Đồ án thiết kế và chế tạo robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời

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 ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT
VỆ SINH TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

GVHD: TS. PHẠM BẠCH DƯƠNG
SVTH: TRẦN HỒNG PHÚC
NGUYỄN CƠNG PHÚ
NGUYỄN HỒNG QN

SKL011273

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2023


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
Đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT VỆ SINH
TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI”
Giảng viên hướng dẫn: ThS. PHẠM BẠCH DƯƠNG
Sinh viên thực hiện:

TRẦN HOÀNG PHÚC

MSSV:

19146242

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN CƠNG PHÚ

MSSV:

19146238

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN HỒNG QN

MSSV:

19146246

Lớp:

19146CL

Khố:

2019 - 2023

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn: Cơ Điện Tử

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ II / năm học 2023
Giảng viên hướng dẫn: ThS.Phạm Bạch Dương
Sinh viên thực hiện:
1. Trần Hồng Phúc

MSSV: 19146242

Điện thoại: 0944730746

2. Nguyễn Cơng Phú

MSSV: 19146238

Điện thoại: 0587979562

3. Nguyễn Hồng Quân

MSSV: 19146246

Điện thoại: 0349901148

1. Mã số đề tài: ……………
Tên đề tài:…………….………..……….……………………………………………………..
…………….………..……….………………………………………………………………….

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
…………….………..……….………………………………………………………………….
…………….………..……….………………………………………………………………….
…………….………..……….………………………………………………………………….
…………….………..……….………………………………………………………………….

3. Nội dung chính của đồ án:
…………….………..……….………………………………………………………………….
…………….………..……….………………………………………………………………….
…………….………..……….………………………………………………………………….
…………….………..……….………………………………………………………………….

4. Các sản phẩm dự kiến:
…………….………..……….………………………………………………………………….
…………….………..……….………………………………………………………………….

i


5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án:

7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo:

Tiếng Anh  Tiếng Việt



Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt

TRƯỞNG KHOA

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ......................................................................................
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

ii


LỜI CAM KẾT
-

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Robot vệ sinh tấm Pin năng lượng mặt trời

-

GVHD: ThS.Phạm Bạch Dương

-

Họ tên sinh viên:

-

MSSV:

-

Địa chỉ sinh viên:

-

Số điện thoại liên lạc:

-

Email:

-

Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):

-

Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính

Lớp:

tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được
cơng 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 2023
Ký tên

iii


LỜI CAM KẾT
-

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Robot vệ sinh tấm Pin năng lượng mặt trời

-

GVHD: ThS.Phạm Bạch Dương

-

Họ tên sinh viên:

-

MSSV:

-

Địa chỉ sinh viên:

-

Số điện thoại liên lạc:

-

Email:

-

Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):

-

Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính

Lớp:

tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được
cơng 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 2023
Ký tên

iv


LỜI CAM KẾT
-

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Robot vệ sinh tấm Pin năng lượng mặt trời

-

GVHD: ThS.Phạm Bạch Dương

-

Họ tên sinh viên:

-

MSSV:

-

Địa chỉ sinh viên:

-

Số điện thoại liên lạc:

-

Email:

-

Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN):

-

Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính

Lớp:

tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được
cơng 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 2023
Ký tên

v


LỜI CẢM ƠN
Sau khoảng thời gian học tập tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, q
thầy/cơ đã tận tình trau dồi cho chúng em nhiều kiến thức quý giá, từ lý thuyết đến từng kỹ
năng thực hành chuyên môn. Để củng cố vững hơn những kiến thức đã học trong quá trình
học tập tại trường, thực hiện đề tài tốt nghiệp là một trong những cách để tự kiểm tra kiến
thức tích lũy và ứng dụng những kiến thức đấy vào thực tế.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn ThS. Phạm Bạch Dương, giảng viên hướng dẫn

giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài cơ điện tử.
Nhóm chúng em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy/cô trong Khoa đặc biệt là quý
thầy/cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng em hồn
thành đề tài.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã ln chia sẽ động viên và đóng
góp ý kiến để đề tài hồn thành tốt hơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm 2023
Nhóm sinh viên thực hiện

vi


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT VỆ SINH TẤM PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Bạch Dương
Sinh viên thực hiện: Trần Hồng Phúc

