thiết kế chế tạo máy cắt rau củ tự động

TÓM TẮT LUẬN VĂN TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày cách tính tốn thiết kế chế tạo máy cắt rau củ tự động Nhằm tiết kiệm thời gian sức lao động Với mục tiêu máy nhỏ gọn phù hợp không gian nhà bếp, nhà hàng, quán ăn hay thành phần dây chuyền sản xuất Mơ hình điều khiển hoạt động dựa board điều khiển trung tâm Arduino Mega 2560, với module điều khiển động cơ, module bluetooth HC05 Đề tài luận văn chia làm chương: • Chương 1: TỔNG QUAN • Chương 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH • Chương 3: THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN • Chương 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương 1: Đặt vấn đề phương án thiết kế mơ hình Chương 2: Tính tốn đưa thơng số để thiết kế mơ hình Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển trung tâm cho máy cắt rau củ tự động Chương 4: Kết luận đưa kết đạt với mặt hạn chế đề tài, từ đưa hướng phát triển cho đề tài sau Trang BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt PWM IDE DC AC RPM LED PCB í Ý nghĩa Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) Integrated Development Environment (Môi trường thiết kế hợp nhất) Direct Current (Dòng điện chiều) Alternating Curent (Dòng điện xoay chiều) Revolutions Per Minute (Đơn vị: vòng/phút) Light Emitting Diode (Đi-ốt phát quang) Printed Circuit Board (Bo mạch in) Trang MỤC LỤC MỤC LỤC Trang PHỤ LỤC HÌNH PHỤ LỤC HÌNH Trang PHỤ LỤC BẢNG PHỤ LỤC BẢNG Trang MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Với phát triển vượt bậc ngành công nghệ nay, đặc biệt cách mạng cơng nghệ 4.0 vất vả người giảm nhiều Đất nước giai đoạn cơng nghiệp hóa đại hóa, nên khoa học kỹ thuật công nghệ xã hội trọng quan tâm cao Máy móc, thiết bị thay người công việc vất vả, nguy hiểm Từ thiết bị tự động, thông minh đến thiết bị dân dụng, gia dụng Các thiết bị trở nên tự động với nhu cầu người Do đó, yêu cầu đặt làm để thiết kế máy móc đảm bảo hoạt động ổn định, cho suất cao hết an toàn cho người sử dụng Điều dẫn đến đời loại máy móc sản xuất linh hoạt, tự động hóa mức cao Các loại máy tự động đời giúp cho công việc trở nên đơn giản nhẹ nhàng Đó động lực để thúc đẩy người không ngừng vận động, sáng tạo tạo sản phẩm thay hoạt động chân tay người Và cụ thể máy cắt rau củ tự động, thị trường loại máy cho suất cao hoạt động ổn định giá thành cao Nhận thức tầm quan trọng vận dụng kiến thức học em chọn thực đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT RAU CỦ TỰ ĐỘNG” Với yêu cầu thực tế đề tài áp dụng triển khai cho hộ gia đình, nhà hàng, quán ăn hay thành phần dây chuyền thu hoạch vừa nhỏ Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài: Trong thời đại công nghiệp hóa, đại hóa đất nước, ngành điện tử ngày có nhiều đóng góp to lớn vào cách mạng khoa học kỹ thuật đại, đặt biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số hệ thống nhúng làm cho kỹ thuật điện tử vi mạch điều khiển ngày trở nên phong phú đa dạng Điều góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại vào lĩnh vực hoạt động sản xuất, kinh tế, đời sống xã hội Chúng ta thấy rõ tầm quan trọng điện tử thông qua hoạt động như: vận hành thiết bị điện, điều khiển cánh tay robot nhà máy, điều khiển máy công nghiệp