GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
- Kiểm soát dịch bệnh: Đại dịch COVID-19 đã làm gia tăng ý thức về việc duy trì môi trường sạch sẽ và khử trùng để ngăn chặn sự lây lan của vi rút và vi khuẩn gây bệnh.
- Đảm bảo an toàn cho con người: Việc sử dụng robot chở hàng trong các ngành công nghiệp, nhà máy sản xuất và cả trong các cơ sở y tế có thể giảm thiểu tiếp xúc giữa con người và hàng hóa, từ đó giảm nguy cơ lây nhiễm và bảo vệ sức khỏe của nhân viên và cộng đồng.
- Tăng cường hiệu suất và tiết kiệm thời gian: Robot chở hàng tự động có thể làm việc liên tục và không mệt mỏi như con người Việc kết hợp khả năng khử khuẩn vào robot chở hàng giúp tăng cường sự an toàn và nhanh chóng trong việc vận chuyển hàng hóa và đồng thời tiết kiệm thời gian quản lý và giám sát các quy trình khử trùng.
- Đáp ứng nhu cầu thị trường: Trong thời đại công nghệ 4.0, nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng Đặc biệt, trong các khu vực y tế, nhà máy sản xuất, trung tâm thương mại và nhà ga, việc có robot chở hàng kết hợp khử khuẩn sẽ giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển và đồng thời đáp ứng nhu cầu của thị trường.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Một robot chở hàng kết hợp khử khuẩn ra đời góp phần tiết kiệm thời gian vận chuyển, tiết kiệm công sức và phục vụ cho nghiên cứu, học tập và sáng tạo.
- Robot với giá thành phù hợp sẽ thúc đẩy áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất.
- Robot sử dụng năng lượng tái tạo góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cho người sử dụng.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Với tính cấp thiết của đề tài được đề cập ở phần trên, các mục tiêu của đề tài được đưa ra như sau:
+ Robot có chức năng vận chuyển hàng hoá và phun thuốc khử khuẩn.
+ Chế tạo và thử nghiệm thành công robot hoạt động tương đối linh hoạt.
+ Có kết cấu cơ khí đơn giản hiệu quả và linh hoạt trong khả năng di chuyển phức tạp.+ Kết hợp sử dụng các thiết bị điện và cơ khí.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Robot xe chở hàng hoặc phun thuốc khử khuẩn di chuyển bằng bánh điều khiển bằng tay và có giao diện webserver.
- Nghiên cứu các robot chở hàng và robot khử khuẩn ở Việt Nam và trên thế giới
- Nghiên cứu, tính toán khả năng chịu tải của hệ thống khung gầm, chi tiết robot.
- Nghiên cứu các thông số, chọn động cơ của robot.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở của phương pháp luận
Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt đến chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học Theo định nghĩa này cần phải có những nguyên tắc cụ thể và dựa theo đó các vấn đề được giải quyết. Nghiên cứu thiết kế xe chở hàng cùng với phương án chuyển động.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Một số phương pháp nghiên cứu chúng sử dụng trong đề tài này là:
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tìm đọc các giáo trình, sách, các bài viết trên mạng, các bài báo khoa học, đồ án trước… nhằm xác dịnh được những phương án khá thi cho đồ án.
- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm khả năng chở hàng của robot, khả năng di chuyển trên các địa hình và khả năng phun thuốc khử khuẩn Lấy đó làm mục tiêu đề ra cho việc tính toán, thiết kế và chế tạo các chi tiết của robot.
- Phương pháp phân tích học hỏi: Tìm hiểu về các robot chở hàng hiện có sau đó rút ra ưu điểm và nhược điểm của từng loại nhằm đưa phương án điều khiển tối ưu và phù hợp cho đồ án của mình.
- Phương pháp mô hình hóa thí nghiệm: Việc chế tạo mô hình để kiểm tra những gì đã được tính toán, thiết kế giúp phát hiện những sai sót để tiến hành quá trình sữa chữa Qua đó giúp chúng em hệ thống lại những kiến thức đã học và cũng như có thêm kinh nghiệm trong công việc sau này.
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
- Đồ án tốt nghiệp có kết cấu gồm 6 chương như sau:
+ Chương 1: Giới thiệu: Trình bày tính cấp thiết, ý nghĩa, mục tiêu, các phương pháp và đối tượng nghiên cứu của đề tài.
+ Chương 2: Tổng quan về đề tài: Giới thiệu tổng quan về đề tài cũng như trình bày tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước.
+ Chương 3: Cơ sở lý thuyết: Chương này giới thiệu và trình bày về những kiến thức được sử dụng trong đề tài.
+ Chương 4: Phương hướng và giải pháp thực hiện: Trình bày các phương hướng và giải pháp, đánh giá ưu nhược điểm của từng phương án và đưa ra phương án tốt nhất.
