Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ quay phim tự động

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Máy quay phim là thiết bị ghi lại chuỗi hình ảnh liên tục trên phim chụp ảnh, được sử dụng phổ biến cho mục đích cá nhân và chuyên nghiệp Ra mắt lần đầu vào năm 1912, máy quay phim đã trải qua nhiều bước phát triển và hiện đại hóa, phục vụ cho việc sản xuất phim với đầy đủ các chức năng cần thiết.

Thiết bị hỗ trợ quay phim là công cụ thiết yếu giúp người quay phim di chuyển máy quay một cách nhẹ nhàng và tiện lợi, giảm thiểu sức lực trong quá trình làm việc Mặc dù có nhiều loại thiết bị hỗ trợ khác nhau, tất cả đều hướng đến mục tiêu cuối cùng là nâng cao chất lượng quay phim.

Lí do chọn đề tài

Hiện nay, trên thế giới có nhiều dụng cụ hỗ trợ quay phim và ghi hình, nhưng tại Việt Nam, các thiết bị này vẫn còn hạn chế Các phương pháp quay phim phổ biến bao gồm sử dụng ray trượt và thiết bị quay phim vác vai Mặc dù các thiết bị ứng dụng công nghệ như GoPro và Flycam đang phát triển nhanh chóng, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề cần cải thiện.

Ngành giải trí đang phát triển nhanh chóng, yêu cầu trang thiết bị ngày càng hiện đại Nhằm đáp ứng nhu cầu này, nhóm chúng tôi đề xuất nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ quay phim tự động Qua việc lựa chọn các giải pháp thiết kế, chúng tôi mong muốn tạo ra một sản phẩm thực tiễn có thể đóng góp vào sự tiến bộ của ngành.

GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển phát triển của ngành công nghiệp phim ảnh nói riêng và chủ trương công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nói chung.

Tình hình nghiên cứu

Hiện nay, nhiều thiết bị hỗ trợ quay phim đã được phát triển, như Flycam có khả năng bay và điều khiển từ xa, nhưng thời gian bay còn hạn chế Thiết bị GoPro nổi bật với tính năng tự động cân bằng và chống rung hiệu quả, tuy nhiên, cần có người di chuyển liên tục để sử dụng Mặc dù có thiết kế hỗ trợ quay phim trên internet, sản phẩm này vẫn chưa được thương mại hóa và còn tồn tại một số nhược điểm như thiếu bộ điều khiển từ xa và thiết kế chưa tối ưu Thiết bị hỗ trợ quay phim tự động vẫn là một ý tưởng mới và cần được nghiên cứu thêm, hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến trong tương lai.

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu đã phát triển thiết bị hỗ trợ quay phim, giúp ghi hình dễ dàng và hiệu quả hơn, nâng cao hiệu suất cho người quay phim Thiết kế cho phép chỉ cần một người vận hành từ xa, đặc biệt hiệu quả trong các cảnh quay di chuyển liên tục, giảm thiểu sức lực và tăng độ chính xác so với thiết bị cổ điển Sản phẩm này không chỉ tối ưu hóa công việc của đoàn phim mà còn gia tăng số lượng sản phẩm phim, đáp ứng tốt hơn nhu cầu giải trí.

Mục tiêu đề tài

Chế tạo thiết bị hỗ trợ quay phim tự động với thiết kế mạch động cơ điều khiển trục xoay 360 độ và mạch động cơ chạy trên ray trượt Thiết bị này đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả, có khả năng di chuyển êm ái trên các ray trượt cong, mang lại trải nghiệm quay phim chất lượng cao.

GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển

Máy quay được thiết kế với khả năng chống lật và ngã khi di chuyển trên ray trượt, đảm bảo hoạt động ổn định trong suốt hành trình Các chi tiết chống rung hiệu quả giúp cải thiện chất lượng hình ảnh Bộ hỗ trợ quay phim có tính năng điều khiển từ xa, thuận tiện cho người sử dụng Cuối cùng, kết quả quay phim sẽ được tổng hợp và viết thành báo cáo chi tiết.

Đối tượng đề tài

Nghiên cứu cách thức hoạt động của thiết bị hỗ trợ quay phim

Nghiên cứu giải pháp điều khiển từ xa cho thiết bị hỗ trợ quay phim

Nghiên cứu và tìm hiểu cách để khi quay máy hạn chế rung nhất có thể.

Phạm vi đề tài

Chúng tôi phát triển thiết bị hỗ trợ quay phim hoàn chỉnh với thiết kế và giải pháp chống rung hiệu quả, mang lại độ ổn định cao trong quá trình hoạt động Thiết bị cho phép điều khiển từ xa thông qua các công nghệ hiện có như wifi, mạng LAN và bluetooth Ngoài ra, thiết bị có khả năng di chuyển trên đường thẳng, xoay 360 độ và giảm thiểu rung lắc khi quay phim hoặc ghi hình.

