Đề tài nghiên cứu, thiết kế robot vệ sinh hồ bơi

Kỹ thuật, báo cáo, đề tài, luận văn, khóa luận

SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Chương Giới thiệu Một vấn đề lớn hồ bơi làm Tất hồ bơi công cộng phải làm hàng ngày Chất lượng nước phải trì giới hạn bảo đảm vệ sinh Ngoài tảo rêu bám vào tường sàn hồ bơi, phải loại bỏ, phương pháp để giải vấn đề phải triển khai Trong hầu hết hồ bơi việc làm thực tay, tốn nhiều nhân công mức độ hồ bơi chưa bảo đảm Hình 1.1: CLEARNING POOL ROBOT [1] DOLPHIN MOBY CLEANERS loại máy nhỏ gọn với chổi quét hoạt động mạnh mẽ chùi rửa hút nước rác bẩn vào lọc bên thân máy Tự lập trình cho máy tùy chọn quét, nhỏ nhẹ dễ dàng sử dụng vảo trí [1] DOLPHIN WAVE ROBOTIC POOL CLEANER loại máy công suât lớn cho phép điều khiển tự động, tay, lập trình theo kích thước hồ bơi dùng cho nhiều hồ bơi Có điều khiển từ xa.[2] Aquabot robot sử dụng công nghệ vi xử lý phối hợp với sensor cảm biến độ nước Nó sử dụng động điều khiển chổi quét phía trước phía sau, động thời dùng bơm hút nước với rác vào thùng rác Nó làm hồ bơi đến 80% [3] Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 1/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Hầu hết robot vệ sinh hồ bơi hoạt động theo cách di chuyển ngẫu nhiên tức khơng theo trình tự định, xảy tình trạng có chỗ khơng làm có chỗ lau nhiều lần, gây nên tình trạng tốn thời gian, lượng hồ bơi khơng mong muốn HÌNH 1.2: DOLPHIN WAVE ROBOTIC POOL CLEANER [2] Với loại máy vệ sinh hồ bơi tự động dùng áp suất cách tạo áp suất nước bơm Bơm bơm phục vụ cho lưu thơng hay bơm chun dụng (động phụ) Máy lau hồ tự động dùng áp suất chạy áp suất nước từ bơm để đưa máy chạy vòng quanh hồ lực để đưa rác bẩn vào túi (dùng để chứa rác bẩn) Lợi ích tốt máy lau hồ tự động dùng áp suất khơng hút chất bẩn vào lọc hồ hay túi bơm (cho phép ta có nhiều thời gian lần thực lau hồ) Nếu hồ bao phủ rặng cây, hay có nhiều rác bẩn bên hồ máy lau hồ tự động dùng áp suất lựa chọn tốt bạn.[4] Nếu trước đây, người ta thường giữ cho hồ bơi lâu bẩn cách dùng chất Clo - có nhiều tác hại đến người, để tiêu diệt vi khuẩn nước có hẳn robot thông minh giúp người không cần phải dùng đến clo Đó iRobot Verro - chuyên gia vệ sinh hồ bơi Bạn việc thả iRobot Verro xuống hồ, tự động nhẹ nhàng “lặn” xuống đáy hồ tiến hành dọn dẹp vệ sinh cách dùng vòi hydro để tẩy vết bẩn tiêu diệt vi khuẩn hồ Verro cịn dọn dẹp vách tường thành xung quanh thành hồ bậc thang lên xuống.Robot Verro gồm có hai loại khác nhau: Verro 300 tương thích tốt với mặt bê tơng Verro 600 thích hợp với mặt đá lát hay nhựa [5] Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 2/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT HÌNH 1.3: DYNAMICPRO [4] Aquabot sử dụng công nghệ vi xử lý kết hợp với số thiết bị cảm biến độ với độ lớn hồ lên tới 40 feed chiều dài Aquabot cung cấp cho bạn tiện lợi hồ bơi hoàn chỉnh làm tầng đến mực nước sâu nhất, xung quanh thành đáy hồ bơi với nút nhấn Aquabot cắt giảm tổng chi phí bảo trì hồ bơi (chlorine, điện, nước, vv) bảo vệ môi trường Để làm hồ bơi, ta có nhiều phương pháp để thực hiện, nhiên phương pháp