Thiết kế máy nhấn thủy lực

Kết quả đã đạt được: ➢ Phần lý thuyết đã tìm hiểu: - Tổng quan robot hái dâu tây tự động, tính thiết thực và cấp thiết của đề tài.. - Giới thiệu một số bộ truyền, lựa chọn phương án thi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY NHẤN THỦY LỰC

Người hướng dẫn: PGS.TS TRẦN XUÂN TÙY

Sinh viên thực hiện: LÊ ĐÌNH HỢP

Đà Nẵng, 2019

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: LÊ ĐÌNH HỢP Số thẻ sinh viên: 101140227 Lớp: 14C1VA Khoa: Cơ khí Ngành: Cơ khí chế tạo máy

1 Tên đề tài đồ án: Máy nhấn thủy lực

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:

- Thép gia công CT3 có chảy = 24 KG/mm2 ; b = 36 KG/mm2

- Thép gia công JIS có chảy = 37 KG/mm2 ; b = 42 KG/mm2

- Bề dày phôi thép tối đa 6mm

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Giới thiệu sản phẩm và quy trình sản xuất

- Tính toán hệ thống thủy lực và các phần tử trong hệ thống ( xi lanh, bơm, đường ống, các loại van cần thiết, bể dầu, )

- Tính toán một số cơ cấu của máy ( sức bền thân dao trê n, dao dưới, thiết

kế sơ đồ mạch điều khiển hệ thống)

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

Đà Nẵng, ngày tháng năm 201

Trưởng Bộ môn ……… Người hướng dẫn

DUT.LRCC

Tên đề tài : THIẾT KẾ MÁY NHẤN THỦY LỰC

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:

1 Nhu cầu thực tế của đề tài

Xuất phát từ nhu cầu thực tế cần thay thế các trụ, cột đèn chiếu sáng bằng bê tông truyền thống bằng các trụ chiếu sáng bằng thép hình bát giác hoặc hình trụ

Công nghệ sản phẩm trụ thép phục vụ cho các công trình ngày càng nhiều về số lượng cũng như yêu cầu cao về chất lượng và thẩm mỹ trong khi đó hàng ngoại nhập đã có mặt tại nhiều nơi trong nước nên các cơ sở sản xuất tất yếu phải cải tiến công nghệ đưa

ra sản phẩm mới nhằm thỏa mãn nhu cầu của thị trường cũng như để cạnh tranh Trên

cơ sở nhu cầu của thị trường và để cạnh tranh việc sản xuất ra các loại trụ thép bằng công nghệ mới là rất quan trọng Sản phẩm trụ đèn chiếu sáng công cộng như bế n cảng đường giao thông có nhu cầu rất lớn và chủ yếu phục vụ chiếu sáng cho các công trình giao thông là loại trụ bát giác có phần thân dài 6m , phần đế đúc bằng gang , phần cổ trụ

Phần thân trụ được chế tạo từ phôi ban đầu là thép tấm có chiều dày 6mm , chiều dài 6m Từ phôi ban đầu qua dập định hình để tạo thành hình bát giác rồi sau đó hàn giáp mối

2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:

Trong đề tài này nhóm chúng tôi thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiều các phương pháp bố trí, tính toán, chọn các bộ phận sao cho tối ưu nhất

- Tính toán thiết kế các hệ động học cho máy

- Tính toán hê thống thủy lực và các phần tử trong hệ thống

DUT.LRCC

- Số bản vẽ: 8A0

4 Kết quả đã đạt được:

➢ Phần lý thuyết đã tìm hiểu:

- Tổng quan robot hái dâu tây tự động, tính thiết thực và cấp thiết của đề tài

- Các sản phẩm robot hái dâu trên thế giới

- Giới thiệu một số bộ truyền, lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu dẫn động cho robot hái dâu tây

- Thiết kế các bộ phận gá đặt của robot

- Giới thiệu thành phần và các module chức năng điều khiển động cơ

➢ Đã lựa chọn và thiết kế phần:

- Lựa chọn và đưa ra các phương án tối ưu nhất

- Lựa chọn các cơ cấu truyền động cho robot

- Chọn các loại động cơ sử dụng

- Bộ truyền vít me, đai ốc và bộ truyền đai cho cơ cấu trượt qua lại của tay gắp,

bộ truyền xích cho cơ cấu truyền động

- Nghiên cứu các mạch điều khiển để hoạt động hiệu quả trên nông trường

➢ Mô hình robot hái dâu tự động

TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành

1 Nguyễn Đăng Hùng 101130203 13CDT2 CƠ ĐIỆN TỬ

2 Vũ Minh Tân 101130213 13CDT2 CƠ ĐIỆN TỬ

DUT.LRCC

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:

TT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Đăng Hùng - Tìm hiểu một số loại robot hái dâu ngoài thực

TT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Đăng Hùng Tìm hiểu code điều khiển, hoàn thành thuyết minh

2 Vũ Minh Tân Tính toán sức bền cho các trục máy

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

TT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Nguyễn Đăng Hùng - Bản vẽ tổng thể 1A0

2 Vũ Minh Tân

b Phần riêng:

TT Họ tên sinh viên Nội dung

1 Vũ Minh Tân - Bản vẽ sơ đồ động 1A0

- Bản vẽ từng chi tiết 1A0

2 Nguyễn Đăng Hùng - Bản vẽ sơ đồ mạch điện 1A0

- Bản vẽ lưu đồ thuật toán 1A0

Đà Nẵng, ngày tháng năm2018

Trưởng Bộ môn Cơ điện tử Người hướng dẫn

DUT.LRCC

DUT.LRCC

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Cơ khí và bộ môn

Cơ điện tử trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng đã tận tụy dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua để chúng

em có kiến thức hoàn thành được đề tài này

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Phước Vinh đã tận tình hướng

dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này

Xin chân thành cảm ơn các bạn trong tập thể lớp 13CDT đã tham gia đóng góp

ý kiến trong suốt quá trình thực hiện để nhóm có thể hoàn thành tốt đề tài này

Mặc dù được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Đặng Phước Vinh, nhưng do

công nghệ còn hạn chế, kinh nghiệm thiết kế chưa trau dồi nhiều, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế còn quá ít nên cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ Sau thời gian 3 tháng làm đề tài này bằng chính nổ lực của bản thân và được sự hướng dẫn của thầy Đặng Phước Vinh, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khác trong khoa chúng em đã hoàn thành xong đồ án này đúng thời gian quy định Một lần nữa cho phép chúng em gửi đến quý thầy cô cùng các bạn lòng biết ơn sâu nhất

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đăng Hùng Vũ Minh Tân

DUT.LRCC

Kính gửi: - Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

- Khoa Cơ Khí Chúng em 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

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Đăng Hùng Vũ Minh Tân

DUT.LRCC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời cảm ơn i

Lời cam đoan liêm chính học thuật ii

Mục lục iii

Danh mục các hình vẽ v

Danh mục các bảng vi

Lời nói đầu Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.2 Ý tưởng thiết kế robot hái dâu tự động 2

