báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài robot lễ tân. thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài robot lễ tân
Phân tích nhiệm vụ thiết kế
Tổng quan về Robot lễ tân
1.1.1 Lợi ích của robot lễ tân
Hầu hết các tổ chức đều cần có nhân viên ở tuyến đầu chào hỏi khách hàng, đối tác, nhà cung cấp của họ hoặc bất kỳ ai khác đang ghé thăm cơ sở Ấn tượng đầu tiên là điều cần thiết, vì vậy những nhân viên lễ tân được đào tạo bài bản, thân thiện và dễ chịu là những thành viên chủ chốt của nhóm
Hình 1.1 Robot lễ tân khách sạn
Ngày nay việc sử dụng robot lễ tân đang ngày càng trở nên phổ biến Có một vài lý do cho xu hướng này Ở góc độ tài chính, chi phí triển khai công nghệ khách sạn đã rẻ hơn rất nhiều so với trước kia Điều này cho thấy rằng bất cứ loại khách sạn nào, thậm chí là rất nhỏ vẫn có thể tận dụng những lợi thế liên quan Tuy nhiên, chúng ta cũng cần lưu ý các yêu cầu của khách đang bắt đầu thay đổi
Nhờ kết nối không dây và sự hiện diện gần như khắp nơi của điện thoại thông minh, khách hàng mong đợi chất lượng dịch vụ nhiều hơn trong suốt thời gian lưu trú Điều này rõ ràng liên quan đến sự hiện diện của công nghệ ở một mức độ nhất định Robot lễ tân có thể mang lại lợi thế cạnh tranh, vì vậy các nhà quản lý có lý do để tận dụng cơ hội mà robot mang lại
1.1.2 Một số ứng dụng và chức năng của Robot lễ tân
Nhiều người có thể nghĩ rằng sự tiếp xúc của con người là cần thiết, nhưng trên thực tế, robot lễ tân khách sạn chiếm hơn 40% doanh số bán robot hình người Điều này là do chúng cực kỳ linh hoạt Một nhân viên lễ tân robot có thể thực hiện một loạt các nhiệm vụ, bao gồm:
− Chào hỏi du khách và hỏi họ về chuyến viếng thăm
− Thông báo cho nhân viên rằng cuộc hẹn của họ đã đến
− Dẫn khách đến đúng phòng hoặc tầng
Nhân viên lễ tân robot cũng có nhiều lợi ích trong môi trường an ninh cao hoặc nguy hiểm, nơi chúng có thể:
− Tự động tạo, cá nhân hóa và in thẻ khách
− Đưa ra các hướng dẫn an toàn chung quanh cơ sở
− Nêu các yêu cầu và vị trí của các thiết bị an toàn cần thiết
− Phát video về sức khỏe và an toàn
Hình 1.2 Tương tác với robot lễ tân
Hiện nay, nhu cầu thị trường về robot lễ tân đang gia tăng do nhiều lợi ích mà chúng mang lại Dưới đây là một số yếu tố đã tạo ra sự tăng trưởng của thị trường này:
Tính năng tự động và hiệu suất: Robot lễ tân có khả năng tự động thực hiện nhiều nhiệm vụ, như chào đón và hướng dẫn khách hàng, cung cấp thông tin, hỗ trợ trong việc đặt phòng hoặc đồng hành trong quá trình làm thủ tục đăng ký Điều này giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất làm việc
Giảm chi phí: Sử dụng robot lễ tân có thể giảm bớt chi phí nhân sự, đồng thời loại bỏ các rủi ro liên quan đến sự chậm trễ hoặc sai sót từ con người Một lần mua robot lễ tân có thể lâu dài và tiết kiệm chi phí dài hạn
Trải nghiệm khách hàng tốt hơn: Robot lễ tân có thể tạo ra trải nghiệm độc đáo và mới mẻ cho khách hàng Chúng có khả năng giao tiếp một cách tự nhiên và thân thiện, đồng thời cung cấp thông tin chi tiết và hữu ích cho khách hàng
