báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài robot vượt địa hình. thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài robot vượt địa hình
Yêu cầu thị trường , công ty , môi trường
a, Chiến lược phát triển công nghiệp robot của các quốc gia
Công nghiệp robot thông minh là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức độ tân tiến về công nghệ và cấp độ sản xuất cao nhất của một quốc gia Để nắm bắt cơ hội phát triển và chiếm vị thế cạnh tranh mũi nhọn trong lĩnh vực này, những nền kinh tế chủ lực trên thế giới đã liên tục đề ra các chiến lược phát triển công nghiệp robot Một số quốc gia đầu tư sớm đã thu được nhiều thành quả xứng đáng như: Hoa Kỳ, một số quốc gia châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc
Hoa Kỳ: là quốc gia đầu tiên phát triển và xúc tiến đẩy mạnh ứng dụng robot, nước này hiện đang giữ vai trò dẫn đầu trong công nghệ robot thông minh Năm
2011, Hoa Kỳ đã bắt đầu thực hiện kế hoạch Chung tay cùng sản xuất tiên tiến
(Advanced Manufacturing Partnership - AMP), trong đó tuyên bố tiếp sức cho công nghiệp sản xuất bằng robot, phát triển một thế hệ robot thông minh mới dựa trên việc khai thác thế mạnh của công nghệ thông tin, đồng thời đầu tư 70 triệu USD cho nghiên cứu những robot thế hệ tiếp theo
Châu Âu: Tại đây, đổi mới công nghệ robot đã và đang là một lĩnh vực chủ đạo được ưu tiên, được đưa vào các chương trình nghị sự cũng như kế hoạch nghiên cứu phát triển của khu vực Năm 2013 “Kế hoạch công nghiệp 4.0” của Đức cũng dự định duy trì vai trò tiên phong của họ trong công nghiệp chế tạo, đồng thời coi công nghệ sản xuất thông minh và công nghệ robot như là sự khởi đầu của cách mạng công nghiệp mới Trong năm đó, Pháp đã đầu tư 129,6 triệu USD vào công nghiệp robot với mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển bền vững của công nghiệp robot Năm 2014, Hội đồng chung châu Âu và Hiệp hội robot châu Âu đã tài trợ để hiện thực hóa Kế hoạch nghiên cứu phát triển robot châu Âu, đây là kế hoạch cải tiến đổi mới robot tự phục vụ phi chính phủ lớn nhất trên thế giới với 2,8 tỷ EURO tiền đầu tư đến năm 2020 Kế hoạch này được kỳ vọng tạo ra 240.000 công việc và tập hợp được sức mạnh của hơn 200 công ty cùng 12.000 nhà nghiên cứu phát triển để kích thích ứng dụng robot trong sản xuất, nông nghiệp, chăm sóc sức khỏe, vận chuyển, an toàn và gia đình
Nhật Bản: là một cường quốc robot, Nhật Bản đã đề ra chiến lược phát triển dài hạn cho ngành công nghệ này Chính phủ Nhật Bản dự tính đổ nhiều tiền cho phát triển công nghiệp robot, đưa lĩnh vực này trở thành một trụ cột quan trọng hỗ trợ tăng trưởng kinh tế quốc gia Tháng 6/2014, Chiến lược phục hồi Nhật Bản đã được đề xuất với mục tiêu phát động một cuộc cách mạng công nghiệp mới được vận hành bởi robot
Hàn Quốc: quốc gia này hiện đang xem robot thông minh là 1 trong 10 phương tiện để thúc đẩy tăng trưởng kinh tế quốc gia trong thế kỷ XXI Kế hoạch phát triển robot thông minh được xây dựng vào năm 2009 Chính phủ hy vọng sẽ nâng cao được tính cạnh tranh của công nghiệp robot nội địa, từng bước hoàn thành chuyển đổi từ robot sản xuất truyền thống sang robot dịch vụ thông minh, thông qua một chuỗi chính sách tích cực trong nghiên cứu và phát triển công nghệ Trong cùng năm này, Chiến lược phát triển công nghiệp robot dịch vụ đã được xây dựng, với hy vọng đưa công nghiệp robot của Hàn Quốc xếp hạng cao trên thế giới Năm 2012, Chính phủ khởi công Chiến lược Robot tương lai 2022, với kinh phí đầu tư 350 tỷ won để mở rộng gấp 10 lần quy mô công nghiệp robot hiện tại (tăng giá trị từ 2 nghìn tỷ won thành 25 nghìn tỷ won vào năm 2022) Chiến lược này tập trung vào phát triển robot cứu hộ, robot y