Đồ án nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bàn cát động lực nghệ thuật
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.42 MB, 93 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ THUẬT
GVHD: TS. TRỊNH ĐỨC CƯỜNG
SVTH: NGUYỄN ANH MINH
SKL011295
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2023
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ THUẬT
GVHD :
SVTH :
Lớp :
Khóa :
TS. TRỊNH ĐỨC CƯỜNG
PHẠM MINH LỘC
191442B
2019-2023
19144277
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MƠN: CHẾ TẠO MÁY
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ THUẬT
GVHD :
SVTH :
Lớp :
Khoá :
TS. TRỊNH ĐỨC CƯỜNG
PHẠM MINH LỘC
191442B
2019 - 2023
19144277
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS. Trịnh Đức Cường
Phạm Minh Lộc
MSSV: 19144277 ĐThoại: 0329521783
Sinh viên thực hiện:
1. Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ THUẬT
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Hệ thống chuyển động Core XY
Sử dụng step motor.
3. Nội dung chính của đồ án:
Thiết kế cơ khí bàn cát động lực nghệ thuật.
Tính toán sức bền của hệ chuyển động.
Phát triển ứng dụng điều khiển.
4. Các sản phẩm dự kiến
Mô hình bàn cát động lực nghệ thuật.
Ứng dụng điều khiển bàn.
Báo cáo đồ án.
5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án:
7. Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt
Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt
TRƯỞNG KHOA
TRƯỞNG NGÀNH
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
(Ký, ghi rõ họ tên)
(Ký, ghi rõ họ tên)
i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn Chế tạo máy
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Phạm Minh Lộc
MSSV: 19144277
Hội đồng:…………
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ
THUẬT
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ khí.
Họ và tên GV hướng dẫn: TS. Trịnh Đức Cường
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
ii
...................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
1.
2.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
năm 20…
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)
iii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn Chế tạo máy
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Phạm Minh Lộc
MSSV: 19144277
Hội đồng:…………
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ
THUẬT.
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Cơ khí.
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ..................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
iv
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
1.
2.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
năm 20
Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)
v
LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: : Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bàn cát động lực nghệ thuật
GVHD: TS. Trịnh Đức Cường
Họ tên sinh viên: Phạm Minh Lộc
MSSV: 19144277
Lớp: 191442B
Địa chỉ sinh viên: Trường ĐH SPKT TP. Hồ Chí Minh.
Số điện thoại liên lạc: 0329521783
Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp ( ĐATN):
Lời cam kết: “ Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính
tơi nghiên cứu và thực hiện. Tơi khơng sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố
mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng
năm
Ký tên
vi
LỜI CẢM ƠN
Đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ
THUẬT” là nội dung mà em đã nghiên cứu và chọn làm đồ án tốt nghiệp sau quá trình bốn
năm theo học tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM. Trong quá trình nghiên cứu
và hoàn thiện đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự quan tâm, giúp đỡ từ quý thầy cô,
bạn bè và đặc biệt là sự giúp đỡ từ gia đình khi đã ủng hộ em từ vật chất đến tinh thần trong
suốt khoảng thời gian dài bốn năm học đại học. Thật sự có những lúc chúng em mệt mỏi, bế
tắc gần như gục ngã nhưng nhờ sự trợ giúp từ những lời động viên tinh thần đến từ bạn bè,
gia đình và những lời khuyên và định hướng từ những người thầy, cô đã giúp em giữ vững
tinh thần để bước tiếp trên con đường đi tìm và trau dồi tri thức của bản thân. Và để đồ án tốt
nghiệp thành công nhất, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với:
Giảng viên hướng dẫn TS. Trịnh Đức Cường, là người thầy tâm huyết, thầy luôn hỗ trợ
đưa ra ý tưởng về đề tài đã góp giúp em định hướng được đề tài và những vấn đề mà em cần
thực hiện. Thầy đã có những trao đổi và góp ý để em có thể hồn thành tốt đề tài nghiên cứu
này. Thầy còn gợi ý giúp đỡ em về một số vật liệu cần thiết để thực hiện đề tài nghiên cứu
của em.
Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM đã tạo môi trường
học tập và rèn luyện rất tốt, cung cấp cho em những kiến thức và kỹ năng bổ ích giúp em có
thể áp dụng và thuận lợi thực hiện khoá luận.
Em cũng xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu và đội ngũ giáo viên Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật TP. HCM đã tạo cơ hội cho em được học tập và hoạt động tại trường để có
những kiến thức, kinh nghiệm trong thực tế để có thơng tin hữu ích cho đồ án.
Em mong sau khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp tất cả các bạn sinh viên sẽ có thể bước ra
xã hội với đầy đủ kiến thức đã nhận được ở giảng đường đại học, làm công việc đúng ngành
nghề và khơng ngừng phát triển hồn thiện bản thân, đóng góp sức lực cho xã hội.
Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp vừa qua không thể tránh khỏi những sai sót,
em mong thầy cơ cũng có thể bỏ qua cho em.
Em xin chân thành cảm ơn!
vii
TĨM TẮT
Hiện nay nhu cầu trang trí nội thất ngày càng tăng. Những món đồ nội thất khơng cịn chỉ
đơn giản là những cái bàn, cái ghế đơn giản nữa mà ngày càng có sự cải tiến. Đặc biệt đối với
những người có sự đam mê nghệ thuật ln muốn trang trí cho ngơi nhà của mình bằng những
món đồ nội thất độc đáo, có tính hiện đại và tất nhiên khơng thể thiếu đi tính năng ban đầu
của nó là một món nội thất. Nhận thấy hiện trên thị trường đang thiếu đi những sản phẩm
mang tính đột phá mới mẻ, những mẫu bàn nội thất mang những hình dáng, kết cấu đã quá
quen thuộc, ít mang tính chất kết hợp nhiều lĩnh vực với nhau.
Thế kỷ 21 là thời kỳ của cơ khí – tự động hóa. Áp dụng cơ khí hóa trong mọi lĩnh vực để
giảm bớt nhân công đang là xu thế chung của thời đại. Tuy nhiên cịn khá ít các sản phẩm
mang tính chất trang trí nội thất được kết hợp với các yếu tố cơ khí – tự động. Sự kết hợp ít
ai nghĩ đến hoặc sẽ xem đây là những lĩnh vực ít liên quan đến nhau – một bên mang nhiều
nét nghệ thuật, những đường nét mềm mại, còn một bên lại mang nặng tính máy móc, những
chi tiết cứng cáp, đặc biệt đối với những sản phẩm như bàn, ghế.
Với những lý do trên, em đã quyết định chọn đề tài ‘‘NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ
CHẾ TẠO BÀN CÁT ĐỘNG LỰC NGHỆ THUẬT’’ làm đề tài để tìm hiểu, nghiên cứu.
Trong bài nghiên cứu này, em sẽ tập trung nghiên cứu và phát triển về phần cơ và phần
điều khiển của bàn cát động lực nghệ thuật. Phần cơ sẽ là một chiếc bàn có khả năng tạo ra
những hoa văn, họa tiết dựa trên file G-code do người dùng đưa vào, phần điều khiển sẽ là
phần mềm điều khiển có giao diện dễ sử dụng, thân thiện với người dùng, cung cấp, hiển thị
đầy đủ các thông tin cần thiết để điều khiển bàn.
viii
ABSTRACT
The demand for interior decoration is increasing nowadays. Furniture items are no longer
simple tables and chairs, but they are continuously being improved. Especially for those who
have a passion for art, they always want to decorate their homes with unique and modern
furniture pieces that also serve their primary function as furniture. However, it is observed
that the market lacks innovative and groundbreaking products, particularly in terms of
furniture designs that combine various fields together.
The 21st century is an era of mechanical engineering and automation. The application of
mechanization in all fields to reduce human labor is a common trend of the time. However,
there are still relatively few decorative furniture products that are combined with mechanical
and automation elements. The combination is not often considered or viewed as unrelated
areas - one side representing artistic features with soft lines and the other side emphasizing
mechanical aspects with rigid and detailed components, especially in products like tables and
chairs.
