(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và chế tạo robot lau chùi pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ C C R L THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LAU CHÙI T U PIN NĂNG D LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỀ TÀI: Người hướng dẫn: TS.VÕ NHƯ THÀNH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN HƯNG PHÙNG ANH TUẤN Số thẻ sinh viên: 101150211 101150240 Lớp: 15CDT2 Đà Nẵng, 12/2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: C C R L T THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG BĂNG TẢI TÁCH ĐỀU SẢN PHẨM U D Người hướng dẫn: TS.VÕ NHƯ THÀNH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN HƯNG PHÙNG ANH TUẤN Số thẻ sinh viên: 101150211 101150240 Lớp: 15CDT2 Đà Nẵng, 12/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo Robot lau chùi pin lượng mặt trời Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hưng Phùng Anh Tuấn Số thẻ sinh viên: 101150211 101150240 Lớp: C C 15CDT2 R L T Thuyết minh trình bày trình nghiên cứu, thiết kế Robot lau chùi pin lượng mặt trời … U D ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP STT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành Phùng Anh Tuấn 101150240 15CDT2 Cơ điện tử Nguyễn Văn Hưng 101150211 15CDT2 Cơ điện tử Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LAU CHÙI PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 0/0/2019 Ngày hoàn thành đồ án: U D Trưởng Bộ môn C C R L T Họ tên người hướng dẫn: TS Võ Như Thành Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019 Người hướng dẫn Cơ điện tử TS Võ Như Thành Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời LỜI NÓI ĐẦU Trải qua cách mạng công nghiệp giai đoạn thịnh vượng cách mạng công nghiệp thứ 4, giới chuyển mãnh liệt cho thấy khả ngoạn mục người việc khám phá, nghiên cứu phát minh thành tựu to lớn tất lĩnh vực, Cơ khí nói chung Cơ điện tử nói riêng khơng nằm ngồi chơi Tuy nhiên, khoa học ngày phát triển, thiết bị hệ thống cũ trở nên lạc hậu không đáp ứng q trình phát triển nhanh chóng ngành liên quan Để giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức môn học giúp cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế chương trình đào tạo, đồ án tốt nghiệp yêu cầu thiếu sinh viên kết chương trình đại học Đồ án tốt nghiệp có vị trí quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư cán kĩ thuật thiết kế,chế tạo loại máy thiết bị khí phục vụ ngành kinh tế nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, điện lực …vv Sau thời gian tìm hiểu với giúp đỡ, bảo tận tình thầy giáo TS Võ C C R L T U D Như Thành đến chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Trong q trình thiết kế tất nhiên có sai sót thiếu thực tế kinh nghiệm thiết kế, mong bảo thông cảm quý thầy cô để thực tế sau hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 10 tháng 12 năm 2019 Phùng Anh Tuấn i Nguyễn Văn Hưng CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án hay cơng trình có trước Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn, thơng tin trích dẫn đồ án ghi nguồn gốc rõ ràng phép cơng bố Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hưng Phùng Anh Tuấn C C R L T U D ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH VẼ .v MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài .2 1.2 Lý chọn đề tài 1.2.1 Tầm quan trọng việc làm pin lượng mặt trời .3 1.2.2 Một số phương pháp lau chùi pin lượng mặt trời .4 1.2.3 Sử dụng Robot tự động cho việc lau chùi pin lượng mặt trời C C R L T 1.3 Cấu trúc đồ án .8 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 2.1 Lựa chọn phương án thiết kế bánh xe di chuyển 10 2.2 Lựa chọn phương án thiết kế truyền động 12 2.3 Lựa chọn phương án thiết kế cấu chấp hành 16 2.4 Tính tốn truyền chọn động 17 2.4.1 Động di chuyển .17 U D 2.4.2 Động chổi quét 20 2.4.3 Tính tốn Acquy 20 2.4.4 Tính chọn máy bơm 22 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN 3.1 Arduino Mega 2560 R3 23 3.1.1 Tổng quát 23 3.1.2 Các thông số Arduino Mega .23 3.1.3 Các chân nguồn nhớ 24 3.1.4 Các cổng vào 24 3.2 Driver VNH3SP30-E 25 3.2.1 Chức tổng quát 25 3.2.2 Thông số kĩ thuật .26 3.2.3 Sơ đồ chân