Đồ án nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bàn vẽ tranh cát

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 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÀN VẼ TRANH CÁT GVHD: TS NGUYỄN VŨ LÂN SVTH: ĐỖ CÔNG DANH NGUYỄN THANH PHÁP NGUYỄN TIẾN NGUYÊN SKL011246 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÀN VẼ TRANH CÁT Giảng viên hướng dẫn: Ts.Nguyễn Vũ Lân Sinh viên thực hiện: MSSV : Lớp : Khóa: Đỗ Cơng Danh 19146163 19146CL1A 2019-2023 Nguyễn Thanh Pháp 19146230 19146CL1A 2019-2023 Nguyễn Tiến Nguyên 19146223 19146CL4A 2019-2023 Tp.Hồ Chí Minh tháng 07/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Bộ môn : Đồ án Tốt Nghiệp Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Học kỳ 2/ năm học 2022-2023 Giảng viên hướng dẫn: Ts.Nguyễn Vũ Lân Sinh viên thực hiện: Đỗ Công Danh Nguyễn Thanh Pháp Nguyễn Tiến Nguyên MSSV: 19146163 MSSV: 19146230 MSSV: 19146223 Điện thoại: 0374426066 Điện thoại: 0384332508 Điện thoại: 0944603359 Mã số đề tài: 22223DT158 Tên đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Bàn Vẽ Tranh Cát Các số liệu, tài liệu ban đầu: Chúng tơi tìm hiểu tham khảo nguồn từ Internet thị trường mơ hình bàn phương pháp trang trí bàn Qua q trình này, đánh giá tiềm nhu cầu việc tạo hình mơ hình lớp cát đáy mặt kính suốt bàn Nội dung đồ án: Thiết kế chế tạo mơ hình bàn kính có hình dạng mặt bàn hình chữ nhật với kích thước 70x76x50cm Mơ hình bàn có khả tạo hình 2D lớp cát dày khoảng 2mm, đặt mặt khay phẳng đáy kính suốt bàn Được hoạt động điều khiển hệ Corexy Các sản phẩm dự kiến: Báo cáo đồ án tốt nghiệp (pdf), báo cáo power point, vẽ thiết kế khí, poster video, mơ hình thực tế Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: 18/07/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh 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 (GVHD ký, ghi rõ họ tên) LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Bàn Vẽ Tranh Cát - GVHD: Ts.Nguyễn Vũ Lân - Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Pháp MSSV: 19146230 - Địa sinh viên: 210/13 Đường số 11, Trường Thọ, Thủ Đức Số điện thoại liên lạc: 0384332508 - Email: 19146230@student.hcmute.edu.vn Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) : 18/07/2023 Lời cam kết: “Chúng tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình Lớp: 19146CL1A tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2023 Ký tên i LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM nói chung q Thầy Cơ mơn Cơ Điện Tử nói riêng hết lòng giúp đỡ truyền đạt kiến thức vơ hữu ích cho chúng em suốt khoảng thời gian theo học trường Đồng thời chúng em xin cảm ơn giúp đỡ tận tình từ Thầy Nguyễn Vũ Lân giảng viên hướng dẫn đồ án tốt nghiệp chúng em Để hồn thành đồ án tốt nghiệp chương trình đào tạo Cơng nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử thuộc khoa Đào tạo Chất lượng cao, nhóm thực đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BÀN VẼ TRANH CÁT” Với mong muốn tìm tịi, học hỏi, nghiên cứu phát huy niềm đam mê với ngành Kỹ thuật Điện này, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp chân thành hỗ trợ quý báu từ Thầy Cô giảng viên hội đồng để giúp chúng em hồn thiện kỹ thân vững vàng kiến thức để tiếp xúc với thực tế cơng việc Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 12 năm 2022 Nhóm sinh viên thực Đỗ Cơng Danh - Nguyễn Thanh Pháp – Nguyễn Tiến Nguyên i TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO BÀN VẼ TRANH CÁT Đồ án nhằm giới thiệu cách khái qt mơ hình bàn vẽ tranh cát ứng dụng sản phẩm lĩnh vực trang trí nội thất, lĩnh vực giải trí kết hợp với yếu tố cơng nghệ để theo đuổi kịp kết cách mạng công nghiệp 4.0 Sau trình tìm hiểu