Considering the aforementioned reasons, I have decided to choose the topic "RESEARCH,
DESIGN, AND FABRICATION OF ARTISTIC KINETIC SAND TABLE" to study and
explore the subject in detail.
ix
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP......................................................................................... i
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... ii
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................................... iv
LỜI CAM KẾT ....................................................................................................................... vi
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ vii
TÓM TẮT ............................................................................................................................. viii
ABSTRACT ............................................................................................................................ ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. xiv
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ........................................................................................... xv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... xix
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU...................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................. 1
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài....................................................................... 1
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài...................................................................................... 1
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 1
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: ............................................................................................. 1
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu:................................................................................................ 1
1.5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 2
1.5.1. Cơ sở phương pháp luận ......................................................................................... 2
1.5.2. Cơ sở phương pháp cụ thể....................................................................................... 2
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp ......................................................................................... 2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ........................................................... 4
2.1. Tổng quan về xu thế nội thất kết hợp với cơ khí tự động hóa và sự ra đời của bàn vẽ
tranh cát tự động ................................................................................................................... 4
2.1.1. Xu thế đồ nội thất kết hợp với cơ khí tự động hóa hiện nay ................................... 4
2.1.2. Sự ra đời và phát triển của bàn vẽ tranh cát tự động............................................... 4
2.2. Đặc tính của bàn cát động lực nghệ thuật...................................................................... 5
2.3. Cấu tạo của bàn cát động lực nghệ thuật ....................................................................... 6
2.4. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài .............................................................................. 7
x
2.4.1. Các nghiên cứu nước ngoài:.................................................................................... 7
2.4.2. Các nghiên cứu trong nước: .................................................................................... 9
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 12
3.1. Động cơ bước .............................................................................................................. 12
3.1.1. Tổng quan về động cơ bước .................................................................................. 12
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước ............................................................... 12
3.1.3. Phân loại động cơ bước ......................................................................................... 14
3.1.4. Điều khiển động cơ bước ...................................................................................... 16
3.1.5. Ứng dụng của động cơ bước ................................................................................. 18
3.2. Hệ chuyển động CoreXY ............................................................................................ 18
3.2.1. Tổng quan về hệ chuyển động CoreXY ................................................................ 18
3.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ chuyển động CoreXY ............................................. 19
3.2.3. Ứng dụng của hệ chuyển động CoreXY ............................................................... 19
3.2.4. Ưu điểm, nhược điểm của hệ chuyển động CoreXY ............................................ 20
3.3. Thanh trượt dẫn hướng ................................................................................................ 21
3.3.1. Giới thiệu thanh trượt dẫn hướng .......................................................................... 21
3.3.2. Bảo vệ và bôi trơn thanh trượt .............................................................................. 22