+ Chương 5: Đề xuất công nghệ và tính toán thiết kế: Tính toán các thông số của robot, lựa chọn linh kiện điện tử, xây dựng lưu đồ giải thuật của chương trình điều khiển.
+ Chương 6: Thực nghiệm và đánh giá: Chế tạo mô hình thực tế và đánh giá khả năng chạy ở các địa hình bằng phẳng và không bằng phẳng, khoảng cách điều khiển, độ cao và tầm của phun khử khuẩn Sau đó đưa ra kết luận và hướng phát triển trong tương lai.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Giới thiệu về đề tài
- Đề tài về robot chở hàng kết hợp khử khuẩn nhằm tạo ra một hệ thống tiệm cận tự động hóa vận chuyển hàng hóa trong môi trường không người và đảm bảo rằng các vùng được khử trùng hiệu quả Đây là một ứng dụng hứa hẹn trong lĩnh vực công nghiệp, y tế và nhiều lĩnh vực khác.
- Robot chở hàng là thiết bị điều khiển từ xa có khả năng di chuyển và vận chuyển hàng hóa trong các môi trường khác nhau Thông qua việc kết hợp khả năng khử khuẩn, robot này có thể giúp giảm nguy cơ lây lan các loại vi khuẩn, vi rút và tác nhân gây bệnh khác.
- Các tính năng và chức năng của robot chở hàng kết hợp khử khuẩn có thể bao gồm:
+ Vận chuyển hàng: Robot có khả năng vận chuyển các đơn hàng, kiện hàng hoặc vật liệu từ một điểm đến một điểm khác.
+ Hệ thống khử khuẩn: Robot được trang bị các công nghệ khử khuẩn như sử dụng bét phun để có thể diệt vi rút.
Đặc tính của hệ thống
- Robot có kiểu dáng của xe chở hàng.
- Robot được điều khiển từ xa thông qua bộ điều khiển cầm tay.
- Robot có camera để theo dõi hoạt động từ xa
- Hệ thống truyền động bằng hệ vi sai cầu sau để đảm bảo ổn định và tăng hiệu suất động cơ điện.
- Các thiết bị hoạt động trên robot đều sử dụng điện.
Các nghiên cứu liên quan của đề tài
- Hiện nay, nước ta cũng đã có một robot khử khuẩn và vận chuyển hàng hóa do nhóm
- Thông số kỹ thuật: tải được 100kg tốc độ di chuyển 30m/phút, thời gian hoạt động 4 giờ, phạm vi hoạt động 400m, bình chứa dung dịch khử khuẩn 20 lit Tổng chi phí chế tạo 60 triệu.
Hình 2.1: Robot vận chuyển hàng hóa của trường Đại Học Lạc Hồng
- Bên cạnh đó, nước ta có robot Vibot-2 do Học viện Kỹ thuật Quân Sự, Bộ Quốc Phòng triển khai thực hiện.
Hình 2.2: Vibot-2 tại Bệnh viện Bạch Mai cơ sở 2
- Ở cá nhân, kỹ sư Vĩnh Duy đã nghiên cứu và chế tạo Robot điều khiển từ xa có khả năng vận chuyển 100-200kg, tốc độ tối đa 15 km/h với chi phí gần 80 triệu.
Hình 2.3: Robot vận chuyển thực phẩm do anh Vĩnh Duy chế tạo 2.3.2 Nghiên cứu ngoài nước
- Hiện nay robot dùng trong việc giao hàng và khử khuẩn được rất nhiều nước phát triển trên thế giới ví dụ như Mỹ, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản,… Nhưng thường được tách ra làm 2 loại robot có chỉ một chức năng đó là robot giao hàng và robot khử khuẩn:
+ Robot giao hàng hiện nay trên thế giới có như: Kiwibot, Starship Robot,…
+ Robot khử khuẩn như: SEIT-UV Robot, UV-C Robot,…
- Chi tiết về robot giao hàng Kiwibot:
+ KiwiBot là một robot giao hàng tự động của công ty Kiwi KiwiBot được thiết kế đặc biệt để cung cấp thực phẩm một cách hiệu quả và ban đầu được ra mắt vào năm 2017 Nó hiện đang giao thực phẩm ở California, Hoa Kỳ Nó có thể kết nối với các máy bán hàng tự động. + Kiwibot có thể đáp ứng 2 đơn đặt hàng thực phẩm Nó có 3 camera phía trước, một camera góc rộng 180 độ phía sau và đèn chiếu sáng điểm KiwiBot cũng có nhiều camera HD, LTE, GPS, cũng như các cảm biến mà nó sử dụng hiệu quả để đạt được công việc của mình Bot giao hàng này cố gắng để con người và robot làm việc cùng nhau một cách liền mạch.
+ KiwiBot có tổng chiều dài ước tính là 22” (55,9 cm), chiều rộng tổng thể ước tính là 17” (43,2 cm) và chiều cao ước tính là 22” (55,9 cm) Tốc độ di chuyển tối đa của KiwiBot là 1,5 dặm / giờ (2,4 km/h).
