THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT TẠO HÌNH CỦA ROBOT TỈA VIỀN CÂY XANH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT TẠO HÌNH CỦA ROBOT TỈA VIỀN CÂY XANH Họ và tên sin

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT TẠO HÌNH CỦA ROBOT TỈA VIỀN CÂY XANH

Họ và tên sinh viên: TRẦN TRÍ TÂM

HỒ BẢO LỘC Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

Niên khóa: 2014-2018

Tháng 6 năm 2018

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHẬN CẮT TẠO HÌNH

CỦA ROBOT TỈA VIỀN CÂY XANH

TÁC GIẢ

TRẦN TRÍ TÂM

HỒ BẢO LỘC

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành cơ điện tử

Giáo viên hướng đẫn:

ThS Đào Duy Vinh

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Khoa Cơ Khí- Công Nghệ trường Đai Học Nông Lâm Tp.HCM, nhất là các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp này

Em xin gửi lời tri ân đến thầy Ths Đào Duy Vinh, người đã tận tình hướng dẫn

và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận Những góp ý sâu sắc và tận tình của thầy đã giúp cho khóa luận của em được hoàn thiện và chỉn chu hơn rất nhiều

Em xin gửi lời cảm ơn đến những người anh, những người bạn đi trước trong nghề đã chia sẽ những kinh nghiệm vô cùng quí bái Tận tình giải đáp các thắc mắc và góp ý vô cùng chân thành

Cuối cùng chúng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập

Trong quá trình làm đề tài, em đã rất cố gắng nổ lực tìm kiếm tài liệu và trao đổi kiến thức với ạn bè Mặc dù đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành tốt luận văn này, nhưng chắc chắn trong quá trình làm việc không tránh khỏi những sai sót và han chế kính mong được sự thông cảm, góp ý từ phía thầy cô và các bạn

Sinh viên thực hiện

Trần Trí Tâm Hồ Bảo Lộc

TÓM TẮT

Ngày nay, Việt Nam đang trong giai đoạn đẩy mạnh phát triển công nghiệp, cùng với là việc ngày càng áp dụng các tiến bộ và thành tựu khoa học kĩ thuật vào thực tiễn trong nhiều lĩnh vực Sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật đặt ra câu hỏi lớn cho nhiều lĩnh vực khác nhau phải thích nghi với sự phát triển đó Cảnh quan môi trường Việt Nam cũng không ngoại lệ, nhu cầu chăm sóc cây cảnh ngày càng được chú trọng nhưng do điều kiện khoa học kĩ thuật hiện tại không đủ đáp ứng nhu cầu cơ giới hóa, tự động hóa nên nhiều hoạt động chăm sóc cây như cắt, tỉa, tạo hình,….vẫn còn thô sơ, năng suất lao động chưa được cao Việc cải tiến thiết bị theo hướng chuyên môn hóa, tự động động hóa cần được chú trọng Chính vì vậy, nhóm em lựa chọn lĩnh vực cắt tỉa viền cây và cụ thể là Thiết kế, chế tạo Robot tỉa viền cây xanh tự động cho

đề tài của mình Nhưng vì thời gian có hạn nên nội dung đề tài chỉ bao gồm Thiết kế chế tạo và điều khiển bộ phận cắt tạo hình của Robot tỉa viền cây xanh”

Đề tài “Thiết kế, chế tạo và điều khiển bộ phận cắt tạo hình của Robot tỉa viền cây xanh” được hiện hiện tại xưởng CK6 khoa Cơ Khí- Công nghệ trường đại học Nông Lâm Đề tài đươc thực hiện từ tháng 12 năm 2017 và hoàn tất vào tháng 6 năm

2018

Những nội dung chính của đề tài:

Thiết kế phần khung kết cấu tỉa viền cây cho Robot

Phân tích chọn lựa kết cấu điều chỉnh cao độ của lưỡi cắt

Tính toán chọn lựa công suất của động cơ cắt

Thiết kế mạch điều khiển các cơ cấu tỉa viền cây trên Robot

Thiết lập giải thuật điều khiển biên độ cắt phù hợp với tốc độ di chuyển của Robot Khảo nghiệm Robot tỉa viền cây trên thực tế