Kết cấu chính của đề tài

Kết cấu đề tài gồm có 6 chương:

Chương 2: Tổng quan đề tài

Chương 3: Phương pháp giải quyết

Chương 4: Quy trình thiết kế

Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

Mục tiêu thiết kế

Chúng tôi đã phát triển một thiết bị hỗ trợ quay phim tự động, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng trong lĩnh vực ghi hình.

Máy có thể xoay được 360 độ Điều chỉnh được trọng tâm máy Điều khiển máy sử dụng bluetooth

Hạn chế rung khi quay phim, ghi hình Điều khiển được trong khoảng cách 10m-15m

Máy sử dụng nguồn điện 12V

Sử dụng động cơ DC truyền động đai răng trượt trên thanh nhôm

Sử dụng bộ cảm biến hai đầu để dừng máy

Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ khi trượt trên thanh nhôm

Sử dụng hai động cơ bước NEMA-17 để điều chỉnh máy quay Đảm bảo an toàn, gọn nhẹ, tiện lợi dễ sử dụng

Sản phẩm làm ra có thể phục vụ người dùng lâu dài, có thể thay thế, mua mới linh kiện bộ máy

Kết cấu máy đơn giản, bền, nhẹ có tính thẩm mỹ

Thiết kế thêm các loại khung trượt

Thiết kế các bánh xe phù hợp với từng loại địa hình

Giảm chi phí chế tạo ở mức tối đa

Phân tích chức năng, nhiệm vụ các bộ phận thiết kế

Hình 3.1: Sơ đồ chức năng khung, bàn trượt

Hình 3.2: Sơ đồ chức năng trục xoay

Hình 3.3: Sơ đồ chức năng đế camera.

Các thành phần cấu tạo máy

Là bộ phận chịu lực khi vận hành máy

Là điểm tựa cho bàn máy đặt trên bánh trượt

Là bộ phận nối bàn máy và thân máy Đảm bảo độ cứng vững cho máy

Là bộ phận giữ và điều chỉnh trực tiếp cho camera theo ý người quay phim.

Phương án thiết kế

Nguyên lý làm việc: Bàn trượt trượt trên khung nhôm theo một đường thẳng được điều khiển thông qua remost

Hình 3.4: Thân máy trượt trên khung Ưu điểm:

Khung nhôm định hình chịu lực tốt, không bị cong vênh

Dễ dàng sử dụng, dễ dàng vệ sinh bảo dưỡng sau khi sử dụng

Không cần tốn quá nhiều nhân lực và công sức Đảm bảo quá trình quay phim ghi hình được ổn định không bị gián đoạn khi quay

An toàn, gọn nhẹ, dễ tháo thắp khi sử dụng, có tính thẩm mỹ cao

Chi phí không quá cao, có thể thay thế nếu hư hỏng

Khi va đập các thanh nhôm phát ra âm thanh lớn chói tai, khó chịu

Chưa có nhiều mẫu mã đa dạng cho khách hàng lựa chọn

Có thể bị cong vênh do sử dụng nhôm kém chất lượng

Sau thời gian dài sử dụng, khung nhôm cần được bảo trì và thay thế để đảm bảo an toàn cho công việc và thiết bị quay phim.

Khi động cơ gặp trục trặc, người dùng có thể sử dụng tay để tiếp tục ghi hình, điều này mang lại tính linh động Tuy nhiên, việc này có thể gây khó khăn cho người quay phim khi phải kéo, đẩy bàn máy, dẫn đến rung lắc trong quá trình ghi hình do lực tay không đều.

Đế máy

Bộ phận này kết nối bàn trượt với thân máy, đồng thời đóng vai trò là điểm tựa cho thân máy Được làm từ vật liệu nhôm, bộ phận này không chỉ bền mà còn rất nhẹ.

Có tính thẩm mỹ cao

An toàn, gọn nhẹ, dễ tháo thắp khi sử dụng

Chi phí không quá cao, có thể thay thế nếu hư hỏng

Thân máy

Là bộ phận chính điều khiển cho camera ghi hình theo ý người quay phim được thiết kế độc đáo và đẹp mắt

Nguyên lý hoạt động của máy là điều khiển hai động cơ thông qua Bluetooth trên điện thoại, cho phép cả hai trục xoay 360 độ thuận nghịch Trục một điều khiển thân máy xoay trái phải, trong khi trục hai điều khiển thân máy quay lên xuống.

Kết cấu thiết kế máy đơn giản và có tính thẩm mỹ cao

Chi phí gia công hợp lý, cho phép thay thế các bộ phận máy móc khi gặp trục trặc hoặc hư hỏng Với chất liệu nhôm, sản phẩm không chỉ nhẹ mà còn bền bỉ.

An toàn, gọn nhẹ, dễ tháo thắp khi sử dụng

Khi điều khiển gặp trục trặc có thể điều chỉnh trực tiếp trên máy

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Chọn vật liệu

Vật liệu chính để chế tạo các chi tiết máy là nhôm, một loại vật liệu phổ biến trong ngành cơ khí Nhôm có nhiều ưu điểm, bao gồm trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn tốt và dễ gia công, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cơ khí.

