THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT BAY ĐỂ CẤP THỨC ĂN CHO TÔM CÁ TRONG NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT BAY ĐỂ CẤP THỨC ĂN CHO TÔM CÁ TRONG NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN Họ và tên sinh vi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT BAY ĐỂ CẤP THỨC ĂN CHO TÔM CÁ TRONG NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN

Họ và tên sinh viên: TRẦN TUẤN KIỆT

NGUYỄN SƠN HÀ

Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2014-2018

Tháng 05 năm 2018

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ROBOT BAY ĐỂ CẤP THỨC ĂN CHO

TÔM CÁ TRONG NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN

Tác giả

TRẦN TUẤN KIỆT NGUYỄN SƠN HÀ

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện đề tài xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy cô

đã tham gia đóng góp những ý kiến quý báu và giúp đỡ tận tình trong quá trình thựchiện đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo robot bay để cấp thức ăn cho tôm cá trong nuôi trồng thuỷ sản

Đặc biệt cảm ơn thầy Nguyễn Tấn Phúc đã tạo điều kiện cho nhóm thực hiện đểtài nghiên cứu này

Đồng cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô Trường Đại học Nông lâm và thầy côkhoa cơ khí công nghệ đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm em trong quá trình chế tạo và hoànthành đề tài này

Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình làm đồ án em không thểtránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự chỉ bảo của thầy cô để em có hướng đi cao hơntrong học tập

Em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, tháng 05 năm 2018Sinh viên thực hiện:

Trần Tuấn Kiệt

Nguyễn Sơn Hà

2

TÓM TẮT

Hiện nay thì ngành điện tử nói chung cũng như cơ điện tử nói riêng đang rấtphát triển, nó được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực như tự động hóa, sản xuất côngnghiệp, và còn nhiều lĩnh vực khác nữa

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đườngcông nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Ngành cơ điện tử đã có những bước tiến vượtbậc và mang lại những hiệu quả đáng kể

Nước ta với nền kinh tế chủ đạo vẫn chú trọng vào nông nghiệp Nhưng với quy

mô, sản cuất nhỏ lẻ, trình độ công nghệ lạc hậu, năng suất và chất lượng sản phẩmthấp khiến việc phát triển nông nghiệp gặp nhiều khó khăn Vì vậy ứng dụng khoahọc trong nông nghiệp là “chìa khóa” để thực hiện thành công việc chuyển dịch cơ cấukinh tế nông nghiệp

Hòa nhịp với xu hướng hiện tại là chú trọng đưa khoa học vào nông nghiệpchúng em cũng đã tiến hành thực hiện đồ án: Thiết kế, chế tạo robot bay để cấp thức

ăn cho tôm cá trong nuôi trồng thuỷ sảntừ đó nâng cao thêm kiến thức chú trọng tìmtòi và học hỏi thêm những gì chưa biết, đáp ứng nhu cầu của ngành và môn học

Được sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong khoa cùng với sự họchỏi tìm tòi thì chúng em đã hoàn thành xong đồ án môn học Đảm bảo được các yêucầu kỹ thuật và yêu cầu của thầy cô đề ra nhưng bên cạnh đó cũng không thể tránhđược những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được ý kiến từ thầy cô và các bạn

Dưới đây là nội dung chính báo cáo đồ án môn học của chúng em

3

MỤC LỤC

Trang

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Yêu cầu nghiên cứu: 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn và kết quả cần đạt được 2

1.3.1 Ý nghĩa khoa học: 2

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn: 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Lịch sử nghiên cứu 3