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC HÌNH v

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 2

1.3 Ý nghĩa khoa học thưc tiễn 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Giới thiệu về đề tài 3

2.2 Một số phương pháp sử dụng để tỉa viền cây xanh hiện nay 3

2.2.1 Tỉa bằng kéo 4

2.2.2 Dùng máy cầm tay 4

2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước 4

2.4 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước 4

2.4 Tổng quát về quá trình cắt thái vật thể 7

2.4.1 Cơ sở lí thuyết 7

2.4.2 Cơ sở vật lý 7

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt 8

2.5 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài 11

2.5.1 Vi điều khiển Atmega 328 11

2.5.2 Mạch nguồn LM2596 12

2.5.2 Encoder 12

2.5.3 Động cơ điện một chiều 13

2.5.4 Động cơ chổi than 24V 250W hộp số giảm tốc 16

2.5.5 Động cơ 775 16

2.5.7 Công tắc hành trình 17

2.5.8 Rờ le(relay) 17

2.5.9 Cơ cấu truyền động vít me – đai ốc 18

2.5.10 Kết cấu tay quay con trượt 20

2.6 Quy trình tỉa viền cây của Robot 20

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Nội dung 22

3.2 Phương pháp nghiên cứu 22

3.2.1 Phương pháp thực hiện 22

3.2.2 Phương tiện thực hiện 22

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 23

4.1 Robot tỉa viền cây xanh đường phố 23

4.2 Thiết kế bộ phận cắt tỉa của Robot tỉa viền cây xanh đường phố 24

4.3 Mô hình toán chuyển động của lưỡi cắt tỉa viền cây xanh 25

4.4 Thiết kế lưỡi cắt tỉa của robot tỉa viền cây xanh 28

4.4.1 Khảo sát kích thước bệ xi măng và viền cây xanh 28

4.4.2 Thiết kế lưỡi cắt 29

4.5 Thiết kế bộ phận cắt tỉa mặt trên của cây xanh nâng hạ theo phương OZ 30

4.6 Thiết kế bộ phận cắt tỉa hai mặt bên của cây xanh 32

4.7 Tính toán chọn chọn công suất động cơ 33

4.7.1 Tính toán chọn công suất động cơ cắt 33

4.9 Tính toán, thiết kế, chế tạo mạch điện điều khiển 35

4.9.1 Hệ thống điện của bộ phận cắt 35

4.8 Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện đề tài 47

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 49

5.1 Kết luận 49

5.2 Đề nghị 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC……….51

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hàng rào cây xanh 1

Hình 2.2: Cắt tỉa cây bằng máy cầm tay 4

Hình 2.3: Máy cắt cây xanh nông nghiệp 5

Hình 2.4: Thông số kỹ thuật 5

Hình 2.5: Một số loại cây cảnh trồng viền hoa 6

Hình 2.6: Lưỡi dao và thí nghiệm cắt trượt 8

Hình 2.7: Góc cắt thái 9

Hình 2.8: Đồ thị sự phụ thuộc của q với W (%) và vận tốc V(m/s) 10

Hình 2.9: Cấu tạo Atmega 328 11

Hình 2.10: Cấu tạo mạch nguồn LM2596 12

Hình 2.11: Cấu tạo Encoder 13

Hình 2.12: Cấu tạo động cơ DC 14

Hình 2.13: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC 15

Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo động cơ DC 16

Hình 2.15: Động cơ 775 16

Hình 2.17: Cấu tạo Relay 18

Hình 2.18: Cấu tạo Vít me- đai ốc 19

Hình 2.19: Cấu tạo tay quay con trượt 20

Hình 2.20: Qui trình cắt tỉa viền cây của robot 20

Hình 4.1: Robot tỉa viền cây xanh đường phố 23

Hình 4.2: Cấu tạo bộ phận cắt tỉa của robot cắt tỉa viền cây xanh 24

Hình 4.3: Mô hình toán chuyển động của lưỡi cắt tỉa viền cây xanh 26

Hình 4.4: Quỹ đạo chuyển động của lưỡi cắt 27

Hình 4.5: Mô hình khảo sát kích thước bệ xi măng và viền cây xanh 28

Hình 4.6: Nguyên lý hoạt động của lưỡi cắt tỉa viền cây xanh 29

Hình 4.7: Cấu tạo bộ phận cắt tỉa mặt trên của cây xanh nâng hạ theo phương OZ 30