Cải thiện hình ảnh và định vị thương hiệu: Việc sử dụng robot lễ tân mang tính tiên phong và hiện đại có thể giúp cải thiện hình ảnh của một khách sạn, công ty hoặc tổ chức Điều này đồng nghĩa với việc tăng cường sự đáng tin cậy và chuyên nghiệp của thương hiệu
Phù hợp với xu hướng công nghệ 4.0: Robot lễ tân phù hợp với xu hướng công nghệ hiện đại và phát triển trong kỷ nguyên Công nghệ 4.0 Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc tận dụng các ứng dụng của Trí tuệ nhân tạo (AI), Internet of Things (IoT) và tự động hóa để mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho người dùng
Nhờ những lợi ích mà robot lễ tân mang lại, nhu cầu sử dụng chúng đang gia tăng ở nhiều lĩnh vực, bao gồm khách sạn, nhà hàng, sân bay, bệnh viện, trung tâm thương mại và nhiều nơi khác Thị trường robot lễ tân có tiềm năng phát triển trong tương lai và thu hút sự quan tâm của các công ty công nghệ và khách hàng trên toàn thế giới
Robot lễ tân có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm:
1 Dựa trên hình dạng và ngoại hình:
Robot humanoid: Những robot này có hình dạng và tính chất tương tự như con người, với khả năng di chuyển, cử động và giao tiếp một cách tự nhiên Chúng thường được thiết kế để tương tác trực tiếp với con người và có khả năng nhận diện khuôn mặt, giọng nói và cung cấp hỗ trợ thông qua giao tiếp ngôn ngữ
Hình 1.3 Robot lễ tân tại khách sạn Henn-na, Nhật Bản
Robot không humanoid: Bao gồm các robot có hình dạng và ngoại hình khác nhau, không giống với con người Các thiết kế này có thể bao gồm robot có
9 hình dạng đáng yêu, động vật như chó robot, hoặc thiết bị di động như một mô- đun trên bàn
2 Dựa trên chức năng và nhiệm vụ:
Robot lễ tân chung: Loại robot này thường được sử dụng để chào đón khách hàng, cung cấp thông tin và hướng dẫn về cơ sở vật chất, dịch vụ hoặc sự kiện
Robot lễ tân khách sạn: Được sử dụng trong ngành khách sạn để tiếp đón khách, hướng dẫn đến phòng, cung cấp thông tin về dịch vụ và tiện ích của khách sạn
Hình 1.5 Robot dẫn khách đến phòng khách sạn
Thiết lập danh sách yêu cầu
Nhóm 24 Danh sách yêu cầu
W Yêu cầu Chịu trách nhiệm
− Chiều cao tổng thể: 100 – 150 cm
− Tiết diện tối đa: 60 x 60 cm
− Khung robot chắc chắn, chịu được va đập
− Trọng tâm thấp, dễ cân bằng
• Độ dày bánh: 30 mm – 60mm
• Truyền trực tiếp từ động cơ
− Trọng lượng tổng thể robot: 10 – 20 kg
− Trọng lượng có thể tải: tối đa 20kg
Nhựa ABS, hợp kim nhôm, hợp kim thép,…
− Khả năng chịu nhiệt cao
− Cách điện và cách nhiệt tốt
− Bộ điều khiển: STM32, Raspberry Pi, PIC,…
Bảo vệ động cơ và các thiết bị điện:
− Chống ngắn mạch động cơ
− Ngắt điện khi động cơ quá tải
− Có thiết bị chống đảo pha
Tản nhiệt và làm mát:
− Dùng cánh quạt hút hơi nóng ra ngoài
− Làm mát bằng chất lỏng
− Phải có đèn báo đang dừng, đang hoạt động hay đang gặp lỗi