+ Giá thành hiện nay của kiwibot dao động từ 2500$ đến 4000$.
- Chi tiết về robot khử khuẩn UVC:
+ Robot đã vượt qua kiểm tra và chứng nhận của tổ chức chứng nhận CMA.
+ Robot có thể đạt được khử trùng và khử trùng không khí và bề mặt Mô-đun khử trùng phun.
+ Hạt sương siêu khô dưới 10μm, hạt sương mịn và đều, không có góc chết Hiệu ứngm, hạt sương mịn và đều, không có góc chết Hiệu ứng phun đáp ứng "Đặc điểm kỹ thuật khử trùng" và tỷ lệ tiêu diệt vi khuẩn trong không khí cao tới 99,9999%.
+ Bức xạ của đèn cực tím đáp ứng các yêu cầu của GB19258, "Đặc điểm kỹ thuật để khử trựng" và cường độ bức xạ của mỗi đốn là 200àW/cm².
+ Công nghệ định vị và dẫn đường hỗn hợp hoàn toàn mới hàng đầu trong ngành để đạt được hoạt động ổn định lâu dài trong các môi trường phức tạp và nhiều loại robot hơn
UVC 2.4 Các hệ thống tồn tại của robot
- Robot thực hiện nhiệm vụ đơn lẻ, kích thước nhỏ, di chuyển địa hình bằng phẳng.
- Phạm vi sử dụng hẹp.
Vì vậy, yêu cần tích hợp cả 2 trên robot để tiết kiệm chi phí và có khả năng đi được trên nhiều địa hình khác nhau.
Các hệ thống tồn tại của robot
3.1.1 Flask là gì và các đặc điểm của Flask framework
- Flask là một framework của ngôn ngữ python được phát triển để thiết kế ứng dụng web một cách đơn giản và linh hoạt trong mọi loại dự án từ nhỏ đến lớn.
- Một số đặc điểm của Flask framework gồm 5 đặc điểm :
+ Micro framework: Flask tập trung vào việc cung cấp các công cụ căn bản để xây dựng ứng dụng web, trong khi vẫn giữ cho chương trình gọn gàng và dễ hiểu.
+ Routing: Flask có khả năng xác định các đường dẫn URL và liên kết chúng với các hàm xử lý tương ứng Điều này giúp xác định các API được xử lý bởi ứng dụng.
+ Template: Flask hỗ trợ tách riêng phần HTML và phần chương trình Python Việc này giúp cho các lập trình viên dễ dàng bảo trì, chỉnh sửa và phát triển giao diện.
+ Extensions: Flask có một thư viện đa dạng cung cấp nhiều phần mở rộng, cho phép xây dựng nhiều chức năng mở rộng một cách dễ dàng.
+ Flask-WTF: Flask-WTF là một phần mở rộng phổ biến cho Flask, cung cấp tích hợp với WTForms - một thư viện xử lý biểu mẫu trong Flask.
3.1.2 Cấu trúc của một chương trình sử dụng Flask framework
- Dưới đây là sơ đồ cấu trúc của một thư mục chứa chương trình sử Flask framework:
Hình 3.2: Cấu trúc của chương trình sử dụng flask
- Chi tiết về các thành phần của cấu trúc trên:
+ Thư mục “App/”: Đây là thư mục gốc của ứng dụng Flask
+ Thư mục “stactic/”: Đây là nơi lưu trữ các tệp như CSS, JavaScripts, hình ảnh,… Tệp tin trong thư mục sẽ được truy cập trực tiếp từ trình duyệt.
+ Thư mục “templates/”: Đây là thư mục lưu trữ các file HTML được thiết kế cho các trang web.
+ File “App.py”: Đây là file chương trình chính, nơi ta import Flask và các module khác cũng như là nơi chúng ta viết chương trình.
3.1.3 Quy trình hoạt động của ứng dụng Flask
- Đầu tiên, Flask hoạt động dựa trên mô hình “Request – Response” của giao thức HTTP.