tế, robot công nghiệp thông minh và robot sử dụng trong nhà, nhằm phát triển robot như là một công nghiệp trụ cột, cuối cùng nắm lấy thời đại robot Dựa vào chiến lược này, Bộ Kinh tế tri thức đã đề ra Kế hoạch hành động lần thứ hai về robot thông minh (2014-2018), trong đó yêu cầu nâng cao GDP robot quốc nội lên tới 20 nghìn tỷ won và xuất khẩu robot lên tới 7 tỷ USD, chiếm vị trí thứ 3 trên thế giới về robot công nghiệp Ngoài ra, một số quốc gia đã và đang âm thầm xây dựng chiến lược phát triển phù hợp với mục đích của họ, ví dụ như Trung Quốc - quốc gia hiện đang sử dụng robot công nghiệp nhiều nhất trên thế giới
7 b,Tại thị trường Việt Nam
Nền kinh tế Việt Nam là một trong những nền kinh tế phát triển nhanh nhất thế giới.Tuy nhiên, Việt Nam được liệt vào một trong những nước có sự chuẩn bị yếu nhất cho nền công nghiệp 4.0 theo báo cáo của diễn đàn kinh tế thế giới, xếp hạng thấp trong hạng mục cách mạng khoa học và công nghệ Để cải thiện tình trạng này,chính phủ đã và đang tập trung phát triển sáng kiến và luật pháp để đẩy nhanh tiến trình hiện đại hóa.Trong mấy năm đổ lại đây, ngành công nghiệp nói chung ,tự động hóa nói riêng được coi là xương sống của nền kinh tế.Trong chiến lược phát triển khoa học và công nghệ chế tạo máy-tự động hóa là một trong bốn hướng ưu tiên, bên cạnh công nghệ thông tin và truyền thông, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu mới và công nghệ môi trường
Vì vậy nhu cầu về robot ở Việt Nam đang tăng trưởng như một xu hướng quan trọng nhằm đón đầu xu hướng Robotics và công nghệ cao để giảm nhân công và chi phí vận hành, duy trì lợi thế cạnh tranh cho các doanh nghiệp Robot được sử dụng ngày càng phổ biến trong các nhà máy, xí nghệp và cả trong các hộ gia đình,…
Tiềm năng thị trường
Hình 1:Biểu đồ số lượng robot Việt Nam
Từ đồ thị trên có thể cho ta thấy được việc sử dụng robot là xu hướng tất yếu, ở Việt Nam việc ứng dụng robot đang hoàn toàn là các vấn đề của các doanh nghiệp mới được định hướng ưu tiên mà chưa có chiến lược cụ thể Để tăng năng suất lao động,tăng tính cạnh tranh của sản phẩm… chúng ta cần một chương trình hoạch địch dài hạn, có tính thống nhất cao để tạo đường lối áp dụng robot công nghiệp một cách thuận lợi, dễ dàng cho các doanh nghiệp.Việc chế tạo và lắp đặt có thể đảm bảo chất lượng tốt hơn và nhất quán hơn, nâng cao năng suất, an toàn, thúc đẩy phát triển kinh tế và nâng cao đời sống của con người
Vậy Có thể nói Việt Nam là một đất nước tiềm năng đẻ có thể phát triển robot
Giới thiệu về robot vượt địa hình
Phân loại theo phương pháp di chuyển
– Robot di chuyển sử dụng bánh xe
Ngày nay, phương thức di chuyển sử dụng bánh là phổ biến nhất, nó mang lại hiệu quả cao trong khi kết cấu lại tương đối đơn giản Mobile robot (còn gọi là robot di động hay robot tự điều khiển) là một loại robot có khả năng tự di chuyển trong môi trường làm việc và không bị cố định tại một vị trí bất kỳ như nhiều loại robot khác Vì chúng có thể di động được nên có khả năng điều hướng một môi trường không kiểm soát mà không cần phải có các thiết bị hướng dẫn vật lý hay cơ động
Mobile robot platform có thể dựa vào thiết bị hướng dẫn cho phép di chuyển tuyến đường định hướng được xác định trước trong không gian tương đối được kiểm soát Loại robot này khác với bất kỳ loại robot công nghiệp thường đặt gần cố định và hoạt động bằng các cánh tay
Hình 2:Robot di chuyển bằng bánh xe
-Robot di chuyển sử dụng chân
Ngày nay, hầu hết các robot hình người đi bằng hai chân dựa trên một phương pháp tiếp cận cân bằng khác nhau, được gọi là Zero Point Moment (ZMP) Nó được ra đời vào khoảng giữa những năm 1980 và được sử dụng bởi các robot nổi tiếng, chẳng hạn như ASIMO và WABIAN-2 Với ZMP, robot dựa vào cảm biến lực trên đôi chân của mình và kiểm soát thông tin phản hồi qua một vòng lặp liên tục để điều chỉnh vị trí và giữ cân bằng
