Đồ án môn học cơ điện tử nghiên cứu, thiết kế mô hình máy viết chữ tự động

Mô tả nhiệm vụ công nghệ - Bút được gắn trên trục Z chuyển động lên xuống - Bút đồng thời dịch chuyển theo trục X,Y để tạo nên nét chữ - Hệ thống được điều khiển thông qua máy tính.. Để

BỘ CÔNG THƯƠNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

MÔN: ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ

Giáo viên hướng dẫn : Ths Nhữ Quý Thơ

Sinh viên thực hiện Phùng Văn Doanh MSV: 2022600002

Nguyễn Tiến Dũng MSV: 2020605747

Hà Nội - 2023

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế mô hình máy viết chữ tự động

2 Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Tổng quan về hệ thống (L4.2)

- Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết về hệ thống (L4.2)

- Nội dung 3: Tính toán, thiết kế mô hình hệ thống (L4.1, L4.3)

- Nội dung 4: Viết báo cáo

3 Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch và mô hình sản phẩm (nếu có)

MÔ TẢ HỆ THỐNG

1 Mô tả nhiệm vụ công nghệ

- Bút được gắn trên trục Z chuyển động lên xuống

- Bút đồng thời dịch chuyển theo trục X,Y để tạo nên nét chữ

- Hệ thống được điều khiển thông qua máy tính Tranh cần viết được vẽ trực tiếp trên máy tính và được truyền dữ liệu đến bộ điều khiển của máy

Mục Lục

MỞ ĐẦU 6

I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 7

1.1.Lịch sử nghiên cứu 7

1.2 Các vấn đề đặt ra 8

1.3 Phương pháp nghiên cứu 9

1.4 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu 9

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1.Sơ bộ về máy viết chữ tự động 10

2.2 Hệ thống cơ khí 10

2.3 Hệ thống điện điều khiển 11

2.3.1 Bộ điều khiển 12

2.3.2 Động cơ bước 15

2.3.3 Động cơ servo SG90 17

2.3.4 Board CNC Shield V4 18

2.3.5 Module Drive A4988 19

2.3.6 G-code 21

III TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG 24

3.1 Tính toán thiết kế hệ thống cơ khí 24

3.1.1 Khung cơ khí 24

3.1.2 Cơ cấu truyền động 27

3.2 Tính toán, thiết kế hệ thống điện 31

3.2.1 Sơ đồ hệ thống điện 31

3.2.2 Động cơ bước 33

3.3 Tính toán, thiết kế hệ thống điều khiển 37

3.3.1 Cơ chế hoạt động 37

3.3.2 Phần cứng điều khiển truyền động 37

3.3.3 Phần mềm điều khiển 38

KẾT LUẬN 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC 44

Danh mục hình ảnh

Hình 1 Máy viết chữ Axidraw 7

Hình 2 Bộ vít me 11

Hình 3 Khung nhôm định hình 11

Hình 4 Adruino nano 13

Hình 5 Sơ đồ nguyên lý arduino nano 15

Hình 6 Động cơ servo MG90S 15

Hình 7 Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước lai đơn cực 16

Hình 8 Động cơ servo 18

Hình 9 Arduino CNC Shield V4 18

Hình 10 Module Drive A4988 19

Hình 11Mạch in Module Drive A4988 21

Hình 12 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển A4988 21

Hình 13 Cấu tạo cơ khí máy viết chữ 24

Hình 14 Trục X 25

Hình 15 Trục Y 26

Hình 16 Trục Z 27

Hình 17 trục vít me 28

Hình 18 Sơ đồ phần mạch điện 31

Hình 19 Sơ đồ nguyên lí 32

Hình 20 Sơ đồ nguyên lý mạch giới hạn 33

Hình 21 Cơ chế hoạt động 37

Hình 22 Giao diện chính phần mềm Lightburn 38

Hình 23 Sơ đồ giải thuật chương trình chính 41

Hình 24 Sơ đồ chân Adruino nano 44

Danh mục banh biểu Bảng 1 Bảng thông số kỹ thuật Arduino 14

Bảng 2 Chức năng các chi tiết cơ khí 25

Bảng 3 Bảng tiêu chí đánh giá động cơ bước 34

Bảng 4 Chức năng các chân Adruino nano 44

Bảng 5 Danh sách động cơ bước NEMA thường gặp được phân loại dựa trên thông số kích thước bên ngoài 48

