Chương 1: Tổng quan. Trình bày về vấn đề chung dẫn đến lý do chọn đề tài, đi kèm với nội dung nghiên cứu, mục tiêu cũng như giới hạn của đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Khái quát về cơ sở lý thuyết về các linh kiện, chuẩn giao tiếp.
Chương 3: Thiết kế và tính toán. Từ các lý thuyết đã được mô tả ở phần cơ sở lý thuyết, đưa ra phương án thiết kế, tính toán các thông số để đánh giá, lựa chọn linh kiện phù hợp với thiết kế. Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá. Chương này trình bày các kết quả thu được sau khi thi công.
Từ đó nhận xét, đánh giá lại sản phẩm giữa thực tế và lý thuyết. Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển. Tổng kết các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, đưa ra hướng phát triển phù hợp cho thiết kế. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.
Động cơ phản lực 2. Động cơ chổi than Động cơ chổi than là động cơ được cấu tạo bởi Trục roto, chổi than chì, nam châm, cuộn dây. Động cơ này thường được sử dụng trong máy khoan tay cầm, đồ chơi, tay quay … Hiện nay động cơ này rất được phổ biến bởi mức giá rẻ và dễ sử dụng. Động cơ hoạt động với nguyên lý phần chổi than trên động cơ được lò xo lá (cuộn) tiếp xúc liên tục trên bề mặt cổ góp hoặc vành trượt tiếp điện để cung cấp điện cho cuộn dây.
Động cơ không chổi than Động cơ không chổi than là loại động cơ hoạt động dựa vào từ tường vĩnh cửu có cấu tạo gồm trục roto, nam châm vĩnh cửu, cuộn dây và bi bạc. Ngoài ra, động cơ còn có cảm biến xác định vị trí, không sử dụng chổi than nên triệt tiêu được ma sát và giúp giảm được tiếng ồn, tiết kiệm năng lượng. Nguyên lý hoạt động của động cơ này là dựa vào vị trí của động cơ nam châm vĩnh cửu để cấp dòng cho cuộn dây tương ứng. Với ưu điểm hiệu suất cao (hơn 10%) , vận hành nhẹ do giảm ma sát cũng như có động cơ bền bỉ, phù hợp với nhu cầu sử dụng liện tục nên nhóm đã chọn động cơ không chổi than làm động cơ chính để ép mô hình vào mặt phẳng đứng.
Các loại động cơ không chổi than hiện nay Motor brushless XXD A2212, brushless Shinano, Motor brushless 1306, …Với ưu điểm tích hợp sẵn quạt 12 cánh để hỗ trợ tạo lực hút, nhóm đã chọn động cơ QX-MOTOR Ducted Fan 64mm 12 Blades QF2822. Ducted fan [1] Ducted fan bao gồm 1 động cơ không chổi than (Brushless DC) được gắn vào 1 cái vỏ bằng nhựa có hình dáng như động cơ phản lực của máy bay. Khi hoạt động, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu không chổi than (động cơ xoay chiều 3 pha đồng bộ) yêu cầu dòng tiêu thụ lớn (> 10A). Ducted fan thông thường được sử dụng 4 cho các mô hình máy bay vì độ mạnh của động cơ cũng như khả năng đẩy 1 lượng lớn không khí với tốc độ cực cao.