thực nội dung đề tài, nhóm đặt vấn đề giải bước giúp cho đồ án mang tính logic hồn thiện Trong q trình thực đề tài, tài liệu tham khảo sử dụng tiếng Việt tiếng Anh, cộng hưởng hướng dẫn Thầy, tiếp xúc với anh chị có kinh nghiệm giúp nhóm có nhiều kiến thức hữu ích thời gian làm đồ án Trong đó, đề tài nghiên cứu bao gồm: vẽ thiết kế 2D, vẽ thiết kế 3D phần khí bàn vẽ tranh cát, sơ đồ đấu nối dây điện hệ thống điều khiển, linh kiện sử dụng để chế tạo bàn vẽ tranh cát, lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển thơng tin cách điều khiển mơ hình thơng qua webserver ứng dụng riêng biệt dùng để điều khiển, đặc biệt mô hình hoạt động ổn định bàn vẽ tranh cát Ngồi ra, đề tài cịn có hình ảnh sản phẩm, mơ hình thực tế nhóm xây dựng q trình nghiên cứu Kết cho thấy nhóm nghiên cứu chế tạo thành cơng mơ hình demo bàn vẽ tranh cát mơ hình hoạt động ổn định i PROJECT SUMMARY RESEARCH - DESIGN - FABRICATION OF SAND ART DRAWING TABLE The project aims to provide a general overview of the sand painting drawing board model and its applications in interior decoration, combining entertainment elements with technological advancements to keep up with the results of the Fourth Industrial Revolution After conducting research and implementing the project's contents, the team has identified issues and step-by-step solutions to make the project more logical and comprehensive During the project's implementation, reference materials in both Vietnamese and English were used, along with guidance from instructors and interactions with experienced individuals, which helped the team acquire valuable knowledge throughout the project duration The research project includes various aspects such as 2D design drawings, 3D design drawings of the mechanical parts of the sand painting drawing board, wiring diagrams of the control system, components used in manufacturing the drawing board, algorithm flowcharts of control programs, and information on how to control this model through a web server and dedicated application Particularly, the project focuses on the stable operation of the sand painting drawing board Additionally, the project includes images of the product and real-life models constructed by the team during the research process The results show that the research team has successfully created a functioning demo model of the sand painting drawing board, which operates stably i MỤC LỤC LỜI CAM KẾT i LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỒ ÁN i MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH i DANH MỤC BẢNG i CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 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 đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Bàn vẽ tranh cát – Nội thất thông minh hệ 2.2 Đặc tính hệ thống 2.3 Kết cấu hệ thống 2.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 11 2.4.1 Các nghiên cứu nước 11 2.4.2 Các nghiên cứu nước 12 2.5 Các tồn hệ thống 12 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 3.1 Giới thiệu hệ thống bàn vẽ tranh cát 14 3.2 Nguyên Lý Hoạt Động Của Bàn Vẽ Tranh Cát 16 3.3 Hệ Thống Di Chuyển 16 3.4 Động Cơ Bước 17 3.4.1 Động bước nam châm vĩnh cửu 18 3.4.2 Động bước biến từ trở 19 3.4.3 Động bước hỗn hợp 20 i 3.4.4 Động bước pha 21 3.4.5 Các phương pháp điều khiển động bước 21 3.4 Sống trượt dẫn hướng 22 3.5 Truyền động đai 23 3.6 Cơ sở lý thuyết lập trình 24 3.6.1 React 24 3.6.2 UART 25 3.6.3 HTML 26 3.6.4 Thư viện FastLED: 27 3.6.6.Nginx: 29 3.6.7 Node js: 31 3.6.8 Npm Node.js 31 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ, XÂY DỰNG BÀN VẼ TRANH CÁT 33 4.1 Thông số thiết kế 33 4.2 Phương hướng giải pháp thực 33 