I. Giới thiệu về Thiết kế máy gọt hoa quả tại HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Máy cắt gọt trái cây" tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE), thực hiện bởi sinh viên Nguyễn Hữu Hoàng Minh, tập trung vào thiết kế máy gọt hoa quả tự động. Đồ án này đề cập đến việc thiết kế cơ khí và điều khiển tự động một máy có khả năng gọt vỏ trái cây. Thiết kế máy gọt hoa quả này hướng tới giải quyết vấn đề hiệu suất thấp và tốn nhiều công sức của phương pháp thủ công hiện hành. Nghiên cứu thiết kế máy gọt hoa quả này được thực hiện trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, do đó, phạm vi ứng dụng được giới hạn trong một số loại trái cây có hình dạng và đặc điểm vỏ nhất định. Dự án thiết kế máy gọt hoa quả này sử dụng Arduino Uno R3 và module công suất VNH30A để điều khiển các động cơ. Mục tiêu thiết kế máy gọt hoa quả là tạo ra một mô hình máy gọt hoa quả có tính khả thi cao, phục vụ mục đích học tập, nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.
1.1 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của dự án thiết kế máy gọt hoa quả là thiết kế và chế tạo một mô hình máy gọt vỏ hoa quả hoạt động tự động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế cơ khí, lập trình điều khiển trên Arduino, và điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều. Máy gọt hoa quả được thiết kế để xử lý các loại trái cây có hình tròn hoặc bầu dục, vỏ mỏng và mềm như: bơ, lê, táo, kiwi, dưa lưới, dưa gang. Giải pháp thiết kế máy gọt hoa quả được đề xuất bao gồm việc kết hợp điều khiển tốc độ của hai động cơ: động cơ dao cắt và động cơ xoay trái cây. Việc kết hợp với cơ cấu giữ chặt trái cây giúp tránh trường hợp trái cây bị rơi ra trong quá trình gọt. Nghiên cứu cũng bao gồm việc đánh giá hiệu suất của máy gọt hoa quả sau khi hoàn thành và đưa ra các đề xuất cải tiến. Thiết kế máy gọt hoa quả mini này nhằm giảm thiểu thời gian và công sức lao động trong việc sơ chế trái cây.
1.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc xây dựng bản vẽ dựa trên thực tế, quan sát quy trình gọt thủ công và tham khảo các loại máy gọt hoa quả có sẵn trên thị trường. Tiếp đó là thực hiện thi công chế tạo máy gọt hoa quả. Sau đó, tiến hành gọt thử nghiệm trên các loại trái cây khác nhau để phát hiện và khắc phục lỗi cơ khí và điện tử. Quá trình này giúp hoàn thiện và nâng cao hiệu suất và năng suất của máy gọt hoa quả. Thiết kế CAD và thiết kế CAM được sử dụng trong quá trình thiết kế và chế tạo. Phân tích thiết kế được thực hiện để đánh giá hiệu quả của giải pháp thiết kế máy gọt hoa quả. Quá trình sản xuất được tối ưu hóa để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả kinh tế.
II. Cơ sở lý thuyết và thiết kế phần cứng
Phần này trình bày cơ sở lý thuyết về các loại máy gọt hoa quả, động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, và vi điều khiển Arduino. Thiết kế phần cứng của máy gọt hoa quả được mô tả chi tiết, bao gồm các thành phần chính như: động cơ DC, mạch điều khiển động cơ VNH2SP30A, và Arduino Uno R3. Mô hình máy gọt hoa quả được minh họa bằng hình vẽ và ảnh chụp thực tế. Kết nối các thiết bị được giải thích rõ ràng, đảm bảo người đọc hiểu rõ cách thức hoạt động của hệ thống. Phân tích thiết kế tập trung vào sự lựa chọn các linh kiện, hiệu quả hoạt động và tính khả thi của thiết kế máy gọt hoa quả.
