Đồ Án Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Xe Tự Hành Bám Đường Tránh Vật Cản

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.44 MB, 75 trang )

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

<b>Lời Cảm Ơn </b>

<b> </b>

Trải qua 3 năm học tập tại trường Đại học Công nghệ Tp.HCM, nơi đã trang bị cho chúng em những kiến thức về chuyên môn cũng như đời sống để có được hành trang tốt nhất cho tương lai. Đồ án mơn học ngày hơm nay chính là những kiến thức đã được tổng hợp đầy đủ nhất mà chúng em đã tích lũy được trong thời gian học tập tại trường. Qua đây, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô trong viện Kỹ Thuật HUTECH, bộ môn Công nghệ kỹ thuật ô tô và đặc biệt là TS Phạm Văn Thức đã tận tình hướng dẫn chúng em hồn thành đồ án lần này. Chúng em chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, giúp đỡ các thế hệ sinh viên tiếp theo. Cảm ơn gia đình đã luôn tin tưởng và hi vọng, là nguồn động lực lớn nhất cho chúng con.

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

MỤC LỤC

<small>CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG ... 7 </small>

<b><small>1.1 Giới thiệu đề tài ... 7 </small></b>

<b><small>1.2.1 Giới thiệu xe tự hành ... 8 </small></b>

<b><small>1.3 Lựa chọn phương án xây dựng ... 16 </small></b>

<b><small>1.4 Nhiệm vụ và phương hướng đề tài ... 16 </small></b>

<b><small>1.4.1 Nhiệm vụ ... 16 </small></b>

<b><small>1.4.2 Phương hướng xây dựng đề tài ... 17 </small></b>

<small>CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT ... 18 </small>

<b><small>2.1 Giới thiệu chương... 18 </small></b>

<b><small>2.2 Yêu cầu kỹ thuật ... 18 </small></b>

<b><small>2.3 Phân tích phương án lựa chọn ... 19 </small></b>

<b><small>2.7 Nguồn điện một chiều (Pin) ... 32 </small></b>

<b><small>2.7.1 Giới thiệu chung ... 32 </small></b>

<b><small>2.7.2 Thông số kỹ thuật ... 33 </small></b>

<b><small>2.8 Khung gầm xe HSP ... 34 </small></b>

<b><small>2.8.1 Giới thiệu chung ... 34 </small></b>

<b><small>2.8.2 Thông số kỹ thuật ... 35 </small></b>

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

<b><small>2.9 Tính tốn kỹ thuật... 36 </small></b>

<b><small>2.9.1 Tính tốn hệ thống treo ... 36 </small></b>

<b><small>2.9.2 Tính tốn hệ thống dẫn động ... 40 </small></b>

<b><small>2.9.3 Tính toán nguồn điện ... 42 </small></b>

<small>CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ ... 44 </small>

<b><small>3.1 Giới thiệu chương... 44 </small></b>

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

Hình 2.6: Cấu tạo của rotor động cơ ... 26

Hình 2.7: Stator của động cơ ... 27

Hình 2.8: Cổ góp và chổi than... 28

Hình 2.9: Động Cơ RC Servo MG996R ... 31

Hình 2.10: Pin Sạc Lipo Rechargeable Battery Lion ... 33

Hình 2.11: HSP 1/10 Electric OnRoad Lipo 60km/h RTR ... 34

Hình 2. 12: Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo. ... 38

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

Hình 3.17: Xe khi lắp linh kiện ... 52

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

Đồ án môn học của nhóm em là tính tốn và chế tạo hệ thống xe tự hành bám đường và tránh vật cản. Trong đồ án, nhóm đặt ra mục tiêu điều khiển xe di chuyển thông minh tránh các vật cản lấy, dừng đỗ đúng vị trí. Với mục tiêu đó, chúng em đã vận dụng kiến thức về cơ khí, lý thuyết điều khiển tự động để tính tốn và chế tạo nên một chiếc xe tự hành. Từ đó có thể lựa chọn các thiết bị phù hợp.

Về phần cứng, nhóm xây dựng mơ hình bằng vật liệu hợp kim nhôm để đảm bảo độ cứng vững cho xe khi di chuyển. Hệ thống điều khiển sử dụng Arduino R3, Raspberry pi 4, Cảm biến tiệm cận, mạch cầu LM 298 kết hợp với driver L298 để điều khiển động cơ. Cảm biến GM65, cảm biến vạch line và cảm biến siêu âm có nhiệm xác đinh vị trí xe, xác định đường đi và khoảng cách, báo vật cản. Từ đó định hướng được hướng đi cho xe.