Hình 4.8: Cấu tạo bộ phận cắt tỉa hai mặt bên cây xanh 32

Hình 4.9: Sơ đồ khối điều khiển bộ phận cắt tỉa cho cây xanh 33

Hình 4.10: Sơ đồ khối điều khiển bộ phận cắt tỉa cho cây xanh 35

Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn LM2596S 36

Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ phận cắt 36

Hình 4.13: Tín hiệu xung PWM 39

Hình 4.15: Giải thuật điều khiển 42

Hình 4.16: Khảo sát tốc độ ở 75 vòng/phút 44

Hình 4.17: Khảo sát tốc độ ở 150 vòng/phút 45

Hình 4.18: Khảo sát biên dạng cắt ở tốc độ 150 vòng/phút 46

Hình 4.19: Khảo sát biên dạng cắt ở tốc độ 150 vòng/phút 46

Hình 4.20: Hình ảnh thực tế của hệ thống điện 47

Hình 4.21: Viền cây xanh trước và sau khi cắt 47

Hình 4.22: Bộ phận cắt đang trong quá trình thử nghiệm 48

Hình 4.23: Robot trong quá trình khảo nghiệm thực tế 48

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của máy cắt cây xanh công nghiệp 5

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của vi điều khiển Atmega 328 11

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của mạch nguồn L2596 12

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật động cơ 775 17

Bảng 4.1: Số liệu khảo sát kích thước bệ xi măng và viền cây xanh……… 27

Bảng 4.2: Sơ đồ nối chân tín hiệu của bộ điều khiển ……… 36

Bảng 4.3: Bảng khảo sát sự thay đổi của các hệ số PID 40

Cũng như những sinh vật khác, cây xanh cũng phát triển lớn mạnh theo thời gian Thế nên, để giữ cho cây luôn xanh tươi mỗi ngày cần phải được chăm sóc liên tục Ngoài những công việc tiếp dinh dưỡng cho cây như tưới nước, bón phân thì việc cắt tỉa cành tạo viền cho cây xanh là một việc khá quan trọng giúp tăng thẩm mỹ cho sân vườn nhà bạn cũng như các công trình công cộng như đường xá, trường học, công viên, bệnh viện…

Việc cắt tỉa tạo viền mất nhiều thời gian và nhân công gây ảnh hướng đế sức khỏe người lao động, với việc khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì máy móc dần dần thay thế người lao động đã giảm đi thời gian và công sức của người lao động Vì vậy việc thiết kế, chế tạo Robot tỉa viền cây xanh là nhu cầu cần thiết

Hình 1.1: Hàng rào cây xanh

1.2 Mục đích đề tài

Đề tài xoay quanh việc áp dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật phục vụ cho mục đích nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và điều khiển bộ phận cắt tạo hình của Robot tỉa viền cây xanh Nhưng khối lượng công việc quá lớn cùng với thời gian có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu sâu phần bộ phận cắt tạo hình cho Robot

1.3 Ý nghĩa khoa học thưc tiễn

Về mặt khoa học, đề tài đã vận dụng những kiến thức, kỹ thuật và công nghệ trong lĩnh vực cơ điện tử nhằm giải quyết công việc 1 cách hiệu quả

Về mặt thực tiễn, Robot ra đời sẽ giúp chúng ta tốn ít nhân lực trong việc chăm sóc cảnh quan môi trường hơn, đỡ gây rủi ro cho công nhân trong quá trình làm việc

và tiết kiệm thời gian hiệu quả Không những vậy, sự ra đời của robot cũng là một phần trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của nước ta hiện nay, góp phần cho đất nước ngày càng xanh, sạch, đẹp hơn

