Thạc Sĩ Thiết kế và thi công Robot dọn rác bề mặt sông

MỤC LỤC

Chương I: DẪN NHẬP . 3
I. ĐẶT VẤN ĐỀ 3
II. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 3
III. MỤC TIÊU CỦA ĐỂ TÀI . 4
IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 4
V. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 5
VI. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU . 5
Chương II: CƠ SỞ LÝ LUẬN . 6
I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU . 6
1.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước do rác thải. 6
1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và hướng giải quyết. 7
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TIẾP CẬN 9
2.1Cơ sở tính toán Robot. . 9
2.1.1 Các khái niệm về lực: . 9
2.1.2 Thanh chịu xoắn: . 10
2.1.3 Nguyên lý lực đẩy Archimedes (Tính độ nổi phao của Robot). 14
2.1.4 Lý thuyết các phần tử của hệ động lực tàu. . 16
2.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ thống.
18
2.2.1 Lý thuyết sóng RF chuẩn truyền UART. . 18
2.2.2 Phương pháp điều khiển động cơ DC bằng PWM (Pulse Width
Modulation). 21
2.2.3 Chuyển đổi tín hiệu ADC – DAC đọc quá dòng và joystick tay bấm. . 22
Chương III: NỘI DUNG . 23
I. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ROBOT 23
1.2 Các phương án thiết kế. 24
1.3 Nguyên lý hoạt động của Robot. 26
1.4 Tính toán cho Robot. 27
2.3 Tính chọn trục chân vịt và kiểm tra bền. . 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đoàn

Bùi Thị Ánh Quốc Trang 2
Võ Thành Luận
Trương Hữu Toàn

III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
33
3.1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển. 33
3.1 Tay bấm điều khiển. 34
3.2 Mạch điều khiển trung tâm. . 35
3.3 Module sóng RF. . 41
3.4 Động cơ DC và thiết bị đẩy ( chân vịt ) 41
3.5 Xây dựng toàn bộ giải thuật điều khiển hệ thống. 43
Chương IV: CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT 51
I. Ống nhựa PVC Bình Minh. 51
II. Các chi tiết cơ khí. . 56
Chương V: KẾT LUẬN 61
I. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 61
5.1 Về nghiên cứu lý thuyết: . 61
5.2 Về thiết kế kết cấu khung Robot: 61
5.3 Về thiết kế điều khiển: . 61
II. NHỮNG KẾT QUẢ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC . 62
III. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI . 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 63
PHỤ LỤC . 64
Phần A: VI ĐIỀU KHIỂN 64
I. Tổng quan về họ vi điều khiển AVR . 64
Thanh ghi DDRx 67
PhầnB: MỘT SỐ CODE CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH . 70



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đoàn

Bùi Thị Ánh Quốc Trang 3
Võ Thành Luận
Trương Hữu Toàn
Chương I: DẪN NHẬP
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời đại ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Khoa học công
nghệ nói riêng và tất cả các ngành, các lĩnh vực nói chung. Song song với sự
phát triển đó thì vẫn đề ô nhiễm môi trường vẫn đang là một điểm nhấn nguy
hiểm cho môi trường sống của con người trên toàn thế giới. Sự ô nhiễm cho đến
thời điểm hiện tại thì không chỉ dừng lại cụ thể ở môi trường sống nào mà có thể
nói là tất cả. Chính vì vậy việc bảo vệ và cải thiện môi trường sống không chỉ
đơn thuần là mọi người tự ý thức về cách sống về suy nghĩ mà cụ thể là những
giải pháp, những gì mà thực tiễn để bắt tay vào làm sạch sự ô nhiễm đó. Cho nên
đề tài “ Thiết kế và thi công Robot dọn rác bề mặt sông “ của nhóm thực hiện
là những tân kỹ sư trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM ngoài việc ý
tưởng và mong muốn góp phần cải tạo môi trường ô nhiễm,đó còn là sự vận
dụng trải nghiệm những gì đã học được vào đề tài nhằm đạt được mục đích đề ra
sao cho hiệu quả nhất.
II. Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Thông qua việc thực hiện đề tài “ Thiết kế và thi công Robot dọn rác bề
mặt sông “ này ngoài việc nhóm thực hiện có cơ hội vận dụng được những kiến
thức mà đã được đào tạo trong suốt quá trình học tập tại trường, thì nhóm còn
được trược tiếp làm ra một mô hình thực tế, trải nghiệm được rất nhiều điều thực
tiễn mà một người kỹ sư tương lai rất cần khi ra trường. Có cơ hội học tập và
nghiên cứu thêm những kiến thức về lĩnh vực điện – điện tử, công nghệ tự động,
lập trình
Bước đầu có được mô hình Robot vớt rác thực tế trên các con sông đang bị ô
nhiễm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh.
Một phần ý tưởng thực hiện đề tài còn mới mẻ nên có thể làm cơ sở để kế
thừa và cải tiến sau này nhằm hoàn thiện Robot.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đoàn

