Báo cáo bài tập lớn môn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài thiết kế sản phẩm cơ điện tử robot hút bụi

+ Chống va đập < 50N, 30m - Cơ cấu chuyển động + Bánh xe bằng vật liệu có ma sát lăn + Đảm bảo an toàn cho máy chuyển động - Phần đế làm từ vật liệu độ bền, dẻo - Các bộ phận đảm bảo chố

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử robot hút bụi

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nhữ Quý Thơ Lớp: Cơ điện tử 03 – K14

Họ và tên sinh viên: Vũ Văn Phong 2019604791

Đặng Đình Phúc 2019604608 Ngô Văn Ninh 2019601832 Nhóm: 16

Khoa : Cơ Khí

Hà Nội, 2022

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: ME6061004 Khóa: 14

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

IV 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

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 5

1.1 Robot hút bụi 5

1.2 Các thành phần chính của Robot hút bụi 5

PHẦN 2: NỘI DUNG THIẾT KẾ 7

2.1 Phân tích nhiệm vụ thiết kế 7

2.1.1 Thiết lập danh sách yêu cầu 7

2.1.2 Tóm tắt để xác định các vấn đề cơ bản 11

2.1.3 Thiết lập cấu trúc chức năng 21

2.1.4 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc 26

2.1.5 Kết hợp các nguyên tắc làm việc 30

2.1.6 Lựa chọn biến thể phù hợp 30

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Chức năng tổng thể của robot hút bụi 21

Hình 2 Sơ đồ cấu trúc chức năng tổng thể của Robot hút bụi 22

Hình 3: Sơ đồ cấu trúc chức năng bảo vệ hệ thống điện của robot hút bụi 23

Hình 4: Sơ đồ cấu trúc chức năng kiểm soát va chạm của robot hút bụi 23

Hình 5: Sơ đồ cấu trúc chức năng kiểm soát vị trí của robot hút bụi 24

Hình 6: Sơ đồ cấu trúc chức năng điều chỉnh tốc độ của robot hút bụi 24

Hình 7: Sơ đồ cấu trúc chức năng kiểm soát lượng của robot hút bụi 25

Hình 8: Sơ đồ cấu trúc chức năng an toàn của robot hút bụi 25

Hình 9: Sơ đồ cấu trúc chức năng điều khiển từ xa của robot hút bụi 26

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Danh sách yêu cầu cho hết thống robot hút bụi 11 Bảng 2 Nguyên tắc làm việc cho từng chức năng của Robot hút bụi 30

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đời sống của người dân ngày càng nâng cao Nhu cầu sử dụng các thiết bị hiện đại trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các nghành công nghiệp,nông nghiệp và dịch vụ là tăng không ngừng Đây là cơ hội nhưng cũng là thách thức cho ngành Cơ điện tử với việc phát triển các sản phẩm Cơ khí, Cơ điện tử phục vụ nhu cầu của xã hội Một yêu cầu thiết yếu đặt ra đó chính là việc cung cấp những sản phẩm Cơ điện tử một cách liên tục và hiện đại hóa cho những nơi đặc biệt, những công ty xí nghiệp lớn, bệnh viện …và xa hơn nữa là cung cấp cho sinh hoạt hàng ngày của mọi người dân đều

và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo ThS, Nhữ Quý Thơ, nhóm

em đã hoàn thành BTL đúng thời hạn Do thời gian làm BTL có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên để BTL này hoàn thiện hơn nữa Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS, Nhữ Quý Thơ, các thầy cô giáo trong ngành Cơ điện tử - Khoa Cơ Khí đã tạo điều kiện giúp

đỡ nhóm em trong thời gian qua

PHẦN 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG

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, robot lau nhà vẫn

có thể tự hoạt động, dọn dẹp sàn nhà hiệu quả Thiết bị này là giải pháp thay thế tối

ưu cho các dụng cụ như chổi quét nhà hay máy hút bụi truyền thống, không cần dùng đến sức người

Robot hút bụi được thiết kế và lập trình đặc biệt để thực hiện những nhiệm

vụ hút bụi, lau chùi sàn nhà tự động Chúng có thể hoạt động rất tốt ở các bề mặt như sàn nhà, các tấm thảm và những chướng ngại vật có chiều cao từ 1-2cm mà không cần có sự can thiệp của con người Ưu điểm lớn nhất của sản phẩm robot hút bụi đó chính là khả năng làm sạch không chỉ các vết bẩn trên sàn nhà mà còn hút sạch được các bụi bẩn trong không khí, mang đến không gian thoáng sạch, an toàn cho gia đình bạn Đây là điểm mạnh vượt trội mà những dụng cụ làm sạch thông thường như chổi

và máy hút bụi không thể làm được

1.2 Các thành phần chính của Robot hút bụi

Hệ thống cơ điện tử của Robot hút bụi gồn 2 phần chính:

Thành phần cơ khí: bao gồm Phần vỏ máy: Cấu tạo máy hút bụi thông minh

ở mỗi một sản phẩm sẽ có cho mình thiết kế cấu tạo vỏ ngoài khác nhau, mỗi một sản phẩm sẽ có một kiểu dáng màu sắc, để tạo sự khác biệt cho từng sản phẩm Phần bánh xe: Bánh xe một bộ phận nằm trong cấu tạo robot hút bụi thông minh là bộ phận

giúp robot hút bụi di chuyển, mỗi một robot được tích hợp ít nhất hai bánh xe Hộp

rác: cấu tạo máy hút bụi phần hộp rác hay còn được gọi là hộp chứa bụi mỗi một robot sẽ có cho mình một kích thước robot hút bụi khác nhau, có sản phẩm có kích thước lớn, có robot hút bụi có kích thước hộp chứa nhỏ tùy thuộc vào thiết kế của nhà sản xuất Và phần Chổi quét: Đây là bộ phận không thể thiếu trong cấu tạo máy hút bụi thông minh, nhờ có bộ phận này robot có thể quét rác bụi quy hoạch lại để robot có thể hút làm sạch

Thành phần điều khiển: Cấu tạo vi mạch bên trong: Cấu tạo máy hút bụi thông minh ở phía trong bao gồm hệ thống vi mạch, tích hợp những lập trình công nghệ mà robot hút bụi lau nhà được sử dụng Nhờ có bộ phận này mà robot có thể di chuyển làm việc linh hoạt theo mong muốn của người dùng Và Hệ thống Laser định vị: Mỗi một robot hút bụi sẽ có một hệ thống định vị riêng, giúp robot có khả năng nhận diện định vị vị trí làm việc của mình Đối với những phân khúc có cấu tạo máy hút bụi thông minh thì khả năng định vị của robot sẽ tốt hơn

PHẦN 2: NỘI DUNG 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

- Tự thiết lập bán kính làm việc

- Khối lượng: 3-5 kg

- Kích thước:

+ Rộng: 24- 35 cm + Cao: 5-17 cm

- Hình dạng: Hình trụ

- Kết nối hệ thống với nhau bằng dây điện

- Mở rộng thiết bị kết nối thông minh

Động học (Kinematics)

- Dạng chuyển động: tịnh tiến

- Góc chuyển hướng: 0 - 360 °

- Tốc độ di chuyển: 1 – 5 mét/phút

- Dung lượng nguồn cấp: 10000 – 30000mAh

- Tổn hao năng lượng: không đáng kể

- Khi hoạt động tỏa nhiệt ít, có quạt tản nhiệt

- Tự kết nối sạc khi hết điện

- Có khả năng chuyển đổi năng lượng qua lại lẫn nhau

Vật liệu (Material)

- Phần vỏ máy:

+ Vật liệu nhẹ 3 – 5 kg

+ Chống va đập < 50N, 30m

- Cơ cấu chuyển động + Bánh xe bằng vật liệu có ma sát lăn + Đảm bảo an toàn cho máy chuyển động

- Phần đế làm từ vật liệu độ bền, dẻo

- Các bộ phận đảm bảo chống nước cách điện

Tín hiệu (Signals)

- Tín hiệu vào: điện năng

- Tín hiệu ra: động năng

- Hiển thị: Hiển thị các thông số trên màn hình

- Vận hành: tự động hoặc bán tự động

- Hệ thống nhận tín hiệu từ các thiết bị điều khiển

An toàn (Safety)

- Vận hành nơi khô ráo

- Có các cảm biến: cảm biến tường, cảm biến bánh xe, cảm biến cầu thang…

- Dừng khẩn cấp khi ngắn mạch hoặc gặp sự cố

Công thái học ( Ergonomics)

- Mẫu thiết kế có thể di chuyển mọi ngõ ngách trong nhà

- Có các size lớn nhỏ tùy thuộc mục đích sử dụng

- Dễ sử dụng, vận hành máy cho người mới sử dụng

Sản xuất (Production)

- Chi phí, thiết kế chế tạo < 10 triệu đồng

- Sản phẩm sản xuất được theo số lượng lớn trên dây chuyền tự động

- Các bộ phận có thể tháo rời để dễ dàng bảo hành

- Kết nối giữa các bộ phận cơ khí – điều khiển chắc chắn, an toàn

- Có thể thay Pin khi quá hạn

- Hộp chứa rác, chứa nước dễ dàng vệ sinh, tháo lắp

Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance)

