báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài máy khắc laser robot vượt địa hình

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.53 MB, 70 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử Robot vượt địa hình

Giáo viên hướng dẫn TS.Nguyễn Văn Trường

Sinh viên thực hiện Nguyễn Doãn Tấn 2020600393 Đinh Hồng Dương 2020601674

Hà Nội - 2023

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

NỘI DUNG 1. PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ... 8

1.1. Nhu cầu thị trường ... 8

1.2. Khảo sát thị trường ... 9

1.3. Giới thiệu robot vượt địa hình ... 12

1.4. Lên ý tưởng thiết kế ... 13

1.5. Thiết lập danh sách yêu cầu: ... 14

NỘI DUNG 2. THIẾT KẾ SƠ BỘ ... 17

2.4.2. Đánh giá các biến thể giải pháp nguyên tắc ... 30

NỘI DUNG 3. THIẾT KẾ CỤ THỂ ... 35

3.1. Xác định các phương án, yêu cầu và các ràng buộc không gian ... 35

3.2. Thiết kế sơ đồ hệ thống ... 36

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

3.5. Linh kiện, module điện - điện tử ... 53

3.5.1. Cơ cấu chuyển động ... 53

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các ngành cơng nghiệp ... 9

Hình 1.2 Nhu cầu sử dụng robot vượt địa hình ... 9

Hình 1.3 Yêu cầu về khả năng vượt địa hình ... 10

Hình 1.4 Yêu cầu về hiệu suất và khả năng làm việc ... 10

Hình 1.5 Yêu cầu về an toàn và độ tin cậy ... 11

Hình 1.6 Giá thành của sản phẩm ... 11

Hình 1.7 Robot vượt địa hình hiện đại hiện nay ... 12

Hình 2.1 Chức năng tổng thể của robot vượt địa hình ... 20

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của robot vượt địa hình ... 21

Hình 2.3 Cấu trúc chức năng con điều khiển từ xa ... 22

Hình 2.4 Cấu trúc chức năng con lấy nguồn ... 22

Hình 2.5 Cấu trúc chức năng con lưu trữ năng lượng ... 23

Hình 2.6 Cấu trúc chức năng con bảo vệ hệ thống điện ... 23

Hình 2.7 Cấu trúc chức năng con xử lý và điều khiển ... 24

Hình 2.8 Cấu trúc chức năng con giám sát vị trí robot... 24

Hình 2.9 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ ... 25

Hình 2.10 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ ... 25

Hình 2.11 Cấu trức chức năng giám sát chiều cao vật cản ... 26

Hình 2.12 Cấu trúc chức năng kiểm sốt độ sụt lún ... 26

Hình 2.13 Cấu trúc chức năng vượt địa hình ... 27

Hình 2.14 Cấu trúc chức năng chiếu sáng ... 27

Hình 2.15 Cấu trúc chức năng ghi hình ảnh ... 27

Hình 2.16 Sơ đồ cây đánh giá biến thể giải pháp ... 32

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống robot vượt địa hình ... 36

Hình 3.2 Phác thảo sơ bộ hình dạng robot ... 37

Hình 3.3 Bố trí sơ bộ các bộ phận bên trong robot ... 38

Hình 3.4 Layout thơ của robot vượt địa hình ... 39

Hình 3.5 Quy trình chế tạo robot ... 41

Hình 3.6 Bản vẽ lắp ráp robot vượt địa hình ... 41

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Hình 3.7 Phác thảo sơ bộ cụm bánh xích ... 42

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý robot 2 bánh vi sai chủ động ... 43

Hình 3.9 Cơ cấu di chuyển của robot ... 44

Hình 3.10 Sơ đồ khối mạch điện robot ... 46

Hình 3.11 Sơ đồ khối mạch điện điều khiển từ xa ... 47

Hình 3.12 Mơ hình động học robot 2 bánh chủ động visai ... 48

Hình 3.13 Mơ hình động học robot 2 bánh chủ động visai ... 49

Hình 3.14 Mơ tả 3D robot vượt địa hình ... 51

Hình 3.15 Góc nhìn sau của robot ... 51

Hình 3.16 Bản vẽ chi tiết cơ khí của Robot ... 52

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bảng danh sách yêu cầu ... 14

Bảng 2.1 Nguyên lý làm việc cho từng chức năng robot vượt địa hình ... 28

Bảng 2.2 Đánh giá các biến thể ... 33

Bảng 3.1 Mô tả một số chức năng và nhiệm vụ đặt ra cho các nhóm thiết kế ... 39

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM

I. Thơng tin chung

1. Tên lớp: ME6061.2 Khóa: 15 2. Tên nhóm: N03

Họ và tên thành viên

- Nguyễn Doãn Tấn MSV:2020600393 - Đinh Hồng Dương MSV:2020601674 - Đoàn Hải Long MSV:2020600420

II. Nội dung học tập

1. Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử: Robot vượt địa hình 2. Hoạt động của sinh viên

Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

- Thiết lập danh sách yêu cầu

Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ

- Xác định các vấn đề cơ bản - Thiết lập cấu trúc chức năng - Phát triển cấu trúc làm việc - Lựa chọn cấu trúc làm việc

Nội dung 3: Thiết kế cụ thể

- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống

- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác. Áp dụng các cơng cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mơ phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm.

3. Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch bài tập lớn.

III. Nhiệm vụ học tập

1. Hoàn thành bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày 08/05/2023 đến ngày 11/06/2023).

2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng đánh giá.

IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1. Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo.

2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính.

KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Anh Tú TS. Nguyễn Văn Trường

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây ngành cơ điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm.

Song song với q trình phát triển đó là u cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử. Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết. Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới.

Học phần Thiết kế hệ thống cơ điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch cơng việc theo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả. Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và cơng việc sau này.

Sau quá trình học tập và tự tìm hiểu về học phần, nhóm sinh viên đã lựa chọn và hoàn thành báo cáo bài tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Robot vượt địa hình”. Đây là một đề tài hay và có tính ứng dụng cao trong đời sống đồng thời cũng là cơ sở cho những nghiên cứu và sản phẩm sau này của sinh viên.

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

NỘI DUNG 1. PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 1.1. Nhu cầu thị trường

Các ngành công nghiệp như khai thác mỏ, nơng nghiệp, xây dựng, và qn sự thường có nhu cầu sử dụng robot vượt địa hình để thực hiện các nhiệm vụ trong mơi trường khắc nghiệt và khó tiếp cận. [1]

Khai thác mỏ: Robot vượt địa hình có thể được sử dụng để khám phá và khai thác mỏ trong môi trường đáy hồ, hang động, hoặc các khu vực khó tiếp cận khác. Chúng có thể thực hiện công việc như khảo sát địa chất, vận chuyển vật liệu, giám sát an toàn và thực hiện cơng việc sửa chữa.

Nơng nghiệp: Robot vượt địa hình có thể hỗ trợ trong việc quản lý đất, kiểm sốt mơi trường và thu hoạch trong mơi trường nơng nghiệp khắc nghiệt như ruộng lúa, vườn trái cây hoặc đồng cỏ. Chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ như phun thuốc trừ sâu, tưới nước, thu hoạch tự động và giám sát vùng đồng cỏ.

Xây dựng: Trong ngành xây dựng, robot vượt địa hình có thể hỗ trợ trong việc thực hiện các nhiệm vụ khó khăn như di chuyển vật liệu xây dựng trên địa hình gồ ghề, nghiên cứu và khảo sát môi trường xây dựng, hoặc thực hiện công việc xây dựng trong các khu vực khó tiếp cận. [2]

Quân sự: Robot vượt địa hình được sử dụng trong quân sự để thực hiện các nhiệm vụ như khám phá môi trường chiến trường, vận chuyển hàng hóa, cung cấp hỗ trợ y tế và sửa chữa, hoặc thực hiện các nhiệm vụ trinh sát và giám sát.

Năng lượng: Trong ngành năng lượng, robot vượt địa hình có thể được sử dụng để kiểm tra và bảo trì các cấu trúc hạ tầng năng lượng như giàn khoan dầu khí, cơng trình điện gió, hoặc các trạm điện mặt trời. Chúng có khả năng di chuyển trên địa hình gồ ghề và thực hiện các nhiệm vụ kiểm tra, sửa chữa và giám sát.

Khám phá và khoa học: Robot vượt địa hình có thể được sử dụng để khám phá các khu vực hoang dã, môi trường địa chất đặc biệt, hoặc nghiên cứu khoa học trong môi trường khắc nghiệt. Chúng có khả năng thu thập dữ liệu, mẫu vật và giám sát môi trường một cách hiệu quả.

Cứu hộ và cứu nạn: Trong các tình huống cứu hộ và cứu nạn, robot vượt địa hình có thể được sử dụng để tìm kiếm và cứu hộ trong mơi trường khắc nghiệt như vùng núi, vùng lũ lụt hoặc các khu vực nguy hiểm. Chúng có khả năng di chuyển an toàn và cung cấp trợ giúp đến những khu vực mà con người khó tiếp cận.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Nhu cầu sử dụng robot vượt địa hình

Khám phá mơi trường tự nhiênCứu hộ

Vận chuyển hàng hóa trong khu vực khó tiếp cận

Cơng việc xây dựng trên địa hình gồ ghề

Khai thác mỏ56%Nơng nghiệp

25%Xây dựng

Qn sự6%

Các ngành cơng nghiệp

Khai thác mỏNơng nghiệpXây dựngQn sự

Hình 1.1 Các ngành cơng nghiệp

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 1.3 Yêu cầu về khả năng vượt địa hình

Hình 1.4 Yêu cầu về hiệu suất và khả năng làm việc

Yêu cầu về khả năng vượt địa hình

Khả năng di chuyển trên địa hình gồ ghề

Khả năng vượt qua chướng ngại vật

Khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt như nước, bùn, đáKhả năng làm việc trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt

Yêu cầu về hiệu suất và khả năng làm việc

Tốc độ di chuyểnThời gian hoạt động

Khả năng vận chuyển hàng hóaKhả năng thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Hình 1.5 u cầu về an tồn và độ tin cậy

Hình 1.6 Giá thành của sản phẩm

Yêu cầu về an tồn và độ tin cậy

Tính năng an tồnĐộ tin cậy của robotHệ thống kiểm soát từ xa

8,2; 58%3,2; 23%

1,4; 10%1,2; 9%

Giá thành

Dưới $1000$1000 - $5000$5000 - $10000Trên $10000

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

1.3. Giới thiệu robot vượt địa hình

Robot là một loại máy có thể thực hiện cơng việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot được lập trình sẵn theo một trình tự nhất định và sử dụng mục đích phục vụ cơng việc lắp ráp, sản xuất hoặc chế biến sản phẩm. Robot hỗ trợ rất nhiều cho con người, đặc biệt là trong những môi trường khắc nghiệt, độc hại và nguy hiểm. [3]

Trong đó, Robot vượt địa hình có nhiều lợi ích trong qn sự, trong nghiên cứu. Nó có khả năng thăm dị những khu vực mà con người khơng đến được thậm chí trong khám phá vũ trụ. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật. Cộng với nhu cầu con người ngày càng cao, tiềm năng ứng dụng của robot địa hình quân sự càng rộng lớn. Có thể kể tới một vài ứng dụng của robot như:

- Kiểm tra trong các môi trường nguy hiểm, khắc nhiệt những nơi nhiễm khí độc, mơi trường nước, các đường ống ngầm…

- Dùng trong lĩnh vực quân sự, robot do thám…

- Một ưu điểm khác của robot địa hình quân sự phải kể đến là tính linh hoạt và thích nghi khi làm việc ở những vị trí và địa hình khác nhau, điều này mở ra cho robot vượt địa hình qn sự có thêm nhiều ứng dụng mới

Hình 1.7 Robot vượt địa hình hiện đại hiện nay

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

1.4. Lên ý tưởng thiết kế

1. Động cơ và khả năng di chuyển: Xác định loại động cơ phù hợp và hệ thống di chuyển cho robot vượt địa hình. Các tùy chọn có thể bao gồm bánh xe, chân, chân bánh xe, hay cả ba loại để cung cấp sự ổn định và khả năng vượt qua địa hình đa dạng.

2. Khả năng chống sốc và chống nước: Thiết kế robot với khả năng chống sốc để chịu được va đập và rung động trong môi trường khắc nghiệt. Hơn nữa, nếu ứng dụng yêu cầu, đảm bảo robot có khả năng chống nước, chống bụi và chịu được môi trường ẩm ướt hoặc dưới nước.

3. Cảm biến và hệ thống điều khiển: Bao gồm các cảm biến như cảm biến khoảng cách, cảm biến gia tốc, cảm biến áp suất, cảm biến hình ảnh và hệ thống định vị để giúp robot phân loại địa hình, tránh vật cản và điều khiển di chuyển một cách chính xác.

4. Thiết kế cơ học: Xây dựng một khung gầm cứng với vật liệu chất lượng cao và nhẹ để giảm trọng lượng và tăng độ bền của robot. Đồng thời, thiết kế các cơ cấu chuyển động, cơ cấu nâng hạ và các bộ phận cần thiết khác để đáp ứng các nhiệm vụ và yêu cầu cụ thể.

5. Pin và nguồn năng lượng: Lựa chọn nguồn năng lượng phù hợp cho robot, chẳng hạn như pin lithium-ion hoặc pin nhiên liệu, để đảm bảo thời gian hoạt động lâu dài và hiệu suất tốt trong môi trường khắc nghiệt.

6. Giao diện robot: Thiết kế một giao diện robot dễ sử dụng và tương tác để người điều khiển có thể điều khiển robot một cách hiệu quả và theo dõi các thông số hoạt động.

7. Tích hợp cơng nghệ thơng tin: Xem xét tích hợp các cơng nghệ thơng tin như hệ thống định vị GPS, kết nối mạng không dây, cảm biến hình ảnh và video, và hệ thống xử lý dữ liệu để thu thập, xử lý và truyền dữ liệu một cách hiệu quả. Điều này có thể cung cấp thông tin thời gian thực về địa hình, mơi trường và các thơng số khác cho người điều khiển và hỗ trợ quyết định trong quá trình hoạt động. 8. Bảo trì và sửa chữa dễ dàng: Thiết kế robot với khả năng dễ dàng bảo trì và sửa

chữa. Cung cấp khả năng truy cập và thay thế các thành phần và linh kiện dễ dàng, giảm thời gian tắt máy và đảm bảo sự liên tục trong hoạt động.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

9. An toàn và bảo mật: Đảm bảo rằng robot vượt địa hình được thiết kế với các biện pháp an toàn và bảo mật, bao gồm cơ chế ngăn chặn va chạm, cơ chế bảo vệ quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu, và các biện pháp bảo vệ khác để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy. [4]

10. Chi phí và hiệu quả kinh tế: Xem xét các yếu tố về chi phí và hiệu quả kinh tế trong quá trình thiết kế robot vượt địa hình. Đảm bảo rằng giá thành sản xuất và vận hành robot là hợp lý và cạnh tranh trên thị trường. Tìm hiểu về giá trị gia tăng mà robot có thể mang lại cho khách hàng và tính tốn kỳ vọng về lợi nhuận để đảm bảo rằng sản phẩm có thể được thị trường chấp nhận và mang lại lợi ích kinh tế. [5]

1.5. Thiết lập danh sách yêu cầu:

Bảng 1.1 Bảng danh sách yêu cầu

Chịu Trách Nhiệm Ngày

Thay Đổi

D

7/6/2023 D

Hình dạng:

- Chiều dài: 570 – 630 mm - Chiều rộng: 470 – 530 mm - Chiều cao: 270 – 330 mm - Trọng lượng robot: <18 kg

Nhóm 3 D

D D

D W

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

D D D D D D W

Năng lượng:

- Robot có khả năng lưu trữ điện - Công suất: >150W

- Nguồn sạc: 220v – 50Hz - Thời gian sạc: <1h

- Thời gian hoạt động: >3h - Điện áp làm việc 12-24V

- Nguồn tích điện có thể thay đổi dễ dàng

D D W D D W

Vật liệu:

- Hoạt động ở nhiệt độ: -100C – 600C - Hoạt động ở độ ẩm: 10% - 95% - Kháng nước ở độ sâu: <700m - Cách điện khi hoạt động dưới nước - Độ cứng vỏ robot: > 40 HRC - Tuổi thọ: >5 năm

D D D D D W

An toàn:

- Cảnh báo pin yếu

- Cảnh báo sắp quá phạm vị hoạt động - Cảnh báo vượt cản

- Có đèn chiếu sáng D

Lắp ráp:

- Lắp ráp kín khơng bị lọt bụi bẩn vào bên trong

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Công thái học:

- Thay thế và tháo lắp các bộ phận dễ dàng - Thiết kế tối giản, dễ sử dụng

D D

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

NỘI DUNG 2. THIẾT KẾ SƠ BỘ 2.1. Xác định các vấn đề cơ bản

Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp

đến chức năng và các ràng buộc cần thiết:

Hình dạng:

- Chiều dài 570 – 630 mm. - Chiều rộng 470 – 530 mm. - Chiều cao 270 – 330 mm. - Trọng lượng robot <18 kg. Động học:

- Vận tốc tối đa: < 25km/h.

- Vận tốc vượt chướng ngại vật < 5km/h.

- Vượt chướng ngại vật có chiều cao >100 mm. Năng lượng:

- Robot có lưu trữ điện. - Cơng suất >150W. - Nguồn sạc 220v – 50Hz. - Thời gian sạc <1h.

- Thời gian hoạt động >3h. - Điện áp làm việc 12-24V. Vật liệu:

- Nhiệt độ hoạt động -100C đến 600C. - Độ ẩm hoạt động 10% đến 95%. - Cách điện dưới nước.

- Độ cứng vỏ robot > 40 HRC. Tín hiệu:

- Robot điều khiển từ xa. - Phạm vi điều khiển < 1km.

- Chụp ảnh không gian xung quang 3600. - Giám sát nhiệt độ, độ ẩm.

- Truyền thông tin thu thập về máy chủ có độ trễ <1s.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

An toàn:

- Cảnh báo pin yếu.

- Cảnh báo phạm vị hoạt động. - Cảnh báo vượt cản.

- Dễ dàng thao lắp, thay thế các linh kiện hỏng

Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng

thành các tuyên bố thiết yếu:

+ Hình dạng:

- Chiều ngang - Chiều rộng - Chiều cao - Trọng lượng + Động học:

- Vận tốc robot

- Góc nghiêng địa hình + Năng Lượng:

- Có bình điện tích trữ năng lượng - Thời gian sạc

- Tuổi thọ bình tích điện - Điện áp hoạt động - Thời gian hoạt động + Vật liệu:

- Robot chịu được va đập

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

- Độ cao rơi an toàn - Nhiệt độ hoạt động - Độ ẩm hoạt động - Tuổi thọ robot + Điều khiển:

- Robot điều khiển từ xa - Phạm vi điều khiển + Giám sát:

- Không gian xung quang trong điều kiện thiếu và đủ sáng - Mơi trường

- Vị trí - Vận tốc + Hiển thị:

- Bộ điều khiển từ xa: Có màn hình hiển thị thơng tin + An tồn:

+ Quản lí chất lượng:

- Thử nghiệm các yêu cầu trong danh sách yêu cầu - Thử nghiệm tính ổn định của hệ thống theo thời gian + Lắp ráp:

- Lắp ráp kín đảm bảo cho robot không bị thấm nước khi đi vào địa hình ngập lụt hoặc thời tiết mưa

Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước

- Vận tốc - Vượt địa hình

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

- Bình tích điện - Thời gian hoạt động - Robot điều khiển từ xa

- Giám sát môi trường, địa hình

Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp

Thiết kế robot vượt địa hình và thu thập dữ liệu mơi trường.

2.2. Thiết lập cấu trúc chức năng:

2.2.1. Chức năng tổng thể

Khái quát chức năng tổng thể của robot vượt địa hình:

Ghi chú:

- Dịng năng lượng: - Dịng tín hiệu: - Dịng vật chất:

Hình 2.1 Chức năng tổng thể của robot vượt địa hình

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc chức năng của robot vượt địa hình

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

2.2.2. Các chức năng con

- Điều khiển từ xa:

Hình 2.3 Cấu trúc chức năng con điều khiển từ xa

- Cấp điện:

Hình 2.4 Cấu trúc chức năng con lấy nguồn

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Điện năng

Tín hiệu

điều khiển tín hiệu Thu

Phát tín hiệu

Dữ liệu giám sát

Xử lý và điều khiển

Vị trí robot

Ghi tọa độ robot

Tọa độ robot

Hình 2.7 Cấu trúc chức năng con xử lý và điều khiển

Hình 2.8 Cấu trúc chức năng con giám sát vị trí robot

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Hình 2.9 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ

Hình 2.10 Cấu trúc chức năng con điều khiển tốc độ quay động cơ

Xử lý và điều khiển

Giám sát vòng quay

điện cơ

Cơ năng

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

- Giám sát chiều cao vật cản:

Hình 2.11 Cấu trức chức năng giám sát chiều cao vật cản

- Kiểm sốt độ sụt lún:

Hình 2.12 Cấu trúc chức năng kiểm sốt độ sụt lún

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 2.15 Cấu trúc chức năng ghi hình ảnh

2.3. Phát triển cấu trúc làm việc

2.3.1. Nguyên lý làm việc:

Phương pháp được áp dụng để tìm kiếm nguyên tắc làm việc là: Phương pháp thông thường: Thu thập thơng tin và phân tích các hệ thống kỹ thuật hiện có.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Bảng 2.1 Nguyên lý làm việc cho từng chức năng robot vượt địa hình

Giải pháp

1

Điều khiển từ

Bảo vệ lưu điện Mạch bảo vệ ắc quy vệ pin cell Mạch bảo

14

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

15

Bảo vệ hệ thống

điện

Ngắt điện

Công tắc ngắt điện khẩn cấp

Công tắc thường

độ

Chuyển đổi điện-

than

Động cơ DC

Động cơ Step

25 Giám sát chiều cao vật cản Cảm biến siêu âm Cảm biến LiDAR

26 Kiểm soát độ sụt lún Cảm biến siêu âm Cảm biến LiDAR

27

Vượt địa hình

Tránh vật cản Kiểu vi sai Ackerman Kiểu

lăn

Chuyển động bánh

xích

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

29

Chiếu sáng

31

Ghi hình ảnh

Ghi hình ảnh Camera IP Camera FPV Camera wifi

2.4. Lựa chọn cấu trúc làm việc

2.4.1. Lựa chọn biến thể phù hợp

Biến thể 1:1.2 – 2.1 – 3.1 – 4.1 – 5.1 – 6.1 – 7.1 – 8.2 – 9.2 – 10.1 – 11.2 – 12.2 – 13.2 – 14.1 – 15.1 – 16.1 – 17.1 – 18.1 – 19.2 – 20.1 – 21.2 – 22.2 – 23.2 – 24.1 – 25.1 – 26.1 – 27.1 – 28.2 – 29.2 – 30.2 – 31.2 – 32.1 – 33.1.

Biến thể 2:1.1 – 2.2 – 3.3 – 4.2 – 5.2 – 6.2 – 7.2 – 8.2 – 9.1 – 10.2 – 11.1 – 12.2 – 13.2 – 14.1 – 15.1 – 16.2 – 17.2 – 18.2 – 19.1 – 20.2 – 21.1 – 22.1 – 23.1 – 24.2 – 25.2 – 26.2 – 27.2 – 28.1 – 29.1 – 30.3 – 31.1 – 32.2 – 33.2.

Biến thể 3:1.2 – 2.3 – 3.2 – 4.3 – 5.3 – 6.1 – 7.3 – 8.1 – 9.1 – 10.2 – 11.3 – 12.1 – 13.1 – 14.2 – 15.2 – 16.1 – 17.2 – 18.3 – 19.3 – 20.3 – 21.3 – 22.3 – 23.3 – 24.2 – 25.1 – 26.1 – 27.1 – 28.1 – 29.1 – 30.1 – 31.3 – 32.3 – 33.3

2.4.2. Đánh giá các biến thể giải pháp nguyên tắc

Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh các biến thể. Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiêu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế để có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

tiêu chí, ta xây dựng một cây mục tiêu. Trong cây mục tiêu bao gồm những tiêu chí đặt ra cho biến thể. Trong các tiêu chí lớn có những tiêu chí nhỏ hơn được đặt ra.

Các tiêu chí để đánh giá các biến thể:

- Hệ thống hoạt động tin cậy. - Điều khiển ổn định.

- Sản xuất đơn giản. - Giá thành rẻ.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Hình 2.16 Sơ đồ cây đánh giá biến thể giải pháp

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Sau khi sơ đồ cây được thiết lập, từ các dữ liệu đó ta có bảng tổng hợp đánh giá:

Bảng 2.2 Đánh giá các biến thể

Điểm tiêu

chí

Điểm đánh giá Biến

thể 1

Biến thể 2

Biến thể 3

Hệ thống

hoạt động an toàn

Cấp điện

Chuyển đổi AC-DC 0.02 0.012 0.008 0.008

Lưu trữ điện

Bảo vệ lưu điện 0.024 0.0144 0.0144 0.0096

Hiển thị dung lượng 0.008 0.0032 0.0032 0.0048

Bảo vệ hệ thống điện

Chống ngắn mạch 0.016 0.0064 0.0096 0.0064 Phát khẩn cấp 0.012 0.006 0.0036 0.0036

Điều khiển ổn định

Xử lý và điều khiển

Nhận tín hiệu 0.02 0.008 0.006 0.006

Phát tín hiệu 0.02 0.008 0.006 0.006

Giám sát tốc độ

Chuyển đổi điện- cơ

Biến đổi công suất

0.027 0.0162 0.0054 0.0054 Tạo cơ

năng 0.063 0.0378 0.0126 0.0126 Đo vòng quay 0.06 0.036 0.024 0.024

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Điều khiển từ xa

Thu tín hiệu 0.0125 0.005 0.0025 0.005 Phát tín hiệu 0.0125 0.005 0.0025 0.005 Lưu trữ năng lượng 0.025 0.015 0.01 0.015 Thu hình ảnh 0.05 0.02 0.015 0.015 Hiển thị hình ảnh 0.025 0.015 0.015 0.01

Sản xuất đơn giản

Vượt địa hình

Tránh vật cản 0.018 0.0072 0.0108 0.0072 Di chuyển 0.042 0.0252 0.0168 0.0168

Giám sát chiều cao vật cản 0.04 0.024 0.016 0.024 Kiểm soát độ sụt lún 0.04 0.024 0.016 0.024

Giá thành

rẻ

Chiếu sáng

Đóng mở điện 0.008 0.004 0.004 0.004 Chiếu sáng 0.032 0.016 0.0064 0.0096 Ghi

hình ảnh

Ghi hình ảnh 0.042 0.021 0.0126 0.0084 Phát tín hiệu 0.018 0.0072 0.0054 0.0054

Kết luận:

Qua quá trình đánh giá ta thấy biến thể số 1 có số điểm đánh giá cáo nhất và xếp hạng tổng thể tốt nhất. Điều đó cơ bản chứng tỏ biến thể 1 được tối ưu tốt nhất đối với các tiêu chí đề ra. Biến thể 1 do đó đại diện cho một giải pháp nguyên tắc tốt để bắt đầu giai đoạn thiết kế cụ thể.

</div>