báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài bàn học thông minh. thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài bàn học thông minh
PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
Nhu cầu thị trường
Bàn học thông minh (smart desk) là một loại bàn học được tích hợp công nghệ và các tính năng hiện đại nhằm tối ưu hóa quá trình học tập và cung cấp trải nghiệm học tập tốt hơn cho người sử dụng
Cuộc sống ngày càng phát triển, giáo dục càng được chú trọng bởi vậy mà những chiếc bàn học là đồ vật không thể thiếu trong mỗi gia đình Tại Việt Nam nhu cầu mua sắm và sử dụng bàn học ngày càng cao, đặc biệt là bàn học thông minh được phát triển để giúp trẻ
Hình 1.1: Biều đồ dự đoán số trẻ em bị cận thi vào năm 2050 theo WHO
Khảo sát khách hàng
Qua tìm hiểu ngoài thực tế trong cùng một lớp học chiều cao của học sinh phát triển không đồng đều, các em đã được trang bị bàn học đạt chuẩn của Bộ y tế đưa ra là: Lớp lá: Ghế cao 30 cm, bàn cao 50 cm (cỡ 2) Tiểu học: Ghế cao 33 cm, bàn cao 55 cm (cỡ 3); hoặc ghế cao 38 cm, bàn cao 61 cm (cỡ 4) Trung học cơ sở: Cỡ 4; hoặc ghế cao 44 cm, bàn cao 64cm (cỡ 5) Như vậy, nếu học sinh quá thấp ngồi với bàn học quá cao để khoảng cách từ mắt tới mặt bàn không đạt yêu cầu của Bộ y tế đưa ra là từ 25-30 cm gây ra hiện tượng cận thị của học sinh Học sinh quá cao ngồi với bàn thấp, học sinh viết bài góc cúi của đầu so với phương thẳng đứng không đạt 25 độ gây ra bị cong vẹo cột sống Theo tiêu chuẩn chiếu sáng học đường và thống nhất áp dụng hệ thống chiếu sáng hợp chuẩn TCVN 7114: 2002 mới nhất do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành, trong đó quy định ánh sáng chuẩn phải đạt mức quy định từ 300 – 500 lux.
Lên ý tưởng mục tiêu
Lý do trên chúng em lựa chọn đề tài “Bàn học thông minh” nhằm giải quyết học sinh ngồi học sai tư thế, kết hợp hệ thống đèn báo tín hiệu không an toàn kèm theo lời nhắc
“Hãy ngồi đúng tư thế” giúp các em có ý thức để sửa lại tư thế ngồi học Đề tài “Bàn học thông minh” còn là một giải pháp để điều chỉnh mặt bàn phù hợp với từng vóc dáng của học sinh Học sinh ngồi học cao quá so với mặt bàn, khoảng cách từ mắt tới bàn học quá xa hoặc quá thấp so với mặt bàn đã có hệ thống điều chỉnh mặt bàn tăng lên hoặc thấp xuống để có tư thế ngồi học đạt chuẩn
Đề tài "Bàn học thông minh" còn có khả năng giải quyết vấn đề lãng phí điện năng tại góc học tập Nhờ hệ thống điện tự động, bàn học có thể tự tắt khi không có học sinh ngồi và bật lên khi học sinh ngồi vào mà không đủ ánh sáng.
