Thập niên 1950: Công nghệ tiên tiến hơnTrong thập kỷ này, công nghệ máy bán hàng tự động tiếp tục được cải thiện, với việcsử dụng các linh kiện điện tử mới như các cảm biến và mạch điện
PHÂN TÍCH NỘI DUNG THIẾT KẾ
Lịch sử nghiên cứu
1.1.1 Máy bán hàng tự động
Máy bán hàng tự động là một phần không thể thiếu của cuộc sống hiện đại, nhưng lịch sử phát triển của chúng không hề đơn giản Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về lịch sử nghiên cứu máy bán hàng tự động:
1 Thế kỉ 19: Bắt đầu đầy hứa hẹn
Trong những năm cuối của thế kỷ 19, các nhà kỹ sư đã bắt đầu thử nghiệm với các thiết bị đầu tiên được gọi là "máy bán hàng tự động" Những thiết bị này thường là các hộp đựng vật phẩm nhỏ như kẹo hoặc bánh kẹo, được cơ cấu để tự động phục vụ khách hàng khi họ đặt tiền vào máy.
2 Thập niên 1920-1930: Sự phát triển đột phá
Trong thời kỳ này, công nghệ máy bán hàng tự động đã trải qua một bước đột phá lớn Các máy bán hàng tự động sử dụng đồng xu để kích hoạt quá trình bán hàng đã xuất hiện Các thiết bị này cung cấp cho khách hàng các sản phẩm như bánh kẹo, nước ngọt và bánh mỳ một cách dễ dàng.
3 Thập niên 1950: Công nghệ tiên tiến hơn
Trong thập kỷ này, công nghệ máy bán hàng tự động tiếp tục được cải thiện, với việc sử dụng các linh kiện điện tử mới như các cảm biến và mạch điện tử Điều này làm cho quá trình mua sắm trở nên nhanh chóng hơn và tiện lợi hơn cho người tiêu dùng.
4 Thập niên 1970-1990: Sự kết hợp với máy tính và Internet
Trong giai đoạn này, máy bán hàng tự động bắt đầu tích hợp với các công nghệ máy tính và internet, mở ra những cơ hội mới cho việc tự động hóa quá trình bán hàng Các máy bán hàng tự động trở nên thông minh hơn, có khả năng quản lý hàng tồn kho và tự động đặt hàng lại khi cần thiết.
5 Thế kỉ 21: Mở rộng và đa dạng
Trong thế kỷ này, máy bán hàng tự động đã trở nên phổ biến hơn và đa dạng hơn, không chỉ bán các sản phẩm truyền thống như thức ăn và đồ uống, mà còn có thể cung cấp dịch vụ như vé máy bay và thậm chí là sản phẩm công nghệ cao như điện thoại di động.
Nhìn chung, lịch sử nghiên cứu máy bán hàng tự động đã chứng kiến những bước tiến quan trọng, từ các thiết bị đơn giản đầu tiên đến những hệ thống phức tạp và thông minh hiện đại ngày nay Điều này minh chứng cho vai trò quan trọng của nghiên cứu và phát triển trong việc định hình tương lai của ngành công nghiệp bán lẻ tự động.
Hình 1 1:Máy bán hàng tự động thức ăn
Máy bán hàng tự động thức ăn: Có thể thấy chúng ở các nhà ga, trạm dừng, hoặc khu vực công cộng khác Chúng thường cung cấp đồ ăn nhanh như bánh mỳ, sandwich,snack, hoặc thức uống như nước ngọt, nước trái cây.
Hình 1 2: Máy bán hàng tự động sản phẩm làm đẹp
Máy bán hàng tự động sản phẩm làm đẹp: Cung cấp các sản phẩm làm đẹp như son môi, kem dưỡng da, hoặc mặt nạ Thường được đặt tại các cửa hàng mỹ phẩm hoặc khu vực mua sắm cao cấp.
