Thiết kế và chế tạo máy pha trà sữa tự động

Trong học phần này, chúng em thực hiện đề tài: Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động.. Kết hợp với ý tưởng máy bán nước tự động đã có sẵn trên thị trường, chúng em cùng thầy hướng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

Thiết kế và chế tạo máy pha trà sữa tự

động

Người hướng dẫn: TS VÕ NHƯ THÀNH

Người duyệt: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH

Sinh viên thực hiện: TRẦN NGỌC LINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Trần Ngọc Linh Số thẻ SV: 101150214

Lê Nhật Trường Số thẻ SV: 101150235

2 Lớp: 15CDT2

3 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động

4 Giáo viên hướng dẫn: Võ Như Thành Học hàm/ học vị: Tiến sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)

1 Điểm đánh giá: …… /10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

Người hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thông tin chung:

Họ và tên sinh viên: Trần Ngọc Linh Số thẻ SV: 101150214

Lê Nhật Trường Số thẻ SV: 101150235

Lớp: 15CDT2

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động

Người phản biện: ……….………… Học hàm/ học vị: ………… Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

tối đa

Điểm đánh giá

1 Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải

1a

Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần

mới so với các ĐATN trước đây)

Đề tài có giá trị khoa học, công nghệ; có thể ứng dụng

thực tiễn

15

1b

Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến

thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu

Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ,

chương trình, mô hình,…)

50

1c

Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng

dụng trong vấn đề nghiên cứu;

Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài

ứng dụng trong vấn đề nghiên cứu;

2b Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ………

………

Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ: ………

………

Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Người phản biện

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động

Sinh viên thực hiện: Trần Ngọc Linh Số thẻ SV: 101150214

Lê Nhật Trường Số thẻ SV: 101150235

Lớp: 15CDT2

Giáo viên hướng dẫn: TS Võ Như Thành

Giáo viên duyệt: TS Đặng Phước Vinh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Trần Ngọc Linh Số thẻ sinh viên: 101150214

Lớp:15CDT2 Khoa:Cơ khí Ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

Họ tên sinh viên: Lê Nhật Trường Số thẻ sinh viên: 101150235

Lớp:15CDT2 Khoa:Cơ khí Ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế và chế tạo máy pha trà sữa tự động

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

• Yêu cầu của khách hàng về nguyên vật liệu của một ly trà sữa

• Kích thước tổng thể của mô hình

• Các vật liệu: Sắt hộp vuông 20x20x1mm, nhôm định hình, inox, nhựa

mika, nhựa PLA

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

• Chương 1: Tổng quan máy pha trà sữa tự động

• Chương 2: Thiết kế cơ khí

• Chương 3: Thiết kế giao diện điều khiển

• Chương 4: Thiết kế khối điều khiển

• Chương 5: Đánh giá đề tài và hướng phát triển

5 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

• Bản vẽ tổng thể hệ thống (1A0)

• Bản vẽ sơ đồ động (1A0)

• Bản vẽ lắp các cơ cấu (3A0)

• Bản vẽ chi tiết các bộ phận (3A0)

• Bản vẽ lưu đồ thuật toán lập trình (1A0)

6 Họ tên giáo viên hướng dẫn: TS Võ Như Thành

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 5/9/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án: 19/12/2019

Đà Nẵng, ngày 17 tháng 12 năm 2019

i

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, các ngành công nghiệp ngày càng đòi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật cao Nhu cầu của nhà sản xuất cũng như nhà tiêu dùng là tăng không ngừng Đây là cơ hội và cũng là thách thức cho ngành cơ điện tử, với việc ứng dụng các thành tựu nhân loại để phục vụ nhu cầu xã hội

Các loại máy móc đã và đang trở thành công cụ lao động thông minh, từng bước thay thế con người trong hoạt động sản xuất Nhờ đó mà năng suất và chất lượng lao động ngày càng được cải thiện và tiệm cận sự hoàn hảo Trong học phần này, chúng em

thực hiện đề tài: Thiết kế và chế tạo Máy pha trà sữa tự động Với mục tiêu tạo ra một

sản phẩm hoạt động linh hoạt và có khả năng ứng dụng thực tế mang lại hiệu quả kinh

tế cao Các nhiệm vụ cần thực hiện trong đề tài này bao gồm:

• Xác định phương án thiết kế

• Nghiên cứu và điều khiển các cơ cấu

• Xử lý giao diện điều khiển đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của khách hàng

Để đề tài này đạt kết quả tốt đẹp, chúng em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều cơ quan, cá nhân, gia đình Với tình cảm sâu sắc cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, các cá nhân và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng

em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài

Trước hết chúng em gửi tới các thầy Khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Đại học Đà Nẵng lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc Với sự quan tâm, chỉ dạy và truyền đạt kiến thức để chúng em hoàn thành đề tài này

Đặc biệt chúng em gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo – TS Võ Như

Thành đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn hoàn thành tốt đề tài này trong thời gian qua