Khả năng chống mài mòn của nhôm rất cao nhờ vào quá trình oxi hóa nhanh chóng hình thành nhôm oxit trên bề mặt Nhôm oxit có đặc tính vượt trội trong việc ngăn chặn sự xâm nhập của khí, nước và hóa chất, từ đó bảo vệ lớp phủ nhôm luôn sáng bóng, không bị úa màu và không để lại vết bẩn.

Nhôm có khối lượng nhẹ, chỉ bằng 1/3 so với sắt, khiến cho các sản phẩm thiết kế cùng kích thước trở nên nhẹ hơn khi sử dụng nhôm làm nguyên liệu chính Tuy nhiên, độ bền của nhôm tương đối thấp hơn so với thép; do đó, thép là lựa chọn tối ưu cho những sản phẩm yêu cầu độ cứng cao Ngược lại, nếu ưu tiên về khối lượng hơn độ cứng, nhôm sẽ là sự lựa chọn hàng đầu.

Không có từ tính: Sử dụng trong các thiết bị không được phép nhiễm từ, nhôm là sự lựa chọn hoàn hảo nhất

Khả năng sơn phủ: Nhôm có khả năng tạo màu rất tốt thông qua quá trình mạ, và lớp sơn phủ này có độ bền cực tốt

Khả năng tái chế: Nhôm có khả năng tái chế lại hoàn toàn 100% mà không giảm bớt hoặc mất bất cứ tính chất tự nhiên nào của nó

Nhôm có nhược điểm là hiếm và đắt hơn thép, đồng thời gây mài mòn cho các dụng cụ cắt Khi có lớp phủ oxit nhôm, nó yêu cầu độ chính xác cao hơn Ngoài ra, nhôm có độ đàn hồi ngược lớn và cần quy trình hàn đặc biệt.

Thiết kế mô hình 3D trên Solidworks

Hình 4.1: Mô hình tổng thể thiết bị hỗ trợ quay phim 3D

Máy được chia thành hai cụm:

Cụm một: khung nhôm, bàn trượt

Bảng 4.1: Chi tiết gia công

Tên Kích thước (mm) Số lượng

Khối đỡ 3 Dài 76, Rộng 50, Cao 25

Khối đỡ 4 Dài 63, Rộng 38, Cao 20

Lỗ ỉ12 1 Ống nhụm 1 ỉ15 Dài 280 2 Ống nhụm 2 ỉ15 Dài 203 2 Ống nhụm 3 ỉ12 Dài 178 2 Ống nhụm 4 ỉ12 Dài 152 2

Tấm đỡ ĐC bước Dài 82, rộng 8

Tấm đế ĐK ngoài 70, ĐK trong 25

Hệ thống điều khiển

Mạch điều khiển bàn máy bằng động cơ DC

Hình 4.6: Sơ đồ mach điện bàn máy

Hình 4.7: Thiết kế bảng mạch bàn máy

Mạch điều khiển thân máy bằng hai động cơ bước step:

Hình 4.8: Sơ đồ mạch điện thân máy

Hình 4.9: Thiết kế bảng mạch thân máy

GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển Remote điều khiển động cơ DC: Ứng dụng điều khiển động cớ bước thông qua HC-05: ( DK-Motor )

Hình 4.10: Giao diện điều khiển trên điện thoại

Code động cơ bước[ Phụ lục 1]

Chọn động cơ

4.4.1.1 Cấu tạo động cơ bước

Động cơ bước bao gồm hai bộ phận chính là stator và rotor, trong đó stator có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc các khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính Động cơ này được điều khiển bởi một bộ điều khiển bên ngoài, cho phép động cơ quay và dừng lại tại vị trí mong muốn mà không trở về vị trí ban đầu Động cơ bước có thể hoạt động trong hệ thống điều khiển vòng hở hoặc vòng kín, nhưng khi sử dụng trong vòng hở, nếu xảy ra quá tải, tất cả giá trị của động cơ sẽ bị mất và cần phải nhận diện lại Đặc điểm nổi bật của động cơ bước là hoạt động dựa trên các xung rời rạc, với dòng điện hoặc điện áp được áp dụng vào cuộn dây phần ứng, làm cho rotor quay một góc nhất định, được gọi là bước của động cơ.

Góc bước là góc quay của trục động cơ liên quan đến một xung điều khiển Góc bước được xác định dựa vào cấu trúc của động cơ bước và phương pháp điều khiển tương ứng.

Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ

Chiều quay động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây

4.4.2 Phân loại động cơ bước Động cơ bước được chia thành 3 loại chính là: Động cơ bước biến từ trở

Động cơ bước là một thiết bị điện cơ hoạt động dựa trên các xung điện rời rạc, cho phép roto quay một góc xác định, được gọi là bước Động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước hỗn hợp/lai là hai loại phổ biến, với đặc điểm nổi bật là khả năng điều khiển chính xác vị trí và tốc độ Khi có dòng điện hoặc điện áp được cung cấp cho cuộn dây phần ứng, động cơ sẽ thực hiện chuyển động theo từng bước một cách tuần tự.

Góc bước là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển, được xác định dựa vào cấu trúc của động cơ bước và phương pháp điều khiển của nó.

Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ

Chiều quay động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây

4.4.2.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau

4.4.2.2 Động cơ bước biến từ trở Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu Góc bước của stato là Ss

Roto của động cơ bước biến từ trở được làm từ thép non dẫn từ tốt, cho phép nó tiếp tục quay tự do ngay cả khi mất điện, trước khi dừng lại hoàn toàn.

4.4.2.3 Động cơ bước hỗn hợp Động cơ bước hỗn hợp (còn gọi là động ơ bước lai) có đặc trưng cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ Stato và roto có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau Roto của động cơ bước thường có 2 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau

Góc bước của động cơ bước hỗn hợp được tính theo công thức:

Trong đó: S là góc bước của động cơ

Sr là góc giữa 2 răng kề nhau

Số cặp cực trên stato được ký hiệu là Zs Động cơ bước hỗn hợp rất phổ biến nhờ vào việc kết hợp những ưu điểm của hai loại động cơ: động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở.

4.4.2.4 Động cơ bước hai pha

Động cơ bước hai pha hiện nay rất phổ biến và có cấu trúc tương tự như động cơ bước hỗn hợp và động cơ bước nam châm vĩnh cửu Chúng được phân loại theo cách đấu dây các cặp cực: động cơ bước đơn cực có cuộn dây pha với ba dây đầu ra, trong đó điểm trung tâm được nối với nguồn dương và hai đầu còn lại nối với nguồn âm Ngược lại, động cơ bước lưỡng cực chỉ có hai đầu ra, với một đầu nối vào nguồn dương và đầu còn lại vào nguồn âm.

GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển điện Động cơ bước lưỡng cực có kết cấu đơn giản nhưng điều khiển phức tạp hơn động cơ bước đơn cực

Phương pháp điều khiển động cơ bước:

Hiện nay, có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước: Điều khiển dạng sóng (Wave) cấp xung theo thứ tự từng cuộn dây pha; Điều khiển bước đủ (Full step) cấp xung đồng thời cho hai cuộn dây pha kế tiếp; Điều khiển nửa bước (Half step) kết hợp cả hai phương pháp trước, giúp tăng số bước của động cơ lên gấp đôi nhưng yêu cầu bộ phát xung phức tạp; và Điều khiển vi bước (Microstep), phương pháp mới cho phép động cơ dừng và định vị tại vị trí nửa bước, mang lại độ chính xác cao và hoạt động êm ái, giảm thiểu vấn đề cộng hưởng.

4.4.3 Kết luận chọn động cơ

Sau khi nghiên cứu các loại động cơ bước, nhóm đã chọn động cơ bước NEMA 17 lưỡng cực 40mm 64oz.in 2A bốn chì máy, nổi bật với mô-men xoắn cao 45Ncm và góc bước 1,8 độ (200 bước/vòng) Động cơ này rất phù hợp cho các mô hình như RepRap Prusa, Mendel 90, Rostock, cũng như các ứng dụng trong máy in 3D, CNC và robot Đặc biệt, động cơ đi kèm với cáp 1 mét và đầu nối Harwin 4 chân đã được lắp sẵn, giúp người dùng dễ dàng kết nối và sử dụng.

GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển Kết nối: Đen (A+), Xanh lá cây (A-), Đỏ (B+), Xanh lam (B-)

Một số lưu ý khi sử dụng:

Động cơ bước cần được kết nối với nguồn điện không đổi hoặc trình điều khiển chopper để tránh hư hỏng Việc kết nối trực tiếp động cơ với nguồn điện có thể gây ra sự cố Khi chọn trình điều khiển, cần đảm bảo rằng dòng điện đầu ra không vượt quá dòng điện định mức của động cơ và điện áp cũng phải trong giới hạn cho phép.

Khi kết nối bốn cuộn dây với trình điều khiển, cần chú ý đến thứ tự để tránh làm hỏng thiết bị Động cơ NEMA 17 có những đặc điểm kỹ thuật điện quan trọng mà người dùng cần nắm rõ.

1 Loại Động cơ Bipolar Stepper

3 Mô-Men xoắn giữ 45Ncm

Bảng 4.2: Thông số điện NEMA 17

Phù hợp với các ứng dụng tiêu biểu như:

Máy bán hàng tự động

Máy ATM Đặc điểm kỹ thuật vật lý của động cơ bước NEMA 17

7 Chiều dài dây dẫn 1000mm

Bảng 4.3: Thông số vật lý NEMA 17

Tính toán động cơ

Hình 4.11: Sơ đồ truyền động của bàn máy

Tính động cơ: Động cơ DC truyền qua dây đai, điểu khiển remote:

Vận tốc v =0,1 (m/s) Chiều rộng bàn máy "0(mm) = 100(N.mm)

4.5.1 Xác định công suất trên trục công tác

Với: v: Vận tốc bàn máy (m/s)

Plv: Công suất làm việc trên trục công tác F: Lực kéo đai (N)

Theo sơ đồ động đề bài ta có:

ch = Hiệu suất chung toàn hệ thống dẫn động;

Xác định công suất cần thiết theo công thức:

Pct : Công suất cần thiết

Ptd : Công suất tương đương trên trục công tác ηch : Hiệu suất chung toàn hệ thống dẫn động (có thể ký hiệu là ηht – hiệu suất toàn hệ thống)

4.5.2 Xác định sơ bộ số vòng quay của động cơ điện

Tốc độ trục công tác nlv:

Với v: vận tốc băng tải D: đường kính tang D

Căn cứ vào công suất cần thiết Pct, số vòng quay sơ bộ nsb của động cơ, có các thông số kĩ thuật của động cơ như sau:

Vận tốc quay: 191.0828025478 (vg/ph); Công suất: 0,01 (kW)

Tính toán động học

4.6.1 Xác định tỉ số truyền u ht của hệ dẫn động utt = uht =dc /lv=1

Trong đó: nđc – số vòng quay động cơ đã chọn, vg/ph; nlv – số vòng quay của trục công tác, vg/ph

4.6.2 Phân phối tỉ số truyền của hệ dẫn động cho các bộ truyền

4.6.3 Công suất động cơ trên trục

Công suất động cơ trên trục I (trục dẫn) là:

4.6.4 Tốc độ quay trên trục

Tốc độ quay trên trục I là: 1 = dc = 1 (vg/ph)

4.6.5 Xác định moment xoắn trên trục

Mômen xoắn trên trục động cơ theo công thức :

Mômen xoắn trên trục I là:

Bảng 4.4: Tính toán thông số động cơ

Trục Thông số Động cơ I

Vận tốc vòng n (vg/ph) 191.0828025478 191.0828025478

Sơ đồ truyền động của hai động cơ bước :

Hình 4.12: Sơ đồ truyền động của hai động cơ bước

Nhóm sử dụng động cơ bước NEMA 17-200 để thực hiện quay 360 độ với độ phân giải 1/16 bước, nghĩa là mỗi bước có góc quay là 1.8 độ Khi động cơ quay một vòng 360 độ, nó sẽ hoàn thành 200 bước.

Tính số bước để động cơ quay được 360 0 đủ Vì sử dụng độ phân giải bước 1/16 (chế độ quarter step) Ta có:

Từ đó để di chuyển 1mm ta cần số bước là:

8 = 400 bước Đối với trục một giảm tốc độ 5:1, số bước để nó quay hoàn toàn hết quá trình

Từ đó để trục một quay được 1 0 ta cần:

360 = 44,4444 bước Đối với trục hai giảm tốc độ 5:1, số bước để nó quay hoàn toàn hết quá trình

Từ đó để trục hai quay được 1 0 ta cần:

360 = 44,4444 bướ𝑐 Đối với trục Z, ta có đai dẫn với bước răng là 2mm Để trục Z đi được 1mm ta cần số bước là:

4.6.6 Sử dụng board mạch cho bộ hỗ trợ quay phim, ghi hình:

4.6.6.1 Đối với bộ điều khiển bàn máy:

Sử dụng bộ thu RF 315mhz:

Hình 4.13: Bộ thu RF 315mhz

Kỹ thuật truyền sóng RF 315MHz hiện đang được sử dụng phổ biến trong việc truyền tín hiệu vô tuyến ở khoảng cách xa, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cửa cuốn, nhà thông minh và cửa tự động.

Các thông số kĩ thuật của bộ thu: Điện áp làm việc: 5V DC (sai số 0,5V)

Dòng làm việc tối đa: 5,5 mA Độ nhạy : đến -100dBm ( tương đương 0,0001 nW) – 50 Ω

Tốc độ truyền tin 9,6Kb/s

GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển Remote học lệnh RF:

Hình 4.14: Board mạch remote điều khiển

Remote học lệnh là thiết bị điều khiển có khả năng học lệnh từ các remote khác có cùng tần số, bao gồm remote điều khiển ô tô, cửa cuốn, và các thiết bị an ninh như báo động tại nhà.

Với 4 nút bấm có thể học độc lập 4 nút của nhiều thiết bị điều khiển khác giúp bạn có thể copy những chiếc remote khác của mình và chỉ cần cầm theo người 1 chiếc remote tự học lệnh để điều khiển được tất cả các thiết bị khác

Remote học lệnh nhỏ gọn, có nắp che bụi và ăng ten kéo dài, dễ dàng mang theo bên mình, cho phép bạn cầm tay hoặc treo móc khóa tiện lợi.

GVHD: Th.S Phạm Bá Khiển Cảm biến vật cản e18D80:

Hình 4.15: Cảm biến vật cản e18D80

Sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản mang lại phản hồi nhanh chóng và ít nhiễu nhờ vào việc sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại với tần số riêng biệt Ngoài ra, khoảng cách có thể dễ dàng điều chỉnh theo mong muốn thông qua biến trở.

Nguồn điện cung cấp: 5VDC

Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm

Dòng kích ngõ ra: 300mA

Ngõ ra dạng NPN với cực thu hở cho phép tùy chỉnh điện áp đầu ra, trong đó trở treo quyết định mức điện áp đầu ra tương ứng.

