Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LAU CHÙI MẶT KÍNH PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.. Thẻ đánh dấu không được xác bánh xe thông qua một bộ truyền bánh răngLỗi!. Thiết kế và chế tạo robo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

KHOA KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Nguyễn Quang Tuấn 101140168 14CDT1 Cơ điện tử

2 Phạm Thành Đạt 101140133 14CDT1 Cơ điện tử

1 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT LAU CHÙI MẶT KÍNH PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

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:

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a) Phần chung:

1 Nguyễn Quang Tuấn - Tìm hiểu một số loại cơ cấu ngoài thực tế để

1 Phạm Thành Đạt Thiết kế hệ thống bằng Solidworks, hoàn thành

thuyết minh

2 Nguyễn Quang Tuấn Lập trình code điều khiển, gia công cơ cấu cơ khí

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

a) Phần chung:

1 Nguyễn Quang Tuấn

- Bản vẽ tổng thể 1A0

2 Phạm Thành Đạt

b) Phần riêng :

1 Nguyễn Quang Tuấn

- Bản vẽ sơ đồ thuật toán 1A0

- Bản vẽ chi tiết 3A0

- Bản vẽ sơ đồ mạch điện 1A0

2 Phạm Thành Đạt

- Bản vẽ sơ đồ động 1A0

6 Họ và tên người hướng dẫn: TS Võ Như Thành

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/02/2019

8 Ngày hoàn thành đồ án:

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019

Trưởng Bộ môn

Cơ điện tử

Người hướng dẫn

TS Võ Như Thành

Trải qua 3 cuộc cách mạng công nghiệp và đang trong giai đoạn thịnh vượng của cuộc cách mạng công nghiệp thứ 4, thế giới chúng ta đã chuyển mình mãnh liệt và cho thấy khả năng ngoạn mục của con người trong việc khám phá, nghiên cứu và phát minh

ra các thành tựu to lớn trong tất cả các lĩnh vực, và Cơ khí nói chung cũng như Cơ điện

tử nói riêng không nằm ngoài cuộc chơi đó

Tuy nhiên, khoa học ngày càng phát triển, những thiết bị và hệ thống cũ đều trở nên lạc hậu và không đáp ứng được quá trình phát triển nhanh chóng của các ngành liên quan

Để giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức cơ bản của môn học và giúp cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế trong chương trình đào tạo, đồ án tốt nghiệp là một yêu cầu không thể thiếu được của sinh viên khi kết chương trình đại học

Đồ án tốt nghiệp có vị trí quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư và cán bộ kĩ thuật về thiết kế,chế tạo các loại máy và thiết bị cơ khí phục vụ các ngành kinh tế như nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, điện lực …vv

Sau một thời gian tìm hiểu và với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Võ Như Thành đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong quá trình thiết kế

tất nhiên sẽ có những sai sót do thiếu thực tế và kinh nghiệm thiết kế, rất mong được sự chỉ bảo và thông cảm của quý thầy cô để trong thực tế sau này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng năm 2019

Nguyễn Quang Tuấn Phạm Thành Đạt

CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công trình nào đã có trước đây Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Quang Tuấn Phạm Thành Đạt

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH HÌNH VẼ v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.2 Lý do chọn đề tài 3