MỞ ĐẦU

Hiện nay, để thúc đẩy kinh tế, xã hội phát triển ngày càng đi lên, con người luôn hướng tới việc phát triển và ứng dụng khoa học kỹ thuật vào mọi lĩnh vực của đời sống nhằm tạo ra những sản phẩm có hiệu quả cao về chất lượng lẫn số lượng đồng thời giảm thiểu thời gian, sức lao động của con người mà năng suất, hiệu quả kinh tế đạt ở mức độ cao

Kỹ thuật tự động là một trong những kỹ thuật cao đang phát triển Chuyên ngành kỹ thuật tự động điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, và thu được nhiều sự chú ý từ nước ta Với ý tưởng: “Nếu một tổ chức, một nhóm, một cá nhân nào đó cần gấp một lượng lớn bản thảo viết tay, thiệp mời, chữ ký, bản vẽ…Với tính kinh tế cao” thì ta nên làm gì

Để giải quyết vấn đề này cùng với mong muốn góp phần vào sự phát triển của phương pháp điều khiển thông minh, nhóm đã tìm hiểu sơ lược và được sự tư vấn nhiệt tình từ các thầy cô hướng dẫn bộ môn và đã quyết định lựa chọn đề tài

“Nghiên cứu, thiết kế mô hình máy viết chữ tự động” Đồ án môn học cơ điện

tử với mong muốn hoàn thành tốt môn học, học hỏi thêm kiến thức, nâng cao khả năng thiết kế và thi công các bộ phận cơ khí, mạch điện và cả phần lập trình điều khiển đồng thời có thể đóng góp hữu ích vào cuộc sống Mục tiêu được đặt ra là thiết kế và mô phỏng máy viết chữ tự dộng

Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.s Nhữ Quý Thơ giúp nhóm có thể hoàn thiện được đề tài tốt nhất

Trong suốt quá trình nghiên cứu, thiết kế và đánh giá, nhóm đã nhận được nhiều

sự giúp đỡ từ phía các thầy cô trong bộ môn, các anh chị và bạn bè, song không thể tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót Vì vậy, nhóm rất mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, phê bình từ các thầy cô nhằm hoàn thiện đề tài một cách tối ưu, hiệu quả nhất

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

Từ xưa để lưu truyền thông tin, con người đã không ngừng tạo ra các văn bản Những văn bản này thường được viết bằng tay, năng suất tạo ra kém Thông tin cần lưu truyền dần mất mát, hao mòn Vấn đề này đã được cải thiện dần khi vào năm 1874 máy đánh chữ thương mại ra đời, nhưng chúng không phổ biến trong các văn phòng cho đến giữa năm 1880 Máy đánh chữ đã nhanh chóng trở thành một công nghệ không thể thiếu Nhưng với các công nghệ dịch vụ tốc độ ngày nay máy đánh chữ đã dần bị thay thế

Con người luôn hướng tới việc phát triển và ứng dụng khoa học kỹ thuật vào mọi lĩnh vực của đời sống nhằm cho ra những sản phẩm có hiệu quả cao về chất lượng lẫn số lượng đồng thời cũng tiết kiệm được thời gian, công sức, Đáp ứng như cầu đó, những máy viết chữ tự động đã ra đời

Hình 1 Máy viết chữ Axidraw

Máy viết chữ tự động nay đã không còn quá lạ lẫm trên thị trường nước ta Máy viết chữ tự động sẽ được sử dụng rất nhiều trong thư pháp, giáo dục và một

số sản phẩm có độ chính xác cao như mẫu chữ giảng dạy, một số bức tranh nổi tiếng, viết vẽ bản vẽ thi công chính xác một cách tự động,… và có thể phát triển phức tạp, hoàn thiện hơn Hiện nay phổ biến nhất chính là Axidraw

