(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LAU
CHÙI MẶT KÍNH PIN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI

Người hướng dẫn: TS. VÕ NHƯ THÀNH
Người duyệt: TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN QUANG TUẤN
PHẠM THÀNH ĐẠT
Số thẻ sinh viên : 101140168
101140133
Lớp: 14CDT1

Đà Nẵng, 6/2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên

Số thẻ SV

1

Nguyễn Quang Tuấn

101140168

14CDT1

Cơ điện tử

2

Phạm Thành Đạt

101140133

14CDT1

Cơ điện tử

STT

Lớp

Ngành

1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LAU CHÙI MẶT KÍNH PIN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI

2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a) Phần chung:
STT
1

Họ tên sinh viên
Nguyễn Quang Tuấn

Nội dung
-

2

Phạm Thành Đạt
-

Tìm hiểu một số loại cơ cấu ngoài thực tế để
đưa ra ý tưởng tốt nhất.
Đưa ra nguyên lí, lựa chọn các cơ cấu phù hợp
để thiết kế.
Chế tạo hệ thống.

b) Phần riêng:
STT

Họ tên sinh viên

1

Phạm Thành Đạt

2

Nguyễn Quang Tuấn

Nội dung
Thiết kế hệ thống bằng Solidworks, hồn thành
thuyết minh
Lập trình code điều khiển, gia cơng cơ cấu cơ khí


5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a) Phần chung:
Họ tên sinh viên

STT
1

Nguyễn Quang Tuấn

2

Phạm Thành Đạt

Nội dung
-

Bản vẽ tổng thể

1A0

b) Phần riêng :
STT

Họ tên sinh viên

1

Nguyễn Quang Tuấn

2

Phạm Thành Đạt

Nội dung
-

Bản vẽ sơ đồ thuật toán

1A0

-

Bản vẽ chi tiết
Bản vẽ sơ đồ mạch điện

3A0
1A0

-

Bản vẽ sơ đồ động

1A0

6. Họ và tên người hướng dẫn: TS. Võ Như Thành
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/02/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án:

Đà Nẵng, ngày
tháng năm 2019
Trưởng Bộ môn
Cơ điện tử

Người hướng dẫn.

TS. Võ Như Thành


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

LỜI NÓI ĐẦU.

Trải qua 3 cuộc cách mạng công nghiệp và đang trong giai đoạn thịnh vượng của
cuộc cách mạng công nghiệp thứ 4, thế giới chúng ta đã chuyển mình mãnh liệt và cho
thấy khả năng ngoạn mục của con người trong việc khám phá, nghiên cứu và phát minh
ra các thành tựu to lớn trong tất cả các lĩnh vực, và Cơ khí nói chung cũng như Cơ điện
tử nói riêng khơng nằm ngồi cuộc chơi đó.
Tuy nhiên, khoa học ngày càng phát triển, những thiết bị và hệ thống cũ đều trở
nên lạc hậu và khơng đáp ứng được q trình phát triển nhanh chóng của các ngành liên
quan.
Để giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và giúp
cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế trong chương trình đào tạo, đồ án tốt nghiệp là
một yêu cầu không thể thiếu được của sinh viên khi kết chương trình đại học.
Đồ án tốt nghiệp có vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kĩ
thuật về thiết kế,chế tạo các loại máy và thiết bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như
nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, điện lực …vv
Sau một thời gian tìm hiểu và với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS. Võ
Như Thành đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình thiết kế
tất nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, rất mong được sự
chỉ bảo và thông cảm của quý thầy cô để trong thực tế sau này được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, tháng

Nguyễn Quang Tuấn

i

năm 2019.

Phạm Thành Đạt

CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án
hay công trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã
được cảm ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và
được phép cơng bố.
Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Quang Tuấn

ii

Phạm Thành Đạt


MỤC LỤC.

LỜI NÓI ĐẦU. ................................................................................................... i
CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
MỤC LỤC. ....................................................................................................... iii
DANH SÁCH HÌNH VẼ .................................................................................. v
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI. ....................................................... 2
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ..............................................................................................................2
1.2 Lý do chọn đề tài. ...........................................................................................................................3
1.3 Cấu trúc của đồ án.........................................................................................................................5

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ. ..................... 6
2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu bánh xe di chuyển .................................................................6
2.2 Lựa chọn phương án thiết kế bộ truyền động...............................................................................10

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu chấp hành ...........................................................................14
2.5 Tính tốn các bộ truyền và chọn động cơ .....................................................................................16
Tính tốn cụm bánh xe.......................................................................................................................16
2.6 Tính tốn thơng số bộ truyền cơ cấu chấp hành ...........................................................................18

................................18
2.6.1 Chuyển động quay quanh trục Y...............................................................................................18
2.6.2 Chuyển động quay quanh 2 trục Z............................................................................................20
2.6.3 Tính tốn điểm đặt xi lanh và các thông số khác của cơ cấu chấp hành................................21
iii


2.7 Tính tốn cơ cấu điều hướng.........................................................................................................23
Lựa chọn phương án ..........................................................................................................................23
2.8 Tính tốn bộ truyền bánh răng ......................................................................................................25

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN .... 26
3.1 Arduino Mega 2560 R3. .................................................................................................................26
3.2 Driver VNH3SP30-E cho động cơ quay trục bánh xe.................................................................28
3.3 Driver TB6560 điều khiển động cơ bước. ....................................................................................30
3.4 Cảm biến siêu âm SRF05. ...........................................................................................................31
3.5 Công tắc hành trình HY – R704C. ...............................................................................................33
3.6 Động cơ Micro Servo SG90. .........................................................................................................34
3.7 Mạch giảm áp LM2596.................................................................................................................36
3.8 Mạch cầu H...................................................................................................................................37
3.9 OPTO PC817. ...............................................................................................................................38
3.10 Chọn acquy. ................................................................................................................................39
3.11 Sơ đồ mạch tổng thể. ..................................................................................................................40
3.12 Lưu đồ thuật toán điều khiển. .....................................................................................................41

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............. 44
4.1 Những kết quả đã đạt được: .........................................................................................................44
4.2 Những hạn chế còn tồn tại: ...........................................................................................................44
4.3 Hướng phát triển đề tài: ................................................................................................................44

PHỤ LỤC ........................................................................................................ 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 62

iv


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1: Tình trạng ơ nhiễm khơng khí hiện nay Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
Hình 1.2: Sự khó khăn trong việc vệ sinh tấm pin Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
Hình 1.3: Robot lau chùi pin mặt trời tại Vương quốc Anh………………………........4
Hình 1.4: Robot lau chùi pin mặt trời tại Nhật Bản…....................................................5
Hình 2.1: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một
bánh xe thông qua một bộ truyền bánh răngLỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.2: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một
bánh xe không thông qua bộ truyền ngồi...Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.3: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho hai
bánh xe không thông qua bộ truyền bánh răng .... Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác
định.
Hình 2.4: Bộ truyền đai ...............................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
v


Hình 2.5: Bộ truyền xích. ............................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.

Hình 2.6: Bộ truyền bánh răng. .................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.7: Bộ truyền trục vít bánh vít. ..........Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.8: Bộ truyền lựa chọn ......................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.9: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ Decac ... Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác
định.
Hình 2.10: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ cầu ...... Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
Hình 2.11: Sơ đồ động học cơ cấu hệ hai trục tọa độ YZZ 3 bậc tự do ... Lỗi! Thẻ đánh
dấu khơng được xác định.
Hình 2.12: Cụm bánh xe ..............................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.13: Động cơ quay bánh xe ...............Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.
Hình 2.14: Tổng quan cơ cấu chấp hành .....Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.15: Cơ cấu xoay quanh trục Y .........Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.
Hình 2.16: Động cơ điều khiển quay đĩa .....Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.17: Hai chuyển động quanh trục Z ..Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.
Hình 2.18: Minh họa hoạt động cơ cấu chấp hành Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
Hình 2.19: 1Biểu diễn hình học cơ cấu chấp hành Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
Hình 2.20: Sơ đồ động cơ cấu vít me đai ốcLỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.21: Cơ cấu điều hướng vít me được truyền động bằng động cơ bước
của robot ......................................................Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.
Hình 2.22: Động cơ bước Nema 17.............Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 2.23: Cơ cấu truyền động bánh răng...Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.1: Arduio Mega 2560.......................Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.
Hình 3.2: Các thành phần của Arduino Mega ...... Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
Hình 3.3: Driver VNH3SP30-E ...................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.4: Sơ đồ chân driver.........................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.5: Driver điều khiển động cơ bước TB6560 .... Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được

xác định.
Hình 3.6: Cảm biến siêu âm SRF05 ............Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.7: Sơ đồ chân ...................................Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định.
Hình 3.8: Cơng tắc hành trình HY – R704C ........ Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác
định.
vi


Hình 3.9: Động cơ Servo SG90 ...................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.10: Sơ đồ kích thước SG90 .............Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.11: LM2596 .....................................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.12: Hướng dẫn nối dây cho LM2596 ....... Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác
định.
Hình 3.13: Mạch cầu H ...............................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.14: PC817 ........................................Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định.
Hình 3.15: Sơ đồ chân PC817 .......................................................................................39
Hình 3.16,: Sơ đồ mạch điện tổng thể………………………………………….……. 41
Hình 3.17, 3.18,3.19: Lưu đồ thuật tốn……….....……………………………42,43,44
Hình 4.1: Hình ảnh thực tế robot……………………………………………………..45

vii


MỞ ĐẦU
Pin mặt trời, hay còn gọi là tế bào quang điện (PV: Photovoltaic), pin năng lượng
mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện, điện được tạo ra này
còn được gọi phổ biến là điện năng lượng mặt trời. Cơ chế hoạt động của thiết bị này
dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật lý. Với lịch sử phát triển của pin quang điện qua
hơn nửa thế kỷ, công nghệ và hiệu quả của hệ thống điện năng lượng mặt trời đã tăng
lên rất đáng kể, các nhà sản xuất lớn trên thế giới vẫn đang không ngừng nghiên cứu để

cải thiện hiệu suất của pin năng lượng mặt trời. Các tiêu chuẩn trong sản xuất và nguyên
phụ liệu sản xuất cũng ngày được nâng cao nhằm đáp ứng yêu cầu về sức khỏe và môi
trường. Điện năng lượng mặt trời là nguồn cung cấp vơ tận, chi phí sản xuất pin năng
lượng mặt trời đang ngày càng giảm, sản lượng điện cung cấp đang tăng dần theo thời
gian góp phần giảm giá thành tiêu thụ điện.
Tuy nhiên, vì đặc thù chức năng nên những tấm pin năng lượng mặt trời thường được
đặt ở những vị trí cao, hiểm trở, gây khó khăn trong việc lau chùi vệ sinh, dẫn tới có thể
làm giảm hiệu suất hấp thụ năng lượng.
Với đề tài lựa chọn nhóm tiến hành nghiên cứu và đưa ra phương án thiết kế hiệu quả
nhất và thực hiện chế tạo hệ thống hoạt động thực tế. Nội dung bao gồm các phần:
- Giới thiệu đề tài.
- Tính tốn thiết kế phần cơ khí.
- Tính tốn thiết kế phần điều khiển.
- Kết luận đề tài.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ khơng thiếu khỏi những sai sót,
mong thầy chỉ bảo thêm cho chúng em. Với sự chỉ bảo tận tình của thầy Võ Như Thành
nên chúng em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp thành cơng, chúng em xin chân thành cảm
ơn thầy.
Đà Nẵng, tháng năm 2019
Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Quang Tuấn

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn
Phạm Thành Đạt

Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

1


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI.
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Trong những năm gần đây theo thống kê trên thế giới điện năng lượng mặt trời
đang có chiều hướng tăng cao. Bởi tầm quan trọng của nguồn tài nguyên sạch này,
nên nó đang dần thay thế nguồn tài nguyên hóa thạch dần cạn kiệt trong tương lai.
Các hoạt động sản xuất công nghiệp, xây dựng, sử dụng điện quá tải hiện nay đã gây
ra rất nhiều những vấn đề đáng lo ngại đối với cuộc sống chúng ta, đặc biệt gây ảnh
hưởng đến chất lượng khơng khí và mơi trường. Ngày nay, những tấm pin năng
lượng mặt trời đang góp phần xây dựng nền kinh tế và bảo vệ môi trường xanh đẹp.
Đồng thời, hệ thống pin năng lượng mặt trời đang được ứng dụng rộng rãi ở các khu
công nghiệp, các khu dịch vụ tiêu dùng.

Hình 1.1: Tình trạng ơ nhiễm khơng khí hiện nay [5]
Nguồn năng lượng mới này đang thu hút nhiều sự quan tâm của rất nhiều nhà
khoa học, nhà nghiên cứu và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương
lai. Để pin năng lượng mặt trời hấp thu tốt nguồn ánh sáng, khi lắp đặt chúng ta phải
chú ý đặt tấm pin ở nơi có khả năng hấp thụ nguồn ánh sáng mặt trời tốt nhất, và
quan trọng nhất là luôn giữ bề mặt hấp thụ ánh sáng được sạch sẽ, it bị ảnh hưởng
bởi bụi bận và các vật chất khác.Tuy nhiên, để tiếp nhận tối đa ánh sáng mặt trời thì
những tấm pin này cần được đặt ở vị trí cao hoặc hiểm trở; điều này gây khó khăn
trong việc lau chùi vệ sinh, rất nguy hiểm và khó đảm bảo được sự an tồn tốt cho
SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

2


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

nhân viên lau chùi, dẫn tới có thể làm giảm hiệu suất hấp thụ năng lượng hoặc gây
nguy tai nạn rủi ro.

Hình 1.2: Sự khó khăn trong việc vệ sinh tấm pin [6]
Trên vấn đề đó nhóm chúng em đưa ra giải pháp “Thiết kế và chế tạo robot lau
chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời” và mong muốn có thể cải tiến về thẩm
mỹ và phạm vi hoạt động cũng như mức độ linh hoạt của cơ cấu trong tương lai gần
sau này.
1.2 Lý do chọn đề tài.
a) Tầm quan trọng của robot lau chùi kính pin năng lượng mặt trời:
Đối với lồi người, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận và quý báo.
Chúng ta đã biết tận dụng nguồn năng lượng tái tạo này dựa trên các tấm pin mặt
trời để tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho lợi ích cá nhân như : hệ thống nước
nóng, phương tiện đi lại, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điện trong dân dụng...
Làm sạch tấm pin giúp đảm bảo chúng được giữ trong tình trạng bảo hành
tốt . Có một số nhà sản xuất năng lượng mặt trời yêu cầu làm sạch liên tục để tôn
trọng bảo hành. Trừ khi chủ nhà có thể đưa ra bằng chứng về việc dọn dẹp thường
xuyên, bảo hành của họ có thể bị vơ hiệu.
Giữ các tấm pin mặt trời sạch cũng có thể cải thiện hiệu quả của chúng. Một số
nhà sản xuất và người dùng bảng điều khiển năng lượng mặt trời báo cáo sự gia tăng
hiệu quả từ 30 phần trăm trở lên sau khi làm sạch. Đó là một ý tưởng tốt để theo dõi
sản lượng năng lượng của bạn trước và sau khi làm sạch.
Cuối cùng, làm sạch pin mặt trời giúp kéo dài tuổi thọ của chúng. Làm sạch pin
năng lượng mặt trời là một cơ hội tuyệt vời để kiểm tra tấm pin và đảm bảo chúng
SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

3


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

ở trong tình trạng tốt. Giữ chúng sạch sẽ cũng đảm bảo chúng sẽ tồn tại lâu nhất có
thể trong một số trường hợp, từ 20 đến 25 năm.
b) Các loại robot lau chùi kính pin năng lượng mặt trời hiện có trên thế giới:
Đây là các loại robot chạy trên những đường ray được lắp đặt sẵn trên tấm pin
năng lượng mặt trời.

Hình 1.3: Robot lau chùi pin mặt trời tại Vương quốc Anh [7]

Hình 1.4: Robot lau chùi pin mặt trời tại Nhật Bản [8]
SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

4


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

❖ Ưu điểm:
▪ Tính chính xác và độ tin cậy cao.
▪ Năng suất làm việc lớn,
▪ Thân thiện với môi trường, tiết kiệm sức lực và đảm bảo an tồn cho cơng

nhân.
❖ Nhược điểm:
▪ Chi phí cao.
▪ Robot chỉ chạy trên quỹ đạo cố định, thiếu sự linh hoạt.
▪ Khó quản lý.
Từ những nhược điểm trên, nhóm em đề xuất phương án chế tạo Robot lau chùi
mặt kính pin năng lượng mặt trời hoạt động theo cơ chế tự hành, có thể khắc phục
được những nhược điểm của Robot chạy trên pin.
1.3 Cấu trúc của đồ án.
Đồ án gồm có 4 phần chính với các nội dung như sau:
➢ Giới thiêu đề tài : Trong phần này sẽ giới thiệu tổng quát về hệ thống. Trình bày
tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa chọn. Từ đó, kết luận lý do lựa
chọn đề tài.
➢ Tính tốn thiết kế phần cơ khí: Phần này sẽ đưa ra các phương án thiết kế, phân
tích ưu nhược điểm của từng phương án. Từ đó, chọn phương án phù hợp để tiến
hành thực hiện tính tốn cơ cấu và chế tạo hệ thống hướng sáng cho tấm pin mặt
trời.
➢ Tính tốn thiết kế phần điều khiển: Lựa chọn phương án điều hiển phù hợp đáp
ứng tính chính xác và hiệu quả cao. Thiết kế mạch, lựa chọn linh kiện và lập
trình.
➢ Đánh giá đề tài: Đánh giá kết quả đạt được. Nêu các khắc phục những hạn chế.

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

5


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ.
Trong phần này nhóm sẽ đưa ra các phương án cho phần cơ khí từ đó phân tích
ưu nhược điểm và chọn phương án phù hợp nhất.
Hệ thống bao gồm 3 bộ phận chính: cánh tay robot, cơ cấu động cơ và bộ điều
khiển. Cánh tay robot được đặt trên cơ cấu động cơ gồm 3 bậc tự do.
2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu bánh xe di chuyển
Yêu cầu đặt ra là làm thế nào để quay được những cần quay đó để robot hoạt động
ổn định, độ cứng vững tốt và cơ cấu đơn giản, hiệu quả, kinh tế.
➢ Phương án 1: Thiết kế một động cơ truyền mô men cho một bánh xe thơng qua
một bộ truyền ngồi (được thể hiện trên hình 2.1)
Phương án này sử dụng 1 động cơ điều khiển làm quay 1 bánh xe thơng qua một
truyền ngồi, ví dụ ở đây ta sử dụng bộ truyền xích thì ta có sơ đồ động như sau:

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

6


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

Hình 2.1: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một bánh
xe thông qua một bộ truyền bánh răng
❖ Ưu điểm:
- Bơ truyền bánh răng có kích thước nhỏ gọn hơn các bộ truyền khác, khi
làm việc với công suất, số vòng quay và tỷ số truyền như nhau.

-

Bộ truyền bánh răng có khả năng tải cao hơn so với các bộ truyền khác, khi
có cùng kích thước
Tỷ số truyền khơng thay đổi, số vịng quay ổn định.
Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác

-

Làm việc chắc chắn, tin cậy có tuổi bền cao.

-

❖ Nhược điểm:
- Bộ truyền bánh răng u cầu gia cơng chính xác cao, cần phải có dao
-

chuyên dụng giá thành tương đối đắt.
Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn, nhất là khi vận tốc làm việc cao.
Khi sử dụng cần phải bôi trơn đầy đủ

➢ Phương án 2: Thiết kế một động cơ truyền mô men cho một bánh xe không thông
qua bộ truyền ngồi (được thể hiện trên hình 2.2)
Phương án này sử dụng một động cơ điều khiển làm quay một bánh xe khơng
thơng qua bộ truyền ngồi

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

7

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

Hình 2.2: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một
bánh xe khơng thơng qua bộ truyền ngồi
❖ Ưu điểm:
Bố trí đơn giản, dễ lắp đặt.
Khơng cần sử dụng bộ truyền ngồi, động cơ được tích hợp bộ truyền trục
vít bánh vít nên ít tốn kém hơn.
❖ Nhược điểm:
-

-

Hiệu suất thấp
Nhiệt sinh nhiều do vận tốc trượt lớn nên tuổi thọ của bộ truyền thấp

Bánh vít sử dụng vật liệu bằng nhựa nên tuổi thọ thấp hơn dễ bị hỏng hơn
so với sử dụng vật liệu đồng thanh.
➢ Phương án 3: Thiết kế môt động cơ truyền mô men cho hai bánh xe thơng qua
một bộ truyền ngồi (được thể hiện trên hình 2.3)
Phương án này sử dụng một động cơ điều khiển làm quay hai bánh xe thông
qua bộ truyền ngồi, ví dụ ở đây ta sử dụng bộ truyền bánh răng trụ thẳng
-

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

8


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

Hình 2.3: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho hai
bánh xe không thông qua bộ truyền bánh răng
❖ Ưu điểm:
- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn.
- Làm việc tin cậy, tuổi thọ cao.
- Tỷ số truyền không đổi.
❖ Nhược điểm:
- Chế tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao.
- Gây ồn khi vận tốc lớn.
- Không phù hợp với mơ hình trồng râu ở nước ta.
 Kết luận: So sánh ưu, nhược điểm giữa các phương án trên, nhóm nhận thấy
phương án 3 khơng phù hợp để thiết kế cho robot lau chùi, phương án 1 với bộ
truyền bánh răng có ưu điểm nhỏ gọn, hiệu suất truyền động cao, truyền được mô
men truyền lớn hơn dẫn đến tiết kiệm được chi phí mua động cơ. Chúng em chọn
phương án 1.
SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

9


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế bộ truyền động

➢ Phương án 1: Truyền động bằng đai.

Hình 2.4: Bộ truyền đai [9]
❖ Ưu điểm:
▪ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m).
▪ Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động
với vận tốc lớn.
▪ Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải
trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu.
▪ Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ.
▪ Kết cấu và vận hành đơn giản.
❖ Nhược điểm:
▪ Kích thước bộ truyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng.
▪ Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai (ngoại
trừ đai răng).
▪ Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộ truyền
bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai
tạo lực mà sát).
▪ Tuổi thọ của bộ truyền thấp.
▪ Hiện nay, bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi, đai dẹt ngày càng út
sử dụng. Khuynh hướng dùng bộ truyền đai răng ngày càng phổ biến vì tận
dụng được ưu điểm của bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai.
➢ Phương án 2: Truyền động bằng xích.
SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

10

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

Hình 2.5: Bộ truyền xích. [10]
❖ Ưu điểm:
▪ Khơng có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá tải
đột ngột.
▪ Khơng đồi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn bộ truyền
đai.
▪ Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và
số vịng quay.
▪ Bộ truyền xích truyền cơng suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và bánh xích
, do đó góc ơm khơng có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai và do đó
có thể truyền cơng suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích bị dẫn.
❖ Nhược điểm:
▪ Khi hoạt động sẽ gây ra tải trọng động phụ, ồn khi làm việc ,có tỷ số truyền
tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích và bánh bị dẫn thay đổi, cần phải
bôi trơn thường xun và phải có bộ phận điwwù chỉnh xích.
▪ Ít sử dụng cho vận tốc nhỏ.
➢ Phương án 3: Truyền động bằng bánh răng.

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

11


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

Hình 2.6: Bộ truyền bánh răng. [11]

❖ Ưu điểm:
▪ Bơ truyền bánh răng có kích thước nhỏ gọn hơn các bộ truyền khác, khi
làm việc với cơng suất, số vịng quay và tỷ số truyền như nhau.
▪ Bộ truyền bánh răng có khả năng tải cao hơn so với các bộ truyền khác, khi
có cùng kích thước
▪ Tỷ số truyền khơng thay đổi, số vịng quay ổn định.
▪ Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác
▪ Làm việc chắc chắn, tin cậy có tuổi bền cao.
❖ Nhược điểm:
▪ Bộ truyền bánh răng yêu cầu gia cơng chính xác cao, cần phải có dao
chun dụng giá thành tương đối đắt.
▪ Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn, nhất là khi vận tốc làm việc cao.
▪ Khi sử dụng cần phải bôi trơn đầy đủ
➢ Phương án 4: Truyền động trục vít bánh vít.

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

12


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

Hình 2.7: Bộ truyền trục vít bánh vít. [12]
❖ Ưu điểm:
▪ Tỉ số truyền rất lớn.
▪ Làm việc êm, khơng ồn.
▪ Có khả năng tự hãm.
❖ Nhược điểm:

▪ Hiệu suất thấp, nhiệt sinh nhiều do có trượt dọc răng.
▪ Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền để chế tạo vành bánh vít.
▪ Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép.
Lựa chọn phương án :

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

13


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

Hình 2.8: Bộ truyền lựa chọn. [13]
Qua phân tích ưu và nhược điểm của 4 phương án bộ truyền thì mỗi phương án
đều có những ưu và nhược điểm riêng nhưng dựa vào điều kiện thực tế và phương
án mang nhiều ưu điểm hơn thì nhóm chọn phương án bộ truyền động băng bánh
răng .
2.3 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu chấp hành
Để việc lau chùi thuận tiện thì cơ cấu lau phải hợp lí cũng như có thể đạt được
năng suất cao.
u cầu đặt ra: Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất thể hiện độ linh hoạt,
chính xác, cơ cấu cứng vững và tiết kiệm kinh phí gia cơng nhất.
➢ Phương án 1: Cơ cấu tọa độ Decac
Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phương của các trục hệ tọa độ
gốc (cấu hình TTT). Khơng gian làm việc của bàn tay có dạng khối chữ nhật.

Hình 2.9: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ decac [14]
❖ Ưu điểm:

- Thiết kế đơn giản, kích thước nhỏ gọn
❖ Nhược điểm:
- Cơ cấu chưa cứng vững.
-

Hoạt động rườm rà, tốn nhiều khơng gian
Khó thiết kế bộ truyền phù hợp.
Thiếu sự linh hoạt.

SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

14


Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời.

➢ Phương án 2: Cơ cấu tọa độ cầu
Là tay máy mà không gian làm việc có dạng hình cầu.

Hình 2.10: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ cầu [15]
❖ Ưu điểm:
- Di chuyển tay máy khá linh hoạt
❖ Nhược điểm:
- Cơ cấu chưa cứng vững
- Khó thiết kế bộ truyền phù hợp
➢ Phương án 3: Cơ cấu hệ trục tọa độ YZZ 3 bậc tự do

Hình 2.11: Sơ đồ động học cơ cấu hệ hai trục tọa độ YZZ 3 bậc tự do

❖ Ưu điểm:
- Cơ cấu đơn giản dễ thiết kế.
- Tiết kiệm không gian hoạt động.
- Cơ cấu cứng vững, chắc chắn.
SVTH: Nguyễn Quang Tuấn – Phạm Thành Đạt

GVHD: TS. Võ Như Thành

15