4.2.1 Giải pháp 33 4.2.2 Giải pháp 34 4.2.3 Giải pháp 34 4.3 Lựa chọn giải pháp 35 4.4 Trình tự cơng việc tiến hành 35 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH BÀN VẼ TRANH CÁT 37 5.1 Thiết Kế Khung Máy 37 5.2 Thiết kế cụm trục XY: 38 5.2.1 Kết cấu truyền động XY: 38 5.2.2 Lựa chọn truyền: 39 5.2.3 Thiết kế sơ cụm trục XY: 40 5.2.4 Tính tốn thiết kế sống trượt dẫn hướng: 41 5.2.5 Tính toán lựa chọn động cụm trục XY 49 5.3 Mặt bàn, nam châm bi nam châm 52 5.3.1 Mặt bàn 52 5.3.2 Nam châm 52 5.3.3 Viên bi nam 53 5.4 Thiết kế gia công chi tiết 54 5.5 Xây dựng kết nối hệ thống điện mạch điều khiển 55 i + Ổn định: Thời gian hoạt động có biến đổi nhỏ lần thực nghiệm, chênh lệch không lớn, cho thấy hoạt động ổn định + Nhận xét: Trường hợp có tác động bi nam châm điều khiển động di chuyển bề mặt cát Điều tạo lực ma sát bi nam châm cát, dẫn đến số tượng trượt trì hỗn q trình di chuyển bi nam châm Tuy nhiên, thời gian chạy ổn định khơng có biến động đáng kể so với trường hợp trước, bề mặt cát dày 2mm nên ta nhận thấy lực ma sát trường hợp không đáng kể 6.3 Đánh giá hoạt động cấu Độ xác độ phân giải: Kết bàn vẽ tranh cát đánh giá độ xác độ phân giải nét vẽ sắc sảo Điều đảm bảo hình ảnh tranh vẽ tái xác rõ nét bề mặt cát Tốc độ hiệu suất: Về tốc độ hiệu suất hệ thống vận hành ổn định Thời gian hoàn thành tranh cát hoạt động tốt khả di chuyển mượt mà nhanh chóng bề mặt cát viên bi, phần khác tùy thuộc vào tốc độ hiệu chỉnh động Độ tin cậy ổn định: hệ thống có độ tin cậy ổn định cao đảm bảo chức bước điều khiển hoạt động tốt khơng gây cố q trình vẽ Tính tương thích tính linh hoạt: Tương tác tốt với công cụ phần mềm khác kết nối địa ip, dùng webserver để nhiều thiết bị kết nối điều khiển cách dễ dàng Điều giúp tăng khả kết nối với thiết bị phần mềm bên ngoài, mở rộng khả sáng tạo ứng dụng hệ thống Ý nghĩa giá trị nghệ thuật: Các tác phẩm, hình ảnh vẽ tạo có ý nghĩa giá trị nghệ thuật cao, giúp ích nhiều việc giải trí sáng tạo người Điều liên quan đến sáng tạo, cảm xúc khả truyền đạt thông điệp qua tranh vẽ bề mặt cát 93 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết Luận Sau khoảng thời gian nghiên cứu, thiết kế chế tạo với nỗ lực không ngừng nghỉ nhóm nhằm hồn thiện có kết sau: Về khí: Hệ thống di chuyển CoreXY bàn vẽ tranh cát giải pháp khí hiệu xác để điều khiển động di chuyển viên bi nam châm bề mặt cát Do phần chuyển động không chịu tải nhiều nên thiết kế hầu hết mica gỗ ván ép, tiết kiệm chi phí Cơ khí đề tài thiết kế lắp ráp cho đạt ổn định đáng tin cậy q trình vận hành Hạn chế: Độ xác hệ thống di chuyển cần cải thiện để đảm bảo vẽ xác chi tiết bề mặt cát, với thiết kế trình vận hành sửa chữa cịn gặp khó khăn Về mạch điện: Mạch điều khiển bàn vẽ tranh cát sử dụng Raspberry Pi 4, Arduino Mega 2560, Ramp 1.6 driver TMC 2209 để điều khiển động linh kiện khác hệ thống Điều khiển bàn vẽ tranh cát hai cách: điều khiển không dây web server điều khiển nút nhấn trực tiếp Mạch điện thiết kế kết nối cách, đảm bảo hoạt động ổn định thành phần hệ thống Hạn chế: Độ tin cậy kết nối tương tác Arduino Mega Ramp 1.6 Điều yêu cầu kiểm tra tinh chỉnh kết nối để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trình sử dụng Các kết nối bo mạch rườm rà chưa thực tối giản cách dây Về lập trình: Lập trình đề tài thực sử dụng Marlin IDE Arduino để điều khiển chức bàn vẽ tranh cát Việc lập trình giúp điều khiển động cơ, LED nút nhấn theo mong muốn, tạo chức tính tương tác Hạn chế: Phần lập trình gặp số thách thức độ xác ổn định lệnh điều khiển tương tác thành phần Điều yêu cầu kiểm tra điều chỉnh lập trình để đảm bảo hoạt động xác ổn định 7.2 Hướng phát triển Tích hợp cơng nghệ tương tác: Mở rộng khả