Chương 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ .7

2.1 Lựa chọn phương án và tính toán thiết kế robot 7

2.1.1 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu bánh xe di chuyển 7

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu chấp hành 11

2.2 Tính toán các bộ truyền và chọn động cơ 13

2.2.1 Tính toán cụm bánh xe 13

2.2.2 Tính toán thông số bộ truyền cơ cấu chấp hành 17

Chương 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 23

3.1 Sơ đồ hệ thống điện 23

3.1.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển 23

3.1.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu camera 24

3.2 Giới thiệu một số phần tử trong hệ thống 25

3.2.1 Giới thiệu về Arduino Mega 2560 25

3.2.2 Một số phần tử khác trong mạch điện 27

Chương 4 : ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH 32

4.1 Tổng quan về xử lý ảnh 32

4.1.1 Giới thiệu về xử lý ảnh 32

4.1.2 Các công đoạn xử lý ảnh 32

4.1.3 Một số khái niệm trong xử lý ảnh 34

DUT.LRCC

4.3.1 Lưu đồ thuật toán 41

4.3.2 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh 43

Chương 5 : ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ 46

5.1 Đánh giá đề tài 46

5.2 Kết luận 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 1 PHỤ LỤC 2

DUT.LRCC

Hình 1.1 Hình ảnh dâu tây được trồng thành luống 2

Hình 1.2 Hình ảnh trồng dâu tây trên giàn 2

Hình 1.3 Robot hái dâu ở Vương quốc Anh 3

Hình 1.4 Robot hái dâu ở Tây Ban Nha 4

Hình 1.5 Robot hái dâu thông minh ở Nhật Bản 4

Hình 1.6 Hình ảnh robot đang nhận diện màu sắc 5

Hình 1.7 Robot di chuyển nhẹ nhàng theo thanh ray 5

Hình 2.1 Kích thước các luống dâu 7

Hình 2.2 Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một bánh xe thông qua một bộ truyền xích 8

Hình 2.3 Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho một bánh xe không thông qua bộ truyền ngoài 9

Hình 2.4 Sơ đồ động học phương án dùng một động cơ truyền mô men cho hai bánh xe không thông qua bộ truyền bánh răng 10

Hình 2.5 Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ Decac 11

Hình 2.6 Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ cầu 12

Hình 2.7 Sơ đồ động học cơ cấu hệ hai trục tọa độ ZY 12

Hình 2.8 Cụm bánh xe 13

Hình 2.9 Động cơ gạt nước 15

Hình 2.10 Cách gá và định vị bánh xe sử dụng ống lót 16

Hình 2.11 Cách gá và định vị ổ bi đỡ và trục 16

Hình 2.12 Cơ cấu di chuyển theo trục Y và Z 17

Hình 2.13 Dây đai và Pulley GT2 18

Hình 2.14 Cấu tạo bộ phận dẫn động theo trục Y 18

Hình 2.15 Cấu tạo bộ phận dẫn động theo trục Z 19

Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện 23

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu camera 24

Hình 3.3 Sơ đồ chân của bo mạch ARDUINO MEGA 2560 25

Hình 3.4 Bo mạch VNH2SP30 28

Hình 3.5 Module driver A4988 28

Hình 3.6 Sơ đồ ghép nối driver A4988 với vi điều khiển 29

Hình 3.7 Động cơ bước NEMA 17 30

DUT.LRCC

Hình 4.2 Ảnh nhị phân 35

Hình 4.3 Ảnh màu 36

Hình 4.4 Giao diện chính của MATLAB 2016a 38

Hình 4.5 Giao diện chính để tạo GUI 39

Hình 4.6 Thiết lập một số thuộc tính chính 40

Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán điều khiển robot có giao tiếp máy tính 41

Hình 4.8 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh 43

Hình 5.1 Hình ảnh thực tế robot hái dâu tự động 46

Hình 5.2 Hình ảnh bên trong robot 47

Hình 5.3 Mạch điều khiển trung tâm 48

Hình 5.4 Giao diện của phần mềm 48

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Bảng giá trị chân của vi điều khiển 24

Bảng 3.2 Bảng giá trị chân của ngắt trên vi điều điều khiển 24 Bảng 3.3 Bảng thông số các mức phân giải của Module A4988 27DUT.LRCC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi nền kinh tế phát triển,nước ta trên đà hội nhập và sắp tới là cuộc

cách mạng công nghiệp 4.0 tự động hóa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,

nông nghiệp,… Bản chất của Cách mạng Công nghiệp lần thứ 4 là dựa trên nền tảng

công nghệ số và tích hợp tất cả các công nghệ thông minh để tối ưu hóa qu y trình,

phương thức sản xuất; nhấn mạnh những công nghệ đang và sẽ có tác động lớn nhất là

công nghệ in 3D, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu mới, công nghệ tự động hóa,

người máy,

Trên cơ sở kiến thức đã được trong các môn : Thiết kế máy, Công nghệ

CAD/CAM/CNC, lập trình hướng đối tượng, điện tử ứng dụng, vi điều khiển… cùng

với những hiểu biết về các thiết bị điện tử, cơ khí, chúng em sẽ áp dụng những kiến

thức đó để thực hiện nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đề án “Robot hái dâu tự động”

Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp gồm có 4 phần:

Phần 1: Tổng quan về đề tài

Phần 2: Tính toán và thiết kế cơ khí

Phần 3: Thiết kế hệ thống điều khiển cho robot

Phần 4: Ứng dụng xử lý ảnh

Phần 5: Đánh giá và kết luận

Đồ án tốt nghiệp này giúp chúng em từng bước hoàn thiện nhiều kỹ năng hơn

trở thành người kĩ sư thực thụ, từ đó chung em có nhiều kinh nghiệm hơn khi bước

vào môi trường làm việc trong tương lai Do kiến thức còn hạn hẹp, nên thực hiện đồ

án nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế vì thế em rất mong có

được sự góp ý và nhắc nhờ từ thầy và các bạn để có thể hoàn thiện đề tài của mình

hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Phước Vinh đã giúp đỡ chúng em rất

nhiều trong quá trình tìm hiểu ,thiết kế và hoàn thành đề tài đồ án này

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Đăng Hùng

Vũ Minh Tân

DUT.LRCC

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.1.1 Đặt vấn đề

Trồng dâu tây rất vất vả, đòi hỏi nhiều công lao động để xử lý khối lượng lớn công việc từ lúc cây dâu non mới được đưa xuống đất đến lúc thu hoạch trái Ước tính, trung bình mỗi luống dâu cần đến 2.000 $ Mỹ, tức hơn 40 triệu đồng Việt Nam chi phí cho nhân công chăm sóc và thu hoạch Con số này cao gấp 70 lần so với trồng lúa Đó cũng là lý do để người ta nghĩ đến việc cơ giới hóa ở các nông trại trồng dâu

Hiện nay các nơi trồng dâu tây ở Đà Lạt, máy tự động thu hoạch hoa trái ít được

sử dụng, đa số là dung tay để hái dẫn tới việc nắng suất chưa cao, ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe của người nông dân

Với mục tiêu này, các nhà khoa học đã phát triển một loại robot hái dâu Robot

có thể đảm nhận 2/3 khối lượng công việc thu hoạch dâu cho người nông dân

1.1.2 Mục đích nghiên cứu

Để tối ưu hóa năng suất thu hoạch cây trồng và đạt được kết quả tốt nhất cho trang trại thì những máy tự động rất cần thiết trong thời buổi hiện nay Máy hái dâu tây được thiết kế tạo ra sự đơn giản trong khâu thu hoạch, khả năng làm việc nhanh nhẹn

Dựa trên công nghệ xử lí ảnh, hệ thống camera được gắn trên các cánh tay hái dâu tây.Trong quá tình hái, máy sẽ phân tích hình dạng và màu sắc của từng loại quả: Các quả chín quả gần chín và chưa chín, phân biệt những quả dâu tây và đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng Các trái dâu được lựa chọn trực tiếp trên các cánh tay hái dâu, hệ thống cánh tay hái dâu này được điều khiển thông qua bộ điều khiển giao tiếp với máy tính tự động hái những quả chín

DUT.LRCC

1.2 Ý tưởng thiết kế robot hái dâu tự động

Mô hình trồng dâu tây ở một số nơi trên nước ta

Hình 1.1 Hình ảnh dâu tây được trồng thành luống

DUT.LRCC

➢ Khác với nước ta, trên thế giới hiện nay máy thu hoạch tự động được ứng dụng và sử dụng rộng rãi trông nông nghiệp trồng trọt đặc biệt là thu hoạch dâu tây Rất nhiều loại máy dâu tây được ra đời nhằm thích hợp cho mọi khu vườn trồng