Hình 3:Robot di chuyển bằng chân
-Robot di chuyển sử dụng bánh xích Đây là cách thức di chuyển phổ biến trong các loại Robot xe tăng quân sự,Robot tự hành agv, hay các loại Robot tự di chuyển trên những khu vực địa hình khó.Sở dĩ bánh xe xích được ứng dụng nhiều trong các Robot trên vì lực kéo mạnh và khả năng thích ứng địa hình nhanh chóng của chúng Thiết kế xích giúp tăng khả năng bám của Robot và giảm khả năng trơn trượt
Hình 4:Robot di chuyển bằng bánh xích
Phân loại theo môi trường hoạt động
+Robot di chuyển trên không
+Robot di chuyển dưới nước
+Robot di chuyển trên mặt đất
Phân loại theo phương pháp điều khiển
– Robot tự hành (Autonomous robot)
Trong những năm gần đây trên thế giới cùng với việc thông minh hóa robot là nhu cầu phát triển của các mobile robot đã dẫn tới sự bùng nổ trong các nghiên cứu các mobile robot tự trị Hoạt động tự trị có nghĩa là chương trình hoạt động được nạp sẵn trong bộ nhớ của robot, trong quá trình hoạt động không cần tác nhân điều khiển từ bên ngoài
– Robot điều khiển từ xa (Remote control robot)
Bằng cách sử dụng bộ điều điều khiển người ta có thể kiểm soát mọi hoạt động của robot Bộ điều khiển có thể là điện thoại thông minh, các thiết bị điều khiển không dây,… bằng cách điều khiển mobile robot từ xa con người sẽ tránh được các rủi do khi phải làm những công việc nguy hiểm hoặc trong môi trường độc hại
– Robot di chuyển theo lộ trình (Move robot schedule)
Nhóm robot này được sử dụng nhiều trong công nghiệp, y tế,… chúng được tạo ra với mục đích vận chuyển sản phẩm, nguyên vật liệu, dụng cụ,… từ nơi này qua nơi khác và được lập trình chạy theo vạch kẻ sơn trên sàn, trần nhà hoặc đường dây điện trong sàn nhà
Ứng dụng của robot vượt địa hình
Một trong các ứng dụng nổi bậc của các Robot vượt địa hình là hỗ trợ người công nhân hầm mỏ trong các thao tác di chuyển, tìm kiếm, hỗ trợ cứu nạn trong lĩnh vực khai thác khoáng sản
Hình 5:Ứng dụng trong tìm người ở khu vực khai thác khoáng sản
Trong công nghiệp, robot được thiết kế chủ yếu để di chuyển các thiết bị, vận chuyển nguyên liệu và phụ kiện cần thiết Các robot này được lập trình chạy theo một đường đi nhất định, phục vụ cho từng công việc cụ thể Hiện nay, có hàng ngàn robot loại này phục vụ trong các nhà máy, các khu công nghiệp
Hình 6:Ứng dụng trong công nghiệp
Lên ý tưởng thiết kế
Sau khi tìm hiểu một số mô hình robot vượt địa hình chúng em mong muốn thiết kế một robot vượt địa hình để thay thế con người làm những công việc nặng nhọc và nguy hiểm Trong đó địa hình đồi núi là địa hình phức tạp và rất phổ biến chính vì thế, vượt được đồi núi thì ứng dụng của loại robot này sẽ đươc ứng dụng rộng rãi Trong đề tài này chúng em tập trung vào việc thiết kế chế tạo robot vượt địa hình đồi núi
Robot vượt địa hình trên thị trường thường bằng ba phương án:bằng xích ,bằng bánh hoặc bằng đai
Robot đi bằng xích có thể dễ dàng hơn trong việc thiết kế và chế tạo mô hình, dễ dàng xác định trọng tâm hơn khi leo
Robot đi bằng bánh có khả năng chuyển động êm, nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản
Qua quá trình phân tích, tìm hiểu trên, đã cung cấp sơ lược phần nào các loại robot với các phương án di chuyển rất đa dạng và phong phú Bên cạnh đó, mỗi phương án đều có các ưu, nhược điểm khác nhau, mà tùy theo ứng dụng, yêu cầu của robot mà ta chọn phương án di chuyển cho phù hợp.Với mong muốn thiết kế một mô hình mới nhằm hướng tới tính sáng tạo và đa dạng các loại robot vượt địa hình trong đồ án này chúng em sử dụng phương án di chuyển bằng bánh xích để vượt địa hình
