Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Thiết kế chế tạo mô hình phương tiện tự hành trong các nhà máy lắp ráp ô tô

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài "Thiết kế chế tạo mô hình phương tiện tự hành trong các nhà máy lắp ráp ô tô" nhằm tìm hiểu tính năng, khảo sát các loại phương tiện tự hành đã được sản xuất trong và ngoài nước; tính toán, thiết kế một mô hình phương tiện tự vận hành phù hợp với các nhà máy sản xuất lắp ráp ô tô hiện nay có ở nước ta.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Thiết kế chế tạo mô hình phương tiện tự hành trong các nhà máy lắp ráp ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VƯƠNG NHẬT KHÔI THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHƯƠNG TIỆN TỰ HÀNH TRONG CÁC NHÀ MÁY LẮP RÁP Ô TÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ÐỘNG LỰC S K C0 0 5 9 8 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VƯƠNG NHẬT KHÔI THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHƯƠNG TIỆN TỰ HÀNH TRONG CÁC NHÀ MÁY LẮP RÁP Ô TÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC T.p Hồ Chí Minh, tháng 11/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VƯƠNG NHẬT KHÔI THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHƯƠNG TIỆN TỰ HÀNH TRONG CÁC NHÀ MÁY LẮP RÁP Ô TÔ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN BÁ HẢI Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2018
LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Vương Nhật Khôi Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/05/1992 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Đồng Nai Dân tộc: Hoa Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 16 Nguyễn Văn Trị, phường Thanh Bình, thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai. Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: vnkhoi1992@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến …/… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 09/2010 đến 05/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Đại học Nông Lâm Tp.HCM Ngành học: Công nghệ kĩ thuật ô tô Ngày & nơi tốt nghiệp: 05/2015 tại trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM i
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty bảo dưỡng máy bay cảng 15/04/2016 Kỹ thuật viên miền Nam ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam kết: Đây là luận văn tốt nghiệp do tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các đoạn trích dẫn và số liệu kết quả sử dụng để so sánh trong luận văn này đều được dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi. Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 09 năm 2018 Ký tên và ghi rõ họ tên Vương Nhật Khôi iii
LỜI CẢM TẠ Trong suốt thời gian hai năm học tập và nghiên cứu tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, nhận được sự hướng dẫn tận tình của các quí thầy cô và các điều kiện học tập thuận lợi của quí trường tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức hữu ích phục vụ cho quá làm việc và nghiên cứu của mình sau này. Xin cảm ơn đến quí Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học Ôtô niên khóa 2015B đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn Ts. Nguyễn Bá Hải, người thầy đã hết lòng tận tình hướng dẫn chuyên môn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Dù tôi đã hoàn thành luận văn nhưng chắc sẽ còn thiếu sót, mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để luận văn được hoàn thiện tốt hơn. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành và gửi lời chúc sức khỏe đến quý thầy cô, gia đình và mọi người. Học viên thực hiện Vương Nhật Khôi iv
TÓM TẮT Ngày nay, đất nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa. Ứng dụng tự động hóa vào sản xuất góp phần tăng năng suất, giảm rủi ro tai nạn lao động. Từ đó có nhiều nước đã cho ra đời xe tự hành có thể giải quyết vấn đề trên. Tình hình nghiên cứu trong nước thì đang có nhiều nghiên cứu nguyên lý hoạt động, chế tạo thử mô hình. Với lí do này người nghiên cứu đã thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo mô hình phương tiện tự hành trong các nhà máy l ắp ráp ô tô”. Nội dung đề tài có thể được tóm lược như sau:  Giới thiệu về lịch sử hình thành của xe tự hành, phân loại hình dạng của các dòng xe đã được các nhà sản xuất đưa ra trên thị trường. Qua đó giúp tác giả có thể tìm ra được mô hình phù hợp nhất áp dụng vào vận hành trong nhà máy chế tạo ô tô.  Trình bày nguyên lý hoạt động của xe, lựa chọn hình dạng, kích thước phù hợp, xe sẽ sử dụng các loại cảm biến nào để hỗ trợ tự vận hành, lập trình cho xe và so sánh các phương pháp để chế tạo để tìm ra phương pháp phù hợp.  Lắp ráp, bố trí các hệ thống cơ và mạch điện trên xe cho phù hợp để vận hành thực nghiệm. Qua đó có thể sửa chữa những khuyết điểm chưa phù hợp, tìm giải pháp xử lý tốt hơn.  Sử dụng MATLAB như một công cụ hỗ trợ tính toán, biểu diễn đồ thị và đánh giá sai số. v