- Quy trình chung của mọi ứng dụng Flask gồm các bước như sau: Bước 1: Khởi tạo ứng dụng Flask
+ Tạo một đối tượng Flask
+ Thiết lập các config cho đối tượng Flask
+ Mỗi route sẽ được định nghĩa bằng một decorator “@app.route”
+ Tương ứng với mỗi route sẽ có một hàm xử lý đi kèm
+ Flask sẽ chờ đợi và xử lý các HTTP Request được gửi từ trình duyệt
+ Flask sẽ xác định route phù hợp với HTTP Request bằng cách phân tích đường dẫn và phương thức của HTTP Request (PUT,POST,GET,…)
+ Flask gọi hàm xử lý của route tương ứng phù hợp với HTTP Request Bước 5: Trả lại các phản hồi (HTTP Reponse) sau khi xử lý
+ Hàm xử lý sẽ trả về một đáp ứng, đáp ứng ở đây có thể là một đối tượng Response hoặc một templates được render
+ Đáp ứng có thể chứa thông tin, dữ liệu, tài nguyên hoặc có thể là thông báo
Bước 6: Gửi đáp ứng cho client
+ Flask gửi đáp ứng từ máy chủ tới trình duyệt theo yêu cầu
+ Các đáp ứng sẽ được hiện thị trên trình duyệt để người dùng thấy kết quả xử lý hoặc tương tác với nó
3.1.4 Ưu và nhược điểm của Flask framework
- Flask là một framework phát triển ứng dụng web trong Python, đem lại nhiều ưu điểm hấp dẫn và đồng thời đi kèm với một số nhược điểm.
+ Dễ học và sử dụng: Flask có cấu trúc đơn giản và dễ hiểu, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và bắt đầu xây dựng ứng dụng web.
+ Linh hoạt và tiết kiệm thời gian: Flask cho phép người dùng tự do thiết kế và xây dựng ứng dụng theo ý muốn mà không gò ép bởi nhiều quy tắc và giới hạn, từ đó giúp tiết kiệm thời gian và tăng tính linh hoạt.
+ Tích hợp mượt mà: Flask tương thích tốt với nhiều công cụ và thư viện khác trong hệ sinh thái Python, mang đến lợi ích của việc kết hợp và tận dụng các tài nguyên mạnh mẽ. + Hiệu suất cao: Flask hoạt động nhanh chóng và hiệu quả, tiêu thụ ít tài nguyên máy chủ, đảm bảo ứng dụng web chạy mượt mà và đáp ứng tốt cho người dùng.
+ Sự hỗ trợ từ cộng đồng: Flask là một phần của cộng đồng Python rộng lớn, do đó có sẵn nhiều nguồn tài liệu, ví dụ và hỗ trợ từ cộng đồng, giúp người dùng giải quyết vấn đề và nâng cao kỹ năng.
- Tuy nhiên, Flask cũng có một số nhược điểm:
+ Hạn chế chức năng mặc định: Flask, với thiên hướng nhỏ gọn, không cung cấp nhiều chức năng tích hợp sẵn Điều này đòi hỏi người dùng tự thêm các tính năng cần thiết vào ứng dụng của mình.
+ Sự phụ thuộc vào kiến thức bổ sung: Đôi khi, để tận dụng tối đa hiệu suất của Flask, người dùng cần nắm bắt kiến thức phụ thuộc như Restful API Điều này có thể yêu cầu quá trình học tập và nghiên cứu để sử dụng Flask hiệu quả.
+ Hạn chế trong việc mở rộng: Flask thích hợp cho các ứng dụng web nhỏ và trung bình, tuy nhiên, khi áp dụng vào các dự án web lớn và phức tạp, Flask có thể gặp khó khăn trong việc mở rộng và quản lý.
- Tóm lại, Flask là một framework web linh hoạt, dễ học và sử dụng trong Python.
Nó mang lại nhiều ưu điểm hấp dẫn như tính linh hoạt, tiết kiệm thời gian, tích hợp tốt và hiệu suất cao Tuy nhiên, người dùng cần lưu ý những nhược điểm như thiếu chức năng mặc định,yêu cầu kiến thức phụ thuộc và hạn chế trong việc mở rộng khi áp dụng Flask vào các dự án web quy mô lớn và phức tạp.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN
Phương hướng và giải pháp thực hiện
Hình 4.1: Cơ cấu robot theo phương án 1
- Robot sẽ được thiết kế dựa trên cơ cấu lái xích đạo (different drive mechansim).
Cơ cấu này được áp dụng phổ biến ở các robot di động như robot tự hành, robot hút bụi, robot dò line,…
- Nguyên lý hoạt động: Với một động cơ (1) qua một bộ truyền xích (2) lên bánh (3) làm cho bánh (3) quay Tại mặt bên của robot thì động cơ (4) qua một bộ truyền xích (5) lên bánh (6) làm cho bánh (6) quay Trong trường hợp robot tiến về phía trước thì 2 động cơ (1) và (2) sẽ điều khiển 2 bánh (3) và (6) quay cùng chiều và cùng tốc độ Nếu robot muốn rẽ sang trái thì động cơ (1) sẽ phải quay nhanh hơn động cơ (2) Nếu robot muốn rẽ sang phải thì động cơ (2) sẽ phải quay nhanh động cơ (1).
- Ưu điểm của cơ cấu lái xích đạo:
+ Tính linh hoạt: Cơ cấu lái xích đạo khá dễ dàng về việc nghiên cứu, thiết kế và sử dụng bộ điều khiển vì nó chỉ cần 2 động cơ điện để vận hành 2 bánh làm giảm thiểu sự phức tạp và tốn kém đối với robot
+ Tính linh động: Cơ cấu giúp robot hoàn thành việc đi lại trong địa hình ít gồ ghề và làm những động tác chuyển hướng chứ không sử dụng cơ cấu cồng kềnh.