− Đèn báo dung lượng pin
− Có thiết bị cảnh báo quá tải
− Ngăn không cho máy hoặt động khi quá tải
− Hệ điều hành: Android/Windows/
− Đo nhiệt độ, độ ẩm
− Tương tác bằng giọng nói, cử chỉ
− Có khả năng điều hướng và định vị
Tín hiệu điều khiển: Đầu vào:
− Bo các cạnh sắc nhọn để không gây nguy hiểm
− Có hệ thống dừng khẩn cấp
− In các cảnh báo trên robot
− Thân thiện với người dùng
− Dễ dàng thao tác và điều khiển
− Sách hướng dẫn cài đặt vận hành
− Kết nối với phần mềm vận hành qua máy tính, điện thoại,…
− Có phím chức năng dễ thao tác cài đặt
− Giá thành vật liệu và chi phí gia công hợp lí
− Chi phí hoàn thành: 60-100 triệu VNĐ
− Dễ dàng thay thế, lắp ráp các thành phần vào mạch
− Kết nối các bộ phận cơ khí, điện chắc chắn, an toàn
− Cung cấp thông tin và hỗ trợ khách hàng
− Bưng bê đồ ăn, nước uống
− Dọn dẹp đĩa từ bàn ăn
− Chào hỏi và tiếp khách
− Thiết kế gọn gàn, đẹp mắt
− Vật liệu thân thiện với môi trường
Thiết kế sơ bộ
Xác định các vấn đề cơ bản
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết
− Tiết diện đáy: tối đa 600x600 (mm)
− Động cơ: >50W, sử dụng điện một chiều
− Màn hình hiển thị: Màn LCD cảm ứng, kích thước >10inch
− Hệ thống đèn: Đèn LED >5W
❖ Khay chứa đồ phục vụ:
− Kích thước: tối đa 500x500 (mm)
− Bộ điều khiển chạm (cảm ứng)
− Bộ điều khiển giọng nói
− Bộ điều khiển từ xa qua laptop, điện thoại,…
− Nguồn dự trữ: Pin 12v, sử dụng liên tục 5-6 giờ
− Thời gian sạc đầy: 2 – 3 giờ
− Bộ điều chỉnh điện áp
+ Tín hiệu điều khiển từ laptop, điện thoại,…
+ Tín hiệu từ nhập liệu
+ Tín hiệu từ cảm biến
− Có sách hướng dẫn sử dụng
− Khay để đồ đặt và lấy thuận tiện
− Dễ dàng vệ sinh, bảo dưỡng
− Thời gian bảo hành: 1 năm, đổi mới sản phẩm lỗi
Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu
− Kích thước khay chứa đồ
− Động cơ một chiều công suất thấp
− Màn hình cảm ứng kích thước nhỏ
❖ Khay chứa đồ phục vụ:
− Kích thước nhỏ hơn tiết diện đáy
− Bộ điều khiển chạm (cảm ứng)
− Bộ điều khiển giọng nói
− Bộ điều khiển từ xa qua laptop, điện thoại,…
− Nguồn sạc: điện lưới Việt Nam sử dụng
− Bộ điều chỉnh điện áp
+ Tín hiệu điều khiển từ laptop, điện thoại,… + Giọng nói
+ Tín hiệu từ nhập liệu
+ Tín hiệu từ cảm biến
− Có sách hướng dẫn sử dụng
− Khay để đồ đặt và lấy thuận tiện
− Dễ dàng vệ sinh, bảo dưỡng
− Thời gian bảo hành và đổi mới khoảng 1 năm
Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp
Thiết kế Robot lễ tân phục vụ nhà hàng, khách sạn.
Thiết lập cấu trúc chức năng
Khái quát chức năng tổng thể của Robot lễ tân
Hình 2.1 Chức năng tổng thể Robot lễ tân
Cấu trúc chức năng của Robot lễ tân
Hình 2.2 Cấu trúc chức năng Robot lễ tân
Hình 2.3 Chức năng điều khiển
Hình 2.4 Chức năng di chuyển của Robot lễ tân
3 Chức năng cung câp điện
4 Bảo vệ hệ thống điện
Hình 2.6 Bảo vệ hệ thống điện
Hình 2.7 Chuyển đổi điện - cơ
Hình 2.8 Điều khiển tốc độ
Hình 2.10 Kiểm soát quá tải
Hình 2.11 Kiểm soát vị trí
Hình 2.12 Lựa chọn dịch vụ