Thiết lập danh sách yêu cầu
Nhóm 15 Danh sách yêu cầu cho robot vượt địa hình
• Chiều rộng: 20-35 cm Diện tích
• Diện tích hoạt động: 110-210mm 2
• Di chuyển bám bề mặt địa hình
• Cơ cấu truyền chuyển động: truyền lực ổn định
• Cơ cấu nâng hạ: ổn định
• Vận tốc khi đi trên mặt phẳng: 2m/s – 3m/s
• Khả năng chịu tải tối đa: 98% so với yêu cầu đặt ra
• Dễ dàng tháo lắp và thay thế các bộ phận
• Chính sách bảo hành: 2 năm
• Tái chế, tái sử dụng: giữ lại những bộ phận quan trọng và các bộ phận khác đem tái chế
Thiết kế cấu trúc chức năng
Chức năng tổng thể
− Khái quát chức năng tổng thể của robot vượt đồi núi
RoBot Điện Năng Vượt Cơ Năng Địa
Tín Hiệu Hiển Thị Tín Hiệu Điều Khiển Và Cảnh Báo
29 Điều khiển tự động Điều khiển bằng tay
Bộ xử lý tín hiệu và điều khiển
Dẫn động Đo tín hiệu môi trường
Chuyển đổi cơ cấu Nâng đỡ
Vượt Địa Hình Đo góc nghiêng
Vị Trí Đo tốc độ
Tốc Độ và trạng thái
Sơ đồ chức năng con
-Xử lý tín hiệu và điều khiển
Tín hiệu điều khiển đã xử lý
Nhập tín hiệu điều khiển
Các tham số cài đặt tự động Tín hiệu điều khiển
Nhận tín hiệu điều khiển
Phát tín hiệu điều khiển
Xử lý tín hiệu và điều khiển
Tự động ngắt Đo điện áp Điện năng Điện năng
Xử lý tín hiệu và điều khiển
Xử lý tín hiệu và điều khiển
Mạch ổn áp Điện năng Điện năng đã biến đổi Tăng/ Hạ áp
DC Điều hướng Giảm tốc
Cơ năng Điện năng Đo khoảng cách Tín hiệu
Xử lý tín hiệu và điều khiển
-Đo tín hiệu môi trường
Quét địa hình Mô phỏng địa hình
Vị trí bắt đầu Đo nhiệt độ
Xử lý tín hiệu và điều khiển Đo độ ẩm môi trường
Tín hiệu cảm biến Báo tín hiệu
Nâng hạ càng trước, sau
Xử lý tín hiệu và điều khiển
-Vượt địa hình Địa hình
Tạo kết cấu nâng đỡ
Kết nối các chi tiết
Xử lý tín hiệu và điều khiển Đồi núi
Cơ năng Các thông số hồi đáp
Tìm nguyên tắc làm việc
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 Cụ thể những nguyên tắc được đặt ký hiệu cùng màu sẽ tạo thành một biến thể Theo bảng ta có thể thấy có ba biến thể với ba màu khác nhau được chọn ra tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu xanh (biến thể 2) màu vàng
(biến thể 3) Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra.
Lựa chọn biến thể phù hợp
Sau khi kết hợp các nguyên tắc làm việc ta được ba biến thể tiêu biểu:
Các thông số hồi đáp
Thông số thu được từ cảm biến
38 Đồi Núi Đồi Núi bình thường
Đánh giá các tiêu chí làm việc
Với tiêu chí tổng robot vượt địa hình đồi núi làm việc hiệu quả(w=1), để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng và cho điểm các tiêu chí lớn cùng các tiêu chí nhỏ hơn để đánh giá và so sánh các biến thể Với w=1 là tổng điểm lớn nhất mà một biến thể đạt được và wt là điểm của các tiêu chí nhỏ so với tiêu chí tổng như sau:
Kết cấu cơ khí vững chắc, dễ thiết kế và chế tạo (w1 = 0.25)
• Chuyển đổi điện cơ (w25 = 0.06) Điều khiển linh hoạt, dễ dàng và an toàn (w3=0.275)
• Xử lý tín hiệu và điều khiển (w33 = 0.08)
Các tính hiệu hồi đáp đầy đủ, do dàng (w4 = 0.225)
• Đo tín hiệu môi trường (w41 = 0.025)
Tổng hợp và đánh giá các biến thể
Qua việc đánh giá và cho điểm các tiêu chí lớn và nhỏ, ta có thể lập được bảng đánh giá cho tường biến thể
STT Tiêu chí Điểm của các tiêu chí nhỏ Điểm của biến thể
1 Điểm của biến thể 2 Điểm của biến thể 3
Kết cấu cơ khí vững chắc, dễ thiết kế và chế tạo
Tạo momen 0.03 0.012 0.008 0.010 Nâng hạ cơ cấu trước sau
Kết nối các bộ chi tiết
Tạo kết cấu nâng đỡ
Mạch điện ổn định, an toàn
Truyền điện 0.01 0.004 0.002 0.004 Kết nối 0.01 0.004 0.0025 0.0035 Lưu trữ 0.02 0.008 0.005 0.007
Mạch ổn áp 0.03 0.011 0.0095 0.0095 Tăng / hạ áp DC-DC
3 Điều khiển linh hoạt, hiệu quả
Nhập tín hiệu điều khiển
Các tham số cài đặt tự động
Phát tín hiệu điều khiển
Nhận tín hiệu điều khiển