2.1.1 Lịch sử phát triển của máy bay Quadrotor 3

2.1.2 Tình hình rải thức ăn ở nước ta hiện nay 6

2.2 Các linh kiện sử dụng cho đề tài: 6

2.2.1 Bộ điều khiển 6

2.2.2 Board điều khiển: 9

2.2.3 Động cơ và bộ điều xung (điều tốc): 10

2.2.4 Nguồn 13

2.2.5 Cánh máy bay: 14

2.2.6 Mạch điều tốc motor: 15

2.3 Các nghiên cứu trong nước: 16

2.3.1 Mô hình Quadrotor do nhóm kỹ sư LÊ CÔNG DANH thực hiện 16

2.3.2 Chế tạo Quadrotor tại các câu lạc bộ mô hình 16

2.3.3 Nghiên cứu chế tạo Quadrotor tại các trường Đại học 17

Chương 3 NỘI DUNG (VẬT LIỆU) VÀ PHƯƠNG THỨC NGHIÊN CỨU 19

3.1 Vật Liệu: 19

4

3.1.1 Tay điều khiển: 19

3.1.2 Mạch cân bằng: 19

3.1.3 Động cơ: 19

3.1.4 Cánh: 19

3.1.5 Mạch điều tốc: 19

3.1.6 Nguồn: 19

3.2 Nội dung thực hiện 19

3.3 Phương Pháp Nghiên Cứu: 20

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

4.1 Tính Toán Bán Kính Phun: 24

4.2 Kết quả tính toán lí thuyết và khảo nghiệm: 25

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 39

5.1 Kết quả đạt được: 39

5.2 Hướng phát triền đề tài: 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 40

5

DANH MỤC CÁC HÌNH

Tra

Hình 1.1: Phun thuốc bằng quadcopter 1

Hình 1.2: Cho tôm ăn cách truyền thống 1

Hình 2.1: Phân loại vật thể bay 3

Hình 2.2: Breguet – Richet Gyroplane No.1 4

Hình 2.3: Quadrotor của Etienne Oemichen 4

Hình 2.4: Bạch tuộc bay 5

Hình 2.5: Convertawings Model A 5

Hình 2.6: Cách cho ăn bằng ghe 6

Hình 2.7: Cách cho ăn bằng tay 6

Hình 2.8: Cách cho ăn bằng máy tự động 6

Hình 2.9: TX devo 7 7

Hình 2.10 : Cần điều khiển TX devo 7 8

Hình 2.12: RX 701 9

Hình 2.11: Các kênh trên tay điều khiển 9

Hình 2.13: Bộ mạch cân bằng Naza M lite V1 10

Hình 2.15: Kích thước motor 11

Hình 2.16: ESC hobbywing 40A 13

Hình 2.17: Pin 3s 5200mah 13

Hình 2.18: Cánh carbon 1255 14

Hình 2.19: Mạch điều tốc 15

Hình 2.20: Mô hình máy bay nghiệm thi tại Sở Khoa Học – Công Nghệ 16

Hình 2.21: Một chiếc máy bay 4 động cơ của CLB mô hình 17

Hình 2.22: Quadrotor và nhóm sinh viên Cơ Điện Tử DH Công nghiệp Hà Nội 17

Hình 2.23: Robot tự hành kiểu Quadrotor của Học viện Kỹ thuật Quân sự 18

Hình 3.1: Cách bố trí motor 20

Hình 3.2: Mô hình bay vẽ bằng solidwork 21

Hình 3.3: Hình ảnh cơ cấu phun 21

Hình 3.4: Bộ phận cánh tung thức ăn thiết kết solidwork 22

Hình 3.5:Sơ đồ mạch điện 23

6

Hình 3.6:Giao diện màn hình phần mềm DJI NAZAM Lite Assistant 23Hình 4.1 Ảnh mô hình đang hoạt động 37

Y

7

DANH SÁCH CÁC BẢNG

TrangBảng 2.1: Bảng thông số lực nâng motor 12

8

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Máy bay mô hình Quadcopter được điều khiển bằng sáu động cơ đặt ở sáu góc

trên nhằm tạo ra sự cân bằng, việc thay đổi tốc độ của các động cơ này giúp cho máy

bay có thể thay đổi hướng di chuyển Mục tiêu hướng đến của đề tài là đưa những ứng

dụng của loại máy bay này vào thực tế, ví dụ như: trong lĩnh vực giải trí Quadcopter

có thể sử dụng để gắn thêm camera quay lại hình ảnh từ trên không mà các máy quay

thông thường không thể thực hiện được, bám theo đối tượng định trước trong các pha

hành động, chuyển động tốc độ cao… để phục vụ cho ngành điện ảnh hay các sự kiện

thể thao Trong cứu hộ Quadcopter được

sử dụng để cảnh báo hướng di chuyển

của các vụ cháy rừng, ngoài ra

Quadcopter còn được sử dụng để cung

cấp góc quan sát từ trên cao phục vụ cho

công tác quy hoạch đô thị của địa phương

với kinh phí thấp hơn nhiều so với việc

sử dụng các loại máy bay khác

Đối với việc nuôi trồng thì

quadcopter có thể dùng để rải phân, rải

thức ăn cho cá cho tôm Trong quá khứ

thì việc cho tôm ăn, cho cá ăn của người

dân hết sức khó khăn vì phải cần tới 2

hoặc nhiều người mới có thể cho ăn

Điều đó làm tốn rất nhiều nhân công và

việc cho ăn rất tốn thời gian Và có 1 số

tình huống không may khi bị té ngã

xuống nước ảnh hưởng đến sức khỏe của

con người Đó là lý do nhóm em chọn đề

tài dùng mô hình bay để rải thức ăn cho

tôm cá Việc dùng mô hình bay để rải thức ăn giúp hạn chế nhân công và tiết kiệm thời