+ Tính cân bằng: Vì cơ cấu lái xích đạo có hai bánh nhằm mục đích trợ lực giữ thăng bằng cơ thể robot nên nó có khả duy trì sự cân bằng suốt thời gian lăn và xoay.
- Nhược điểm của cơ cấu lái xích đạo:
+ Hạn chế trong không gian chật hẹp: Robot phải đứng ở cùng một tư thế khi rẽ trái, rẽ phải, rẽ tại điểm cố định nên không có chỗ cho robot di chuyển khi đến điểm chật hẹp.
+ Khả năng leo dốc kém: Rô-bốt lái xích đạo chỉ thích hợp với địa hình bằng phẳng do khả năng truyền lực kém và mất ma sát khi leo dốc.
+ Sự chính xác: Hệ thống lái xích đạo không có cơ chế lái độc lập cho từng bánh xe,điều này có thể hạn chế độ chính xác của việc điều hướng dẫn đến sai số trong quỹ đạo chuyển
Hình 4.2: Cơ cấu robot theo phương án 2
- Robot được chế tạo trên cơ cấu lái hai bánh (two-wheel steering mechanism). Ngày nay, ứng dụng của cơ cấu lái hai bánh thường được thấy trong xe ô tô, xe máy, robot công nghiệp,
- Nguyên tắc hoạt động: Với động cơ (2) qua hệ vi sai cầu sau (3) điều khiển tốc độ tốc độ và chiều quay của cặp bánh phía sau của robot đóng vai trò trong việc giúp robot đi thẳng về phía trước hoặc đi lùi về phía sau Ngoài ra động cơ (1) của robot đóng vai trò giúp robot trong việc điều hướng cho cặp bánh trước rẽ phải hoặc rẽ trái.
- Ưu điểm của cơ cấu lái 2 bánh:
+ Tăng khả năng quay và xoay: Với cơ cấu lái 2 bánh, robot có khả năng quay và xoay tốt hơn Điều này giúp cho robot dễ dàng trong các tình huống đổi hướng nhanh chóng hoặc di chuyển trong không gian hẹp
+ Tính ổn định và khả năng điều chỉnh: Cơ cấu lái 2 bánh giúp tăng tính ổn định và khả năng điều chỉnh trong quá trình di chuyển Việc tách riêng điều khiển 2 bánh trước và 2 bánh sau giúp cân bằng tải trọng cho xe và linh hoạt trong việc điều hướng
+ Độ chính xác và độ nhạy: Với cơ cấu lái 2 bánh, robot có khả năng điều chỉnh hướng di chuyển một cách chính xác và nhạy Việc điều khiển riêng biệt các bánh trước giúp robot di chuyển một cách linh hoạt và chính xác đến vị trí cần thiết.
+ Tính an toàn và tránh va chạm: Vì có độ chính xác và nhạy nên giúp robot tăng tính an toàn và bảo vệ cho robot trong quá trình hoạt động
- Nhược điểm của cơ cấu lái 2 bánh:
+ Độ phức tạp lớn: Cơ cấu có mức độ phức tạp hơn các cơ cấu khác khiến cho chi phí gia công, chế tạo tăng và cần sự tỉ mỉ trong khâu bảo dưỡng và sửa chữa.
+ Tiêu hao điện: Việc điều khiển 2 động cơ tách biệt yêu cầu một nguồn cung cấp lớn. Điều này ảnh hưởng tới thời gian hoạt động và thời gian cần để sạc lại nguồn cho robot
+ Lập trình khó: Việc lập trình để điều khiển robot với cơ cấu lái 2 bánh rất khó và đòi hỏi phần cứng phải có độ tương thích lớn.
4.2.3 Phân tích và đánh giá các phương án.
Bảng 4.1: Phân tích và đánh giá phương án thiết kế
Lựa chọn giải pháp/ Phương án
4.3.1 Tổng quan kiểu dáng thiết kế
Hình 4.3: Thiết kế bên ngoài robot
Hình 4.4: Thiết kế nhìn từ bên trên xuống robot
Hình 4.5: Thiết kế khi được mở nắp và thùng chở hàng
Phương án thiết kế đã được nhóm tham khảo, học hỏi và nghiên cứu với hình dạng như một chiếc xe, có không gian rộng rãi để chứa hàng hóa ở giữa, vòi phun và hệ thống quạt để khuếch tán lượng thuốc rộng và xa hơn Nhóm đã thiết kế sao cho phù hợp trong nhiều khu vực khác nhau, thuận tiện trong trong việc chứa, vận chuyển hàng hóa, cũng như giảm thiểu tối đa việc hàng hóa tiếp xúc với thuốc khử khuẩn nhằm đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.Ngoài hiệu quả của robot, robot còn được thiết kế thiết kế sao cho đạt về yêu cầu về độ thẩm mỹ, thân thiện, an toàn với người sử dụng.