Xử lý tín hiệu và điều khiển (w33 = 0.08)
Xử lý tín hiệu 0.05 0.02 0.016 0.014 Truyền tín hiệu 0.03 0.012 0.009 0.009
Các tín hiệu hồi đáp đầy đủ, chính xác
(w4 0.225) Đo tín hiệu môi trường (w41 = 0.025) Đo độ ẩm môi trường
0.015 0.006 0.005 0.004 Đo nhiệt độ môi trường
Thiết lập vị trí 0.02 0.007 0.007 0.006 Đo khoảng cách 0.015 0.005 0.005 0.005 Đo tốc độ (w44 = 0.03) 0.03 0.011 0.01 0.009 Nhận biết va chạm
Các thông số hồi đáp
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
Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
Nhóm Chức Năng
Vượt Địa Hình Đo góc nghiêng Đo tốc độ
Robot Vượt Địa Hình Điều khiển tự động Điều khiển bằng tay
Bộ xử lý tín hiệu và điều khiển
Dẫn động Đo tín hiệu môi trường
Chuyển đổi cơ cấu Nâng đỡ
Tốc Độ và trạng thái
Khối sử lý trung tâm Vật Liệu
Mạch điện Năng Lượng Động Cơ Tín hiệu
Cảm biến đo tốc độ
Cảm biến nhận biết góc nghiêng
Cảm biến nhận biết va trạm
Cảm biến đo tín hiệu môi trường
Di Chuyển và Điều Hướng
Bố trí hình học
Nhóm 1:Nhóm điều khiển Nhóm 7:Nhóm đo tốc độ
Nhóm 2:Nhóm sử lý trung tâm Nhóm 8:Nhóm đo góc nghiêng
Nhóm 3:Nhóm mạch điện Nhóm 9:Nhóm nhận biết va trạm Nhóm 4:Nhóm động cơ Nhóm 10:Nhóm đo tín hiệu Nhóm 5:Nhóm khởi động Nhóm 11:Nhóm nhận biết vị trí
Nhóm 6:Nhóm hiển thị,báo hiệu Nhóm 12:Nhóm di chuyển,vật liệu
3.1.6.Xác định các layout thô , các bộ phận thực hiện chức năng
Nhóm Bộ Phận Chức Năng Nét đặc trưng
Là bộ phận thực hiện chức năng di chuyển vượt địa hình đồi núi của robot
-Thông số hình học + Chiều dài 30-60 cm + Chiều cao: 15-25cm + Chiều rông: 20-35cm Chịu lực tốt có độ chính xác cao
Bảo vệ các thiết bị bên trong
Chịu được các tác nhân từ thời tiết, ngoại lực bên ngoài tác động vào
Là phần chịu lực tạo nên quỹ đạo chuyển động Điện, Điện tử Động cơ
Thực hiện quá trình chuyển động và làm việc Có độ chính xác cao hoạt động êm ái
Cung cấp năng lượng cho hệ thống hoạt động
Bộ chuyển đổi điện áp
Chuyển đổi điện năng trong các thiết bị điện sang mức điện áp phù hợp với các bộ phận
-Cấp xung, điều khiển chuyển động của khâu, khớp
-Điều khiển các trạng thái hoạt động của các cơ cấu chấp hành và các thông số khác của robot
Thiết lập vị trí bắt đầu của RoBot
Cảm biến đo tốc độ Đo tốc độ của robot
Cảm biến góc nghiêng Đo góc nghiêng
Cảm biến nhận biết va chạm
Nếu có vật cản thì cảnh báo
Cảm biến đo tín hiệu môi trường
Nhận biết tín hiệu để vượt địa hình
Hệ thống hiển thị, cảnh báo
Hiển thị các thông sô hoạt động, cảnh báo khi có sự cố
Thông báo cho người dùng khi có sự cố
Hình 7:Layer thô các nhóm chức năng
Chức năng Chức năng chính: Vượt địa hình đồi núi X
An toàn Đã xử lý được vấn đề an toàn điện, nhiệt
Công thái học Hình dạng, kiểu dáng, màu sắc ưa nhìn X
Tính kinh tế: sử dụng vật liệu có giá thành trung bình, công nghệ sản xuất phù hợp với chi phí đề ra
Tính công nghệ: sử dụng các công nghệ tiên tiến, an toàn, đảm bảo chu trình vận hành
Tiến hành kiểm tra định kỳ trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng của sản phẩm X
Sản phẩm lắp ráp logic, thích hợp, sử dụng bulong ốc vít và một số bộ phận hàn sẵn X
Vận chuyển Đảm bảo được an toàn và bảo mật khi vận chuyển, có sử dụng các vật liệu chống va đập để giữ cho sản phẩm không bị hư hại
Các tác động xấu khi vận hành đã được xử lý như: độ rung, tiếng ồn, độ chính xác… X
Bảo dưỡng định kì Thời gian bảo dưỡng tương thích với thời gian bảo dưỡng động cơ, bộ điều khiển …
Danh sách kiểm tra
Chức năng Chức năng chính: Vượt địa hình đồi núi X
An toàn Đã xử lý được vấn đề an toàn điện, nhiệt
Công thái học Hình dạng, kiểu dáng, màu sắc ưa nhìn X
Tính kinh tế: sử dụng vật liệu có giá thành trung bình, công nghệ sản xuất phù hợp với chi phí đề ra
