thiết kế và thi công robot dọn rác bề mặt sông

Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8  Nguyên lý hoạt động của Robot Robot hoạt động dựa trên việc điều khiển trực tiếp bằng tay bấm, thông qua việc truyền nhận tín hiệu bằng module

Thi công Robot thực tế

6 7

SÔNG

I Cơ sở lý thuyết tính toán Robot

 Chi tiết máy

 Sức bền vật liệu

 Nguyên lý lực đẩy Archimedes

 Lý thuyết tính toán về động lực tàu thủy

II Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống:

 Lý thuyết sóng RF chuẩn truyền UART

 Phương pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM

(Pulse Width Modulation)

 Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC để lập trình tay

bấm

Nội dung thực hiện đề tài

 Sơ đồ khối ý tưởng

BỘ ĐIỀU KHIỂN

ĐỘNG CƠ

Nội dung thực hiện đề tài

1 2 3 4 5 6 7 8

 Nguyên lý hoạt động của Robot

Robot hoạt động dựa trên việc điều khiển trực tiếp bằng tay bấm, thông qua việc truyền nhận tín hiệu bằng module thu - phát sóng RF theo chuẩn truyền thông UART phạm vi hoạt động 200m Sau khi nhận tín hiệu từ bộ phát trên tay bấm thì board mạch trung tâm sẽ xử lý tín hiệu và xuất kết quả để điều khiển cơ cấu chấp hành, gồm hai động cơ chính cùng với thiết bị đẩy là chân vịt được liên kết với nhau nhờ hai khớp nối trục đàn hồi Cơ cấu chấp hành giúp cho Robot duy chuyển Up – Down – Left – Right thông qua chân vịt tạo lực đẩy để Robot thực hiện công việc vớt rác.

II.Tính toán Robot

1 Tính toán đánh giá độ nổi

Áp dụng theo nguyên lý về lực đẩy Acsimet

Ta có biểu thức:

(*) Với m =21 (Kg): Tổng khổi lượng của Robot

g = 9.81 : Gia tốc trọng trườngd: Trọng lượng riêng của nướcV: Thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗThế vào phương trình (*) ta được :

Như vậy thể tích Robot sau khi thiết kế phải lớn hơn thì mới đảm bảo độ nổi của Robot

: Thể tích bình Acquy Trong đó:

2 Tính toán vận tốc làm việc của Robot, số vòng

quay chân vịt và chọn công suát động cơ.

 Các thông số đầu vào:

Yêu cầu đặt ra của Robot: Vớt được Thể tích thực của lồng chứa rác

: Vận tốc làm việc của Robot

Vận tốc làm việc của Robot

Vì tính chất mật độ phân bố rác ở các tuyến sông dày trên mặt sông, nước nên hệ số rỗng diện tích mặt phân bố ta dựa vào thực tế khảo sát là:

Vậy vận tốc làm việc của Robot khi vớt rác là:

Số vòng quay chân vịt và công suất động cơ:

Hệ số lực đẩy, Mômem quay của chân vịt

Ta có:

J : Hệ số tiến : Vận tốc tiếncủa tàu (m/s)

n : Số vòng quay của chân vịt

Công suất cần thiết để đẩy chân vịt

Do thiết kế Robot hoạt động với hai động cơ đặt hai bên phao chính,

nên chọn mỗi động cơ là 16 (W)

Thời gian công suất bình Acquy đáp ứng tối đa khi Robot làm việc

Ta có: Công suất của hai bình Acquy : Công suất của động cơ

Thời gianNhư vậy thời gian Robot có thể hoạt động được là khoảng 5 giờ

3.Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền

Tính đường kính d của truc:

Chọn loại vật liệu inox SUS 201 – ASTMA666

Có các thông số:

Độ cứng HB 217

Nội dung thực hiện đề tài

III Thiết kế hệ thống điều khiển

1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển

Joysticks

Vi điều

Vi điều khiển

Nội dung thực hiện đề tài

2 Mạch điều khiển trung tâm

Sơ đồ nguyên lý mạch trung tâm

Nội dung thực hiện đề tài

Module công suất cầu H

Đặt tính kỹ thuật cầu board:

Dòng liên tục 10A

Dòng đỉnh 30A (200 ms)

Điện áp cấp từ +24V

Có Led báo nguồn cho mạch

Có Led báo chiều động cơ

Bảo vệ ngắn mạch

Board được thiết kế nhỏ gọn

Dùng Pic kích FET chuyên dụng

Nội dung thực hiện đề tài

3 Sơ đồ khối tay bấm điều khiển

Tay bấm

Robot

Nội dung thực hiện đề tài

4 Lưu đồ giải thuật trên tay bấm

Truyền gói dữ liệu dạng axxxbyyyc Xxx : giá trị adc joysticks Yyy: giá trị adc joysticks

Kiểm tra pin

Đọc ADC

Pin tốt

Báo đèn đỏ 2 Pin yếu

Nội dung thực hiện đề tài

5 Lưu đồ giải thuật xử lý trên Robot

Bắt đầu

Khởi tạo các tính năng (I/O, UART, pwm)

Kiểm tra UART

Nhận dữ liệu Không có dữ liệu

Kiểm tra dữ liệu dạng chuổi

độ DC trái,yyy tốc

độ DC phải)

Kiểm tra pin

Kiểm tra pin (ADC)

Truyền chử “y”

Pin yếu

Pin tốt

Kết thúc Delay 5s

Khi bị mất sóng RF

Kiểm tra liên tục UART Kiểm tra dữ liệu

Kiểm tra trong 3s liên tiếp Có data Xử lý data

Cho dừng robot Không có data (mất sóng)

 Về thiết kế và thi công

 Về tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết

- Tính toán những phần chính của Robot thiết kế mô hình 3D trên phần mềm Pro.E

- Thi công Robot chạy thử nghiệm vớt rác thực tế

- Biết được kinh nghiệm thực tế, trải nghiệm được những khó khăn giữa thiết kế và thi công…

Kết luận

 Về thiết kế board mạch và điều khiển lập trình

- Thiết kế và thi công được board mạch sử dụng trong điều khiển

- Lập trình điều khiển Robot chạy và hoạt động được theo cáo yêu cầu đặt ra, nhằm đảm bảo tính an toàn cho Robot và việc sử dụng một cách

dễ dàng cho người điều khiển

- Lập trình cho tay bấm điều khiển Robot thông qua việc thu phát sóng

RF chuẩn truyền thông UART

II Những kết quả chưa đạt được

và biện pháp khắc phục

• Về thiết kế lồng chứa rác chưa hiệu quả trong việc giữ rác lại

• Việc tính toán cho Robot còn ít

• Khối lượng Robot 21Kg còn nặng cần giảm xuống 1÷2 Kg để làm việc tốt khi vớt rác, khi vận chuyển

Kết luận

III Hướng Phát triển của đề tài.

 Gắn bộ pin nặng lượng mặt trời để tận dụng điều kiện làm việc ngoài trời và tăng thêm thời gian làm việc của Robot

 Tích hợp la bàn điện tử để việc điều khiển vớt rác dễ dàng và chính xác hơn cho người điều khiển

 Sử dụng camera xử lý ảnh, để Robot có thể nhận dạng những nơi có rác và thực hiện công việc một cách tự động Không cần người điều khiển

 Thiết kế thêm bộ phận phá rác trước khi làm nhiện vụ vớt, hốt rác…