sở sản xuất,… Cơ điện tử đáp ứng cho nhiều ngành nghề xu hướng Việc chế biến lương thực, thực phẩm hay nấu ăn nhà hàng, quán ăn hay hộ gia đình việc cắt, thái loại rau củ nhiều thời gian cơng sức lao động Và lý loại máy cắt rau củ tự động đời Dựa vào kiến thức học để áp dụng vào thực tế trình học tập, nghiên cứu trường Đại học Kỹ thuật – Cơng nghệ Cần Thơ góp ý hướng dẫn cô Trần Thị Thanh Thảo Em chọn đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT RAU CỦ TỰ ĐỘNG” 1.2 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu luận văn máy cắt rau củ tự động thị trường nhà máy sản xuất, xí nghiệp, nhà hàng hay quán ăn Nghiên cứu nguyên lý cắt gọt rau củ áp dụng vào loại rau củ dễ cắt gọt 1.3 Mục đích nghiên cứu: Tìm hiểu ngun lý, cấu chức mơ hình máy cắt rau củ tự động Tính tốn thiết kế máy cắt rau củ đáp ứng yêu cầu đặt Thiết kế máy q trình sản xuất dựa vào tính tốn chi tiết máy kết hợp lại với Cụ thể máy cắt rau củ, tính tốn thơng số động băng tải lưỡi cắt Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Vận dụng kiến thức học vào trình sản xuất tự động nhằm tạo suất, chất lượng giảm thiểu tối đa sức người sản xuất công nghiệp Củng cố lại kiến thức lý thuyết học tập nghiên cứu trường Đây luận văn tốt nghiệp để em hồn thành chương trình học tập, nghiên cứu trường Khẳng định lực để sau trường trở thành kỹ sư có đóng góp nhiều cho công nghiệp nước nhà xã hội 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu: Với kiến thức kinh nghiệm học em vận dụng vào nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT RAU CỦ TỰ ĐỘNG” với vấn đề sau: - Tìm hiểu cấu trúc loại rau củ - Nghiên cứu nguyên lý cắt gọt rau củ - Tính toán, thiết kế khung máy, băng tải dao cắt - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động linh kiện (Arduino Mega, mạch cầu H L298, mạch cầu H IBT-2 43A, Rotary Encoder, HC-05,…), chế tạo khung khí máy băng tải Các cấu, động sử dụng cho máy cắt - Áp dụng kiến thức học vào cách điều khiển động mạch cầu H, lập trình cho Arduino giao tiếp đồng với App Inventor để điều khiển tự động 1.5 Phương pháp nghiên cứu: 1.5.1 Cơ sở phương pháp luận: Dựa vào nhu cầu sử dụng sống thay cho công việc làm thủ công Giảm thiểu thời gian sức lao động Dựa vào khả cơng nghệ có khả chế tạo máy cắt rau củ tự động Dựa vào nhu cầu sử dụng rau củ giúp ích cho sức khỏe người Tìm hiểu thơng tin đề tài chọn, tham khảo kiến thức liên quan, phân tích đánh giá ưu điểm, khuyết điểm để thiết kế máy cắt rau củ tự động tối ưu cho hiệu suất cao Mục tiêu đặt máy dễ điều khiển, dễ vận hành an toàn cho người sử dụng Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể: Nghiên cứu tài liệu: Tham khảo tài liệu từ đề tài trước đây, viết từ internet, sách, giáo trình cơng trình nghiên cứu,… để gia cơng, lắp ráp, điều khiển tối ưu cho máy Phương pháp phân tích: Sau tham khảo, nghiên cứu tài liệu em tiến hành phân tích điểm bật để tính toán thiết kế cho máy cho ý tưởng phát triển đề tài số liệu cần thiết Phương pháp thực nghiệm: Thử nghiệm trình cắt thực tế, xem phần cần chỉnh sửa tối ưu Lấy làm sở cho việc tính toán, thiết kế chế tạo chi tiết máy Phương pháp mơ hình hóa: Đây phương pháp vơ quan trọng cho em ôn lại kiến thức quý báo mà quý thầy cô truyền đạt để áp dụng vào đề tài thực tiễn