1.1.2 Máy bán hàng tự động
Máy bán hàng tự động là một thiết bị tự động hóa được sử dụng để bán hàng hoặc cung cấp dịch vụ mà không cần sự can thiệp trực tiếp từ con người Đây là một phần của xu hướng tự động hóa trong kinh doanh và tiêu dùng, nhằm cung cấp tiện lợi và tăng trải nghiệm cho người tiêu dùng.
Máy bán hàng tự động hoạt động mà không cần sự can thiệp trực tiếp từ con người sau khi được cài đặt và kích hoạt Điều này có thể bao gồm việc chọn sản phẩm, thanh toán và phục vụ khách hàng mà không cần nhân viên.
Máy bán hàng tự động cung cấp sự tiện lợi cho người tiêu dùng bằng cách cho phép họ mua hàng hoặc sử dụng dịch vụ bất cứ lúc nào và ở bất kỳ địa điểm nào có máy này.
Máy bán hàng tự động có thể được thiết kế để bán một loạt các sản phẩm và dịch vụ, từ thức uống và thực phẩm nhẹ đến hàng hóa điện tử, vé, và thậm chí là dịch vụ như vé xe buýt hoặc vé vào cửa.
Các máy bán hàng tự động thường được trang bị các phương tiện thanh toán tự động như thẻ tín dụng, tiền mặt, hoặc thanh toán di động để người tiêu dùng có thể dễ dàng thực hiện giao dịch.
Máy bán hàng tự động có thể tích hợp các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học để cải thiện trải nghiệm người dùng, dự đoán nhu cầu và thích ứng với xu hướng tiêu dùng.
Nhu cầu thị trường
1.2.1 Nhu cầu thị trường về máy bán hàng tự động
Tiện lợi và tốc độ: Người tiêu dùng ngày càng đánh giá cao sự tiện lợi và tốc độ trong quá trình mua sắm Máy bán hàng tự động cung cấp khả năng mua sắm mà không cần phải chờ đợi hàng xếp hàng hoặc giao tiếp với nhân viên cửa hàng, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao trải nghiệm mua sắm.
24/7 phục vụ: Máy bán hàng tự động có thể hoạt động liên tục, 24/7, giúp đáp ứng nhu cầu mua sắm của người tiêu dùng vào bất kỳ thời gian nào, ngay cả khi cửa hàng truyền thống đã đóng cửa.
Giảm chi phí vận hành: Đối với các doanh nghiệp bán lẻ, việc sử dụng máy bán hàng tự động có thể giảm chi phí nhân viên và chi phí vận hành so với cửa hàng truyền thống, đồng thời cung cấp khả năng phục vụ khách hàng 24/7 mà không cần phải mở cửa hàng suốt ngày đêm.
Tích hợp công nghệ: Máy bán hàng tự động ngày càng được tích hợp với công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, máy học và giao diện người dùng tương tác, giúp cải thiện trải nghiệm người dùng và tăng cường khả năng dự đoán nhu cầu.
Phù hợp với xu hướng tiêu dùng: Xu hướng tiêu dùng hiện đại đặt ra yêu cầu về sự tiện lợi, nhanh chóng và linh hoạt trong mua sắm Máy bán hàng tự động đáp ứng được những yêu cầu này, phản ánh sự thay đổi trong nhu cầu thị trường. Đa dạng sản phẩm và dịch vụ: Máy bán hàng tự động không chỉ giới hạn trong việc bán các sản phẩm cụ thể mà còn có thể cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau như bán vé,phát thẻ điện thoại, hoặc cung cấp thông tin du lịch.