ABSTRACT Today, our country has tranformed to industrialization and modernization stage. The performance of production is increased. Otherwise, the production accidents will be decreased on working thanks to efficient automation processes. Afterward, most countries in the world apply this development to change traditional vehicles to autonomous vehicles or machines is capable of solving problem. Research situation in the Viet Nam is learning about operation principble and product module. For this reason we have made the project “Designing an automated guidance vehicle in an assembly factory”. The content topic can be summarized as follows:  Introduction history of the formation of automatic guided vehicle, classify the shape of the car that was launched in the market. Thereby, it is possible to have the author to find the most suitable model for use in the automobile manufacturing plant.  Description the principle of operation of the car, choosing the appropriate shape, size, the vehicle will use the type of sensor to support self-operation, programming for the car and compare the methods to manufacture, from which to find the appropriate method.  Assembling, arranging the mechanical and electrical systems in the vehicle to suit the operation of the experiment. After completing all of things, we can repair the defects which are not suitable, to find better suitable methods.  Use MATLAB as a tool for calculating, graphing and evaluating errors. vi
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… . …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … …… … …… …… … …… … ….. GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS. NGUYỄN BÁ HẢI vii
MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục viii Danh sách các chữ viết tắt xi Danh sách các bảng xii Danh sách các hình xiii Chương 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 3 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 5 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6 1.3 Mục đích và đối tượng nghiên cứu 7 1.3.1 Mục đích nghiên cứu 7 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 7 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài 8 1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 8 viii
1.4.2 Giới hạn của đề tài 8 1.5 Phương pháp nghiên cứu 8 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 2.1 Điều khiển PID vị trí, tốc độ động cơ DC 9 2.2 Ngôn ngữ lập trình 14 2.2.1 Ngôn ngữ lập trình C++ 14 2.2.2 Phần mềm Arduino IDE 17 2.3 Các loại phương tiện AGV 17 2.4 Các vi mạch sử dụng trong đề tài 19 Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 30 3.1 Giới thiệu về phần mềm thiết kế khung 33 3.2 Thiết kế, tính toán mô hình 33 3.3 Lưu đồ giải thuật của AGV 33 3.4 Phương pháp xác định khoảng cách 38 3.4.1 Sử dụng phần mềm MATLAB để đánh giá GPS Neo 6M 39 3.4.2 Mô đun la bàn số HMC5883L 41 3.5 Cách chuyển hướng của AGV 42 3.6 Lắp ráp khung, động cơ và các mạch điều khiển 46 Chương 4 THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 51 4.1 Đánh giá sai số tĩnh của GPS Neo 6M 54 4.2 Thử nghiệm xe tự hành đi theo quĩ đạo hình vuông 55 4.2.1 Mục tiêu thử nghiệm 59 ix
TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC x
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Nội dung viết tắt AGV Automatic guided vehicle AC Alternating current BCPL Basic combined programming language DC Direct current GPS Global positioning system UGV Unmanned ground vehicle V Volt A Ampere m mét mm milimét xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Tác động của mỗi bộ điều khiển Kp, Ki, Kd 11 Bảng 2.2: Bảng lựa chọn các giá trị Kp, Ki, Kd 12 Bảng 2.3: Kí hiệu các ngõ ra của mạch DC L298 17 Bảng 2.4: Kí hiệu các ngõ ra của la bàn số HMC5883L 19 Bảng 2.5: Kí hiệu các chân của động cơ DC 20 Bảng 4.1: Tọa độ 4 điểm A, B, C, D 45 Bảng 4.2: Tọa độ điểm mà xe tự hành đi qua 46 xii
DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Unmanned ground vehicle phục vụ trong quân đội Nga ...........................3 Hình 1.2: AGV do công ty Nichiden cung cấp trên thị trường ...................................4 Hình 2.1: Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển vòng kín .....................................8 Hình 2.2: Sơ đồ khối phần cứng ...............................................................................11 Hình 2.3: AGV tải sản phẩm .....................................................................................13 Hình 2.4: Sơ đồ chân arduino nano ...........................................................................15 Hình 2.5: Sơ đồ chân mạch DC L298 .......................................................................15 Hình 2.6: Module La bàn số HMC5883L .................................................................18 Hình 2.7: Động cơ DC ..............................................................................................19 Hình 2.8: Giao tiếp I2C ............................................................................................22 Hình 2.9: Kết nối các cảm biến qua giao tiếp I2C ....................................................23 Hình 3.1: Giao diện phần mềm AutoDesk Inventor .................................................24 Hình 3.2: Kích thước lốp xe ......................................................................................27 Hình 3.4: Mô hình xe trong tọa độ x, y .....................................................................35 Hình 3.5: Hướng nhìn từ phía đầu xe........................................................................36 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối Arduino với HM5883L và GPS ..........................................39 Hình 4.1: Bản đồ thử nghiệm với khoảng cách 10 (m) .............................................39 Hình 4.2: Bản đồ thử nghiệm với khoảng cách 20 (m) .............................................39 Hình 4.3: Bản đồ thử nghiệm với khoảng cách 40 (m) .............................................40 xiii
Hình 4.4: Bản đồ cài đặt sẵn cho AGV di chuyển ....................................................41 xiv
Chương 1 TỔNG QUAN Cuộc cách mạng về khoa học công nghệ diễn ra từng ngày đang làm thay đổi toàn diện và sâu sắc cuộc sống cũng như quá trình sản xuất của con người. Phép màu công nghệ đã giúp con người làm được nhiều điều hơn hàng ngàn năm trước. Thế giới đang ngày càng có những bước tiến xa so với vài thập niên trước. Trong xu thế phát triển đó, nền công nghệ non trẻ của Việt Nam, vốn đã tụt hậu khá xa. Chúng ta cần phải vừa tranh thủ thành tựu của các nước tiên tiến, vừa phải có sự đột phá, sáng tạo trong tư duy để theo kịp với công nghệ thế giới. Theo xu hướng gia tăng tự động hóa trong sản xuất, các quốc gia đang có rất nhiều nghiên cứu về phương tiện vận chuyển tự động bên trong các nhà máy sản xuất. Phương tiện này ngày càng chiếm một vị trí quan trọng vì nó có thể thực hiện được rất nhiều các nhiệm vụ khác nhau: cung cấp, 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, vùng sản xuất đến khi chuyển đi. Ứng dụng này rất có ích trong kinh doanh, nơi mà việc xuất nhập hàng hóa rất thường xuyên. Với tất cả các ứng dụng trên, AGV cho thấy khả năng thực hiện kế hoạch sản xuất linh hoạt hơn, thay thế cho con người trong những môi trường độc hại, nguy hiểm và giảm thiểu thiệt hại trong kiểm kê. Tuy nhiên, ở Việt Nam việc sử dụng chúng vẫn còn là chưa phổ biến. Chính vì vậy mà ngành kĩ thuật trong nước nên có những nghiên cứu, chế tạo và sử dụng loại phương tiện này. Vì sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực công nghệ ô tô, nhu cầu đi lại của tất cả mọi người ngày càng tăng. Để đáp ứng cho nhu cầu này thì các nhà sản xuất ô tô, xe máy trong nước cần phải mở rộng qui mô lắp ráp sản xuất nhưng bên cạnh đó, chúng ta vẫn có những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị còn thô sơ và nhiều nguyên 1
nhân khách quan nên năng suất lao động chỉ ở mức trung bình. Vậy nên ngành sản xuất cần phải sáng tạo, đổi mới tư duy để khắc phục những mặt hạn chế này. Một trong những biện pháp ấy chính là sử dụng những phương tiện vận chuyển tự động trong dây chuyền lắp ráp sản xuất để có thể đảm bảo tính an toàn, nhanh chóng tiện lợi và góp phần hạ giá thành sản phẩm. Từ những nhu cầu như trên, người nghiên cứu đã chọn đề tài: ‘‘Thiết kế chế tạo mô hình phương tiện tự hành trong các nhà máy lắp ráp ô tô’’. 1.1 Tình hình nghiên cứ trong nước và ngoài nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Chiếc AVG đầu tiên được phát triển đầu tiên vào năm 1954 bởi Barrett Electronics Of Northbrook, bang Illinois của Hoa Kì [1]. Ngày nay chính là Savant Automation of Walker, bang Michigan. Nhà phát minh muốn đưa hệ thống tự động hoá thay thế cho con người tại các xưởng chế tạo. Những chiếc xe thời kì này có các cơ cấu đơn giản. Hệ thống dẫn hướng đầu tiên được sử dụng bằng cách sử dụng các cảm biến thu thập các tín hiệu từ trường và nó chỉ phát triển vào những năm giữa thập niên bảy mươi thế kỉ trước. Qua nhiều năm, khi khoa học và công nghệ tiến bộ thì các AGV được điều khiển, vận hành bằng nhiều phương pháp hơn. Lĩnh vực này thu hút khá nhiều sự quan tâm của các trường đại học, phòng thí nghiệm. Hằng năm số lượng bài viết về đề tài này xuất hiện rất thường xuyên. Mathieu Joerger đã tích hợp sử dụng GPS để cải thiện khả năng vận hành các AGV. Tiến sĩ Hamed Faziollahtabar rất quan tâm đến việc tối ưu một hệ thống đường dẫn cho các phương tiện hoạt động linh hoạt động. Nhà nghiên cứu Lothar Shulze và các cộng sự đã cho rằng sử dụng một hệ thống các phương tiện này chính là chìa khoá tối ưu cải thiện sản xuất, kinh doanh, dịch vụ trong ngành vận chuyển hàng hoá. 2