Không thể không nhắc tới sự hỗ trợ truyền đạt kinh nghiệm của các bạn trong tập thể lớp 15CDT

Tuy nhiên do kiến thức và kinh nghiệm còn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn sinh viên để đồ án của chúng em được hoàn chỉnh hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn

iii

CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực

và chưa hề được sử dụng để bảo vệ đồ án hoặc học vị nào khác Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc và được phép công bố

Sinh viên thực hiện

Trần Ngọc Linh

Lê Nhật Trường

iv

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn i

Lời cam đoan liêm chính học thuật

ii Mục lục

iii Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ

v Danh sách các cụm từ viết tắt

vii CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MÁY PHA CHẾ TRÀ SỮA TỰ ĐỘNG 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Yêu cầu đề tài 2

1.3 Một số máy pha chế tự động và bán tự động có sẵn trên thị trường 2

1.4 Giới thiệu về máy pha trà sữa tự động 3

1.5 Nội dụng nghiên cứu: 4

1.6 Nội dung báo cáo: 5

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 6

1.7 Yêu cầu của hệ thống 6

1.8 Cơ cấu cấp đá 6

1.8.1 Yêu cầu cơ cấu cấp đá 6

1.8.2 Các phương án thiết kế cơ cấu cấp đá 6

1.8.3 Thiết kế cơ cấu cấp đá 8

1.9 Cơ cấu cấp thạch 15

1.9.1 Yêu cầu cơ cấu cấp thạch 15

v

1.9.2 Các phương án thiết kế cơ cấu cấp thạch 15

1.9.3 Thiết kế cơ cấu cấp thạch 19

1.10 Hệ thống bơm và định lượng chất lỏng 23

1.11 Cơ cấu cấp ly 24

1.11.1 Yêu cầu cơ cấu cấp ly: 24

1.11.2 Các phương án thiết kế cơ cấu cấp ly 24

1.11.3 Thiết kế cơ cấu cấp ly 26

1.12 Cơ cấu đẩy ly 26

1.13 Thiết kế khung và hệ thống máng dẫn liệu 27

1.14 Tổng quan về hệ thống 27

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 29

1.15 Tổng quan về lập trình hướng đối tượng và lập trình giao diện 29

1.16 Raspberry Pi 29

1.17 Thiết lập môi trường thiết kế 33

1.18 Định dạng dữ liệu Json 33

1.19 Qt Frame work 34

1.20 Thiết kế giao diện GUI 35

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KHỐI ĐIỀU KHIỂN 38

1.21 Sơ đồ khối khối điều khiển 38

1.22 Các thành phần cơ bản 38

1.22.1 Arduino Mega 2560 R3 38

1.22.2 Loadcell 40

1.22.3 Module ADC HX711 43

1.22.4 Động cơ bước 45

1.22.5 Module Driver Động cơ bước DRV A8825 46

1.22.6 Cảm biến lưu lượng YF-S401 48

1.22.7 Máy bơm mini áp lực 12V 12W 2L 49

1.22.8 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 50

vi

1.23 Sơ đồ mạch điện 51

1.24 Lưu đồ thuật toán 53

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

1.25 Kết quả đạt được 57

1.26 Hạn chế còn tồn tại 57

1.27 Hướng phát triển đề tài 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 1 60

PHỤ LỤC 2 73

vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Xếp hàng mua trà sữa tại Phúc Long 1