- Cụm di chuyển phía trước
Hình 4.6: Cụm di chuyển phía trước
Trụ lái là bộ phận truyền sức đẩy từ động cơ tới bộ phận lái Nó giúp điều chỉnh và điều khiển hướng di chuyển của robot.
Bộ phận lái: gồm trục lái và các khớp nối với nhau qua vòng bi mắt trâu Nó truyền sự quay từ trụ lái tới các bánh xe trái/phải Bộ phận lái đảm bảo sự ổn định và đáp ứng khi robot rẽ hướng.
Hệ thống treo bao gồm các bộ phận như càng lái, bộ phận giảm xóc Hệ thống treo giúp giảm chấn và cân bằng lực tác động khi xe đi trên địa hình không bằng phẳng nhằm cung cấp sự ổn định của robot trong quá trình di chuyển.
Bánh xe được bộ phận lái truyền lực tác động vào để tạo hướng di chuyển cho robot.
- Cụm di chuyển phía sau
Với tải trọng lớn, sử dụng bộ vi sai là phương án tốt nhằm giải quyết vấn đề truyền động của robot Bộ vi sai cầu sau cho phép truyền lực từ hộp số tới bánh xe sau một cách hiệu quả hơn Nó giúp chia đều lực kéo giữa hai bánh xe sau, tăng cường sự bám đường và cải thiện khả năng vận hành của xe Ngăn chặn vi sai cầu sau xảy ra đặc biệt là khi vận hành trên địa hình khó khăn hoặc các tình huống rẽ với tốc độ cao Bộ vi sai cầu sau thường được chế tạo từ các vật liệu chất lượng cao và được thiết kế để chịu được các tải trọng và lực tác động mà robot gặp phải Sử dụng bộ vi sai cầu sau giúp gia tăng độ bền và tuổi thọ của hệ thống truyền động, giảm thiểu sự hao mòn và hư hỏng.
Sử dụng máy bơm áp suất để hút thuốc khử từ bình chứa đưa đến các vòi phun Vòi phun được gắng phía trước quạt nhằm phân tán lượng thuốc khử ra xa và rộng hơn.
Sử dụng camera được gắng ở phía trước của robot nhằm theo dõi vị trí của robot và truyền tín hiệu về màn hình cho người điều khiển dễ dàng nắm bắt vị trí trong những góc khuất để dễ dàng điều khiển robot.
Hình 4.10: Chi tiết cửa và bản lề
Các vị trí cửa ở được lắp với bản lề Sử dụng cách này giúp cho việc đóng mở dễ dàng. Với khu vực chứa hàng: bảo vệ hàng hóa an toàn, vệ sinh trong quá trình phun khử khuẩn, dễ dàng đóng mở thuận tiện trong việc lấy hàng hóa Với khu vực điện: bảo vệ mạch điện tránh bị hư hỏng khi thực hiện quá trình phun khử khuẩn, thuận tiện trong việc sửa chữa,kiểm tra hệ thống điện.
Hình 4.11: Bộ giảm xóc trước
Hình 4.12: Bộ giảm xóc sau Được thiết kế để giảm xóc và hấp thụ lực tác động lên hệ thống treo khi robot di chuyển trên các bề mặt không bằng phẳng Nó giúp làm giảm lực va đập và giữ cho bánh xe tiếp xúc với mặt đường một cách ổn định, tăng độ êm cho hàng hóa không bị rung lắc nhằm tránh việc hàng hóa vị hư hỏng, va đập làm vỡ… Phuộc nhún giúp giảm lực nghiêng và lật của robot trong quá trình cua, giữ cho bánh xe tiếp xúc đều đặn, giảm nguy cơ mất kiểm soát và lật xe.
Lưu đồ giải thuật của robot
Hình 4.13: Lưu đồ giải thuật cụm di chuyển
+ Bước 1: Khi khởi động robot, trạng thái không hoạt động.
+ Bước 2: Khởi động robot khi giá trị đọc kênh 6 nhỏ hơn 1500, ngược lại robot chưa hoạt động.
• Giá trị kênh 5 nhỏ hơn 1500 thì bơm bật ngược lại bơm tắt.
• Giá trị kênh 2 nhỏ hơn 1400 thì động cơ lùi, nếu giá trị kênh 2 lớn hơn 1550 thì động cơ tiến, ngược lại động cơ dừng.
+ Bước 4: Thực hiện lặp lại chương trình ở bước 2.