1.3 Cấu trúc của đồ án. 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 6

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu bánh xe di chuyển 6

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế bộ truyền động 10

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu chấp hành 14

2.5 Tính toán các bộ truyền và chọn động cơ 16

Tính toán cụm bánh xe 16

2.6 Tính toán thông số bộ truyền cơ cấu chấp hành 18

18

2.6.1 Chuyển động quay quanh trục Y 18

2.6.2 Chuyển động quay quanh 2 trục Z 20

2.6.3 Tính toán điểm đặt xi lanh và các thông số khác của cơ cấu chấp hành 21

2.7 Tính toán cơ cấu điều hướng 23

Lựa chọn phương án 23

2.8 Tính toán bộ truyền bánh răng 25

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN 26

3.1 Arduino Mega 2560 R3 .26

3.2 Driver VNH3SP30-E cho động cơ quay trục bánh xe 28

3.3 Driver TB6560 điều khiển động cơ bước 30

3.4 Cảm biến siêu âm SRF05 31

3.5 Công tắc hành trình HY – R704C 33

3.6 Động cơ Micro Servo SG90 34

3.7 Mạch giảm áp LM2596 36

3.8 Mạch cầu H 37

3.9 OPTO PC817 38

3.10 Chọn acquy 39

3.11 Sơ đồ mạch tổng thể .40

3.12 Lưu đồ thuật toán điều khiển .41

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44

4.1 Những kết quả đã đạt được: 44

4.2 Những hạn chế còn tồn tại: 44

4.3 Hướng phát triển đề tài: 44

PHỤ LỤC 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

bánh xe thông qua một bộ truyền bánh răngLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định

Hình 2.2: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một

bánh xe không thông qua bộ truyền ngoài Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định

Hình 2.3: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho hai

bánh xe không thông qua bộ truyền bánh răng Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 2.4: Bộ truyền đai Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định

Hình 2.5: Bộ truyền xích Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.6: Bộ truyền bánh răng Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.7: Bộ truyền trục vít bánh vít Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.8: Bộ truyền lựa chọn Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.9: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ Decac Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 2.10: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ cầu Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 2.11: Sơ đồ động học cơ cấu hệ hai trục tọa độ YZZ 3 bậc tự do Lỗi! Thẻ đánh

dấu không được xác định

Hình 2.12: Cụm bánh xe Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.13: Động cơ quay bánh xe Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.14: Tổng quan cơ cấu chấp hành Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.15: Cơ cấu xoay quanh trục Y Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.16: Động cơ điều khiển quay đĩa Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.17: Hai chuyển động quanh trục Z Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.18: Minh họa hoạt động cơ cấu chấp hành Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 2.19: 1Biểu diễn hình học cơ cấu chấp hành Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 2.20: Sơ đồ động cơ cấu vít me đai ốcLỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định

Hình 2.21: Cơ cấu điều hướng vít me được truyền động bằng động cơ bước

của robot Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.22: Động cơ bước Nema 17 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 2.23: Cơ cấu truyền động bánh răng Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.1: Arduio Mega 2560 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.2: Các thành phần của Arduino Mega Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 3.3: Driver VNH3SP30-E Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.4: Sơ đồ chân driver Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.5: Driver điều khiển động cơ bước TB6560 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được

xác định

Hình 3.6: Cảm biến siêu âm SRF05 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.7: Sơ đồ chân Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.8: Công tắc hành trình HY – R704C Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 3.10: Sơ đồ kích thước SG90 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.11: LM2596 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.12: Hướng dẫn nối dây cho LM2596 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác

định

Hình 3.13: Mạch cầu H Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Hình 3.14: PC817 Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định

Hình 3.15: Sơ đồ chân PC817 39 Hình 3.16,: Sơ đồ mạch điện tổng thể……….…… 41 Hình 3.17, 3.18,3.19: Lưu đồ thuật toán……… ………42,43,44 Hình 4.1: Hình ảnh thực tế robot……… 45

MỞ ĐẦU

Pin mặt trời, hay còn gọi là tế bào quang điện (PV: Photovoltaic), pin năng lượng mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành dòng điện, điện được tạo ra này còn được gọi phổ biến là điện năng lượng mặt trời Cơ chế hoạt động của thiết bị này dựa trên hiệu ứng quang điện trong vật lý Với lịch sử phát triển của pin quang điện qua hơn nửa thế kỷ, công nghệ và hiệu quả của hệ thống điện năng lượng mặt trời đã tăng lên rất đáng kể, các nhà sản xuất lớn trên thế giới vẫn đang không ngừng nghiên cứu để cải thiện hiệu suất của pin năng lượng mặt trời Các tiêu chuẩn trong sản xuất và nguyên phụ liệu sản xuất cũng ngày được nâng cao nhằm đáp ứng yêu cầu về sức khỏe và môi trường Điện năng lượng mặt trời là nguồn cung cấp vô tận, chi phí sản xuất pin năng lượng mặt trời đang ngày càng giảm, sản lượng điện cung cấp đang tăng dần theo thời

gian góp phần giảm giá thành tiêu thụ điện

Tuy nhiên, vì đặc thù chức năng nên những tấm pin năng lượng mặt trời thường được đặt ở những vị trí cao, hiểm trở, gây khó khăn trong việc lau chùi vệ sinh, dẫn tới có thể làm giảm hiệu suất hấp thụ năng lượng