Hình 1.3 Robot hái dâu ở Vương quốc Anh

DUT.LRCC

Máy hái dâu được sử dụng rộng rãi tại các vườn trồng dâu tây trên thế giới

Hình 1.4 Robot hái dâu ở Tây Ban Nha

Hình 1.5 Robot hái dâu thông minh ở Nhật Bản

DUT.LRCC

Máy hái dâu được sử dụng rộng rãi tại các vườn trồng dâu tây trên thế giới

Hình 1.6 Hình ảnh robot đang nhận diện màu sắc

Hình 1.7 Robot di chuyển nhẹ nhàng theo thanh ray

DUT.LRCC

Ta chọn phương án robot hái dâu di chuyển trên luống như Hình 1.4 vì:

Ưu điểm: - Phù hợp với mô hình trồng dâu tây ở nước ta

- Có thể hái được nhiều quả cùng lúc

Nhược điểm: - Di chuyển cồng kềnh, không linh hoạt

DUT.LRCC

Chương 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ

2.1 Lựa chọn phương án và tính toán thiết kế robot

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

Để dễ dàng đi qua luống dâu có kích thước như hình bên dưới , ta cần thiết kế

robot có kích thước lớn, 2 bánh xe có khoảng cách đủ rộng để có thể di chuyển trên những đường luồng đất xen kẽ các luống dâu

Hình 2.1 Kích thước các luống dâu

➢ 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

DUT.LRCC

2.1.1.1 Phương án 1: Thiết kế một động cơ truyền mô men cho một bánh xe thông qua

một bộ truyền ngoài

➢ 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:

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

xe thông qua một bộ truyền xích

➢ Ưu điểm:

- Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ

- Không có hiện tượng trượt

- Có thể truyền với khoảng cách trục lớn

➢ Nhược điểm:

- Bản lề xích bị mòn nên gây tải trọng động, ồn

- Phải bôi trơn thường xuyên

- Phải có cơ cấu điều chỉnh căng xích

DUT.LRCC

2.1.1.2 Phương án 2: Thiết kếm một động cơ truyền mô men cho một bánh xe không

thông qua bộ truyền ngoài

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

Hình 2.3 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

DUT.LRCC

2.1.1.3 Phương án 3: Thiết kế môt động cơ truyền mô men cho hai bánh xe thông qua một bộ truyền ngoài

➢ 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

Hình 2.4 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

 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 hái dâu, phương án 1 với bộ truyền xích có ưu điểm có thể linh hoạt điều chỉnh bánh xích, mô men truyền lớn hơn dẫn đến tiết kiệm được chi phí mua động cơ Chọn phương án 1

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu chấp hành

Để việc hái dâu tây hiệu quả thì cơ cấu hái 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

2.1.2.1 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 2.5 Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ Decac

➢ Ưu điểm:

- Di chuyển tay máy khá linh hoạt

➢ Nhược điểm:

- Cơ cấu chưa cứng vững

- Hoạt động rườm rà, tốn nhiều không gian

DUT.LRCC

2.1.2.2 Phương án 2: Cơ cấu tọa độ cầu

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

Hình 2.6 Sơ đồ động học cơ cấu tọa độ cầu

2.1.2.3 Phương án 3: Cơ cấu hệ hai trục tọa độ ZY

Hình 2.7 Sơ đồ động học cơ cấu hệ hai trục tọa độ ZY

DUT.LRCC

➢ Ưu điểm:

- Cơ cấu đơn giản dễ thiết kế

- Tiết kiệm không gian hoạt động

- Cơ cấu cứng vững, chắc chắn

- Có thể thiết kế nhiều tay máy để tang tốc độ hái

➢ 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 trên luống dâu, đơn giản dễ thiết kế các bộ truyền, tiết kiệm được kinh phí chế tạo mà vẫn hiệu vẫn

2.2 Tính toán các bộ truyền và chọn động cơ

- Robot hái dâu ta thiết kế với vận tốc tối đa có thể là 0.5m/s với đường kính bánh