Một số máy bán hàng tự động có trên thị trường:
Hình 1 3: Máy bán hàng TPA.V2000
Hình 1 4: Máy bán hàng tự động V3001QR
Theo báo cáo, thị trường máy bán hàng tự động toàn cầu đạt giá trị 18,5 tỷ USD vào năm 2021 Trong tương lai, dự kiến sẽ đạt 25,3 tỷ USD vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng ép hàng năm (CAGR) là 5,3% giai đoạn 2022-2027 Máy bán hàng tự động đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các không gian công cộng, khu phức hợp thương mại, nhà hàng và khách sạn Xu hướng dịch chuyển thị trường bán lẻ từ chợ truyền thống hay tạp hóa sang tự động hóa chuỗi cung ứng, tốc độ đô thị hóa ngày càng tăng và thu nhập khả dụng tăng cùng với ảnh hưởng của đại dịch Covid tạo nên thời cơ cho sự phát triển loại hình kinh doanh điện tử, tự phục vụ mà trong đó là góp mặt của máy bán hàng tự động Trong thời gian các quốc gia thực hiện nghiêm ngặt giãn cách xã hội đã tạo nên sức ép không nhỏ với các đơn vị kinh doanh sử dụng thiết bị bán hàng Song, giai đoạn bình thường mới như hiện nay, việc giảm thiểu tương tác vật lý nhưng vẫn đảm bảo kinh doanh thì máy bán hàng tự động trở thành ưu thế Dựa trên phân tích của các chuyên gia, thị trường của máy bán hàng tự động được phân khúc thành năm khu vực chính bao gồm Bắc
Mỹ, Mỹ Latinh, Châu Âu, Châu Á Thái Bình Dương (APAC), Trung Đông và Châu Phi (MEA) Xét về tổng quan toàn cầu, khu vực Bắc Mỹ chiếm thị phần lớn nhất Hoa Kỳ là quốc gia trọng điểm thống trị doanh thu máy bán hàng tự động ở khu vực này Các quốc gia lớn trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương bao gồm Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ, Úc, Singapore, Đài Loan và các nước khác Tỷ lệ áp dụng công nghệ tự phục vụ là khá cao, nhờ những tiến bộ công nghệ và sự xuất hiện của các mô hình kinh doanh mới. Trung Quốc và Nhật Bản là hai quốc gia chiếm thị phần lớn nhất trên thị trường máy bán hàng tự động Trong khi đó, Ấn Độ và Úc là những nước tiềm năng đối với việc áp dụng công nghệ tự phục vụ trong giai đoạn 2022 – 2027 Công nghệ máy bán hàng tự động đang mở ra một kỷ nguyên mới cho thị trường thương mại Những công nghệ cải tiến như áp dụng IoTs, lưu trữ cloud cùng những phương thức bán hàng độc đáo sẽ càng mở rộng con đường phát triển cho thiết bị bán hàng thông minh này.
Thiết lập danh sách yêu cầu
W Danh sách yêu máy bán hàng tự động Ngày thay đổi W
1700mm – 1900mm Chứa được 400-500 sản phẩm
- Cơ cấu truyền động: lực ổn định
- Động cơ đưa sản phẩm ra và hoàn lại tiền thừa
- Tốc độ bán hàng liên tục: 5 giây/sản phẩm - Xử lí khối lượng hàng yêu cầu quá khả năng đáp ứng
- Sức chứa: 300-350 đơn vị tùy theo kích thước mặt hàng
- Công suất của hệ thống: 570W
- Khung: có độ bền cao, chống mòn, chống gỉ, chịu va đập tốt
- Các thành phần chống nước và các linh kiện khác (silicon, cao su…)
Các bảng điều khiển điều chỉnh, lựa chọn,
Hệ thống nhận diện tiền
Hệ thống đẩy sản phẩm ra khoang nhận hàngĐèn, còi báo hiệu
Hệ thống điều hòa: 4 -24 độ C
Hệ thống thanh toán: chấp nhận mệnh giá: 10.000, 20.000, 50.000, 100.000 VNĐ
- Có hệ thống dừng khẩn cấp
- Đảm bảo an toàn điện theo TCVN
- Đảm bảo an toàn cháy nổ theo TCVN
- Dễ dàng lắp ráp và thay thế
- Kết nối các bộ phận cơ khí chắc chắn an toàn
DD - Độ bền: trung bình 6 – 8 năm
- Nhận tiền từ khách hàng và đẩy sản phẩm ra khỏi kệ hàng.
