THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT TẠO HÌNH CỦA ROBOT TỈA VIỀN CÂY XANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT
TẠO HÌNH CỦA ROBOT TỈA VIỀN CÂY XANH

Họ và tên sinh viên:

TRẦN TRÍ TÂM
HỒ BẢO LỘC

Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2014-2018

Tháng 6 năm 2018


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT TẠO HÌNH
CỦA ROBOT TỈA VIỀN CÂY XANH

TÁC GIẢ

TRẦN TRÍ TÂM
HỒ BẢO LỘC

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành cơ điện tử

Giáo viên hướng đẫn:

ThS. Đào Duy Vinh

Tháng 6 năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Khoa Cơ Khí- Công Nghệ trường
Đai Học Nông Lâm Tp.HCM, nhất là các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tạo
điều kiện thuận lợi cho em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời tri ân đến thầy Ths. Đào Duy Vinh, người đã tận tình hướng dẫn
và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Những góp ý sâu sắc và tận
tình của thầy đã giúp cho khóa luận của em được hoàn thiện và chỉn chu hơn rất nhiều.
Em xin gửi lời cảm ơn đến những người anh, những người bạn đi trước trong
nghề đã chia sẽ những kinh nghiệm vô cùng quí bái. Tận tình giải đáp các thắc mắc và
góp ý vô cùng chân thành.
Cuối cùng chúng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ chúng em
trong suốt quá trình học tập.
Trong quá trình làm đề tài, em đã rất cố gắng nổ lực tìm kiếm tài liệu và trao đổi
kiến thức với ạn bè. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành tốt luận văn này,
nhưng chắc chắn trong quá trình làm việc không tránh khỏi những sai sót và han chế
kính mong được sự thông cảm, góp ý từ phía thầy cô và các bạn.

Sinh viên thực hiện
Trần Trí Tâm

i

Hồ Bảo Lộc

TÓM TẮT
Ngày nay, Việt Nam đang trong giai đoạn đẩy mạnh phát triển công nghiệp, cùng
với là việc ngày càng áp dụng các tiến bộ và thành tựu khoa học kĩ thuật vào thực tiễn
trong nhiều lĩnh vực. Sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật đặt ra câu hỏi
lớn cho nhiều lĩnh vực khác nhau phải thích nghi với sự phát triển đó. Cảnh quan môi
trường Việt Nam cũng không ngoại lệ, nhu cầu chăm sóc cây cảnh ngày càng được
chú trọng nhưng do điều kiện khoa học kĩ thuật hiện tại không đủ đáp ứng nhu cầu cơ
giới hóa, tự động hóa nên nhiều hoạt động chăm sóc cây như cắt, tỉa, tạo hình,….vẫn
còn thô sơ, năng suất lao động chưa được cao. Việc cải tiến thiết bị theo hướng chuyên
môn hóa, tự động động hóa cần được chú trọng. Chính vì vậy, nhóm em lựa chọn lĩnh
vực cắt tỉa viền cây và cụ thể là Thiết kế, chế tạo Robot tỉa viền cây xanh tự động cho
đề tài của mình. Nhưng vì thời gian có hạn nên nội dung đề tài chỉ bao gồm Thiết kế
chế tạo và điều khiển bộ phận cắt tạo hình của Robot tỉa viền cây xanh”.
Đề tài “Thiết kế, chế tạo và điều khiển bộ phận cắt tạo hình của Robot tỉa viền
cây xanh” được hiện hiện tại xưởng CK6 khoa Cơ Khí- Công nghệ trường đại học
Nông Lâm. Đề tài đươc thực hiện từ tháng 12 năm 2017 và hoàn tất vào tháng 6 năm
2018.
Những nội dung chính của đề tài:
Thiết kế phần khung kết cấu tỉa viền cây cho Robot.
Phân tích chọn lựa kết cấu điều chỉnh cao độ của lưỡi cắt
Tính toán chọn lựa công suất của động cơ cắt.
Thiết kế mạch điều khiển các cơ cấu tỉa viền cây trên Robot.
Thiết lập giải thuật điều khiển biên độ cắt phù hợp với tốc độ di chuyển của Robot
Khảo nghiệm Robot tỉa viền cây trên thực tế.

