m: Khối lượng ước tính của robot, m = 30 Kg v: Vận tốc di chuyển của Robot, v = 0,2 m/s

Pu: Lực kéo dây, với 𝑃 𝑢 = 𝑝 𝑘 × 𝑔 × 𝑠 ≈ 0.8 × 9.8 × 1.4 ≈ 10.976 𝑁

Trong đó pk là khối lượng của dây đai, g là gia tốc trọng trường và s chiều dài dây (các thông số ước tính)

FN: Áp lực lên nền, 𝐹 𝑁 = 𝑚 × 𝑔 × 𝑐𝑜𝑠 𝛼 ≈ 30 × 9.8 × 𝑐𝑜𝑠 15 0 ≈ 283.982 𝑁

FW: Lực cản, 𝐹 𝑊 = 𝑚 × 𝑔 × sin 𝛼 ≈ 30 × 9.8 × sin 15 0 ≈ 76.093 𝑁

Với à là hệ số ma sỏt phụ thuộc tớnh chất bề mặt và đai, giữa kớnh và cao su cú hệ số dao động từ 0.5-0.8

Fapp: Lực kéo của động cơ Để robot có thể chuyển động được thì:

Khi khi chuyển trên tấm kính khi không có nước để không bị trượt

→ 193.388 ≥ 87.069 (𝑡ℎõ𝑎 𝑚ã𝑛) Tính moment xoắn trên 2 trục

D: bán kính bánh đai η: Hiệu suất truyền động được tính theo công thức:

𝜂 = 𝜂 𝑜𝑙 × 𝜂 đ 0.99 × 0.95 = 0.9405 (Do có một cặp ổ lăn và truyền động đai)

Vậy công suất của một động cơ trên 2 trục là

Số vòng quay đầu ra khi vận tốc 0,2 m/s của hộp giảm tốc gắn động cơ là:

Trong bài viết này, nlv đại diện cho số vòng quay của bánh đai robot trong quá trình hoạt động Tỷ số truyền của đai răng được chọn là uđ = 1 Bán kính bánh đai được xác định sơ bộ là D = 76 mm.

Từ các thông số công suất , số vòng quay và khối lượng của robot, ta dùng 2 động cơ

DC 775 12V cho phương án di chuyển, với các thông số sau:

Hình 4-28: Động cơ 77543Y2 và thông số kỹ thuật

4.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG

Theo bảng biểu đồ phân bố đai răng như sau:

Hình 4-29: Biểu đồ loại đai ứng với công suất và số vòng quay

Ta có công suất động cơ 0.02419 kW và số vòng quay trên trục chủ động là 50 vg/ph nên ta chọn loại đai rang S8M

Ta xác định được mô-đun theo công thức:

PI – công suất trên bánh đai chủ động, kW nI – số vòng quay của bánh đai chủ động, vg/ph

Chiều rộng đai: 𝑏 = 𝜓 đ × 𝑚 với 𝜓 đ = 6 9 là hệ số chiều rộng đai

Chọn được đai với bề rộng b = 50 mm

Hình 4-30: Thông số đường kính bánh đai răng [8]

Chọn số răng z1 = 60 răng và z2 = uz1

Từ đó khoãng cách trục được chọn theo điều kiện sau

40 × 600 = 210 Trong đó: p – bước đai, mm, tra theo catalogue chọn p = 8 mm

Chiều dày PC 5.3 N Độ rộng răng W 9.1mm

Bảng 4-2: Những thông số cơ bản của hệ truyền động đai răng

Hình 4-31: Hình Đai răng thực tế

4.6 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ CHỔI CON LĂN

Phân tích lực chọn công suất cho động cơ

FN: Là áp lực lên mặt kính,

Lực ma sát của chổi con lăn với bề mặt được tính dựa trên khối lượng của con lăn, với m = 2 kg và bán kính chổi con lăn là 0,08 m Hệ số ma sát trượt được sử dụng trong tính toán này có giá trị là 0,4.

CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA ROBOT

Nguyên liệu: Thép hộp vuông 20x20x1.2 mm

4.3.2 Truyền động bánh xe a) Các chi tiết chính a.1) Bánh xe: Được chế tạo từ nhựa kỹ thuật MC Nylon, bánh răng vừa khớp với đai 8M Bánh chủ động có 152mm, lỗ trục là 12mm hai mặt có gắn thêm viền chống trượt khi di chuyển Bánh phụ trợ có 82mm, được gắn vòng bi trục 12mm

Khung bánh xe được chế tạo từ thép 3mm, với phần động lực chính được hàn chắc chắn vào khung Phần động lực phụ được thiết kế với rảnh để điều chỉnh độ căng của đai truyền, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của bánh xe.

Hình 4-8: Khung bánh xe a.3) Gối đỡ vòng bi ngang trục 12mm (KFL001):

+ Nhằm chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn giữa trục và khung bánh xe

Hình 4-9: Gối đỡ vòng bi ngang a.4) Dây Curoa đai thang:

+ Được sử dụng truyền động giữa các bánh xe có thông số kỹ thuật là S8M - 1400

Dây Curoa đai thang S8M – 1400 là một phần quan trọng trong hệ thống kết nối các chi tiết Phần động lực chính bao gồm động cơ 775 kết hợp với hộp giảm tốc, trong đó trục động cơ 12mm được gắn trực tiếp với bánh chủ động Đặc biệt, trục động cơ được lắp vào khung bánh xe và giảm thiểu ma sát nhờ vào gối đỡ vòng bi.