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu về đề tài

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học công nghệ, ngành cơ điện tử đã và đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong công nông nghiệp Với các sản phẩm đặc trưng như máy

tự động hóa và những robot thông minh, cơ điện tử đã dần nâng cao chất lượng cuộc sống, giúp con người giải phóng được sức lao động, thay thế con người làm việc trong

những môi trường độc hại nguy hiểm

Trong lĩnh vực cảnh quan đô thị ngày nay máy móc đã dần thay thế người lao động Việc cắt cỏ nền, cắt tỉa hàng rào tạo viền cho cây xanh … đã được máy móc thực hiện, với sự phát triển của tự đông hóa và việc tránh cho người lao động gặp nguy hiểm bởi môi trường nắng gió, ô nhiểm.Chúng em đã được Thầy Ths Đào Duy Vinh trường ĐH Nông Lâm TpHCM hướng dẫn tìm tòi nghiên cứu thiết kế và chế

robot tao viền cây xanh

Việc cắt tỉa cây không những để gọn gàng mà còn phải thẩm mỹ vì vậy kỹ thuật cắt tải hết sức quan trọng Với robot tạo viền cây xanh chúng em đã nghiên cứu về bộ phận cắt tỉa cho robot Việc cắt tỉa phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dạng hình học của dao( độ sắc, góc mài, chiều dày và dạng cạnh sắc của dao), đặt tính vật liệu cắt (tính

chất cơ lý vật liệu cắt), các chế độ động học, động lực học cắt, tỉa…

2.2 Một số phương pháp sử dụng để tỉa viền cây xanh hiện nay

Mặc dù nhu cầu về cắt tỉa tạo viền đối với nước ta là rất cần thiết, công việc cắt tỉa cây xanh chủ yếu bằng thủ công chủ yếu là bằng kéo và các máy móc cắt tỉa cây cần con người trực tiếp vận hành Cho đến nay, từ những thông tin thu thập qua các tạp chí khoa học và công nghệ, nguồn thông tin cấp thành phố, cấp nhà nước, việc cắt tỉa cây xanh hầu hết hiện nay là sử dụng các phương pháp thủ công như:

2.2.1 Tỉa bằng kéo

Đây là phương pháp thủ công nhất được sử dụng hiện nay Người cắt chỉ cần

sử dụng dụng cụ là kéo để cắt tỉa cỏ Tuy nhiên, phương pháp này không có năng suất

và độ chính xác không cao

2.2.2 Dùng máy cầm tay

Bên cạnh các thiết bị cắt tỉa bằng tay, hiện nay trên thih trường có rất nhiều loai máy cắt tỉa sử dụng động cơ như: máy cắt tỉa hàng rào cầm tay, máy cắt cỏ nền…

2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước

Máy cắt cỏ cầm tay, máy cắt cỏ đẩy tay chưa có máy móc nào thay thế nguời lao động, người lao động vẫn cắt bằng tay Nghiên cứu trong nước về Robot tỉa tạo viền cây xanh vẫn chưa có Hiện nay, một dự án nghiên cứu về Robot tỉa tạo viền cây xanh cũng đang bước đầu được nghiên cứu thực hiện

2.4 Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước

Đối với nước ngoài, đề tài về máy cắt tỉa cây xanh là đề tài không mới, máy cắt tỉa cây xanh được nghiên cứu nhiều, qua thời gian đã cải tiến ra nhiều mẫu mã, chủng loại và được thương mại hóa Sau đây là một số hình ảnh về máy cắt tỉa cây xanh trên thế giới Sau đây là một số hình ảnh về các phương tiện cắt cây xanh thường dùng ở nước ngoài

Hình 2.2: Cắt tỉa cây bằng máy cầm tay

Hình 2.1: Cắt tỉa cây bằng kéo

b)

Hình 2.3: Máy cắt cây xanh nông nghiệp

Hình 2.4: Thông số kỹ thuật Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của máy cắt cây xanh công nghiệp

Động cơ Sử dụng động cơ thủy lực

Tính di động Gắn trên máy kéo

Một số loại cây cảnh trồng viền hoa

Hình 2.5: Một số loại cây cảnh trồng viền hoa

Hình 2.5a Cây ác ó có tên khoa học là Acanthus integrifolius T Anders thuộc họ

Ô rô Acanthaceae, bộ hoa mõm sói Scrophulariales Ở Việt Nam, cây ác ó còn có tên gọi khác là cây ắc ó Cây ác ó cao khoảng 1-2m nên thường được lựa chọn để làm viền cho những khu vực cần đường viền cao Cây phân cảnh nhiều thành những bụi dày, lá mọc đối, mỏng, xanh đậm, có hoa màu trắng