MSSV: 19146242

ĐT: 0944730746

Nguyễn Cơng Phú

MSSV: 19146238

ĐT: 0587979562

Nguyễn Hồng Qn MSSV: 19146246

ĐT: 0349901148

1. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Thông số kỹ thuật ban đầu của robot: Khối lượng 30kg,Tốc độ đạt 0,2m/s; di chuyển
trên bề mặt nghiêng ≤ 150
2. Nội dung chính của đồ án:
Tìm hiểu thơng tin tình hình năng lượng xanh hiện nay nói chung và năng lượng mặt
trời nói riêng.
Phân tích các phương án thiết kế robot từ những robot hiện tại trên thế giới.
Tính tốn, thiết kế cơ khí.
Thiết kế bộ điều khiển và phân tích thuật tốn.
Tiến hành thu thập thơng tin thực tế từ mơ hình bên ngồi thị trường
3. Các sản phẩm dự kiến
Mơ hình Robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời.

vii


PROJECT SUMMARY
SUBJECT'S NAME: DESIGN AND MANUFACTURING ROBOT CLEANING
SOLAR PANEL
Instructor:
Student made:

MSc Pham Bach Duong
Tran Hoang Phuc

student ID: 19146242

Tel: 0944730746

Nguyen Cong Phu

student ID: 19146238

Tel: 0587979562

Nguyen Hong Quan student ID: 19146246

Tel: 0349901148

1. Initial data and documents:
Initial specifications of the robot: Weight 33kg,Speed reaches 0.2m/s; move on
inclined surface ≤ 150
2. Main contents of the project:
Find out information about current green energy situation in general and solar energy
in particular.
Analysis of robot design options from current robots in the world
Calculation, mechanical design.
Controller design and algorithm analysis.
Proceed to collect actual information from the model outside the market
3. Expected products
Robot model for cleaning solar panels

viii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.......................................................................... I
LỜI CAM KẾT ........................................................................................................ III

LỜI CẢM ƠN............................................................................................................VI
PROJECT SUMMARY ....................................................................................... VIII
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................. XIII
DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH .........................XIV
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI................................................. 1
1.1 LỜI GIỚI THIỆU ............................................................................................. 1
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................... 1
1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ................................ 2
1.3.1

Ý nghĩa khoa học...................................................................................... 2

1.3.2

Ý nghĩa thực tiễn ...................................................................................... 2

1.3.3

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................ 3

1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .................................................. 3
1.4.1

Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 3

1.4.2

Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 3

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................... 4

1.6 KẾT CẤU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................... 4
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI.............................................. 5
2.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................... 5
2.2 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ CỦA ROBOT .............................................................. 5
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH ĐƯỢC THỰC HIỆN............................. 5
2.3.1

Làm sạch Khô .......................................................................................... 6

2.3.2

Làm sạch bằng nước ................................................................................ 7

2.4 TIÊU CHÍ XÁC ĐỊNH ĐỘ SẠCH CỦA TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI

8
2.5 MỘT SỐ LOẠI ROBOT CĨ TRÊN THỊ TRƯỜNG ....................................... 9
2.5.1

Robot của cơng ty Gpsolar ...................................................................... 9

2.5.2

Robot sparc 1.2 ........................................................................................ 9

2.5.3

Robot MM solar1 ................................................................................... 10
ix

2.5.4

Robot của solarcleano ........................................................................... 10

2.5.5

Robot của Hycleaner ............................................................................. 11

2.5.6

Robot SolarCleanBot-CT.R1 ................................................................. 11

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ............ 12
3.1 ĐÁNH GIÁ CƠ CẤU DI CHUYỂN VÀ CƠ CẤU VỆ SINH ....................... 12
3.1.1

Đường ray ngang chổi lau dọc .............................................................. 12

3.1.2

Đường ray ngang chổi lau ngang .......................................................... 13

3.1.3

Đường Ray ngang chổi tròn .................................................................. 15

3.1.4

Dây cáp treo các góc ............................................................................. 16

3.1.5

Đường ray ngang chổi treo ................................................................... 16

3.1.6

Di chuyển bằng chân chổi lau ngang .................................................... 17

3.1.7

Di chuyển bánh xe chổi quét đặt trước/sau hoăc cả trước và sau ........ 18

3.1.8

Di chuyển bằng hai cơ cấu bánh đai ..................................................... 19

3.1.9

Di chuyển bằng 4 cơ cấu bánh đai ........................................................ 20

3.1.10 Kết luận phương án di chuyển và cơ cấu vệ sinh .................................. 20
3.2 PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN CĂNG ĐAI ...................................................... 20
3.2.1

Các phương án căng đai ........................................................................ 20

3.2.2

Kết luận: ................................................................................................ 22