Về phần mềm, nhóm sử dụng Solidworks và AutoCad để thiết kế mơ hình, sử dụng phần mềm Arduino IDE để điều khiển chuyển động của xe. Dùng phần mềm matlab, proteus để mơ phỏng. Nhóm khi tiếp nhận đề tài nhận thấy rằng: đề tài thiết kế hệ thống xe tự hành là một đề tài hay, có tính ứng dụng thực tiễn cao và phù hợp với sinh viên cơ điện tử và ô tô. Tuy nhiên đề tài khá lớn và phức tạp, nên có nhiều thách thức với nhóm do kiến thức của mỗi thành viên trong nhóm cịn nhiều hạn chế. Nên đề tài của nhóm chỉ dừng lại ở mơ hình nhỏ, thuật tốn cịn khá đơn giản. Điều kiện về kinh phí cịn hạn chế nên chỉ đạt được một phần. Hi vọng sau đồ án này, nhóm sẽ có những nghiên cứu và phát triển thêm để đạt được mục tiêu đã đưa ra. Qua đồ án này, chúng em học được nhiều kiến thức trong việc sử dụng các thiết bị điện tử và động cơ. Ngồi ra cịn trao dồi cho bản thân kỹ năng lập trình điều khiển.

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

<b>CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG </b>

<b>1.1 Giới thiệu đề tài </b>

Cùng với sự mở rộng của các nhà máy được tự động hóa và cơ khí hóa, các vấn đề về việc vận chuyển, bốc dỡ và tích trữ hàng hóa trở nên ngày càng quan trọng hơn. Theo xu hướng gia tăng sự tự động hóa trong các lĩnh vực sản xuất, các hệ thống vận chuyển bên trong các nhà máy dưới dạng “hệ thống máy dẫn đường tự động” ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong tồn bộ lĩnh vực xử lý vật liệu. Xe được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ:

- Cung cấp và chuyên chở ở các khu vực sản xuất và kho. Khu vực này bao gồm nhiều ứng dụng khác nhau trong toàn bộ luồng vật liệu từ khi nhập hàng hóa, qua kho và vùng sản xuất đến khi chuyển đi.

- Ứng dụng tích hợp sản xuất của xe tự hành chở hàng như một bệ nền lắp ráp.

- Ứng dụng này dựa trên cơ sở ý tưởng rằng quy trình sản xuất có thể được cấu trúc theo cách linh hoạt hơn với hệ thống vận chuyển này.

- Cung ứng và chuyên chở trong các khu vực đặc biệt, như ở bệnh viện và di chuyển tài liệu trong các văn phịng, trong các khu sản xuất diện tích lớn.

Trong tất cả các ứng dụng trên, người ta thấy rằng xe tự hành làm cho kế hoạch sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nhu cầu nhân lực, hữu ích cho việc phát triển công nghệ 4.0.

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

- Cung cấp sắp xếp linh kiện tại khu vực kho và sản xuất.

- Vận chuyển hàng giữa các trạm sản xuất, trong khu vực sản suất - Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt trong bán buôn.

- Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viên, siêu thị, văn phòng.

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

- Qua tất cả các ứng dụng trên, đã thể hiện rất rõ hiệu quả của như: Giúp giảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân lực v.v…

Ngồi ra, xe tự hành cịn giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất. Chúng có thể chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hoàng cấp phát cho một số vị trí làm việc nhất định.

<b>Lịch sử phát triển của xe tự hành </b>

Hệ thống xe dẫn hướng tự động (AGVS) đã tồn tại từ năm 1953 bới Barrett Electronics of Northbrook, bang Illinois – USA, nay là Savant Automation of Walker, bang Michigan – USA. Một nhà phát minh với một giấc mơ sáng chế ra một phương pháp tự động hoá con người trên chiếc xe tải kéo mà đã được sử dụng trong các nhà máy trong nhiều năm. Lúc đầu chỉ là một chiếc xe kéo nhỏ chạy theo một đường dẫn. Hệ thống hướng dẫn đầu tiên được tạo ra khi xuất hiện các cảm biến dò theo một từ trường. AGV tồn tại ở mức này giữa năm bảy mươi. Công nghệ lúc này đã điều khiển các hệ thống để mở rộng khả năng và tính linh hoạt. Xe khơng chỉ cịn được dùng để kéo rơ mc trong kho, mà cịn được sử dụng trong q trình sản xuất, làm việc, và các hệ thống lắp ráp ô tơ.

