THIẾT kế CHẾ tạo ROBT DI ĐỘNG đa HƯỚNG 4 BÁNH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật thì
các lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật công nghệ cao ngày càng phát triển và kỹ
thuật điện tử đã và đang khẳng định vai trò to lớn của mình.
Lĩnh vực ứng dụng điện tử số đang ngày càng lớn mạnh và được ưa
chuộng vì tính đa dạng, chính xác và những ưu điểm vượt trội so với kỹ
thuật tương tự. chính vì vậy mà trong những năm gần đây, trong chương
trình giảng dạy tại các trường đại học kỹ thuật các môn học về điện tử số
luôn được chú trọng chuyên sâu.
1


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Hịa mình cùng sự phát triển mạnh mẽ đó, trường Đại Học Cơng Nghiệp
Thực Phẩm Tp. Hồ Chí Minh đã ln nâng cao trang thiết bị học tập, cập
nhật chương trình giảng dạy để sinh viên có thể ln nắm bắt được những
kiến thức tốt nhất đáp ứng cho nhu cầu học tập và xã hội. Những môn học
về điện tử đã được ứng dụng rất nhiều. Bên cạnh đó nhà trường cịn tạo
mọi điều kiện để sinh viên có thể làm quen với các trang thiết bị qua các
mơ hình học tập.
Ngồi ra nhà trường cịn hướng dẫn cho các sinh viên làm các môn học
như là các bài tập lớn nhằm giúp cho sinh viên phát huy khả năng sáng
tạo, tự nghiên cứu và trình bày khoa học. Dưới đây là một trong những
ứng dụng của điện tử số trong cuộc sống hàng ngày đó là THIÊT KÊ
CHẾ TẠO ROBT DI ĐỘNG ĐA HƯỚNG 4 BANH.

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.................................................5
1. Giới thiệu chung..................................................................................5
2. Đặt vấn đề...........................................................................................5
3. Các dạng điều khiển............................................................................7
4. Mục đích nghiên cứu...........................................................................8
5. Nhiệm vụ và giới hạn nghiên cứu........................................................8
6. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................8

2


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

7. Ưu điêm và nhược điểm của robot......................................................9
CHƯƠNG II: MƠ HÌNH ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN...........................10
1. Tính tốn và lực chọ phương pháp điều khiển...............................10
2. Mơ hình hóa Omni Robot.......................................10
3. Mơ hình động học....................................................................11
4. Mơ hình động lực học.......................................................11
5. Mơ hình cơ điện một chiều dưới dạng hàm truyền................12
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ROBOT ĐIỀU KHIỂN.....14
1. Sơ lược phần mềm........14
2..................................................................................................... Tín
h tốn và thiết kế hệ thống cơ khí............................................................17
2.1. Thiết kế phần đế và nắp robot omni.......
2.2. Thiết kế khớp nối U. .
2.3. Lực chọn bánh xe Omni..
2.4. Khớp nối bánh xe với động cơ....
2.5. Tính tốn chọn động cơ........
3. Tính toán và thiết kế hẹ thống điện, điện tử.................................24

3.1. Sơ đồ khối hệ thống điện tổng quan...
3.2. Lựa chọn Vi điều khiển trung tâm......
3.3. Lựa chọn Driver.
3.4. Bộ cảm biến.......
3.5. Hệ thống nguồn.....
4. Tính tốn và thiết kế hệ thống điều khiển.....................................
CHƯƠNG IV:CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MƠ HÌNH..................
1. Chế tạo hệ thống cơ khí..................................................................
2. Hệ thống điện, điện tử...............................................................