- Vòng đời bảo dưỡng Pin 12 tháng

- Dịch vụ bảo hành: Tối đa 5 năm

- Các bộ phận thay thế dễ tìm, dễ mua trên thị trường

- Sản phẩm có thể tự sửa chữa tại nhà

Ngiên cứu và phát triển tối đa 1 năm

Bảng 1 Danh sách yêu cầu cho hết thống robot hút bụi

- Kết nối hệ thống với nhau bằng dây điện

- Mở rộng thiết bị kết nối thông minh

Động học ( Kinematics)

- Dạng chuyển động: tịnh tiến

- Góc chuyển hướng: 0 - 360 °

- Lực hút: có khả năng hút các loại bụi bẩn, rác nhỏ, các dạng hạt, sợ vải, tóc…

- Có thể di chuyển được trên các loại sàn: sàn gỗ gạch men, thảm, đá…

Năng lượng (Energy)

- Điện áp nguồn sạc: 220V-50Hz

- Điện áp nguồn cấp: 5 – 12V

- Dung lượng nguồn cấp: 10000 – 30000mAh

- Khi hoạt động tỏa nhiệt ít, có quạt tản nhiệt

- Tự kết nối sạc khi hết điện

- Có khả năng chuyển đổi năng lượng qua lại lẫn nhau

- Phần đế làm từ vật liệu độ bền, dẻo

- Các bộ phận đảm bảo chống nước cách điện

Tín hiệu (Signals)

- Tín hiệu vào: điện năng

- Tín hiệu ra: động năng

- Hiển thị: Hiển thị các thông số trên màn hình

- Vận hành: tự động hoặc bán tự động

- Hệ thống nhận tín hiệu từ các thiết bị điều khiển

An toàn (Safety)

- Vận hành nơi khô ráo

- Có các cảm biến: cảm biến tường, cảm biến bánh xe, cảm biến cầu thang…

- Dừng khẩn cấp khi ngắn mạch hoặc gặp sự cố

Công thái học ( Ergonomics)

- Mẫu thiết kế có thể di chuyển mọi ngõ ngách trong nhà

- Có các size lớn nhỏ tùy thuộc mục đích sử dụng

- Dễ sử dụng, vận hành máy cho người mới sử dụng

Sản xuất (Production)

- Chi phí, thiết kế chế tạo < 10 triệu đồng

- Sản phẩm sản xuất được theo số lượng lớn trên dây chuyền tự động

- Nhiệt độ hoạt động – 10° đến 50 °

Lắp ráp (Assembly)

- Các bộ phận có thể tháo rời để dễ dàng bảo hành

- Kết nối giữa các bộ phận cơ khí – điều khiển chắc chắn, an toàn

- Có thể thay Pin khi quá hạn

- Hộp chứa rác, chứa nước dễ dàng vệ sinh, tháo lắp

Vận hành (Operation)

- Vận hành an toàn

- Vận hành êm, ít gấy ra tiếng ông khi hoạt động < 65DB

- Cài đặt mặt sàn dọn dẹp tự động

Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance)

- Vòng đời bảo dưỡng Pin 12 tháng

- Dịch vụ bảo hành: Tối đa 5 năm

- Các bộ phận thay thế dễ tìm, dễ mua trên thị trường

- Ngiên cứu và phát triển tối đa 1 năm

Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu

Hình dạng, kích thước (Geometry)

- Tự thiết lập bán kính làm việc

- Lực hút: có khả năng hút các laoij bụi bẩn, rác nhỏ, các dạng hạt, sợ vải, tóc…

- Có thể di chuyển được trên các loại sàn: sàn gỗ gạch men, thảm, đá…

Năng lượng (Energy)

- Điện áp nguồn sạc: 220V-50Hz

- Điện áp nguồn cấp: 5 – 12V

- Dung lượng nguồn cấp: 10000 – 30000mAh

- Tự kết nối sạc khi hết điện

- Có khả năng chuyển đổi năng lượng qua lại lẫn nhau

Vật liệu (Material)

- Phần vỏ máy:

+ Vật liệu nhẹ 3 – 5 kg

+ Chống va đập < 50N, 30m

- Cơ cấu chuyển động

+ Bánh xe bằng vật liệu có ma sát lăn

+ Đảm bảo an toàn cho máy chuyển động

- Các bộ phận đảm bảo chống nước cách điện

Tín hiệu (Signals)

- Tín hiệu vào: điện năng

- Tín hiệu ra: động năng

- Hiển thị: Hiển thị các thông số trên màn hình

- Vận hành: tự động hoặc bán tự động

- Hệ thống nhận tín hiệu từ các thiết bị điều khiển

An toàn (Safety)