3.4. Phần điện điều khiển ................................................................................................... 23
3.4.1. Mạch vi điều khiển Arduino UNO ........................................................................ 23
3.4.2. Mạch điều khiển động cơ bước A4988 ................................................................. 24
3.4.3. Module Endstop CNC ........................................................................................... 25
3.5. Phần mềm điều khiển .................................................................................................. 26
3.5.1. Giới thiệu GRBL ................................................................................................... 26
3.5.2. Cài đặt thư viện GRBL trên Arduino .................................................................... 28
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP .................................................... 30
4.1. Yêu cầu của đề tài........................................................................................................ 30
4.2. Phương án và giải pháp thực hiện ............................................................................... 30
4.2.1. Phương án chọn cơ cấu chuyển động.................................................................... 30
4.2.2. Phương án lựa chọn động cơ ................................................................................. 33
4.2.3. Phương án lựa chọn cơ cấu truyền động ............................................................... 34
xi
4.3. Lựa chọn phương án .................................................................................................... 35
4.3.1. Lựa chọn phương án cho cơ cấu chuyển động...................................................... 35
4.3.2. Lựa chọn phương án cho động cơ ......................................................................... 35
4.3.3. Lựa chọn phương án cơ cấu truyền động .............................................................. 35
CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ ................................................................. 36
5.1. Tính tốn chọn động cơ: .............................................................................................. 36
5.2. Bộ truyền động ............................................................................................................ 40
5.2.1. Bộ truyền động đai ................................................................................................ 40
5.2.2. Kiểm nghiệm độ bền đai ....................................................................................... 41
5.2.3. Puly GT2 và ròng rọc GT2 ................................................................................... 42
5.3. Thiết kế khung hệ chuyển động .................................................................................. 44
5.3.1. Nhơm định hình: ................................................................................................... 44
5.3.2. Các khối liên kết được chế tạo bằng phương pháp in 3D ..................................... 45
5.3.3. Thanh trượt ray tuyển tính .................................................................................... 46
5.4. Tính độ bền của các chi tiết: ........................................................................................ 47
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN......................................................... 53
6.1. Sơ đồ nối dây các mạch điều khiển: ............................................................................ 53
6.2. Phần mềm điều khiển: ................................................................................................. 55
6.3. Lưu đồ thuật toán của bàn cát động lực nghệ thuật:.................................................... 56
6.4. Phân tích thuật toán nội suy của GRBL ...................................................................... 58
6.4.1. Thuật toán nội suy đường thẳng............................................................................ 58
6.4.2. Thuật toán nội suy đường cong tròn ..................................................................... 59
CHƯƠNG 7: CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ ..................................................... 61
7.1. Thử nghiệm động cơ bước: ......................................................................................... 61
7.2. Gia công phần gỗ của bàn ........................................................................................... 62
7.3. Đánh giá: ..................................................................................................................... 64
CHƯƠNG 8: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................................. 65
8.1. Phần cứng sản phẩm bàn cát động lực nghệ thuật: ..................................................... 65
8.2. Phần mềm điều khiển bàn: .......................................................................................... 67
KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ....................................................................................................... 68
xii
Kết luận............................................................................................................................... 68