Danh sách yêu cầu
Quá trình tìm hiểu về các bước thiết kế để lập danh sách yêu cầu nhóm chúng em đã xác định cụ thể kế hoạch phát triển sản phẩm và nhu cầu của thị trường
Hình 1.2: Biều đổ dân số việt nam theo lứa tuổi
Hình 1.3: Biểu đồ nhu cầu sử dụng bàn học tại Việt Nam
Hình 1.4: Biểu đồ mục đích sử dụng bàn học thông minh
Hình 1.5: Biểu đồ thể hiện mức độ quan tâm các tiêu chi của bàn học thông minh
Thiết lập danh sách yêu cầu
Nhóm 23 DANH SÁCH YÊU CẦU CHO
Yêu cầu Chịu trách nhiệm
- Chiều cao tổng thể bàn(60-150cm)
- Chiều dài kệ sách 116cm
- Chiều cao kệ sách 58 cm
- Chiều rộng kệ sách 30cm
- Khung bàn chắc chắn, chịu được va đập tương đối
- Thiết bị nâng hạ độ cao bàn
- Ngăn bàn kéo ra vào
- Mặt bàn điều chỉnh độ nghiêng
- Trọng lượng kệ sách 4kg
- Đèn học bảo vệ thị lực 5W/600lux
- Thiết bị Cảm biến cảnh báo khi ngồi học quá gần
- Nút nhấn tín hiệu khởi động
- Nút nhấn nâng hạ Đầu ra :
- Tín hiệu đèn cảnh báo vật cản
- Có các đường ống cách điện an toàn
- Có sách hướng dẫn vận hành và cài đặt bàn
- Có sách hướng dẫn lắp ráp chi tiết
- Dễ dàng thay thế, lắp ráp các bộ phận vào bàn
- Lắp ráp phần giá sách dễ dàng bằng các khớp
- Thêm kệ đỡ máy tính bảng
- Giá thành vật liệu và chi phí gia công hợp lí (khoảng 6 triệu đồng)
- Thiết kế công thái học
THIẾT KẾ CỤ THỂ
Thiết kế sơ bộ
Bàn học thông minh bao gồm nhiều module chức năng hoạt động độc lập hoặc đồng thời Nên để phân tích nguyên lý hoạt động chúng ta sẽ phân tích nguyên lý theo từng chức năng Đầu tiên về chức năng nâng hạ, khi ta ấn vào nút nâng lên hoặc hạ xuống, tín hiệu sẽ được chuyển tới bộ xử lý trung tâm để tính toán lượng xung cần phát ra để điều khiển động cơ servo quay với lượng vòng nhất định ứng với khoảng cách muốn di chuyển Thông qua bộ dẫn động thanh răng bánh răng sẽ nâng bàn lên hoặc xuống chính xác Tiếp theo tới chức năng cách bảo khoảng cách phù hợp, cảm biến khoảng cách sẽ được đặt sẵn 1 khoảng nhận diện khi người cúi quá thấp sẽ kích hoạt tín hiệu cảm biến, tín hiệu được chuyển tới bộ xử lý trung tâm sẽ phát tín hiệu tới đèn cảnh báo
Về chức năng hiển thị trên màn hình, trong quá trình xử lý các tác vụ hoặc cảnh báo, màn hình nhận tín hiệu từ bộ xử lý để hiện thị các nội dung về mặt giải thích hoặc con số để người sử dụng dễ hàng hơn khi thao tác Các thiết bị còn lại hầu hết là module tích hợp chỉ cần bật tắt bằng tay hoặc hẹn giờ thông qua bộ xử lý trung tâm Ngoài ra bộ xử lý trung tâm sẽ được tích hợp module wifi để có thể dễ dàng gửi thông báo hoặc điều khiển qua lại với các hệ thiết bị có sẵn trong gia đình
Tạo sơ đồ hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí hình học
Hình 3.3 Bố trí hình học
Xác lập các layout thô và xác định các bộ thực hiện chức năng chính Đây là một bước quan trọng trong việc thiết kế lớp sản phẩm Từ các khối chức năng tổng hợp được, nhóm thiết kế sẽ tiến hành bố trí hình học cho sản phẩm bàn học thông minh bằng việc xây dựng một bản phác thảo biểu thị rõ vị trí hình học tương đối giữa các khối trong sản phẩm sao cho sản phẩm có thể hoạt động một cách thuận tiện nhất có thể Sau khi định hình layout vị cho các bộ phận, ta tiến hành ghép nhóm cho một số các các cụm bộ phận có chung thiết kế để bố trí trí hình học và có được bố trí hình học tương quan giữa các layout như sau:
Hình 3.4: Sơ đồ bố trí nhóm thiết kế
Do mỗi nhóm bộ phận thiết kế đều có những chi tiết hình học và vị trí chung nhất định, nên việc sắp xếp các nhóm có bộ phận chung cùng nhiệm vụ thiết kế là điều cần thiết Hãy cùng xem bảng dưới đây để nắm rõ hơn về các chức năng và nhiệm vụ của từng nhóm thiết kế.