3


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

3. Mơ hình thực tế...........................................................................

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hinh1.1 Robot 4 chân tương tự như động vật.................................3
Hình 1.2 Robot chuyển động bằng xích tải.....................................3
Hình 1.3 Robot Omni 4bánh..........................................................4
Hình 2.1 Mơ hình hóa Robot omni 4 bánh.....................................7
Hình 2.2 Mơ hình hóa động cơ DC.................................................9
Hình3.1 Ảnh Thiết Kế Của Đế Và Nắp........................................12
Hình 3.2 Khớp Nối U...................................................................12
Hình 3.3 Bánh Omni 100mm.......................................................13
Hình 3.4 Khớp Nối Trục Động Cơ Và Bánh.................................14
Hình 3.5 Các Lực Tác Dụng Lên Bánh Xe...................................15
Hình 3.6 Động Cơ Planet 450rpm 24v 30w encoder 12ppr..........17
Hình 3.7 Kích Thước Động Cơ và Motor.....................................18

Hình 3.8 Sơ Đồ Khối Hệ Thống...................................................19
Hình 3.9 Vi Điều Khiển ATMEGA64-16AU................................20
Hình 3.10 Sơ Đồ Chân Kết Nối ATMEGA64-16U.......................21
Hình 3.11 Driver Smart PID.........................................................24
Hình 3.12 Vị trí các chân của driver L298N.................................25
Hình 3.13 Pin 3S 2200mah 25C HPB -POWER...........................27
Hình 3.14 Cấu tạo chi tiết tay cầm PS2........................................29
Hình 3.15 Tay Cầm PS2...............................................................30

4


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Hình 4.1 Kết nối hệ thống điện tử thực tế

31

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. Giới thiệu chung:
Robot là một từ chỉ người lao động trong hệ ngôn ngữ Sla-vơ. Cho đến
nay có rất nhiều định nghĩa khác nhau về robot. Những định nghĩa đó có
nội dung tương tự như nhau.
Robot hay người máy là một loại máy có thể thực hiện những công việc
một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện
tử được lập trình.
Robot là một tác nhân cơ khí, nhân tạo, thường là một hệ thống cơ khíđiện tử. Với sự xuất hiện và chuyển động của mình, robot gây cho người ta
cảm giác rằng nó có giác quan tương tự giống như con người. Từ "robot"

5

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
(người máy) thường được hiểu với hai nghĩa: robot cơ khí và phần mềm tự
hoạt động.

Cùng với sự phát triển không ngừng của thế giới, đặc biết là các ngành
trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật và các ngành công nghiệp cũng đang phát
triển nhanh chóng. Sự có mặt của các máy móc hiện đại vào sản xuất là
u cầu khơng thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng suất, chất
lượng, giảm giá thành sản phẩm.
Bên cạnh đó thì Robot cũng đóng góp vào sự phát triển của nhân loại về
sản xuất, sinh hoạt, quốc phòng.. ..Robot được tạo nên với mục đích thay
mặt con người để thực thi những nhiệm vụ địi hỏi sự chính xác và sức
chịu chịu đựng trong những môi trường cực kỳ nguy hiểm (như là làm
việc trong lị phản ứng hạt nhân, dị phá mìn trong quân sự) hay trong việc
thảm hiểm và nhiều mục đích khác nhau.

2. Đặt vấn đề:

•-----------Vấn đề được đặt ra là làm như thế nào để Robot có thể thực hiện những
yêu cầu của con người đề ra, muốn robot hoạt động đúng theo u cầu và
hồn thành được thì nhất định phải gồm những yếu tố sau:
Yếu tố đầu tiên là di chuyển, Robot tự hành đa hướng nên di chuyển thế
nào và cơ cấu di chuyển như thế nào thì tối ưu và hợp lý.
Yếu tố kế tiếp là điều hướng di chuyển.
Yếu tố cuối cùng là môi trường làm việc.
Trong các họ Robot, chúng ta không thể khơng nhắc đến Robot di động đa
hướng hay cịn được gọi Mobile Robot ,với đặc thù riêng mà những loại
Robot khác khơng có. Với khả năng di chuyển linh hoạt và vùng hoạt

động rộng, Robot đa hướng tư hành có khả năng tự quyết định về phương
thức điều hướng ,định hướng chuyển động nhằm đạt được mục tiêu nhiệm
vụ nhất định.chính vì sự thú vị và có nhiều ứng dụng thực tế nên Robot di
động đã và đang thu hút nhiều sự đầu tư nghiên cứu hiện nay.
Phân loại robot di động đa hướng(Mobile Robot):

6


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Mobile Robot hay còn gọi là robot di động đa hướng bao gồm những biến
thể:
Robot có chân, di chuyển giống con người hay động vật.