nào, mà hiệu kinh tế cao nhất, tiết kiệm việc cần phải tính tốn Nhằm đạt đến mục tiêu trên, nhóm nghiên cứu tiến hành tìm hiểu, thu thập số liệu, tính tốn đến thống định thiết kế ROBOT vệ sinh hồ bơi Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 3/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT HÌNH 1.4: IROBOT [5] Trong đề tài nhóm nghiên cứu tính tốn, thiết kế, đưa phương án thiết kế từ hình thức làm đến phương án di chuyển, sau so sánh phương án khác nhau, nhóm định chọn phương án làm chổi quay kết hợp với bơm hút rác vào lòng, đồng thời chọn phương án di chuyển điều khiển tay giai đoạn đề tài, di chuyển theo chương trình giai đoạn Hình 1.5: Pool Rover ROBOT [6] Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 4/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Chương Tính tốn thiết kế phần khí Để đảm bảo việc hút hết rác bẩn hồ bơi thời gian việc làm vệ sinh hồ bơi thấp nhất, cấu không cồng kềnh nặng nề chi phí chế tạo thấp, đồng thời công suất tiêu thụ điện phù hợp để thỏa mãn yêu cầu kinh tế kỹ thuật hợp lý Với loại động có sẵn thị trường nay, loại động làm việc mơi trường ngập nước có chủ yếu loại động nhỏ phục vụ bơm hồ nuôi cá cảnh loại loại công suất lớn dùng cho bơm nước loại bơm chìm Tính tốn chi tiết sau: I Thiết kế phần khí • Cơ sở lý thuyết: kích thước ROBOT 600 x 350 x 250 mm, với mực nước sâu hồ bơi 2,4m, ta biết khối lượng nước tác dụng lên than ROBOT • Khối lượng than ROBOT khoảng 25kg • Lực cản nước q trình ROBOT di chuyển 1.1 Thiết kế phần khung sườn Với điều kiện làm việc mơi trường nước phần khí ROBOT phải đảm bảo khơng bị gỉ sét, bảo đảm độ bền, độ cứng ổn định lâu dài Đồng thời phải thỏa mãn tính kinh tế sản phẩm phần khí ROBOT chế tạo thép không rỉ thép kết cấu sơn tĩnh điện bảo vệ Từ yêu cầu điều kiện làm việc ROBOT thiết bị có sẵn thị trường, phần khí ROBOT thiết kế sau: Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 5/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT HÌNH 2.1: Khung sườn 1.2 Thiết kế cụm truyền động dẫn hướng Bánh xe chế tạo nhơm có kích thước R=50mm, chiều rộng bánh xe d = 20mm, phay rãnh 4mm Hình 2.2: Bánh xe dẫn động Hình 2.3: Hộp giảm tốc bánh chủ động Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 6/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Hình2.4: Cụm bánh bị động tăng căng đai Thiết kế phần dẫn động chuyển hướng ROBOT Phần dẫn động ROBOT gồm: Động DC12v-15A , hộp giảm tốc, bánh xe, đai truyền , gá Hình 2.5: Tấm đế gá mô tơ Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 7/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Hình2.6: Cụm mơ tơ gắn với đỡ Hình 2.7: Cụm truyền động dẫn hướng hoàn thành 1.3 Thiết kế phận buồng hút, túi đựng rác Hồ bơi nói chung khơng có rác loại lớn mà chủ yếu cát, rác nhỏ mịn có số cây, u cầu túi đựng rác phải chứa nhỏ có kích thước cỡ 0,5 μm Túi đựng rác buồng hút không cần rộng Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 8/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Hình 2.8: Thùng rác Túi đựng rác dùng túi vải có mức độ lọc rác cỡ 0,5 μm Có đai cố định vào thùng 1.4 Thiết kế phận chổi quét Chổi quét làm sợi nhựa gắn vào trục Chổi dẫn động quay động DC 12v-5A Chổi quét lắp hai đầu ROBOT có chiều quay ngược Hinh 2.9: Phần chổi quét Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 9/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Hình 2.10: Mơ hình hồn thành Hình 2.11: Bản vẽ phân rã mơ hình Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 10/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Hình 3.4: Động điện chiều kích từ hỗn hợp 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Từ phương trình ta thấy có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động điện chiều để cập đến phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều cách điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động điện Về nguyên tắc, phương pháp điều chỉnh tốc độ động cách điều chỉnh điện áp nguồn cung cấp sử dụng cho động chiều động không đồng Tuy nhiên thực tế sử dụng chủ yếu cho động điện chiều kích từ độc lập Điều rút từ phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Trong đó: Rưvà Rpư : điện trở phần ứng điện trở phụ mắc nối tiếp phần ứng k : số M : mô men điện từ Φ : từ thông U : điện áp Từ phương trình ta thấy Rư, Rpư, M, k, Φ khơng đổi, ta thay đổi U tốc độ góc ω động thay đổi 1.3.1 Điều chỉnh tốc độ động sử dụng chỉnh lưu bán dẫn Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 16/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Để thực phương pháp điều chỉnh này, cần phải có nguồn cung cấp mà điện áp thay đổi để cung cấp cho phần ứng động Các nguồn điện áp thường tạo chỉnh lưu bán dẫn có điều khiển (Thysistor) khơng có điều khiển (điơt) Điểu chỉnh điện áp phần ứng điều chỉnh điện áp chỉnh lưu điơt Hình 3.5: Điểu chỉnh điện áp phần ứng điều chỉnh điện áp chỉnh lưu điôt Điều chỉnh điện áp phần ứng chỉnh lưu có điều khiển Hình 3.6: Điều chỉnh điện áp phần ứng chỉnh lưu có điều khiển Sơ đồ hình 3.5 muốn thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động ta phải sử dụng điều chỉnh điện áp Sơ đồ 3.6 điện áp đặt lên phần ứng động phụ thuộc góc mở Thysistor chỉnh lưu có điều khiển 1.3.2 Điều chỉnh tốc độ động sử dụng thiết bị điều chỉnh xung áp Phương pháp điều chỉnh đóng ngắt động vào nguồn cung cấp cách có chu kỳ Khi đóng động vào nguồn cung cấp, lượng đưa từ nguồn vào động Năng lượng phần chủ yếu truyền qua trục động cơ, phần cịn lại tích dạng động lượng điện từ Khi ngắt động khỏi nguồn hệ truyền động tiếp tục làm việc nhờ lượng tích luỹ Sơ đồ điều chỉnh xung áp động chiều kích từ độc lập Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 17/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý sơ đồ tương đương điều chỉnh xung áp Hình 3.8: Biểu đồ thời gian điện áp dòng điện Trong hệ thống nhờ khố chuyển đổi K (có thể chuyển mạch khí hay chuyển mạch điện từ) Mà phần ứng động đóng, ngắt cách có chu kỳ vào nguồn điện chiều có điện áp khơng đổi Trong khoảng thời gian t1 khố K đóng, động cấp nguồn, bỏ qua sụt áp khố K Ut = U Trong khoảng thời gian t2 khoá K ngắt Do ảnh hưởng điện cảm phía chiều (điện cảm phần ứng động điện cảm phần lọc có) dịng điện