Hình 2.13 Nhận diện khách hàng
Hình 2.15 Phục vụ khách hàng
Hình 2.16 Điều khiển từ xa
Phát triển cấu trúc làm việc
2.3.1 Giải pháp cho từng chức năng con
Bảng 2.1 Nguyên tắc làm việc cho từng chức năng
Sạc điện Đế sạc không dây
Bảo vệ hệ thống điện
Cầu chì Mạch bảo vệ Aptomat
Mạch ổn áp tuyến tính
Mạch ổn áp sử dụng vi điều khiển
Mạch ổn áp chuyển đổi
7 Điều chỉnh tốc độ di chuyển
Mạch PWM Bộ điều khiển PID
Chuyển đổi điện - cơ Động cơ DC có hộp giảm tốc Động cơ DC không chổi than Động cơ bước
Tránh vật cản Cảm biến hồng ngoại
Di chuyển đến vị trí xác định
12 Xử lý và điều khiển STM32 ESP Raspberry Pi
Thẻ khách Mã khách hàng
Giọng nói Nhập liệu Cảm biến
Nhập liệu Phím cảm ứng
Phục vụ khách hàng Đồ ăn, nước uống
Khay chứa đồ Thùng chứa Đẩy xe
Chỉ dẫn Hiển thị, thông báo gợi ý
Khung Nhựa Thép Sợi carbon
20 Vỏ Nhựa Nhôm Sợi carbon
2.3.2 Kết hợp các nguyên tắc làm việc
Các nguyên tắc làm việc được kết hợp thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng 2.1 Cụ thể những nguyên tắc được đặt ký hiệu cùng màu sẽ tạo thành một biến thể Theo bảng 2.1 ta có thể thấy có ba biến thể với ba màu khác nhau được chọn ra tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) và màu xanh (biến thể 3)
Lựa chọn cấu trúc làm việc
Bảng 2.2 Bảng điểm đánh giá cho các biến thể
STT Tiêu chí Điểm tiêu chí Điểm đánh giá
Hệ thống điện an toàn, ổn định; Thời gian sử dụng nguồn cho Robot đủ lâu; Sạc điện dễ dàng, linh hoạt
Bảo vệ hệ thống điện
Ngắt khi quá tải 0.01 0.005 0.0025 0.0025 Ổn định điện áp 0.02 0.005 0.0075 0.0075
Di chuyển linh hoạt, ổn định;
Tránh va chạm, tránh vật cản và xác định Điều chỉnh tốc độ di chuyển 0.05 0.025 0.015
27 chính xác vị trí cần đến
Di chuyển đến vị trí xác định
Bo mạch vi xử lý mạnh mẽ và đa năng, cung cấp khả năng xử lý cao và khả năng kết nối mạng
Xử lý và điều khiển 0.25 0.15 0.075 0.025
Tương tác khách hàng đa dạng, nhanh chóng, chính xác
Phục vụ khách hàng Đồ ăn, nước uống
Qua quá trình đánh giá ta thấy biến thể số 1 có số điểm đánh giá cáo nhất và xếp hạng tổng thể tốt nhất Điều đó cơ bản chứng tỏ biến thể 1 được tối ưu tốt nhất đối với các tiêu chí đề ra Biến thể 1 do đó đại diện cho một giải pháp nguyên tắc tốt để bắt đầu giai đoạn thiết kế cụ thể
Thiết kế cụ thể
Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu
− Hoạt động êm, không có tiếng ồn
− Tính chọn kích thước phù hợp theo yêu cầu sử dụng
− Đảm kết cấu chịu đủ tải yêu cầu
− Đảm bảo di chuyển linh hoạt
− Nguồn điện ổn định, thời gian sử dụng lâu
− Sạc điện thông minh, dễ dàng
− Động cơ đủ công suất và momen tải
− Cảm biến hoạt động chính xác, ít sai số
− Đảm bảo thu nhận và xử lý tín hiệu nhanh chóng, chính xác và ổn định
− Được bảo vệ tôt tránh va chạm, ẩm ướt và bụi bẩn
Phần nhận diện tương tác khách hàng:
− Đảm bảo di chuyển đến vị trí chỉ định chính xác
− Cảm biến, giao diện trên màn hình tương tác hoạt động tốt, chính xác
− Nhận diện khách hàng chính xác, nhanh chóng