Hinh1.1 Robot 4 chân tương tự như động vật.
Robot di chuyển bằng xích, đai.

Hình 1.2 Robot chuyển động bằng xích tải.

7


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Robot di chuyển bằng bánh xe.

Hình 1.3 Robot Omni 4 bánh.

3. Các dạng điều khiển :

Robot điều khiển từ xa bằng tay: qua sóng RF, wifi, hồng ngoại hay
Bluetooth.. .Robot điều khiển từ xa giúp con người tránh khỏi nguy hiểm,
không phải di chuyển theo robot.
Thực thi theo lộ trình: dạng robot thường thấy đó là robot dị line, phát
hiện đường đi theo vạch chỉ sẵn; hay lập trình sẵn quỹ đạo và robot di
chuyển theo quỹ đạo đó.
Robot hoạt động độc lập với những chuyển động ngẫu nhiên: Về cơ
bản đó là chuyển động nhảy bật lên tường, hay di chuyển trong khoảng
khơng gian nhất định, có sử dụng cảm biến tránh vật cản như robot hút
bụi, máy cắt cỏ.

4. Mục đích nghiên cứu:
Để góp phần vào sự phát triển khoa học nước nhà, em đã chọn Mobile
Robot di chuyển đa hướng bằng 4 bánh xe omni với hệ thống điều khiển
bằng bluetooth.Vì tính tốn đơn giản hơn omni 3 bánh ,tận dụng được hiệu

8


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
suất động cơ do bố trí vng góc. Từ những suy nghĩ đó em đã sử dụng
kiến thức cịn hạn chế của mình để nghiên cứu chế tạo Robot omni 4 bánh
đa hướng di động.Và robot này được áp dụng vào giám sát những khu vực
và những nơi con người không tới được.

5. Nhiệm vụ và giới hạn nghiên cứu:
Thiết kế khung giá đỡ là nhiệm vụ đầu tiên, sau đó tính tốn thơng số động
cơ ,đường kính bánh tải (bánh xe omni), board mạch điều khiển và lập
trình điều khiển robot.

6. Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp bao gồm tiến hành tìm kiếm thơng tin, chức năng của robot
có thể áp dụng vào việc thế nào, phạm vi hoạt động (môi trường, địa hình )
robot có thể tiếp cận được. Cần phải nâng cấp chức năng, ưu và nhược
điểm gì của robot và tiến hành thiết kế mơ hình 3D, sau khi thiết kế hồn
chỉnh thì ta tiến hành cơng đoạn nghiên cứu.
Phần cơ khí: chọn vật liệu và hình dạng khung sườn nên sử dụng vật liệu
với độ bền thế nào là phù hợp nhất, đáp ứng được độ linh hoạt ,độ bền, tần
suất làm việc hiệu quả.
Phần điện: thiết kế mạch với sự ưu tiên dùng vi điều khiển Atmega hoặc
AVR, sử dụng cảm biến nào .. .thông tin về nguồn cấp thì bao nhiêu
vơn(V).
Phần động cơ: thì xem thơng số kỹ thuật về công suất, tỷ số truyền,
nguồn cấp là bao nhiêu, cơ cấu hộp số.
Phần lập trình: tính toán giải thuật điều khiển cho robot di chuyển các
hướng. ở phần này cần phải biết được sử dụng ngôn ngữ lập trình nào,
dùng phần mềm nào để lập trình và học cách sử dụng phần mềm đó, sau
khi hồn thành các công việc trên, em sẽ bắt đầu tiến hành vào việc phát
triển làm mơ hình thực tế và thử nghiệm để xem xét mức độ hoàn thiện,
sửa chữa nếu cần thiết để áp dụng vào thực tiễn.

7. Ưu điểm và nhược điểm của Robot:

•-------------------------Ưu điểm: Linh hoạt, dễ điều khiển, thiết kế đơn giản, dễ đáp ứng nhu cầu
thực tế.

9


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Nhược điểm: Phạm vi hoạt động tối ưu vẫn còn phụ thuộc vào yếu tố mơi
trường và địa hình.