- Vận hành nơi khô ráo

- Có các cảm biến: cảm biến tường, cảm biến bánh xe, cảm biến cầu thang…

- Dừng khẩn cấp khi ngắn mạch hoặc gặp sự cố

Công thái học ( Ergonomics)

- Mẫu thiết kế có thể di chuyển mọi ngõ ngách trong nhà

- Có các size lớn nhỏ tùy thuộc mục đích sử dụng

- Dễ sử dụng, vận hành máy cho người mới sử dụng

Sản xuất (Production)

- Chi phí, thiết kế chế tạo < 10 triệu đồng

- Sản phẩm sản xuất được theo số lượng lớn trên dây chuyền tự động

- Sai số khi vận hành: 1 - 2 cm

Quản lý chất lượng (QC)

- Đã được thực hiện thử nghiệm về độ bền, độ va đập

- Độ bền sản phẩm > 7 năm

- Đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn sản xuất

- Nhiệt độ hoạt động – 10° đến 50 °

Lắp ráp (Assembly)

- Các bộ phận có thể tháo rời để dễ dàng bảo hành

- Kết nối giữa các bộ phận cơ khí – điều khiển chắc chắn, an toàn

- Có thể thay Pin khi quá hạn

- Hộp chứa rác, chứa nước dễ dàng vệ sinh, tháo lắp

Vận hành (Operation)

- Vận hành an toàn

- Vận hành êm, ít gấy ra tiếng ông khi hoạt động < 65DB

- Cài đặt mặt sàn dọn dẹp tự động

Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance)

- Vòng đời bảo dưỡng Pin 12 tháng

- Dịch vụ bảo hành: Tối đa 5 năm

- Các bộ phận thay thế dễ tìm, dễ mua trên thị trường

- Ngiên cứu và phát triển tối đa 1 năm

Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước

Hình dạng, kích thước (Geometry)

- Lực hút: có khả năng hút các loại bụi bẩn, rác nhỏ, các dạng hạt, sợ vải, tóc…

- Có thể di chuyển được trên các loại sàn: sàn gỗ gạch men, thảm, đá…

Năng lượng (Energy)

- Điện áp nguồn sạc: 220V-50Hz

- Điện áp nguồn cấp: 5 – 12V

- Dung lượng nguồn cấp: 10000 – 30000mAh

- Tự kết nối sạc khi hết điện

- Có khả năng chuyển đổi năng lượng qua lại lẫn nhau

Vật liệu (Material)

- Phần vỏ máy:

+ Vật liệu nhẹ 3 – 5 kg

+ Chống va đập < 50N, 30m

+ Bền, cứng

- Cơ cấu chuyển động

+ Bánh xe bằng vật liệu có ma sát lăn tốt

+ Đảm bảo an toàn cho máy có thể chuyển động tốt

- Các bộ phận đảm bảo chống nước cách điện

Tín hiệu (Signals)

- Tín hiệu vào: điện năng

- Tín hiệu ra: động năng

- Hiển thị: Hiển thị các thông số trên màn hình

- Vận hành: tự động hoặc bán tự động

- Hệ thống nhận tín hiệu từ các thiết bị điều khiển

An toàn (Safety)

- Vận hành nơi khô ráo

- Có các cảm biến: cảm biến tường, cảm biến bánh xe, cảm biến cầu thang…

- Dừng khẩn cấp khi ngắn mạch hoặc gặp sự cố

Công thái học ( Ergonomics)

- Mẫu thiết kế có thể di chuyển mọi ngõ ngách trong nhà

- Có các size lớn nhỏ tùy thuộc mục đích sử dụng

- Dễ sử dụng, vận hành máy cho người mới sử dụng

Sản xuất (Production)

- Chi phí, thiết kế chế tạo < 10 triệu đồng

- Sản phẩm sản xuất được theo số lượng lớn trên dây chuyền tự động

- Sai số khi vận hành: 1 - 2 cm

- Các bộ phận có thể tháo rời để dễ dàng bảo hành

- Kết nối giữa các bộ phận cơ khí – điều khiển chắc chắn, an toàn

- Có thể thay Pin khi quá hạn

- Hộp chứa rác, chứa nước dễ dàng vệ sinh, tháo lắp

Vận hành (Operation)

- Vận hành an toàn

- Vận hành êm, ít gấy ra tiếng ông khi hoạt động < 65DB

- Cài đặt mặt sàn dọn dẹp tự động

Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance)

- Vòng đời bảo dưỡng Pin 12 tháng

- Dịch vụ bảo hành: Tối đa 5 năm

- Các bộ phận thay thế dễ tìm, dễ mua trên thị trường