Xây dựng website
Hình 4.14: Lưu đồ chương trình cập nhật live webcam
+ Bước 1: Import các thư viện cần thiết cho ứng dụng ví dụ như Flask, Opencv, time,…+ Bước 2: Khởi tạo đối tượng Flask ví dụ như “app = Flask( name )”
+ Bước 3: Sau khi khởi tạo, thì ta có thể thiết lập đối tượng trên theo cấu hình mà bản thân mong muốn ví dụ như thiết lập tên đăng nhập, mật khẩu
+ Bước 4: Sử dụng các decorator @app.route() để định nghĩa các route cho ứng dụng của mình, thông thường sẽ khai báo @app.route(‘/’) áp dụng route gốc của mọi chương trình
+ Bước 5: Tạo hàm xử lý tương ứng với route gốc, hàm trả về với việc xuất ra một mẫu dựa trên file HTML đã xây dựng
+ Bước 6: Tạo hàm lấy hình ảnh và truyền hình ảnh từ webcam lên websever
+ Bước 7: Tạo một route để xử lý yêu cầu lấy hình ảnh từ websever và gửi reponse cho websever ví dụ @app.route('/video’)
+ Bước 8: Chạy ứng dụng Flask bằng câu lệnh app.run()
Hình 4.15: Sơ đồ hoạt động
Trình tự công việc tiến hành
- Phân công cho từng thành viên trong nhóm:
TT Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5
Thảo luận nhiệm vụ của Cả nhóm từng thành viên
Tính toán chọn động cơ Quân Quân
Tính toán thiết kế chi Quang Quang tiết robot Điều khiển động cơ Nhật Nhật
Gia công cơ khí Quang Quang
Kết nối phần điện Nhật Nhật
Nguyên lý hoạt động Quân Quân
Viết báo cáo Cả nhóm Cả nhóm Cả nhóm
Quay video mô phỏng Cả nhóm
Bảng 4.2: Phân công nhiệm vụ từng thành viên
TÍNH TOÁN CHI TIẾT CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ, CÁC BỘ PHẬN CỦA ROBOT, ĐIỀU KIỆN BỀN CỦA KHUNG GẦM
Tính toán công suất cần thiết, chọn động cơ và phân phối tỷ số truyền cho hệ thống truyền động
STT Tên Khối lượng (Kg) Số lượng
5 Bộ vi sai cầu sau 25 1
Bảng 5.1: Khối lượng các bộ phận sử dụng trên robot
- Giả sử Robot di chuyển trong điều kiện là bằng phẳng hoặc lên dốc với góc α = 10⁰
- Tổng khối lượng xe không tải là: m ≈ 80 (kg) (từ bảng 5.1)
- Khối lượng thuốc bằng: ℎ ố = 0 ℎ ố ℎ ố = 20 1 = 20 (kg)
+ Thể tích của thuốc mang theo của robot bằng 20 (l)
+ Khối lượng riêng của thuốc bằng xấp xỉ với nước 1 (kg/l)
- Khối lượng hàng hóa của robot có thể mang theo yêu cầu của đề tài bằng
100 (kg) Đồ án tốt nghiệp
Xác định công suất động cơ điện
Trường hợp 1: Robot chuyển động thẳng đều với vận tốc 3m/s
Hình 5.1: Các lực tác dụng lên robot chuyển động phẳng
- Áp dụng định luật 2 Newton trong trường hợp tổng quát ta có biểu thức như sau: theo phương 0x
(5.1) ực ma sát lăn là:
+ Hệ số ma sát lăn của 4 bánh xe: μ = 4.0,01 = 0,04
- Lực cản không khí là:
+ k là hệ số cản không khí, chọn k = 0,5
+ S là tiết diện mặt trước của xe, S = 0,75 (m 2 )
- Thay vào công thức (3.1) ta có:
Trường hợp 2: Robot chuyển động nhanh dần đều từ vận tốc v 0 = 0 (m/s) đến vận tốc v = 3 (m/s) trong khoảng thời gian ∆t = 5 (s).
- Áp dụng định luật 2 Newton trong trường hợp tổng quát ta có biểu thức như sau: theo
- = = 200.0,6 = 120 ( ực quán tính khi xe bắt đầu chuyển động là:
Với a là gia tốc của xe:
- Thay vào công thức (5.5) ta có:
Trường hợp 3: Robot chuyển động đều lên dốc nghiêng 10
Hình 5.2: Các lực tác dụng lên robot khi lên dốc nghiêng 10 0
- Áp dụng định luật 2 Newton trong trường hợp tổng quát ta có biểu thức như sau: theo
+ α = 10⁰ là độ dốc của mặt phẳng μ = 4.0,01 = 0,04
+ Tổng trọng lượng của xe: P = 2000 (N)
+ Hệ số ma sát lăn của 4 bánh xe: so với phương ngang.