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

<i>Hình.1.2: Một trong những mẫu xe đầu tiên </i>

Qua nhiều năm, khi cơng nghệ trở nên tinh vi hơn, thì ngày nay các xe chủ yếu được định vị bởi hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle). Trong quá trình tự hành, LGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm được chuyển qua các trạm, kho nơi mà sau đó chúng được giữ lại hoặc chuyển đến một vị trí khác. Ngày nay, LGV đóng vai trị quan trọng trong thiết kế các nhà máy và nhà kho, đưa hàng hóa đến đúng địa điểm một cách an toàn.

<b>*) Xe kéo (Towing Vehicle) </b>

Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn cịn thịnh hành. Loại này có thể kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 60000 pounds.

Ưu điểm của hệ thống xe kéo: - Khả năng chuyên chở lớn

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

- Có thể dự đốn và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng như đảm bảo an tồn.

- Tăng tính an tồn.

<b>*) Xe chở (Unit Load Vehicle) </b>

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

Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các nâng, hạ chuyền động bằng băng tải, đai hoăc xích. Loại này có ưu điểm:

- Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu. - Thời gian đấp ứng nhanh gọn.

- Giảm hư hại sản. - Đường đi linh hoạt.

- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở. - Lập kế hoạch hiệu quả.

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

<b>*) Xe đẩy (Cart Vehicle) </b>

Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ tiền. Chúng được sử dụng để chuyên chở vật liệu và các hệ thống lắp giáp.

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

<b>*) Xe nâng (Fork Vehicle) </b>

Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các khối hàng đặt trên giá.

<b>●Phân loại theo dạng đường đi </b>

<i><b>*) Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free path navigation) </b></i>

Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không gian hoạt động. Đây là loại xe AGV có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscop sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để xác định vị trí các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống định vị cục bộ (Local navigation Location) để xác định tọa độ tức thời,… Việc thiết kế loại xe này địi hỏi cơng nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại xe khác.

<i><b>*) Loại chạy theo đường dẫn (Fixed path navigation) </b></i>

Xe AGV thuộc loại này được thiết kế chạy theo các đường dẫn định sẵn gồm các

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

loại đường dẫn như sau:

- Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire) chôn ngầm dưới nền sàn. Khi di chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà xe có thể di chuyển theo đường dây dẫn. Loại đường dẫn này không nằm bên trên mặt sàn nên có mỹ quan tốt, khơng ảnh hưởng đến các công việc vận hành khác. Tuy nhiên khi sử dụng phải tiêu tốn năng lượng cho việc tạo từ tính trong dây, đồng thời đường dẫn là cố định và không thể thay đổi được.

- Đường ray dẫn: Xe tự hành được chạy trên các ray định trước trên mặt sàn. Loại này chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng. Nó cho phép thiết kế xe đơn giản hơn và có thể di chuyển với tốc độ cao nhưng tính linh hoạt thấp.

- Đường băng kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn trên sàn nhờ các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ. Loại này có tính linh hoạt cao vì trong q trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng nhờ kẻ lại các vạch dẫn. Tuy nhiên khi sử dụng, các vạch dẫn có thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăn cho việc điều khiển chính xác xe.

-Điều hướng bằng Laser: LGV (Laser Guided Vehicle), đây là một trong những hệ thống điều hướng phổ biến nhất, nó được dùng cho các phương tiện dẫn đường bằng laser. Công nghệ điều hướng laser guided được sử dụng rộng rãi trong xe nâng tự động, được sử dụng trong các ứng dụng nhà kho. Công nghệ điều hướng laser guided điều khiển một hệ thống robot đến vị trí mục tiêu bằng laser. Nó được thực hiện bằng cách chiếu ánh sáng laser, xử lý hình ảnh giao tiếp để cải thiện độ chính xác của sự điều hướng. Điều hướng laser bao gồm các lĩnh vực robot, thị giác máy tính, giao diện người dùng, trị chơi video, giao tiếp và công nghệ nhà thông minh.

+Ưu điểm: dễ dàng cài đặt, định vị chính xác, khơng tốn chi phí bảo trì cài đặt

+Nhược điểm: LGV có giá tương đối cao, dễ sửa đổi chương trình theo dõi AGV nhưng chỉ có các kỹ sư của nhà cung cấp mới có thể thực hiện.