Bùi Thị Ánh Quốc Trang 4
Võ Thành Luận
Trương Hữu Toàn
III. MỤC TIÊU CỦA ĐỂ TÀI
- Trực tiếp tìm hiểu những sản phẩm có sẵn ngoài thị trường để thiết kế mô
hình 3D, nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ tự động, điện-điện tử
có sẵn vào việc điều khiển lập trình cho Robot.
- Sử dụng kiến thức môn hình họa vẽ kỹ thuật và kết hợp với phần mềm để
thiết kế mô hình Robot trên phần mềm ProEngineer Wildfire 5.0
- Áp dụng kiến thức cơ sở nghành: Cơ lý thuyết, nguyên lý – chi tiết máy,
sức bền vật liệu vào việc tính toán thực tế. Ngoài ra còn tiềm hiểu về
kiến thức tự động hóa tính toán thiết kế tàu, chân vịt về lĩnh vực hàng hải
để áp dụng tính toán những vấn đề liên quan.
- Vận dụng kiến thức nghành liên quan như: Kỹ thuật điện-điện tử, vi điều
khiển, sử dụng phần mềm Orcad và Protues để thiết kế và mô phỏng
mạch điều khiển
- Thi công mạch điều khiển và mô hình Robot từ bản thiết kế.
- Xây dựng giải thuật chương trình điều khiển. Lập trình điểu khiển Robot
sử dụng vi điều khiển ATmega8 với phần mềm Code VisionAVR 2.05
IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Do ý tưởng thiết kế và thực hiện đề tài là Robot giọn rác bề mặt sông còn
khá mới mẻ và thời gian thực hiện đề tài tương đối ngắn, cùng với việc thi công
chế tạo mô hình Robot, cũng như trình độ chuyên môn của nhóm thực hiện đề
tài có hạn và nhiều yếu tố khách quan khác Chúng em đã cố gắng hết sức để
hoàn thành bản thuyết mình cũng như mô hình đồ án này, nhưng chỉ giải quyết
được một số vấn đề chính đặt ra :
- Thiết kế, tính toán những phần quan trọng của Robot dọn rác:
 Tính lực nổi của toàn bộ Robot theo nguyên lý lực đẩy Archimedes.
 Từ yêu cầu thực tế, tính toán vận tốc làm việc của Robot từ đó tính chọn
động cơ và chân vịt phù hợp theo điều kiện sản xuất ngoài thị trường.
 Tính toán bền cho khung Robot.
 Tính toán bền cho trục và khợp nối từ động cơ ra chân vịt
- Bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của mô hình Robot. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S Nguyễn Văn Đoàn

Bùi Thị Ánh Quốc Trang 5
Võ Thành Luận
Trương Hữu Toàn
- Thiết kế thi công Board mạch cũng chư hệ thống điều khiển Robot.
- Lập trình điều khiển Robot từ xa thông qua module RF sử dụng truyền
thôngtheo chuẩn UART, cũng như lập trình cho Board chính để kết nối dùng
vi điều khiển AT mega8 trên phần mềm Code VisionAVR 2.05
- Thi công chế tạo được mô hình Robot dọn rác bề mặt sông.
V. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình có liên quan, các tài liệu chuyên
môn dùng trong việc tính toán cũng như điều khiển lập trình trên các trang Web
cũng như trên các diễn đàn mạng Internet.
Tìm hiểu các cơ cấu truyền động cũng như kiểu dáng canô mô hình để hỗ trợ
trong việc thiết kế Robot.
VI. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
Về phương pháp nghiên cứu:
- Tìm hiểu, khảo sát, tham khảo tài liệu, diễn đàn về kiểu dáng thiết kế cũng
như cở sở tính toán chuyên nghành.
- Đề ra ý tưởng chung và dùng phương pháp loại trừ thống nhất kết cấu kiểu
dáng thiết kế và công việc thực hiện.
- Tiến hành chạy thực nghiệm đánh giá kết quả để so sánh mục tiêu đặt ra từ
đó rút ra tính khả thi của đồ án.
Về phương tiện nghiên cứu:
- Thiết kế mô hình và tính toán độ bền khung Robot bằng phần mềm
ProEngineer Wildfire 5.0 và Visual Nastran
- Thiết kế Board mạch và lập trình điều khiển Robot bằng vi điều khiển
ATmega8 cùng với bộ thu phát tín hiệu RF bằng các phần mềm: Orcad,
Protues, Code VisionAVR 2.05