thiết kế và thi công robot dọn rác bề mặt sông

FME
TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT
DỌN RÁC BỀ MẶT SÔNG
GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đoàn
SVTH: Bùi Thị Ánh Quốc 07106054
Võ Thành Luận 07106045
Trương Hữu Toàn 07106059
FME
Nội dung
Lý do chọn đề tài
1
Cơ sở lý thuyết
2
3
Nội dung thực hiện đề tài
4
5
Thi công Robot thực tế
6
7
H
C
M
U
T
E
Kết luận
FME
Lý do chọn đề tài
1

2
3
4
5
6
7
8

Lý do chọn đề tài
ROBOT DỌN RÁC
TRÊN BỀ MẶT
SÔNG
FME
Cơ sở lý thuyết
1
2
3
4
5
6
7
8
I. Cơ sở lý thuyết tính toán Robot
.
Chi tiết máy
.
Sức bền vật liệu
.
Nguyên lý lực đẩy Archimedes


Lý thuyết tính toán về động lực tàu thủy
FME
Cơ sở lý thuyết
1
2
3
4
5
6
7
8
II. Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống:

Lý thuyết sóng RF chuẩn truyền UART

Phương pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM
(Pulse Width Modulation)

Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC để lập trình tay
bấm
FME
Nội dung thực hiện đề tài
I. Xây dựng mô hình Robot:
.
Sơ đồ khối ý tưởng
1
2
3
4
5

6
7
8
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8

Sơ đồ khối phương án thiết kế
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8

Mô hình 3D Robot được thiết kế trên
phần mềm Pro.E
FME
Nội dung thực hiện đề tài

1
2
3
4
5
6
7
8

Nguyên lý hoạt động của Robot
Robot hoạt động dựa trên việc điều khiển trực tiếp bằng tay bấm, thông qua việc truyền nhận tín hiệu bằng module thu - phát sóng RF theo chuẩn truyền thông UART phạm vi hoạt động 200m. Sau khi nhận tín hiệu từ bộ phát trên tay bấm thì board mạch trung tâm sẽ xử lý tín hiệu và xuất kết quả để điều khiển cơ cấu chấp hành, gồm hai động cơ chính cùng với thiết bị đẩy là chân vịt được liên kết với nhau nhờ hai khớp nối trục đàn hồi. Cơ cấu chấp hành giúp cho Robot duy
chuyển Up – Down – Left – Right thông qua chân vịt tạo lực đẩy để Robot thực hiện công việc vớt rác.
KHỐI PHÁT TÍN HIỆU
KHỐI THU VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
KHỐI CHẤP HÀNH
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8
II.Tính toán Robot
1. Tính toán đánh giá độ nổi
Áp dụng theo nguyên lý về lực đẩy Acsimet
Ta có biểu thức:
(*)

Với m =21 (Kg): Tổng khổi lượng của Robot
g = 9.81 : Gia tốc trọng trường
d: Trọng lượng riêng của nước
V: Thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ
Thế vào phương trình (*) ta được :
Như vậy thể tích Robot sau khi thiết kế phải lớn hơn thì mới đảm bảo độ
nổi của Robot.

FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8

Tính tổng thể tích thực của Robot:
Tổng thể tích của Robot được tính tay gần đúng bằng cách cộng tất cả các
khối trụ ống lại.
Ta có:
Với: : Thể tích phao chính của Robot
: Thể tích phần ống chưa động cơ
: Thể tích phần ống nối ngang kết cấu khung
: Thể tích phần lồng chưa rác
: Thể tích bình Acquy
Trong đó:

FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8
Vậy Thể tích chiếm nước của Robot. Như vậy
Robot đảm bảo đủ điều kiện nổi so với thiết kế.
2. Tính toán vận tốc làm việc của Robot, số vòng
quay chân vịt và chọn công suát động cơ.
.
Các thông số đầu vào:
Yêu cầu đặt ra của Robot: Vớt được
Thể tích thực của lồng chứa rác
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8

Vận tốc làm việc của Robot:
Ta có:
Với : Lưu lượng rác vớt được
: Diện tích mặt cắt ngang của lồng chứa rác
: Vận tốc làm việc của Robot


Vận tốc làm việc của Robot
Vì tính chất mật độ phân bố rác ở các tuyến sông dày trên mặt sông,
nước nên hệ số rỗng diện tích mặt phân bố ta dựa vào thực tế khảo sát
là:
Vậy vận tốc làm việc của Robot khi vớt rác là:
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8

Số vòng quay chân vịt và công suất động cơ:
Hệ số lực đẩy, Mômem quay của chân vịt
Ta có:

J : Hệ số tiến
: Vận tốc tiếncủa tàu (m/s)
n : Số vòng quay của chân vịt

D : Đường kính chân vịt (m)
( Theo đường đặt tín chân vịt hình H1.11 trang 141 sách Động Lực Học Tàu Thủy,
Trần Công Nghị )
Trong phạm vi chận vịt tàu làm nhiệm vụ cảu máy đẩy tàu, tạo
lực đẩy lớn hơn 0, đưa tàu về phía trước. Khi vượt qua chân vịt tàu sẽ làm
nhiệm vụ như tua bin tạo momen quay.


FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8
Ta chọn giá trị: J=0.5
Với:

Công suất cần thiết để đẩy chân vịt
Do thiết kế Robot hoạt động với hai động cơ đặt hai bên phao chính,
nên chọn mỗi động cơ là 16 (W)
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4

5
6
7
8
Thời gian công suất bình Acquy đáp ứng tối đa khi Robot làm việc
Ta có: Công suất của hai bình Acquy :
Công suất của động cơ
Thời gian
Như vậy thời gian Robot có thể hoạt động được là khoảng 5 giờ
3.Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền
Mô hình hóa trục nối chân vịt
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8

Tính đường kính d của truc:
Chọn loại vật liệu inox SUS 201 – ASTMA666
Có các thông số:
Độ cứng HB 217
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2

3
4
5
6
7
8
Biểu đồ Momen xoắn trục nối chân vịt
Theo điều kiện bền
Với:
FME
Nội dung thực hiện đề tài
1
2
3
4
5
6
7
8
Vậy chọn trục động cơ có đường kính d=10 (mm).
FME
Nội dung thực hiện đề tài
III. Thiết kế hệ thống điều khiển
1. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển
1
2
3
4
5
6

7
8
FME
Nội dung thực hiện đề tài
2. Mạch điều khiển trung tâm
Sơ đồ nguyên lý mạch trung tâm
1
2
3
4
5
6
7
8
FME
Nội dung thực hiện đề tài

Module công suất cầu H

Đặt tính kỹ thuật cầu board:

Dòng liên tục 10A.

Dòng đỉnh 30A (200 ms).

Điện áp cấp từ +24V.

Có Led báo nguồn cho mạch.

Có Led báo chiều động cơ.


Bảo vệ ngắn mạch.

Board được thiết kế nhỏ gọn.

Dùng Pic kích FET chuyên dụng
IR2184.
1
2
3
4
5
6
7
8
FME
Nội dung thực hiện đề tài
3. Sơ đồ khối tay bấm điều khiển
Tay bấm
Robot
FME
Nội dung thực hiện đề tài
4. Lưu đồ giải thuật trên tay bấm
1
2
3
4
5
6
7

8
FME
Nội dung thực hiện đề tài
5. Lưu đồ giải thuật xử lý trên Robot
1
2
3
4
5
6
7
8