2.1 Các loại máy gọt hoa quả và động cơ điện
Đồ án so sánh các loại máy gọt hoa quả hiện có, bao gồm máy gọt vỏ dùng tay quay và máy gọt vỏ bán tự động chạy điện. Máy gọt hoa quả bằng điện được phân tích về nguyên lý hoạt động và ưu điểm, nhược điểm. Động cơ điện một chiều được chọn làm bộ phận truyền động chính cho máy gọt hoa quả do khả năng điều khiển tốc độ dễ dàng. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập được phân tích để tối ưu hóa thiết kế. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng xung PWM được áp dụng trong đồ án. Nguyên lý xung PWM và cách tạo xung PWM được giải thích chi tiết. Chọn động cơ phù hợp là yếu tố quan trọng trong thiết kế máy gọt hoa quả chất lượng cao.
2.2 Arduino và mạch điều khiển
Vi điều khiển Arduino Uno R3 được lựa chọn để điều khiển hệ thống máy gọt hoa quả. Ưu điểm của Arduino là giá thành rẻ, dễ lập trình và đáp ứng được yêu cầu điều khiển. Module công suất VNH30A được sử dụng để điều khiển động cơ. Kết nối các thiết bị với Arduino Uno R3 được mô tả rõ ràng qua sơ đồ. Chế tạo máy gọt hoa quả đòi hỏi sự hiểu biết sâu rộng về công nghệ chế tạo máy móc. Phần mềm thiết kế máy gọt hoa quả được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế. Kiến thức về điện tử và cơ khí là rất cần thiết trong quá trình thiết kế máy gọt hoa quả. Lập trình phần mềm đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành tự động của máy gọt hoa quả.
III. Lập trình phần mềm và kết quả thử nghiệm
Phần này trình bày quy trình hoạt động của máy gọt hoa quả, lưu đồ thuật toán, và mã nguồn chương trình Arduino. Kết quả thi công và thử nghiệm được trình bày với ảnh chụp mô hình máy gọt hoa quả đã hoàn thành. Quá trình chạy thử nghiệm được mô tả chi tiết, bao gồm các loại trái cây được sử dụng và kết quả gọt. Những hạn chế của đề tài và hướng phát triển trong tương lai cũng được đề cập. Phân tích kết quả giúp đánh giá hiệu quả của thiết kế máy gọt hoa quả và xác định hướng cải tiến.
3.1 Lập trình điều khiển Arduino
Phần này tập trung vào lập trình điều khiển trên Arduino Uno R3 để vận hành máy gọt hoa quả. Lưu đồ thuật toán cho thấy rõ ràng các bước hoạt động của máy. Mã nguồn được trình bày một cách rõ ràng và dễ hiểu. Kiểm thử phần mềm được thực hiện để đảm bảo tính chính xác và ổn định của chương trình. Phần mềm điều khiển máy gọt hoa quả được viết để đảm bảo sự vận hành trơn tru và chính xác. Tối ưu hóa code giúp tăng hiệu suất hoạt động và giảm tiêu thụ năng lượng. Công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và lập trình máy gọt hoa quả.
3.2 Kết quả thử nghiệm và đánh giá
Kết quả thử nghiệm trên mô hình máy gọt hoa quả cho thấy khả năng gọt vỏ các loại trái cây đã được đề cập. Hình ảnh và video về quá trình gọt được cung cấp để minh họa. Hiệu suất của máy được đánh giá dựa trên thời gian gọt, chất lượng gọt vỏ và mức độ hao hụt trái cây. Những hạn chế của thiết kế máy gọt hoa quả được phân tích, ví dụ như tốc độ gọt, khả năng xử lý các loại trái cây khác nhau, và độ bền của máy. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm cải tiến thiết kế để tăng tốc độ gọt, nâng cao tính tự động hóa, và mở rộng khả năng xử lý các loại trái cây khác nhau. Đánh giá tổng thể về thiết kế máy gọt hoa quả cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn.