3.3 PHÂN TÍCH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BÁNH ĐAI .................................... 22
3.4 PHÂN TÍCH CHỌN DÂY ĐAI ..................................................................... 23
3.5 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG CHO BÁNH XE .... 24
3.5.1

Truyền động thơng qua bộ truyền ngồi................................................ 24

3.5.2

Truyền động bằng đai ............................................................................ 24

3.5.3

Truyền động xích ................................................................................... 25

3.5.4

Truyền động bánh răng.......................................................................... 27

CHƯƠNG 4 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỚNG CƠ KHÍ ..................... 29
4.1 SƠ ĐỒ KHỐI ................................................................................................. 29
4.2 CẤU TẠO CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG....................................................... 30
4.3 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA ROBOT ............................................... 32
4.3.1

Khung thân Robot .................................................................................. 32

4.3.2

Truyền động bánh xe.............................................................................. 32
x


4.3.3

Vị trí đặt hộp điện và pin ....................................................................... 36

4.3.4

Lựa chọn cấu tạo rulo(chổi) .................................................................. 37

4.3.5

Lựa chọn câp thoát nước ....................................................................... 40

4.3.6

Lựa chọn hệ thống phun nước ............................................................... 40

4.4 TÍNH TỐN CƠNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ BÁNH XE. ........................... 43
4.5 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG .................................... 45
4.6 TÍNH TỐN CƠNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ CHỔI CON LĂN.................. 47
4.7 TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI RĂNG .............................................. 50
4.8 MƠ HÌNH 3D VÀ MƠ HÌNH THỰC TẾ ...................................................... 52
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ............................... 54
5.1 LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU KHIỂN .......................................... 54
5.2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN..................................................................................... 55
5.2.1

Sơ đồ khối .............................................................................................. 55

5.2.2

Bản vẽ mạch đính kèm những khối chính .............................................. 56

5.3 THƠNG SỐ LINH KIỆN ............................................................................... 58
5.3.1

Pin Lithium 18650 -2100 mAh - 10c xả 20 A ........................................ 58

5.3.2

Module nhận sóng RX MC6RE .............................................................. 60

5.3.3

Mạch driver BTS 7960 ........................................................................... 61

5.3.4

Arduino Uno R3 ..................................................................................... 61

5.3.5

Tay cầm điều khiển Microzone MC6C .................................................. 64

5.3.6

Mạch nguồn ổn áp họ LM78xx .............................................................. 64

5.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ......................................................... 65
5.4.1

Lưu đồ giải thuật di chuyển ................................................................... 66

5.4.2

Lưu đồ giải thuật cho tay cầm điều khiển .............................................. 66

5.5 NHỮNG THƯ VIỆN VÀ LỆNH ĐƯỢC DÙNG .......................................... 67
5.6 NHẬN XÉT ................................................................................................... 67
CHƯƠNG 6 MƠ HÌNH THỰC TẾ VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ............... 68
6.1 MƠ HÌNH 3D VÀ THỰC TẾ ........................................................................ 68
6.2 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT ....................................................... 69
6.3 THỰC NGHIỆM TĨNH ................................................................................. 69
6.4 THỰC NGHIỆM ĐỘNG ............................................................................... 69
xi


6.5 HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO TRÌ BẢO DƯỠNG ROBOT.
73
6.5.1

Hướng dẫn lắp đặt ................................................................................. 73

6.5.2

Hướng dẫn vận hành ............................................................................. 76

6.5.3

Bảo trì bảo dưỡng .................................................................................. 78

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................... 79
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 79
Mục tiêu: ............................................................................................................. 79
Nhiệm vụ: ............................................................................................................ 79
Giới hạn và hạn chế: .......................................................................................... 80
HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................................... 80
Hướng khắc phục hạn chế: ................................................................................. 80
Phân tích hướng phát triển bất khả thi: ............................................................. 80
Phân tích hướng phát triển khả thi:.................................................................... 81

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4-1: Thông số đại S8M ...................................................................................... 47
Bảng 4-2: Những thông số cơ bản của hệ truyền động đai răng ............................... 47
Bảng 4-3: Đai theo catalogue như sau: ..................................................................... 51
Bảng 4-4: Pully tương ứng theo loại đai theo catalogue: ......................................... 51
Bảng 4-5: Thông số cơ bản của hệ truyền động đai răng: ........................................ 52
Bảng 6-1: Bảng đo thời gian lau hết một chuỗi pin ................................................... 72