Hình 2.5b Cây dừa cạn vàng, dừa Vàng có nguồn gốc từ Mexico và vùng biển Caribean và Trung Mỹ Cây thân thảo, mọc thành bụi, chiều cao từ 40-100 cm Lá Dừa Vàng mọc đơn, hình mũi lao có răng cưa ở mép Bề mặt lá dừa vàng có lông nhám, nhiều gân nổi rõ trên bề mặt Hoa của cây mọc đơn độc từ nách lá có màu vàng tươi đặc trưng Mỗi hoa gồm 5 cánh, các cánh hoa mềm, mịn Cây ra hoa quanh năm

Hình 2.5c Cây chuỗi ngọc là loài cây công trình thường dùng làm cây trồng viền cảnh quan sân vườn công viên, trường học, đường phố… Nhờ đặc tính phát triển bộ lá

tốt và có thể cắt tỉa, khống chế chiều cao, tạo hình nên cây chuỗi ngọc thường được dùng là cây trồng viền tạo hàng rào hoặc đường viền lối đi được biết đến nhiều hơn như một loài hoa Chiều cao thân thường là từ 20-40cm

Hình 2.5d Cây Chiều Tím thuộc nhóm hoa lá màu được sử dụng nhiều trong công trình, thường trồng tạo khóm, đường viền, cây có hoa màu tím lá xanh quanh năm và phát triển rất mạnh Cây Chiều Tím phát triển nhanh dễ trồng và tạo khóm, thường trồng kết hợp với một số hoa lá màu khác, cây có hoa tím nổi bật, cao khoảng 50-60cm, mọc tự nhiên và chịu nắng rất tốt Lá cây thường xanh đậm, lá nhỏ và dài hình giáo mác, nhọn ở cuối lá, có gân nổi rõ, lá thường mọc đối có cuốn ngắn mọc sát thân, chiều dài khoảng 15-20cm rộng khỏng 1cm

2.4 Tổng quát về quá trình cắt thái vật thể

2.4.1 Cơ sở lí thuyết

Lực cắt vào gây một áp suất riêng đáng kể giữa lưỡi dao và vật liệu cắt, dẫn đến

sự phá hủy mối liên kết giữa các phần vật liệu làm tách rời chúng ra Quá trình cắt thái phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dạng dao (độ sắc, góc mài, chiều dày và dạng cạnh sắc của dao), đặc tính vật liệu cắt (các tính chất cơ lí vật liệu cắt), các chế độ động học,

động lực học của bộ phần cắt, thái, …

2.4.2 Cơ sở vật lý

Lưỡi dao có thế xem như đỉnh một góc nhiệt điện được tạo thành bởi những mặt

vát Nếu khảo sát dao khi phóng đại lên thị thấy rằng: lưỡi dao không phải là một đường thẳng hình học, bởi vì các mặt vát không cắt nhau để tạo thành góc nhị diện Nghĩa là lưỡi dao có độ dày nhất định

Độ sắc của dao được xác định không phải bằng trì số của góc nhị diện tạo thành bởi những mặt vát mà bằng bản thân chiều dày của lưỡi Nếu nhìn vào đường lưỡi dao khi phómg đại thì nó có một đường rang cưa ít hoặc nhiều Hình dạng lưỡi cưa được tạo thành do hai nguyên nhân sau đây:

a) Lưỡi cắt b) Thí nghiệm cắt trượt

Hình 2.6: Lưỡi dao và thí nghiệm cắt trượt Thứ nhất: mặt vát được đút bằng khuôn Hạt của khuôn để lại những rảnh nhỏ

và giữa chúng là những gờ nổi Giao tuyến của những mặt không phẳng không thể là một đường thẳng và luôn luôn là một đường răng khía

Thứ hai: Nếu mài lưỡi rất sắt mà không có thép hạt mịn thì trong khi mài một số

tinh thể được giữ lại và nằm tại chỗ, một số lại tách ra và đó cũng là nguyên nhân sinh

ra dạng rang khía Sự cắt của dao ngoài tác dụng bề mặt vát nêm vòn do chính bằng cạnh sắc lưỡi dao

