Thiết kế và chế tạo mô hình trồng rau tự động farmbot

..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRỒNG RAU TỰ
ĐỘNG FARMBOT

Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN THẾ TRANH
Nhóm viên thực hiện:

NGUYỄN HỒNG LONG
PHAN ĐÌNH CƠNG

Số thẻ sinh viên:

101120300
101120282

Lớp:

12CDT1

Đà Nẵng, 06/2017

TĨM TẮT

Rau quả thuộc loại thực phẩm khơng thể thiếu được trong bữa ăn hàng ngày và
chúng có vai trị dinh dưỡng đặc biệt quan trọng. Về lượng protein và lipid rau quả
không so sánh được với những thực phẩm có nguồn gốc động vật nhưng giá trị chính
của rau quả là ở chỗ chúng cung cấp cho cơ thể nhiều chất có hoạt tính sinh học. Một
số chất sinh học quan trọng có trong rau quả như caroten, phức chất polyphenol (chất
màu, hương vị...) chứa các bionavanoit đang là đối tượng nghiên cứu về vai trị chống
ơxy hố cũng như tác dụng làm giảm nguy cơ đối với bệnh tim mạch và phịng ngừa
ung thư.
Nhưng hiện nay có rất nhiều loại rau quả bẩn không tốt cho sức khỏe của chúng ta,
chính vì thế chúng em đã nghĩ tới việc làm ra một con Robot để có thể giúp con người
không phải bận tâm đến vấn đề rau bẩn nữa. Và thế chúng em quyết định chọn đề tài :
“ Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot ”
Farmbot là một robot trồng rau được thiết kế như một máy in 3D khổng lồ bằng
khung nhôm và các vật liệu nhựa khác, với thiết kế như vậy giúp Farmbot nhẹ và dễ
dàng vận chuyển, khung nhôm lại không rỉ sét nên dễ hoạt động trong những điều kiện
thời tiết khắc nghiệt. Farmbot sẽ hoạt động như một cơng cụ canh tác thực thụ trên
diện tích nhỏ. Sau khi được lắp đặt trên một khoảng đất canh tác nhất định, Farmbot sẽ
giúp bạn gieo trồng hạt giống theo những chọn lựa của bạn, sau đó robot sẽ giúp bạn
chăm sóc cho cây đến lúc thu hoạch. Farmbot khơng chỉ chăm sóc như những thiết bị
phun tưới tự động thông thường mà từng loại cây trên diện tích canh tác sẽ được
Farmbot nhận biết và có kế hoạch chăm sóc riêng cho mỗi loại. Từ những loại rau đơn
giản như cải bẹ, rau cải, cho đến những loại cây lớn hơn như cà chua đều được
Farmbot chăm sóc một cách cẩn thận.


LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống hiện đại, cùng với sự phát triển vượt bậc của nền kinh tế xã hội
hiện nay, ngành cơ khí Việt Nam cũng theo đó và ngày càng lớn mạnh. Việc nghiên
cứu và ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào ngành cơ khí nói chung và
ngành cơ điện tử nói riêng là nhu cầu cần thiết của xã hội.
Ngày nay, ngành cơ điện tử đóng vai trị rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân
vì nó tạo ra các thiết bị cơng cụ cho các ngành khác nhau, cho các lĩnh vực khác nhau
như xây dựng, công nghệ thực phẩm, năng lượng và rất nhiều lĩnh vực khác nữa. Có
thể nói ngành cơ điện tử là một bộ phận hợp thành quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân. Liên quan tới vấn đề đó trong cuộc sống hằng ngày có một vấn đề mà mọi người
phải đau đầu đó là thực phẩm bẩn trong mỗi bữa ăn hằng ngày. Hiện nay có rất nhiều
loại rau quả bẩn không tốt cho sức khỏe của chúng ta, chính vì thế chúng em đã nghĩ
tới việc làm ra một con Robot để có thể giúp con người không phải bận tâm đến vấn
đề rau bẩn nữa. Và thế chúng em quyết đàng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

54


Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

Hình 4.21 : Xây dựng dữ liệu cho mã Gcode

Hình 4.22 : Bảng mã Gcode của hệ thống

SVTH: Nguyễn Hồng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

55

Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

CHƯƠNG 5
KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT

5.1 KẾT QUẢ:
5.1.1 Phần mềm điều khiển:
a) Giao diện phần mềm điều khiển :

Hình 5.1 : Giao diện phần mềm điều khiển

Giao diện phần mềm hiển thị một cách rõ ràng các chức năng hoạt động của hệ thống
như :
-

Bảng diện tích canh tác 3x8 ô
Hộp chọn loại cây canh tác ( 3 loại cây )
Chọn mùa
Một số thơng số chính của từng loại cây để điều chỉnh
Một số phím chức năng như Connect với Controller, Load dữ liệu từ Controller,
Lưu lại các điều chỉnh và Upload dữ liệu mới xuống Controller

SVTH: Nguyễn Hoàng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

56

Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

b) Các bước thực hiện :
Sau khi mở phần mềm điều khiển lên ta thực hiện theo các bước sau:
-

-

-

Connect với Controller.
Sau khi đã Connect thành công với Controller, ta có thể thực hiện một số chức
năng như đưa đầu canh tác trở về vị trí ban đầu thơng qua nút HOME hoặc điều
khiển đến vị trí mong muốn qua các nút X và Y
Để tiến hành gieo trồng ta bắt đầu bằng việc chọn Season.
Tiếp theo ta chọn loại cây muốn gieo trồng ( Tree 1, Tree 2, Tree 3)
Trong từng loại cây được chọn ta có thể hiệu chỉnh các thơng số chính như thời
gian tưới, số lần tưới, nhiệt độ tối đa, độ ẩm tối đa….
Sau khi đã thực hiện các hiệu chỉnh ta bắt đầu thực hiện việc gieo trồng thơng qua
việc kích chuột vào các ơ trên diện tích canh tác.
Tiếp tục thực hiện 3 bước trên cho các loại cây cịn lại.

Hình 5.2 : Thực hiện chọn vị trí gieo trồng
Sau khi đã chọn xong, ta Save lại các dữ liệu đã chọn và tiến hành Upload vào
Controller.

SVTH: Nguyễn Hồng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

57


Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

5.1.2 Bộ điều khiển Controller:
a) Hình ảnh thực tế:

Hình 5.3 a và 5.3 b

Hình 5.3 c và 5.3 d
b) Cách sử dụng:
Hệ thống Controller gồm 6 nút ấn ( OK, RETURN, LEFT, RIGHT, UP, DOWN)
Khi khởi động giao diện chính của bộ điều khiển hiển thị ngày tháng và thời gian.
Để điều chỉnh các chức năng của hệ thống ta nhấn nút RETURN màu đỏ để vào menu
như hình 5.3b.
Khi đã vào được menu, ta sử dụng các phím LEFT RIGHT màu đen nằm ngang để di
chuyển chọn loại cây cần điều chỉnh. Sau khi đã di chuyển đến loại cây cần chọn ta
nhấn nút OK màu xanh để tiếp tục điều chỉnh, menu như hình 5.3c sẽ hiện lên.
Tại đây ta có thể chọn điều chỉnh thời gian tưới, nhiệt độ tối đa hay độ ẩm tối đa. Ta
tiếp tục sử dụng nút LEFT RIGHT để chọn đối tượng cần điều chỉnh.
SVTH: Nguyễn Hồng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

58


Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

Nếu chọn đối tượng là Time for water, ta tiếp tục nhấn OK thì menu như hình 5.3d sẽ
hiện ra. Tại menu này ta có thể dùng nút OK để thêm số lần tưới hoặc nếu muốn xóa
thời gian tưới nào ta di chuyển con trỏ ( bằng nút LEFT RIGHT) đến dấu X rồi nhấn
OK để xóa. Nếu muốn thay đổi thời gian tưới, ta sử dụng 2 nút UP DOWN để tăng
giảm giá trị tại vị trí của con trỏ.
Sau khi đã điều chỉnh xong ta sử dụng nút RETURN để trở về menu chính.

5.1.3 Bộ điều khiển Firmware:
5.1.4 Hình ảnh thực tế của Farmbot:

5.2 NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.2.1 Nhận xét
a) Ứng dụng
Với những chức năng cơ bản như trên Farmbot có thể được ứng dụng tốt vào việc
trồng trọt và hỗ trợ phát triển cho một số các loại cây trồng có giá trị kinh tế cao và
yêu cầu chăm sóc kĩ lưỡng. Đồng thời Farmbot là một bước đi quan trọng trong quá
trình tăng cường sản xuất nông nghiệp sạch và thông minh.
b) Ưu điểm
Mơ hình Farmbot được thiết kế cẩn thận, với hệ thống cơ khí hoạt động tốt. Farmbot
sử dụng các loại vật liệu mới như Nhơm định hình với giá thành hợp lí nhưng vẫn đảm
bảo được độ cứng vững, chống rỉ sét,…
Với hệ thống cơ khí và điều khiển như trên Farmbot hoàn toàn phù hợp với yêu cầu
của đồ án tốt nghiệp.
c) Nhược điểm
Trong quá trình thiết kế thì Farmbot cũng có một số nhược điểm như :
-

Kết cấu của trục Z chưa thật sự cứng vững, cần có những giải pháp tối ưu hơn để
có thể phát triển trên quy mô rộng lớn.

Hệ thống đầu hút hạt hoạt động chưa thật sự tốt, khó sử dụng được cho những loại
hạt nhỏ và nhẹ.
Hệ thống dây dẫn quá phức tạp, cần có những giải pháp bố trí tốt hơn nhằm giảm
sự phức tạp của việc nối dây…

SVTH: Nguyễn Hồng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

59


Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

5.2.2 Hướng phát triển
Đối với mơ hình Farmbot này, chúng em nhận thấy rằng có rất nhiều hướng phát triển
mới cho hệ thống nhằm mang lại hiệu quả cao hơn đồng thời cũng cung cấp khả năng
phục vụ cho nhiều mục đích tốt hơn.
-

-

-

Nâng cấp quy mơ của Farmbot, với yêu cầu đồ án tốt nghiệp, chúng em dừng lại ở
quy mơ diện tích canh tác là 30cm x 80cm tuy nhiên Farmbot hồn tồn có thể
canh tác trên những diện tích lớn hơn như 150cm x 300cm.
Xây dựng khả năng xử lí ảnh cho Farmbot, với khả năng xử lí ảnh Farmbot có thể
dễ dàng giải quyết được nhiều vấn đề như việc di chuyển tối ưu tránh va chạm với
cây cối trong vườn, nhận biết được rau quả chín để đưa thơng báo thu hoạch, nhận

biết cỏ dại, di chuyển chính xác giúp hút hạt dễ dàng.
Nâng cấp hệ thống kết nối của Farmbot, kết hợp một module Internet hay module
Sim là một giải pháp tốt giúp việc điều khiển từ xa trở nên đơn giản và tối ưu hơn.
Kết hợp cùng với module nhà kính thì Farmbot có thể dễ dàng xây dựng một mơi
trường nhân tạo cho việc phát triển nơng nghiệp.

SVTH: Nguyễn Hồng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

60


Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

KẾT LUẬN

Sau một thời gian dài kể từ khi nhận đề tài làm Đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế
và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot ”. Được thầy hướng dẫn giao
nhiệm vụ đến nay chúng em đã hồn thành với nội dung các phần tính toán,
thiết kế như đã nêu ở trên. Do thời gian và khả năng của chúng em có hạn nên
việc tính tốn, thiết kế sẽ cịn nhiều thiếu sót, hơn nữa đây là lần đầu tiên chúng
em được tiếp xúc va chạm thực tế, với một kiến thức, khối lượng lớn nên đã gặp
nhiều khó khăn và bỡ ngỡ. Nhưng dù sao đi nữa thì sự cố gắng miệt mài làm
việc cũng giúp chúng em vươn tới thành công nhiều hơn.
Chúng em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc với tấm lịng nhiệt tình, tận tụy của
thầy Nguyễn Thế Tranh, thầy đã mang đến cho chúng em nhiều kiến thức bổ
ích trong việc tìm hiểu thực hiện và phát huy đề tài. Và đây cũng là hành trang
của chúng em trong tương lai giúp chúng em đi đến sự trưởng thành.
Tuy nhiên trên danh nghĩa là đã hoàn thành nhưng đề tài “Thiết kế và chế tạo

mơ hình trồng rau tự động Farmbot ” của chúng em còn rất nhiều sai sót và hạn
chế, chưa đáp ứng được với thực tế, mong các qúy thầy cơ, anh chị, bạn bè đóng
góp thêm để nhóm chúng em phát huy hơn nữa để đề tài được hoàn thiện tốt
hơn.
Đà Nẵng, ngày 25 tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hồng Long
Phan Đình Cơng

SVTH: Nguyễn Hồng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

61


Thiết kế và chế tạo mơ hình trồng rau tự động Farmbot

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
• [1]. TS. Phạm Phước Đức, Robot Cơng Nghiệp, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
2001.
• [2]. TS. Lê Cung, Truyền Động Cơ Khí, Đại học Bách khoa Đà Nẵng 2010.
• [3]. Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế Chi tiết máy, NXB Giáo dục
1998.
• [4]. TS Nguyễn Tiến Dũng và Trần Thế San, 2003. Cơ sở nghiên cứu và sáng tạo
Robot
NXB Thống Kê, Tp HCM.
• [5]. .
• [6]. .

SVTH: Nguyễn Hồng Long-Phan Đình Cơng

Hướng dẫn : ThS. Nguyễn Thế Tranh

62