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

-Điều hướng GPS, RTLS: các vệ tinh, beacon được dùng để xác định vị trí AGV (thích nghi với mơi trường ngồi trời, độ chính xác thấp và không thể sử dụng bên trong)

<b>1.3 Lựa chọn phương án xây dựng </b>

- Xe tự hành dẫn hướng bằng vạch kẽ đường

- Các bộ phận dẫn động và điều khiển: Động cơ 550, mạch điều khiển, cảm biến… - Khay chứa linh kiện: Được thiết kế tùy theo loại xe và yêu cầu sử dụng.

- Nguồn năng lượng: Pin Lithium 3s, pin sạc dự phòng.

- Các hệ thống định vị và truyền thông: Camera pi version 2, cảm biến siêu âm…

<b>1.4 Nhiệm vụ và phương hướng đề tài 1.4.1 Nhiệm vụ </b>

Xe tự hành trong đề tài nghiên cứu là xe chở người, vận chuyển hàng hóa trong đời sống. Đặc biệt hướng tới các hàng hóa trong ngành cơng nghiệp thương mại, có kích thước vài tải trọng nhỏ địi hỏi thay đổi liên tục. Trong khuôn khổ của một đồ án mơn học với kinh phí và khả năng hạn hẹp, nên để đề tài có tính khả thi cao, nhóm chúng em đã đề ra các nhiệm vụ trong việc thiết kế và chế tạo xe tự hành như sau:

Chế tạo kết cấu cơ khí cho xe là loại xe chở người và hàng hóa có kích thước nhỏ và đa dạng về hình dáng với tải trọng tối đa là 10kg (bao gồm tải trọng của xe). Đảm bảo được được độ vững chắc của xe và hàng hóa trong q trình di chuyển, tạo sự ổn định và thuận lợi cho phần điều khiển.

Thiết kế được mạch điện tử cho xe hoạt động ổn định, có nhiều cổng vào ra, thực hiện các chức năng như: điều khiển các động cơ của xe, kết nối với cảm biến, …

Lập trình điều khiển cho xe di chuyển đến đúng vị trí và thực hiện đúng thao tác yêu cầu với tốc độ ổn định 10m/phút. Sai lệch dừng lớn nhất là 10mm và sai lệch góc nhỏ

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

hơn 3 độ. Thiết kế cho hệ thống xe tự hành có khả năng phát hiện được vật cản trong quá trình di chuyển đồng thời đưa ra cảnh báo và định hướng di chuyển.

Tìm hiểu và thiết kế cơ khí cho xe. Sử dụng năng lượng là nguồn điện một chiều

<b>1.4.2 Phương hướng xây dựng đề tài </b>

Từ những nhiệm vụ ở trên, nhóm chúng em đã thảo luận và đưa ra được những phương hướng cụ thể để bắt tay vào thực hiện đề tài như sau:

Tìm kiếm tài liệu về xe tự hành thơng qua nhiều nguồn khác nhau như: tài liệu trên mạng internet, các bài giảng của các thầy cô giáo trong trường cũng như giáo trình của một số trường đại học khác, các đồ án hoặc cơng trình nghiên cứu về AGV…

Đưa ra đề xuất thiết kế chế tạo xe mang tính khả thi nhất, có tham khảo ý kiến nhận xét của thầy hướng dẫn để hoàn thiện ý tưởng thiết kế.

Tiếp theo tiến hành thiết kế mơ hình hóa cho kết cấu cơ khí, tính tốn tải trọng để lựa chọn động cơ và chế tạo trục bánh xe. Đồng thời thiết kế được mạch điều khiển đáp ứng được khả năng điều khiển cho xe.

Tiến hành chế tạo, lắp ráp cơ khí cho xe. Thử khả năng tải trọng của xe và động cơ có đáp ứng được u cầu theo tính tốn hay khơng. Nếu đáp ứng thì tiến hành kết nối mạch điều khiển với xe. Lắp ráp các modul lại với nhau…

Tiếp theo là lập trình điều khiển cho xe dựa vào những phần mềm có sẵn, nhằm đáp ứng được với các mục tiêu được đề ra. Trong q trình vận hành nếu xảy ra sai sót thì tiến hành sửa chữa, điều chỉnh sao cho hệ thống xe hoạt động chính xác, ổn định. Cuối cùng đưa ra đánh giá nhận xét và đề xuất hướng phát triển của đề tài.