Bảng 3.1 Bảng nhiệm vụ các nhóm
Việc thiết kế và định hình sản phẩm bàn học thông minh đòi hỏi qua nhiều khâu và các quy trình khác nhau từ đó đưa ra được sản phẩm hoàn thiện đáp ứng nhu cầu thị trường và mục tiêu thiết kế ban đầu Quy trình mô tả quá trình này được thực hiện theo sơ đồ tổng quát như sau:
STT Tên nhóm Bộ phận
Nhóm 1 Nhóm năng lượng Nguồn điện
Nhóm 2 Nhóm xử lý và điều khiển
Nhóm 3 Nhóm động cơ và chuyển động
Điều chỉnh tốc độ động cơ
Nhóm 4 Nhóm điều khiển Bộ xử lý
Nhóm 5 Nhóm đèn học Bảo vệ mạch
Nhóm 6 Nhóm đèn báo và hiển thị
Nhóm 7 Nhóm cảm biến Bộ xử lý
Cảm biến Nhóm 8 Nhóm kết cấu Khung bàn
Hình 3.5: Quy trình chế tạo bàn học thông minh
Bản vẽ lắp kết cấu bàn học thông minh
Qua quá trình xác định layout sơ bộ bản vẽ lắp bàn học thông minh được xây dựng dựa trên bố trí trí không gian thiết kế sao cho phù hợp:
Hình 3.6: Bản vẽ lắp bàn học thông minh
1: Mặt bàn 5: Động cơ 9: Thân đèn 13: Nút điều khiển
2: Chân bàn trên 6: Mặt bích động cơ 10: Bóng đèn 14: Giá đỡ
3: Chân bàn dưới 7: Đế đèn 11: Cảm biến quang 15: Driver động cơ 4: Bánh răng 8: Điều khiển đèn 12: Màn LCD 16: Bộ điều khiển
Thiết kế chi tiết
Mặt bàn là chi tiết được người dùng sử dụng nhiều nhất nên yêu cầu rộng rãi kích thước phù hợp với không gian thường co của các hộ gia đình Việt Nam Chất liệu được nhóm lựa chọn là gỗ ghép với giá thành rẻ và dễ tạo hình Bên ngoài được dán một lớp MELAMIN đen nhám nhẹt để tăng độ bám của đồ vật Kiểu dáng được thiết kế trẻ trung năng động hợp với phong cách của giới trẻ hiện tại
Chân bàn là một chi tiết rất quan trọng vì chịu tải trọng của cả kết cấu Ngoài ra còn có tính năng nâng hạ bằng điện nên hệ thống khá phức tạp Vật liệu được nhóm lựa chọn chủ yếu là nhôm để dễ dàng cho việc gia công, ngoài ra một số chi tiết đặc biệt phải chịu tải như bánh răng thanh răng sẽ được làm bằng thép C45 và được nhiệt luyện để tăng độ thêm độ cứng Hệ thống chân bàn này sẽ sử dụng hệ thống dẫn động thanh răng bánh răng để nâng hạ mặt bàn Ngoài ra ở dưới đế chân còn được gấn thêm những đệm mút cao su để tăng độ bám dính trên bề mặt sàn nhà
Động cơ Động cơ được nhóm lựa chọn là động cơ servo loại có phanh Để tăng độ chính xác khi di chuyển nâng hạ và có phanh để có thể khóa cứng lại sau khi đã di chuyển tới vị trí cần thiết, tăng tính an toàn cứng vững cho toàn kết cấu
Nhóm lựa chọn đèn học chống cận, với khả năng chống nháy chớp ánh sáng như các loại đèn thông thường Đèn còn có thể dễ dàng thay đổi độ cao với hệ thống cơ khí linh hoạt Trên thân đèn cũng có màn LED để hiện thị một số thông tin giúp thuận tiện hơn cho người sử dụng Với công nghệ chống chói lòa và ánh sáng phân bố đều ổn định sẽ giúp bảo vệ tốt nhất cho mắt của người sử dụng
Hình 3.11: Mô hình sản phẩm bàn thông minh trên Solidworks
Hình 3.12: Mô hình sản phẩm bàn thông minh trên Solidworks
Hình 3.13 Bàn học thông minh
Hình 3.14 Bàn học thông minh
Màn LCD Mặt bàn Đèn học
Chân nâng hạ Động cơ