Các yêu cầu ràng buộc khác của hệ thống:
− Tối giản hệ thống, dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng
− Đảm bảo an toàn cho khách hàng, chánh va chạm
3.1.2 Xác định các điều kiện biên hoặc không gian cưỡng bức
− Sai số chế tạo chi tiết: ± 0.05 – 0.2 mm tùy chi tiết
4 : Khối vi xử lý và điều khiển
6 : Khối hiển thị, tương tác
Hình 3.2 Bố trí hình học
Khối vi điều khiển Khối nguồn Khối động cơ
Khối chứa đựng Khung + vỏ
Khối hiển thị, tương tác
3.1.5 Xác lập các layout thô – xác định các bộ phận thực hiện chức năng chính
Bảng 3.1 Bảng xác lập các phần layout thô
Nhóm Bộ phận Chức năng Nét đặc trưng
Nâng đỡ, tạo hình dáng cho robot;
Tạo khung xương lắp đặt các chi tiết
Chắc chắn, ổn định và cân bằng
Tạo hình hài cho robot và bảo vệ các bộ phận bên trong
Cứng cáp, chịu va đập
Bánh xe Di chuyển robot đến vị trí xác định
Kích thước: D80 mm Chịu tải: tối đa 45kg
Khay chứa đồ Chứa đồ phục vụ khách hàng
Kích thước: 40x40 cm Gồm 3 tầng Điện – Điện tử
Nguồn điện Cung cấp năng lượng cho hệ thống
Bộ chuyển đổi điện áp
Chuyển đổi sang mức điện năng phù hợp với từng bộ phận sử dụng Động cơ Di chuyển robot Hoạt động chính xác, ổn định
Driver Điều khiển động cơ
Nhận tín hiệu điều khiển và tín hiệu từ cảm biến xử lý và cung cấp tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành
Cảm biến siêu âm Đo khoảng các, phát hiện vật cản
Microphone Nhận diện giọng nói
Loa Phát âm thanh chỉ dẫn
Màn hình Hiển thị thông tin, hình ảnh và chỉ dẫn cho khách hàng
Camera Theo dõi, nhận diện khách hàng
Với mỗi nhóm bộ phận thiết kế sẽ có một vài chi tiết chung có tương quan hình học và vị trí không với nhau Do vậy, ta sắp xếp cho các nhóm có bộ phận chung cùng thiết kế với nhau
Hình 3.3 Sơ đồ bố trí nhóm thiết kế
Thiết kế chi tiết
3.2.1 Thiết kế nhóm Điện – Điện tử
1 Khối pin và bộ sạc
Nhóm thiết kế khối pin lithium 12v có dung lượng 50000mAh
Bảng 3.2 Bảng thông số kỹ thuật Pin lithium
Về bộ sạc, nhóm sử dụng bộ sạc dạng đế để Robot dễ dàng tự động sạc điện
2 Cảm biến siêu âm HC SR04
Nhóm sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện vật cản
Hình 3.6 Cảm biến siêu âm HC SR04
− Điện áp làm việc: 5VDC
− Khoảng cách phát hiện: 2cm – 400cm
− Tín hiệu đầu ra: Xung mức cao 5V, mức thấp 0V
− Góc cảm biến: Không quá 15 độ
− Độ chính xác cao: Lên đến 3mm
− Chế độ kết nối: VCC / Trig (T-Trigger) / Echo (R-Receive) / GND
Nhóm sử dụng vi điều khiển STM32 là Kit NUCLEO-L152RE thuộc Series Nucleo-64 của STMicroelectronics được thiết kế với Vi điều khiển chính là STM32L152RE kèm theo mạch nạp ST-Link và các ngoại vi cơ bản giúp bạn có thể bước vào tìm hiểu và nghiên cứu một cách nhanh nhất
Hình 3.7 Kit NUCLEO-L152RE Thông số kỹ thuật:
Các tính năng phổ biến:
+ 1 đèn LED người dùng được chia sẻ với ARDUINO®
+ 1 người dùng và 1 nút đặt lại
+ Bộ tạo dao động tinh thể 32,768 kHz
+ Đầu nối mở rộng ARDUINO® Uno V3
+ Tiêu đề chân mở rộng ST morpho để truy cập đầy đủ vào tất cả I/O STM32