Hình 4-11: Cấu tạo phần động lực chính b.2) Phần động lực phụ:

+ Gồm trục gắn vào bánh chủ động kết nối với khung bánh xe bằng gối đỡ vòng bi ngang

Hình 4-12: Phần động lực phụ b.3) Các bánh phụ được gắn vào khung

Hình 4-13: Truyền động bánh xe 4.3.3 Vị trí đặt hộp điện và pin

Hộp điện và hộp pin được đặt trên một tấm nhựa, vào giữa khung robot Và được cố định bằng ốc vít

Hình 4-14: Vị trí đặt hộp điện và pin

4.3.4 Lựa chọn cấu tạo rulo(chổi) a) Khung chổi

Cấu tạo gồm 2 tấm thép hình chữ L 2mm được hàn vào khung thép vuông 20mm dài 1000mm

Hình 4-15: Khung chổi b) Chổi con lăn

Chất liệu: Dây cước 0.5mm gắn cố định vào phần nhựa, lõi nhựa 63 cốt inox 12, vòng ngoài 160mm, dài 1000mm

Cấu tạo của chổi con lăn

Bánh xe của chổi con lăn cước công nghiệp được thiết kế với độ bền cao và khả năng chịu tải tốt, thường được chế tạo từ các vật liệu như thép, gang, nhựa bền hoặc cao su chịu lực, giúp tăng cường khả năng chống mài mòn và chống trượt.

Bánh xe được gắn lên một trục chắc chắn, thường làm từ thép hoặc hợp kim, nhằm truyền động lực từ động cơ hoặc nguồn năng lượng đến bánh xe.

Chổi con lăn cước công nghiệp được trang bị vòng bi chất lượng cao, giúp giảm ma sát và đảm bảo sự xoay mượt Vòng bi có thể được chế tạo từ thép hoặc các vật liệu khác, mang lại hiệu suất tối ưu cho sản phẩm.

38 chịu nhiệt, chịu mài mòn, chịu lực khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng

Khung chổi con lăn cước công nghiệp được chế tạo chắc chắn và bền bỉ, có khả năng chịu tải trọng lớn và hoạt động hiệu quả trong các môi trường làm việc khắc nghiệt Chất liệu khung có thể là thép, hợp kim hoặc các vật liệu chịu lực khác, đảm bảo độ bền và hiệu suất tối ưu.

Chổi con lăn cước công nghiệp có thể được trang bị hệ thống treo hoặc giảm sốc trong các ứng dụng đặc biệt, giúp giảm sốc và đảm bảo sự ổn định trong quá trình di chuyển.

Hình 4-16: Chổi c) Gắn chổi vào khung

Chổi được gắn vào khung chổi thông qua gối đỡ vòng bi ngang trục 12mm

Hình 4-17: Khung Rulo d) Bộ truyền động

Puly 5M 40 răng được gắn vào Động cơ 775 + hộp giảm tốc Puly 5M 20 răng được gắn vào trục chổi Động cơ truyền động đến chổi thông qua dây đai Kuroa S5M – 510

Hình 4-21: Truyền động trục chổi 4.3.5 Lựa chọn câp thoát nước

Có hai lựa chọn khác nhau để cung cấp nước để làm sạch tấm pin năng lượng mặt trời của robot:

Phương án cung cấp nước từ dưới lên sử dụng nguồn nước dưới robot và hệ thống vòi dẫn để đưa nước lên tấm pin Giải pháp này đảm bảo nước được cung cấp chính xác và liên tục, giúp làm sạch hiệu quả.

Phương án chứa nước trên robot nhằm phục vụ cho việc làm sạch tấm pin, tuy nhiên, việc này có thể gây ảnh hưởng đến sự cân bằng và ổn định của robot, làm tăng nguy cơ lật nghiêng hoặc trượt Hơn nữa, phương án này chỉ cho phép cung cấp một lượng nước giới hạn.

4.3.6 Lựa chọn hệ thống phun nước Để tránh việc ống nước bị xoắn, gây ảnh hưởng đến việc cấp nước ta dùng khớp nối xoay 360 độ, kèm theo là khớp nối 10 ren trong và ren ngoài

Hình 4-22: Khớp nối xoay 360 0 và bộ khớp nối

Sử dụng ống nước có đường kính 10mm để cấp nước và ống nước 8mm để phân phối nước cho béc phun Tại các điểm ngã rẽ, nên sử dụng khớp nối chữ L hoặc chữ T phù hợp để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.

Hình 4-25: Đầu nối thẳng 10 thành 8

TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ BÁNH XE

Để tạo momen chính và đẩy bánh xe, Robot được trang bị hai động cơ ở hai bên, truyền lực qua hộp giảm tốc và bộ truyền đai thang, từ đó lực được truyền vào hai trục của bánh đai Để tính toán công suất động cơ cho cơ cấu di chuyển, cần xem xét trường hợp tải lớn nhất khi Robot leo dốc với độ nghiêng tối đa α = 20 độ Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu di chuyển trong tình huống này cho phép xây dựng sơ đồ phân tích lực chi tiết.