- Máy tiến hành xử lí:
Nhận dạng tiền ,lưu trữ, xuất sản phẩm và trả lại tiền thừa nếu có
Một số trường hợp đặc biệt: Tiền giả,Tiền hàng lớn hơn tiền vào, máy sắp hết tiền…
- Hoạt động tốt ở mọi khu vực.
Bảo trì và bảo dưỡng:
- Dễ dàng tháo lắp kiểm tra các bộ phận
- Chính sách bảo hành 8 tháng – 1 năm
THIẾT KẾ SƠ BỘ
Xác định các vấn đề cơ bản
- Chứa được 400-500 sản phẩm Động học:
- Cơ cấu truyền động: lực ổn định
- Động cơ đưa sản phẩm ra và hoàn lại tiền thừa
- Tốc độ bán hàng liên tục: 5 giây/sản phẩm
- Xử lí khối lượng hàng yêu cầu quá khả năng đáp ứng
- Sức chứa: 300-350 đơn vị tùy theo kích thước mặt hàng
- Công suất của hệ thống: 570W
- Khung: có độ bền cao, chống mòn, chống gỉ, chịu va đập tốt
- Các thành phần chống nước và các linh kiện khác (silicon, cao su…)
Các bảng điều khiển điều chỉnh, lựa chọn,
Hệ thống nhận diện tiền
Hệ thống đẩy sản phẩm ra khoang nhận hàng
- Hệ thống điều hòa: 4 -24 độ C
- Hệ thống thanh toán: chấp nhận mệnh giá: 10.000, 20.000, 50.000, 100.000 VNĐ
- Có hệ thống dừng khẩn cấp
- Đảm bảo an toàn điện theo TCVN
- Đảm bảo an toàn cháy nổ theo TCVN
- Dễ dàng lắp ráp và thay thế
- Kết nối các bộ phận cơ khí chắc chắn an toàn
- Độ bền: trung bình 6 – 8 năm
- Nhận tiền từ khách hàng và đẩy sản phẩm ra khỏi kệ hàng.
- Máy tiến hành xử lí:
Nhận dạng tiền ,lưu trữ, xuất sản phẩm và trả lại tiền thừa nếu có
Một số trường hợp đặc biệt: Tiền giả,Tiền hàng lớn hơn tiền vào, máy sắp hết tiền…
- Hoạt động tốt ở mọi khu vực.
Bảo trì và bảo dưỡng:
- Dễ dàng tháo lắp kiểm tra các bộ phận
- Chính sách bảo hành 8 tháng – 1 năm
Thiết lập cấu trúc chức năng
Khái quát chức năng tổng thể của mô hình:
Hình 2 1: Sơ đồ khái quát chức năng tổng thể
2.2.1 Xây dựng cấu trúc chức năng
Hình 2 2: Sơ đồ cấu trúc chức năng
Chức năng cung cấp điện năng:
Hình 2 3: Sơ đồ cấu trúc chức năng cung cấp điện
Chức năng bảo vệ hệ thống điện:
Hình 2 4: Sơ đồ cấu trúc chức năng dẫn động
Chức năng dẫn động trục:
Hình 2 5: Sơ đồ cấu trúc chắc năng dẫn động trục
Chức năng chuyển đổi điện cơ:
Hình 2 6: Sơ đồ cấu trúc chức năng chuyển đổi điện cơ
Chức năng nhận diện tiền:
Hình 2 7:Sơ đồ cấu trúc chức năng nhận diện tiền
Chức năng kiểm soát hàng hóa:
Hình 2 8: Sơ đồ cấu trức Chức năng kiểm soát hàng hóa
2.3 Phát triển cấu trúc làm việc
Lấy điện 3 chân 2 chân tròn 2 chân cắm
2 Chuyển đổi Điện áp Lioa Tụ cao áp
3 Truyền tải Dây rời Dây liền
Dẫn hướng Khe dẫn hướng Ray dẫn hướng
5 Truyền động Đai răng Đai thang Đai dẹt