Những mặt đạt được của đề tài ........................................................................................... 68
Những mặt hạn chế của đề tài ............................................................................................ 68
Phương hướng phát triển .................................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 70
xiii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1. Thông số kỹ thuật mạch vi điều khiển Arduino UNO ........................................... 23
Bảng 3. 2. Thông số kỹ thuật của mạch điều khiển động cơ bước A4988 ............................. 24
Bảng 3. 3. Thông số kỹ thuật của Module Endstop CNC ...................................................... 26
Bảng 4. 1. Ưu điểm, nhược điểm của động cơ bước ............................................................. 33
Bảng 4. 2. Ưu điểm, nhược điểm của động cơ Servo ............................................................ 33
Bảng 4. 3. Ưu điểm, nhược điểm của động cơ điện một chiều .............................................. 34
Bảng 4. 4. Ưu điểm, nhược điểm của bộ truyền đai .............................................................. 34
Bảng 4. 5. Ưu điểm, nhược điểm của bộ truyền trục vít me – đai ốc .................................... 34
Bảng 4. 6. Ưu điểm, nhược điểm của bộ truyền trục vít – bánh vít kết hợp bánh răng ........ 35
Bảng 5. 1. Số liệu ban đầu tính tốn chọn động cơ ............................................................... 36
Bảng 5. 2. Thơng số động cơ Nema 17 OK17STH147 .......................................................... 38
Bảng 8. 1. Thống số kỹ thuật bàn cát động lực nghệ thuật ................................................... 66
xiv
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 2. 1. Bàn Sisyphus phiên bản đầu tiên (Nguồn: Internet) ............................................... 5
Hình 2. 2. Cơ cấu nam châm đặt dưới lớp cát (Nguồn:Internet) ............................................ 7
Hình 2. 3. Hình ảnh bàn Sisyphus (Nguồn: Internet) .............................................................. 8
Hình 2. 4. Một số họa tiết do bàn Sisyphus tạo nên (Nguồn: Internet) ................................... 9
Hình 2. 5. Bàn vẽ tranh cát tự động của nhóm sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP. Hồ Chí Minh (Nguồn: youtube: Khoa cơ khí chế tạo máy) .............................................. 9
Hình 2. 6. Hệ chuyển động kết hợp cả cơ cấu để quay và chuyển động tịnh tiến của đầu công
tác (Nguồn: Youtube Khoa cơ khí chế tạo máy) .................................................................... 10
Hình 2. 7. Thiết kế của bàn chưa được tối ưu để sử dụng như một món đồ nội thất (Nguồn:
Youtube Khoa cơ khí chế tạo máy) ........................................................................................ 11
Hình 3. 1. Cấu tạo của động cơ bước (Nguồn: Internet). ..................................................... 12
Hình 3. 2. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ trở (Nguồn: Internet) ................ 13
Hình 3. 3. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu (Nguồn: Internet) . 14
Hình 3. 4. Động cơ bước đơn cực (Nguồn: Internet) ............................................................ 15
Hình 3. 5. Động cơ bước hai cực (Nguồn: Internet) ............................................................. 16
Hình 3. 6. Biểu đồ điều khiển động cơ bước dạng sóng. (Nguồn: Internet).......................... 16
Hình 3. 7. Biểu đồ điều khiển động cơ bước chạy đủ bước. (Nguồn: Internet) .................... 17
Hình 3. 8. Biểu đồ điều khiển động cơ bước nửa bước. (Nguồn: Internet) ........................... 17
Hình 3. 9. Biểu đồ điều khiển động cơ bước chạy vi bước. (Nguồn: Internet)...................... 17
Hình 3. 10. Sơ đồ bố trí động cơ của hệ chuyển động CoreXY (Nguồn: Internet)................ 19
Hình 3. 11. Máy in 3D sử dụng hệ thống chuyển động CoreXY (Nguồn: Internet) .............. 20
Hình 3. 12. Hệ chuyển động CoreXY được ứng dụng trong máy cắt laser (Nguồn : Internet)
................................................................................................................................................ 20
Hình 3. 13. Thanh trượt dẫn hướng (Nguồn: Internet) ......................................................... 22
Hình 3. 14. Vi điều khiển Arduino UNO (Nguồn: Internet) .................................................. 24
xv
Hình 3. 15. Mạch điều khiển động cơ bước A1988 (Nguồn: Internet) .................................. 25
Hình 3. 16. Sơ đồ chân kết nối mạch điều khiển động cơ bước A4988 (Nguồn: Internet).... 25
Hình 3. 17. Module Endstop CNC. (Nguồn: nshopvn) .......................................................... 26
Hình 3. 18. Sơ đồ hoạt động của GRBL (Nguồn: Internet) ................................................... 27
Hình 3. 19. Cài đặt firmware GRBL cho Arduino IDE ......................................................... 28
Hình 3. 20. Cài đặt firmware GRBL cho Arduino IDE ......................................................... 28
Hình 3. 21. Cài đặt firmware GRBL cho Arduino IDE ......................................................... 29
Hình 4. 1. Hệ chuyển động Cartesian. (Nguồn: Internet) .................................................... 31
Hình 4. 2. Sơ đồ hệ chuyển động CoreXY. (Nguồn: Internet) .............................................. 32