CHƯƠNG II: MƠ HÌNH ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN
1. Tính tốn, lựa chọn phương pháp điều khiển:
Trong đồ án này, chúng em sẽ sử dụng Atmega 64 và ứng dụng tay cầm
điều khiển Sony PS2 với chuẩn Usart để điều khiển 4 động cơ Planet
Encoder 12rr cho robot di chuyển đa hướng. Sử dụng phương pháp điều
khiển trên và kết hợp với Board mạch điều khiển để điều khiển Robot di
chuyển theo quỹ đạo ngẫu nhiên. Từ đó có thể ứng dụng trong cơng việc
vận chuyển, giám sát trong một khu vực nhất định .

2. Mơ hình hóa Omni Robot :

1
0


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Hình 2.1 Mơ hình hóa Robot omni 4 bánh.
Ta thấy Robot Omni có 4 bánh xe đặt lệch nhau 90 ,khoảng cách từ bánh
đến tâm robot là D, Oxy là trục tọa độ toàn cục .v là vận tốc thẳng của
robot ,vn là vận tốc góc của robot.
i = ^i (với i =1,2,3,4)
0

v

®i

r

là vận tốc góc bánh i.

q= [ x y e]T là vector tọa độ và hướng của robot trong hệ tọa độ tồn cục.

3. Mơ hình động học:
Phương trình động học của robot:
cosO
sin6
0
[v vn a ]T

—
sinO
cos6
0

v
vn
to

được tính theo vận tốc các bánh như sau:

1
1

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
—

k
2

ỉ

=

2
k
2
1
4D

k
2

C
ù

—k k
2 2
—k k
—
2 2
1 1
4D 4D

k

1

4D

Với hằng số
k=

-cos 450

=

v

1
v

2v
v3

4
,
V
|
2

4. Mơ hình động lực học:
Phương trình động lực học của robot dựa trên cơng thức Euler Lagrange:
M (q) q

+ C(q,qóó q + G(q) + d =B(q)ĩ
T

Trong đó:
q= [ x y e]T là vector biến khớp đã được chọn ở phần trên.
T

là vector nhiễu bất định bị chặn (nhỏ và được bỏ qua trong tính tốn )

T

là vector tín hiệu vào (ta chọn ở đây là mô men lực đặt vào mỗi bánh) T=

d

[1
T

2 T3 T 4Ỉ

T

M (q ) =

C(q,q) = 0 và G(q) = 0
cosO
ớ ỡ+ n , 02=cosd
02+3n,cosd
3= - cosd

3n, 04=
-n
1
sinỡ
sinỡ
4
,
4
,
4,
sin6
B(q) = r
1

1=

1

2

1

D

e

ỡ
2

2

2

D

ỡ

3

3

3

D

4

4

4

sin64
D

1
2


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

5. Mơ hình động cơ điện một chiêu dưới dạng hàm truyền:

Hình 2.2 Mơ hình hóa động cơ DC.
Trong đó:
J:

Mơ

men

qn

tính

b:

hệ

số

giảm

chấn

K=Kt=Ke:

hằng

số

của
cơ
điện

rotor
khí
cơ

R:

điện

trở

phần

ứng

L:

điện

cảm

phần

ứng

V:

điện

áp

: Vị trí trục quay

e

Ta có phương trình cân bằng điện áp phần ứng:
V = e+Ri + Ldi

dt

Trong đó e là sức điện động phần ứng:
e = Keẽ=Kẽ

Phương trình tương đương:
Ri + Ld=V - Kẽ
dt

1
3

vào


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Với phần rotor, theo định luật II Newton ta có:
J9+bẽ=T

Mà mơ men trên trục T có quan hệ với dịng điện phần ứng I thơng qua
hằng số Kt: = t =
Do đó:
T Ki

Ki

Jỗ +bẽ = Ki

Biến đổi Laplace cho phương trình ta được:
s (Js+b) ọ (s )=KI (s)(Ls+R) I (s ) = V - Ksp (s)

Khử I(s) ở cả 2 phương trình ta được
,

( +b

s Js

(s)

)p

,. , , K (V -Ksp(s))

=1

~~—

(Ls + R)

Từ đây ta có thể rút ra được hàm truyền của hệ thống với đầu vào là điện
áp V, đầu ra là vận tốc góc của rotor 3:
£=
K
V
(Js + b](Ls +R) + K2

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ROBOT
ĐIỀU KHIỂN
1. Sơ lược phần mềm thiết kế:
Robot di động đa hương 4 bánh được thiết kế trên phần mềm solidworks
2013.
Solidworks là phần mềm thiết kế cơ khí 3D, chạy trên hệ điều hành
Windowns. Solidworks được phát triển bởi Dassault Systèmes Solidworks
Corp, một công ty con của Dassault Systèmes, SA (Vélizy, Pháp).