Chất liệu sản phẩm: nhựa

Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

4.6.6.2 Đối với bộ điều khiển thân máy:

A4988 là một driver điều khiển động cơ bước nhỏ gọn, hỗ trợ nhiều chế độ làm việc và cho phép điều chỉnh dòng điện đầu ra Ngoài ra, thiết bị còn có tính năng tự động ngắt điện khi nhiệt độ quá cao, đảm bảo an toàn cho động cơ.

Có 5 chế độ: 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 bước Điều chỉnh dòng ra bằng triết áp

Tự động ngắt khi quá nhiệt

Arduino Nano là một bo mạch điện tử phổ biến với kích thước nhỏ gọn 18.5mm x 43mm và trọng lượng chỉ 7g Mặc dù nhỏ bé, nó mang lại hiệu suất vượt trội, dễ dàng lập trình và thiết kế đơn giản, trở thành sự lựa chọn hàng đầu cho nhiều dự án.

Arduino Nano có thể linh hoạt lựa chọn công suất lớn nhất với hiệu điện thế của nó

Dễ dàng kết nối trực tiếp với các thiết bị máy tính

Arduino có thể kết nối với thiết bị điện tử khác

Arduino có thể kết nối với các chip điều khiển

Lập trình đơn giản tiện dụng

Arduino là một công cụ học tập, sáng tạo tuyệt vời giúp bạn thực hiện bất cứ dự án nào một cách dễ dàng

Sử dụng module bluetooth HC-05:

(Nguồn internet) Module HC-05 cung cấp hai giao tiếp trong khoảng cách ngắn hơn với tốc độ nhanh

Dễ dàng giao tiếp với bất kỳ bộ vi điều khiển hoặc hệ thống nào

Phạm vi giao tiếp lên đến 8 – 10 mét nhưng sẽ giảm xuống khi có vật cản Thiết bị sử dụng nguồn điện 5V Ứng dụng:

Các ô tô điều khiển từ xa cho trẻ em, trong tai nghe và chuột không dây, HC05 khả dụng cho giao tiếp không dây tốc độ nhan,…

Thiết bị giao tiếp với module HC05 phổ biến nhất hiện nay là Arduino, tuy nhiên, Arduino không cung cấp thư viện hỗ trợ cho việc thực hiện giao tiếp này.

THI CÔNG

Các yếu tố cần thiết trong quá trình chế tạo

Vật liệu sử dụng trong sản xuất cơ khí: inox, sắt, thép, nhôm…

Máy móc trong sản xuất như gia công cơ khí bằng laser, in 3D và máy CNC giúp tăng tốc độ sản xuất, tiết kiệm công sức và vật liệu, đồng thời nâng cao độ chính xác, sắc nét và độ sáng bóng của sản phẩm.

Công nghệ ứng dụng trong quá trình sản xuất:

Công nghệ gia công không phôi là phương pháp gia công biến dạng, bao gồm gia công áp lực và gia công nóng, với các hoạt động chủ yếu như dập nguội, đúc, dập nóng, hàn, rèn, cán, ép và kéo.

Công nghệ gia công phôi: bao gồm các hoạt động tiện, phay, mài, cắt gọt, bào…

Ngoài ra, trong quy trình sản xuất sản phẩm cơ khí, còn có một số công nghệ quan trọng khác như gia công bằng sóng siêu âm, gia công bằng chùm điện tử và gia công bằng tia lửa điện Những công nghệ này đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.

Thi công chế tạo máy

5.2.1 Tổng quan thiết bị hỗ trợ quay phim

Thiết bị hỗ trợ quay phim được chế tạo từ khung nhôm làm ray trượt và các chi tiết gia công bằng nhôm Nó bao gồm động cơ bước để điều khiển hai trục di chuyển cùng với mạch điều khiển điện tử Bàn máy được làm từ tấm nhôm và sử dụng động cơ DC để truyền động qua buly Đặc biệt, hai cảm biến vật cản được lắp ở hai đầu khung nhôm để đảm bảo bàn máy không bị rơi ra ngoài.

5.2.2 Gia công cơ khí các chi tiết máy

Hầu hết các chi tiết bằng nhôm được gia công trên máy phay CNC và máy tiện CNC, với thời gian hoàn chỉnh khoảng 10 ngày.

Chi tiết bánh răng sâu và bánh răng động cơ được đặt gia công riêng biệt bằng cách in 3D sản phẩm trong khoảng 3 ngày

5.2.3 Lắp ráp mô hình thiết bị hỗ trợ quay phim

5.2.3.1 Lắp ráp thân máy Đầu tiên chúng ta lắp ráp 2 ổ lăn vào 2 mặt của tấm đệm trục động cơ chính và tấm đệm trục động cơ xoay với đường kính trong là 25mm và đường kính ngoài là 37mm Ổ lăn này có tác dụng làm xoay trục chính của động cơ giúp động cơ hoạt động dể dàng hơn

Hình 5.1: Lắp ráp trục chính

Để lắp đặt, trước tiên bạn cần gắn tấm đế phụ vào tấm đế chính và cố định bằng ốc vít Sau đó, hãy lắp trục chính vào tấm đế và sử dụng ốc lục giác 5mm để cố định Để đảm bảo trục chính có thể xoay dễ dàng, hãy đặt một vòng đệm vào trục chính nhằm tạo khoảng cách giữa tấm đế phụ và tấm đệm trục động cơ.