0,5

3.7

0, 272

Bxe

v R

- Tính momen cản tác dụng lên bánh xe và công suất cần thiết trên trục động cơ

- Khối lượng thực tế của toàn robot là 55kg

- Như vậy thì trọng lượng sẽ phân đểu ra cả 2 bánh xe truyền động và 2

bánh xe bẻ lái, mỗi bánh xe chịu tải trọng là 14 kg

 Ta tính momen cản và công suất cần thiết trên trục mỗi động cơ để quay mỗi bánh

- Công suất : 60W

- Tốc độ vòng quay: 80 vòng/phút

- Khối lượng 550gam

- Động cơ này chuyên dùng cho cơ cấu nâng hạ của robot , chịu được tải trọng lớn

và có khả năng tự hãm không bị xả ngược khi ngắt nguồn điện

Hình 2.9 Động cơ gạt nước

➢ Yêu cầu:

- Hệ cơ cấu có độ cứng vững cao

- Bố trí dễ dàng tháo lắp

- Bánh xe khi di chuyển không bị lắc

 Từ những yêu cầu trên ta thiết kế cụm bánh xe như sau

- Ta sử dụng 1 ống lót có khoan lỗ ren để định vị và gắn chặt bánh xe với trục

quay

DUT.LRCC

Hình 2.10 Cách gá và định vị bánh xe sử dụng ống lót

- Ổ bi được gá chặt vào bên trong gối đỡ kim loại trục quay được đỡ bởi ổ bi và

được gá chặt vào bánh vít của động cơ gạt nước

Hình 2.11 Cách gá và định vị ổ bi đỡ và trục

DUT.LRCC

2.2.2 Tính toán thông số bộ truyền cơ cấu chấp hành

2.2.2.1 Cơ cấu dẫn động theo trục Y

Hình 2.12 Cơ cấu di chuyển theo trục Y và Z

Đối với sự chuyển động của hai trục X Động cơ truyền động vẫn sử dụng động cơ bước giống với động cơ trục Z Loại dây đai được sử dụng trong bộ truyền là dây đai GT2 với bước răng là 2mm và bề rộng là 6mm

DUT.LRCC

Hình 2.13 Dây đai và Pulley GT2

Dùng Timing Pulley để truyền động với các thông số sau :

Đường kính 16.5 mm

Số răng :16 răng

Chiều dài đường răng : 7.6 mm

Hình 2.14 Cấu tạo bộ phận dẫn động theo trục Y

DUT.LRCC

Tính toán gần đúng bộ truyền đai răng

- Sử dụng thanh nhôm định hình làm thanh dẫn hướng cho trục Y của cơ cấu

- Thanh dẫn chịu tác dụng của trọng lượng :động cơ , ốp trượt, cánh tay hái

- Trọng lượng của toàn bộ hệ thống :

𝑃 = 20 N

- Thanh dẫn chiều dài là 650mm

Xác định modun m theo thực nghiệm công thức 4.58 trang 156 tài liệu [1]

Với:

- P1: công suất trên bánh chủ động Chọn P1=1 (W)= 0,001 (KW)

- n1: số vòng quay của banh dẫn: n1=n2= 60( vòng/ phút)

- Cr: hệ số tải trọng động, Cr=1,5

Như vậy ta có: m= 1,02 => ta chọn modun m=1(mm)

Với m=1, tra bảng 4.11 và 4.13 trang 115 tài liệu [1] ta có

Zmin= 13

 Ta chọn Z1= 20 (răng)

- Sử dụng bánh rang gắn trực tiếp với động cơ truyền động để di chuyển trên dây đai → bánh răng quay một vòng thì cơ cấu di chuyển một đoạn 𝜋mZ tương đương với 62.8mm

2.2.2.2 Cơ cấu dẫn động theo trục Z

1 3 1

a Tính toán trục gần đúng

• Thanh dẫn có tác dụng dẫn hướng cho cánh tay hái di chuyển đúng hướng đã đặt ra, vì 2 thanh chịu tác dụng lực ngang nhau và có tác dụng như nhau nên khi tính sức bền ta chỉ cần tính trên một thanh và suy ra thanh còn lại