Về Axidraw: AxiDraw là một máy vẽ bút đơn giản, hiện đại, chính xác và linh hoạt, có khả năng viết hoặc vẽ trên hầu hết mọi bề mặt phẳng Nó có thể viết bằng bút máy, bút đánh dấu vĩnh viễn và các dụng cụ viết khác để xử lý vô số ứng dụng Thiết kế độc đáo của nó có đầu viết vượt ra ngoài máy, giúp bạn có thể vẽ trên các vật thể lớn hơn chính máy

Ở đề tài này nhóm tác giả hướng đến thiết kế, mô phỏng một mô hình máy viết chữ có khả năng viết, vẽ cơ bản, với mục đích nghiên cứu ứng dụng những kiến thức đã học vào thực tế

- Trục di chuyển phải giảm thiểu ma sát để không gây ra sai số lớn

- Tốc độ di chuyển có thể điều chỉnh nhanh chậm tùy ý nhưng vẫn chuẩn xác

- Thiết kế nhỏ gọn có thể di chuyển sử dụng bất kì lúc nào

- Vùng làm việc chính là diện tích tối đa máy có thể vẽ tới đáp ứng được nhu cầu khách hàng

Phần điện, điện tử:

- Sử dụng phần mềm liên kết ( có thể là Inkscape hay Gcode sender, ) để vẽ và

xử lí được hình ảnh sao cho có thể xuất và thực hiện truyền từ PC xuống vi điều khiển

- Mạch đảm bảo an toàn không chập cháy nổ

- Dây điện gọn gàng đảm bảo quá trình vận hành không bị vướng cũng như làm đứt dây

- Chương trình điều khiển dựa trên định luật NC Được xây dựng trên các phầm

mềm hỗ trợ về lập trình

Nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu từ tài liệu cơ sở ngành và chuyên ngành Tự động hóa đã được học cộng thêm một số tài liệu kỹ thuật khác như: giáo trình cơ sở kỹ thuật CNC,

vi điều khiển AVR,

- Nghiên cứu qua Internet, youtube, tìm hiểu cách láp ráp vận hành máy từ những sản phảm tương tự khác

- Lựa chọn mô hình thiết kế phù hợp, khả thi

- Tìm hiểu kập trình Arduino, PLC,

- Tìm hiểu về động cơ và cách điều khiển

- Mô phỏng chuyển động của máy viết chữ tự động

Giới hạn nghiên cứu:

- Thiết kế máy viết chữ đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, an toàn sử dụng

- Máy có thể viết chữ, vẽ tranh với độ chính xác cao

- Kết cấu máy nhỏ gọn, dễ di chuyển

Phạm vi nghiên cứu:

- Là một đồ án môn học, nhóm sẽ nghiên cứu cơ sở lý thuyết, mô phỏng và mô hình hóa 3D sản phẩm

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Máy viết chữ tự động đã không còn xa lạ gì với chúng ta hiện nay Về cơ bản, Máy viết chữ là một cánh tay máy hoạt động gần như tương tự máy in, được điều khiển bằng máy tính thông qua phần mềm vector đồ họa "Inkscape" Chỉ có điều thay vì sử dụng mực in, máy viết chữ lại có thể sử dụng các dạng bút viết như bút máy, phấn, bút bi, bút chì, bút lông Nhưng dù sử dụng loại bút nào thì máy cũng có thể tạo ra những nét vẽ, nét chữ viết tay rất "nghệ thuật" rất “con người” mà không bị "công nghiệp"và cứng ngắc như máy in hiện nay

- Khớp nối Reprap: chúng được làm bằng nhựa ABS hoặc PLA với độ chính

xác ở mức tương đối Quan trọng là các lỗ bắt bu lông và lỗ trượt phải chính xác về vị trí cũng như tương quan lắp ghép