Tính công nghệ: sử dụng các công nghệ tiên tiến, an toàn, đảm bảo chu trình vận hành
Tiến hành kiểm tra định kỳ trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng của sản phẩm X
Sản phẩm lắp ráp logic, thích hợp, sử dụng bulong ốc vít và một số bộ phận hàn sẵn X
Vận chuyển Đảm bảo được an toàn và bảo mật khi vận chuyển, có sử dụng các vật liệu chống va đập để giữ cho sản phẩm không bị hư hại
Các tác động xấu khi vận hành đã được xử lý như: độ rung, tiếng ồn, độ chính xác… X
Bảo dưỡng định kì Thời gian bảo dưỡng tương thích với thời gian bảo dưỡng động cơ, bộ điều khiển …
Thiết kế chi tiết
Bản vẽ 2D các chi tiết robot vượt địa hình
PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM
Họ và tên thành viên
II Nội dung học tập
1 Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử: Robot vượt địa hình
2 Hoạt động của sinh viên
Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế
- Thiết lập danh sách yêu cầu
Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ
- Xác định các vấn đề cơ bản
- Thiết lập cấu trúc chức năng
- Phát triển cấu trúc làm việc
- Lựa chọn cấu trúc làm việc
Nội dung 3: Thiết kế cụ thể
- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác Áp dụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm
3 Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch bài tập lớn
III Nhiệm vụ học tập
1 Hoàn thành bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày 08/05/2023 đến ngày 11/06/2023)
2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng đánh giá
IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo
2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính
KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
TS Nguyễn Anh Tú TS Nguyễn Văn Trường
NỘI DUNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 5
1.1.Yêu cầu thị trường , công ty , môi trường 5 a, Chiến lược phát triển công nghiệp robot của các quốc gia 5 b,Tại thị trường Việt Nam 7
1.3.Giới thiệu về robot vượt địa hình 9
1.3.1 Phân loại theo phương pháp di chuyển 10
1.3.2.Phân loại theo môi trường hoạt động 13
1.3.3.Phân loại theo phương pháp điều khiển 13
1.4 Ứng dụng của robot vượt địa hình 14
1.6.Thiết lập danh sách yêu cầu 16
Nội Dung 2: Thiết Kế Sơ Bộ 20
2.1.Tóm tắt để xác định các vấn đề cơ bản 20
2.2 Thiết kế cấu trúc chức năng 28
2.2.2 Sơ đồ chức năng con 30
2.3.Tìm nguyên tắc làm việc 35
2.3.1.Kết hợp các nguyên tắc làm việc 39
2.3.2.Lựa chọn biến thể phù hợp 39
2.3.3.Đánh giá các tiêu chí làm việc 40
2.3.4.Tổng hợp và đánh giá các biến thể 41
Nội Dung 3:Thiết Kế Cụ Thể 45
3.1 Xây dựng các bước thiết kế cụ thể 45
3.1.1 Giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu 45
3.1.2 Xác định điều kiện hoặc không gian cưỡng bức 45
3.1.6.Xác định các layout thô , các bộ phận thực hiện chức năng 48
3.2.1.Bản vẽ 3D các chi tiết robot vượt địa hình 52
3.2.2 Bản vẽ 2D các chi tiết robot vượt địa hình 55
3.3.3.Điện ,điện tử ,mạch điện 60
Hình 1:Biểu đồ số lượng robot Việt Nam 8
Hình 2:Robot di chuyển bằng bánh xe 10
Hình 3:Robot di chuyển bằng chân 11
Hình 4:Robot di chuyển bằng bánh xích 12
Hình 5:Ứng dụng trong tìm người ở khu vực khai thác khoáng sản 14
Hình 6:Ứng dụng trong công nghiệp 14
Hình 7:Layer thô các nhóm chức năng 50
Hình 8:Bản vẽ 2D bánh răng chính 55
Hình 9:Bản vẽ 2D bánh răng phụ 2 55
Hình 10:Bản vẽ 2D bánh răng phụ 1 56
Hình 11:Bản vẽ 2D mắt xích 1 56
Hình 12:Bản vẽ 2D mắt xích 2 57
Hình 14:Bản vẽ 2D dây xích 58
Hình 17:Cơ cấu dẫn động , chuyển động , nâng hạ 59
Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới
Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việc theo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này