iu Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 18/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT tiếp tục chảy qua điôt D Điện áp Ut giai đoạn sụt áp thuận điôt ngược dấu Ut = UD Từ đồ thị hình 1.8 ta thấy trị số trung bình dòng điện phần ứng itb định tốc độ động Do đó, để thay đổi tốc độ động cần thay đổi trị số dòng điện trung bình phần ứng itb Để thay đổi dịng điện trung bình itb thay đổi t1 thay đổi t2 thay đổi t1 t2 Nếu giữ ngun chu kì đóng ngắt khố (Tck = const) thay đổi t1 ta có phương pháp điều chỉnh xung theo độ rộng Nếu giữ nguyên thời gian đóng khố (t1= const) thay đổi t2 ta có phương pháp điều chỉnh tần số xung Phương pháp biến đổi độ rộng xung sử dụng phổ biến cho phạm vi điều chỉnh rộng Phương pháp điều chỉnh tần số xung có sơ đồ đơn giản phạm vi điều chỉnh hẹp tăng t2 lớn Tck → ∞ nghĩa thực chất ý nghĩa điều chỉnh xung khơng cịn 1.3.3 Phương pháp điều chỉnh điện áp chiều có đổi chiều quay Khi điều chỉnh tốc độ động điện chiều, người ta thực đổi chiều quay theo nhiều cách khác Nếu chiều dịng điện kích từ cố định để đổi chiều quay động phải đổi cực tính điện áp nguồn đặt vào phần ứng Cũng giữ ngun điện áp cực tính phần ứng đổi chiều dịng kích từ Sơ đồ ngun lý thực đảo chiều động điện chiều kích từ độc lập theo phương pháp thay đổi cực tính điện áp đặt vào phần ứng động Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý thực đảo chiều động điện chiều kích từ độc lập theo phương pháp thay đổi cực tính điện áp đặt vào phần ứng động Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 19/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT Trong phương pháp điều khiển cặp van K1 K3, K2 K4 thay đóng ngắt Thực đảo chiều cách : thời gian t1 cho K1 K3 đóng(K2 K4 ngắt) đầu A phần ứng nối với dương nguồn, đầu B nối với âm nguồn Trong khoảng thời gian t2 cho K2 K4 đóng (K1 K3 ngắt) đầu B phần ứng nối với dương nguồn đầu A phần ứng nối với âm nguồn Khi điện áp trung bình phần ứng động là: 1.4 Một số phương pháp điều khiển tốc độ dùng Transistor Thyristor 1.4.1 Phương án điều khiển dùng Transistor Khi điều khiển tốc độ động công suất nhỏ điện áp phần ứng nhỏ người ta thường dùng sơ đồ điều khiển Transistor việc điều khiển Transistor dễ dàng tiện lợi, mạch điều khiển đơn giản, độ tin cậy cao, đặc biệt sử dụng phương pháp điều khiển xung 1.4.1.1 Phương án điều khiển tốc độ động chiều không đảo chiều quay dùng Transistor Hình 3.10: điều khiển tốc độ động chiều không đảo chiều quay dùng Transistor Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 20/30 ... nhóm nghiên cứu tiến hành tìm hiểu, thu thập số liệu, tính tốn đến thống định thiết kế ROBOT vệ sinh hồ bơi Th.S Phạm Xuân Vũ – Trần Văn Thành 3/30 SWIMMING POOL CLEAN ROBOT HÌNH 1.4: IROBOT... chuyên gia vệ sinh hồ bơi Bạn việc thả iRobot Verro xuống hồ, tự động nhẹ nhàng “lặn” xuống đáy hồ tiến hành dọn dẹp vệ sinh cách dùng vòi hydro để tẩy vết bẩn tiêu diệt vi khuẩn hồ Verro cịn dọn... Trong đề tài nhóm nghiên cứu tính tốn, thiết kế, đưa phương án thiết kế từ hình thức làm đến phương án di chuyển, sau so sánh phương án khác nhau, nhóm định chọn phương án làm chổi quay kết hợp