ii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................i
TÓM TẮT .................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH............................................................................................v
DANH SÁCH CÁC BẢNG ....................................................................................... vii
Chương 1 MỞ ĐẦU .....................................................................................................1
1.1

Đặt vấn đề ..........................................................................................................1

1.2

Mục đích đề tài...................................................................................................2

1.3

Ý nghĩa khoa học thưc tiễn ................................................................................2

Chương 2 TỔNG QUAN ............................................................................................. 3
2.1 Giới thiệu về đề tài .................................................................................................3
2.2 Một số phương pháp sử dụng để tỉa viền cây xanh hiện nay .................................3
2.2.1 Tỉa bằng kéo.....................................................................................................4
2.2.2 Dùng máy cầm tay ...........................................................................................4
2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước ...........................................................................4
2.4 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước .......................................................................4
2.4 Tổng quát về quá trình cắt thái vật thể ...................................................................7
2.4.1 Cơ sở lí thuyết ..................................................................................................7
2.4.2 Cơ sở vật lý ......................................................................................................7
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt ..........................................................8
2.5 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài .....................................................11

2.5.1 Vi điều khiển Atmega 328 .............................................................................11
2.5.2 Mạch nguồn LM2596 ....................................................................................12
2.5.2 Encoder ..........................................................................................................12
2.5.3 Động cơ điện một chiều .................................................................................13
2.5.4 Động cơ chổi than 24V 250W hộp số giảm tốc .............................................16
2.5.5 Động cơ 775 ...................................................................................................16
2.5.7 Công tắc hành trình ........................................................................................17
iii


2.5.8 Rờ le(relay) ....................................................................................................17
2.5.9 Cơ cấu truyền động vít me – đai ốc ............................................................... 18
2.5.10 Kết cấu tay quay con trượt ...........................................................................20
2.6 Quy trình tỉa viền cây của Robot .........................................................................20
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................22
3.1 Nội dung ...............................................................................................................22
3.2 Phương pháp nghiên cứu......................................................................................22
3.2.1 Phương pháp thực hiện ..................................................................................22
3.2.2 Phương tiện thực hiện ....................................................................................22
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................23
4.1 Robot tỉa viền cây xanh đường phố .....................................................................23
4.2 Thiết kế bộ phận cắt tỉa của Robot tỉa viền cây xanh đường phố ........................24
4.3 Mô hình toán chuyển động của lưỡi cắt tỉa viền cây xanh ...................................25
4.4 Thiết kế lưỡi cắt tỉa của robot tỉa viền cây xanh ..................................................28
4.4.1 Khảo sát kích thước bệ xi măng và viền cây xanh ........................................28
4.4.2 Thiết kế lưỡi cắt ............................................................................................. 29
4.5 Thiết kế bộ phận cắt tỉa mặt trên của cây xanh nâng hạ theo phương OZ ...........30
4.6 Thiết kế bộ phận cắt tỉa hai mặt bên của cây xanh ..............................................32
4.7 Tính toán chọn chọn công suất động cơ. .............................................................. 33
4.7.1 Tính toán chọn công suất động cơ cắt. ..........................................................33

4.9 Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch điện điều khiển................................................35
4.9.1 Hệ thống điện của bộ phận cắt .......................................................................35
4.8 Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện đề tài .................................................47
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................................49
5.1 Kết luận ................................................................................................................49
5.2 Đề nghị .................................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 50
PHỤ LỤC………………………………………………………………………….51

iv


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Hàng rào cây xanh ...........................................................................................1
Hình 2.2: Cắt tỉa cây bằng máy cầm tay..........................................................................4
Hình 2.3: Máy cắt cây xanh nông nghiệp ........................................................................5
Hình 2.4: Thông số kỹ thuật ............................................................................................5
Hình 2.5: Một số loại cây cảnh trồng viền hoa ............................................................... 6
Hình 2.6: Lưỡi dao và thí nghiệm cắt trượt .....................................................................8
Hình 2.7: Góc cắt thái ......................................................................................................9
Hình 2.8: Đồ thị sự phụ thuộc của q với W (%) và vận tốc V(m/s) .............................. 10
Hình 2.9: Cấu tạo Atmega 328 ......................................................................................11
Hình 2.10: Cấu tạo mạch nguồn LM2596 .....................................................................12
Hình 2.11: Cấu tạo Encoder ..........................................................................................13
Hình 2.12: Cấu tạo động cơ DC ....................................................................................14
Hình 2.13: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC .......................................................15
Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo động cơ DC ...........................................................................16
Hình 2.15: Động cơ 775 ................................................................................................ 16
Hình 2.17: Cấu tạo Relay .............................................................................................. 18
Hình 2.18: Cấu tạo Vít me- đai ốc .................................................................................19