Hình 4. 3. Sơ đồ chuyển động của Robot SCARA. (Nguồn: Internet) .................................. 33
Hình 5. 1. Kích thước động cơ (Nguồn: thegioiic) ................................................................ 39
Hình 5. 2. Các loại đai phổ biến (Nguồn: Internet) .............................................................. 40
Hình 5. 3. Dây đai GT2 bước răng 2mm. (Nguồn: thegioiic) ............................................... 41
Hình 5. 4. Thơng số của dây đai GT2 – 2 mm. (Nguồn: Internet) ......................................... 41
Hình 5. 5. Pully GT2 – 20 răng. (Nguồn: Internet) ............................................................... 42
Hình 5. 6. Thơng số kích thước của puly GT2. (Nguồn: Internet)......................................... 42
Hình 5. 7. Rịng rọc GT2 – 20 răng. (Nguồn: Internet) ......................................................... 43
Hình 5. 8. Thơng số kích thước của rịng rọc GT2 (Nguồn: Internet)................................... 44
Hình 5. 9. Kích thước nhơm 20x20. (Nguồn: KT Shop – HCM) ........................................... 44
Hình 5. 10. Khung hệ chuyển động của bàn .......................................................................... 45
Hình 5. 11. Kích thước thanh trượt và con trượt. (Nguồn: Internet) .................................... 47
Hình 5. 12. Mơ phỏng độ biến dạng của chi tiết 1 bằng phần mềm Inventor ....................... 48
Hình 5. 13. Mô ứng suất của chi tiết 1 bằng phần mềm Inventor ......................................... 48
Hình 5. 14. Mơ phỏng ứng suất của chi tiết 2 bằng phần mềm Inventor .............................. 49
xvi
Hình 5. 15. Mơ phỏng chuyển vị của chi tiết 2 bằng phần mềm Inventor ............................. 49
Hình 5. 16. Mơ phỏng ứng suất của chi tiết 3 bằng phần mềm Inventor .............................. 50
Hình 5. 17. Mơ phỏng chuyển vị của chi tiết 3 bằng phần mềm Inventor ............................. 50
Hình 5. 18. Mô phỏng ứng suất của chi tiết 4 bằng phần mềm Inventor .............................. 51
Hình 5. 19. Mơ phỏng chuyển vị của chi tiết 4 bằng phần mềm Inventor ............................. 51
Hình 5. 20. Mơ phỏng ứng suất của chi tiết 5 bằng phần mềm Inventor .............................. 52
Hình 5. 21. Mơ phỏng chuyển vị của chi tiết 5 bằng phần mềm Inventor ............................. 52
Hình 5. 22. Bảng thơng số đặc tính cơ học của nhựa ABS (Nguồn: Internet) ............... Error!
Bookmark not defined.
Hình 6. 1. Sơ đồ kết nối dây các thành phần điện tử ............................................................. 53
Hình 6. 2. Sơ đồ chân ra của board Arduino CNC Shield V3 (Nguồn: Nshopvn) ................ 54
Hình 6. 3. Mạch Arduino sau khi kết nối với Arduino CNC Shield ....................................... 54
Hình 6. 4. Giao diện phần mềm điều khiển LaserGRBL. ...................................................... 55
Hình 6. 5. Lưu đồ thuật tốn bàn cát động lực nghệ thuật. ................................................... 57
Hình 6. 6. Cơ chế hoạt động hệ CoreXY................................................................................ 58
Hình 7. 1. Tiến hành chạy thử nghiệm động cơ. .................................................................... 61
Hình 7. 2. Gắn động cơ và cho động cơ hoạt động trong khơng gian của khung hệ chuyển
động........................................................................................................................................ 62
Hình 7. 3. Đo kích thước ván gỗ đúng với kích thước đã thiết kế. ........................................ 62
Hình 7. 4. Bàn sau khi đã được hồn thiện phần gỗ. ............................................................ 63
Hình 7. 5. Bàn sau khi đã lắp đặt khung hệ chuyển động. .................................................... 63
Hình 7. 6. Bàn sau khi đã hồn thiện tất cả các giai đoạn gia công, kiểm nghiệm. ............. 64
Hình 8. 1. Họa tiết hình vng do bàn vẽ ra. ........................................................................ 65
xvii
Hình 8. 2. Họa tiết hình trái tim do bàn vẽ. ........................................................................... 66
Hình 8. 3. Giao diện phần mềm LaserGRBL để điều khiển bàn ........................................... 67
xviii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABS
Acrylonitrin Butadien Styren
CAD
Computer Aided Design
CNC
Computer Numerical Control
DIY
Do It Yourself
GRBL
G-code Real time Boot Loader
LED
Light-Emitting Diode
PID
Proportional Integral Derivative
SCARA Selective Complience Assembly Robot Arm
UART
Universal Ansynchronous Receiver/Transmitter
USB
Universal Serial Bus
xix
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ trước đến nay, nhu cầu trang trí, làm đẹp cho không gian sống của con người chưa bao
giờ dừng lại. Tuy nhiên, trên thị trường hiện nay lại có rất ít sản phẩm độc đáo, kết hợp được
cả nghệ thuật lẫn cơ khí tự động hóa. Nhận thấy được một sản phẩm độc đáo, khác biệt với
các sản phẩm truyền thống đã có trên thị trường, mang đến một trải nghiệm nghệ thuật hoàn
toàn mới, kết hợp giữa nghệ thuật và cơng nghệ có rất nhiều tiềm năng trong việc khai thác
ứng dụng thực tế, sáng tạo và thương mại.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài được nghiên cứu chủ yếu với những nội dung chủ yếu sau:
- Tìm hiểu tổng quan về hệ chuyển động CoreXY.