+ Các tùy chọn cấp nguồn linh hoạt: ST-LINK USB VBUS hoặc các nguồn bên ngoài
+ Trình gỡ lỗi/lập trình viên ST-LINK trên bo mạch với khả năng đếm lại USB: ổ lưu trữ dung lượng lớn, cổng COM ảo và cổng gỡ lỗi + Các ví dụ và thư viện phần mềm miễn phí toàn diện có sẵn với Gói MCU STM32Cube
+ Hỗ trợ nhiều lựa chọn Môi trường phát triển tích hợp (IDE) bao gồm IAR Embedded Workbench®, MDK-ARM và STM32CubeIDE + Các tính năng dành riêng cho bảng
+ SMPS bên ngoài để tạo nguồn cung cấp logic Vcore
+ Tốc độ tối đa của Thiết bị USB của người dùng hoặc tốc độ tối đa của USB SNK/UFP
4 Mạch điều khiển động cơ DC Servo PID Driver CC-SMART MSD_E20
Mạch điều khiển động cơ DC Servo PID Driver CC-SMART MSD_E20 hỗ trợ nhiều tính năng như: Giao tiếp bằng xung/chiều, UART, bảo vệ quá tải, quá dòng, quá nhiệt, phát hiện encoder hư, động cơ hư
Có thể sử dụng Mạch điều khiển động cơ DC Servo PID Driver CC-SMART MSD_E20 để điều điều khiển vị trí, vận tốc và gia tốc cho một động cơ DC Servo, phù hợp cho những ứng dụng vừa và nhỏ, cần điều khiển góc (vị trí) hoặc điều khiện tốc độ của một cơ cấu chấp hành, robot nào đó
Hình 3.8 DC Servo PID Driver CC-SMART MSD_E20
+ Điều khiển vị trí, vận tốc, gia tốc
+ Công cụ tự động dò thông số PID
+ Hiển thị các thông số qua LED 7 đoạn
+ Bảo vệ quá dòng, quá nhiệt, ngắn mạch
+ Phát hiện Encoder hư, mất Phase động cơ
+ Bảo vệ khi sai số vượt ngưỡng cho phép
+ Hỗ trợ giao tiếp USB với app DcTurningPro
+ Hỗ trợ COM ảo để giao tiếp với người dùng
+ Phương thức giao tiếp: Pulse/Dir, UART, USB, Analog (Velocity mode)
+ Tích hợp các bộ điều khiển vòng kín: SmartPID, PID, PI, State feedback
+ Chế độ H-Bridge với các tính năng bảo vệ quá dòng, quá nhiệt
5 Màn hình HMI cảm ứng
Màn hình cảm ứng dùng để hiện thị thông tin và giao tiếp với khách hàng thông qua các phím cảm ứng Khách hàng nhập thông tin và lựa chọn dịch vụ trực tiếp thông qua màn hình
Hình 3.9 Màn hình HMI cản ứng Thông số kỹ thuật:
+ Kích thước hiển thị: 10 inch TFT
+ Độ phân giải (WxH dots): 800×480
+ Kích thước hiển thị (mm): 222×132.5
+ Loại cảm ứng: 4-wire Resistive Type ( Tuổi thọ 1 triệu lần nhấn)
+ Khe cắm thẻ SD: Có
Cảm biến lực loadcell dùng để đo khối lượng mà robot đang chịu tải kết hợp với vi xử lý để đảm bảo khối lượng trong ngưỡng cho phép
Hình 3.10 Cảm biến lực loadcell Thông Số Kỹ Thuật Của LoadCell Cảm Biến Khối Lượng:
− Độ dài dây của Loadcell cảm biến: 18 cm
− Kích thước Loadcell: 8x1.5x1.5 cm (Tất cả các loadcell có kích thước bằng nhau)
− Chất liệu cảm biến: Nhôm
− Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 65 độ C
− Màu dây và kết nối:
+ Dây Đỏ: Dây vào Dương (+)
+ Dây Đen: Dây vào Âm (-)
+ Dây Xanh Lá: Dây ra (+)
Robot lễ tân làm việc trong môi trường nhà hàng khách sạn có địa hình phẳng, bỏ qua sự biến dạng của bánh xe, bỏ qua lực cản không khí trong quá trình di chuyển
Các thông số của Robot:
− Khối lượng tải tối đa: 20kg;
− Bánh xe: D100mm, bề rộng 40mm, tải trọng tối đa 15kg trên 1 bánh xe