tương tác bàn vẽ tranh cát cách tích hợp cơng nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) thực tế ảo (AR/VR) Điều tạo trải nghiệm tương tác đa chiều mở rộng khả sáng tạo người sử dụng 94 Tối ưu hóa hiệu suất vẽ: Nghiên cứu cải thiện hiệu suất vẽ bàn tranh cát cách tối ưu hóa tham số vẽ tốc độ di chuyển, áp lực việc vẽ độ mịn đường vẽ Điều giúp tăng cường độ xác độ chi tiết tác phẩm vẽ Tích hợp cảm biến: Nghiên cứu tích hợp cảm biến để theo dõi điều chỉnh tự động yếu tố độ dày lớp cát, áp lực việc vẽ vị trí viên bi Điều giúp đạt đồng xác tác phẩm vẽ Phát triển giao diện người dùng: Tạo giao diện người dùng thân thiện dễ sử dụng để điều khiển tạo mẫu vẽ bàn tranh cát Giao diện bao gồm chức công cụ vẽ đa dạng, cho phép người dùng thể sáng tạo tương tác linh hoạt Tích hợp kết nối mạng: Xem xét tích hợp kết nối mạng phép chia sẻ tải lên tác phẩm vẽ bàn tranh cát Người dùng chia sẻ tác phẩm mạng xã hội tạo cộng đồng trực tuyến cho việc chia sẻ trao đổi ý tưởng vẽ Tăng cường tính đa chức năng: Xem xét mở rộng khả sử dụng bàn vẽ tranh cát để không làm nghệ thuật, mà cịn sử dụng lĩnh vực giáo dục, quảng cáo giải trí Điều mở nhiều hội ứng dụng cho công nghệ bàn tranh cát Tối ưu hóa lượng: Nghiên cứu áp dụng biện pháp để tiết kiệm lượng tăng cường hiệu suất lượng hệ thống Điều bao gồm việc sử dụng linh kiện vật liệu tiết kiệm lượng, tối ưu hóa cơng suất giảm thiểu lỗi hoạt động Ngồi tương lai nhóm dự định thiết kế hệ thống cung cấp cát tự động có trình thu hồi cát dư qua thời gian sử dụng Đồng thời cung cấp cát có cần gạt để trải cát theo nhu cầu người dùng Tổng thể, hướng phát triển giúp nâng cao hiệu suất tính bàn vẽ tranh cát, mang lại trải nghiệm sáng tạo tương tác tốt cho người sử dụng Cần tiếp tục nghiên cứu thử nghiệm để đưa cải tiến ứng dụng lĩnh vực 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Quốc Hùng (2012),“ Giáo trình dung sai- kỹ thuật đo”, Nhà xuất đại học quốc gia, 318 trang [2] Nguyễn Tiến Dũng (2012),” Giáo trình đồ án chi tiết máy”, Nhà xuất khoa học ký thuật, 343 trang [3] Trần Ngọc Nhuần (2006),” Phương pháp tính truyền động đai răng”, Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản [4] Trịnh Chất (2008), “Cơ Sở Thiết Kế Máy Và Chi Tiết Máy”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 256 trang [5] Võ Minh Huân, Phạm Quang Huy (2017),” Lập trình điều khiển với Raspberry”, Nhà suất niên, 447 trang [6] NXB Xây dựng (2013),” Giáo trình kỹ thuật điều khiển tự động ”, Nhà xuất xây dựng, 132 trang [7] Phan Minh Thanh, Hồ Viết Bình( 2013), “Giáo trình Cơ sở cơng nghệ chế tạo máy”, Đại học Quốc gia TP HCM, 266 trang [8] Võ Lâm Chương, “Servo Drive Systems Chapter 4” [9] PGS TS Nguyễn Hữu Lộc (2008), “Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất đại học quốc gia, 670 trang [10] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, tập 2, NXB giáo dục Việt Nam, 2010 [11] Trần Quốc Hùng, Thiết kế máy cắt kim loại, đại học sư phạm kỹ thuật Hổ Chí Minh [12] PGS TS Đặng Thiện Ngơn, Giáo trình trang bị - điện điện tử máy công nghiệp, NXB đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2013 96 PHỤ LỤC I Các vẽ nhóm thực Hình Vẽ Hình Vẽ Hình Vẽ I Hình Vẽ Hình Vẽ Hình Vẽ II Hình Vẽ Hình Vẽ Hình Vẽ III Hình Vẽ 10 Hình Vẽ 11 IV Hình Vẽ 12 Hình Vẽ 13 V II Các vẽ chi tiết, vẽ lắp Bản Vẽ 1: Bản vẽ chi tiết giá đỡ nam châm Bản Vẽ 2: Bản vẽ chi tiết giá đỡ động VI Bản Vẽ Bảng vẽ chi tiết giá đỡ A Bản Vẽ 4: Bản vẽ chi tiết giá đỡ B VII Bản Vẽ Bản vẽ chi tiết khung gỗ Bản Vẽ 6: Bản vẽ chi tiết mặt bàn trải cát VIII Bản Vẽ Bản vẽ chi tiết mặt bàn Bản Vẽ Bản vẽ phân rã khung máy IX Bản Vẽ Bản vẽ phân rã bàn cát Bản Vẽ 10 Bản vẽ lắp toàn chi tiết X S K L 0