Gắn tấm đệm trục động cơ vào trục chính theo hướng lỗ 25mm và kiểm tra xem vòng bi đã khớp với trục chính chưa, đồng thời đảm bảo vòng bi có thể xoay tự do.

Hình 5.2: Lắp tấm đệm trục chính

Lắp đặt các ống nhôm 15mm vào lỗ đã gia công và cố định bằng ốc lục giác 5mm Tiến hành lắp 2 thanh nhôm ngắn phía dưới từ tấm đệm trục chính ra ngoài, cùng với 2 thanh nhôm dài từ khớp nối đến tấm đệm trục động cơ xoay Sau đó, lắp các thanh nhôm đường kính 12mm vào tấm đệm trục động cơ xoay, kèm theo các gối đỡ và bệ đỡ camera, tất cả được cố định bằng ốc lục giác 5mm Cuối cùng, lắp 2 thanh nhôm dài ở phía tấm đệm trục động cơ xoay và 2 thanh ngắn ở phần còn lại.

Hình 5.3: Trục xoay theo phương thẳng đứng

Lắp đặt tấm đỡ động cơ vào động cơ và cố định bằng ốc 3mm Sau đó, lắp bánh răng động cơ và cố định chúng Tiếp theo, gắn bánh răng sâu vào trục chính và trục xoay của khung Cuối cùng, cố định tấm đỡ động cơ để đảm bảo bánh răng sâu và bánh răng động cơ hoàn toàn ăn khớp với nhau.

Hình 5.4: Lắp bánh răng động cơ

Bánh xe và trục bánh xe được lắp vào bản lề để cố định vị trí, sau đó chốt cố định bản lề bánh xe và thân máy chữ L bằng ốc vít Tiếp theo, lắp phần còn lại của bản lề chữ L vào đáy tấm đế chính và điều chỉnh cho hợp lý Động cơ trượt được gắn vào tấm đỡ động cơ, sau đó lắp bánh răng vào động cơ Cuối cùng, canh chỉnh và lắp dây đai vào trục bánh xe kéo tới động cơ trượt, cố định động cơ sao cho dây đai đủ căng và ăn khớp với bánh răng động cơ.

Hình 5.5: Lắp ráp bánh xe

Kết nối và đi dây điện từ động cơ vào mạch điện, đảm bảo rằng dây không bị vướng vào trục hoặc các điểm khác trong quá trình hoạt động Sau đó, lắp nắp hộp điện và kiểm tra lại các động cơ để xác nhận chúng đã hoạt động bình thường hay chưa.

Các thanh nhôm định hình được lắp ghép để tạo thành ray trượt, kết nối thanh nhôm 1m với thanh nhôm 16cm bằng bản lề chữ L và cố định bằng ốc lục giác 5mm Sau đó, 4 chân trụ được gắn vào khung nhôm đã lắp ráp, sử dụng bản lề chữ L và ốc lục giác 5mm để đảm bảo độ chắc chắn Cuối cùng, một thanh ngang được gia cố giữa 2 chân trụ để tăng cường độ cứng cáp cho khung ray trượt.

Hình 5.6: Lắp ráp ray trượt

Cuối cùng, hãy đặt thân máy lên ray trượt và điều chỉnh khoảng cách giữa bánh xe và ray sao cho khớp nhau Di chuyển thân máy trên ray để kiểm tra độ bám của bánh xe Điều chỉnh ốc bánh xe cho đến khi thân máy trượt ổn định trên ray, nhưng khi nghiêng ray, thân máy vẫn giữ vững và không bị trượt xuống.

Sau khi lắp ráp bàn máy và thân máy một cách chắc chắn, tiếp theo là đặt hai cảm biến ở hai đầu khung trượt đã được đánh dấu, nhằm đảm bảo máy bàn không bị trượt khỏi khung nhôm.

Hình 5.7: Lắp ráp hoàn thiện

5.2.4 Quy trình vận hành máy hỗ trợ quay phim, ghi hình

Phần điều khiển thiết bị hỗ trợ quay phim, ghi hình:

Phần thân máy có khả năng kết nối và điều khiển thông qua ứng dụng DK_Motor trên điện thoại di động Để bắt đầu, người dùng cần bật chế độ Bluetooth, sau đó chọn kết nối với module HC-05 để điều khiển máy một cách dễ dàng.

Có bốn nút điều khiển bốn hoạt động cụ thể:

Nút bên trái cho phép thân máy xoay 360 độ sang trái, trong khi nút bên phải điều khiển xoay 360 độ sang phải Nút lên giúp nâng góc máy lên, còn nút xuống điều chỉnh hạ góc máy xuống.

Bàn máy được điều khiển dễ dàng bằng remote, với nút A để di chuyển sang trái và nút B để di chuyển sang phải Đặc biệt, bàn máy được trang bị bộ giảm tốc giúp ổn định trong quá trình quay phim, giảm thiểu tình trạng rung lắc.