Phân tích lực tác động lên 1 bánh xe chủ động gồm 4 lực tác động như sau:
Hình 3.11 Phân tích lực tác động lên bánh xe
𝐹 𝑚𝑠𝑛 : Lực ma sát nghỉ giữa bánh xe và bề mặt sàn
𝐹 𝑤 : Lực kéo sinh ra do momen của động cơ
N: phản lực của mặt sàn
𝑃 1 : 1 nửa trọng lực của xe
𝑀 1 : Momen xoắn cho động cơ
𝑚 1 : ẳ trọng lượng của robot và hàng
Chọn pương án chuyển động của robot là chuyển động thẳng, hai bánh dẫn động di chuyển cùng tốc độ về phía trước với v=0,5 m/s tốc độ quay của bánh xe là:
𝜋 100 = 95,5 (𝑟𝑝𝑚) Phương trình cân bằng lực:
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + 𝐹⃗⃗⃗⃗ + 𝑁⃗⃗ + 𝑃 𝑤 ⃗⃗⃗ = 𝑚 1 1 𝑎 Với a là gia tốc của robot
Khi robot chuyển động đều:
Vận tốc không đổi v=0,5 m/s nên gia tốc a=0 m/s 2 Khi đó:
Lực kéo sinh ra do momen của động cơ (với hệ số ma sát lăn 𝜇 1 = 0,015 khi di chuyển trên sàn bê tông) :
𝐹 𝑤 = 𝐹 𝑚𝑠𝑛 = 𝜇 1 𝑁 = 0,015.98 = 1,47 (𝑁) Công suất cần thiết để xe di chuyển ổn định với vận tốc 0,5 m/s là:
Xe tăng tốc với gia tốc a=0,5 m/s 2 để hàng giữ vị trí
Lực kéo sinh ra do momen của động cơ là:
Với hệ số ma sát tĩnh là 𝜇 1 = 1
Momen xoắn cần thiết để xe tăng tốc là:
𝑀 1 = 𝐹 𝑤 𝑟 = 103.0,05 = 5,15 (𝑁𝑚) Công suất cần thiết để tăng tốc lên 0,5 m/s là:
𝑃 1 = 𝐹 𝑤 𝑣 = 103.0,5 = 51,5(𝑊) Vậy động cơ phù hợp với yêu cầu cần có n = 63,69 rpm; P = 51,5 W
Chọn động cơ có tốc độ 70 rpm công suất 60W sử dụng điện DC 12V
Hình 3.12 Động cơ giảm tốc DC 12v, 60W
3.2.2 Thiết kế nhóm cơ khí
Phần khung đáy được làm bằng thép tấm SS400, tạo bộ khung đế vững chắc
Hình 3.13 Khung đáy robot lễ tân
Hình 3.14 Bản vẽ khung đáy robot
Kích thước tổng thể: 460x499 mm (RxD)
Phần khung đáy được xây dựng tạo các lỗ và khoảng trống để lắp động cơ, bánh xe, cảm biến và chứa khối pin cùng vi mạch
Nhóm thiết kế sử dụng bánh xe Mecanum đa hướng được dùng khá phổ biến trong Robot bởi sự di chuyển linh hoạt đa hướng Tuy nhiên loại bánh xe này chịu tải kém hơn so với các loại bánh xe thông thường
Hình 3.16 Bản vẽ bánh xe Mecanum
Khung và vỏ của Robot được làm bằng nhựa ABS có độ bền và tính thẩm mỹ cao và làm giảm khối lượng Robot
Phần khung và vỏ bên sườn gồm 1 cặp đối liên kết với nhau bằng ốc vít giúp tăng cứng cho khhung
Hình 3.17 Mặt trước và sau khung bên sườn robot
Hình 3.18 Bản vẽ khung sườn bên Robot
Hình 3.19 Mặt trước và sau phần vỏ bên sườn
Hình 3.20 Bản vẽ phần vỏ bên sườn
Hình 3.21 Phần vỏ bao đế
Hình 3.22 Bản vẽ phần vỏ bao đế
Khay chứa là bằng sợi carbon độ dày mỏng nhưng có độ cao, chịu được va đập và bền bỉ theo thời gian
Hình 3.24 Bản vẽ khay chứa
Màn hình HMI cùng phím điều khiển được đặt trên đầu Robot để dễ điều khiển vận hành và tiếp nhận thông tin từ màn hình
Hình 3.25 Tấm gá màn hình
Hình 3.26 Bản vẽ tấm gá màn hình
Màn hình được gắn lên phần vỏ trên đầu và lắp lên tấm gá
Hình 3.27 Phần vỏ trên đầu
Hình 3.28 Bản vẽ phần vỏ trên
Tích hợp hệ thống
Hình 3.29 Bản vẽ lắp Robot lễ tân
Hình 3.30 Bản vẽ phân rã Robot lễ tân