6 Khối vỏ Khung Sắt Nhôm Hợp kim
7 Vỏ thân Nhựa Nhôm Cao su
Màn hiển thị Công nghệ
Màn hình điều khiển phím cứng
Màn hình điêu khiển bằng điện thoại di động
LED Đèn Halogen Huỳnh quang
Chống ngắn mạch Atomat Cầu chì Rơ-le
11 Ngắt mạch khi quá tải Cầu chì Rơ le Mạch bảo vệ 12
Nhận dạng màu sắc Cảm biến màu Cảm biến quang Lazer
13 Nhận dạng đường kính và khối lượng
Cảm biến khối lượng Cảm biến tiệm cận
14 Nhận biết mặt tiếp xúc Cảm biến tiệm cận Cảm biến hình ảnh Lazer
15 Chức năng đẩy Chuyển đổi Nguồn tuyến Nguồn xung điện cơ tính
16 Đẩy Lò xo Tay máy Con lăn
Xác định nhiệt độ Cảm biến nhiệt Tia hồng ngoại Tia lazer
18 Làm lạnh Điều hòa VRV Máy nén lạnh Máy nén kiểu kín
19 Khối xử lí và điều khiển Điều khiển động cơ DC L298N BTS7960 L293D
20 Xử lý tín hiệu Bộ điều khiển
21 Khởi động Nút nhấn Cần gạt Cảm ứng
Bảng 2 1: Cấu trúc làm việc của máy bán hàng tự động
2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc
2.4.1 Kết hợp các nguyên tắc làm việc
Lấy điện 3 chân 2 chân tròn 2 chân cắm
2 Chuyển đổi Điện áp Lioa Tụ cao áp
3 Truyền tải Dây rời Dây liền
Dẫn hướng Khe dẫn hướng Ray dẫn hướngTruyền động Đai răng Đai thang Đai dẹt
Khung Sắt Nhôm Hợp kim
7 Vỏ thân Nhựa Nhôm Cao su
Màn hiển thị Công nghệ
LCD Màn hình điều khiển phím cứng
Màn hình điêu khiển bằng điện thoại di động
LED Đèn Halogen Huỳnh quang
Chống ngắn mạch Atomat Cầu chì Rơ-le
11 Ngắt mạch khi quá tải Cầu chì Rơ le Mạch bảo vệ
Nhận dạng màu sắc Cảm biến màu Cảm biến quang Lazer
Nhận dạng đường kính và khối lượng
Cảm biến khối lượng Cảm biến tiệm cận
Nhận biết mặt tiếp xúc Cảm biến tiệm cận Cảm biến hình ảnh Lazer
Chuyển đổi điện cơ Nguồn tuyến tính Nguồn xung
16 Đẩy Lò xo Tay máy Con lăn
17 Khối làm mát Xác định nhiệt độ Cảm biến nhiệt Tia hồng ngoại Tia lazer
18 Làm lạnh Điều hòa VRV Máy nén lạnh Máy nén kiểu kín
Khối xử lí và điều khiển Điều khiển động cơ DC L298N BTS7960 L293D
Xử lý tín hiệu Bộ điều khiển
21 Khởi động Nút nhấn Cần gạt Cảm ứng
Bảng 2 2: Nguyên tắc làm việc cho từng chức năng của máy bán hàng tự động
Các nguyên tắc làm việc được hình thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng trên Cụ thể những nguyên tắc được ký hiệu cùng màu sẽ tạo thành một biến thể. Theo bảng trên ta có thể thấy có ba biến thể với ba màu khác nhau được tạo ra tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) và màu cam (biến thể 3) Từ đây, ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa tạo ra.