Thông số kĩ thuật: - Quạt gió: 64mm 12 cánh quạt - Lực đẩy tối đa: 1570g - Pin khuyến nghị: 11,1 – 14,8 V - Điện áp đầu vào (giới hạn): 7,4 – 22,2 V - Dòng liên tục tối đa/10 giây: 100A Hình 2.1 Ducted fan và ký hiệu 2. Bộ điều tốc ESC [2] Vì dòng tiêu thụ của động cơ không chổi than là rất lớn nên phải dùng 1 bộ điều tốc ESC có chức năng thay đổi dòng điện cấp vào động cơ và nhận tín hiệu điều khiển có thể thay đổi độ rộng xung PWM để điều khiển động cơ. Các hãng ESC trên thị trường hiện nay: ESC XF-MODEL, Hobbywing Platinum, HTIRC Hornet,… Dựa trên thông số yêu cầu từ datasheet của động cơ ducted fan, nhóm lựa chọn ESC Hobbywing SkyWalker – 80A vì có thông số phù hợp, đồng thời có thể dễ dàng lập trình về các yêu cầu hoạt động của động cơ như: chế độ bảo vệ điện áp thấp (chế độ cắt), ngưỡng bảo vệ ngắt điện áp thấp (ngưỡng cắt), chế độ khởi động… Thông số kĩ thuật: - Điện áp đầu ra: 80V - Chu kỳ xung PWM: 16 – 25 ms - Điện áp đầu vào (giới hạn) 7,4 – 22,2 V - điều khiển động cơ có tốc độ tối đa: 210.000 vòng/phút 5 Hình 2.2 Mạch điểu tốc ESC và ký hiệu 2. Động cơ Di chuyển 2.
Động cơ DC giảm tốc [3] Để robot có thể di mặt kính thẳng đứng đòi hỏi động cơ cho 2 bánh xe cần đạt yêu cầu chịu được tải trọng cao (>=1kg) và ngoài ra, động cơ còn đòi hỏi sự gọn nhẹ và có thể chịu được lực kéo của trọng lực khi robot di chuyển theo phương thẳng đứng. Hiện nay, động cơ được ứng dụng phổ biến trong mọi lĩnh vực. Với mảng động cơ di chuyển cũng rất đa dạng về cấu tạo cũng như hãng sản xuất như: động cơ bước (Nema, CNC3DS, 86HS78), động cơ giảm tốc (N20 Micro, Wansin, Cyclo)…Nhóm ưu tiên lựa chọn động cơ vừa đủ lực di chuyển nhưng giá cả hợp lý để giảm tải chi phí thiết kế. Vì vậy động cơ phù hợp nhất với yêu cầu này là các động cơ DC giảm tốc.
Động cơ DC giảm tốc là động cơ bao gồm động cơ điện DC và hộp số giảm tốc. Hộp số giảm tốc chứa bộ truyền động sử dụng bánh răng, trục vít bánh vít… để làm giảm tốc độ vòng quay. Ngoài ra hộp còn giúp tăng momen xoắn, đóng vai trò là bộ phận trung gian giữa động cơ điện với bộ phận làm việc của máy công tác. Ngõ ra của động cơ được nối với tải.
Thông số kĩ thuật: - Điện áp: 3 – 6V - Nguồn dòng liên tục không tải: 150mA - Tỉ số truyền 1:48 (499 vòng/ 1 phút tại 12V) 6 Hình 2.3 Động cơ DC giảm tốc V1 và ký hiệu 2. Mạch cầu H L298N điều khiển động cơ [4] Để điều khiển 2 động cơ, tôi sử dụng module điều khiển động cơ có thể điều khiển chiều xoay của chúng. Các module điều khiển động cơ phổ biến hiện nay: BTS7960 43A, TB6612FNG, Taidacent… Nhưng tôi lựa chọn L298N vì ưu điểm nhỏ gọn, giá thành rẻ cũng như động cơ này không yêu cầu dòng tiêu thụ quá cao, đồng thời L298N là IC mạch cầu đôi nên phù hợp để điều khiển hai động cơ di chuyển của hệ thống. Thông số kĩ thuật: - Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V - Công suất tối đa: 25W 1 cầu - Dòng cho mỗi cầu là 2 A Hình 2.4 Module L298N và ký hiệu 2.
Động cơ bơm [5] Để có thể cấp ẩm cho tấm lau, tôi sử dụng một động cơ để truyền nước từ trong bình chứa vào tấm lau. Với ngành công nghiệp sản xuất máy phát triển, thì động cơ 7 máy bơm không hề xa lạ với thị trường Việt Nam cũng như quốc tế với các nhãn hàng nổi tiếng như: Sealand, Pentax, Ebara, Forat, Vertix, Ture, Six, Hanil, Panasinic, Wilo, Tohatsu, OBL…Nhóm sử dụng động cơ bơm mini của hãng Cytron Technologies dùng để cấp ẩm cho miếng lau kính. Với kích thước nhỏ gọn, sử dụng nguồn DC 5V phù hợp với thiết kế và giúp giảm trọng lượng của robot. Thông số kỹ thuật: - Điện áp đầu vào: 3 – 5 VDC - Dòng điện: 100 – 200 mA - Đường kính ống: 7.5 Động cơ bơm chìm mini và ký hiệu 2.