gian rải thức ăn so với truyền thống

1.2 Yêu cầu nghiên cứu:

Mô hình bay là một đề tài đòi hỏi kiến thức tổng hợp ở nhiều lĩnh vực như: cơ

khí thiết kế, thiết bị bay, khí động học, động lực học, mạch điện tử, vi điều khiển, mô

hình hoá, mô phỏng v…v Do đó, đòi hỏi cần có sự cố gắn, quyết tâm nổ lực hết mình

để hoàn thành tốt đề tài:

1

Hình 1.1: Phun thuốc bằng quadcopter

Hình 1.2: Cho tôm ăn cách truyền thống

Thiết kế, chế tạo mô hình robot bay.

Thiết kế bộ điều khiển không dây để điều khiển robot bay ổn định, chắc chắntrên các ao, ruộng nuôi tôm

Thiết kế, chế tạo module tung thức ăn cho tôm

Đánh giá hiệu quả mô hình, khả năng đồng đều lượng thức ăn đã tung cho tômăn

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn và kết quả cần đạt được

Có thể áp dụng cho việc phun thức ăn một cách hiệu quả

Tiết kiệm thời gian và công sức con người gấp nhiều lần

2

Chương 2 TỔNG QUAN

2.1 Lịch sử nghiên cứu

2.1.1 Lịch sử phát triển của máy bay Quadrotor

Có thể phân loại vật thể bay ra thành các loại như sau:

Hình 2.1: Phân loại vật thể bay

Chiếc Quadrotor đầu tiên trên thế giới ra đời từ năm 1907 do anh em nhà khoahọc người Pháp Louis và Jacques Breguet cùng giáo sư Charles Richet hợp tác chế tạo

Nó được mang tên “Breguet – Richet Gyroplane No.1”

Yêu cầu được đưa ra là nó có thể cất cánh khỏi mặt đất với một phi công Mộtđộng cơ 8 xy lanh được sử dụng để quay 4 cánh quạt Mỗi cánh quạt có 4 bản cánh Hệthống dây đai và pu li được gắn lên nhằm truyền động từ động cơ cho các cánh Bộ

Không gắn

động cơ động cơCó gắn động cơCó gắn

Không gắn động cơ

Bóng

Máy bay cánh quạt

Mô phỏng loài chim cánh bằngMáy bay

Máy bay trực thăng QuadcoperQuadrotor

khung của chiếc Quadcopter này làm từ các ống thép Tổng trọng lượng của nó vàokhoảng 575kg.

Lần bay thử nghiệm đầu tiên diễn ra tại Douai – Pháp vào năm 1907, nó đã cóthể nâng cao khỏi mặt đất 1.5m

Hình 2.2: Breguet – Richet Gyroplane No.1

Đến năm 1920, Etienne Oemichen đã chế tạo một chiếc Quadrotor với cánhquạt linh hoạt nhằm điều khiển và tạo lực đẩy Ban đầu, nó được gắn thêm một khí cầu

để nâng và giữ ổn định cho cổ máy này Năm 1922, Oemichen đã thành công khi chochiếc Quadcopter bay mà không cần sự trợ giúp của khí cầu Sau đó, nó không bao giờđược sử dụng nữa

Hình 2.3: Quadrotor của Etienne Oemichen

Cũng trong năm 1922, tiến sĩ George Bothezat và Ivan Jerome đã thành côngkhi thiết kế chiếc Quadcopter khổng lồ phục vụ cho quân đội Mỹ Cổ máy này đã đượcđiều khiển bằng cách thay đổi đơn lẻ hoặc cùng lúc các góc xoắn của cánh quạt Ngoài

ra nó còn được gắn thêm 4 cánh quạt loại nhỏ để hỗ trợ điều khiển Chiếc Quadcopternày được đặt tên là “Bạch tuộc bay” Nhưng dự án này bị huỷ bỏ ngay lập tức vì khảnăng bay thấp, giá thành cao