1
4


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Solidworks hiện đang được
sử dụng bởi hơn 2 triệu kỹ sư và nhà thiết kế ở mức hơn 178.000 cơng ty
trên tồn thế giới.
Solidworks đang là đối thủ cạnh tranh trực tiếp với Autodesk Inventor và
Solid Edge.
Về lich sử: Tổng công ty Solidworks được thành lập vào tháng 12/1993

bởi Viện Công nghệ Massachusetts của Jon Hirschtick. Hirschtick sử dụng
số tiền $1.000.000 của ông kiếm được khi là thành viên của nhóm MIT
Blackjack để thành lập cơng ty.
Ban đầu cơng ty có trụ sở tại Waltham, Massachusetts, Hoa Kỳ, Hirschtick
tuyển dụng một đội ngũ kỹ sư với mục tiêu xây dựng phần mềm CAD 3D
mà dễ sử dụng, giá cả phải chăng, và chạy trên nền Windows. Hoạt động
sau từ Concord,
Massachusetts, Solidworks phát hành sản phẩm đầu tiên của mình
Solidworks 95 vào
năm 1995. Năm 1997, Dassault nổi tiếng với phần mềm CATIA CAD,
mua lại Solidworks với giá $ 310.000.000.
Solidworks đang tiếp thị một số phiên bản của phần mềm Solidworks
CAD ngồi eDrawings-một cơng cụ cộng tác và DraftSight-một sản phẩm
2D CAD.
Solidworks đã được lãnh đạo bởi John McEleney từ năm 2001 đến tháng 7
năm 2007 và Jeff Ray từ năm 2007 đến tháng 1 năm 2011. Giám đốc điều
hành hiện nay là Bertrand Sicot.
Các phiên bản đã phát hành như: SolidWorks 95, SolidWorks 96,
SolidWorks 97, SolidWorks 97 Plus, SolidWorks 98, SolidWorks 98 Plus,
..., SolidWorks 2013,...
Các sản phẩm solidworks cung cấp:
• Ứng dụng thiết kế cơ khí 3D: SolidWorks Standar, SolidWorks
Professional, SolidWorks Premium cung cấp một bộ công cụ phát
triển sản phẩm thiết kế, thẩm tra thiết kế, quản lý dữ liệu, thông tin
liên lạc và các cơng cụ cơ khí. SolidWorks Premium bao gồm tất cả
các khả năng của SolidWorks chuyên nghiệp cũng như định tuyến và
các cơng cụ phân tích, bao gồm SolidWorks Routing, SolidWorks
Simulation, và SolidWorks Motion. SolidWorks Education
Edition cung cấp các chức năng thiết kế tương tự nhưng được cấu hình

1
5


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
và đóng gói cho kỹ thuật và sinh viên thiết kế cơng nghiệp.