• Thanh dẫn chịu tác dụng của trọng lượng: tay hái dâu, động cơ bước,camera

• Trọng lượng của toàn bộ hệ thống:

P = 25 (N)

• Vì 2 thanh có tác dụng như nhau và chịu tải như nhau nên ta chỉ tính sức bền vật liêu trên 1 thanh của chi tiết Tải trọng trên mỗi thanh bằng nhau và bằng 10( N)

Fa = Pbộ truyền = 25 (N) Chọn chiều dài vít me là 650mm Chọn vật liệu là thép 45 Tra bảng 3 -8 trang 40 tài liệu [3] ta có ch= 250(N/mm2)

Theo bảng 8-9 trang 168 tài liệu [3] ta có đường kính của vít me

d Chọn các thông số của bộ truyền

Đường kính bi

Db= ( 0,08 – 0,15) D1 (mm) Chọn db= 0,12.8 = 0,96 (mm)

=> chọn db = 1 (mm) Bước vít

D1 = Dtb + 2.(r1 – C) = 9 + 2.( 0,51 – 0,007) = 10(mm) Chiều sâu profin ren

4

9

o tb

P D

∆ Kh = (0,7 ÷ 1,2) db chọn ∆ Kh = 0,9.db = 0,9(mm) Xác định khe hở hướng tâm

∆ = D1 – ( 2.db + d1) = 10 – (2.1 + 8) = 0 (mm) Khe hở tương đối

1

0 (mm)

X d

Số vòng quay của vít me

n2 = V/p= 4/3 = 1,3 vòng /s = 78 vòng/ phút Công suất vít me

12 78 1000

9(W) 9550

vitme

N =   =

Để chọn động cơ ta tính công suất cần thiết

vitme ct

N N

Chương 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT

3.1 Sơ đồ hệ thống điện

3.1.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển

Hình 3.1 Sơ đồ mạch điện

➢ Mạch điện bao gồm: Khối vi điều khiển trung tâm (Arduino Mega 2560), bốn

Driver A4988 điều khiển bốn động cơ bước của cơ cấu chấp hành, một Driver

VNH2SP30 điều khiển hai động cơ DC cho cơ cấu di chuyển, một khối điều

khiển kích relay cho động cơ băng tải, nguồn cấp xử dụng nguồn 12V từ ắc

quy

DUT.LRCC

3.1.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu camera

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý tín hiệu camera

Sơ đồ kết nối toàn bộ hệ thống gồm có bốn phần chính:

Matlab, khối vi điều khiển có nhiệm vụ gửi tín hiệu đến các động cơ thực hiện hái dâu Sau khi thực hiện hết các lệnh điều khiển động cơ, vi điều khiển phản hồ i về

DUT.LRCC

3.2 Giới thiệu một số phần tử trong hệ thống

3.2.1 Giới thiệu về Arduino Mega 2560

- Arduino Mega 2560 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 cho số ngoại vi, các

chuẩn giao tiếp và số chân nhiều nhất, bộ nhớ rất lớn (256kb) có thể mở rộng

thêm số chân Board có cấu trúc tương thích với các board mạch như Uno.Và

sử dụng điện áp 5VDC

- Bên dưới là sơ đồ chân của board mạch Arduino Mega 2560

Hình 3.3 Sơ đồ chân của bo mạch ARDUINO MEGA 2560

Thông số kĩ thuật

- Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip ATmega2560

- Vi điều khiển trung tâm ATmega 2560

- Arduino Mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 của ATmel, bộ nhớ chương

trình lên đến 256kB trong đó có 8kB được sử dụng bởi bootloader Với bộ nhớ

chương trình lớn, người dùng có thể viết nhiều chương trình phức tạp, điều

khiển được nhiều thiết bị hơn Dung lượng RAM và EEPROM là 8kB và 4kB

DUT.LRCC