Hình 2.19: Cấu tạo tay quay con trượt ..........................................................................20
Hình 2.20: Qui trình cắt tỉa viền cây của robot ............................................................. 20
Hình 4.1: Robot tỉa viền cây xanh đường phố ............................................................... 23
Hình 4.2: Cấu tạo bộ phận cắt tỉa của robot cắt tỉa viền cây xanh ................................ 24
Hình 4.3: Mô hình toán chuyển động của lưỡi cắt tỉa viền cây xanh ............................ 26
Hình 4.4: Quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt ................................................................ 27
Hình 4.5: Mô hình khảo sát kích thước bệ xi măng và viền cây xanh ..........................28
Hình 4.6: Nguyên lý hoạt động của lưỡi cắt tỉa viền cây xanh .....................................29
v


Hình 4.7: Cấu tạo bộ phận cắt tỉa mặt trên của cây xanh nâng hạ theo phương OZ .....30
Hình 4.8: Cấu tạo bộ phận cắt tỉa hai mặt bên cây xanh ...............................................32
Hình 4.9: Sơ đồ khối điều khiển bộ phận cắt tỉa cho cây xanh .....................................33
Hình 4.10: Sơ đồ khối điều khiển bộ phận cắt tỉa cho cây xanh ...................................35
Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2596S .....................................................36
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ phận cắt ............................................36
Hình 4.13: Tín hiệu xung PWM ....................................................................................39
Hình 4.15: Giải thuật điều khiển ...................................................................................42
Hình 4.16: Khảo sát tốc độ ở 75 vòng/phút...................................................................44
Hình 4.17: Khảo sát tốc độ ở 150 vòng/phút .................................................................45
Hình 4.18: Khảo sát biên dạng cắt ở tốc độ 150 vòng/phút ..........................................46
Hình 4.19: Khảo sát biên dạng cắt ở tốc độ 150 vòng/phút ..........................................46
Hình 4.20: Hình ảnh thực tế của hệ thống điện ............................................................. 47
Hình 4.21: Viền cây xanh trước và sau khi cắt ............................................................ 47
Hình 4.22: Bộ phận cắt đang trong quá trình thử nghiệm .............................................48
Hình 4.23: Robot trong quá trình khảo nghiệm thực tế.................................................48

vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của máy cắt cây xanh công nghiệp ...................................5
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của vi điều khiển Atmega 328 .........................................11
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của mạch nguồn L2596 ...................................................12
Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật động cơ 775 .....................................................................17
Bảng 4.1: Số liệu khảo sát kích thước bệ xi măng và viền cây xanh………………...27
Bảng 4.2: Sơ đồ nối chân tín hiệu của bộ điều khiển ……………………….............36
Bảng 4.3: Bảng khảo sát sự thay đổi của các hệ số PID..............................................40

vii


Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Trong môi trường sống của chúng ta, cây xanh là yếu tố quan trọng không thể
thiếu. Nhờ chúng mà không gian sống của ta trở nên trong lành hơn, giúp lượng oxi
tăng và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính, bảo vệ khí quyển và chống thiên tai.
Cũng như những sinh vật khác, cây xanh cũng phát triển lớn mạnh theo thời gian.
Thế nên, để giữ cho cây luôn xanh tươi mỗi ngày cần phải được chăm sóc liên tục.
Ngoài những công việc tiếp dinh dưỡng cho cây như tưới nước, bón phân thì việc cắt
tỉa cành tạo viền cho cây xanh là một việc khá quan trọng giúp tăng thẩm mỹ cho sân
vườn nhà bạn cũng như các công trình công cộng như đường xá, trường học, công
viên, bệnh viện…
Việc cắt tỉa tạo viền mất nhiều thời gian và nhân công gây ảnh hướng đế sức
khỏe người lao động, với việc khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc dần
dần thay thế người lao động đã giảm đi thời gian và công sức của người lao động. Vì
vậy việc thiết kế, chế tạo Robot tỉa viền cây xanh là nhu cầu cần thiết.