• Thiết kế các cơng cụ chứng nhận: SolidWorks Simulation là một

công cụ xác nhận thiết kế cho thấy các kỹ sư cách thiết kế của họ sẽ
cư xử như các đối tượng vật lý. SolidWorks Motion là một công cụ
tạo mẫu ảo cung cấp khả năng mô phỏng chuyển động để đảm bảo
chức năng thiết kế đúng cách. SolidWorks Flow Simulation là một
công cụ kiểm tra mô phỏng chất lỏng dịng chảy bên trong và bên
ngồi và phân tích nhiệt để các nhà thiết kế có thể tiến hành thử nghiệm
trên nguyên mẫu ảo. SolidWorks Simulation Premium là một phân
tích phần tử hữu hạn (FEA) cơng cụ xác nhận thiết kế có thể xử lý một
số mơ phỏng đa môi trường cũng như các vật liệu phi tuyến.
SolidWorks phát triển bền vững là một sản phẩm mà các biện pháp tác
động môi trường của thiết kế trong khi họ được mơ phỏng trong
SolidWorks.
• Sản phẩm cơng cụ quản lý dữ liệu: SolidWorks Workgroup PDM là
một công cụ PDM cho phép người dùng SolidWorks hoạt động trong
nhóm 10 thành viên hoặc ít hơn để làm việc trên các thiết kế đồng thời.
Với SolidWorks PDM nhóm làm việc, các nhà thiết kế có thể tìm
kiếm, chỉnh sửa, và dữ liệu ngăn CAD trong khi duy trì một lịch sử
thiết kế chính xác. SolidWorks Enterprise PDM là một công cụ PDM
cho phép người dùng SolidWorks hoạt động theo nhóm tại các cơ sở
riêng biệt khác nhau để làm việc trên các thiết kế đồng thời. Với
SolidWorks Doanh nghiệp PDM, các nhà thiết kế có thể tìm kiếm,

chỉnh sửa, và dữ liệu ngăn CAD trong khi duy trì một lịch sử thiết kế
chính xác. Doanh nghiệp PDM duy trì một đường mịn kiểm tốn,
tương thích với một loạt các gói CAE (Autodesk, Siemens, PTC,
Catia, vv) để duy trì quan hệ interfile, và sẽ quản lý các phiên bản của
bất kỳ tài liệu lưu trong khu vực lưu trữ chung. PDM doanh nghiệp
cũng sử dụng một sơ đồ quy trình làm việc để tự động thơng báo cho
thành viên trong nhóm khi một dự án di chuyển từ một giai đoạn đến,
cũng như ý kiến theo dõi tiếp theo. PDM doanh nghiệp có khả năng
giao tiếp với các hệ thống MRP / ERP và có thể được sử dụng trực
tuyến để giao tiếp với khách hàng và chuỗi cung ứng.
• Cơng cụ thiết kế đặc biệt: SolidWorks Routing, SolidWorks
Electrical, olidWorks Plastics là một công cụ xác nhận thiết kế khuôn

1
6


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

•

mẫu đã được xây dựng thành một mơi trường mơ hình rắn. Nó cho
phép các nhà thiết kế khn để nhanh chóng và dễ dàng xác minh xem
một phần đúc nhựa có thể được lấp đầy. SolidWorks MoldBase là một
danh mục các hội đồng cơ sở khuôn tiêu chuẩn và các thành phần. Các gói
phần mềm cho phép các nhà thiết kế để tạo ra một cơ sở khn lắp ráp
hồn chỉnh. Print3D là một tính năng in 3D cho phép người dùng chuyển
đổi mơ hình CAD 3D của họ vào một tập tin STL. Và sau đó có nó được
gửi đến các nhà sản xuất đặc biệt cho báo giá. Các tập tin STL. Có thể
được sử dụng để tạo ra một liên kết ngay lập tức trích dẫn bằng cách sử

dụng cơng nghệ Quickquote.

Solidworks với tính mở và tính tương thích của mình, Solidworks

•

cho
phép nhiều phần mềm ứng dụng khác chạy trực tiếp trên mơi trường của
nó, Solidworks cũng kết xuất ra các tập tin dữ liệu định dạng chuẩn để
người sử dụng cóthể khai thác trong mơi trường các phần mềm
khác.Những nhà sản xuất, họ không những sử dụng máy CNC mà cịn sử
dụngnó với các phần mềm CAD/CAM như Pro-Engineer, Cimatron,
MasterCam... lànhững phần mềm khá nổi tiếng đang được sử dụng ở nước
ta. Những phần mềm nhưCimatron, MasterCam có tính năng CAM rất tốt
nhưng lại có tính năng thiết kế 3Dkhơng mạn như Pro-Engineer.
•
Nhưng theo phản ánh của các kỹ sư thì giao diện của Pro-Engineer
làmchậm quá trình thiết kế và thậm chí làm rối các nhà thiết kế vì sự xuất
hiện q nhiềucửa sổ. Chính vì vậy các nhà sản xuất trên thế giới đang dần
chuyển qua phần mềmSolidworks ( Edited by congtd ).