Với đề tài lựa chọn nhóm tiến hành nghiên cứu và đưa ra phương án thiết kế hiệu quả nhất và thực hiện chế tạo hệ thống hoạt động thực tế Nội dung bao gồm các phần:

- Giới thiệu đề tài

- Tính toán thiết kế phần cơ khí

- Tính toán thiết kế phần điều khiển

- Kết luận đề tài

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ không thiếu khỏi những sai sót, mong thầy chỉ bảo thêm cho chúng em Với sự chỉ bảo tận tình của thầy Võ Như Thành nên chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp thành công, chúng em xin chân thành cảm

ơn thầy

Đà Nẵng, tháng năm 2019

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Quang Tuấn Phạm Thành Đạt

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây theo thống kê trên thế giới điện năng lượng mặt trời đang có chiều hướng tăng cao Bởi tầm quan trọng của nguồn tài nguyên sạch này, nên nó đang dần thay thế nguồn tài nguyên hóa thạch dần cạn kiệt trong tương lai Các hoạt động sản xuất công nghiệp, xây dựng, sử dụng điện quá tải hiện nay đã gây

ra rất nhiều những vấn đề đáng lo ngại đối với cuộc sống chúng ta, đặc biệt gây ảnh hưởng đến chất lượng không khí và môi trường Ngày nay, những tấm pin năng lượng mặt trời đang góp phần xây dựng nền kinh tế và bảo vệ môi trường xanh đẹp Đồng thời, hệ thống pin năng lượng mặt trời đang được ứng dụng rộng rãi ở các khu công nghiệp, các khu dịch vụ tiêu dùng

Hình 1.1: Tình trạng ô nhiễm không khí hiện nay [5]

Nguồn năng lượng mới này đang thu hút nhiều sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu và sẽ trở thành nguồn năng lượng tốt nhất trong tương lai Để pin năng lượng mặt trời hấp thu tốt nguồn ánh sáng, khi lắp đặt chúng ta phải chú ý đặt tấm pin ở nơi có khả năng hấp thụ nguồn ánh sáng mặt trời tốt nhất, và quan trọng nhất là luôn giữ bề mặt hấp thụ ánh sáng được sạch sẽ, it bị ảnh hưởng bởi bụi bận và các vật chất khác.Tuy nhiên, để tiếp nhận tối đa ánh sáng mặt trời thì những tấm pin này cần được đặt ở vị trí cao hoặc hiểm trở; điều này gây khó khăn trong việc lau chùi vệ sinh, rất nguy hiểm và khó đảm bảo được sự an toàn tốt cho

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

nhân viên lau chùi, dẫn tới có thể làm giảm hiệu suất hấp thụ năng lượng hoặc gây nguy tai nạn rủi ro

Hình 1.2: Sự khó khăn trong việc vệ sinh tấm pin [6]

Trên vấn đề đó nhóm chúng em đưa ra giải pháp “Thiết kế và chế tạo robot lau

chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời” và mong muốn có thể cải tiến về thẩm

mỹ và phạm vi hoạt động cũng như mức độ linh hoạt của cơ cấu trong tương lai gần sau này

1.2 Lý do chọn đề tài

a) Tầm quan trọng của robot lau chùi kính pin năng lượng mặt trời:

Đối với loài người, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận và quý báo Chúng ta đã biết tận dụng nguồn năng lượng tái tạo này dựa trên các tấm pin mặt trời để tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho lợi ích cá nhân như : hệ thống nước nóng, phương tiện đi lại, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống điện trong dân dụng Làm sạch tấm pin giúp đảm bảo chúng được giữ trong tình trạng bảo hành tốt Có một số nhà sản xuất năng lượng mặt trời yêu cầu làm sạch liên tục để tôn trọng bảo hành Trừ khi chủ nhà có thể đưa ra bằng chứng về việc dọn dẹp thường xuyên, bảo hành của họ có thể bị vô hiệu

Giữ các tấm pin mặt trời sạch cũng có thể cải thiện hiệu quả của chúng Một số nhà sản xuất và người dùng bảng điều khiển năng lượng mặt trời báo cáo sự gia tăng hiệu quả từ 30 phần trăm trở lên sau khi làm sạch Đó là một ý tưởng tốt để theo dõi sản lượng năng lượng của bạn trước và sau khi làm sạch

