Đề tài Thiết kế và thi công robot dọn rác bề mặt sông

Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level Click to edit Master title style FME TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT DỌN RÁC BỀ MẶT SÔNG GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đoàn SVTH: Bùi Thị Ánh Quốc 07106054 Võ Thành Luận 07106045 Trương Hữu Toàn 07106059 Nội dung Lý do chọn đề tài 1 Cơ sở lý thuyết 2 3 Nội dung thực hiện đề tài 4 5 Thi công Robot thực tế 6 7 H C M U T E Kết luận Lý do chọn đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Lý do chọn đề tài ROBOT DỌN RÁC TRÊN BỀ MẶT SÔNG Cơ sở lý thuyết 1 2 3 4 5 6 7 8 Cơ sở lý thuyết tính toán Robot Chi tiết máy Sức bền vật liệu Nguyên lý lực đẩy Archimedes Lý thuyết tính toán về động lực tàu thủy Cơ sở lý thuyết 1 2 3 4 5 6 7 8 II. Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống: Lý thuyết sóng RF chuẩn truyền UART Phương pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM (Pulse Width Modulation) Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC để lập trình tay bấm Nội dung thực hiện đề tài Xây dựng mô hình Robot: Sơ đồ khối ý tưởng 1 2 3 4 5 6 7 8 Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Sơ đồ khối phương án thiết kế Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Mô hình 3D Robot được thiết kế trên phần mềm Pro.E Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Nguyên lý hoạt động của Robot Robot hoạt động dựa trên việc điều khiển trực tiếp bằng tay bấm, thông qua việc truyền nhận tín hiệu bằng module thu - phát sóng RF theo chuẩn truyền thông UART phạm vi hoạt động 200m. Sau khi nhận tín hiệu từ bộ phát trên tay bấm thì board mạch trung tâm sẽ xử lý tín hiệu và xuất kết quả để điều khiển cơ cấu chấp hành, gồm hai động cơ chính cùng với thiết bị đẩy là chân vịt được liên kết với nhau nhờ hai khớp nối trục đàn hồi. Cơ cấu chấp hành giúp cho Robot duy chuyển Up – Down – Left – Right thông qua chân vịt tạo lực đẩy để Robot thực hiện công việc vớt rác. KHỐI PHÁT TÍN HIỆU KHỐI THU VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU KHỐI CHẤP HÀNH Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 II.Tính toán Robot Tính toán đánh giá độ nổi Áp dụng theo nguyên lý về lực đẩy Acsimet Ta có biểu thức: (*) Với m =21 (Kg): Tổng khổi lượng của Robot g = 9.81 : Gia tốc trọng trường d: Trọng lượng riêng của nước V: Thể tích phần chất lỏng bị chiếm chỗ Thế vào phương trình (*) ta được : Như vậy thể tích Robot sau khi thiết kế phải lớn hơn thì mới đảm bảo độ nổi của Robot. Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Tính tổng thể tích thực của Robot: Tổng thể tích của Robot được tính tay gần đúng bằng cách cộng tất cả các khối trụ ống lại. Ta có: Với: : Thể tích phao chính của Robot : Thể tích phần ống chưa động cơ : Thể tích phần ống nối ngang kết cấu khung : Thể tích phần lồng chưa rác : Thể tích bình Acquy Trong đó: Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Vậy Thể tích chiếm nước của Robot. Như vậy Robot đảm bảo đủ điều kiện nổi so với thiết kế. Tính toán vận tốc làm việc của Robot, số vòng quay chân vịt và chọn công suát động cơ. Các thông số đầu vào: Yêu cầu đặt ra của Robot: Vớt được Thể tích thực của lồng chứa rác Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Vận tốc làm việc của Robot: Ta có: Với : Lưu lượng rác vớt được : Diện tích mặt cắt ngang của lồng chứa rác : Vận tốc làm việc của Robot Vận tốc làm việc của Robot Vì tính chất mật độ phân bố rác ở các tuyến sông dày trên mặt sông, nước nên hệ số rỗng diện tích mặt phân bố ta dựa vào thực tế khảo sát là: Vậy vận tốc làm việc của Robot khi vớt rác là: Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Số vòng quay chân vịt và công suất động cơ: Hệ số lực đẩy, Mômem quay của chân vịt Ta có: J : Hệ số tiến : Vận tốc tiếncủa tàu (m/s) n : Số vòng quay của chân vịt D : Đường kính chân vịt (m) ( Theo đường đặt tín chân vịt hình H1.11 trang 141 sách Động Lực Học Tàu Thủy, Trần Công Nghị ) Trong phạm vi chận vịt tàu làm nhiệm vụ cảu máy đẩy tàu, tạo lực đẩy lớn hơn 0, đưa tàu về phía trước. Khi vượt qua chân vịt tàu sẽ làm nhiệm vụ như tua bin tạo momen quay. Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Ta chọn giá trị: J=0.5 Với: Công suất cần thiết để đẩy chân vịt Do thiết kế Robot hoạt động với hai động cơ đặt hai bên phao chính, nên chọn mỗi động cơ là 16 (W) Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Thời gian công suất bình Acquy đáp ứng tối đa khi Robot làm việc Ta có: Công suất của hai bình Acquy : Công suất của động cơ Thời gian Như vậy thời gian Robot có thể hoạt động được là khoảng 5 giờ 3.Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền Mô hình hóa trục nối chân vịt Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Tính đường kính d của truc: Chọn loại vật liệu inox SUS 201 – ASTMA666 Có các thông số: Độ cứng HB 217 Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Biểu đồ Momen xoắn trục nối chân vịt Theo điều kiện bền Với: Nội dung thực hiện đề tài 1 2 3 4 5 6 7 8 Vậy chọn trục động cơ có đường kính d=10 (mm). Nội dung thực hiện đề tài III. Thiết kế hệ thống điều khiển 1. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển 1 2 3 4 5 6 7 8 Nội dung thực hiện đề tài 2. Mạch điều khiển trung tâm Sơ đồ nguyên lý mạch trung tâm 1 2 3 4 5 6 7 8 Nội dung thực hiện đề tài Module công suất cầu H Đặt tính kỹ thuật cầu board: Dòng liên tục 10A. Dòng đỉnh 30A (200 ms). Điện áp cấp từ +24V. Có Led báo nguồn cho mạch. Có Led báo chiều động cơ. Bảo vệ ngắn mạch. Board được thiết kế nhỏ gọn. Dùng Pic kích FET chuyên dụng IR2184. 1 2 3 4 5 6 7 8 Nội dung thực hiện đề tài 3. Sơ đồ khối tay bấm điều khiển Tay bấm Robot Nội dung thực hiện đề tài 4. Lưu đồ giải thuật trên tay bấm 1 2 3 4 5 6 7 8 Nội dung thực hiện đề tài 5. Lưu đồ giải thuật xử lý trên Robot 1 2 3 4 5 6 7 8 Thi công Robot thực tế 1 2 3 4 5 6 7 8 Kết luận Những kết quả đạt được Đã có tìm hiểu và lên kế hoạch ý tưởng cho việc thiết kế Robot, tìm hiểu nguyên lý điều khiển, lý thuyết tổng quan về các phần tử của hệ động lực tàu giúp cho việc thiết kế phần phao và tính toán lực đẩy chọn động cơ chính. Về thiết kế và thi công Về tìm hiểu và nghiên cứu lý thuyết Tính toán những phần chính của Robot thiết kế mô hình 3D trên phần mềm Pro.E Thi công Robot chạy thử nghiệm vớt rác thực tế Biết được kinh nghiệm thực tế, trải nghiệm được những khó khăn giữa thiết kế và thi công… 1 2 3 4 5 6 7 8 Kết luận Về thiết kế board mạch và điều khiển lập trình Thiết kế và thi công được board mạch sử dụng trong điều khiển Lập trình điều khiển Robot chạy và hoạt động được theo cáo yêu cầu đặt ra, nhằm đảm bảo tính an toàn cho Robot và việc sử dụng một cách dễ dàng cho người điều khiển Lập trình cho tay bấm điều khiển Robot thông qua việc thu phát sóng RF chuẩn truyền thông UART II. Những kết quả chưa đạt được và biện pháp khắc phục Về thiết kế lồng chứa rác chưa hiệu quả trong việc giữ rác lại Việc tính toán cho Robot còn ít. Khối lượng Robot 21Kg còn nặng cần giảm xuống 1÷2 Kg để làm việc tốt khi vớt rác, khi vận chuyển. Chân vịt không được bảo vệ nên gặp trở ngại khi làm việc, cần thiết kế bộ che chắn bảo vệ… 1 2 3 4 5 6 7 8 Kết luận III. Hướng Phát triển của đề tài. Gắn bộ pin nặng lượng mặt trời để tận dụng điều kiện làm việc ngoài trời và tăng thêm thời gian làm việc của Robot. Tích hợp la bàn điện tử để việc điều khiển vớt rác dễ dàng và chính xác hơn cho người điều khiển. Sử dụng camera xử lý ảnh, để Robot có thể nhận dạng những nơi có rác và thực hiện công việc một cách tự động. Không cần người điều khiển. Thiết kế thêm bộ phận phá rác trước khi làm nhiện vụ vớt, hốt rác… 1 2 3 4 5 6 7 8 Cảm ơn thầy cô cùng các bạn đã quan tâm theo dõi…! 1 2 3 4 5 6 7 8