Hình 1.2 Máy bán nước tự động 1

Hình 1.3 Máy pha cafe Casadio Dieci A2 2

Hình 1.4 Máy pha café SAECO M50 2

Hình 1.5 Máy ủ lạnh trà sữa 3

Hình 1.6 Máy bán café tự động của VUFOOD 3

Hình 1.7 Hình ảnh thực tế máy pha trà sữa tự động 4

Hình 2.1 Mô hình thực tế phương án 1 7

Hình 2.2 Máy làm đá ELIP100 8

Hình 2.3 Thiết kế thùng đá trên phần mềm Solidwork 9

Hình 2.4Thiết kế chi tiết thùng đá 9

Hình 2.5 Bộ truyền xích 11

Hình 2.6 Bộ truyền bánh răng 12

Hình 2.7 Bộ truyền đai răng 13

Hình 2.8 Bộ truyền đai răng được lựa chọn 14

Hình 2.9 Hình ảnh tay gắp mềm 16

Hình 2.10 Cơ cấu cấp thạch sử dụng 2 mâm 17

Hình 2.11 Thiết kế cơ cấu đẩy thạch trên phần mềm Solidwork 18

Hình 2.12 Thiết kế chi tiết thùng chứa thạch 19

Hình 2.13 Thùng thạch 20

Hình 2.14 Cơ cấu tay quay con trượt 21

Hình 2.15 Thiết kế chi tiết cơ cấu cấp thạch 21

Hình 2.16 Thiết kế chi tiết cơ cấu định lượng thạch 22

Hình 2.17 Bơm áp suất mini 12v 23

Hình 2.18 Sơ đồ nối ống 23

Hình 2.19 Cánh tay robot 25

Hình 2.20 Cơ cấu cấp ly 25

Hình 2.21 Tay tách ly 26

Hình 2.22 Thiết kế chi tiết tay tách ly 26

Hình 2.23 Cơ cấu đẩy ly 27

Hình 3.1 Máy tính nhúng Raspberry Pi 30

viii

Hình 3.2 Các chân GPIO thực tế 31

Hình 3.3 Kiểm tra phiên bản của các gói ứng dụng cần thiết 33

Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán giao diện điều khiển 36

Hình 3.5 Giao diện đăng nhập máy vào hệ thống 37

Hình 3.6 Giao diện order trà sữa 37

Hình 4.1 Sơ đồ khối khối điều khiển 38

Hình 4.2 Arduino Mega2560 R3 39

Hình 4.3 Cấu tạo của Loadcell 41

Hình 4.4 Cầu điện trở Wheatstone 41

Hình 4.5 Loadcell chữ Z 42

Hình 4.6 Loadcell thanh 42

Hình 4.7 Cảm biến Loadcell YZC – 133 1Kg được sử dụng trong đồ án 43

Hình 4.8 Module HX711 44

Hình 4.9 Sơ đồ mạch module HX711 44

Hình 4.10 Sơ đồ khối IC HX711 45

Hình 4.11 Động cơ bước Nema 17 46

Hình 4.12 Module driver động cơ bước A8825 47

Hình 4.13 Cảm biến lưu lượng YF-S401 48

Hình 4.14 Nguyên lý hoạt động cảm biến Hall 49

Hình 4.15 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 51

Hình 4.16 Sơ đồ nối dây cảm biến 51

Hình 4.17 Khối vi điều khiển 52

Hình 4.18 Khối điều khiển bơm 52

Hình 4.19 Khối driver điều khiển động cơ bước 53

Hình 4.20 Lưu đồ thuật toán toàn hệ thống 54

Hình 4.21 Lưu đồ thuật toán trên vi điều khiển 56

ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 39

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật Loadcell 1Kg 43

Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật module HX711 45

Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật động cơ bước 46

Bảng 4.5 Bảng vi bước DRV A8825 48

Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật của driver DRV A8825 48

Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật cảm biến YF-S401 49

Bảng 4.8 Thông số kỹ thuật của Bơm áp lực 50

Bảng 4.9 Thông số kỹ thuật của cảm biến E18-D80NK 51

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MÁY PHA CHẾ TRÀ SỮA TỰ ĐỘNG 1.1 Đặt vấn đề

Trong thời gian hiện nay, trà sữa đã trở thành thức uống hàng ngày trong giới trẻ Không chỉ thơm ngon, có tác dụng giải khát mà một ly trà sữa đúng chuẩn có thể cũng cấp thêm năng lượng cho ngày dài Thật không khó để chúng ta có thể nhìn thấy cảnh các bạn trẻ xếp hàng dài chỉ để đợi mua trà sữa cho mình và người thân Bởi vậy, thị trường trà sữa hiện nay rất tiềm năng và được đầu tư rất mạnh mẽ

Để có thể mang đến cho người tiêu dùng một ly trà sữa thơm ngon, mát lạnh và bổ dưỡng thì phải cần sự cẩn thận, tỉ mỉ từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, nấu trà, làm thạch đến cả khâu phối hợp các nguyên liệu Lẽ đương nhiên sẽ tốn khá nhiều công sức và luôn tiềm ấn mỗi nguy hại mất vệ sinh Kết hợp với ý tưởng máy bán nước tự động đã

có sẵn trên thị trường, chúng em cùng thầy hướng dẫn đã mang đến ý tưởng đề tài “Máy pha trà sữa tự động” để mang đến thị trường một giải pháp hiệu quả hơn

Hình 0.1 Xếp hàng mua trà sữa tại Phúc Long

Hình 0.2 Máy bán nước tự động

1.2 Yêu cầu đề tài

Mục tiêu của đề tài là sản xuất được một chiếc máy có khả năng phối hợp các nguyên liệu có sẵn như đường, đá, thạch, trà, si rô,… theo một tỉ lệ nhất định và hoàn toàn tự động Dựa trên những nhu cầu thực tế, một máy pha trà sữa tự động hoàn chỉnh cần đáp ứng được các yêu cầu như sau:

- Các cơ cấu cơ khí có tiếp xúc với nguyên liệu pha chế cần đảm bảo an toàn về sức khỏe cho người tiêu dùng về lâu dài

- Đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm

- Bảo quản được nguyên liệu tránh khói bụi cũng như nhiệt độ từ môi trường

- Đảm báo đáp ứng được nhiều loại thạch và có khả năng nấp cấp sau này

- Thời gian hoàn thành một ly trà sữa dưới một phút

- Có giao diện thông minh cho người sử dụng

- Sử dụng ly giấy thân thiện với môi trường

1.3 Một số máy pha chế tự động và bán tự động có sẵn trên thị trường

Hình 0.3 Máy pha cafe Casadio Dieci A2

Hình 0.4 Máy pha café SAECO M50

Hình 0.5 Máy ủ lạnh trà sữa

Hình 0.6 Máy bán café tự động của VUFOOD

1.4 Giới thiệu về máy pha trà sữa tự động

Máy pha trà sữa trự động là hệ thông cơ – điện tử, có giao diện người dùng thân thiện giúp cho việc pha chế và bán ra trà sữa một cách dễ dàng tiết kiệm nhất

Máy có các ngăn chứa nguyên liệu được làm lạnh để bảo quản với điều kiện tốt nhất

có thể Tránh được các tác nhân khói bụi từ môi trường giúp cho nguyên liêu luôn được tươi mới nhất để tạo ra được ly trà sữa không những thơm ngon mà còn đảm bảo sức khỏe cho người tiêu dùng

Máy được thiết kế theo kiểu module có thể thay đổi thêm bớt để phù hợp nhất với nhu cầu của người sử dụng, ví dụ có thể thêm 2 3 loại thạch bằng cách thêm cơ cấu cấp thạch cũng như giảm bớt loại si rô bằng cách cắt giảm bơm…

Máy có kích thước nhỏ gọn, phù hợp để đặt những nơi công cộng

Hình 0.7 Hình ảnh thực tế máy pha trà sữa tự động

1.5 Nội dụng nghiên cứu:

Mục tiêu của đề tài là thiết kế và chế tạo được một máy pha trà sữa hoàn chỉnh, trong quá trình nghiên cứu và thi công đề tài, nhóm sẽ thực hiện những nội dung sau:

+ Thiết kế khung của máy

+ Thiết kế từng cơ cấu và chạy thử nghiệm

+ Tìm hiểu về Raspberry Pi, hệ điều hành Linux

+ Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C++ và Qt Frameworks

+ Xây dựng sơ đồ khối và lưu đồ thuật toán

+ Đánh giá kết quả thực hiện

1.6 Nội dung báo cáo:

Đồ án tốt nghiệp “Máy pha trà sữa tự động” được trình bày trong 5 chương với bố cục như sau:

+ Chương 1: Tổng quan về máy pha trà sữa tự động

Chương này trình bày về vấn đề, thực tại và lý do chọn đề tài cùng với bố cục của

đồ án

+ Chương 2: Thiết kế cơ khí

Phân tích ưu nhược điểm của các phương án thiết kế, từ đó mô phỏng thiết kế tối

ưu nhất trên phần mềm Solidwork và chế tạo dựa trên những thiết kế đó

+ Chương 3: Thiết kế giao diện điều khiển

Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C++/Qt Framework và thiết kế lưu đồ thuật toán của giao diện điều khiển Kết quả của chương này là một giao diện đặt món được chạy trực tiếp trên máy tính nhúng Raspberry Pi

+ Chương 4: Thiết kế khối điều khiển

Tìm hiểu về các thành phần, linh kiện của máy, đồng thời lựa chọn phương án điều khiển tối ưu nhất đối với các thiết kế cơ khí đã chọn

+ Chương 5: Đánh giá đề tài và hướng phát triển

Đánh giá kết quả của đề tài, nêu ra những tính năng, ưu điểm của đề tài Ngoài ra lên kế hoạch cải tiến có những khuyết điểm trong tương lai

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ 2.1 Yêu cầu của hệ thống

Máy bán trà sữa tự động được thiết kế đáp ứng được những yêu cầu sau:

2.2.1 Yêu cầu cơ cấu cấp đá

Yêu cầu đặt ra ở cơ cấu cấp đá bao gồm: phải đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm; ngăn chặn được các tác nhân như: khói, bụi, ô nhiễm từ không khí,… ; bảo quản lạnh cho đá lâu nhất có thể, tốc độ cấp đá đạt 2Kg/s

2.2.2 Các phương án thiết kế cơ cấu cấp đá

- Sử dụng máng để đưa đá vào thùng nên khó trong việc che đậy kín

- Đá cứng dễ bị làm kẹt cơ cấu

- Khó khăn trong việc lau chùi vệ sinh

- Hình dạng gây khó khăn trong việc gá đặt làm khung máy to hơn

- Đá làm ra có độ tinh khiết bởi

chúng ta có thể giám sát nguồn nước

đầu vào

- Thiết kế tinh tế sắc xảo

- Có thể bảo quản đá làm ra trong

thời gian dài

- Chế độ bảo hành cùng ưu đãi của

Hình 2.2 Máy làm đá ELIP100

c Phương án 3:

- Sử dụng thùng đá bằng Inox 304 để bảo quản đá và cấp đá tự động bằng vít me tải

- Inox 304 không rỉ đảm bảo an toàn vì

trong thành phần hóa học không có chứa

độc tố đã được bộ y tế công nhận có thể

sử dụng trong việc bảo quản thực phẩm

- Giá thành inox vừa phải

- Độ bền cao bởi tính chống ăn mòn,

- Để hàn được inox 304 cần sử dụng phương pháp hàn TIG/MIG gây khó khăn trong việc chế tạo mô hình