Khi sử dụng xong để đảm bảo không bị lỗi nên chọn để ngắt kết nối bluetooth trước khi rút nguồn.

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN

Đánh giá kết quả

Kết quả nghiên cứu tổng thể đạt được của đề tài:

Thiết bị hỗ trợ quay phim đã được nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo thành công, mang lại những kết quả tích cực sau quá trình thực nghiệm.

Máy được chế tạo chắc chắn với các chi tiết chủ yếu từ nhôm và nhựa, giúp giảm trọng lượng khi vận chuyển Điều khiển Bluetooth qua module HC-05 hoạt động hiệu quả trong khoảng cách 10m đến 15m, trong khi remote điều khiển có thể hoạt động ổn định trong khoảng 20m đến 25m.

Ray trượt có thiết kế tháo rời và lắp ráp dễ dàng, cho phép người sử dụng điều chỉnh chiều dài theo nhu cầu Thiết bị hoạt động ổn định trên ray trượt, giảm thiểu rung lắc khi quay so với các thiết bị khác Với chất liệu nhôm định hình và bánh xe chuyên dụng, ray trượt chống trượt hiệu quả trên địa hình không bằng phẳng Cảm biến ở hai đầu khung nhôm giúp bàn máy không bị trượt, đảm bảo an toàn cho máy quay Các chi tiết máy dễ dàng tháo lắp, bảo trì và thay thế, đồng thời thiết bị còn hỗ trợ điều khiển qua điện thoại và remote, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.

Kết quả thực nghiệm cho thấy thiết bị hỗ trợ quay phim hoạt động gần đúng với dự kiến ban đầu Đây là sản phẩm mới tại Việt Nam, mở ra nhiều cơ hội phát triển và tiềm năng thị trường sáng sủa cho sản phẩm này.

Những hạn chế của đề tài

Mặc dù đã tiến hành nghiên cứu một cách nghiêm túc, nhóm em vẫn nhận thấy rằng do nguồn kinh phí và thời gian hạn chế, đề tài của nhóm còn nhiều thiếu sót và chưa hoàn thiện ở nhiều khía cạnh.

Các chi tiết của sản phẩm vẫn còn thô và chưa hoàn thiện, với nguồn điện và mạch điện chưa được tối ưu về mặt thẩm mỹ Thiết kế bánh trượt trên thanh trượt chưa hoàn chỉnh, dẫn đến thiết bị trượt vẫn còn rung lắc khi hoạt động Hệ thống điện hiện tại vẫn sử dụng nguồn 12V và 5V, chưa được thay thế bằng pin, điều này hạn chế khả năng hoạt động và chưa tích hợp một bộ nguồn duy nhất, làm cho sản phẩm chưa đạt được tính thẩm mỹ tối ưu.

Hệ thống trượt trên ray vẫn hoạt động độc lập qua remote mà chưa kết nối bằng sóng bluetooth với điện thoại Chưa tối ưu hóa lập trình để hai động cơ bước vận hành đồng thời, và các bánh răng vẫn chưa ăn khớp hoàn toàn Hệ thống cũng chưa chế tạo được ray trượt theo đường cong và chưa cải thiện về mặt thẩm mỹ cho sản phẩm.

Hướng phát triển đề tài

Do hạn chế về kinh phí và thời gian, nhóm em nhận thấy thiết bị hỗ trợ quay phim hiện tại vẫn còn nhiều thiếu sót và cần cải tiến Vì vậy, nhóm đề xuất một số hướng phát triển nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng của thiết bị.

Khung trượt và chân khung được thiết kế chắc chắn hơn, cho phép cải tiến việc sử dụng máy chạy trên nhiều loại khung trượt khác nhau Việc lắp thêm bánh xe cao su ở chân khung giúp dễ dàng di chuyển máy mà không cần phải khuân vác Hơn nữa, chân máy có thể được thiết kế để hoạt động như một robot điều khiển, tối ưu hóa tính linh động và đáp ứng tốt hơn nhu cầu người sử dụng Phần lập trình cũng được tối ưu để cả ba trục có thể hoạt động đồng thời, nâng cao hiệu quả sử dụng.

Mạch điện được thiết kế gọn gàng và tích hợp cùng một bộ nguồn, tạo nên sự thẩm mỹ cho sản phẩm Người dùng có thể thay thế nguồn điện bằng pin sạc, mang lại tính linh hoạt cao hơn khi quay phim Sản phẩm còn áp dụng các công nghệ hiện đại như điều khiển qua sóng wifi hoặc mạng LAN, đồng thời có khả năng phát triển thêm bộ điều khiển bằng giọng nói, giúp việc sử dụng và vận hành máy trở nên tiện lợi hơn mà không cần đến điện thoại hay remote.

Tiêu đề	Nghiên cứu Thiết kế và Chế tạo Thiết bị Hỗ Trợ Quay Phim Tự Động
Tác giả	Đỗ Hoàng Nam, Lương Quốc Nam, Tô Gia Huy
Người hướng dẫn	Th.S Phạm Bá Khiển
Trường học	Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	5,08 MB