THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VẼ TRANH ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ MÁY CNC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT VẼ TRANH ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ MÁY CNC TÁC GIẢ Phan Trọng Nghĩa Ngũn Văn Tính Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành điện tử Giáo viên hướng dẫn: ThS Đào Duy Vinh Tháng năm 2018 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin trân trọng cảm ơn đến tất quý thầy cô trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM, quý thầy cô khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ tạo điều kiện, trang bị cho chúng em kiến thức quý báu để thực đề tài cách tốt Đặc biệt, chúng em xin trân trọng cảm ơn quý thầy cô môn Cơ Điện Tử hỗ trợ em nhiều trình thực đề tài Chúng em xin dành lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Đào Duy Vinh tận tình hướng dẫn, góp ý suốt q trình thực khóa luận để chúng em hồn thành đề tài cách tốt Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn đến người thân, anh chị trước bạn bè ủng hộ, động viên giúp đỡ suốt trình làm đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 Sinh viên thực PHAN TRỌNG NGHĨA NGUYỄN VĂN TÍNH TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu: “ Thiết kế chế tạo mơ hình Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC ” thực xưởng khí CK6 trường Đại Học Nông Lâm TP.HCM Đề tài thực từ tháng 12 năm 2017 đến tháng năm 2018 với hướng dẫn Ths ĐÀO DUY VINH Với việc tìm tòi nghiên cứu nguyên lý hoạt động máy CNC với máy vẽ tranh nước ngồi nước, từ phác thảo vẽ chi tiết máy Ứng dụng phần mềm Solidworks để vẽ thiết kế mơ hình dạng 3D máy, mơ phỏng số chuyển động từ nắm bắt nguyên lý hoạt động Biết cách sử dụng nắm bắt phần mềm điều khiển, từ thay hiểu chỉnh chức phần mềm cho phù hợp với yêu cầu Xây dựng thành cơng mơ hình đảm bảo độ ổn định vận hành máy, tạo sản phẩm với chất lượng độ xác đạt với yêu cầu đặt Dựa thu sau hoàn thành Chúng em hy vọng từ đề tài giúp sinh viên tiếp cận dễ đến nghành công nghiệp đại, biết ứng dụng vào học tập nghiên cứu dựa nên tảng mơ hình để phát triển đưa vào thực tế MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH DANH SÁCH BẢNG Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đê Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ đặc biệt lĩnh vực thiết kế chế tạo, xuất máy CNC nhanh chóng chiếm giữ vị trí, vai trò khơng thể thiếu việc sản xuất chế tạo với ưu điểm độ xác cao, tốc độ nhanh hoặt động ổn định Máy CNC ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực gia công chế tạo thiết bị khí, kim loại, điêu khắc, vẽ tranh… Với việc điều khiển máy tính, máy CNC cắt, tiện, gia công kim loại theo đường thẳng, đường cong khoăn lỗ bên khối phơi tạo đường hoa văn có độ xác cao đẹp mắt Máy CNC phân theo nhiều loại: trục, trục, trục có trục trục X, Y, Z Các máy cắt decal, máy in 3D, máy khắc… chế tạo dựa nguyên lý máy CNC a) Máy tiện CNC b) Máy phay CNC Hình 1.1 Máy CNC Tuy nhiên ở Việt Nam, máy CNC còn bị hạn chế bởi giá thành cao chỉ sử dụng phổ biến máy có kích thước lớn, đặt cố định, việc ứng dụng máy CNC vào học tập thực hành gặp nhiều khó khăn Việc chế tạo phát triển Robot vẽ tranh hoạt động theo nguyên lý máy CNC cần thiết để sinh viên học sinh hiểu rõ về nguyên lý làm việc cấu tạo sơ máy CNC cơng nghiệp ngồi thực tế Vì chúng em Thầy Ths Đào Duy Vinh trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh hướng dẫn, tìm tòi, nghiên cứu chế tạo Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC 1.2 Mục đích đê tài Nhằm nâng cao khả lập trình chương trình nền tảng board Arduino khả vẽ, thiết kế phần mềm thiết kế Biết điều chỉnh, sử dụng linh kiện thiết bị điện tử Tìm hiểu tham khảo mơ hình nước ngồi nước, áp dụng lí thuyết học để ứng dụng vào thực tế, tạo sản phẩm có tính ứng dụng