Sau quá trình học tập và tự tìm hiểu về học phần, nhóm sinh viên đã lựa chọn và hoàn thành báo cáo bài tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử
“Robot vượt địa hình” Đây là một đề tài hay và có tính ứng dụng cao trong đời sống đồng thời cũng là cơ sở cho những nghiên cứu và sản phẩm sau này của sinh viên.Tuy đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu và sử dụng các kiến thức bản thân nhưng do sự hạn chế về kiến thức rộng lớn về khoa học nên chúng em không tránh được những thiếu sót hay mặt công nghệ có thể còn lạc hậu Vì vậy chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy trong khoa giúp chúng em bổ sung và nắm vũng vốn kiến thức của mình
NỘI DUNG 1: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ
1.1.Yêu cầu thị trường , công ty , môi trường a, Chiến lược phát triển công nghiệp robot của các quốc gia
Công nghiệp robot thông minh là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá mức độ tân tiến về công nghệ và cấp độ sản xuất cao nhất của một quốc gia Để nắm bắt cơ hội phát triển và chiếm vị thế cạnh tranh mũi nhọn trong lĩnh vực này, những nền kinh tế chủ lực trên thế giới đã liên tục đề ra các chiến lược phát triển công nghiệp robot Một số quốc gia đầu tư sớm đã thu được nhiều thành quả xứng đáng như: Hoa Kỳ, một số quốc gia châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc
Hoa Kỳ: là quốc gia đầu tiên phát triển và xúc tiến đẩy mạnh ứng dụng robot, nước này hiện đang giữ vai trò dẫn đầu trong công nghệ robot thông minh Năm
2011, Hoa Kỳ đã bắt đầu thực hiện kế hoạch Chung tay cùng sản xuất tiên tiến
(Advanced Manufacturing Partnership - AMP), trong đó tuyên bố tiếp sức cho công nghiệp sản xuất bằng robot, phát triển một thế hệ robot thông minh mới dựa trên việc khai thác thế mạnh của công nghệ thông tin, đồng thời đầu tư 70 triệu USD cho nghiên cứu những robot thế hệ tiếp theo
Châu Âu: Tại đây, đổi mới công nghệ robot đã và đang là một lĩnh vực chủ đạo được ưu tiên, được đưa vào các chương trình nghị sự cũng như kế hoạch nghiên cứu phát triển của khu vực Năm 2013 “Kế hoạch công nghiệp 4.0” của Đức cũng dự định duy trì vai trò tiên phong của họ trong công nghiệp chế tạo, đồng thời coi công nghệ sản xuất thông minh và công nghệ robot như là sự khởi đầu của cách mạng công nghiệp mới Trong năm đó, Pháp đã đầu tư 129,6 triệu USD vào công nghiệp robot với mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển bền vững của công nghiệp robot Năm 2014, Hội đồng chung châu Âu và Hiệp hội robot châu Âu đã tài trợ để hiện thực hóa Kế hoạch nghiên cứu phát triển robot châu Âu, đây là kế hoạch cải tiến đổi mới robot tự phục vụ phi chính phủ lớn nhất trên thế giới với 2,8 tỷ EURO tiền đầu tư đến năm 2020 Kế hoạch này được kỳ vọng tạo ra 240.000 công việc và tập hợp được sức mạnh của hơn 200 công ty cùng 12.000 nhà nghiên cứu phát triển để kích thích ứng dụng robot trong sản xuất, nông nghiệp, chăm sóc sức khỏe, vận chuyển, an toàn và gia đình
Nhật Bản: là một cường quốc robot, Nhật Bản đã đề ra chiến lược phát triển dài hạn cho ngành công nghệ này Chính phủ Nhật Bản dự tính đổ nhiều tiền cho phát triển công nghiệp robot, đưa lĩnh vực này trở thành một trụ cột quan trọng hỗ trợ tăng trưởng kinh tế quốc gia Tháng 6/2014, Chiến lược phục hồi Nhật Bản đã được đề xuất với mục tiêu phát động một cuộc cách mạng công nghiệp mới được vận hành bởi robot