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cắt

Việc cắt tỉa phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dạng hình học của dao( độ sắc, góc mài, chiều dày và dạng cạnh sắc của dao), đặt tính vật liệu cắt (tính chất cơ lý vật liệu

cắt), các chế độ động học, động lực học cắt, tỉa…

2.4.3.1 Áp suất cắt riêng

Áp suất cắt riêng của lưỡi dao trên vặt cắt là đại lượng đặc trưng cho quá trình

cắt bằng lưỡi dao và được tính theo công thức:

q = N

∆S , (N cm)⁄Trong đó:

N – lực ép pháp tuyến của dao lên vật liệu, [N];

∆S – chiều dài đoạn lưỡi dao chìm và vật cắt, [cm]

Áp suất phụ thuộc vào độ sắc của dao, góc mài dao, các tính chất cơ lý của vật cắt, chế độ động học của dao…

Đối với góc đặt dao β phải tính toán sao cho lớp rau, cỏ, rơm khi được dao cắt thái xong và tiếp tục cuốn vào sẽ không chạm vào mặt dao, nhằm tránh gây ma sát vô ích

Hình 2.7: Góc cắt thái

2.4.3.4 Khe hở ở giữa cạnh sắc lưỡi dao và cạnh sắc tấm kê

Khe hở δ càng bé thì hiệu quả cắt càng cao Khe hở tối ưu đám bảo sự cắt xảy

ra với lực ma sát tối thiểu của lớp vật liệu

Các máy cắt kiểu đĩa có khe hở ≤ 1 mm Các máy cắt kiểu răng trống có khe

χ: góc hợp bởi cạnh sắc lưỡi dao thái và cạnh sắc tấm kê

φmin: góc ma sát nhỏ nhất giữa dao, tấm kê với vật liệu thái

2.4.3.6 Độ bền của vật liệu làm dao

Dao có chất lượng tốt thì lâu cùn, cắt tốt, khi đó công để lưỡi dao nén lớp vật cắt sẽ tốn ít hơn và công cản cắt thái cũng nhỏ hơn

2.4.3.7 Độ bền và chất lượng của vật thái

Vật thái có độ bền cao thì khó cắt thái Đặt biệt độ ẩm W của vật cắt ảnh

hưởng đến áp suất cắt riêng q được biểu diễn ở đồ thị hình 2.8

2.4.3.8 Vận tốc của dao cắt

Vận tốc góc của dao cắt ảnh hưởmg đến quá trình cắt thái biểu diển ở đồ

thị hình 2.8

Hình 2.8: Đồ thị sự phụ thuộc của q với W (%) và vận tốc V(m/s)

2.4.3.9 Điều kiện trượt của lưỡi dao trên vật cắt

Điều kiện cắt có trượt của lưỡi dao trên vật thái được xác định trên cơ sở

phân tích vật lý quá trình cắt bằng lưỡi dao như sau:

τ > φ Trong đó:

τ – góc hợp giữa thành phần vận tốc tuyệt đối v và thành phần pháp tuyến vn , gọi là góc trượt

φ – góc ma sát giữa lưỡi dao và vật cắt, còn gọi là góc cắt trượt

2.5 Một số linh kiện, thiết bị sử dụng trong đề tài

2.5.1 Vi điều khiển Atmega 328

Atmega 328 là vi điều khiển trong board mạch Arduino

Hình 2.9: Cấu tạo Atmega 328

Atmega328 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ

MegaAVR Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ

chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của vi điều khiển Atmega 328

Kiến trúc AVR 8 bit

Số timer 3 timer gồm 2 timer 8 bit và 1 timer 16 bit

Số kênh xung PWM 6 kênh( 1 timer 2 xung)

2.5.2 Mạch nguồn LM2596

Mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%) Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor, robot, …

Hình 2.10: Cấu tạo mạch nguồn LM2596

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật của mạch nguồn L2596

Điện áp đầu vào Từ 4.5V- 2.8V

Điện áp đầu ra 1.3V- 25V

Dòng tiêu thu không tải 20mA

Dòng tiêu thụ liên tục 1.5A

Công suất tiêu thụ 15W

Chế độ hiển thị Khi khởi động chế độ hiện thị đo điện áp đầu ra Kích thước module 62 x26 x14mm

Độ chính xác vôn kế ±5%

2.5.2 Encoder

Bộ encoder thực chất là một đĩa đục lỗ, có gắn cặp cảm biến thu phát ở 2 bên

Bộ encoder được gắn trên bánh xe hoặc trên động cơ

Encoder có hai loại: Encoder tương đối và encoder tuyệt đối

Hình 2.11: Cấu tạo Encoder

Cấu tạo Encoder:

Cấu tạo của encoder như (hình 2.7), trong đó bao gồm: Một đĩa tròn xoay được quay quanh trục Trên đĩa có các vạch được mã hoá, hai cảm biến chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không có vạch, đèn led không chiếu xuyên qua Và chỗ có vạch, đèn LED sẽ chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa đặt mắt cảm biến Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua sẽ được mắt cảm biến xác nhận có chiếu xuyên qua đĩa tròn hay không Số xung vuông đếm tăng lên liên tục thể hiện số lần ánh sáng chiếu xuyên qua đĩa tròn xoay

Encoder khi hoạt động tạo ra các tín hiệu xung vuông, các tín hiệu xung vuông này là ánh sáng xuyên qua vạch trên đĩa xoay Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn đó Đối với encoder đơn giản nhất thường có 2 tín hiệu

ra lệch pha nhau 900 , ngoài ra với số tính hiệu nhiều hơn thì sẽ có độ lệch pha nhiều hơn

2.5.3 Động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều (động cơ DC) là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang năng lượng cơ Được sử dụng hầu hết trong những cơ cấu máy móc từ vi mô đến vỹ mô Động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện Vì thế, để điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ, ta cần sự

hộ trợ của các

Cấu tạo động cơ DC bao gồm:

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động

1 Trục motor; 2.Vành khuyên; 3 Stator; 4 Rotor; 5 Chổi quét

Hình 2.12: Cấu tạo động cơ DC

Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm Số lượng cực từ chính ảnh hưởng tới tốc độ quay Đối với động cơ công suất nhỏ người ta

có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Hình 2.13: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi quét ở 2 đầu A và B (dương ở A và

âm ở B), khi đó trong khung dây abcd xuất hiện dòng điện Khung dây abcd có điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ (xác định theo quy tắc bàn tay trái), sinh ra mômen làm quay khung dây Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau, nhưng do có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo chiều quay của khung dây (tức rôto) không đổi Khi rôto quay, các thanh dẫn rôto cắt từ trường sẽ cảm ứng sinh ra suất điện động

Eư Chiều suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ, chiều suất điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện Phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều là:

U = Ew + IwRw

Để điều khiển tốc độ động cơ ta sử dụng phương pháp điều khiển điện áp phần ứng để thay đổi tốc độ động cơ DC cụ thể là sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM – Pulse Width Modulation)

Động cơ DC có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực và được ứng dụng rất rộng rãi Động cơ DC được ứng dụng để điều khiển các cơ cấu chấp hành, được sử dụng nhiều trong các robot máy công cụ, các thiết bị y khoa, các thiết bị ôtô, các máy bán hàng nhỏ, và các máy quét…

2.5.4 Động cơ chổi than 24V 250W hộp số giảm tốc

Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo động cơ DC

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật động cơ 24V 50W hộp số giảm tốc

Công suất đầu ra 250W Tốc độ định mức 330rpm

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật động cơ 775

Hình 2.17: Cấu tạo Relay

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của relay được thể hiện ở hình 2.10 gồm:

1 Lò xo; 2 Tiếp điểm; 3 Lõi thép động;

4.Lõi thép tĩnh; 5.Cuộn hút

Nguyên lý hoạt động relay

Khi chưa đóng điện cho cuộn kích (5), lá thép động (3) chỉ chịu lực kéo của lò

xo (1) làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh phía trên tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái đóng, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái mở Khi đóng điện cho cuộn hút (5), từ thông do cuộn hút sinh ra móc vòng qua cả lõi thép tĩnh (4)

và lõi động (3) tạo thành 2 cực từ trái dấu ở bề mặt tiếp xúc làm cho lõi thép động (3)

bị hút về phía lõi thép tĩnh Mô men do lực hút này sinh ra thắng mô men lực kéo của

lò xo Kết quả là lõi thép động bị hút chặt vào lõi thép tĩnh, tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái mở, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái đóng Như vậy, chỉ nhờ vào sự đóng cắt điện cho cuộn hút mà ta có thể thay đổi trạng thái của hàng loạt các tiếp điểm