Hình 1.1: Hàng rào cây xanh
1


1.2 Mục đích đề tài
Đề tài xoay quanh việc áp dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật phục vụ cho
mục đích nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và điều khiển bộ phận cắt tạo hình của Robot tỉa
viền cây xanh. Nhưng khối lượng công việc quá lớn cùng với thời gian có hạn nên đề
tài chỉ tập trung nghiên cứu sâu phần bộ phận cắt tạo hình cho Robot.
1.3 Ý nghĩa khoa học thưc tiễn
Về mặt khoa học, đề tài đã vận dụng những kiến thức, kỹ thuật và công nghệ
trong lĩnh vực cơ điện tử nhằm giải quyết công việc 1 cách hiệu quả.
Về mặt thực tiễn, Robot ra đời sẽ giúp chúng ta tốn ít nhân lực trong việc chăm
sóc cảnh quan môi trường hơn, đỡ gây rủi ro cho công nhân trong quá trình làm việc
và tiết kiệm thời gian hiệu quả. Không những vậy, sự ra đời của robot cũng là một
phần trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta hiện nay, góp phần cho
đất nước ngày càng xanh, sạch, đẹp hơn.

2


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1 Giới thiệu về đề tài
Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự phát triển
vượt bậc của khoa học công nghệ, ngành cơ điện tử đã và đang phát triển mạnh mẽ và
được ứng dụng rộng rãi trong công nông nghiệp. Với các sản phẩm đặc trưng như máy
tự động hóa và những robot thông minh, cơ điện tử đã dần nâng cao chất lượng cuộc

sống, giúp con người giải phóng được sức lao động, thay thế con người làm việc trong
những môi trường độc hại nguy hiểm.
Trong lĩnh vực cảnh quan đô thị ngày nay máy móc đã dần thay thế người lao
động. Việc cắt cỏ nền, cắt tỉa hàng rào tạo viền cho cây xanh … đã được máy móc
thực hiện, với sự phát triển của tự đông hóa và việc tránh cho người lao động gặp
nguy hiểm bởi môi trường nắng gió, ô nhiểm.Chúng em đã được Thầy Ths Đào Duy
Vinh trường ĐH Nông Lâm TpHCM hướng dẫn tìm tòi nghiên cứu thiết kế và chế
robot tao viền cây xanh.
Việc cắt tỉa cây không những để gọn gàng mà còn phải thẩm mỹ vì vậy kỹ thuật
cắt tải hết sức quan trọng. Với robot tạo viền cây xanh chúng em đã nghiên cứu về bộ
phận cắt tỉa cho robot. Việc cắt tỉa phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dạng hình học của
dao( độ sắc, góc mài, chiều dày và dạng cạnh sắc của dao), đặt tính vật liệu cắt (tính
chất cơ lý vật liệu cắt), các chế độ động học, động lực học cắt, tỉa…
2.2 Một số phương pháp sử dụng để tỉa viền cây xanh hiện nay
Mặc dù nhu cầu về cắt tỉa tạo viền đối với nước ta là rất cần thiết, công việc cắt
tỉa cây xanh chủ yếu bằng thủ công chủ yếu là bằng kéo và các máy móc cắt tỉa cây
cần con người trực tiếp vận hành. Cho đến nay, từ những thông tin thu thập qua các
tạp chí khoa học và công nghệ, nguồn thông tin cấp thành phố, cấp nhà nước, việc cắt
tỉa cây xanh hầu hết hiện nay là sử dụng các phương pháp thủ công như:

3


2.2.1 Tỉa bằng kéo
Đây là phương pháp thủ công nhất được sử dụng hiện nay. Người cắt chỉ cần
sử dụng dụng cụ là kéo để cắt tỉa cỏ. Tuy nhiên, phương pháp này không có năng suất
và độ chính xác không cao.

Hình 2.2: Cắt tỉa cây bằng máy cầm tay

Hình 2.1: Cắt tỉa cây bằng kéo
2.2.2 Dùng máy cầm tay

Bên cạnh các thiết bị cắt tỉa bằng tay, hiện nay trên thih trường có rất nhiều
loai máy cắt tỉa sử dụng động cơ như: máy cắt tỉa hàng rào cầm tay, máy cắt cỏ nền…
2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước
Máy cắt cỏ cầm tay, máy cắt cỏ đẩy tay chưa có máy móc nào thay thế nguời lao
động, người lao động vẫn cắt bằng tay. Nghiên cứu trong nước về Robot tỉa tạo viền
cây xanh vẫn chưa có. Hiện nay, một dự án nghiên cứu về Robot tỉa tạo viền cây xanh
cũng đang bước đầu được nghiên cứu thực hiện.
2.4 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước
Đối với nước ngoài, đề tài về máy cắt tỉa cây xanh là đề tài không mới, máy cắt
tỉa cây xanh được nghiên cứu nhiều, qua thời gian đã cải tiến ra nhiều mẫu mã, chủng
loại và được thương mại hóa. Sau đây là một số hình ảnh về máy cắt tỉa cây xanh trên
thế giới. Sau đây là một số hình ảnh về các phương tiện cắt cây xanh thường dùng ở
nước ngoài.

4


b)

a)

Hình 2.3: Máy cắt cây xanh nông nghiệp

Hình 2.4: Thông số kỹ thuật
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của máy cắt cây xanh công nghiệp
Động cơ
Sử dụng động cơ thủy lực

Tính di động

Gắn trên máy kéo

Thanh cắt đứng thẳng

Trên 1.8m

Thanh ngang lưỡi cắt

1.5m trở lại

Đường kích cắt

3cm

Các đặc điểm khác

Thanh lưỡi lê, thủy lực, doc, ngang…

5


Một số loại cây cảnh trồng viền hoa.

Hình 2.5: Một số loại cây cảnh trồng viền hoa
Hình 2.5a Cây ác ó có tên khoa học là Acanthus integrifolius T. Anders thuộc họ
Ô rô Acanthaceae, bộ hoa mõm sói Scrophulariales. Ở Việt Nam, cây ác ó còn có tên
gọi khác là cây ắc ó. Cây ác ó cao khoảng 1-2m nên thường được lựa chọn để làm viền
cho những khu vực cần đường viền cao. Cây phân cảnh nhiều thành những bụi dày, lá

mọc đối, mỏng, xanh đậm, có hoa màu trắng
Hình 2.5b Cây dừa cạn vàng, dừa Vàng có nguồn gốc từ Mexico và vùng biển
Caribean và Trung Mỹ. Cây thân thảo, mọc thành bụi, chiều cao từ 40-100 cm. Lá Dừa
Vàng mọc đơn, hình mũi lao có răng cưa ở mép. Bề mặt lá dừa vàng có lông nhám,
nhiều gân nổi rõ trên bề mặt. Hoa của cây mọc đơn độc từ nách lá có màu vàng tươi
đặc trưng. Mỗi hoa gồm 5 cánh, các cánh hoa mềm, mịn. Cây ra hoa quanh năm.
Hình 2.5c Cây chuỗi ngọc là loài cây công trình thường dùng làm cây trồng viền
cảnh quan sân vườn công viên, trường học, đường phố… Nhờ đặc tính phát triển bộ lá
6


tốt và có thể cắt tỉa, khống chế chiều cao, tạo hình nên cây chuỗi ngọc thường được
dùng là cây trồng viền tạo hàng rào hoặc đường viền lối đi được biết đến nhiều hơn
như một loài hoa. Chiều cao thân thường là từ 20-40cm.
Hình 2.5d Cây Chiều Tím thuộc nhóm hoa lá màu được sử dụng nhiều trong
công trình, thường trồng tạo khóm, đường viền, cây có hoa màu tím lá xanh quanh
năm và phát triển rất mạnh. Cây Chiều Tím phát triển nhanh dễ trồng và tạo khóm,
thường trồng kết hợp với một số hoa lá màu khác, cây có hoa tím nổi bật, cao khoảng
50-60cm, mọc tự nhiên và chịu nắng rất tốt. Lá cây thường xanh đậm, lá nhỏ và dài
hình giáo mác, nhọn ở cuối lá, có gân nổi rõ, lá thường mọc đối có cuốn ngắn mọc sát
thân, chiều dài khoảng 15-20cm rộng khỏng 1cm.
2.4 Tổng quát về quá trình cắt thái vật thể
2.4.1 Cơ sở lí thuyết
Lực cắt vào gây một áp suất riêng đáng kể giữa lưỡi dao và vật liệu cắt, dẫn đến
sự phá hủy mối liên kết giữa các phần vật liệu làm tách rời chúng ra. Quá trình cắt thái
phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dạng dao (độ sắc, góc mài, chiều dày và dạng cạnh
sắc của dao), đặc tính vật liệu cắt (các tính chất cơ lí vật liệu cắt), các chế độ động học,
động lực học của bộ phần cắt, thái, …
2.4.2 Cơ sở vật lý
Lưỡi dao có thế xem như đỉnh một góc nhiệt điện được tạo thành bởi những mặt

vát. Nếu khảo sát dao khi phóng đại lên thị thấy rằng: lưỡi dao không phải là một
đường thẳng hình học, bởi vì các mặt vát không cắt nhau để tạo thành góc nhị diện.
Nghĩa là lưỡi dao có độ dày nhất định.
Độ sắc của dao được xác định không phải bằng trì số của góc nhị diện tạo thành bởi
những mặt vát mà bằng bản thân chiều dày của lưỡi. Nếu nhìn vào đường lưỡi dao khi
phómg đại thì nó có một đường rang cưa ít hoặc nhiều. Hình dạng lưỡi cưa được tạo
thành do hai nguyên nhân sau đây:

7


a) Lưỡi cắt

b) Thí nghiệm cắt trượt

Hình 2.6: Lưỡi dao và thí nghiệm cắt trượt
Thứ nhất: mặt vát được đút bằng khuôn. Hạt của khuôn để lại những rảnh nhỏ
và giữa chúng là những gờ nổi. Giao tuyến của những mặt không phẳng không thể là
một đường thẳng và luôn luôn là một đường răng khía.
Thứ hai: Nếu mài lưỡi rất sắt mà không có thép hạt mịn thì trong khi mài một số
tinh thể được giữ lại và nằm tại chỗ, một số lại tách ra và đó cũng là nguyên nhân sinh
ra dạng rang khía. Sự cắt của dao ngoài tác dụng bề mặt vát nêm vòn do chính bằng
cạnh sắc lưỡi dao.
2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt
Việc cắt tỉa phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dạng hình học của dao( độ sắc, góc
mài, chiều dày và dạng cạnh sắc của dao), đặt tính vật liệu cắt (tính chất cơ lý vật liệu
cắt), các chế độ động học, động lực học cắt, tỉa…
2.4.3.1 Áp suất cắt riêng
Áp suất cắt riêng của lưỡi dao trên vặt cắt là đại lượng đặc trưng cho quá trình
cắt bằng lưỡi dao và được tính theo công thức:

q=

N
, (N⁄cm)
∆S

Trong đó:
N – lực ép pháp tuyến của dao lên vật liệu, [N];
∆S – chiều dài đoạn lưỡi dao chìm và vật cắt, [cm].
8


Áp suất phụ thuộc vào độ sắc của dao, góc mài dao, các tính chất cơ lý của vật
cắt, chế độ động học của dao…
2.4.3.2 Độ sắc của dao
Độ sắc của lưỡi dao được đo bằng bề dày của cạnh sắc lưỡi dao. Yêu cầu độ
sắc y = 20 ÷ 40 µm. Nếu y ≥ 100µm coi như dao cùn, cắt thái khó khăn.
2.4.3.3 Góc cắt thái α
Góc cắt thái α ảnh hưởng đến áp suất cắt thái. Góc này bằng tổng của hai góc:
góc đặt dao β và góc mài σ.
Ta có:

σ=β+σ
Góc cắt thái α càng nhỏ thì áp suất cắt càng bé. Tuy nhiên, độ lớn góc α phụ

thuộc vào góc mài dao và góc đặt dao. Góc mài dao σ nói chung cần nhỏ, nhưng do
điều kiện về độ bền nên ở máy cắt cỏ σ = 12 - 15º (riêng σ của tấm kê cắt bằng 25 30º).
Đối với góc đặt dao β phải tính toán sao cho lớp rau, cỏ, rơm khi được dao cắt
thái xong và tiếp tục cuốn vào sẽ không chạm vào mặt dao, nhằm tránh gây ma sát vô
ích.

Hình 2.7: Góc cắt thái
2.4.3.4 Khe hở ở giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê
Khe hở δ càng bé thì hiệu quả cắt càng cao. Khe hở tối ưu đám bảo sự cắt xảy
ra với lực ma sát tối thiểu của lớp vật liệu.
9


Các máy cắt kiểu đĩa có khe hở ≤ 1 mm. Các máy cắt kiểu răng trống có khe
hở δ = 1,5 – 4,5 mm.
2.4.3.5 Điều kiện kẹp vật cắt
Khảo sát điều kiện kẹp chặt vật thái khi cắt thái cho thấy rằng điều kiện cần và
đủ để kẹp chặt vật liệu là thỏa mãn bất đẳng thức:
χ ≤ φmin
Trong đó:
χ: góc hợp bởi cạnh sắc lưỡi dao thái và cạnh sắc tấm kê.
φmin : góc ma sát nhỏ nhất giữa dao, tấm kê với vật liệu thái.
2.4.3.6 Độ bền của vật liệu làm dao
Dao có chất lượng tốt thì lâu cùn, cắt tốt, khi đó công để lưỡi dao nén lớp vật
cắt sẽ tốn ít hơn và công cản cắt thái cũng nhỏ hơn.
2.4.3.7 Độ bền và chất lượng của vật thái
Vật thái có độ bền cao thì khó cắt thái. Đặt biệt độ ẩm W của vật cắt ảnh
hưởng đến áp suất cắt riêng q được biểu diễn ở đồ thị hình 2.8.
2.4.3.8 Vận tốc của dao cắt
Vận tốc góc của dao cắt ảnh hưởmg đến quá trình cắt thái biểu diển ở đồ
thị hình 2.8.

Hình 2.8: Đồ thị sự phụ thuộc của q với W (%) và vận tốc V(m/s)
2.4.3.9 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật cắt
Điều kiện cắt có trượt của lưỡi dao trên vật thái được xác định trên cơ sở

phân tích vật lý quá trình cắt bằng lưỡi dao như sau:
10


τ > φ
Trong đó:
τ – góc hợp giữa thành phần vận tốc tuyệt đối v và thành phần
pháp tuyến vn , gọi là góc trượt.
φ – góc ma sát giữa lưỡi dao và vật cắt, còn gọi là góc cắt trượt.
2.5 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài
2.5.1 Vi điều khiển Atmega 328
Atmega 328 là vi điều khiển trong board mạch Arduino

Hình 2.9: Cấu tạo Atmega 328
Atmega328 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ
MegaAVR. Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ
chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần.
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của vi điều khiển Atmega 328
Kiến trúc
AVR 8 bit
Xung nhịp lớn nhất

20Mhz

Bộ nhớ chương trình(FLASH)

32kB

Bộ nhớ EEPROM

1kB

Bộ nhớ RAM

2kB

Điện áp hoạt động rộng

1.8V- 5.5V

Số timer

3 timer gồm 2 timer 8 bit và 1 timer 16 bit

Số kênh xung PWM

6 kênh( 1 timer 2 xung)

11


2.5.2 Mạch nguồn LM2596
Mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn
đạt hiệu suất cao (92%). Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các
thiết bị như camera, motor, robot, …

Hình 2.10: Cấu tạo mạch nguồn LM2596
Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của mạch nguồn L2596
Điện áp đầu vào
Từ 4.5V- 2.8V

Điện áp đầu ra

1.3V- 25V

Dòng tiêu thu không tải

20mA

Dòng tiêu thụ liên tục

1.5A

Công suất tiêu thụ

15W

Chế độ hiển thị

Khi khởi động chế độ hiện thị đo điện áp đầu ra.

Kích thước module

62 x26 x14mm

Độ chính xác vôn kế

±5%

2.5.2 Encoder
Bộ encoder thực chất là một đĩa đục lỗ, có gắn cặp cảm biến thu phát ở 2 bên.

Bộ encoder được gắn trên bánh xe hoặc trên động cơ.
Encoder có hai loại: Encoder tương đối và encoder tuyệt đối.

12


Hình 2.11: Cấu tạo Encoder

Cấu tạo Encoder:
Cấu tạo của encoder như (hình 2.7), trong đó bao gồm: Một đĩa tròn xoay
được quay quanh trục. Trên đĩa có các vạch được mã hoá, hai cảm biến chiếu lên mặt
đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có vạch, đèn led không chiếu xuyên qua. Và chỗ có vạch,
đèn LED sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa đặt mắt cảm biến. Với
các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua sẽ được mắt cảm biến xác nhận có
chiếu xuyên qua đĩa tròn hay không. Số xung vuông đếm tăng lên liên tục thể hiện số
lần ánh sáng chiếu xuyên qua đĩa tròn xoay.
Encoder khi hoạt động tạo ra các tín hiệu xung vuông, các tín hiệu xung vuông
này là ánh sáng xuyên qua vạch trên đĩa xoay. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc
vào tốc độ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder đơn giản nhất thường có 2 tín hiệu
ra lệch pha nhau 900 , ngoài ra với số tính hiệu nhiều hơn thì sẽ có độ lệch pha nhiều
hơn.
2.5.3 Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều (động cơ DC) là máy điện chuyển đổi năng lượng
điện một chiều sang năng lượng cơ. Được sử dụng hầu hết trong những cơ cấu máy
móc từ vi mô đến vỹ mô. Động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi
nối với nguồn điện. Vì thế, để điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ, ta cần sự
hộ trợ của các
13

Cấu tạo động cơ DC bao gồm:
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần
động.
Phần động hay rotor (4)
Nam châm tạo từ trường hay stator (3)
Vành khuyên (2)
Thanh quét (5)
Cổ góp bao gồm vành khuyên (2) và thanh quét (5)
Trục motor (1)

1. Trục motor;

2.Vành khuyên;

3. Stator;

4. Rotor;

5. Chổi quét.

Hình 2.12: Cấu tạo động cơ DC
Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm. Số
lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay. Đối với động cơ công suất nhỏ người ta
có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu. Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1
hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối
với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ
phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay
của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi
than tiếp xúc với cổ góp.

14


Hình 2.13: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC
Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi quét ở 2 đầu A và B (dương ở A và
âm ở B), khi đó trong khung dây abcd xuất hiện dòng điện. Khung dây abcd có điện
nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ (xác định theo quy tắc bàn tay
trái), sinh ra mômen làm quay khung dây. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí
các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau, nhưng do có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên
chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo chiều quay của khung dây (tức rôto) không
đổi. Khi rôto quay, các thanh dẫn rôto cắt từ trường sẽ cảm ứng sinh ra suất điện động
Eư. Chiều suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ, chiều
suất điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản
điện. Phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều là:
U = Ew + IwRw
Để điều khiển tốc độ động cơ ta sử dụng phương pháp điều khiển điện áp phần
ứng để thay đổi tốc độ động cơ DC cụ thể là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng
xung (PWM – Pulse Width Modulation).
Động cơ DC có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực và được ứng dụng rất rộng
rãi. Động cơ DC được ứng dụng để điều khiển các cơ cấu chấp hành, được sử dụng
nhiều trong các robot máy công cụ, các thiết bị y khoa, các thiết bị ôtô, các máy bán
hàng nhỏ, và các máy quét…

15


2.5.4 Động cơ chổi than 24V 250W hộp số giảm tốc

Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo động cơ DC

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật động cơ 24V 50W hộp số giảm tốc
Công suất đầu ra

250W

Tốc độ định mức

330rpm

Momen xoắn

0.8Nm

Dòng định mức

13.4A

Hiệu xuất

78%

Tỉ số truyền

9,78:1

Trọng lượng

2.45kG

2.5.5 Động cơ 775

Hình 2.15: Động cơ 775

16