Hàn Quốc: quốc gia này hiện đang xem robot thông minh là 1 trong 10 phương tiện để thúc đẩy tăng trưởng kinh tế quốc gia trong thế kỷ XXI Kế hoạch phát triển robot thông minh được xây dựng vào năm 2009 Chính phủ hy vọng sẽ nâng cao được tính cạnh tranh của công nghiệp robot nội địa, từng bước hoàn thành chuyển đổi từ robot sản xuất truyền thống sang robot dịch vụ thông minh, thông qua một chuỗi chính sách tích cực trong nghiên cứu và phát triển công nghệ Trong cùng năm này, Chiến lược phát triển công nghiệp robot dịch vụ đã được xây dựng, với hy vọng đưa công nghiệp robot của Hàn Quốc xếp hạng cao trên thế giới Năm 2012, Chính phủ khởi công Chiến lược Robot tương lai 2022, với kinh phí đầu tư 350 tỷ won để mở rộng gấp 10 lần quy mô công nghiệp robot hiện tại (tăng giá trị từ 2 nghìn tỷ won thành 25 nghìn tỷ won vào năm 2022) Chiến lược này tập trung vào phát triển robot cứu hộ, robot y tế, robot công nghiệp thông minh và robot sử dụng trong nhà, nhằm phát triển robot như là một công nghiệp trụ cột, cuối cùng nắm lấy thời đại robot Dựa vào chiến lược này, Bộ Kinh tế tri thức đã đề ra Kế hoạch hành động lần thứ hai về robot thông minh (2014-2018), trong đó yêu cầu nâng cao GDP robot quốc nội lên tới 20 nghìn tỷ won và xuất khẩu robot lên tới 7 tỷ USD, chiếm vị trí thứ 3 trên thế giới về robot công nghiệp Ngoài ra, một số quốc gia đã và đang âm thầm xây dựng chiến lược phát triển phù hợp với mục đích của họ, ví dụ như Trung Quốc - quốc gia hiện đang sử dụng robot công nghiệp nhiều nhất trên thế giới
7 b,Tại thị trường Việt Nam
Nền kinh tế Việt Nam là một trong những nền kinh tế phát triển nhanh nhất thế giới.Tuy nhiên, Việt Nam được liệt vào một trong những nước có sự chuẩn bị yếu nhất cho nền công nghiệp 4.0 theo báo cáo của diễn đàn kinh tế thế giới, xếp hạng thấp trong hạng mục cách mạng khoa học và công nghệ Để cải thiện tình trạng này,chính phủ đã và đang tập trung phát triển sáng kiến và luật pháp để đẩy nhanh tiến trình hiện đại hóa.Trong mấy năm đổ lại đây, ngành công nghiệp nói chung ,tự động hóa nói riêng được coi là xương sống của nền kinh tế.Trong chiến lược phát triển khoa học và công nghệ chế tạo máy-tự động hóa là một trong bốn hướng ưu tiên, bên cạnh công nghệ thông tin và truyền thông, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu mới và công nghệ môi trường
Vì vậy nhu cầu về robot ở Việt Nam đang tăng trưởng như một xu hướng quan trọng nhằm đón đầu xu hướng Robotics và công nghệ cao để giảm nhân công và chi phí vận hành, duy trì lợi thế cạnh tranh cho các doanh nghiệp Robot được sử dụng ngày càng phổ biến trong các nhà máy, xí nghệp và cả trong các hộ gia đình,…
Hình 1:Biểu đồ số lượng robot Việt Nam
Từ đồ thị trên có thể cho ta thấy được việc sử dụng robot là xu hướng tất yếu, ở Việt Nam việc ứng dụng robot đang hoàn toàn là các vấn đề của các doanh nghiệp mới được định hướng ưu tiên mà chưa có chiến lược cụ thể Để tăng năng suất lao động,tăng tính cạnh tranh của sản phẩm… chúng ta cần một chương trình hoạch địch dài hạn, có tính thống nhất cao để tạo đường lối áp dụng robot công nghiệp một cách thuận lợi, dễ dàng cho các doanh nghiệp.Việc chế tạo và lắp đặt có thể đảm bảo chất lượng tốt hơn và nhất quán hơn, nâng cao năng suất, an toàn, thúc đẩy phát triển kinh tế và nâng cao đời sống của con người
Vậy Có thể nói Việt Nam là một đất nước tiềm năng đẻ có thể phát triển robot
1.3.Giới thiệu về robot vượt địa hình
Có thể nói Robot là một thành tựu của Cơ Điện Tử đã xuất hiện từ sớm và đang có những thay đổi mạnh mẽ, thông minh hơn, linh hoạt hơn, chính xác hơn Bên cạnh đó việc ứng dụng công nghệ không dây vào việc truyền nhận thông tin giữa người điều khiển và Robot giúp cho Robot hoạt động có hiệu quả hơn nhờ được điều khiển trực tiếp từ con người trong những tình huống bất ngờ mà bản thân không thể xử lý được, ngoài ra nó cũng mang đến sự an toàn cho người điều khiển trong các môi trường công việc nguy hiểm, hay cụ thể hơn là giúp con người mang vác hàng hóa để từ đó tiết kiệm được nhân công cũng như chi phí