2. Tính tốn thiết kế hệ thống cơ khí.

•
•
•
•
•
••

Thơng số
Bán kính robot
Chiều cao thân
Tốc độ trung
Tốc độ tối đa
Khối lượng

•
•
•
•
•
•

Ký hiệu
R
h
Vtb
Vmax
m

1
7

•
•
•
•
•
•

Giá trị
350 mm
100 mm
0.4 m/s
0.7 m/s
3 kg


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

•
•

Thơng Số Yêu Cầu Robot.

Yêu cầu: Di chuyển linh hoạt và chính xác theo quỹ đạo được thiết kế

sẵn,
hoặc chế độ điều khiển bằng tay.

2.1. Thiết kế phần đế và nắp robot omi:
•

Với nhiệm vụ vừa là phần đế, nắp giống nhau đồng thời là bộ khung

thân
của robot, các linh kiện đều được bắt vít vào đế. Phần đế phải đảm bảo độ
bền chịu tải trọng của toàn bộ thân robot 4 bánh. Do vậy chúng em đã
chọn vật liệu thép tấm khơng gỉ (Inox), có sẻ các rảnh để dễ dàng tùy

chỉnh bắt vít các linh kiện và đồng thời giảm trọng lượng của đế mà vẫn
đảm bảo độ bền. Phần bích để bắt động cơ vào khung được thiết kế dạng
chữ U gắn liền với đế bằng bulong- đai ốc để tạo sự liền mạch và chắc
chắn.
- Vật liệu: thép không gỉ (độ dày 1.5mm)
- Khối lượng: 0.3 kg (đo trên phần mềm Solidworks)
- Phương pháp gia công: gia công máy cắt plasma CNC
•
Phần nắp có nhiệm vụ bảo vệ các bộ phận bên trong robot, được thiết
kế
giống như phần đế với các rãnh có thể linh động lắp ghép với các module
(Giá chứa phôi, tay máy robot...).

1
8


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

•

•
•

Hình3.1 Ảnh Thiết Kế Của Đế Và Nắp.

2.2. Thiết kế khớp nối U:
Khớp nối U nhiệm vụ chính là gá động cơ và là khớp nối phần đế và

•

nắp
lại với nhau đảm bảo độ vững chắc cho kết cấu khung.

•

Hình 3.2 Khớp Nối U.

- Vật liệu: thép không gỉ (inox).
- Khối lượng: 70g.
- Phương pháp gia công: máy cắt Plasma CNC và chấn tạo biên dạng
chữ U.

2.3. Thiết kế gá động cơ:
•

Gá động cơ nhiệm vụ chính là gá động cơ và là khớp nối phần đế lại

với
nhau đảm bảo độ vững chắc cho động cơ khi mơ hình hoạt động.
1
9


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

•

•

•

Hình 3.3: Gá động cơ

2.4. Lưa chon bánh xe omni:
• •----•

Bánh xe omni là một loại bánh xe đặc biệt, gồm một bánh xe lớn và

các
bánh xe nhỏ có trục theo phương tiếp tuyến với bánh lớn và vng góc với
trục bánh. Nhờ đó bánh xe có thể di chuyển theo phương song song với
trục bánh xe. Ưu điểm của bánh xe Omni là sự kết hợp chuyển động của
mỗi bánh xe sẽ tạo nên chuyển động đa hướng mà không cần có cơ cấu
quay của robot. Từ ưu điểm đó, đã có rất nhiều loại hình dạng bánh xe
Omni ra đời, mỗi loại phù hợp với những điều kiện hoạt động khác nhau.

2
0


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

•
•

•

Hình 3.3 Bánh Omni 58mm.

Bánh đa hướng Omni Wheel 58mm được sử dụng cho các thiết kế
Robot
chuyên nghiệp, cần độ linh hoạt, chuyển hướng nhanh, bánh có cấu tạo
bằng nhựa ABS và cao su cao cấp với chất lượng và độ bền cao.
•

Thơng số kỹ thuật:

•

-

Đường kính bánh xe: 58mm.
Đường kính trục: 13mm.
Chất liệu: Nhựa ABS + Cao su.
Wheel Roller Material: TPR.
Trọng tải: 3Kg
Trọng lượng: 60g.