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

<b>CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ THƠNG SỐ KỸ THUẬT </b>

<b>2.1 Giới thiệu chương </b>

Khi lên ý tưởng về một chiếc xe hay robot thì điều quan trọng và không thể thiếu là phần thiết kế phần cơ khí. Trong chương này em sẽ giới thiệu quy trình để thiết kế cơ khí hình thành lên một con xe tự hành cơ bản. Bao gồm: tính tốn thiết kế, mơ hình hóa các chi tiết, tính chọn động cơ và kiểm nghiệm độ bền hệ thống.

<b>2.2 Yêu cầu kỹ thuật </b>

- Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt trong bán buôn.

- Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viên, siêu thị, văn phòng. Qua tất cả các ứng dụng trên, Xe tự hành thể hiện rất rõ hiệu quả của mình như:

Giúp giảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân lực v.v…

Giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất. Chúng có thể được chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hoàng cấp phát cho một số vị trí làm việc nhất định.

Mang đến nhiều lợi ích khác nhau cho các cơng ty khi giúp giảm số lượng nhân công, tăng hiệu suất làm việc mà khơng cần phải tăng chi phí, giảm thiểu tai nạn

và nâng cao an toàn trong q trình sản xuất. Thấy được những lợi ích mà nó mang lại thì việc thiết kế và điều khiển một con xe tự hành là rất cần thiết. Phát triển nhiều tính

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

năng mới và hoạt động một cách mượt mà hơn. Sử dụng nhiều tính năng định hướng giúp xe hoạt động thơng minh hơn và đa dạng hóa nhiều hơn.

● Xe tự hành hoạt động ở chế độ: Phát hiện và xử lý khi có vật cản, đọc vị trí và điều khiển tới đúng vị trí dừng đỗ.

● Di chuyển trên địa hình bằng phẳng, trong phịng, ngồi sân.

● Đảm bảo độ cứng vững và chịu tải trọng: 7KG (bao gồm cả trọng lượng xe) ● Tốc độ tối đa khi ổn định 10m/phút (ổn định khi có tải)

● Gia tốc tối đa 0,25𝑚/𝑠2

● Sai lệch dừng lớn nhất 10mm.

● Sai lệch góc tại mỗi vị trí nhỏ hơn 3 độ. ● Định hướng di chuyển và giảm nhiễu.

● Hàng hóa có kích thước tải trọng tối đa 10kg-H/W/L:135/200/420(mm)

<b>2.3 Phân tích phương án lựa chọn </b>

Phương án 1: Cơ cấu di chuyển bằng 2 bánh.

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

<b>- Nhược điểm: </b>

● Xe mang tải nặng hoặc kích thước lớn sẽ khiến xe dễ lật. ● Khó mất cân bằng ma sát khi mang tải dễ lệch hướng.

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

Phương án 2: Cơ cấu di chuyển bằng 4 bánh.

● Xe có kết cấu đơn giản.

● Xe có 4 bánh nên khi mang tải nặng, kích thước lớn qua cua dễ dàng ● Dễ điều khiển.

<b>- Nhược điểm: </b>

● Khó đảm bảo 4 bánh ln đồng phẳng

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

● Góc lái 2 bánh ở phía trước nhỏ nên khó qua cua.

Qua nhưng phân tích và tham khảo những phương án trên em quyết định chọn phương án thiết kế cơ cấu xe 4 bánh: 2 bánh lái và chủ động phía trước, 2 bánh chủ động phía sau.

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

- Phù hợp với di chuyển trên địa hình bằng phẳng

Phương án lựa chọn loại bánh xe cao su – kim loại đường kính 64mm có thể chịu tải trọng 10KG.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

- Xử lý nhanh khi vào cua.

- Phù hợp hoàn cảnh kinh tế sinh viên.

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

<i>Hình 2.5: Bánh xe dẫn hướng </i>

<b>2.5.1 Giới thiệu chung </b>

Cấu tạo của động cơ gồm stator, rotor và hệ thống chổi than-vành góp. Stator bao gồm vỏ máy cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích) bao gồm các bối dây được đặt trong rãnh của lõi sắt. Đối với các động cơ có cơng suất nhỏ người ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.

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

<i>Hình 2.6: Cấu tạo của rotor động cơ </i>

Rotor (còn gọi là phần ứng) gồm các lá thép kỹ thuật cách điện lại có rãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng. Lõi thép có hình trụ tạo thành từ việc ghép nhiều lá thép kỹ thuật điện đã phủ lớp vecni cách điện để giảm tổn hao gây bởi dịng điện xốy. Chung quanh lá thép được dập các rãnh để khi ghép lại sẽ tạo thành rãnh của phần ứng để đặt bộ dây quấn. Giữa lá thép có dập lỗ để lắp trục và chốt chêm dọc. Ngồi ra, trên lá thép cịn được dập một số lỗ thơng gió để làm mát. Thân máy, cực từ và lõi thép phần ứng hợp thành mạch từ của máy điện một chiều.

Dây quấn được tạo thành từ nhiều phần tử dây quấn, mỗi phần tử gồm nhiều vòng dây được xếp trong các rãnh của lõi thép. Hai đầu phần tử nối với với 2 phiến góp, 2 cạnh tác dụng của mỗi phần tử được xếp trong 2 rãnh nằm dưới 2 cực khác tên.

Phần ứng được bắt chặt trên trục thép, hai đầu trục có gắn bạc đạn. Nắp máy giữ cố định hai bạc đạn và được bắt chặt vào thân máy bằng bulơng xun.

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

<i>Hình 2.7: Stator của động cơ </i>

Stator còn gọi là phần cảm có nhiệm vụ tạo ra từ thơng chính trong máy, thường được chế tạo bằng gang hay thép đúc. Stator là mạch từ cũng vừa là vỏ máy bao bọc các bộ phận bên trong. Phía mặt trong của stator có gắn các cực từ, phần cuối cực từ được làm loe ra tạo thành đầu cực từ, trên thân cực từ có gắn cuộn dây quấn kích từ

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

Hình 2.8: Cổ góp và chổi than

Cổ góp tạo thành từ việc ghép nhiều phiến góp bằng đồng thành một hình trụ trịn, sau đó gắn vào trục rotor, giữa các phiến góp có cách điện với nhau và được cách điện với trục bằng lớp mica mỏng. Một đầu phiến góp được xẻ rãnh để hàn với đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng.

Chổi than còn gọi là chổi điện làm từ than graphit và được đặt trong giá đỡ hình hộp. Chổi than có thể di chuyển dọc theo trục giá đỡ, giá đỡ được cách điện và bắt chặt vào nắp máy. Một đầu chổi than tì sát lên bề mặt cổ góp, đầu cịn lại có lị xo ép chặt. Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều vào cuộn dây phần ứng và đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng.Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ(một nửa có cực tính dương, một nửa có cực tính âm).

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

<b>2.5.2 Thơng số kỹ thuật </b>

<b>* THƠNG SỐ KĨ THUẬT: </b>

- Điện áp định mức: DC 12V - Dòng điện không tải: 2A - Công suất định mức: 50W

- Tốc độ khơng tải: 22000 vịng/phút

- Điện áp áp dụng: 6-12V (11000 - 22000 vòng/phút) - Trọng lượng: 220gram

+ Khoảng cách lỗ bắt vít: khoảng 25mm

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

<b>2.6 Động cơ SERVO MG996R </b>

<b>2.6.1 Giới thiệu chung </b>

Động cơ RC Servo MG996 là loại thường được sử dụng nhiều nhất trong các thiết kế Robot hoặc dẫn hướng xe. Động cơ RC Servo MG996 có lực kéo mạnh, các khớp và bánh răng được làm hồn tồn bằng kim loại nên có độ bền cao, động cơ được tích hợp sẵn driver điều khiển động cơ bên trong theo cơ chế phát xung - quay góc nên rất dễ sử dụng.

Có rất nhiều chủng loại Động cơ RC Servo MG996 được bán trên thị trường với nhiều mức giá khác nhau, loại chất lượng tốt, phù hợp để làm Robot có các đặc điểm như sau: 1. Loại chất lượng tốt ln có hộp số được làm hồn tồn bằng kim loại, có đầy đủ bộ phụ kiện như hình: (trịn, sao, chữ thập, 4 cánh, loại chất lượng khơng tốt có rất ít phụ kiện).

2. Loại chất lượng tốt ln có độ gì nặng khi bạn thử nghiệm bằng cách quay trục, thử nghiệm bằng cách gắn 1 trong các phụ kiện là các khớp nhựa vào động cơ, không cấp điện và quay bằng tay, loại chất lượng tốt có độ gì nặng, loại khơng tốt quay rất nhẹ nên cũng rất yếu.

3. Loại chất lượng tốt có dây dẫn cứng hơn loại chất lượng kém do sử dụng dây dẫn nhiều lõi hơn.

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

<i>Hình 2.9: Động Cơ RC Servo MG996R </i>

<b>2.6.2 Thơng số kỹ thuật </b>

<small>• </small> Servo MG996R có momen xoắn lớn

<small>• </small> Lực kéo ở 6V: 11kg

<small>• </small> Đây là bản nâng cấp từ servo MG995 về tốc độ, lực kéo và độ chính xác

<small>• </small> Phù hợp với máy bay cánh quạt loại 50 -90 methanol và máy bay cánh cố định xăng 26cc-50cc

<small>• </small> So với MG946R, MG996R nhanh hơn, nhưng hơi nhỏ hơn.

<small>• </small> Tên sản phẩm: MG996R

<small>• </small> Trọng lượng sản phẩm: 55g

<small>• </small> Kích thước sản phẩm: 40.7 * 19.7 * 42.9mm

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

<small>• </small> Lực kéo: 9.4kg / cm (4.8V), 11kg / cm (6V)

<small>• </small> Tốc độ xoay: 0.17 giây / 60 độ (4.8 v) 0.14 giây / 60 độ (6 v)

<small>• </small> Điện áp làm việc: 4.8-7.2V

<small>• </small> Nhiệt độ hoạt động: 0 ℃ -55 ℃

<small>• </small> Dịng điện khơng tải: ~0.15A

<small>• </small> Vật liệu bánh răng: Kim loại

<small>• </small> Các mơ hình thích hợp: Máy bay cánh cố định 50 – 90 methanol và máy bay cánh động cơ xăng 26cc-50cc

<b>2.7 Nguồn điện một chiều (Pin) </b>

<b>2.7.1 Giới thiệu chung </b>

Pin sạc Lipo rechargeable battery Lion Power 11.1VDC 2200mAh 3S 35C XT60 thường được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị sử dụng công suất cao như máy bay mơ hình, xe tự hành, xe đua RC, pin có cấu tạo gồm 3 cell pin Lipo mắc nối tiếp (3S) dung lượng 2200mAh với dòng xả lên đến 35C và chuẩn kết nối XT60.

<b>Lưu ý quan trọng: </b>

<small>• </small> Khơng để điện áp của các cell pin dưới mức quy định 3.6VDC có thể gây hư, phồng pin, để theo dõi và báo điện áp pin dưới mức quy định xin mua bộ báo và kiểm tra pin Lipo và thiết lập mức điện áp cảnh báo cho từng cell pin từ 3.7VDC trở lên.

<small>• </small> Khơng sử dụng, sạc pin khi pin bị phồng có thể gây cháy nổ.

<small>• </small> Vì pin có dịng xả lớn tối đa có thể lên đến 77A (2200mAh x 35C) nên cần cực kỳ lưu ý khi sử dụng, kết nối không để xảy ra chập chạm sẽ rất nguy hiểm.

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

<small>• </small> Nên sử dụng các loại sạc cân bằng (balance charger) như Lipo HotRC B3 20W hoặc sạc IMAX B6AC 80W để sạc giúp bảo vệ và tăng độ bền của pin tối đa.

<i>Hình 2.10: Pin Sạc Lipo Rechargeable Battery Lion </i>

<b>2.7.2 Thông số kỹ thuật </b>

<b>Thơng số kỹ thuật: </b>

<small>• </small> Model: Lion Power Lipo Battery 11.1VDC 2200mAh 3S 35C XT60

<small>• </small> Loại pin: Lithium Polimer

<small>• </small> Gồm 3 cell pin Lipo mắc nối tiếp (3S).

<small>• </small> Dung lượng trung bình: 2200mAh

<small>• </small> Dịng xả tối đa: 77A (35C x 2200mAh)

<small>• </small> Điện áp trung bình mỗi cell pin: 3.7~4.2VDC.

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

<small>• </small> Điện áp trung bình của pin: 11.1~12.6VDC.

<b>2.8.1 Giới thiệu chung </b>

Là loại khung gầm xe đua RC. Chất liệu sản phẩm có độ bền cao, chống va đập mạnh nên rất nhẹ và khó bể, thân thiện với mơi trường. Khung làm bằng hợp kim nhôm rắn chắc, độ bền cao. Lớp chất liệu cao su chống trơn trượt và mài mòn tốt. Chế độ điều chỉnh giảm sốc thủy lực. Sự gắn nối chặt chẽ giữa bộ giá đỡ khung xe và các khớp nối càng tăng thêm sức mạnh cho chiếc xe. Bộ truyền động: gồm 2 bộ tự động. Động cơ mạnh mẽ với 15 bộ động cơ được trang bị bộ chế hịa khí trượt. Điều khiển từ xa sử dụng sóng radio tần số 2.4 GHz, 2 kênh thông minh, dễ điều khiển xe về phía trước và lùi về phía sau, rẽ trái và bên phải. Chức năng: chạy đua với vận tốc lớn, tiến về phía trước/ lùi phía sau, rẽ trái/ phải…

<i>Hình 2.11: HSP 1/10 Electric OnRoad Lipo 60km/h RTR </i>

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

Truyền Động 2 cầu 4 bánh chủ động toàn phần (4WD) toàn bộ láp truyền động (Dog Bone Shaft Driver) bằng thép cứng. Main-Shaft bằng nhôm giữ bánh nhơng truyền động chính được nằm gọn giữa 2 tầng Chassis chắc chắn.

Visai (Diff) Xe được trang bị 2 bộ visai trước-sau kèm bạc đạn. Visai (Diff) với 8 nhông vệ tinh chất lượng cao giúp xe vận hành nhẹ nhàng và linh hoạt. Đây cũng là ưu thế của hãng HSP khi làm bộ phận cơ khí này rất tốt và siêu bền.

Phuộc Nhún Phuộc dầu kiểu Piston kèm lò xo nhún (bao gồm các miếng chêm phuộc, nếu cần bạn có thể tăng gầm xe cao lên thêm đến 8mm bằng cách tăng phuộc nhún cao lên, giúp xe chạy được ở những đường không bằng phẳng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

<b>2.9 Tính tốn kỹ thuật </b>

<b>2.9.1 Tính tốn hệ thống treo </b>

Hệ thống treo phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản sau đây:

- Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo (đặc trưng bởi độ võng tĩnh ft và hành trình động fđ) phải đảm bảo cho xe có độ êm dịu cần thiết khi chạy trên đường tốt và không bị va đập liên tục lên các ụ hạn chế khi chạy trên đường xấu không bằng phẳng với tốc độ cho phép. Khi xe quay vịng, tăng tốc hoặc phanh thì vỏ xe khơng bị nghiêng, ngửa hay chúc đầu.

- Đặc tính động học, quyết định bởi bộ phận dẫn hướng, phải đảm bảo cho xe chuyển động ổn định và có tính điều khiển cao, cụ thể là:

+ Đảm bảo cho chiều rộng cơ sở và góc đặt các trụ quay đứng của bánh xe dẫn hướng không đổi hoặc thay đổi không đáng kể;

+ Đảm bảo sự tương ứng động học giữa các bánh xe và truyền động lái, để tránh gây ra hiện tượng tự quay vòng hoặc dao động các bánh xe dẫn hướng xung quanh trụ quay của nó

- Giảm chấn phải có hệ số dập tắt dao động thích hợp để dập tắt dao động được hiệu quả và êm dịu.

- Có khối lượng nhỏ, đặc biệt là các phần không được treo - Kết cấu đơn giản, dễ bố trí. Làm việc bền vững, tin cậy.

Lực cản tạo ra bởi giảm chấn phụ thuộc vào tốc độ dịch chuyển của piston giảm chấn trong xi lanh (bởi vậy phụ thuộc tốc độ dao động tương đối giữa bánh xe và khung vỏ), theo quan hệ hàm sau:

Kg- Hệ số cản của giảm chấn;

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Vg- Tốc độ dịch chuyển của piston giảm chấn;

m - Số mũ, phụ thuộc kích thước lỗ tiết lưu, độ nhớt chất lỏng và kết cấu các van. Giá trị m dao động trong giới hạn từ 1,0 đến 2,0, khi tính tốn có thể thừa nhận

- Tác dụng một chiều (Kn= 0, Kt > 0);

- Tác dụng hai chiều đối xứng (Kn = Kt > 0); - Tác dụng hai chiều không đối xứng (Kn < Kt).

Hiện nay phổ biến nhất là loại giảm chấn tác dụng hai chiều có đặc tính khơng đối xứng

đích giảm lực truyền qua giảm chấn lên khung khi bánh xe gặp chướng ngại vật. Đặc tính đàn hồi là quan hệ giữa phản lực pháp tuyến (Z) tác dụng lên bánh xe và độ biến dạng của hệ thống treo (f) đo ngay tại trục bánh xe, tức là quan hệ hàm Z = g(f). Đặc tính đàn hồi thường được xây dụng với giả thiết:

</div>