Lời Cảm Ơn Trải qua 3 năm học tập tại trường Đại học Công nghệ Tp.HCM, nơi đã trang bị cho chúng em những kiến thức về chuyên môn cũng như đời sống để có được hành trang tốt nhất cho tương lai. Đồ án môn học ngày hôm nay chính là những kiến thức đã được tổng hợp đầy đủ nhất mà chúng em đã tích lũy được trong thời gian học tập tại trường. Qua đây, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô trong viện Kỹ Thuật HUTECH, bộ môn Công nghệ kỹ thuật ô tô và đặc biệt là TS Phạm Văn Thức đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án lần này. Chúng em chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, giúp đỡ các thế hệ sinh viên tiếp theo.
Cảm ơn gia đình đã luôn tin tưởng và hi vọng, là nguồn động lực lớn nhất cho chúng con. 1 MỤC LỤC TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN. GIỚI THIỆU CHUNG .1 Giới thiệu đề tài .2 Tổng quan về xe tự hành .1 Giới thiệu xe tự hành .2 Phân loại xe tự hành .3 Lựa chọn phương án xây dựng .4 Nhiệm vụ và phương hướng đề tài .2 Phương hướng xây dựng đề tài. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CƠ KHÍ VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT .1 Giới thiệu chương.2 Yêu cầu kỹ thuật .2 Yêu cầu đặt ra.3 Phân tích phương án lựa chọn .1 Bánh xe chủ động .2 Bánh xe dẫn hướng .1 Giới thiệu chung .2 Thông số kỹ thuật .6 Động cơ SERVO MG996R .1 Giới thiệu chung .2 Thông số kỹ thuật .7 Nguồn điện một chiều (Pin) .1 Giới thiệu chung .2 Thông số kỹ thuật .8 Khung gầm xe HSP .1 Giới thiệu chung .2 Thông số kỹ thuật .9 Tính toán kỹ thuật.1 Tính toán hệ thống treo .2 Tính toán hệ thống dẫn động .3 Tính toán nguồn điện.
42 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ KHÍ .1 Giới thiệu chương.2 Thiết kế cơ khí .3 Bản vẽ CAD. 53 CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH VÀ KẾT LUẬN .1 Mô hình thực tế .1 Tính mới và sáng tạo .2 Khả năng áp dụng .3 Hướng phát triển đề tài. 74 3 Danh Mục Hình Ảnh Hình.1 1: Xe tự hành di chuyển .1 2: Một trong những mẫu xe đầu tiên .1 3: Mô hình xe kéo.1 4: Mô hình xe chở .1 5: Mô hình xe đẩy.1 6: Mô hình xe nâng.1: Cơ cấu xe bánh .2: Cơ cấu xe 4 bánh .3: Cơ cấu xe lựa chọn .5: Bánh xe dẫn hướng .6: Cấu tạo của rotor động cơ .7: Stator của động cơ .8: Cổ góp và chổi than.9: Động Cơ RC Servo MG996R .10: Pin Sạc Lipo Rechargeable Battery Lion .11: HSP 1/10 Electric OnRoad Lipo 60km/h RTR. 12: Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo.1: Khung gầm HSP 1/10 .2: Body xe HSP 1/10 .4: Động cơ servo MG996R .6: Phuộc – Hệ thống treo .8: Hệ thống dẫn động .9: Hệ thống treo .11: Cảng trước và thanh chóng .12: Thanh cân bằng .13: Khung gầm hoàn thiện .14: Vi mạch Arduino Uno R3 .15: Vi mạch RASBERRY PI 4B .16: Cảm biến Siêu âm HC-SR04 .17: Xe khi lắp linh kiện.
1: Mô hình xe tự hành .2: Bên trái xe tự hành. 3: Bên phải xe tự hành. 4: Phía trước tự hành. 5: Phía sau xe tự hành.
6: Phía trên xe tự hành. 72 5 TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Đồ án môn học của nhóm em là tính toán và chế tạo hệ thống xe tự hành bám đường và tránh vật cản. Trong đồ án, nhóm đặt ra mục tiêu điều khiển xe di chuyển thông minh tránh các vật cản lấy, dừng đỗ đúng vị trí. Với mục tiêu đó, chúng em đã vận dụng kiến thức về cơ khí, lý thuyết điều khiển tự động để tính toán và chế tạo nên một chiếc xe tự hành.
Từ đó có thể lựa chọn các thiết bị phù hợp. Về phần cứng, nhóm xây dựng mô hình bằng vật liệu hợp kim nhôm để đảm bảo độ cứng vững cho xe khi di chuyển. Hệ thống điều khiển sử dụng Arduino R3, Raspberry pi 4, Cảm biến tiệm cận, mạch cầu LM 298 kết hợp với driver L298 để điều khiển động cơ. Cảm biến GM65, cảm biến vạch line và cảm biến siêu âm có nhiệm xác đinh vị trí xe, xác định đường đi và khoảng cách, báo vật cản.
Từ đó định hướng được hướng đi cho xe. Về phần mềm, nhóm sử dụng Solidworks và AutoCad để thiết kế mô hình, sử dụng phần mềm Arduino IDE để điều khiển chuyển động của xe. Dùng phần mềm matlab, proteus để mô phỏng. Nhóm khi tiếp nhận đề tài nhận thấy rằng: đề tài thiết kế hệ thống xe tự hành là một đề tài hay, có tính ứng dụng thực tiễn cao và phù hợp với sinh viên cơ điện tử và ô tô.
Tuy nhiên đề tài khá lớn và phức tạp, nên có nhiều thách thức với nhóm do kiến thức của mỗi thành viên trong nhóm còn nhiều hạn chế. Nên đề tài của nhóm chỉ dừng lại ở mô hình nhỏ, thuật toán còn khá đơn giản. Điều kiện về kinh phí còn hạn chế nên chỉ đạt được một phần. Hi vọng sau đồ án này, nhóm sẽ có những nghiên cứu và phát triển thêm để đạt được mục tiêu đã đưa ra.
Qua đồ án này, chúng em học được nhiều kiến thức trong việc sử dụng các thiết bị điện tử và động cơ. Ngoài ra còn trao dồi cho bản thân kỹ năng lập trình điều khiển. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu đề tài Cùng với sự mở rộng của các nhà máy được tự động hóa và cơ khí hóa, các vấn đề về việc vận chuyển, bốc dỡ và tích trữ hàng hóa trở nên ngày càng quan trọng hơn. Theo xu hướng gia tăng sự tự động hóa trong các lĩnh vực sản xuất, các hệ thống vận chuyển bên trong các nhà máy dưới dạng “hệ thống máy dẫn đường tự động” ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong toàn bộ lĩnh vực xử lý vật liệu.
Xe được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ: - Cung cấp và chuyên chở ở các khu vực sản xuất và kho. Khu vực này bao gồm nhiều ứng dụng khác nhau trong toàn bộ luồng vật liệu từ khi nhập hàng hóa, qua kho và vùng sản xuất đến khi chuyển đi. - Ứng dụng tích hợp sản xuất của xe tự hành chở hàng như một bệ nền lắp ráp. - Ứng dụng này dựa trên cơ sở ý tưởng rằng quy trình sản xuất có thể được cấu trúc theo cách linh hoạt hơn với hệ thống vận chuyển này.
- Cung ứng và chuyên chở trong các khu vực đặc biệt, như ở bệnh viện và di chuyển tài liệu trong các văn phòng, trong các khu sản xuất diện tích lớn. Trong tất cả các ứng dụng trên, người ta thấy rằng xe tự hành làm cho kế hoạch sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nhu cầu nhân lực, hữu ích cho việc phát triển công nghệ 4.1: Xe tự hành di chuyển 1.2 Tổng quan về xe tự hành 1.1 Giới thiệu xe tự hành Khái niệm xe tự hành (Automated Guided Vehicle) là một khái niệm chung chỉNtất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái. Trong công nghiệp AGV được hiểu là các xe chuyên chở tự động được áp dụng trong các lĩnh vực: - Cung cấp sắp xếp linh kiện tại khu vực kho và sản xuất. - Vận chuyển hàng giữa các trạm sản xuất, trong khu vực sản suất - Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt trong bán buôn.
- Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viên, siêu thị, văn phòng. 8 - Qua tất cả các ứng dụng trên, đã thể hiện rất rõ hiệu quả của như: Giúp giảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân lực v.v… Ngoài ra, xe tự hành còn giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất. Chúng có thể chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hoàng cấp phát cho một số vị trí làm việc nhất định. Lịch sử phát triển của xe tự hành Hệ thống xe dẫn hướng tự động (AGVS) đã tồn tại từ năm 1953 bới Barrett Electronics of Northbrook, bang Illinois – USA, nay là Savant Automation of Walker, bang Michigan – USA.
Một nhà phát minh với một giấc mơ sáng chế ra một phương pháp tự động hoá con người trên chiếc xe tải kéo mà đã được sử dụng trong các nhà máy trong nhiều năm. Lúc đầu chỉ là một chiếc xe kéo nhỏ chạy theo một đường dẫn. Hệ thống hướng dẫn đầu tiên được tạo ra khi xuất hiện các cảm biến dò theo một từ trường. AGV tồn tại ở mức này giữa năm bảy mươi.
Công nghệ lúc này đã điều khiển các hệ thống để mở rộng khả năng và tính linh hoạt. Xe không chỉ còn được dùng để kéo rơ moóc trong kho, mà còn được sử dụng trong quá trình sản xuất, làm việc, và các hệ thống lắp ráp ô tô.2: Một trong những mẫu xe đầu tiên Qua nhiều năm, khi công nghệ trở nên tinh vi hơn, thì ngày nay các xe chủ yếu được định vị bởi hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle). Trong quá trình tự hành, LGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm được chuyển qua các trạm, kho nơi mà sau đó chúng được giữ lại hoặc chuyển đến một vị trí khác. Ngày nay, LGV đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các nhà máy và nhà kho, đưa hàng hóa đến đúng địa điểm một cách an toàn.2 Phân loại xe tự hành ●Phân loại theo chức năng *) Xe kéo (Towing Vehicle) Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn còn thịnh hành.
Loại này có thể kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 60000 pounds. Ưu điểm của hệ thống xe kéo: - Khả năng chuyên chở lớn 10 - Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng như đảm bảo an toàn. - Tăng tính an toàn.3: Mô hình xe kéo *) Xe chở (Unit Load Vehicle) 11 Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các nâng, hạ chuyền động bằng băng tải, đai hoăc xích. Loại này có ưu điểm: - Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu.
- Thời gian đấp ứng nhanh gọn. - Giảm hư hại sản. - Đường đi linh hoạt. - Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.
- Lập kế hoạch hiệu quả.4: Mô hình xe chở 12 *) Xe đẩy (Cart Vehicle) Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ tiền. Chúng được sử dụng để chuyên chở vật liệu và các hệ thống lắp giáp.