2.5. Khớp nối bánh xe với động cơ:
- Nhiệm vụ kết nối bánh xe với trục động cơ.
- Vật liệu: Hợp kim nhơm.
- Đường kính lỗ trục: 6mm.
- Bu lông: M4x15mm.
- Khớp nối được thiết kế đi kèm với bánh Omni 58mm.

2
1

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

•

•

Hình 3.4 Khớp Nối Trục Động Cơ Và Bánh.

2.6. Tính tốn chọn động cơ:
Để xe chuyển động, động cơ có vai trị cung cấp moment cho các

•

bánh.
Q trình chuyển động này chịu ảnh hưởng đáng kể của khối lượng xe và
ma sát giữa bánh xe và mặt đường.
•
Mục tiêu: tốc độ mong muốn 0.7 m/s.
•
Tốc độ lớn nhất của 1 động cơ chính bằng Vtt=0.7=«r (m/s), r=0.05m
suy
ra tốc độ góc bánh xe (tốc độ góc động cơ) là «=14 rad/s ó>ó tốc độ quay
động cơ 133,69 vòng/phút. Vậy tốc độ tối thiểu của động cơ phải là 133.69
vịng /phút.

•
•

•

Hình 2.5 Các Lực Tác Dụng Lên Bánh Xe.

Mơ-men qn tính tâm bánh xe:
•

I=1 m.R2
2

2
2


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Cân bằng mơ-men quanh tâm bánh xe, ta được:

•

•
•

^T=

F

ms-

r

T

- Fms-r = FY

+F

Y

Điều kiện bánh xe lăn khơng trượt khi động cơ quay:

•

• Fms< ^N
ã

ô T< gNr + I

=

ã T

ã

(1M
ã +m ã~

rs/j



ã

gr+1 mr2 Y

11M+m

ô(2
T
gr+2mr2Y

ã Thay vo phng trỡnh mụ-men trờn ta

c:
Trong ú:

ã

ã Cụng suốt động cơ:
P=V.T

- M=3 kg: khối lượng robot omni
- m= 0.35 kg: khối lượng bánh xe omni
- p=0.7: hệ số ma sát
- r=0.05m: bán kính bánh xe
- Y: gia tốc góc bánh xe
- ms: lực ma sát

•

-

F

g= 9.81

m/s : gia tốc trọng trường
2

- «: tốc độ góc bánh xe
Từ đó momen lăn khơng trượt:

•
•

T =1.0,35.0,052. Ậ72 +1.3 + 0.35 j .0,7.9,81.0,05 = 0,639 N. m
, ,
•
2, ,
0,05 \2 ,

Với hệ số an tồn là 1,2. Ta tính được:

•
•

P = 1,2.0,639. -07- = 10.7352 w
• 0.05

2
3

,


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

Dựa vào thông số tốc độ, mô-men và công suất chúng em chọn loại

•

động
cơ Planet 450rpm 24V 30w encoder 12ppr.
•
Thơng số kỹ thuật:
Khối lượng: 450gam.
Điện áp: 24V DC.
Tỉ số truyền 26.9:1.
Tốc độ động cơ: 12000 vòng/phút
Tốc độ qua giảm tốc: 450 vòng/phút
Encoder: 12 xung, 2 kênh A B, nguồn 5v dc.
Công suất: 30W.
Động cơ planet cao cấp, bền bỉ với thời gian.
Hộp số mạnh mẽ với bộ nhơng ăn khớp trong chính xác, giảm tiếng
ồn.
• Chiều dài hộp số L: 32mm.
•
•
•
•
•

•
•
•
•

•

•

•

Hình 3.6 Động Cơ Planet 450rpm 24v 30w encoder 12ppr.

2
4


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

•

•
•

•

Hình 3.7: Kích Thước Động Cơ và Motor Data.

3. Tính tốn, thiết kế hệ thống điện, điện tử:
•

3.1. Sơ đồ khối hệ thống điện tổng quan:

•

•

•

Hình 3.8: Sơ Đồ Khối Hệ Thống.

2
5