 Từ những ưu điểm và hạn chế trên thì chúng em lựa chọn phương án 3 sử dụng thùng đá Inox 304 để bảo quản đá và cấp đá bằng vít tải liệu tải

2.2.3 Thiết kế cơ cấu cấp đá

Từ những yêu cầu chung và kinh nghiệm để lại từ đồ án Hệ thống Cơ điên tử chúng

em đưa ra hình dạng cơ cấu cấp đá như hình:

- Phần hình hộp chữ nhật phía trên là phần để chứa đá, có thể thiết kế 2 lớp Inox để cách nhiệt và đá sẽ được bảo quản lâu hơn nhưng trong phạm vi đồ án chúng em làm bằng nhựa mika chủ yếu để mô tả cách thức cơ cấu hoạt động

- Khối tam giác với đáy là ống Inox Ø90mm là nơi chứa vít tải liệu tải liệu Cũng như phần thiết kế thùng chứa đá thì chúng em đã dùng 1 lớp Inox 304

-

Hình 2.3 Thiết kế thùng đá trên phần mềm Solidwork

Hình 2.4Thiết kế chi tiết thùng đá

a Thiết kế vít tải liệu

+ Có bước của cánh vít tải liệu lớn hơn chiều dài viên đá bi để tránh gây kẹt đá giữa hai bước

- Giới thiệu các vít tải liệu

+ Là vít xoắn dùng để đẩy vật liệu chuyển động dọc theo máng Hình dạng và kết cấu của cánh xoắn phụ thuộc vào mục đích sử dụng để vận chuyển các loại vật liệu khác nhau

+ Vít xoắn gồm nhiều đoạn vít nối với nhau, chiều dài mỗi đoạn không quá 3m Mỗi đoạn vít xoắn gồm có trục và cánh xoắn hàn với trục Cánh xoắn gồm nhiều đoạn hàn với nhau chiều dài mỗi đoạn bằng một bước xoắn Người ta chế tạo cánh xoắn bằng cách dập Trục vít xoắn được chế tạo từ thép ống, đầu mỗi đoạn ống có hàn một mặt bích bằng thép có các lỗ để bắt với các mặt bích của ổ treo trung gian Hình dạng và kết cấu của cánh xoắn phụ thuộc vào mục đích sử dụng để vận chuyển các loại vật liệu khác nhau Dựa vào tính chất vật liệu vận chuyển người ta sử dụng các loại vít xoắn:

+ Khi vận chuyển các loại vật liệu có dạng bột, hạt nhỏ và trung bình rời khô mịn như: xi măng, tro, bột, cát khô thì dùng vít có cánh xoắn liền trục Loại này cho năng suất vận chuyển cao Hệ số điền đầy ε = 0,125 - 0,45 và tốc độ quay của vít từ n = 50 - 120 vg/ph Vít liên tục không liền trục dùng vận chuyển hạt cỡ lớn như: sỏi thô, đá vụn… Hệ số điền đầy của loại này đạt ε = 0,25 - 0,40, và tốc độ quay của vít từ n = 40 - 100 vg/ph Vít tải dạng lá liền trục dùng cho vật liệu dính, dùng vừa trộn, tẩm vừa vận chuyển như: đất sét ẩm, bê tông, xi măng Hệ số điền đầy của loại này đạt ε = 0,15 - 0,3 và tốc độ quay của vít n = 30 - 60 vg/ph.Vít tải dạng lá không liên tục dùng để vận chuyển loại hạt thô, có độ ẩm như: sỏi thô, đá dăm, đất sét ẩm, bê tông, xi măng Hệ

số điền đầy của loại này đạt ε = 0,15 - 0,4 và tốc độ quay của vít từ n = 30 - 60 vg/ph

 Từ những yêu cầu trên, chúng em chọn vật liệu chế tạo là Inox 304 với trục là Inox Ø12mm, cánh có dạng lá liên tục nhưng để tiết kiệm chi phí gia công chúng em chế tạo từ Inox sợi Ø3mm và sử dụng phương pháp hàn que để gia công

- Tính toán thông số vít tải liệu:

+ Từ thực tế cho thấy hầu hết các loại trà sữa đều sử dụng loại đá bi hình trụ Ø20mm cao 20mm nên chúng em chọn loại đá này làm yêu cầu thiết kế cho vít me tải

+ Hệ số điền đầy ε = 90%, năng suất yêu cầu của vít tải Q = 2Kg/s

+ Năng suất của vít tải:

Q = 𝜋𝐷

2

4.60 𝑝 𝑛.ρ 𝐾𝑣 𝐾𝑛 (gam/giây) Trong đó:

D: là đường kính vít tải D (mm)

p: bước vít tải với p (m)