- Khảo sát về những đề tài ứng dụng hệ chuyển động CoreXY liên quan được nghiên cứu
trước đây.
- Nghiên cứu về lý thuyết và tính toán các phương trình động học thuận, động học nghịch.
- Thiết kế và gia công bàn cát động lực nghệ thuật, lựa chọn động cơ phù hợp cho hệ thống
cơ khí.
- Xây dựng chương trình điều khiển cho bàn.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài nhằm mục nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bàn cát động lực nghệ thuật ứng dụng hệ
chuyển động CoreXY.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:
- Bàn cát động lực nghệ thuật.
- Phần mềm LaserGRBL.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu tổng quan về hệ chuyển động CoreXY.
- Nghiên cứu, thiết kế có cấu của hệ chuyển động của bàn.
- Nghiên cứu, tính tốn chọn các thành phần cơ khí, điện.
- Nghiên cứu, ứng dụng GRBL vào việc điều khiển bàn.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở phương pháp luận
Từ cơ sở các tài liệu, các nghiên cứu, đề tài đi trước về hệ chuyển động CoreXY, một số
mẫu bàn tương tự trên thị trường để phân tích ưu điểm, nhược điểm để có thể có được mẫu
bàn tốt hơn.
1.5.2. Cơ sở phương pháp cụ thể
Đề tài kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chế tạo:
Nghiên cứu lý thuyết:
- Tham khảo các nghiên cứu về những ứng dụng của hệ chuyển động CoreXY có liên
quan, sau đó chọn lựa ra cấu hình phù hợp cho đề tài.
- Tìm hiểu các nghiên cứu liên quan về hệ chuyển động CoreXY sau đó tổng hợp tài liệu
về các mơ hình toán học về động học của bàn cát động lực nghệ thuật.
- Sử dụng những thông số về kích thước đã tìm được để thiết kế cơ khí cho bàn cát động
lực nghệ thuật.
- Xây dựng giao diện điều khiển bàn cát động lực nghệ thuật dựa trên nền tảng GRBL.
Thực nghiệm bàn cát động lực nghệ thuật:
- Gia công bàn theo thiết kế và tiến hành kiểm chứng những tính tốn từ nghiên cứu lý
thuyết bằng cách điều khiển bàn hoạt động theo những hình vẽ đã được lập trình.
1.6. Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án tốt nghiệp gồm 8 chương. Nội dung cụ thể các chương gồm những phần sau:
GIỚI THIỆU: Nội dung ở phần này sẽ nêu tính cấp thiết và lý do chọn đề tài,
ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: ở phần tiếp theo sẽ nói về các khái
niệm, định nghĩa, các kiến thức cần thiết khác liên quan đến đề tài.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Tìm hiểu các lý thuyết cần được sử dụng trong bài
nghiên cứu.
2
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP: đưa ra những phương án có thể
lựa chọn, phân tích ưu điểm và nhược điểm của từng phương pháp, sau đó lựa chọn phương
án tối ưu nhất.
TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ: Tính tốn những bài toán liên quan đến hệ
chuyển động của bàn.
CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ: Tiến hành chế tạo bàn cát động lực
nghệ thuật dựa trên những tính tốn, thiết kế.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: tổng kết những kết quả thu được sau khi thực hiện
bài nghiên cứu.
KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ: Kết luận tổng của đồ án và đưa ra phương hướng phát triển
trong tương lai của sản phẩm
3