2.4.2 Lựa chọn biến thể phù hợp
Sau khi kết hợp các nguyên tắc làm việc (biểu diễn ở bảng trên), ta được ba biến thể tiêu biểu:
Biến thể 3 : 1.3 – 2.2 – 3.1 – 4.2 – 5.1 – 6.2 – 7.1 – 8.2 – 9.3 – 10.2 – 11.1 – 12.3 – 13.1 – 14.2 – 15.1 – 16.3 – 17.1 – 18.2 – 19.1 – 20.3 – 21.2 – 22.1 – 23.3 – 24.1 Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh các biến thể Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiêu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế để có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các tiêu chí, ta xây dựng một cây mục tiêu Trong cây mục tiêu bao gồm những tiêu chí đặt ra cho biến thể Trong các tiêu chí lớn có những tiêu chí nhỏ hơn được đặt ra Số điểm bên trái (w) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tiêu chí lớn hơn, số điểm bên phải (wt) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tổng thể hệ thống
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CỤ THỂ
3.1 Xây dựng bước thiết kế cụ thể
3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu
− Hoạt động êm, tiếng ồn nhỏ.
− Tính chọn kỹ lưỡng kích thước phù hợp với hệ thống và theo yêu cầu của người sử dụng.
− Đảm bảo đầy đủ lực khí nén trong quá trình làm lạnh.
− Đảm bảo tốc độ đẩy và bộ xử lý nhanh gọn.
− Đảm bảo khả năng chịu lực tốt.
− Đảm bảo công nghệ tốt nhất, tốc độ thu nhận tín hiệu và xử lý tín hiệu nhanh, ổn định.
− Đảm bảo sai số nhỏ nhất.
− Hạn chế hoạt động trong khu vực rung động mạnh.
− Nhận diện chính xác các loại mệnh giá
− Cảm biến màu, đạt hiệu quả xử lý tốt nhất, ít sự cố.
-Các yêu cầu ràng buộc khác của hệ thống:
− Sai số của các chi tiết trong dung sai cho phép.
− Sản phẩm đúng giá tiền
− Tối giản thiết kế hệ thống, dễ dàng bảo trì thay thế.
− Đảm bảo tiêu chí về giá thành sản phẩm.
3.1.2 Xác định điều kiện biên hoặc không gian cưỡng bức của bước thiết kế cụ thể a Phần thiết kế
-Các yêu cầu thiết kế hệ thống cơ khí cần thỏa mãn các điều kiện sau:
− Máy đảm bảo độ cứng vững.
− An toàn khi vận hành.
− Thiết kế thuận tiện cho tháo lắp sửa chữa, bố trí bộ điều khiển, các bộ phận khác.
− Vỏ máy được thiết kế bao toàn bộ các cơ cấu cơ khí bên trong.
− Tính năng: Nhận diện các loại mệnh giá và đưa ra sản phẩm đúng giá tiền.
▪ Sai số chế tạo của chi tiết: 0,1÷0,2mm
▪ Dung sai khi lắp ráp chi tiết: 0,1mm.
▪ Vật liệu: Kim loại cứng chịu được va đập tối thiểu 500 N, modun đàn hồi >400 Mpa.
− Màn hình điều khiển tích hợp cảm ứng: sắc nét, nhạy, độ sáng cao
− Động cơ: có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ.
− Hệ thống LED làm cho sản phẩm trở nên rõ ràng và bắt mắt.
3.1.3 Xác lập layout thô – xác định các bộ phận thực hiện chức năng
Bảng 3-1: Xác lập phần các layout thô
Nhóm Bộ phận Chức năng Nét đặc trưng
Cơ khí Đẩy (Lò xo)
Là bộ phận thực hiện chức năng đẩy sản phẩm ra ngoài khay lấy đồ
- Thông số hình học: o Chiều dài 500 mm; bán kính 50mm o Có tính đàn hồi o Chịu lực tốt có độ chính xác cao
Vỏ máy Bảo vệ các thiết bị bên trong
Chịu được các tác nhân từ thời tiết, ngoại lực bên ngoài tác động vào Robot
Các khâu Là phần chịu lực,tạo nên quỹ đạo chuyển động Động cơ Thực hiện quá trình chuyển động và làm việc
Có độ chính xác cao , hoạt động êm ái
Nguồn điện 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 Điện, Điện tử
-Xử lí tín hiệu ở các cấp độ khác nhau.