Đầu tiên, thiết kế vẽ 3D chạy mô phỏng, sau mô xong xuất vẽ 2D để gia cơng Cuối lắp ghép chế tạo máy 1.6 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn: Đề tài thực đầy đủ bước theo trình tự quy trình thiết kế chế tạo máy Giảm chi phí sản xuất, giảm sức lao động, tăng suất, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Các loại máy cắt rau củ thị trường hầu hết điều khiển thủ công, chưa đáp ứng xu hướng điều khiển tự động, tối ưu hóa cơng việc tự động hóa Vì vậy, đề tài “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT RAU CỦ TỰ ĐỘNG” đưa ứng dụng điều khiển qua điện thoại, nâng cao suất đảm bảo chất lượng sản phẩm giảm công sức lao động, giảm giá thành để cạnh tranh với sản phẩm có thị trường So sánh với nghiên cứu trước máy có ưu điểm bật: - Nhỏ, gọn phù hợp với không gian nhà bếp - Năng suất cao - Giảm bớt nhân cơng lao động - Đảm bảo an tồn vệ sinh thực phẩm Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN - Vận hành đơn giản - Điều khiển tự động thông qua ứng dụng điện thoại kết nối bluetooth 1.7 Tổng quan đề tài nghiên cứu: 1.7.1 Sơ lược mô hình máy cắt rau củ tự động: Cuộc sống ngày phát triển đường xuất nhiều quán ăn, nhà hàng phục vụ nhu cầu mức sống người, quán ăn hay nhà hàng cần sơ chế, cắt, thái số lượng lớn rau củ ngày Nếu cắt, thái thủ công nhiều thời gian cơng sức Và nguyên nhân máy móc tự động đời giảm bớt công việc chân tay nặng nhọc, nguy hiểm Cắt thái trình phân chia nguyên liệu thành phần tử có hình dạng kích thước phù hợp với mục đích chủ yếu chuẩn bị cho trình chế biến nấu chín, chiên, sấy Rau, củ loại thực phẩm khơng thể thiếu sống thường ngày, phân bố rộng rãi toàn giới Rau củ cung cấp nguồn dinh dưỡng cao, nhiều dược liệu quan trọng, giúp làm đẹp, tốt cho sức khỏe… Rau củ loại trồng cho thu hoạch hàng tháng, tùy thuộc vào loại mà có thời gian thu hoạch khác nhau, từ lá, thân, củ cho sản phẩm tiêu thụ phục vụ nhu cầu dinh dưỡng người Có thể nói phần lớn thực phẩm quan trọng có giá trị cao xuất phát từ rau củ Tuy nhiên, việc sơ chế chủ yếu thủ công, phụ thuộc vào tay nghề người Việc sơ chế với số lượng lớn địi hỏi phải có tay nghề cao, tốn nhiều nhân cơng, an tồn,… Xuất phát từ nhu cầu đó, đề tài: “Thiết kế chế tạo máy cắt rau củ tự động” nhằm khắc phục số hạn chế nêu Hiện nay, lĩnh vực máy công tác phục vụ cho nhà hàng, quán ăn có máy cắt, thái rau củ Nhưng đa phần máy cắt, thái rau củ sản xuất nước ngồi có giá cao Còn nước ta máy cắt rau củ có hoạt động với suất nhỏ, khả tự động hóa khâu tiếp liệu khơng cao khả điều chỉnh độ dày, mỏng lát cắt không linh hoạt Ở nội dung đề tài này, việc thiết kế chế tạo mẫu máy cắt rau củ tự động mới, với tham khảo nguyên lý cắt Trang 10 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tiến hành cho máy cắt thử với dưa leo củ cải trắng: Cho dưa leo củ cải trắng vào băng tải bắt đầu cắt Do tính chất cứng giòn dưa leo củ cải trắng nên chỉnh tốc độ băng tải ru lô thấp cho thành phẩm đẹp Tỉ lệ cắt đẹp dưa leo 80% Hình 4.74 Kết cắt với dưa leo Hình 4.75 Kết cắt với củ cải trắng Trang 81 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hình 4.76 Củ cải trắng ru lơ vào Hình 4.77 Kết cắt với cà ăn trái Trang 82 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tiến hành cắt thử nghiệm với hành rau xà lách: Sử dụng ứng dụng điều khiển tự động qua bluetooth Đầu tiên, kết nối với địa bluetooth lưu trước đó, chọn tốc độ cắt 75% tốc độ băng tải, ru lơ 25% Hình 4.78 Điều chỉnh tốc độ ứng dụng Hình 4.79 Hành băng tải đưa vào Trang 83 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hình 4.80 Hành sau cắt Kết cho thấy hành mềm ru lô sử dụng lực đè để nguyên liệu Nên hành sau cắt xong không đẹp 4.1.2 Kết nghiên cứu đạt được: Đã chế tạo thành công máy cắt rau củ tự động Cắt rau củ đẹp Áp dụng hiểu với hộ gia đình, quy mơ sản xuất vừa nhỏ Đáp ứng suất đặt 150 kg/giờ Điều khiển tốc độ cắt băng tải theo ý muốn Cắt với số loại rau củ như: dưa leo, cà rốt, củ cải trắng, cà, mướp, hành loại rau,… Thiết kế ứng dụng điều khiển qua Smartphone Thiết kế mơ hình khí phần mềm Autodesk Inventor Sử dụng Arduino vào điều khiển cho máy theo chế độ: Tự động thủ công 4.2 Hạn chế: Mặc dù cố gắng thực tốt đề tài luận văn, em gặp số hạn chế sau: Thứ chưa thể đa dạng kiểu cắt cắt sợi cắt hạt lưu Thứ hai hạn chế loại rau củ mềm kích thước nhỏ Trang 84 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.3 Hướng phát triển đề tài: Đề tài đạt số kết định, song để đáp ứng cho nhu cầu thực tế chưa tối ưu Có thể phát triển đề tài theo hướng như: + Chế tạo thêm số loại dao nhằm đa dạng kiểu cắt + Sử dụng cảm biến để phát sản phẩm băng tải, nhằm điều khiển tốc độ băng tải tốc độ cắt hợp lý Và khơng có sản phẩm chạy băng tải sau khoảng thời gian máy tự động tắt + Nâng cấp mơ hình khí cắt dao tịnh tiến cắt dao quay tròn + Thay động DC động AC đê mô hình ứng dụng vào thực tế Với việc “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY CẮT RAU CỦ TỰ ĐỘNG” với tính linh hoạt có ý nghĩa lớn với thực tiễn Việc ứng dụng máy cắt vào thực tiễn có nhiều lợi ích như: + Tăng suất lao động chất lượng sản phẩm sau cắt + Giúp giảm giá thành sản phẩm để cạnh tranh thị trường + Áp dụng điều khiển tự động để điều khiển giám sát nhằm giảm bớt thời gian công sức Trang 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo Tiếng Việt: [1] Trần Thiên Phúc, Thiết kế chi tiết máy công dụng chung [2] PGS.TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí [3] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy (Năm 1999), Nhà xuất Giáo Dục [4] Phạm Đức, Máy vận chuyển liên tục (Năm 2010), Nhà xuất Giao Thông Vận Tải [5] Sổ Tay Công Nghệ Chế Tạo Máy tập I, II – Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn… [6] Thiết Kế Đồ Án Công Nghệ Chế Tạo Máy – GS.TS Trần Văn Địch [7] Phạm Quang Huy Lê Cảnh Trung Lập trình điều khiển với Arduino Nhà xuất khoa học kĩ thuật (Năm 2014) [8] Võ Thị Phương Loan, Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh phân loại sản phẩm theo màu sắc (Năm 2019), Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ [9] Nguyễn Cơng Hậu – Hồng Văn Hùng, Thiết kế máy thái rau, củ, (Năm 2015), Đà Nẵng Trang Wed tham khảo: [10] http://robojax.com [11] http://www.dientuvietnam.nam [12] http://arduino.vn [13] http://tailieu.vn Trang 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO [14] http://123doc.net [15] http://www.vatgia.com [16] http://www.namphuthai.com Trang 87 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Chương trình điều khiển Arduino Mega #include //============================================= #define CLK 22 #define DT 24 #define SW 26 #define ENA #define INT1 11 #define INT2 12 #define RPWM #define R_EN #define R_IS #define LPWM // define pin for LPWM pin (output) #define L_EN // define pin for L_EN pin (input) #define L_IS #define CW // chạy nghịch #define CCW //chạy thuận #define debug //============================================== RobojaxBTS7960 motor(R_EN, RPWM, R_IS, L_EN, LPWM, L_IS, debug); Trang 88 PHỤ LỤC int mode = 0; int sp, sp1; int counter1 = 0; int counter = 0; int currentStateCLK; int lastStateCLK; String currentDir = ""; unsigned long lastButtonPress = 0; String state = ""; String readString; byte mark; String state1; int val,val1; //================================================= void setup() { pinMode(CLK, INPUT); pinMode(DT, INPUT); pinMode(SW, INPUT_PULLUP); pinMode(9, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); pinMode(12, OUTPUT); Trang 89 PHỤ LỤC pinMode(3, INPUT); pinMode(4, INPUT); pinMode(5, INPUT); pinMode(6, OUTPUT); pinMode(7, OUTPUT); pinMode(28, OUTPUT); //================================================= Serial.begin(9600); Serial3.begin(9600); motor.begin(); // Read the initial state of CLK lastStateCLK = digitalRead(CLK); } void loop() { if(Serial3.available()>0){ TXRX(); } encoder(); chaybangtai(); chaymaycat(); led_stt(); Trang 90 PHỤ LỤC } void encoder() { // Read the current state of CLK currentStateCLK = digitalRead(CLK); // If last and current state of CLK are different, then pulse occurred // React to only state change to avoid double count if (currentStateCLK != lastStateCLK && currentStateCLK == 1) { // If the DT state is different than the CLK state then // the encoder is rotating CCW so decrement if (digitalRead(DT) != currentStateCLK) { if (mode == 0) { sp -= 10; if (sp = 100)sp1 = 100; } currentDir = "CW"; } Serial.println(sp); Serial.println(sp1); } // Remember last CLK state lastStateCLK = currentStateCLK; // Read the button state int btnState = digitalRead(SW); //If we detect LOW signal, button is pressed if (btnState == LOW) { Trang 92 PHỤ LỤC //if 50ms have passed since last LOW pulse, it means that the //button has been pressed, released and pressed again if (millis() - lastButtonPress > 50) { mode++; if (mode > 1)mode = 0; //Serial.println("Button pressed!"); } // Remember last button press event lastButtonPress = millis(); } // Put in a slight delay to help debounce the reading delay(1); } void chaybangtai() { analogWrite(9, map(sp1,0,100,0,255)); digitalWrite(12, HIGH); digitalWrite(11, LOW); } void chaymaycat() { motor.rotate(sp, CCW); } Trang 93 PHỤ LỤC void led_stt() { if (mode == 0) { digitalWrite(28, HIGH); // digitalWrite(30,LOW); } if (mode == 1) { digitalWrite(28, LOW); // digitalWrite(30,HIGH); } } void TXRX(){ while (Serial3.available() > 0) { delay (3); char a = Serial3.read(); if (a == "#") { break; } readString += a; } for (int i = 0; i < readString.length(); i++) { Trang 94 PHỤ LỤC if (readString.charAt(i) == ',') { mark = i; //Tìm vị trí dấu "," } } state=readString; state1=readString; state.remove(mark); state1.remove(0, mark + 1); Serial.println(state); Serial.println(state1); sp = state.toInt(); if(sp>=100)sp=100; if(sp=100)sp1=100; if(sp1