Cuối cùng, làm sạch pin mặt trời giúp kéo dài tuổi thọ của chúng Làm sạch pin năng lượng mặt trời là một cơ hội tuyệt vời để kiểm tra tấm pin và đảm bảo chúng

ở trong tình trạng tốt Giữ chúng sạch sẽ cũng đảm bảo chúng sẽ tồn tại lâu nhất có thể trong một số trường hợp, từ 20 đến 25 năm

b) Các loại robot lau chùi kính pin năng lượng mặt trời hiện có trên thế giới:

Đây là các loại robot chạy trên những đường ray được lắp đặt sẵn trên tấm pin năng lượng mặt trời

Hình 1.3: Robot lau chùi pin mặt trời tại Vương quốc Anh [7]

Hình 1.4: Robot lau chùi pin mặt trời tại Nhật Bản [8]

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

❖ Ưu điểm:

▪ Tính chính xác và độ tin cậy cao

▪ Năng suất làm việc lớn,

▪ Thân thiện với môi trường, tiết kiệm sức lực và đảm bảo an toàn cho công nhân

1.3 Cấu trúc của đồ án

Đồ án gồm có 4 phần chính với các nội dung như sau:

➢ Giới thiêu đề tài : Trong phần này sẽ giới thiệu tổng quát về hệ thống Trình bày tính cấp thiết và các ứng dụng về đề tài đã lựa chọn Từ đó, kết luận lý do lựa chọn đề tài

➢ Tính toán thiết kế phần cơ khí: Phần này sẽ đưa ra các phương án thiết kế, phân tích ưu nhược điểm của từng phương án Từ đó, chọn phương án phù hợp để tiến hành thực hiện tính toán cơ cấu và chế tạo hệ thống hướng sáng cho tấm pin mặt trời

➢ Tính toán thiết kế phần điều khiển: Lựa chọn phương án điều hiển phù hợp đáp ứng tính chính xác và hiệu quả cao Thiết kế mạch, lựa chọn linh kiện và lập trình

➢ Đánh giá đề tài: Đánh giá kết quả đạt được Nêu các khắc phục những hạn chế

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

Trong phần này nhóm sẽ đưa ra các phương án cho phần cơ khí từ đó phân tích

ưu nhược điểm và chọn phương án phù hợp nhất

Hệ thống bao gồm 3 bộ phận chính: cánh tay robot, cơ cấu động cơ và bộ điều khiển Cánh tay robot được đặt trên cơ cấu động cơ gồm 3 bậc tự do

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu bánh xe di chuyển

Yêu cầu đặt ra là làm thế nào để quay được những cần quay đó để robot hoạt động

ổn định, độ cứng vững tốt và cơ cấu đơn giản, hiệu quả, kinh tế

➢ Phương án 1: Thiết kế một động cơ truyền mô men cho một bánh xe thông qua một bộ truyền ngoài (được thể hiện trên hình 2.1)

Phương án này sử dụng 1 động cơ điều khiển làm quay 1 bánh xe thông qua một truyền ngoài, ví dụ ở đây ta sử dụng bộ truyền xích thì ta có sơ đồ động như sau:

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

Hình 2.1: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một bánh

xe thông qua một bộ truyền bánh răng

- Tỷ số truyền không thay đổi, số vòng quay ổn định

- Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác

- Làm việc chắc chắn, tin cậy có tuổi bền cao

❖ Nhược điểm:

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

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 2: Thiết kế một động cơ truyền mô men cho một bánh xe không thông qua bộ truyền ngoài (được thể hiện trên hình 2.2)

Phương án này sử dụng một động cơ điều khiển làm quay một bánh xe không thông qua bộ truyền ngoài

Hình 2.2: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một

bánh xe không thông qua bộ truyền ngoài

- Nhiệt sinh nhiều do vận tốc trượt lớn nên tuổi thọ của bộ truyền thấp

- Bánh vít sử dụng vật liệu bằng nhựa nên tuổi thọ thấp hơn dễ bị hỏng hơn

so với sử dụng vật liệu đồng thanh

➢ Phương án 3: Thiết kế môt động cơ truyền mô men cho hai bánh xe thông qua một bộ truyền ngoài (được thể hiện trên hình 2.3)