- Điều khiển các trạng thái hoạt động của các cơ cấu chấp hành và các thông số khác của máy
Cảm biến tiệm cận Đo khoảng cách , kiểm tra sai số
Hệ thống hiển thị, cảnh báo
Hiện thị các thông số hoạt động , cảnh báo khi có sự cố
Thông báo cho người dùng khi có sự cố
Lựa chọn layout sơ bộ
Hình 3-1: Lựa chọn layout sơ bộ
Chức năng chính: bán hàng tự động X
An toàn Đã xử lý được vấn đề an toàn điện, nhiệt X
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 và đột suất trong quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng của sản phẩm
Sản phẩm lắp ráp logic, thích hợp, sử dụng bulong ốc vít và một số bộ phận hàn sẵn.
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…
Bảo dưỡng định kì Thời gian bảo dưỡng tương thích với thời gian bảo dưỡng động cơ, bộ điều khiển …
Tái chế Đã sử dụng vật liệu có khả năng tái chế X
Chi phí thiết kế, sản xuất, lắp ráp, vận chuyển… đã nằm trong nguồn kinh phí cho phép.
Thời gian thiết kế và sản xuất đảm bảo đúng tiến độ đề ra X
Xây dựng lưu đồ thuật toán:
Hình 3-2: Lưu đồ thuật toán
3.3 Tính toán, thiết kế , phác thảo sản phẩm
− Tính toán chọn động cơ đẩy:
Mômen xoắn cần thiết để nâng càng trước lên: M = P*R
Trong đó: P: trọng lượng của robot (20N)
R: chiều dài cánh tay đòn (m)
Công suất cần thiết để đẩy là: P= M ∗ω= M ∗n∗2 60 π
Trong đó: P: công suất động cơ n: tốc độ động cơ (vòng/phút)
T: Momen xoắn trên trục động cơ (Nm)
Hiện nay trên thị trường có 3 loại động cơ thông dụng đó là: Động cơ DC bình thường, động cơ đề, động cơ gạt nước.
- Động cơ DC bình thường: nhỏ gọn rẽ ga đặt nhưng công suất yếu.
- Động cơ đề: có công suất lớn, phù hợp cho việc chuyền động trục chính cho máy, nhưng có khả năng là ta phải quấn lại số vòng dây phù hợp với yêu cầu Thông số sau khi quán lại để sử dụng là: điện áp 24V, dòng điện làm việc là: 1,5A, tải trọng là 30Kg.
- Động cơ bước: có công suất lớn gá đặt và sử dụng rễ ràng
Từ kết quả tính toán và so sánh các loại động cơ chúng em chọn động cơ bước NEMA 17 làm động cơ quay của máy.
Hình 3.3 Động cơ bước NEMA 17
- Điện áp làm việc: 12 – 24VDC
3.3.2 Thiết kế cơ khí a, Bản tổng thể
Hình 3.4:Bản vẽ tổng thể
Hình 3.5 Bản vẽ chi tiết
3.3.3 Thiết kế mạch điện tử
Thiết kế sơ đồ hệ thống
Hình 3-13: Nguyên lý hệ thống điện , điện tử
- Nhận tín hiệu điều khiển: Người điều khiển từ màn hình hiển thị lựa chọn các chế độ thông qua các nút bấm trên màn hình cảm ứng.Tín hiệu được sử lý ngay sau đó được gửi sang Arduino thông qua kết nối mạng
- Mã hóa: là quá trình sử lý tín hiệu của Ardunio (hệ thống điều khiển).
Ardunio Uno giao tiếp với để nhận tín hiệu, sau đó mã hóa tín hiệu điều khiển truyền cho modul điều khiển
- Truyền tín hiệu điều khiển: Thực chất đây là quá trình trao đổi thông tin giữa module điều khiển Tín hiệu điều khiển nhận từ bảng điều khiển được truyền thành sóng radio và truyền vào không khí Module điều khiển thu tín hiệu đó, chuyển thành tín hiệu đó chuyển thành tín hiệu và gửi về máy.
- Khi giải mã và tính toán: Ardunio trên máy nhận tín hiệu điều khiển, giải mã tín hiệu, sau đó tính toán điều khiển cơ cấu chấp hành điều khiển động cơ) theo mục đích của người dùng.