Driver 26 3.3 Mạch giảm áp LM2596 27 iii 3.3.1 Chức tổng quát 27 3.3.2 Thông số kĩ thuất .27 3.3.3 Cách sử dụng .28 3.4 Cảm biến tiệm cận 28 3.4.1 Tổng quát 28 3.4.2 Thông số kĩ thuật .29 3.4.3 Sơ đồ chân 30 3.5 Module Bluetooth HC06 30 3.5.1 Tổng quát 30 3.5.2 Thông số kĩ thuật .31 3.5.3 Sơ đồ nối chân 32 3.6 Module thu phát RF LORA AS32 TTL100 .32 3.6.1 Tổng quát 32 3.6.2 Thông số kĩ thuật .33 3.6.3 Các chế độ làm việc 33 C C R L T 3.7 Sơ đồ mạch tổng quát 35 3.8 Sơ đồ nguyên lý 36 3.8.1 Chế độ tự động 36 3.8.2 Chế độ Bluetooth .37 3.8.3 Truyền liệu thông qua Module Lora 40 U D 3.9 Lưu đồ tổng quát điều khiển .40 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Những kết đạt 43 4.2 Những hạn chế tồn 43 4.3 Hướng phát triển đề tài .43 MỤC LỤC 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 iv DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Tình trạng nhiễm khơng khí Hình 1.2: Sự khó khăn việc vệ sinh pin lượng mặt trời Hình 1.3: Phương pháp thủ công Hình 1.4: Sử dụng nước có áp suất cao để vệ sinh pin Hình 1.5: Sử dụng khí nén để vệ sinh pin Hình 1.6: Sử dụng vịi phun nước áp lực để vệ sinh pin Hình 1.7: Robot lau chùi pin lượng mặt trời vương quốc anh Hình 1.8: GEKKO solar robot .8 Hình 2.1: Sơ đồ động học phương án dùng động truyền mô men cho bánh xe thông qua truyền bánh 10 Hình 2.2: Sơ đồ động học phương án dùng động truyền mô men cho bánh xe khơng thơng qua truyền ngồi 11 Hình 2.3: Bộ truyền đai 12 Hình 2.4: Bộ truyền xích .13 Hình 2.5: Bộ truyền bánh rang 14 C C R L T U D Hình 2.6: Bộ truyền trục vít 15 Hình 2.7: Bộ truyền đai lựa chọn .16 Hình 2.8: Vật liệu làm chổi quét 17 Hình 2.9: Cụm bánh xe 19 Hình 2.10: Động di chuyển 20 Hình 2.11: Động chổi quét .20 Hình 2.12: Acquy 21 Hình 2.13: Bơm nước áp lực mini .22 Hình 3.1: Arduino Mega 2560 23 Hình 3.2: Các thành phần Arduino Mega .24 Hình 3.3: Driver VNH3SP30-E 25 Hình 3.4: Sơ đồ chân Driver VNH3SP30-E 27 Hình 3.5: Module giảm áp LM2596 28 Hình 3.6: Hướng dẫn nối dây cho module LM2596 28 Hình 3.7: Cảm biến tiệm cận E18-D80NK 29 Hình 3.8: Sơ đồ nối dây cảm biến .30 Hình 3.9: Module Bluetooth HC06 .31 Hình 3.10: Sơ đồ chân module Bluetooth HC06 32 Hình 3.11: Module thu phát rf Lora AS32 TTL100 33 v Hình 3.12: Sơ đồ mạch tổng quát 35 Hình 3.13: Hệ thống mạch điện Robot 35 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý 36 Hình 3.15: Hệ thống đèn báo nút nhấn Robot 36 Hình 3.16: Cảm biến tiệm cận Robot 37 Hình 3.17: Giao diện app điều khiển điện thoại 38 Hình 3.18: Một đoạn code điều khiển Robot MIT App Inventor 39 Hình 3.19: Giao diện giám sát máy tính 40 Hình 3.20: Lưu đồ thuật toán tổng quát 41 Hình 3.21: Lưu đồ thuật toán điều khiển động .42 Hình 4.1: Hình ảnh Robot thực tế .44 Hình 4.2: Chổi quét Robot 44 C C R L T U D vi Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời if (dataIn == "m1") { hienthiled(); dung(); mode = 1; break; } } if (status == 1) { hienthiled(); trai(giatridichuyenIn); C C dongcoquettrai(giatriquetIn); R L T } if (status == 2) { hienthiled(); dung(); U D } if (status == 3) { phai(giatridichuyenIn); dongcoquetphai(giatridichuyenIn); hienthiled(); } } while (true); } void chedotudong() { { while (digitalRead(run)); SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 49 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời while (!digitalRead(run)); if ((digitalRead(cb1) == 0) && (digitalRead(cb2) == 1)) { { hienthiled(); goidulieu("Dang di chuyen sang phai"); //delay(200); //goidulieu(); trai(giatridichuyen); dongcoquettrai(giatriquet); if (digitalRead(cb1) == 1) C C { R L T delay(100); if (digitalRead(cb1) == 1) { U D dung(); break; } } if (digitalRead(stop) == 0) { delay(100); if (digitalRead(stop) == 0) { while (true) { hienthiled(); dung(); goidulieu("Dung"); if (digitalRead(run) == 0) { delay(200); if (digitalRead(run) == 0) break; SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 50 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời } } } } if (Serial.available() > 0) { dataIn = Serial.readString(); if (dataIn == "m2") { dung(); mode = 2; break; C C } R L T } } while (true); // if (mode == 2) break; dung(); { U D hienthiled(); goidulieu("Dang