- Truyền động Reprap: Để máy hoạt động, cần có các cơ cấu truyền năng lượng

từ động cơ bước sang cơ cấu chấp hành (trục vitme đai ốc) Sử dụng chuyển động xoay của động cơ bước thành chuyển động tịnh tiến they trục x,y

- Đầu cố định các loại bút

Hình 2 Bộ vít me

Hình 3 Khung nhôm định hình

Máy tính sẽ nhận dữ liệu từ con người sau đó chuyển dến bộ điều khiển xử

lý trung tâm để tiến hành xử lý điều khiển vị trí làm việc cho robot

Bộ điều khiển thực hiện truyền lệnh dữ liệu điều khiển từ máy tính và giải

mã tín hiệu đồng thời tính toán tín hiệu truyển xung điều khiển đến các driver điều khiển động cơ thực hiện điều khiển góc quay cho động cơ

Trong nghiên cứu này việc lựa chọn các thành phần điều khiển dựa trên mức

độ gần gữi, dễ sử dụng và đạt hiệu quả kinh tế nên nhóm đã chọn bộ điều khiển Arduino

Arduino là một board mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên

Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005.Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm

vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, Ethernet Shield, Sim900A,… để tăng khả ứng dụng của mạch Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử

lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit … Hiện phần cứng của Arduino có tất cả 6 phiên bản, Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno và Arduino Mega

Hình 4 Adruino nano

Adruino nano có giá thành rẻ và có khả năng xử lý các chương trình phức tạp, có thể kết nối trực tiếp với máy tính qua 1 dây cáp tiện lợi, Adruino phù hợp với việc chế tạo robot trong ngành cơ điện tử nên chúng e có thể tái sử dụng nhiều lần với nhiều mục đích khác nhau

Adruino board có rất nhiều phiên bản với hiệu năng và mục đích sử dụng khác nhau như: Adruino Mega, Adruino Nano, Adruino LilyPad, Arduino ano

là loại phổ biến và dễ sử dụng nhất trong các dòng Arduino hiện nay cũng như tương thích với nhiều loại Arduino Shield nhất Là thiết bị thích hợp nhất cho đồ

án này

Bảng 1 Bảng thông số kỹ thuật Arduino

và đi từ Arduino RX và TX LED trên bảng sẽ nhấp nháy khi dữ liệu đang được truyền qua các USB-to-serial chip và kết nối USB với máy tính

Khái quát về động cơ bước:

Ngày nay, động cơ bước được sử dụng rất phổ biến So với động cơ Servo thì động cơ bước có một số ưu điểm vượt trội như tính hãm tốt, phương pháp điều

khiển đơn giản hơn rất nhiều so với động, cơ Servo và giá thành động cơ và bộdriver là rẻ hơn nhiểu lần so với động cơ Servo Tuy vậy vẫn tồn tại một số nhược điểm như khả năng điều khiển chính xác tốc độ và vị trí khơng bằng động

cơ Servo,và điều khiển ở động cơ bước là điểu khiển vịng hở nên có thể xảy ra hiện tượng mất bước khi quá tải Trong đề tài này động cơ bước rất phù hợp làm động cơ điều khiển trục x, y của máy

Nguyên lý hoạt động và điều khiển động cơ bước:

Khác với những loại động cơ thông thường, động cơ bước cần phải cấp xung đến các dây đầu vào theo thứ tự nhất định thì động cơ mới có thể hoạt động Để

có được xung điều khiển theo tuần tự cấp vào các dây, mỗi động cơ bước cần có một Driver chuyên dụng để điều khiển nó Trước tiên ta xét một động cơ bước kiểu lai đơn cực 6 dây ra, đây là loại động cơ được sử dụng trong chế tạo mơ hình thực tế

Các thành phần của động cơ gồm có:

- Nam châm vĩnh cửu có một cặp cực Bắc-Nam (N-S)

- Stator 200 răng (độ phân giải của động cơ là 1.80), được lái bởi các cặp cuộn dây A1-A2 và B1-B2