4

Hình 2.4: Bạch tuộc bay

Đến năm 1956, Convertawings lần nữa làm sống lại thiết kế trực thăng 4 cánhquạt đã được thử nghiệm năm 1922 bởi Oemichen tại Pháp và G de Bothezat tại Mỹ.Bốn cánh quạt của chiếc trực thăng này được gắn kết theo từng cặp trên hai thanh nốisong song Cơ chế kiểm soát vô cùng đơn giản bằng cách thay đổi lực đẩy giữa cáccánh quạt Năng lượng được cung cấp bởi hai động cơ, truyền động tới hệ thống cánhquạt bằng dây đai chữ V Máy bay có ba bánh đáp với hai bánh sau và một bánh trước

có thể xoay được Chuyến bay được thực hiện thành công vào tháng 3 năm 1956 tại

Mỹ Tuy nhiên, dự án này sớm bị chấm dứt do không nhận được đơn đặt hàng

Hình 2.5: Convertawings Model A

Từ đó, các cấu hình của máy bay Quadcopter không còn được chú ý như trước.Mãi cho đến những năm gần đây, Quadcopter mới được quan tâm trở lại vì khả năngứng dụng rất lớn trong lĩnh vực thiết bị bay mô hình

5

2.1.2 Tình hình rải thức ăn ở nước ta hiện nay

Do nước ta là nước đang phát triển, các công nghệ kỹ thuật hiện đại chưa thể ápdụng triệt để vào các ngành nông nghiệp cũng như chăn nuôi nên hầu hết trong việccho ăn ở nước ta hoàn toàn là thủ công

Tuy đã nhận ra được việc cho tôm cá ăn theo cách truyền thống tốn rất nhiềucông sức Từ đó ta có phát triển một số cơ cấu cho ăn tự động nhưng cơ cấu còn rấtlớn chiếm nhiều diện tích Và bị giới hạn bởi không gian hoạt động không linh hoạt

Cũng trên định hướng đó mô hình bay nhằm giải quyết vấn đề giới hạn khônggian cho ăn, có thể dễ vận chuyển nhiều nơi cho ăn chứ không như phương án cũng

mỗi nơi phải gắn một cái Điều này giúp giảm thêm chi phí lắp đặt cho hệ thống

2.2 Các linh kiện sử dụng cho đề tài:

2.2.1 Bộ điều khiển

Bộ điều khiển này về lý thuyết và khi không có vật cản nó có khả năng điềukhiển trong bán kính 1km Để điều khiển cho Quacopter cần phải có điều khiển 6 kênhhoặc 4 kênh trở lên Các cần điều khiển gồm có qua trái, qua phải, lên, xuống, xoaytrái máy bay, xoay phải máy bay, tự cân bằng

Tay điều khiển TX Devo 7 và RX 701: Bộ tay điều khiển 6 kênh DEVO 7 loạitay đơn chế tạo mô hình cỡ lớn Su27, Su37, F22, F35 các loại máy bay thủy phi cơ.

Bộ tay điều khiển cung cấp là bộ tay điều khiển đơn, khi kết hợp có thể thêm rx 601,

701, 801 hoặc RX1002 Devo7 là một trong các dòng TX RX thương mại của walkeramuốn tung ra để tham gia thị trường.Thiết kế lấy lại từ dòng 26xx, thay bằng màu đen,cầm nặng tay, các stick sử dụng bearing, có thể tùy chỉnh chiều dài stick Màn hìnhrộng có đèn nền, có buzz nghe , pin 12v, …

Thông số kĩ thuật bộ điều khiển DEVO 7 :

 Bộ mã hóa : hệ thống vi điều khiển

ARM

 Tần số: 2.4G (các DSSS)

 Công suất đầu ra: ≤100mW

 Tín hiệu kiểm soát khoảng cách : 200

-400M ( tủy RX)

 Dòng tiêu thụ : ≤220mA

 Tiêu chuẩn pin : 1.2V * 8 pin

nickel-cadmium hoặc một 1.5V * pin 8AA

Ưu điểm của bộ điều khiển:

Thiết kế Bốn Chiều: Tiện nghi rocker đã được cải thiện hơn nữa, mỗi rocker đãthêm bốn vòng bi, mang lại cảm giác mềm mại hơn khi chỉ đạo kiểm soát