2.5.9 Cơ cấu truyền động vít me – đai ốc

Truyền động Vít – đai ốc làm việc theo nguyên lý ăn khớp của cặp ren (giữa

ren trong trên đai ốc với ren ngoài trên vít me) được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến

Hình 2.18: Cấu tạo Vít me- đai ốc

Tùy theo dạng chuyển động của vít và đai ốc có thể chia ra các loại:

+ Vít vừa quay vừa tịnh tiến, đai ốc cố định với giá + Đai ốc quay, vít tịnh tiến

+ Vít quay, đai ốc tịnh tiến + Đai ốc vừa quay vừa tịnh tiến, vít cố định Giữa vận tốc tịnh tiến của vít và số vòng quay trong một phút của đai ốc có liên hệ:

v = nZP

60 ∗ 1000 (m s⁄ ) Trong đó: n – số vòng quay

Z – số mối ren

P – Bước ren, mm

2.5.10 Kết cấu tay quay con trượt

Hình 2.19: Cấu tạo tay quay con trượt

Cấu tạo tay quay con trượt gồm:

1 Tay quay; 2 Thanh truyền; 3 Con trượt; 4 Giá đỡ;

Nguyên lí làm việc:

Khi tay quay 1 quay quanh trục A, đầu B của thanh truyền 2 chuyển động tròn làm con trượt 3 chuyển động tịnh tiến qua lại trên giá đỡ 4 – Nhờ đó chuyển động quay của tay quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của con trượt

2.6 Quy trình tỉa viền cây của Robot

Hình 2.20: Qui trình cắt tỉa viền cây của robot

Quá trình tiến hành cắt tỉa viền cây xanh bao gồm các công đoạn khác nhau Đầu tiên, để việc cắt tỉa được diễn ra thuận tiện thì cần phải thu dọn, vệ sinh sơ bộ

trước khi cắt Việc thu dọn vệ sinh giúp cho các bộ phận chấp hành của robot tránh được các vật cản như đá,….Kế tiếp, robot cần được đưa vào vị trí thích hợp để bắt đầu việc cắt, cùng với đó là công đoạn tiếp theo là điều chỉnh vị trí của các dao cắt sao cho phù hợp với các yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình cắt Khi Robot và các bộ phận chấp hành đã vào vị trí thích hợp thì tiến hành khởi động bộ phận cắt trước sau đó tiến hành cho Robot di chuyển cho đến khi hoàn thành quy trình cắt Bước cuối cùng trong quy trình là tiến hành thu gọn các bộ phận cắt và đưa Robot khỏi vị trí cắt, sau đó tiến hành dọn dẹp vệ sinh sau khi cắt

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung

Thiết kế phần khung kết cấu tỉa viền cây cho Robot

Phân tích chọn lựa kết cấu điều chỉnh cao độ của lưỡi cắt

Tính toán chọn lưa công suất của động cơ cắt

Thiết kế mạch điều khiển các cơ cấu tỉa viền cây trên Robot

Thiết lập giải thuật điều khiển biên đô cắt phù hợp với tốc độ di chuyển của Robot

Khảo nghiệm Robot tỉa viền cây trên thực tế

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Phương pháp thực hiện

Tìm kiếm, tham khảo tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài Ứng dụng các phần mềm thiết kế Solidworks vào việc thiết kế khung cho robot

Ứng dụng các kiến thức đã học về điện tử và vi điều khiển để thiết kế mạch

3.2.2 Phương tiện thực hiện

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Robot tỉa viền cây xanh đường phố

Hình 4.1: Robot tỉa viền cây xanh đường phố

Robot tỉa viền cây xanh đường phố gồm hai phần chính: Bộ phận dẫn động và bộ phận cắt tỉa

Bộ phận cắt tỉa của robot gồm 3 bộ lưỡi cắt tỉa: bộ lưỡi cắt (A) cắt tỉa bề ngoài của viền cây xanh, bộ lưỡi (B) cắt tỉa bề trong của viền cây xanh và bộ lưỡi (C) cắt tỉa mặt trên của viền cây xanh Bộ lưỡi cắt (A), (B) có thể thu mở theo phương y, nâng lên

hạ xuống theo phương z và bộ lưỡi cắt (C) có thể nâng lên hạ xuống theo phương z