- Khối điều khiển: Nhận tín hiệu điều khiển từ Ardunio, điều khiển động cơ
3.4 Thiết kế mạch a, Lựa chọn linh kiện
Board Arduino uno R3 là một trong những phiên bản nhỏ gọn của board Arduino Arduino Nano có đầy đủ các chức năng và chương trình có trên Arduino Uno do cùng sử dụng MCU ATmega328P Nhờ việc sử dụng IC dán của ATmega328P thay vì IC chân cắm nên Arduino Nano có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno Arduino Nano được kết nối với máy tính qua cổng Mini USB và sử dụng chip CH340 để chuyển đổi USB sang UART thay vì dùng chip ATmega16U2 để giả lập cổng COM như trên Arduino Uno hay Arduino Mega Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp.
Hình 3-15: Bo mạch Arduino uno R3Thông số kỹ thuật:
Bảng 3-3: Bảng thông số của Arduino Uno R3
IC nạp và giao tiếp UART CH340 Điện áp hoạt động 5V-DC Điện áp đầu vào khuyên dùng
Số chân Digital I/O 14 trong đó có 6 chân PWM)
Số chân Analog 8 độ phân giải 10 bits, nhiều hơn
Dòng điện tiêu thụ 30mA
Dòng tối đa trên mỗi chân
Dòng ra tối đa 5V - 500mA
Bộ nhờ flash 32kb với 2kb dùng bởi bootloader
Màn hình LCD có chức năng hiển thị tọa độ, các thông số và trực tiếp in ấn mà không cần phải thông qua kết nối với máy tính Ở đây ta dùng module LCD
2.4.3 Cảm biến màu sắc TCS3200
Sản phẩm được tích hợp một dãy bộ dò ánh sáng bên trong, với cảm biến ứng với mỗi mà như đỏ, xanh lá và xanh dương Được ứng dụng để kiểm tra độc dải, phân loại màu sắc, cảm biến ánh sáng xung quanh… Ngoài ra các bộ lọc của TCS3200 được phân bố đều ở khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu.
Có 2 bộ lọc màu sắc là bộ lọc màu đỏ, xanh lá hoặc xanh dương
Chuyển đổi cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao
Điện năng tiêu thụ thấp
Sử dụng IC TAOS TCS3200 RGB với 4 led trắng
2.4.4 CẢM BIẾN TIỆM CẬN VỚI NGÕ RA ANALOG 4-20MA HOẶC 0- 10VDC
Cảm biến tiệm cận ngõ ra analog 0-10VDC, phi 18, phi 30mm.
Cảm biến tiệm cận được thiết kế sử dụng trong việc đo khoảng cách tiếp xúc các cơ cấu máy móc với khoảng cách gần và tần số thay đổi khoảng cách cao.
Ngõ ra 3 dây đối với 0-10VDC, 2 dây đối với 4-20mA.
Ngõ ra: 0-10mA, 4-20mA, 0-10VDC.
Khoảng cách hoạt động: 0.8-8mm đối với M18, 1.5-15mm đối với M30.
- Modun điều khiển tốc độ động cơ L298 V3.1
Hình 3-17: Modun điều khiển tốc độ động cơ L298 V3.1
− Mô đun điều khiển động cơ L298 V3 dùng để điều khiển các loại động cơ
DC, động cơ bước và động cơ servo.
− Mô đun điều khiển động cơ L298 sử dụng 2 IC cầu H để điều khiển động cơ.
− Mô đun có thể điều khiển nhiểu loại motor khác nhau như step motor, sevor motor, motor DC, với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 2000mA cho mỗi kênh điều khiển.
Bảng 3-5: Bảng thông số của module L298 V3.1 Điện áp làm việc 9 ~ 4V
Dòng điện không tải 10mA
Dòng tối đa mỗi mạch cầu H 2A
4 chân tín hiệu vào IN1, IN2, IN3, IN4
4 chân ra điều khiển động cơ OUT1, OUT2, OUT3, OUT4