xiii

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 2-1: Bụi bẩn trên tấm pin năng lượng mặt trời .................................................. 6
Hình 2-2: Solar Panel Cleaning Robot – Shreem – Aegeus technologies[1] ............... 7
Hình 2-3: làm sạch pin mặt trời bằng nước và chất tẩy rửa ....................................... 8
Hình 2-4: Robot của cơng ty Gpsolar[2]....................................................................... 9
Hình 2-5: Robot sparc 1.2[3] ...................................................................................... 10
Hình 2-6: Robot MM solar1[4] ................................................................................... 10
Hình 2-7: Robot của solarleano[5] ............................................................................. 11
Hình 2-8: Robot của Hycleaner[6] .............................................................................. 11
Hình 2-9: Robot SolarCleanBot-CT.R1[7] .................................................................. 12
Hình 3-1: Hướng di chuyển ngang bàn chải dọc của Robot ...................................... 13
Hình 3-2: Hướng di chuyển ngang bàn chải dọc ngang ............................................ 14
Hình 3-3: Đường ray ngang chổi lau trịn .................................................................. 15
Hình 3-4: Dây cáp treo góc ........................................................................................ 16
Hình 3-5: Robot 2 dây treo song song ....................................................................... 17
Hình 3-6: Di chuyển bằng chân chổi lau ngang......................................................... 18
Hình 3-7: Di chuyển bằng bánh xe ............................................................................ 19
Hình 3-8: Di chuyển bằng hai bánh đai ..................................................................... 19
Hình 3-9: Di chuyển bằng 4 cơ cấu bánh đai............................................................. 20
Hình 3-10: Bánh hướng dẫn....................................................................................... 21
Hình 3-11: Căn đai dùng cần lắc ............................................................................... 21
Hình 3-12: Căng đai dùng lị xo ................................................................................. 21
Hình 3-13: Đai thang ................................................................................................. 23
Hình 3-14: Đai răng ................................................................................................... 23
Hình 3-15: Đai dẹt ..................................................................................................... 24
Hình 3-16: Truyền động đai ....................................................................................... 25
Hình 3-17: Bộ truyền xích ......................................................................................... 27
Hình 3-18: Truyền động bánh răng............................................................................ 28
Hình 4-1: Sơ đồ khối .................................................................................................. 29

Hình 4-2: Danh sách các sơ đồ khối .......................................................................... 29
xiv


Hình 4-3: Bảng vẽ tháo rời ........................................................................................ 30
Hình 4-4: Cấu tạo chính ............................................................................................. 31
Hình 4-5: Khung thân Robot ...................................................................................... 32
Hình 4-6: Bánh chủ động ........................................................................................... 32
Hình 4-7: Bánh phụ trợ .............................................................................................. 33
Hình 4-8: Khung bánh xe ........................................................................................... 33
Hình 4-9: Gối đỡ vịng bi ngang ................................................................................ 34
Hình 4-10: Dây Curoa đai thang S8M – 1400........................................................... 34
Hình 4-11: Cấu tạo phần động lực chính .................................................................. 35
Hình 4-12: Phần động lực phụ ................................................................................... 35
Hình 4-13: Truyền động bánh xe ............................................................................... 36
Hình 4-14: Vị trí đặt hộp điện và pin ......................................................................... 36
Hình 4-15: Khung chổi............................................................................................... 37
Hình 4-16: Chổi ......................................................................................................... 38
Hình 4-17: Khung Rulo ............................................................................................. 38
Hình 4-18: Buly 5M 40 răng ...................................................................................... 39
Hình 4-19: Buly 5M 20 răng ...................................................................................... 39
Hình 4-20: Dây đai chổi 5M ...................................................................................... 39
Hình 4-21: Truyền động trục chổi ............................................................................. 40
Hình 4-22: Khớp nối xoay 3600 và bộ khớp nối ........................................................ 41
Hình 4-23: Ống nước ................................................................................................. 41
Hình 4-24: Đầu nối chữ T, L ...................................................................................... 42
Hình 4-25: Đầu nối thẳng 10 thành 8 ................................................................. 42
Hình 4-26: Béc phun nước ......................................................................................... 42
Hình 4-27: Sơ đồ lực. ................................................................................................. 43
Hình 4-28: Động cơ 775 43Y2 và thơng số kỹ thuật ................................................. 45

Hình 4-29: Biểu đồ loại đai ứng với cơng suất và số vịng quay. .............................. 45
Hình 4-30: Thơng số đường kính bánh đai răng[8] .................................................... 46
Hình 4-31: Hình Đai răng thực tế.............................................................................. 47
Hình 4-32: Lực tác dụng ............................................................................................ 48
Hình 4-33: Hình động cơ chổi thực tế ....................................................................... 49
xv