Phương án này sử dụng một động cơ điều khiển làm quay hai bánh xe thông qua bộ truyền ngoài, ví dụ ở đây ta sử dụng bộ truyền bánh răng trụ thẳng

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

Hình 2.3: Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho hai

bánh xe không thông qua bộ truyền bánh răng

❖ Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

- Làm việc tin cậy, tuổi thọ cao

- Tỷ số truyền không đổi

❖ Nhược điểm:

- Chế tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao

- Gây ồn khi vận tốc lớn

- Không phù hợp với mô hình trồng râu ở nước ta

 Kết luận: So sánh ưu, nhược điểm giữa các phương án trên, nhóm nhận thấy phương án 3 không phù hợp để thiết kế cho robot lau chùi, phương án 1 với bộ truyền bánh răng có ưu điểm nhỏ gọn, hiệu suất truyền động cao, truyền được mô men truyền lớn hơn dẫn đến tiết kiệm được chi phí mua động cơ Chúng em chọn phương án 1

2.2 Lựa chọn phương án thiết kế bộ truyền động

➢ Phương án 1: Truyền động bằng đai

Hình 2.4: Bộ truyền đai [9]

❖ Ưu điểm:

▪ 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 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

❖ Nhược điểm:

▪ 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 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 phổ biến vì tận dụng được ưu điểm của bộ truyền bánh răng và bộ truyền đai

➢ Phương án 2: Truyền động bằng xích

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

▪ Ít sử dụng cho vận tốc nhỏ

➢ Phương án 3: Truyền động bằng bánh răng

▪ Tỷ số truyền không thay đổi, số vòng quay ổn định

▪ Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác

▪ Làm việc chắc chắn, tin cậy có tuổi bền cao

❖ Nhược điểm:

▪ Bộ truyền bánh răng yêu cầu gia công chính xác cao, cần phải có dao 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 4: Truyền động trục vít bánh vít

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

▪ Hiệu suất thấp, nhiệt sinh nhiều do có trượt dọc răng

▪ Cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền để chế tạo vành bánh vít

▪ Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

Lựa chọn phương án :

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu chấp hành

Để việc lau chùi thuận tiện thì cơ cấu lau phải hợp lí cũng như có thể đạt được năng suất cao

Yêu cầu đặt ra: Lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất thể hiện độ linh hoạt, chính xác, cơ cấu cứng vững và tiết kiệm kinh phí gia công nhất

➢ Phương án 1: Cơ cấu tọa độ Decac

Là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phương của các trục hệ tọa độ gốc (cấu hình TTT) Không gian làm việc của bàn tay có dạng khối chữ nhật

Hình 2.9: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ decac [14]

❖ Ưu điểm:

- Thiết kế đơn giản, kích thước nhỏ gọn

❖ Nhược điểm:

- Cơ cấu chưa cứng vững

- Hoạt động rườm rà, tốn nhiều không gian

- Khó thiết kế bộ truyền phù hợp

- Thiếu sự linh hoạt

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

➢ Phương án 2: Cơ cấu tọa độ cầu

Là tay máy mà không gian làm việc có dạng hình cầu

Hình 2.10: Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ cầu [15]

➢ Phương án 3: Cơ cấu hệ trục tọa độ YZZ 3 bậc tự do

Hình 2.11: Sơ đồ động học cơ cấu hệ hai trục tọa độ YZZ 3 bậc tự do

❖ Ưu điểm:

- Cơ cấu đơn giản dễ thiết kế

- Tiết kiệm không gian hoạt động

❖ Nhược điểm:

- Di chuyển tay máy chưa linh hoạt phụ thuộc vào cơ cấu di chuyển

 Kết luận: Chọn phương án 3 vì ưu điểm vượt trội, phù hợp cho robot khi di chuyển, đơn giản dễ thiết kế các bộ truyền, tiết kiệm được kinh phí chế tạo mà vẫn hiệu quả