ρ: khối lượng riêng của đá ρ = 0,92 (tấn/m3)

n: số vòng quay của vít tải ( vòng/phút)

Kv: hệ số phụ thuộc vật liệu với đá là Kv = 30

Kn: hệ số phụ thuộc góc nghiêng  (độ) của vít tải Kn = 1 khi  = 0o

Ưu điểm Hạn chế

- Không có hiện tượng trượt, hiệu suất

cao hơn, có thể làm việc khi có quá tải

đột ngột

- Không đồi hỏi phải căng xích, lực tác

dụng lên trục và ổ nhỏ hơn bộ truyền đai

- Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ

truyền đai nếu truyền cùng công suất và

số vòng quay

- Bộ truyền xích truyền công suất nhờ

vào sự ăn khớp giữa xích và bánh xích,

do đó góc ôm không có vị trí quan trọng

như trong bộ truyền đai và do đó có thể

truyền công suất và chuyển động cho

nhiều đĩa xích bị dẫn

- Khi hoạt động sẽ gây ra tải trọng động phụ, ồn khi làm việc ,có tỷ số truyền tức thời thay đổi, vận tốc tức thời của xích

và bánh bị dẫn thay đổi, cần phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích

- Ít sử dụng cho vận tốc nhỏ

- Cần bôi trơn trong quá trình làm việc

mà đối với cơ cấu đá thường xuyên có nước sẽ làm trôi chất bôi trơn

- Phương án 2: Truyền động bằng bánh răng

Hình 2.6 Bộ truyền bánh răng

- Bô truyền bánh răng có kích thước

nhỏ gọn hơn các bộ truyền khác, khi

- Bộ truyền bánh răng yêu cầu gia công chính xác cao, cần phải có dao

làm việc với công suất, số vòng quay

và tỷ số truyền như nhau

- Bộ truyền bánh răng có khả năng tải

cao hơn so với các bộ truyền khác,

chuyên dụng giá thành tương đối đắt

- Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng

ồn, nhất là khi vận tốc làm việc cao

- Khi sử dụng cần phải bôi trơn đầy

đủ

- Phương án 3: Truyền động bằng đai:

Hình 2.7 Bộ truyền đai răng

- Có thể truyền động giữa các trục

cách xa nhau (<15m)

- Làm việc êm, không gây ồn nhờ

vào độ dẻo của đai nên có thể truyền

- Kích thước bộ truyền đai lớn so với các

bộ truyền khác: xích, bánh răng

- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai (ngoại trừ

Hình 2.8 Bộ truyền đai răng được lựa chọn

 Qua phân tích ưu và nhược điểm của 3 phương án bộ truyền thì mỗi phương

án đều có những ưu điểm và hạn chế riêng nhưng dựa vào điều kiện thực tế và phương án mang nhiều ưu điểm hơn thì nhóm chúng em chọn phương án bộ truyền động bằng đai răng có bề rộng đai 8mm và bước răng 2mm

động với vận tốc lớn

- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai

nên tránh được dao động sinh ra do

tải trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

- Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên

đề phòng sự quá tải xảy ra trên động

cơ

- Kết cấu và vận hành đơn giản

đai răng)

- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai tạo lực

mà sát)

- Tuổi thọ của bộ truyền thấp

- Hiện nay, bộ truyền đai thang được sử dụng rộng rãi, đai dẹt ngày càng út sử dụng Khuynh hướng dùng bộ truyền đai răng ngày càng phỗ biến vì tận dụng được ưu điểm của bộ truyền bánh răng

và bộ truyền đai

-

c Tính toán bộ truyền động

Nguyên lý bộ truyền đai:

- Bộ truyền đai hoạt động theo nguyên lý ma sát: Công suất từ bánh chủ động truyền

cho bánh bị động nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai và các bánh đai

- Tốc độ đá ra phụ thuộc vào tốc độ động cơ và đường kính của puly Tốc độ của vít

tải liệu tải càng cao lượng đá sẽ ra càng nhanh

Chọn tỉ số truyền cho bộ truyền động là 1:1

d Tính chọn động cơ

Đối với vít tải nằm ngang, công suất trên trục vít tải được xác định theo công thức

sau:

Nv = 10.C0.Q.L (W) Trong đó:

Q : là năng suất của vít tải Q = 2 (Kg/s)

L : là chiều dài vận chuyển của vật liệu theo phương ngang L = 0.4(m)

C0: hệ số lực cản ma sát với vật liệu vận chuyển là đá có C0 = 4.0

Vậy công suất trên trục vít tải:

Nv = 10.4.2.0,4 = 32 (W) Công suất cần thiết của động cơ:

2.3.1 Yêu cầu cơ cấu cấp thạch

Yêu cầu đặt ra ở cơ cấu cấp thạch bao gồm: Vật liệu chế tạo đảm bảo vệ sinh an toàn

thực phẩm vì tiếp xúc trực tiếp với thạch có tính axit; bảo quản được thạch ở nhiệt độ

thấp (khoảng 20 độ C) trách được khói bụi các tác nhân từ môi trường; hạn chế tối đa

việc làm vỡ nát thạch,

2.3.2 Các phương án thiết kế cơ cấu cấp thạch

a Phương án 1: Sử dụng tay mềm để gắp thạch

Hình 2.9 Hình ảnh tay gắp mềm Tay gắp mềm sử dụng khí nến để tạo lực kẹp gắp thạch Để có thể sử dụng được cơ cấu này trong đồ án chúng em cần thêm khung cơ khí có 2 bậc tự do để có thể gắp thả

- Vật liệu chế tạo khó tìm kiếm, chi phí chế tạo cao

- Vì cần thêm khung cơ khí 2 bậc tự

do nên sẽ chiếm nhiều không gian, làm tăng kích thước tổng thể của mô hình

b Phương án 2: Sử dụng cơ cấu tay gạt thạch

Cơ cấu sẽ sử dụng 2 mâm, trên môi mâm sẽ có lỗ tròn Ø42mm và được lắp ráp đồng trục sao cho 2 lỗ này hợp với nhau góc 45 độ Thùng chứa sẽ có dang hình trụ tròn, khi hoạt động lỗ của mêm trên sẽ mở cho thạch rơi vào ly định lượng và mâm dưới sẽ mở cho thạch vào hệ thống máng và vào ly

Hình 2.10 Cơ cấu cấp thạch sử dụng 2 mâm

- Sử dụng máng để đưa đá vào thùng nên khó trong việc che đậy kín

- Dễ làm vỡ thạch trong khi cơ cấu chạy gây mất thẩm mỹ khi hoàn thành ly trà sữa

- Khó khăn trong việc lau chùi vệ sinh

- Hình dạng gây khó khăn trong việc gá đặt làm khung máy to hơn

c Phương án 3: Sử dụng cơ cấu đẩy thạch và định lượng thạch

Cơ cấu sử dụng thùng Inox 304 với phần thân là hình hộp chữ nhật và đáy là hình trụ tam giác cụt Khi hoạt động nắp ở đáy thùng sẽ được mở để thạch có thể rơi xuống ly định lượng, để đảm bảo thạch k bị kẹt tại vị trí lỗ thì dùng thêm cơ cấu khuấy Khi định lượng đủ ly định lượng sẽ đổ phần thạch vào máng dẫn để đưa tới ly

Hình 2.11 Thiết kế cơ cấu đẩy thạch và định lương thạch trên phần mềm Solidwork

- Dễ dang điều khiển cơ cấu chấp hành

- Sử dụng cân nên có thể định lượng

chính xác lượng thạch

- Thùng sử dụng Inox 304 đảm bảo

được vệ sinh an toàn thực phẩm, cũng

là vật liêu phỗ biến trên thị trường

- Hình dạng dễ thiết kế gia công đồ gá,

dễ tiết kiệm không gian trong máy làm

máy để giảm kích thước tổng thể

bộ điều khiển độc lập làm hạ giá thành

hoàn thiện sản phẩm

 Như vậy với các ưu và nhược điểm như trên thì nhóm chúng em chọn phương án

số 3 để chế tạo

2.3.3 Thiết kế cơ cấu cấp thạch

a Mô tả chi tiết cơ cấu cấp thạch

Cơ cấu cấp thạch sẽ bao gồm 2 phần chính:

- Phần thùng có thể chứa, bảo quản thạch và có thêm miếng chặn đóng mở được cho thạch có thể được đưa tới ly định lượng phía dưới

- Phần ly định lượng sử dụng cân định lượng và đổ vào máng sau khi đã có đủ lượng thạch cần thiết

Hình 2.12 Thiết kế chi tiết thùng chứa thạch

- Từ thực tế chúng em thấy trung bình mỗi ly trà sữa sẽ có thể tích thạch nằm trong khoảng từ 10-20 𝑐𝑚3 và với ước tính máy sẽ có đủ thạch để cung cấp cho khoảng 500

214.00 2.00

ly trà sữa chúng em chọn kích thước thùng chứa thạch như sau:

+ Chiều dài L = 21cm

+ Chiều rộng W = 15cm

+ Chiều cao H = 16cm

 Thể tích thạch V = L*W*H = 21*15*16 = 5040 𝑐𝑚3

 Lượng thạch này có thể cung cấp tối thiểu cho 5040/10 = 504 ly

c Thiết kế cơ cấu định lượng thạch

- Cơ cấu định lượng thạch sẽ có 3 phần chính:

+ Phần lỗ cấp và miếng chặn sẽ được thiết kế ghép nối với thùng thạch bằng phương pháp hàn để đảm bảo sự liền mạch cũng như có thể bảo quản thạch tốt nhất có thể

+ Phần tay khuấy sẽ đảm nhận nhiệm vụ khuấy thạch ở vị trí lỗ cấp, mục đích chính