Hình 4-34: Biểu đồ phân bố đai răng ........................................................................ 50
Hình 4-35: Hình đai răng chổi con lăn thực tế.......................................................... 52
Hình 4-36: Mơ hình 3D của robot. ............................................................................ 53
Hình 4-37: Hình mơ hình thực tế robot ..................................................................... 53
Hình 5-1: Sơ đồ khối hệ thống điện ........................................................................... 55
Hình 5-2: Các khối trong sơ đồ điện .......................................................................... 56
Hình 5-3: khối điều khiển ........................................................................................... 56
Hình 5-4: khối động cơ và driver ............................................................................... 57
Hình 5-5: khối nguồn robot ....................................................................................... 57
Hình 5-6: Hình mạch điện thực tế.............................................................................. 58
Hình 5-7: Pin Lithium 18650 [9] ................................................................................. 59
Hình 5-8: Ghép nối 1 cell pin .................................................................................... 60
Hình 5-9: Module nhận sóng RX MC6RE ................................................................ 61
Hình 5-10: Arduino Uno R3[10] .................................................................................. 62
Hình 5-11: Sơ đồ kết nối Mạch Điều Khiển Động Cơ DC BTS7960 43A ............... 64
Hình 5-12: Mạch nguồn ổn áp 8A XL4016 ................................................................ 65
Hình 5-13: Lưu đồ giải thuật ..................................................................................... 66
Hình 5-14: Lưu Đồ Giải Thuật Điều Khiển ............................................................... 66
Hình 6-1: Mơ hình 3D của robot. .............................................................................. 68
Hình 6-2: Hình mơ hình thực tế ................................................................................. 68
Hình 6-3: Hình thơng số kỹ thuật của Robot ............................................................. 69
Hình 6-4: Kiểm tra lau khơ trên tấm pin ................................................................... 70

Hình 6-5: Kiểm tra lau nước trên bề mặt tấm pin ..................................................... 70
Hình 6-6: Khoảng cách giữa những chuỗi pin tại địa điểm lau ................................ 71
Hình 6-7: Xe vượt khoảng cách ................................................................................. 72
Hình 6-8: Xe chạy trên tấm pin .................................................................................. 72
Hình 6-9: Thực nghiệm chu kì pin ............................................................................. 73
Hình 6-10: Vị trí khớp nối giữa khung chổi và khung xe ......................................... 74
Hình 6-11: Kết nối dây dẫn để điều khiển cho động cơ chổi ..................................... 75
Hình 6-12: Vị trí đầu vào của hệ thống phun nước ................................................... 75
Hình 6-13: Kiểm tra kết nối, Pin ................................................................................ 76
xvi


Hình 6-14: Vị trí nút nguồn của hệ thống .................................................................. 76
Hình 6-15: Vị trí nút nguồn của tay cầm điều khiển .................................................. 77
Hình 6-16: Hướng dẫn các nút điều khiển................................................................. 77

xvii


CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 LỜI GIỚI THIỆU
Những năm gần đây, Pin năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng rãi.
Bởi đây không chỉ là nguồn năng lượng sạch mà cịn tiết kiệm chi phí. Mỗi tấm Pin năng
lượng mặt trời đều có tuổi thọ từ 20 – 25 năm. Nếu không bảo dưỡng định kỳ thì khơng chỉ
tuổi thọ pin bị rút ngắn mà chất lượng điện năng của tấm pin sẽ bị suy giảm một cách đáng
kể.
Việc bảo dưỡng này không chỉ là kiểm tra hệ thống dây hay cơ cấu lắp đặt, mà
vệ sinh bề mặt của pin cũng rất quan trọng. Bởi đây là nơi tiếp nhận ánh sáng để tạo ra điện.
Đối với những hộ sử dụng pin năng lượng mặt trời trong gia đình thì việc vệ
sinh bề mặt của pin sẽ chỉ cần một “miếng giẻ lau” là đủ. Thế nhưng đối với những xí nghiệp

với quy mơ lắp đặt pin được tính bằng hecta (ha) thì việc làm này trở nên không khả thi. Để
giải quyết vấn đề này, nhiều phương án đã được đưa ra, một trong số đó là sử dụng Robot.
Cùng chung với nguyên lý của Robot lau sàn, một loại robot với chức năng làm
sạch bề mặt của tấm pin đã ra đời, đó là Robot vệ sinh pin năng lượng mặt trời. Trên thị trường
đã cung cấp nhiều robot với hình dáng và kích thước khác nhau.
Nhằm học hỏi để tăng kiến thức, cũng như thử sức bản thân trong việc tự làm
nên một mơ hình robot thực tế, nhóm quyết định chọn robot vệ sinh pin năng lượng mặt trời
làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp của mình.

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài này hướng đến tăng hiệu suất và hiệu quả của việc vệ sinh định kỳ tấm pin năng
lượng mặt trời giúp loại bỏ tạp chất và bụi bẩn một cách hiệu quả, tăng cường hiệu suất thu
nhận năng lượng mặt trời và tăng tỷ lệ chuyển đổi thành điện năng. Việc vệ sinh tấm pin một
cách thủ cơng có thể gây ra nguy cơ hỏng hóc cho hệ thống. Người sử dụng có thể gặp khó
khăn trong việc truy cập và làm sạch tấm pin, đồng thời cũng có thể gây ra va đập hoặc hư
hỏng không cần thiết. Robot vệ sinh được thiết kế để thực hiện các tác vụ này một cách tự
động và cẩn thận, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc và bảo vệ tấm pin khỏi tổn thương. Tiết kiệm
thời gian và công sức khi vệ sinh tấm pin năng lượng khi Robot có thể hoạt động độc lập mà
khơng cần sự can thiệp của con người, giúp người dùng tiết kiệm thời gian và tập trung vào
các công việc khác. Ngồi ra cịn tăng tính linh hoạt và đa năng để hoạt động trên các bề mặt
và kích thước khác nhau của tấm pin năng lượng mặt trời. Chúng có thể được lập trình để di
chuyển một cách linh hoạt và hiệu quả, tiếp cận các vị trí khó tiếp cận và làm sạch một cách
1


toàn diện. Điều này giúp đáp ứng nhu cầu vệ sinh của các hệ thống tấm pin đa dạng và linh
hoạt trên môi trường

1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu và phát triển cơng nghệ: Đóng góp vào việc nghiên cứu và phát triển cơng
nghệ về robot tự động hóa trong lĩnh vực năng lượng mặt trời. Nó thúc đẩy sự tiến bộ và ứng
dụng của robot trong việc giải quyết các vấn đề thực tế.
Nghiên cứu về tối ưu hóa hiệu suất năng lượng: Bằng cách tự động vệ sinh tấm pin
năng lượng mặt trời, đề tài này giúp nghiên cứu và tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống năng
lượng mặt trời. Việc duy trì sạch sẽ tấm pin giúp tăng cường thu nhận năng lượng và tăng tuổi
thọ của hệ thống.
Nghiên cứu và phát triển thuật toán và điều khiển: Đề tài này đóng góp vào nghiên cứu
và phát triển các thuật toán và hệ thống điều khiển để robot có thể tự động di chuyển, nhận
diện vết bẩn và làm sạch tấm pin. Nó mở ra cơ hội để khai thác các cơng nghệ như trí tuệ
nhân tạo, thị giác máy tính và điều khiển tự động.
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn
Tăng hiệu quả sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời: Robot vệ sinh tấm pin giúp loại
bỏ tạp chất và bụi bẩn trên bề mặt tấm pin, làm tăng hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của chúng.
Điều này đóng góp vào tăng hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời, giúp giảm chi phí vận
hành và bảo trì hệ thống năng lượng mặt trời.
Tiết kiệm thời gian và công sức: Robot vệ sinh giảm đáng kể thời gian và công sức cần
thiết cho quá trình vệ sinh tấm pin. Thay vì phải thực hiện vệ sinh thủ công, người dùng chỉ
cần thiết lập lịch trình hoặc kích hoạt robot để thực hiện cơng việc. Điều này mang lại tiện lợi
và giảm bớt công việc thủ công đối với người sử dụng.
Bảo vệ môi trường: Sử dụng robot vệ sinh giúp giảm sự tiếp xúc của con người với
các chất hố học và chất ơ nhiễm trong quá trình vệ sinh tấm pin. Đồng thời, robot có thể
được tích hợp các cơng nghệ làm sạch khơng sử dụng chất hóa học độc hại, giúp bảo vệ môi
trường tự nhiên.
Ứng dụng thương mại: Robot vệ sinh tấm pin có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh
vực thương mại, như các cơng trình điện mặt trời quy mô lớn. Việc sử dụng robot giúp tăng
năng suất làm việc, giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả sản xuất năng lượng mặt trời.

2

1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Thiết kế và chế tạo một robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời có khả năng làm
sạch hiệu quả. Robot cần có khả năng di chuyển trên tấm pin một cách linh hoạt, phát hiện và
loại bỏ các vết bẩn và tạp chất, đồng thời đảm bảo an toàn cho tấm pin và hiệu quả năng lượng
thu.
Cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của tấm pin năng lượng mặt trời thông qua việc vệ sinh
định kỳ. Robot cần làm sạch một cách toàn diện và hiệu quả, giúp loại bỏ bụi bẩn và các tạp
chất gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của tấm pin.
Nghiên cứu tình hình điện mặt trời và robot vệ sinh pin mặt trời.
Tính tốn thiết kế, tính tốn cơ cấu chuyển động và vệ sinh của robot.
Chọn động cơ và tính tốn thiết kế bộ điều khiển.
Kiểm nghiệm và so sánh với những robot thực tế.
Thiết kế giao diện và điều khiển dễ sử dụng để người dùng có thể tương tác và điều
khiển robot một cách thuận tiện. Giao diện cần cung cấp thông tin về tình trạng làm sạch, lịch
trình và các tùy chọn điều khiển.
Đánh giá hiệu quả và tính ứng dụng của robot vệ sinh tấm pin trong môi trường thực
tế. Đánh giá bao gồm độ chính xác của việc làm sạch, tiết kiệm thời gian và công sức, hiệu
suất năng lượng tăng và tính khả thi kinh tế của việc sử dụng robot.
1.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Robot vệ sinh tấm pin: Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một robot
có khả năng vệ sinh tấm pin năng lượng mặt trời. Robot này sẽ được phát triển để làm sạch
và bảo vệ các tấm pin trên hệ thống năng lượng mặt trời.
Tấm pin năng lượng mặt trời: Đối tượng nghiên cứu cũng sẽ bao gồm các tính chất và
yêu cầu về vệ sinh của tấm pin năng lượng mặt trời, bao gồm loại tấm pin, mức độ ô nhiễm
và hiệu suất năng lượng. Nghiên cứu sẽ tìm hiểu cách vệ sinh tấm pin để cải thiện hiệu suất
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Thiết kế và chế tạo robot: Nghiên cứu sẽ tập trung vào quá trình thiết kế và chế tạo
robot vệ sinh tấm pin. Phạm vi nghiên cứu sẽ bao gồm việc phân tích yêu cầu, thiết kế khung

gầm, cơ cấu di chuyển, hệ thống điều khiển và phần mềm cho robot.
Hiệu quả và tính ứng dụng: Nghiên cứu sẽ đánh giá hiệu quả và tính ứng dụng của
robot vệ sinh tấm pin trong môi trường thực tế. Đánh giá sẽ bao gồm độ chính xác của việc
3


làm sạch, tiết kiệm thời gian và công sức, hiệu suất năng lượng tăng và tính khả thi kinh tế
của việc sử dụng robot.
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sau khi tham khảo các robot vệ sinh hiện có trên thị trường và dựa trên yêu cầu thực
tế và mục tiêu ban đầu, quy trình thực hiện đề tài được mơ tả như sau:
Nghiên cứu và lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu để lựa chọn hệ thống tốt nhất cho
robot vệ sinh tấm pin. Xác định các khả năng khác nhau trong việc làm sạch tấm pin mặt trời
và lựa chọn hệ thống truyền động phù hợp.
Sử dụng phần mềm để thiết kế, mơ hình hóa và tính tốn kích thước các bộ phận của
robot vệ sinh và tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn dựa trên các phương án được lựa
chọn, sau đó tối ưu hóa mơ hình để đạt được mục tiêu ban đầu.
Thiết kế sơ đồ điện sơ bộ cho hệ thống robot vệ sinh. Sơ đồ này sẽ mô tả các linh kiện
và mạch điện cần thiết để điều khiển robot hoạt động.
Viết chương trình điều khiển cơ bản để điều khiển các chức năng và hoạt động của
robot vệ sinh. Chương trình này sẽ cho phép robot di chuyển, quan sát và làm sạch tấm pin
một cách cơ bản.
Kết luận từ quá trình nghiên cứu và phân tích để xuất các hướng phát triển trong tương
lai để cải thiện và nâng cao hiệu suất và tính ứng dụng của robot vệ sinh tấm pin.
1.6 KẾT CẤU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Báo cáo này gồm 6 chương:
Chương 1: Giới thiêu tổng quan đề tài
Chương 2: Tổng Quan đề tài
Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
Chương 4: Thiết kế và tính tốn cơ khí

Chương 5: Thiết kế hệ thống điện, thuật tốn và phương pháp hệ điều khiển
Chương 6: Mơ hình thực tế và kết quả thực hiện,
Kết luận và hướng phát triển

4


CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 GIỚI THIỆU
Đề tài nghiên cứu "Thiết kế và chế tạo robot vệ sinh tấm pin năng lượng mặt
trời" tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển một robot có khả năng làm sạch tấm pin năng
lượng mặt trời. Đối tượng nghiên cứu chính là robot và các vấn đề liên quan đến vệ sinh và
bảo dưỡng tấm pin trong các hệ thống năng lượng mặt trời.
Các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu bao gồm:
Đề tài nghiên cứu này nhằm đưa ra giải pháp sử dụng robot vệ sinh tấm pin năng lượng
mặt trời để tăng cường hiệu suất, tiết kiệm thời gian và công sức, và đảm bảo hoạt động hiệu
quả và bền vững của hệ thống năng lượng mặt trời.
Bảo dưỡng và bảo vệ tấm pin là một yếu tố quan trọng để đảm bảo tuổi thọ và hiệu
suất hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời. Vấn đề này đặt ra một thách thức vì việc vệ
sinh và bảo dưỡng tấm pin trên quy mô lớn có thể tốn nhiều thời gian, cơng sức và nguồn lực.
Tự động hóa và điều robot để tạo ra tiềm năng cho việc sử dụng robot trong việc vệ
sinh tấm pin năng lượng mặt trời. Robot có khả năng tự động di chuyển và thực hiện các
phương pháp làm sạch sẽ giúp tăng cường hiệu quả và giảm sự phụ thuộc vào lao động con
người.
Đề tài nghiên cứu này nhằm đưa ra giải pháp sử dụng robot vệ sinh tấm pin năng lượng
mặt trời để tăng cường hiệu suất, tiết kiệm thời gian và công sức, và đảm bảo hoạt động hiệu
quả và bền vững của hệ thống năng lượng mặt trời.
2.2 TIÊU CHÍ THIẾT KẾ CỦA ROBOT
• Tính sáng tạo và sự tối ưu: Mang lại giá trị cao, cải thiện hơn so với các phương pháp
thủ công, tối ưu chi phí thiết kế so với các Robot trên thị trường.

• Tính tương thích: Phù hợp với các mơ hình lắp đặt năng lượng mặt trời.
• Hiệu suất và hiệu quả: Đảm bảo Robot hoạt động hiệu quả, đáp ứng được các nhu cầu
thiết yếu của khách hàng và tiết kiệm thời gian.
• Thân thiết với người dùng: Thao tác vận hành dễ dàng, dễ sử dụng.
• Tính linh hoạt: Các chi tiết có thể tháo rời giúp quá trình vận chuyển dễ dàng.
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH ĐƯỢC THỰC HIỆN
Bụi bẩn là một vấn đề quan trọng trong quá trình sử dụng tấm pin năng lượng
mặt trời để đạt hiệu suất tối ưu của tấm pin. Bụi bẩn và tạp chất có thể tích tụ trên bề mặt tấm
pin sau một thời gian sử dụng, chúng che phủ các tế bào năng lượng mặt trời và làm giảm khả
5


năng thu và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng cũng như hiệu suất và tuổi thọ
của tấm pin. Thế nên nhu cầu về việc vệ sinh định kì là vơ cùng cấp thiết cho hệ thống pin
năng lượng mặt trời.

Hình 2-1: Bụi bẩn trên tấm pin năng lượng mặt trời
Trên thị trường hiện nay, có nhiều phương pháp được sử dụng để làm sạch tấm pin
năng lượng mặt trời như làm sạch bằng con người, làm sạch bằng máy móc và bằng các cơng
nghệ tiên tiến cơng nghệ tự làm sạch hay các lớp chống bụi tự nhiên. Cách tiếp cận thường
phụ thuộc vào mức độ bụi bẩn và tạp chất trên bề mặt tấm pin, cũng như yêu cầu và sự thuận
tiện của người sử dụng.
Tuy có rất nhiều phương pháp làm sạch tấm pin nhưng đều có 2 hướng làm sạch chính:
2.3.1 Làm sạch Khơ
a. Khái quát
- Phương án này tập trung vào việc loại bỏ bụi bẩn, mảng bám và các tập chất
khô khác trên bề mặt tấm pin, thích hợp khi tấm pin khơng q bẩn nặng và khơng có lớp bụi
dày đặc.
b. Phương pháp:
- Cọ và chổi: Sử dụng cọ mềm hoặc chổi sạch để nhẹ nhàng cọ rửa bề mặt tấm

pin và loại bỏ bụi bẩn
6