7

Hình 2.9: TX devo 7

Hình 2.10 : Cần điều khiển

TX devo 7

Sử dụng công nghệ cốt lõi của DEVO 12, tỷ lệ thực hiện đầy đủ tính năng, giá

cả phải chăng

Để cung cấp máy bay trực thăng, cánh cố định hai loại của các loại môhình Cải thiện hơn trộn thiết kế và giao diện, như trộn chương trình, ga trộn và muốn.Điểm kiểm soát đường cong ga, mang lại tinh tế hơn xử lý cảm giác Có thể lưu trữ 15máy bay mô hình có sẵn Phần mềm nâng cấp trực tuyến qua mạng, bạn chỉ đơn giản

và dễ dàng có thể thưởng thức nâng cấp tính năng phần mềm miễn phí và các dịch vụkhác để tải về bản cập nhật các thông số mô hình

8

Hình 2.12: RX 701 Hình 2.11: Các kênh trên

tay điều khiển

2.2.2 Board điều khiển:

Board điều khiển: chịu trách nhiệm nhận tín hiệu điều khiển từ Remote, đọc tínhiệu cảm biến cân bằng trên thân để điều khiển sáu động cơ ở 6 góc cho phù hợp, cảmbiển cân bằng trên board này rất hữu ích, giúp điều khiển ban đầu đơn giản hơn đểmáy bay đạt trạng thái cân bằng tốt nhất Các board hiện đại còn tích hợp cả GPS trên

đó giúp định vị máy bay hay tự động đáp

Mạch cân bằng Naza M lite V1:

 Nâng cao khả năng ổn định thuật toán bay

2.2.3 Động cơ và bộ điều xung (điều tốc):

Động cơ và bộ điều xung: Sau khi board điều khiển phát xung điều khiển raBoard, bộ điều xung sẽ căng cứ vào độ rông xung phát ra mà điều khiển tốc độ động

cơ Động cơ dành cho Quacopter là loại động cơ 1 chiều có tốc độ vòng tua cực lớn,

có thể lên đến 750~1000 vòng / phút Tiêu thụ dòng lên đến 35A Đây cũng chính là

lý do các loại quadcopter chỉ có thể bay trong vòng 10~15 phút vì tiêu thụ công suất ởcác động cơ là rất lớn

 Thông số kỹ thuật của động cơ Sunny Sky 2216/1100kv:

 Thương hiệu: SunnySky

 Cấu hình khuyên dung: 9050,1047,1060

 Esc 30A trở lên

Hình 2.14: Sunny Sky 2216/1100kv

10

 Điều tốc Hobbywing 40A (ESC):

Được sử dụng để điều chỉnh tốc độ cho động cơ không có chổi than, điều tốctương thích với nhiều loại motor

Thông số kỹ thuật:

 Công suất đầu ra: 40A

 Công suất tối đa 55A (không quá 10 giây)

 Điện áp đầu vào: 2-4 Li-Po or 2-9 NiHH battery

 BEC Output: 5V-2A hoặc 5V-3A (chế độ tuyến tính)

 Tốc độ tối đa: 210000 PRM (2 cực), 70000 RPM (6 cực), 35000 RPM (12 cực)

 Kích thước (mm): 68 x 25 x 12

 Khối lượng: 46g (bao gồm tản nhiệt)

 Dây nguồn: màu đỏ-16AWG-100mm * 1, màu đen-16AWG-100mm * 1

 Dòng đầu ra: màu đen -16AWG-75mm * 3

Các tính năng:

 Có thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ

 Tự động phát hiện các ga route hoặc có thể được thiết lập một số tính năng độclập bằng tay

 Tự động ngắt điện trong vòng 3 giây nếu không nhận được tín hiệu

 Thời gian thiết lập có thể điều chỉnh (tối đa 30 phút) để phù hợp với động cơ dây và phích cắm

 Jack cắm: Blance charger, suit for T-plug

 Màu sắc: màu tiêu chuẩn

2.2.5 Cánh máy bay:

Cánh carbon 1255:

Cặp cánh thuận nghịch của Tarot có thiết kế cực kỳ nhẹ và bền do được làmhoàn toàn tứ sợi carbon siêu mỏng và cứng Các giá đỡ kép có nghĩa là chúng sẽ phùhợp với hầu hết các đa rotor Phù hợp cho loại trục có đường kính 4mm hoặc sử dụngcác trục cách nhau 12mm và bu long M3

Thông số kỹ thuật:

 Cánh quạt sợi carbon

 T-series với 3 lỗ tương thích với hầu hết các động cơ không chổi than

13

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp cung cấp: 12 – 40VDC

 Dòng tiêu thụ tối đa: 10A

 Dòng không tải: 20mA

 Phương pháp điều khiển: PWM (Chu kỳ 10% – 100%, PWM Freq: 13Khz)

15