Hình 7 Bố trí các cuộn dây trong động cơ bước lai đơn cực

Cấu tạo của rô-to gồm hai cực Bắc-Nam bố trí dọc theo trục của rô-to Hai cực được đặt lệch nhau 1 răng Khi cực A -A1 có được cấp điện sao cho cực A là cực Bắc và cực A1 là cực Nam, khi đi cực A sẽ hút cực Nam trên rô-to về gần nhất, đồng thời cực Bắc trên rô-to sẽ xa cực A nhất vì có sự bố trí lệch 1 răng trên rô-to Các răng trên A và A1 cũng không được bố trí đối xứng mà chúng lệch nhau

1 răng, vậy nên khi cực Bắc của rô-to xa A nhất thì nó lại gần A1 nhất, cực Nam của rô-to gần A nhất thì nó lại xa A1 nhất Như vậy lực hút giữa rô-to và Stator là lớn nhất rô-to được giữ ở vị trí cố định trong từ trường của Stator tạo ra sao cho tại cùng một bản cực trên Stator thì một cực của rơ-to gần nó nhất cực còn lại thì

xa nhất Khi cuộn A-A1 bị ngắt điện đồng thời cuộn B-B1được cấp điện, khi đó

từ trường của Stator bị lệch đi 3 răng bằng với khoảng chênh lệch giữa cặp AA1

và B -B1, từ trường này sẽ kéo rô-to quay lệch đi 1 răng Cứ tuần tự cấp điện như vậy, ta sẽ tạo ra từ trường quay quanh trục của Rotor và kéo rơ-to quay hết vòng

Động cơ servo SG90 có kích thước nhỏ gọn, là loại hay được sử dụng nhiều nhất để làm mô hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không dùng đến lực nặng Nó có tốc độ phản ứng nhanh , các bánh răng được làm bằng nhựa

Servo SG90 là một dạng động cơ điện đặc biệt Không giống như động cơ thông thường cứ cấp nguồn vào động cơ là chạy liên tục, nó chỉ hoạt động khi được cấp nguồn (2 dây) và được điều khiển (1 dây) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0- 180o

- Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây

Board CNC Shield V4 là board mở rộng của Arduino UNO R3 dùng để điều

khiển các máy CNC mini Board có 4 khay dùng để cắm các mô đun điều khiển động cơ bước A4988, khi đó board có thể điều khiển3 trục X, Y, Z và thêm một trục thứ 4 tùy chọn trên các máy CNC mini

Hình 9 Arduino CNC Shield V4

Đặc điểm nổi bật:

- Tương thích GRBL (mã nguồn mở chạy trên Arduino UNO R3 để điều khiển CNC mini)

- Hỗ trợ lên tới 4 trục (trục X, Y, Z và một trục thứ tư tùy chọn)

- Hỗ trợ tới 2 Endstop (cảm biến đầu cuối) cho mỗi trục

- Tính năng điều khiển spindle

- Tính năng điều khiển dung dịch làm mát khi máy hoạt động

- Sử dụng các mô đun điều khiển động cơ bước, giúp tiết kiệm chi phí khi thay thế, nâng cấp

- Thiết lập độ phân giải bước động cơ bằng jump đơn giản

- Thiết kế nhỏ gọn, các đầu nối tiêu chuẩn thông dụng

- Điện áp nguồn cấp đa dạng từ 12V tới 36V

- Kích thước 6.8x5.4cm

2.3.5 Module Drive A4988

Hình 10 Module Drive A4988

Như đã đề cập trong mục trước, các động cơ bước không thể hoạt động với cách cấp điện như các loại động cơ AC hay DC thông thường Ta phải đưa điện