2.5 Tính toán các bộ truyền và chọn động cơ

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

0, 5

3.7

0, 272

Bxe

v R

Hình 2.14: Tổng quan cơ cấu chấp hành

2.6.1 Chuyển động quay quanh trục Y

Cơ cấu sẽ được gắn trên 1 chiếc đĩa được điều khiển xoay bằng động cơ DC

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

Hình 2.15: Cơ cấu xoay quanh trục Y

Hình 2.16: Động cơ điều khiển quay đĩa

Ta chọn loại động cơ:

Động cơ giảm tốc 12 – 24V TG -85E:

- Công suất đầu ra: 8W

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

Ta chọn phương án dùng xi lanh điện để truyền động, vì xi lanh điện gọn gàng và

dễ điều khiển hơn xi lanh khí, hơn nữa nguyên lý làm việc khá đơn giản, không cần lập trình nhiều

Khối lượng cơ cấu khá nhỏ (~5kg), nên lực cần thiết từ xi lanh để truyền động không cần lớn, ta có thể chọn xi lanh tùy ý Ở đây chúng em chọn loại xi lanh điện MOVIS – L100 Thông số:

- Động cơ: DC motor

- Điện áp đầu vào: 12V/24V/36V/48V DC

- Công suất đầu ra: 30W

- Tải trọng cao nhất: 1200 N

- Cấp bảo vệ: IP65 (chống nước mưa, chống bụi)

- Độ ồn: <70dB

- Công tắc hành trình: lắp sẵn bên trong

2.6.3 Tính toán điểm đặt xi lanh và các thông số khác của cơ cấu chấp hành

b) Tính toán góc gập của cánh tay:

Hình 2.19: Biểu diễn hình học cơ cấu chấp hành

Tại vị trí các cánh tay AB và BC gập những góc α1 và α2, robot sẽ thực hiện việc lau chùi tấm pin

Ta có: AC = √𝐴𝐷2 + 𝐷𝐶2 = √1082+ 10622 = 1067 mm (2.10) Chọn AB = 900 mm , BC = 700 mm

Ta chọn chiều dài xilanh khi đó là: MN = 150 mm

=> 1502 = CN2 + CM2 – 2.CN.CM.cos(62,6˚)

Chọn CM = 180 , ta tính được: CN = 155 mm

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

Vậy vị trí xilanh 1 là: CM = 180 mm , CN = 155 mm

- Xét xilanh 2 (xilanh EF) :

Vậy vị trí xilanh 2 là: BE = 130 mm , BF = 60 mm

2.7 Tính toán cơ cấu điều hướng

Lựa chọn phương án

Chúng ta chọn phương án điều hướng bằng cơ cấu vít me đai ốc, được truyền động bằng động cơ bước

Ưu điểm cơ cấu vít me đai ốc:

-Mất mát do ma sát nhỏ,hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9

- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ -Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao

- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài

Hình 2.20: Sơ đồ động cơ cấu vít me đai ốc

Hình 2.21: Cơ cấu điều hướng vít me được truyền động bằng động cơ bước của robot

Ta chọn động cơ bước Nema 17 42x48:

Hình 2.22: Động cơ bước Nema 17 Thông số kỹ thuật:

• Kích thước mặt bích: 42×42 mm

Thiết kế và chế tạo robot lau chùi mặt kính pin năng lượng mặt trời

• Chiều dài thân: 48 mm

• Dòng chịu tải: 1.5A

• Moment xoắn: 0.55Nm

• Điện áp định mức: 12V

• Góc bước: 1.8°/step

2.8 Tính toán bộ truyền bánh răng

- Trọng lượng của toàn bộ hệ thống :

𝑃 = 55 N (2.17) Xác định modun m theo thực nghiệm công thức 4.58 trang 156 tài liệu [1]

(2.18) Với:

- P1: công suất trên bánh chủ động Chọn P1=12,8 (W)= 0,0128 (KW)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN

3.1 Arduino Mega 2560 R3

a) Tổng quát:

Arduino Mega là một bảng vi điều khiển dựa trên ATmega2560 Nó có 54 chân đầu vào / đầu ra kỹ thuật số (trong đó 14 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 16 đầu vào analog, 4 UART (cổng nối tiếp phần cứng), bộ tạo dao động 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, tiêu đề ICSP, và một nút đặt lại Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cáp USB hoặc cấp nguồn cho nó bằng bộ chuyển đổi AC-DC hoặc pin để bắt đầu