để thạch không thể bám dinh vào nhau gây kẹt hoặc tắc ở lỗ cấp

+ Phần cân định lượng và đổ vào máng

Hình 2.13 Thùng thạch

- Phần lỗ cấp được thiết kế như hình với kích thước lỗ là 3*3cm Phần miếng chặn

được gá trên 4 bánh xe chạy trên nhôm, bị khống chế 5 bậc tự do chỉ có thể tịnh tiến dọc theo 2 thanh nhôm định hình Chúng em sử dụng cơ cấu tay quay thanh trượt và động cơ Servo MG995r để tịnh tiến miếng chặn

Hình 2.14 Cơ cấu tay quay con trượt

Hình 2.15 Thiết kế chi tiết cơ cấu cấp thạch Hành trình của miếng chặn là 60mm nên để tối ưu góc quay của động cơ Servo, chúng

em chọn độ dài hai tay quay lần lượt là 90mm và 53mm

- Phần cân thạch chúng em sử dụng một loadcell loại 1kg Một đầu cân gắn với ly định lượng cố định, ly này không tiếp xúc trực tiếp với thạch nên sử dụng chất liệu nhưa PLA và dùng công nghệ in 3D để gia công Khi đã cân đủ lượng thạch ly sẽ phải quay góc 1000 để đưa được lượng thạch trong ly và hệ thống máng dẫn và tới ly Mặt khác, miệng ly ở trạng thái ban đầu sẽ ở sát với miếng chặn để ngăn bụi bay vào ly Như vậy

để có thể đưa được thạch vào máng lúc này ly sẽ phải tham gia vào 2 chuyển động tịnh

60.00

90°

53 .0 0 90.0 0

tiến và quay để đưa thạch vào máng 2 chuyển động này có thể đồng thời hoặc tịnh tiến trước rồi quay sau

+ Nếu cơ cấu tịnh tiến trươc rồi quay sau như vậy sẽ phải sử dụng 2 động cơ gây tốn kém, cơ cấu sẽ phức tạp dẫn đến việc điều khiển sau này khó khăn + Nếu cơ cấu vừa tịnh tiến vừa quay sẽ chỉ cần sử dụng một động cơ nhưng gia công cơ khí sẽ khó khăn

 Chúng em chọn phương án cơ cấu vừa tịnh tiến vừa quay, sử dụng bánh răng thanh răng để giải quyết vấn đề này

Hình 2.16 Thiết kế chi tiết cơ cấu định lượng thạch Bánh răng nghiêng vừa chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay Chuyển động tịnh tiến của bánh răng nghiêng với hành trình 55mm và chuyển động quay của bánh răng nghiêng với góc quay 110° Do góc quay tối đa của động cơ Servo được sử dụng

là 180° nên để tối ưu lực quay của động cơ, chúng em chọn kích thước các tay quay lần lượt là 23mm và 90mm

Bánh răng nghiêng có hành trình là 55mm và góc quay là 110° Chọn đường kính của

15 0

° 23.00

90 0 0

?180°

n = 316°/s

N = 1W

bánh răng là 50mm và bước răng là 8mm

2.4 Hệ thống bơm và định lượng chất lỏng

- Chúng em lựa chọn bơm áp suất mini để sử dụng trong đồ án vì những lý do sau: + Có van đóng kín và khả năng tự mồi nên không cần mồi nước sau mỗi lần sử dụng

+ Bơm áp suất mini có các màng bơm bằng cao su, động cơ được gắn cam lệch tâm

để tạo chuyển động rung trên màng từ đó bơm được chất lỏng Khi bơm chất lỏng chỉ tiếp xúc với màng cao su nên có thể đảm bảo được vệ sinh và lúc muốn vệ sinh bơm chúng ta chỉ cẩn bơm nước là cũng có thể vệ sinh được bên trong buồng bơm

+ Kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ luôn có sẵn trên thị trường

chúng em để cảm biến lưu lượng phía trước động cơ

+ Siro sau khi qua cảm biến lưu lượng và bơm sẽ được dẫn thằng đến ly định trà sữa thông qua ống dẫn

2.5 Cơ cấu cấp ly

2.5.1 Yêu cầu cơ cấu cấp ly:

- Có khả năng tự động tách ly ra khỏi chồng ly sẵn và đưa ly vào vị trí yêu cầu

- Nguyên lý điều khiển đơn giản

- Cơ cấu phải có kích thước nhỏ gọn để góp phần làm giảm kích thước tổng thể của khung máy

- Khi hoạt động gây ra tiếng ồn ít nhất có thể

2.5.2 Các phương án thiết kế cơ cấu cấp ly

a Sử dụng cánh tay robot

- Sử dụng cánh tay robot để gắp ly từ vị trí chứa ly đưa vào khay ly để các máng cấp nguyên liệu vào ly

- Chế tạo đơn giản, có thể sử dụng bộ

kit có sẵn mà không cần phải thiết kế

sẽ dễ bị mắc vào các cơ cấu khác

- Cần phải thêm cơ cấu tách ly vì cánh tay không thể tự tách đc ly