áp kiểu xung vuông tuần tự đến các đầu vào của các cuộn dây trong Stator Để làm được điều đó ta cần một Driver điều khiển Hiện nay Driver điều khiển động

cơ bước khá phổ biến và dễ chế tạo với các IC chuyên dụng L298 và L297, ngoài

ra các Driver chính hãng sử dụng trong công nghiệp thì sử dụng các IC họ 74xx

và cùng với các chíp vi xử lí Khi đó Driver A4988 là lựa chọn tốt để thiết kế bộ Driver điều khiển cho động cơ bước vì các linh kiện này rất phổ biến, dễ tìm mua

và giá thành rất rẻ, hơn nữa các IC này còn có công suất lớn, độ bền cao, làm việc tin cậy, ít nhiễu

A4988 là Driver điều khiển động cơ bước cực kỳ nhỏ gọn, hổ trợ nhiều chế

độ làm việc, điều chỉnh được dòng ra cho động cơ, tự động ngắt điện khi quá nóng A4988 hỗ trợ nhiều chế độ hoạt động của động cơ bước lưỡng cực như: Full, Half, 1/4, 1/8 và 1/16

Dưới đây là một số tính năng chính của sản phẩm:

- Dễ dàng điều khiển hướng quay và số bước quay

- 5 chế độ điều khiển: full step, haft step, 1/4, 1/8, 1/16

- Có thể điều chỉnh dòng tối đa thông qua một biến trở cho phép động cơ bước hoạt động với công suất tối đa

- Ngắt bảo vệ khi quá nhiệt, quá áp và quá dòng

G-code là những kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D mà máy tính

sử dụng để điều khiển các máy móc khác với mục đích sản xuất (có tính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp (1) Mã G-code là một loại

ngôn ngữ lập trình được sử dụng trong điều khiển số có chứa các thông tin định

vị một công cụ làm công việc thực tế Ngoài mã G còn có các loại mã M, mã T,

và một số mã điều khiển máy và dụng cụ khác

b, Các chuyển động chạy nội suy:

Biên dạng cho trước trong kỹ thuật được hình thành từ các phần tử đường thẳng và đường tròn Nếu một dụng cụ chạy theo đường thẳng từ một điểm xuất phát tới điểm đích không song song với trục thì gọi là nội suy đường thẳng Để có thể đạt được quỹ đạo thẳng của dụng cụ thì các chuyển động dịch chuyển của các trục thành phần phải được xác định tương ứng Do vậy mối tương quan bước tiến của từng trục khẳng định hướng chuyển động thẳng

c, Giá trị số theo sau địa chỉ G định nghĩa các lệnh được viết trong từng khối Phụ thuộc vào các mã G tiếp sau, chúng sẽ được phân loại thành 2 kiểu sau:

- Dạng mã G đơn (mã G trong một nhóm 00 ngoại trừ G10 và G11) có ý nghĩa: chỉ có hiệu lực trong một khối xác định

- Dạng mã G module (mã G theo nhóm) có ý nghĩa: mã G có hiệu lực cho đến khi một mã G khác được đưa ra

Ví dụ: G00 và G01 cả 2 đều là dạng mã theo module, chúng đều là dạng mã

Ví dụ: N15 G01 X40 Y50 Z75 F30 S1200 là một block Trong đó:

- N15: số câu lệnh theo thứ tự của chương trình

- G01: từ lệnh điều khiển sự dịch chuyển thẳng của dụng cụ

- X40, Y50, Z75: tọa độ các điểm trong hệ tọa độ X, Y, Z

- F30: F lượng chạy dao (Feedrate) 30mm/ph hoặc inch/ph

- S1200: số vòng quay trục chính (speed) 1200 v/ph hoặc tốc độ cắt m/ph, inch/ph

III TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Phần cơ khí của máy viết chữ gồm 4 phần chính:

Các chi tiết cơ khí trục Y

Các chi tiết cơ khí trục X

Các chi tiết cơ khí trục Z

Đế máy

Hình 13 Cấu tạo cơ khí máy viết chữ

Bảng 2 Chức năng các chi tiết cơ khí

phải này phải lớn hơn 23cm Nhóm đã lựa chọn thanh dẫn hướng có độ dài 30cm

có sẵn trên thị trường

Truyền chuyển động: Để truyền chuyển động, và chuyển động quay của động

cơ sang chuyển động tịnh tiến của trục X, ta sử dụng cơ cấu truyền động vitme đai ốc biến chuyển động quay của động cơ bước thành chuyển động tịnh tiến của bút