sống ngày Việc nghiên cứu chế tạo Robot vẽ tranh theo nguyên lý máy CNC di động dùng để vẽ hình ảnh giấy chế tạo thành sản phẩm, góp phần cải tiến nâng cao hiểu biết về kĩ sử dụng máy CNC thực tế, dễ dàng học tập nghiên cứu dựa mô hình Đặc biệt vẽ lại tranh dựa hình ảnh có sẵn với chất lượng độ xác tương đối cao 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Về mặt khoa học: Đề tài vận dụng kiến thức kỹ thuật lĩnh vực điện tử nhằm giải công việc cách hiệu Về mặt thực tiễn: Kết nghiên cứu ứng dụng cách hữu ích cho việc thiết kế tạo hình ản Chương TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan vê mơ hình Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC Đất nước ta bước vào thời kỳ đổi cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước với hội thách thức lớn Sự phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kĩ thuật nói chung, lĩnh vực điện – điện tử nói riêng có đà phát triển theo cách tích cực ứng dụng rộng rãi sống Với thiết bị thông minh thay sức lao động người Robot, máy CNC, máy giặt, máy lau nhà điện tử dần chứng minh vị tầm quan trọng phát triển đất nước Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC sản phẩm cho phép sử dụng máy tính kết hợp với phần mềm lập trình để tạo tranh từ hình ảnh có sẵn, nét chữ giống thật bởi cấu máy sử dụng bút viết cầm nắm hầu hết loại bút viết với độ tương thích Cho phép người dùng sử dụng để vẽ tranh trang trí, vẽ chân dung, viết chữ… Robot vẽ tranh hoạt động thơng qua chương trình đồ họa vector Inkscape với mã nguồn mở, người dùng hồn tồn viết lại ứng dụng cho riêng Sản phẩm sử dụng khổ giấy lớn A4, có khả viết lên thứ có diện tích nhỏ thẻ hay phong bì… 2.2 Giới thiệu một số máy hoạt động ứng dụng nguyên lý máy CNC 2.2.1 Máy in tranh tường 3D Máy in tranh tường sử dụng công nghệ in đại, thay việc vẽ tranh tường tay, trang trí giấy dán tường với tranh ảnh phức tạp, đề can dán tường, thay tranh phong cảnh Máy in tranh tường 3D in chất liệu chuyên dùng in tranh lên tường, in tranh logo, slogan, trang trí phòng khách, phòng ăn, phòng ngủ in hình ảnh lên tường với kích thước tùy chọn Hình 2.1 Máy in tranh tường 3D: ZKMC - W8 2.2.2 Máy in 3D In 3D in ấn vật thể 3D mà ta cầm nắm, quan sát hay sử dụng Ngày máy in 3D ứng dụng rộng rãi đời sống hàng ngày phục vụ nhu cầu sản xuất chế tạo nhiều lĩnh vực như: Sản xuất tạo mẫu công nghiệp, thiết kế nội thất, sản xuất tiêu dùng, giáo dục, thời trang mô hình như: Xe hơi, ốc vít, chai nước, lọ hoa, giày, quần áo, ngơi nhà, đơi giày… Hình 2.2 Máy in 3D Một số sản phẩm máy in 3D 4.4 Các bước hiệu chỉnh phần mêm điêu khiển 4.4.1 Các bước hiệu chỉnh phần mêm Inkscape Đầu tiên khởi động phần mềm Inkscape, công cụ chọn File -> Document Properties ( nhấn tổ hợp phím Shift + Ctrl + D ), hộp thoại Document Properties xuất hiện, vào mục Default units Units để chỉnh về đơn vị mm Tiếp theo tiến hành đưa hình ảnh cần vẽ vào phần mềm cách vào File -> Import, chọn địa chỉ cần lấy ảnh -> Open -> OK Sau Update ảnh cách vào công cụ chọn Path -> Trace Bitmap (hoặc nhấn tổ hợp phím Shift + Alt + B ) -> Hộp thoại Trace Bitmap xuất -> Edge detection -> Update -> Ok 42 Tiếp theo nhấn chuột trái vô hình kéo bên sẽ thấy hình Hình vị trí cũ hình lấy từ bên ngồi vơ phần mềm có nét liền đậm ( màu sắc mà hình có sẵn ), hình hình phần mềm xuất gcode tạo ra, đường biên dạng sẽ có nét đơi có màu đen Xóa hình ban đầu giữ lại hình phần mềm xuất Sau chọn vào hình ảnh để chỉnh về đơn vị mm, ở mục X khoảng cách hình so với góc tọa độ theo phương X, mục Y khoảng cách hình so với góc tọa độ theo phương Y, mục W chiều rộng hình, mục H chiều cao hình 43 Tiếp theo chọn mục Extensions -> laserengraver -> laser -> xuất hộp thoại Laser Laser engraving speed chỉnh tốc độ hoạt động, File tên file Gcode cần lưu -> Apply -> OK Trong hộp thoại Laser, ở thư mục Preferences -> Directory địa chị lưu file Gcode, Units chỉnh đơn vị chạy mm Sau phải chọn về mục “Laser” nhấn “Apply” Nếu còn ở mục “Preferences” mà chọn “Apply” phần mêm sẽ khơng xuất file Gcode 44 4.4.1 Hiệu chỉnh phần mêm Notepad Vì phần mềm Inkscape phần mềm xuất file hình ảnh sang file gcode cho khắc lazer Do để sử dụng file Gocde cho Robot vẽ cần qua thêm bước trung gian dùng phần mềm Notepad để hiệu chỉnh Gcode lại cho phù hợp với Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC Sau có file Gcode xuất từ phần mềm Inkscape, tiến hành mở file phần mềm NotePad Trên công cụ chọn Edit -> Replace (hoặc tổ hợp phím Ctrl + H), xuất hộp thoại Replace, ở mục “Find what” điền M03, ở mục “Replace with” điền G0 Z-3 -> Replace All để thay M03 thành G0 Z0 45 Tương tự thay M05 thành G0 Z-2 điều chỉnh tốc độ cách thay F50 thành F1200 Sau chọn “Save” 4.5 Phương pháp bố trí khảo nghiệm Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC Từ phần mềm AutoCad, vẽ đường ngang, dọc chéo với độ dài 100mm, sau lập trình vẽ giấy tiến hành đo kích thước thước kẹp Kết đo thể bảng Bảng 4.1 Bảng khảo sát độ xác máy vẽ tranh Lần Đường ngang (mm) 99,98 Đường dọc (mm) 100,04 Đường chéo (mm) 99,88 99,86 100,08 99,80 100,02 100,02 99,90 99,92 99,98 99,86 100,04 100 99,96 99,90 99,94 99,92 99,98 99,98 99,88 100 100 99,90 99,94 99,92 99,94 10 99,96 100,02 99,86 46 Trung bình 99,9 100 90,89 Phương sai 0,00311 0,00217 0,00206 Độ lệch chuẩn 0,05292 0,04423 0,04313 Kết luận: Kết cho thấy sai lệch kích thước kẻ vẽ giấy kích thước thực tế dao động từ 99,95 – 100,05 thực vẽ hình với kích thước 100mm 4.6 Mợt sớ hình ảnh q trình thực đê tài Hình 4.8 Mơ hình Robot vẽ tranh khảo nghiệm để cân chỉnh trục 47 Chương KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Đã tính tốn, thiết kế, chế tạo mơ hình Robot vẽ tranh ứng dụng nguyên lý máy CNC Thiết kế lắp ráp mạch điều khiển mơ hình Robot vẽ tranh sử dụng vi điều khiển Uno R3, liên kết modem cơng suất qua Shield V3 Tính tốn chọn lựa driver công suất để điều khiển cấu chấp hành ở trục sử dụng module A4988 Ứng dụng phần mềm để phân tích file ảnh thành file Gcode nạp vào điều khiển máy vẽ Thiết lập chương trình, hiệu chỉnh thơng số hoạt động theo tỉ số truyền động ở phương Khảo nghiệm sơ bộ, đánh giá khả hoạt động mơ hình, kết cho thấy sai lệch kích thước kẻ vẽ giấy kích thước thực tế giao động từ 99,95 – 100,05 thực vẽ hình với kích thước 100mm 5.2 Đê nghị Do thời gian thực đề tài có hạn nên chưa thể tìm hiểu khảo nghiệm nhiều cách vẽ để đạt mức độ cao độ xác điều khiển Cần nghiên cứu phát triển để kết hợp nhiều loại bút vẽ lúc, tạo tranh với chất lượng cao Khuyến khích sinh viên tiếp tục nghiên cứu phát triển mơ hình để hiểu rõ về nguyên lý hoạt động máy CNC thực tế 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Đình Bảo, 2004, Điện Tử Căn Bản, NXB Khoa Học Kỹ Thuật [2] Nguyễn Ngọc Cẩn, Kỹ thuật điều khiển tự động, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh [3] Lê Khánh Điền, Vũ Tiến Đạt, 2007, Vẽ Kỹ Thuật Cơ Khi, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, 127 Trang [4] Nguyễn Hữu Lộc, Trường Đại Học Bách Khoa, Cơ Sở Thiết Kế Máy, 662 Trang [5] Dương Minh Trí, Linh kiện điện tử, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 2004 [6] Michael Margolis (2011), Arduino Cookbook [7] Trần Thế San – TS Nguyễn Ngọc Phương, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Sổ Tay Lập Trình CNC, Nhà xuất Đà Nẵng 49 CODE ROBOT VẼ TRANH Lựa chọn thư viện chỉnh sửa thông số cho phù hợp với kết cấu khí của máy: #ifndef config_h #define config_h #include "grbl.h" #define DEFAULTS_GENERIC #define BAUD_RATE 115200 #define CPU_MAP_ATMEGA328P #define CMD_STATUS_REPORT '?' #define CMD_FEED_HOLD '!' #define CMD_CYCLE_START '~' #define CMD_RESET 0x18 #define CMD_SAFETY_DOOR '@' #define HOMING_INIT_LOCK #define HOMING_CYCLE_0 (1