di chuyen sang trai"); phai(giatridichuyen); dongcoquetphai(giatriquet); if (digitalRead(cb2) == 1) { delay(100); if (digitalRead(cb2) == 1) { dung(); break; } } if (digitalRead(stop) == 0) { SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 51 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời delay(100); if (digitalRead(stop) == 0) { while (true) { hienthiled(); goidulieu("Dung"); dung(); if (digitalRead(run) == 0) { delay(100); C C if (digitalRead(run) == 0) break; R L T } } } } U D if (Serial.available() > 0) { dataIn = Serial.readString(); if (dataIn == "m2") { dung(); mode = 2; break; } } } while (true); if (mode == 2) break; } if ((digitalRead(cb1) == 1) && (digitalRead(cb2) == 0)) { { SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 52 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời hienthiled(); goidulieu("Dang di chuyen sang trai"); phai(giatridichuyen); dongcoquetphai(giatriquet); if (digitalRead(cb2) == 1) { delay(100); if (digitalRead(cb2) == 1) { dung(); break; } C C } if (digitalRead(stop) == 0) { R L T delay(100); if (digitalRead(stop) == 0) { U D while (true) { hienthiled(); goidulieu("Dung"); dung(); if (digitalRead(run) == 0) { delay(100); if (digitalRead(run) == 0) break; } } } } if (Serial.available() > 0) { SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 53 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời dataIn = Serial.readString(); if (dataIn == "m2") { dung(); mode = 2; break; } } } while (true); // if (mode == 2) break; dung(); C C { R L T hienthiled(); goidulieu("Dang di chuyen sang phai"); trai(giatridichuyen); dongcoquettrai(giatriquet); U D if (digitalRead(cb1) == 1) { delay(100); if (digitalRead(cb1) == 1) { dung(); break; } } if (digitalRead(stop) == 0) { delay(100); if (digitalRead(stop) == 0) { while (true) { hienthiled(); SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 54 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời goidulieu("Dung"); dung(); if (digitalRead(run) == 0) { delay(100); if (digitalRead(run) == 0) break; } } } } if (Serial.available() > 0) { dataIn = Serial.readString(); if (dataIn == "m2") { C C R L T dung(); mode = 2; U D break; } } } while (true); if (mode == 2) break; } if ((digitalRead(cb1) == 0) && (digitalRead(cb2) == 0)) { { hienthiled(); goidulieu("Dang di chuyen sang trai");; phai(giatridichuyen); dongcoquetphai(giatriquet); if (digitalRead(cb2) == 1) { SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 55 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời delay(100); if (digitalRead(cb2) == 1) { dung(); break; } } if (digitalRead(stop) == 0) { delay(100); if (digitalRead(stop) == 0) { while (true) { dung(); C C R L T hienthiled(); goidulieu("Dung"); U D if (digitalRead(run) == 0) { delay(100); if (digitalRead(run) == 0) break; } } } } if (Serial.available() > 0) { dataIn = Serial.readString(); if (dataIn == "m2") { dung(); mode = 2; break; } SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 56 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời } } while (true); if (mode == 2) break; dung(); //delay(100); { hienthiled(); goidulieu("Dang di chuyen sang phai"); trai(giatridichuyen); dongcoquettrai(giatriquet); if (digitalRead(cb1) == 1) C C { R L T delay(100); if (digitalRead(cb1) == 1) { U D dung(); break; } } if (digitalRead(stop) == 0) { delay(100); if (digitalRead(stop) == 0) { while (true) { dung(); hienthiled(); goidulieu("Dung"); if (digitalRead(run) == 0) { delay(100); if (digitalRead(run) == 0) break; SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 57 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời } } } } if (Serial.available() > 0) { dataIn = Serial.readString(); if (dataIn == "m2") { dung(); mode = 2; break; C C } R L T } } while (true); if (mode == 2) break; } } while (true); U D } void trai(int speed) { digitalWrite(InA, HIGH); digitalWrite(InB, LOW); analogWrite(PWM1, speed); } void phai(int speed) { digitalWrite(InA, LOW); digitalWrite(InB, HIGH); analogWrite(PWM1, speed); } void dung() { SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 58 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời digitalWrite(InA, LOW); digitalWrite(InB, LOW); digitalWrite(InC, LOW); digitalWrite(InD, LOW); } void dongcoquettrai(int speed) { digitalWrite(InC, LOW); digitalWrite(InD, HIGH); analogWrite(PWM2, speed); } void dongcoquetphai(int speed) C C { R L T digitalWrite(InC, HIGH); digitalWrite(InD, LOW); analogWrite(PWM2, speed); } U D void hienthiled() { VIn = docda(); if (VIn >= 12.8) { digitalWrite(led1, HIGH); digitalWrite(led2, HIGH); digitalWrite(led3, HIGH); digitalWrite(led4, HIGH); digitalWrite(led5, HIGH); digitalWrite(led6, HIGH); } else if (VIn >= 12.4) { digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, HIGH); digitalWrite(led3, HIGH); SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 59 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời digitalWrite(led4, HIGH); digitalWrite(led5, HIGH); digitalWrite(led6, HIGH); } else if (VIn> 12) { digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, HIGH); digitalWrite(led4, HIGH); digitalWrite(led5, HIGH); digitalWrite(led6, HIGH); { C C R L T } else if (VIn> 11.6) U D digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(led4, HIGH); digitalWrite(led5, HIGH); digitalWrite(led5, HIGH); } else if (VIn > 11.2) { digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(led4, LOW); digitalWrite(led5, HIGH); digitalWrite(led6, HIGH); } else { SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 60 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(led4, LOW); digitalWrite(led5, LOW); digitalWrite(led6, HIGH); } } float docda() { float v; value = 0; for (int i = 0; i < 20; i++) { C C R L T value += analogRead(dienap); delay(100); U D } VOut = (value*5.0) /( 1024.0*20.0); VOut = VOut * 3.13;// R2=1K, R1=4.7K return VOut; } void goidulieu(String str1) { if (mysoftware.available() > 0) { String input = ""; str = ""; input = mysoftware.readString(); input = input.substring(0, 1); if (input == "1") { str += VIn; str += ","; SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 61 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời str += str1; str += ","; mysoftware.println(str); } } } C C R L T U D SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 62 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển , Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập , Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội , 2000 [2] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất khoa học-kỹ thuật, 2006 [3] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội, 1999 [4] http://arduino.vn/bai-viet/542-gioi-thieu-arduino-mega2560 [5] http://cafef.vn/canh-bao-dang-so-ve-o-nhiem-khong-khi-giet-7-trieu-nguoi-moinam-viet-nam-nam-o-khu-vuc-o-nhiem-nhat-the-gioi-20180502104618289.chn [6] https://www.nationalreview.com/2017/06/solar-panel-waste-environmental-threat- C C clean-energy/ [7] [8] http://cleansolar.solutions/solar-panel-cleaning-robots [9] http://www.100.edu.vn/hoc-chi-tiet-may-bai-121-uu-nhuoc-diem-va-pham-vi-su- R L T dung-cua-bo-truyen-dai/ [10] http://www.100.edu.vn/hoc-chi-tiet-may-bai-104gioi-thieu-bo-truyen-xich/ [11] http://www.100.edu.vn/hoc-chi-tiet-may-bai-81gioi-thieu-ve-bo-truyen-banh- U D rang/ [13] http://cokhithanhduy.com/dung-sai-va-cap-chinh-xac-cua-bo-truyen-banh-rangcokhithanhduy-com/ [14] http://mientayvn.com/Bo_suu_tap_ky_thuat_cong_nghe/Ky_thuat_robot/Ky_thuat_ro bot.pdf [15] http://mientayvn.com/Bo_suu_tap_ky_thuat_cong_nghe/Ky_thuat_robot/Ky_thuat_ro bot.pdf [16] https://www.serbot.ch/en/solar-panels-cleaning/gekko-solar-robot Tất tài liệu tham khảo thời điểm: 5/12/2019 SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 63 ... 1.7: Robot lau chùi pin lượng mặt trời Vương quốc Anh SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời C C Hình 1.8: GEKKO solar robot. .. tốn cấu chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin mặt trời SVTH: Phùng Anh Tuấn – Nguyễn Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời  Tính tốn thiết kế phần điều... Văn Hưng GVHD: TS Võ Như Thành 29 Thiết kế chế tạo robot lau chùi pin lượng mặt trời - Mức ánh sáng cảm ứng tiêu chuẩn: ánh sáng mặt trời (10000LX) xuống ánh sáng sợi đốt (3000LX) - Vật liệu: