BÁO CÁO HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Robot hut bụi”BÁO CÁO HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Robot hut bụi”
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
BÁO CÁO HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Robot hut bụi”
Giáo viên h ng d n: Th.S Nh Quý Th ướ ẫ ữ ơ
Sinh viên th c hi n: Nguy n Huy Hoàng 2019603486 ự ệ ễ Nguy n V n Hoàng 2019603786 ễ ă Nguy n Xuân Hoàng 2019601967 ễ
L p: C i n t 2 ớ ơ Đ ệ ử
Khoa: C khí – K14 ơ
Hà N i - 2022 ộ
Trang 2PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM
I Thông tin chung
1 Tên lớp: ME6061003 Khóa: 14
2 Tên nhóm: N09
Họ và tên thành viên
- Nguyễn Huy Hoàng MSV:2019603486
- Nguyễn Văn Hoàng MSV:2019603786
II Nội dung học tập
1 Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử: Robot hút bụi
2 Hoạt động của sinh viên
Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế
- Thiết lập danh sách yêu cầu
Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ
- Xác định các vấn đề cơ bản
- Thiết lập cấu trúc chức năng
- Phát triển cấu trúc làm việc
- Lựa chọn cấu trúc làm việc
Nội dung 3: Thiết kế cụ thể
- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
- Tích hợp hệ thống
- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác Áp dụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm.
3 Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch bài tập lớn.
III Nhiệm vụ học tập
1 Hoàn thành bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày 16/05/2022 đến ngày 13/06/2022)
2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng đánh giá.
Trang 3IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo.
2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính.
Ts Nguyễn Anh Tú Ths Nhữ Quý Thơ
Trang 4PHẦN 1 TỔNG QUAN 1.1 Robot
Robot là một loại máy có thể thực hiện công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình Robot được lập trình sẵn theo một trình tự nhất định và sử dụng mục đích phục vụ công việc lắp ráp, sản xuất hoặc chế biến sản phẩm Robot hỗ trợ rất nhiều cho con người, đặc biệt là trong những môi trường khắc nghiệt, độc hại và nguy hiểm Robot đóng góp vào sự phát triển công nghiệp dưới nhiều dạng khác nhau, tiết kiệm sức người, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và an toàn lao động
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại Robot và được phân loại theo nhiều cách khác nhau Theo không gian làm việc có robot tọa độ vuông góc, robot tọa
độ trụ, robot tọa độ cầu, Theo bộ điều khiển có robot gắp – đặt, robot đường dẫn liên tục,… Theo nguồn dẫn động có robot sử dụng nguồn điện, robot sử dụng khí nén,
robot sử dụng thủy lực… Tuy nhiên trong báo cáo này, nhóm em sẽ tập trung vào tìm hiểu, nghiên cứu và thiết kế hệ thống của Robot hút bụi.
1.2 Các thành phần chính của một hệ thống Robot hút bụi
Robot hút bụi hay còn gọi với cái tên máy hút bụi tự động là loại thiết bị hiện
đại và thông minh nhất hiện nay trên thị trường thực hiện công việc lau dọn nhà cửa Sản phẩm này được thiết kế và lập trình sẵn để thực hiện toàn bộ công việc hút bụi, lau sàn nhà hoàn toàn tự động mà không cần đến quá nhiều tác động của con người Chính
vì thế, ngay cả khi chúng ta không có ở nhà, robot hút bụi vẫn có thể tự hoạt động, dọn dẹp sàn nhà hiệu quả
Hệ thống Robot hút bụi bao gồm 2 thành phần chính:
Thân máy hút bụi: Vỏ máy, bộ vi mạch lập trình, bánh xe, hệ thống laser định
vị, hộp đựng bụi, bộ xử lý kết nối wifi
Phụ kiện đi kèm: Đế sạc, remote, chổi quét, tường ảo (thiết bị có nhiệm vụ hạn
chế khu vực làm việc cho máy)
Sau khi khởi động máy, robot hút bụi sẽ chụp quét không gian nhà bạn bằng laser
và tiến hành lập bản đồ, lịch trình dọn dẹp tự động Chúng sẽ tự định vị và đưa ra phương án di chuyển, lau dọn sao cho tối ưu nhất
Trang 5Những sản phẩm robot hút bụi lau nhà sẽ đóng vai trò làm sạch tối ưu, vừa hút bụi, gom bụi vào hộp chứa vừa thực hiện lau sàn nhà Đặc biệt, tính năng thông minh của robot hút bụi đó chính là hệ thống cảm biến tự tránh các chướng ngại vật, cầu thang để chống va đập
PHẦN 2 NỘI DUNG THIẾT KẾ 2.1 Phân tích nhiệm vụ thiết kế
Trước khi bắt đầu phát triển sản phẩm, cần phải làm rõ được nhiệm vụ thiết kế một cách chi tiết Việc phân tích nhiệm vụ thiết kế trải qua các bước cơ bản sau:
2.1.1 Thiết lập danh sách yêu cầu
NHÓM 9 DANH SÁCH YÊU CẦU CHO ROBOT HÚT
BỤI 25/3/2022
Thay
đổi
D
Chịu trách nhiệm
W
D
D
W
D
W
W
W
W
Hình học Hình dạng có tính thẩm mĩ, dễ dàng di chuyển khi
va chạm không bị mắc, vướng vào đồ đạc xung quanh
Chiều cao : < 100 mm
Dung tích chứa bụi :> 500 ml
Dung tích chứa nước lau sàn : > 150 ml
Trọng lượng : 2 – 5 kg
Chổi quét có khả năng hất các bụi trong thảm, rãnh, góc khó quét để dễ dáng hút
Động học Kiểu di chuyển: có khả năng thực hiện nhiều kiểu
di chuyển cho các chế độ khác nhau
Tốc độ di chuyển: tối đa 3 – 4 km/h
Khi di chuyển, tiếng ồn tạo ra không quá 65 Db
Trang 6W
D
D
D
D
D
W
D
W
D
D
W
D
D
D
Động lực học
Lực hút: có khả năng hút các loại thuốc lá, hạt
đậu, bụi, sợi vải tóc… trên các loại địa hình sàn gỗ, gạch men, thảm, đá hoa cương
Lực hút có thể điều chỉnh khi hút trên thảm Lực hút tối thiểu:có thể hút các loại bụi < 1.5 cm, tiếng ồn không quá 65 Db
Năng lượng
Công suất: > 20 W
Dòng sạc phù hợp với điện áp lưới (100 -
240VAC 50 / 60HZ)
Có thiết bị bảo vệ sạc, xả pin, biến đổi điện áp Điện áp làm việc: 12 - 15 V
Dung lượng pin có khả năng duy trì hoạt động tối thiểu 80 phút
Thời gian sạc giữa 2 lần sử dụng: 1-2 h
Tiếp điểm sạc giữa trạm sạc và máy nhạy, bền với môi trường
Vật liệu
An toàn với môi trường và người sử dụng.
Khả năng chống xước, va chạm nhẹ
Nhẹ
Tín hiệu
Đầu vào:
- Quét thiết lập bản đồ không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng và màu sắc các đồ vật
- Tốc độ quét của các cảm biến( chống va chạm, chống rơi…) cao nhằm đảm bảo an toàn cho robot
Tốc độ chuyển đổi, xử lý tín hiệu cao ( khoảng
520 MHZ – 1.3 GHZ)
Trang 7D
W
W
W
W
W
W
W
Đầu ra:
- Độ nhạy đáp ứng cao
Lắp ráp Hộp chứa rác, đựng nước dễ dàng tháo lắp.
Pin dự trữ dễ lắp và thay thế
Sử dụng, vận hành
Độ ẩm tương đối: tối đa 80%
Nhiệt độ hoạt động: 0 - 45℃ Hẹn giờ sử dụng, dọn dẹp
Lưu trữ tối thiểu 2 bản đồ
Tạo tưởng ảo, phân chia vùng dọn dẹp
Gía thành
Chi phí : 3.000.000 – 4.000.000 VND
2.1.2 Tóm tắt để xác định các vấn đề cơ bản
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết
Hình học
Hình dạng có tính thẩm mĩ, dễ dàng di chuyển khi va chạm không bị mắc, vướng
vào đồ đạc xung quanh
Chiều cao < 100 mm
Dung tích chứa bụi tối thiểu > 500 ml
Dung tích chứa nước lau sàn tối thiểu > 150 ml
Trọng lượng : 2 – 5 kg
Chổi quét có khả năng hất các bụi trong thảm, rãnh, góc khó quét để dễ dáng hút
Động học
Kiểu di chuyển: có khả năng thực hiện nhiều kiểu di chuyển cho các chế độ khác
nhau
Tốc độ di chuyển: tối đa 3 – 4 km/h
Khi di chuyển, tiếng ồn tạo ra không quá 65 Db
Trang 8Động lực học
Lực hút: có khả năng hút các loại thuốc lá, hạt đậu, bụi, sợi vải tóc… trên các loại
địa hình sàn gỗ, gạch men, thảm, đá hoa cương
Lực hút có thể điều chỉnh khi hút trên thảm
Lực hút tối thiểu: có thể hút các loại bụi <1.5cm, tiếng ồn không quá 65 Db
Năng lượng
Công suất: > 20 W
Dòng sạc phù hợp với điện áp lưới (100 - 240VAC 50 / 60HZ)
Có thiết bị bảo vệ sạc, xả pin, biến đổi điện áp
Điện áp làm việc: 12 – 15V
Dung lượng pin có khả năng duy trì hoạt động tối thiểu 80 phút
Thời gian sạc giữa 2 lần sử dụng: 1-2 h
Tiếp điểm sạc giữa trạm sạc và máy nhạy, bền với môi trường
Vật liệu
An toàn với môi trường và người sử dụng.
Khả năng chống xước, va chạm nhẹ
Nhẹ
Tín hiệu
Đầu vào:
- Quét thiết lập bản đồ không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng và màu sắc các đồ vật
- Tốc độ quét của các cảm biến( chống va chạm, chống rơi…) cao nhằm đảm bảo
an toàn cho robot
Tốc độ chuyển đổi, xử lý tín hiệu cao ( khoảng 520 MHZ – 1.3 GHZ)
Đầu ra:
- Độ nhạy đáp ứng cao
Lắp ráp
Hộp chứa rác, đựng nước dễ dàng tháo lắp.
Pin dự trữ dễ lắp và thay thế
Sử dụng, vận hành
Trang 9Độ ẩm tương đối: tối đa 80%
Nhiệt độ hoạt động: 0 - 45℃
Hẹn giờ sử dụng, dọn dẹp
Lưu trữ tối thiểu 2 bản đồ
Tạo tưởng ảo, phân chia vùng dọn dẹp
Gía thành
Chi phí : 3.000.000 – 4.000.000 VND
Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu
Hình học
Chiều cao: < 100 mm.
Dung tích chứa bụi: > 500 ml
Dung tích chứa nước lau sàn: > 150 ml
Trọng lượng : 2 – 5 kg
Động học
Tốc độ di chuyển: tối đa 3 – 4 km/h
Khi di chuyển, tiếng ồn tạo ra không quá 65 Db
Động lực học
Lực hút: hút các loại bụi <1.5cm, tiếng ồn không quá 65 Db.
Năng lượng
Công suất: > 20 W
Dòng sạc phù hợp với điện áp lưới (100 - 240VAC 50 / 60HZ)
Điện áp làm việc: 12 – 15 V
Dung lượng pin có khả năng duy trì hoạt động tối thiểu 80 phút
Vật liệu
An toàn với môi trường và người sử dụng.
Khả năng chống xước, va chạm nhẹ
Tín hiệu
Đầu vào:
Trang 10- Tốc độ chuyển đổi, xử lý tín hiệu cao ( khoảng 520 MHZ – 1.3 GHZ) Đầu ra:
- Độ nhạy đáp ứng cao
Lắp ráp
Hộp chứa rác, đựng nước dễ dàng tháo lắp.
Pin dự trữ dễ lắp và thay thế
Sử dụng, vận hành
Độ ẩm tương đối: tối đa 80%
Nhiệt độ hoạt động: 0 - 45℃
Gía thành
Chi phí : 3.000.000 – 4.000.000 VND
Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
Hình học
Chiều cao: > 100 mm.
Dung tích chứa bụi: > 500 ml
Dung tích chứa nước lau sàn: > 150 ml
Trọng lượng : 2 – 5 kg
Động học
Tốc độ di chuyển: tối đa 3 – 4 km/h
Khi di chuyển, tiếng ồn tạo ra không quá 65 Db
Động lực học
Lực hút: hút các loại bụi <1.5cm, tiếng ồn không quá 65 Db.
Năng lượng
Công suất: > 20 W
Dòng sạc phù hợp với điện áp lưới (100 - 240VAC 50 / 60HZ)
Điện áp làm việc: 12 – 15 V
Vật liệu
An toàn với môi trường và người sử dụng.
Trang 11Khả năng chống xước, va chạm nhẹ.
Tín hiệu
Đầu vào:
- Tốc độ chuyển đổi, xử lý tín hiệu cao ( khoảng 520 MHZ – 1.3 GHZ) Đầu ra:
- Độ nhạy đáp ứng cao
Lắp ráp
Hộp chứa rác, đựng nước dễ dàng tháo lắp.
Pin dự trữ dễ lắp và thay thế
Sử dụng, vận hành
Độ ẩm tương đối: tối đa 80%
Nhiệt độ hoạt động: 0 – 45 ℃
Gía thành
Chi phí : 3.000.000 – 4.000.000 VND
Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp
Thiết kế robot hút bụi di chuyển bằng bánh răng hoạt động trong nhà
Trang 122.1.3 Thiết lập cấu trúc chức năng
a Chức năng tổng thể
Khái quát chức năng tổng thể của máy hút bụi.
b Các chức năng con
Sạc năng lượng
Tín hiệu điều khiển sạc
Điện năng Điện năng
Tín hiệu điều khiển
Trang 13 Biến đổi điện áp
Quét bụi
Truyền và dẫn động
Biến đổi điện
áp cho quét Biến đổi điệnáp cho hút Biến đổi điện ápcho di chuyển Biến đổi điện ápcho mạch dk
Truyền
Cơ năng
Trang 14 Kiểm soát tốc độ và lực hút
Quét thiết lập bản đồ
Báo tín hiệu, trạng thái
Đo tốc độ
Đo lực hút Tốc độ
Xử lý tín hiệu và điều khiển Lực hút
Xử lý tín hiệu và điều khiển
Sàn nhà, môi trường
Điêu chỉnh điện áp
được chọn
Báo trạng thái máy hút bụi
Tín hiệu hiển thị
Tín hiệu trạng thái
Trang 152.1.4 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc
lượng
Biến áp Biến áp chỉnhlưu AC-DC Mạch chuyểnđổi AC-DC
4 Chuyển đổi điện cơ choquét Đông cơ DC cóchổi than Động cơ DCkhông chổi
6
Quét bụi
Quét bụi trong góc Chổi quét cócạnh không cạnhChổi quét
7 Quét gombụi Chổi chính lôngquét dạng thẳng lông quét dạngChổi chính
chữ V
Chổi chính lông quét dạng
~
10 Chuyển đổi điện cơ choquét Đông cơ DC cóchổi than Động cơ DCkhông chổi
dẫn động
tốc độ, lực
hút
lập bản đồ
Quét môi
functions
solution s
Trang 16
Sub-21 Chống rơi Cảm biến hồngngoại Cảm biến siêuâm
chung
Cảm biến tiệm cận thu phát riêng
Cảm biến siêu âm
2.1.5 Kết hợp các nguyên tắc làm việc
Các nguyên tắc làm việc được kết hợp thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng 1.1 Cụ thể những nguyên tắc được đặt ký hiệu cùng màu sẽ tạo thành một biến thể Theo bảng 1.1 ta có thể thấy có ba biến thể với ba màu khác nhau được chọn ra tương ứng màu đỏ (biến thể 1), màu vàng (biến thể 2) và màu xanh (biến thể 3) Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra
2.1.6 Lựa chọn biến thể phù hợp