Phương án chọn thiết bị dẫn hướng và chọn trục truyền chuyển động cũng được sử dụng giống với thiết kế trục X, tức ta sử dụng đế làm từ gỗ ép và các khớp nối reprap định hình (theo trục Y), còn truyền chuyển động ta sử dụng truyền động trục vitme đai ốc Tuy nhiên đặc điểm trục Y khác với đặc điểm trục X là trục Y có hành trình dài hơn (33cm)

Nguồn động lực điều khiển trục chính là các động cơ, các động cơ thường

sử dụng là động cơ Servo theo chế độ vòng lặp kín

Hình 16 Trục Z

Phần Đế máy được làm từ gỗ là nơi để cố định trục Y

Dựa trên mô hình truyền động theo trục X, Y, Z thông thường sẽ sử dụng phần cơ khí Hoạt động dựa trên nguyên tắc vector tọa độ, vì vậy có các đặc điểm hích hợp cho mô hình máy viết chữ như sau:

Vít me – đai ốc là cơ cấu truyền động biến truyền động quay thành chuyển động tịnh tiến Truyền đông vít me – đai ốc có 2 loại là vít me – đai ốc trượt và vít me đai ốc bi

Lựa chọn vật liệu cho trục vít và đai ốc:

Ngoài yêu cầu độ bền vật liệu làm vít cần có độ bền mòn cao và dễ gia công

− Vật liệu vít: Thép 45

− Vật liệu đai ốc: Đồng

Tính toán, thiết kế cho chuyển động của hệ thống

Sơ đồ đặt lực:

a, trục X

Ta có khối lượng các chi tiết:

- Khối lượng tay cầm bút: 120(g)

- Khối lượng trục vít đai ốc: 730(g) (vít me dài 23cm, và nặng 31g/100mm)

- Khối lượng bút: 8(g)

- Khối lượng động cơ servo: 9(g)

m = 120 + 730 + 8 + 9 = 867(g)

Lấy khối lượng trục vít và các chi tiết khác là m = 900(g)

Ta sẽ có lực dọc trục Fa tác dụng lên bộ truyền trục vít là tổng khối lượng của tay cầm bút, bút và động cơ servo

m1 = 120 + 8 + 9 =137 (g)

𝐹𝑎 = 𝑁 = 𝑚1 𝑔 = 0.137.9,8 = 1.3426(N) Đường kính trung bình của ren trục vít

Theo điều kiện ta có:

𝜑ℎ = ℎ/𝑝 - hệ số chiều cao ren, với h – chiều cao làm việc của ren, p – bước ren; ren thang chọn 𝜑ℎ = 0,5

[q] – áp suất cho phép, phụ thuộc vào vật liệu vít và đai ốc Ta có vật liệu vít đai

Theo công dụng của bộ truyền và yêu cầu về tự hãm, chọn số đầu mối ren zh: Trường hợp cần đảm bảo tính tự hãm, chọn số mối ren zh =1, trái lại nếu yêu cầu vít thực hiện hành trình lớn hơn sau một vòng quay thì chọn ren nhiều đầu mối (zh > 1)

𝑝 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (𝑐𝑜𝑠𝛿)𝑓Trong đó, 𝛿 là góc nghiêng của cạnh ren làm việc; ren thanh, chọn 𝛿 = 15°

f – hệ số ma sát, phụ thuộc cặp vật liệu của vít và đai ốc, với thép và đồng thanh không thiếc, f = 0.4

𝑝 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (𝑐𝑜𝑠𝛿) = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (𝑓 𝑐𝑜𝑠15°) = 22,5°0.4

𝛾 < 𝑝 Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren:

𝐻 = 𝜑𝐻 𝑑2 = 2.7 = 14(𝑚𝑚) Chọn H = 15mm

Số vòng ren của đai ốc: