Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.63 MB, 44 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">
<b>Chương 1PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ... 9</b>
1.1 Tổng quan ... 9
1.1.1 Giới thiệu ... 9
1.1.2 Cấu tạo và tính năng của robot hút bụi ... 9
1.2 Thiết lập danh sách yêu cầu ... 11
<b>Chương 2THIẾT KẾ SƠ BỘ ... 16</b>
2.1 Xác Định Các Vấn Đề Cơ Bản ... 16
2.2 Thiết Lập Cấu Trúc Chức Năng ... 17
2.2.1 Chức năng tổng thể: ... 17
2.2.2 Chức năng con của robot hút bụi: ... 17
2.3 Lựa Chọn Cấu Trúc Làm Việc. ... 21
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">3.2.6 Hút bụi ... 40
3.2.7 Quét bụi ... 41
3.2.8 Chứa bụi ... 42
3.3 Phác thảo sản phẩm ... 44
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">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 hút bụi”.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><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9"><b>1.1.1 Giới thiệu </b>
Robot hút bụi (tiếng Anh: robotic vacuum cleaner) là một robot hút bụi với lập trình thơng minh giúp tự động hóa việc hút bụi. Robot hút bụi có một số tính năng: tự động làm việc tự động lập bản đồ căn phòng lên phương án làm việc tối ưu, trang bị cảm biến bụi bẩn điều khiển lực hút, linh hoạt thay đổi theo chất liệu sàn khác nhau; màng lọc giúp lọc sạch ion siêu nhỏ và loại bỏ các chất gây kích ứng da; tia tử ngoại UV diệt khuẩn giúp robot hút bụi hiệu quả với cả rác bẩn vật lý và hóa học.
<i>Hình 1.1 Robot hút bụi </i>
<b>1.1.2 Cấu tạo và tính năng của robot hút bụi </b>
Robot hút bụi được thiết kế và lập trình đặc biệt để thực hiện những nhiệm vụ hút bụi, lau chùi sàn nhà tự động. Chúng có thể hoạt động rất tốt ở các bề mặt như sàn nhà, các tấm thảm và những chướng ngại vật có chiều cao từ 1-2cm mà khơng cần có sự can thiệp của con người. Ưu điểm lớn nhất của sản phẩm robot hút bụi đó chính là khả năng làm sạch không chỉ các vết bẩn trên sàn nhà mà còn hút sạch được các bụi bẩn trong khơng khí, mang đến khơng gian thống sạch, an tồn cho gia đình bạn. Đây là điểm mạnh vượt trội mà những dụng cụ làm sạch thông thường như chổi và máy hút bụi không thể làm được.
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">Thiết kế, cấu tạo của robot hút bụi, robot lau nhà được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo cho quá trình hoạt động, ảnh hưởng đến cách di chuyển, không gian làm sạch và khả năng hút bụi của nó. Theo đó, hầu hết các loại robot hút bụi hiện nay đều có thiết kế dạng hình trịn để di chuyển, len lỏi dễ dàng vào mọi ngóc ngách trong nhà đồng thời tránh va đập mạnh gây hư hỏng, xước các đồ vật và thiết bị. Tùy thuộc từng thương hiệu robot hút bụi lau nhà khác nhau mà cấu tạo cụ thể của máy sẽ có sự khác biệt. Tuy nhiên, thơng thường một chiếc robot hút bụi sẽ có 2 bộ phận chính bao gồm:
Thân máy hút bụi: Vỏ máy, bộ vi mạch lập trình, bánh xe, hệ thống laser định vị, hộp đựng bụi, bộ xử lý kết nối wifi.
Phụ kiện đi kèm: Đế sạc, remote, chổi quét, tường ảo (thiết bị có nhiệm vụ hạn chế khu vực làm việc cho máy).
<i>Hình 1.2 Phụ kiện robot hút bụi </i>
Sau khi khởi động máy, robot hút bụi sẽ chụp quét không gian nhà bạn bằng laser
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">vai trò làm sạch tối ưu, vừa hút bụi, gom bụi vào hộp chứa vừa thực hiện lau sàn nhà. Đặc biệt, tính năng thơng minh của robot hút bụi đó chính là hệ thống cảm biến tự tránh các chướng ngại vật, cầu thang để chống va đập.
<b>1.2 Thiết lập danh sách yêu cầu </b>
<b>2.2 Thiết Lập Cấu Trúc Chức Năng 2.2.1 Chức năng tổng thể: </b>
<i>Hình 2.1 Chức năng tởng thể của Robot hút bụi. </i>
<i>Hình 2.2 Sơ đờ cấu trúc chức năng tổng thể của Robot hút bụi. </i>
<b>2.2.2 Chức năng con của robot hút bụi: </b>
<i>Hình 2.3 </i>
<i>Chức năng sạc điện năng </i>
<i>Hình 2.4 Chức năng chọn chế độ làm việc </i>
<i>Hình 2.5 Chức năng bảo vệ hệ thống điện</i>
<i>Hình 2.6 Chức năng tránh va chạm </i>
<i>Hình 2.7 Chức năng tạo bản đờ </i>
<i>Hình 2.8 Chức năng hút bụi </i>
<i>Hình 2.9 Chức năng tích trữ bụi bẩn </i>
<i>Hình 2.10 Chức năng quyets bụi </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21"><i>Hình 2.11 Chức năng di chuyển </i>
<i>Hình 2.12 Chức năng khống chế tốc độ </i>
<i>Hình 2.13 Chức năng điều hướng di chuyển </i>
<b>2.3 Lựa Chọn Cấu Trúc Làm Việc. </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><i>Bảng 1 Lựa chọn cấu trúc làm việc </i>
<b>STT Chức năng con Giải pháp 1 Giải pháp 2 Giải pháp 3 </b>
1 Xử lý tín hiệu và điều khiển <sup>Arduino </sup> <sup>STM32 </sup> <sup>AVR </sup>
2
Sạc điện năng
Lấy năng lượng
Thơng qua sóng điện tử
Thông qua dây đồng
3 Biến đồi điện
Biến Áp 2 cuộn dây
Mạch giảm Áp
Biến áp tự ngẫu
4 Ổn định điện áp
IC ổn định nguồn <sup>Transistor ổn </sup>định nguồn
Mạch dùng diode zener
5 <i>Tích trữ năng lượng </i>
Pin Lithium- Ion
Pin axit chì
Pin niken- cadium
6
Bảo vệ hệ thống điện
Chống quá tải
IC ổn định nguồn <sup>Mạch ổn định </sup>nguồn
Mạch dùng diode zener
7 Ngắt khẩn cấp
Nguyên lý cầu chì
Nguyên lý Rơ le
8 Làm mát
Quạt tản nhiệt
Kim loại tản nhiệt
9
Phương thức khởi động
Điều khiển bằng remote
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">11
Chọn chế độ làm việc
Phương thức truyền tín hiệu
Wifi Bluetooth Sóng hồng ngoại
12 Phương thức nhận tín hiệu
Wifi Bluetooth <sup>Sóng hồng </sup>ngoại
13 Hiển thị <sup>Công nghệ LCD </sup>
Công nghệ LED
14 Thông báo
Công nghệ âm thanh
Công nghệ ánh sáng
15
Di Chuyển
Chuyển đổi điện cơ
Động cơ chổi
<i>than </i>
Động cơ không chổi than
16 <sup>Dẫn động </sup>
Ăn khớp bánh răng
A khớp ma sát
17 Giảm chấn
Hệ thống treo
Giảm chấn điện từ
18 Điều hướng di chuyển
Công nghệ bánh xe lăn
Công nghệ bánh xe cầu
Bánh xe omnidirectionl
19
Khống chế tốc độ
Đo tốc độ
Absolute encoder
Incremental encoder
20 Điều chỉnh dòng điện ra
Điều chỉnh từ vi
điều khiển <sup>Module L298 </sup>
21 <sup>Kiểm soát tốc </sup>độ
Bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PD
Bộ điều khiển PI
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">2
Hút bụi
Phương thức hút bụi
Cơ cấu cánh quạt
Gom bằng chổi gom
23 Dẫn động <sup>Truyền bánh răng </sup> <sup>Truyền đai </sup> <sup>Truyền xích </sup>
24 <sup>Chuyển đổi </sup>điện cơ
Động cơ không chổi than
Động cơ chổi than
25
Quét bụi
Phương thức quét bụi
Chổi quét
26 Dẫn động <sup>Truyền bánh răng </sup> <sup>Truyền đai </sup> <sup>Truyền xích </sup>
27 <sup>Chuyển đổi </sup>điện cơ
Động cơ không chổi than
Động cơ chổi than
28
Tích trữ bụi bẩn
Chứa bụi bẩn <sup>Vật liệu tổng hợp </sup><sup>Túi sinh học </sup> <sup>Hợp kim </sup>
29 Lọc bụi <sup>Bộ lọc HEPA </sup> <sup>Than hoạt tính </sup> <sup>Vải lọc </sup>
30 Kiểm soát lượng bụi
Cảm biến khối lượng
31 Thiết lập bản đồ <sup>Thuật toán SLAM </sup>
32 Định vị robot <sup>GPS </sup>
Cảm biến vô
tuyến <sup>Cảm biến lidar </sup>
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">33 Nhận biết vật cản <sup>Camera </sup> <sup>Sóng siêu âm </sup>
Ánh sáng hồng ngoại
34
Tránh va chạm
Đo khoảng cách vật cản
Phát sóng siêu âm
Phát tín hiệu laser
35 <sup>Kiểm sốt vị </sup>trí
Nguyên lý quang học
Cảm biến
LiDAR <sup>GPS </sup>
36 Quét vùng làm việc <sup>Camera </sup>
Cảm biến LiDAR
37 Chống va đập <sup>Nhựa ABS </sup> <sup>Nhựa PP </sup>
<b>2.4 Kết hợp các nguyên tắc làm việc. </b>
Các nguyên tác làm việc được kết hợp thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng 2. Cụ thể những nguyên tắc được đặt kí hiệu cùng màu sẽ tạo thành một biến thể. Theo bảng 2 ta có thể thấy có ba biến thể với ba màu khác nhau được chọn ra tương ứng màu xanh (biến thể 1), màu đỏ (biến thể 2), và màu vàng (biến thể 3). Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra.
Lựa chọn biến thể phù hợp. Sau khi hợp các nguyên tắc làm việc ta được ba biến thể tiêu biểu:
Biến thể 1 :
1.1 – 2.1 – 3.1 – 4.1 -5.3 – 6.1 – 7.1 – 8.2 – 9.1 – 10.1 – 11.1 – 12.2 – 13.1 – 14.1 – 15.3 – 16.2 – 17.1 – 18.3 – 19.3 – 20.1 – 21.1 – 22.1 – 23.1 – 24.1 – 25.3 – 26.1 – 27.1 – 28.1 – 29.1 – 30.1 – 31.1– 32.1– 33.2– 34.1– 35.2– 36.1– 37.1
Biến thể 2 :
1.2 – 2.3 – 3.2 – 4.2 – 5.1 – 6.3 – 7.2 – 8.3 – 9.1 – 10.1 – 11.1 – 12.1 – 13.2 – 14.2 – 15.1 – 16.1 – 17.2 – 18.1 – 19.1 – 20.2 – 21.2 – 22.2 – 23.1 – 24.2 – 25.1 – 26.2 – 27.2 – 28.1 – 29.1 – 30.1 – 31.1– 32.3– 33.1– 34.2– 35.3– 36.2– 37.1
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">Biến thể 3 :
1.3 – 2.3 – 3.3 – 4.3 – 5.2 – 6.3 – 7.3 – 8.2 – 9.3 – 10.3 – 11.3 – 12.3 – 13.3 – 14.3 – 15.2 – 16.2 – 17.3 – 18.2 – 19.2 – 20.3 – 21.1 – 22.3 – 23.2 – 24.2 – 25.2 – 26.3 – 27.2 – 28.1 – 29.2 – 30.1 – 31.1– 32.2– 33.3– 34.1– 35.1– 36.1– 37.2.
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, ta xây dựng một cây mục tiêu. Trong cay mục tiêu bao gồm những tiêu chí đặt ra cho biến thể. Trong những tiêu chí lớn có những tiêu chí nhỏ hơn được đặt ra. Số điểm bên trái (w) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tiêu chí lớn hơn, số điểm bên phải (wt) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tổng thể hệ thống.
<b>2.1 Tổng Hợp, Đánh Giá Các Biến Thể </b>
<i>Bảng 2 Đánh giá các biến thể </i>
<b>STT Tiêu chí Tiêu chí con Biến thể 1 Biến thể 2 Biến thể 3 </b>
điện <sup>0.3 </sup> <sup>7 </sup> <sup>0.21 </sup> <sup>9 </sup> <sup>0.27 </sup> <sup>8 </sup> <sup>0.24 </sup>4 <sup>Tuổi thọ </sup>
pin <sup>0.15 </sup> <sup>8 </sup> <sup>1.2 </sup> <sup>9 </sup> <sup>1.35 </sup> <sup>6 </sup> <sup>0.9 </sup>
5
Hệ thống điện an toàn ổn định
điện áp <sup>0.2 </sup> <sup>6 </sup> <sup>0.12 </sup> <sup>8 </sup> <sup>0.16 </sup> <sup>7 </sup> <sup>0.14 </sup>
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">độ
0.4 8 0.48 6 0.36 8 0.48
11
Điều hướng di
0.3 7 0.315 5 0.225 6 0.27
13
Phương thức quét
bụi
0.4 8 0.48 8 0.48 8 0.48
14
Chuyển đổi điện
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">18
Tránh va chạm với vật thể
xung quanh
việc
0.3 8 0.36 6 0.27 6 0.27
hướng <sup>0.1 </sup> <sup>6 </sup> <sup>0.09 </sup> <sup>7 </sup> <sup>0.105 </sup> <sup>7 </sup> <sup>0.105 </sup>22 <sup>Thiết lập </sup>
bản đồ <sup>0.2 </sup> <sup>9 </sup> <sup>0.27 </sup> <sup>9 </sup> <sup>0.27 </sup> <sup>9 </sup> <sup>0.27 </sup>
Qua quá trình đánh giá ta thấy biến thể số 1 có điểm đánh giá cao 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><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29"><b>3.1.1 Tạo sơ đồ hệ thống </b>
<b>3.1.2 Nhóm chức năng </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">Khối Pin Mạch điện Khối điều khiển Bánh xe
Bánh xe điều hướng Cảm biến va chạm Cảm biến laser Màn hình Vỏ bảo vệ Chổi quét Đầu hút Hộp đựng rác
<b>3.1.3 Bố trí layout </b>
Nhóm 1: Nhóm năng lượng Nhóm 2: Nhóm an tồn điện Nhóm 3: Nhóm điều khiển Nhóm 4: Nhóm di chuyển
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">Nhóm 6: Nhóm cảm biến Nhóm 7: Nhóm hiển thị Nhóm 8: Nhóm kết cấu
Nhóm 9: Nhóm thu gom bụi bẩn Nhóm 10: Nhóm chứa bụi bẩn
<b>3.1.4 Xác lập các layout thô xác định các bộ phận thực hiện chức năng chính </b>