Module Relay [6] Relay là một thiết bị điện có công dụng đóng ngắt tải. Thiết bị này có đầu kích trạng thái đóng mở ở mức cao nhưng đầu ra có thể tùy chọn bình thường đóng hoặc bình thường mở. Vì có tính phổ biến nên module relay của các hãng sản xuất có cấu tạo gần như tương tự nhau. Nhóm sử dụng module có 1 kênh để điều khiển trạng thái đóng ngắt của máy bơm.
Thông số kỹ thuật: -Điện áp hoạt động: 5V - Dòng hoạt động: 70mA - Tiếp điểm relay: 220V 10A 8 Hình 2.6 Relay 5V và ký hiệu 2. Màn hình LCD [7] Để hiển thị dữ liệu từ hệ thống robot lên hệ thống điều khiển, nhóm sự dụng một màn hình LCD để thực hiện công việc này. Các loại màn hình LCD phổ biến ngày nay: LCD matrix, LCD 2004, OLED… Để phù hợp với số dữ liệu hiển thị nhóm đã lựa chọn màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780. Đây là một loại module ma trận điểm để hiển thị các chữ cái, số và ký tự,… Nó bao gồm các vị trí ma trận điểm 5x7 hoặc 5x11; mỗi vị trí có thể hiển thị một ký tự.
Có một dấu chấm giữa hai ký tự và một khoảng cách giữa các dòng, do đó phân tách các ký tự và dòng. Model 1602 có nghĩa là nó hiển thị 2 dòng 16 ký tự. Thông số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: 5V. - Chữ trắng, nền xanh dương - Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu 9 Hình 2.7 Module LCD1602 và ký hiệu 2. Module I2C [8] Để có thể hỗ trợ giao tiếp cũng như giảm tải số lượng chân sử dụng màn hình LCD. Nhóm sử dụng module I2C để thực hiện việc này. Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD dùng 2 chân SDA và SCL của MCU kết nối với 2 chân SDA và SCL của module để hiển thị thông tin lên LCD.
Ngoài ra mạch còn tích hợp biến trở để chỉnh độ sáng của màn hình. Thông số kỹ thuật: - Điện áp cung cấp hoạt động: 5V - Điện áp hoạt động: 2.8 Module I2C và ký hiệu 2. Module Joystick [9] Ban đầu nhóm dự kiến thiết kế hệ thống điều khiển gồm 4 nút điều hướng và 2 nút bật tắt hoạt động của robot. Nhưng sau khi thiết kế, nhóm nảy sinh ý tưởng sự 10 dụng Joystick để thay thế 4 nút điều hướng nhằm làm tăng tính thẩm mỹ cũng như gây hứng thú cho người sử dụng.
Module Joystick thường đảm nhiệm vai trò trong khối điều khiển, thiết bị này có thiết kế tương tự như Analog Joysticks trong thiết bị gamepads. Module Joystick được cấu tạo dựa trên việc gắn hai chiết áp ở góc 90 độ và được kết nối với cần gạt có gắn lò xo ở giữa. Giá trị trả về của module là các tín hiệu analog theo 2 trục X,Y phản ảnh vị trí của cần gạt từ 0 đến 1023. Ngoài ra module còn tích hợp thêm một nút nhấn khi ấn cần gạt xuống.
Thông số kĩ thuật: - Nguồn cấp: Tùy chọn, thường cấp 3. - Kiểu dạng tín hiệu ngõ ra 1 Digital và 2 Analog ( 1 nút nhấn và hai trục X, Y), mức tín hiệu theo nguồn cấp vào.9 Joystick và ký hiệu 2. Cảm biến khoảng cách 2.