- Lực cản khi xe lên dốc là:
- Thay vào công thức (5.9) ta có:
= 547 (N) (5.12) Đó là trường hợp tổng hợp lực đầy đủ Trong thực tế trường hợp này thường không tồn tại cùng nhau Như vậy lực cần thiết của động cơ được tính lại là:
+ Hiệu suất bộ vi sai là: 1 = 0,96
+ Hiệu suất bộ giảm tốc là: 2 = 0,97
+ Hiệu suất động cơ >80% nên chọn là: 3
- Hi ệu suất bộ truyền là: = 1 2 3 = 0,96.0,97.0,86 = 0,8 (5.14)
- Công suất cần thiết của động cơ: Để đả=m1,25bảo hoạt động ổn định trên những đoạn đường khác nhau thì ta chọn hệ số an toàn là = 0,45.Vậy.1,25ta
=tính0,56lại công suất cần thiết là:
- Bán kính bánh xe là 15cm.
- Chọn tỉ số truyền động
- Động cơ được chọn phải thoả mãn điều kiện :
- Do đó, nhóm em chọn động cơ Brushless DC 48V-500W do có bộ giảm tốc.
+ Động cơ motor có thông số kỹ thuật như sau:
• Tốc độ tối đa: 2800-3000 (vòng/phút)
Bán kính quay đầu
Hình 5.4: Sơ đồ quay vòng của robot
∶ Góc quay trung bình của các bánh dẫn hướng
1 ∶ Góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hướng thứ nhất đo từ thực nghiệm 1 = 30 0
2 : Góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hướng thứ haiđo từ thực nghiệm 2 = 35 0
: chiều dài cơ sở của robot = 1000 ( )
1 là khoảng cách tâm trụ đứng của cầu trước 1 = 587 ( ) là khoảng cách 2 vết bánh xe trước = 900 ( )
Thay các thông số trên vào (5.16) ta được "80( )
Vậy xe có bán kính quay vòng nhỏ nhất là "80( )
Tính toán, chọn vi sai cầu sau
- Tốc độ của xe mong muốn đạt là = 1 (m/s)
- Tốc độ động cơ lựa chọn là= 3000= 50 (vòng/s)
= 1 = 47 thống vi sai có tỉ số truyền là 50.
- Vì vậy tỉ số truyền giữa động cơ và hệ thống vi sai là 47 Vì vậy ta chọn hệ
Hình 5.5: Hình vi sai cầu sau
Sức bền của khung
5.4.1 Chọn vật liệu làm khung:
- Vật liệu làm khung là thép vuông 30 (mm) x 30 (mm), bề dày 1.4 (mm) với mác thép là CT3.
- Khung và vỏ được nối chung bằng mối hàn, chúng đồng thời tiếp nhận và chịu tải trọng.
+ Giới hạn chảy: σ ch = 340 (MPa)
Hình 5.6: Khung xe thiết kế trong Inventer
5.4.2 Kết quả kiểm nghiệm độ bền khung trên Inventer: - Ứng suất pháp lớn nhất: 4,614 (MPa) < [ ] = 207 (MPa)
Hình 5.7: Kết quả phân tích ứng suất bền
- Từ hình 5.8 có thể thấy chuyển vị lớn nhất là: 0,083 (mm) và dựa vào nguyên lý hoạt động và chức năng của các bộ phận của robot Nên chuyển vị sẽ không ảnh hưởng quá lớn tới các vị trí tương quan và chức năng của robot.
Vậy khung robot trong trạng thái động đủ bền để chịu tải trọng.
Kết luận: Qua 2 quá trình kiểm nghiệm, có thể thấy khung robot được thiết kế đủ bền để robot luôn được vận hành ổn định.
Tính động cơ lái Servo DC
Hình 5.9: Mô hình tính động cơ lái
1 = 2 =.0,1=6( ) từ (3.2) để bánh xe có thể quay được thì cần thắng được lực ma sát nên ta có:
Từ (1) suy ra ta có:
Vậy ta chọn động cơ có moment lớn hơn 1,2 Kg.m Do trong quá trình mua chưa có động cơ phù hợp nên nhóm sử dụng động cơ ASMC-04A tạm thời.
Loại thông số Giá trị
Góc quay 300 0 Điện áp tín hiệu đầu vào 0 (V) đến +5 (V) Điều khiển độ chính xác 0,32 0
Kích thước 95,5(mm) x 60,5 (mm) x 102,6 (mm)
Bảng 5.2: Thông số động cơ servo DC
Tính toán chọn trục trước
- Nhóm dùng phần mềm MDSolid để tính toán chọn trục bánh trước.
- Tiết diện nguy hiểm nhất tại khớp A: M td = 12200 (N.mm)
- Dựa vào công thức xác định đường kính trục:
Tính toán lựa chọn ổ bi
F ms = 80 (N) (Khi chuyển động nằm ngang)
- Ta có lực tổng hợp tại 2 đầu trục lần lượt bằng
- Vậy ta tính theo giá trị F = 383 (N)
- Theo công thức với = 1 0 (lực dọc trục) Q=X.V 1 đ
(nhiệt độ t