Thiết bị phun khử khuẩn di động sử dụng trong nhà

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo cánh tay robot 3 DOF gắn trên xe di động phục vụ việc phun khử khuẩn. Cánh tay robot có thể di chuyển một cách rất linh hoạt, do đó sẽ tạo nên không gian làm việc rất là lớn. Cánh tay robot chủ yếu được sử dụng trong y tế để xịt khử trùng, có khả năng xịt khử trùng ở khoảng cách xa mà không cần vào trực tiếp khu vực bị nhiễm virus, và ngoài ra còn có thể điều chỉnh xịt khử trùng trong phạm vi đường kính khoảng 2-3 m.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết bị phun khử khuẩn di động sử dụng trong nhà

THIẾT BỊ PHUN KHỬ KHUẨN DI ĐỘNG SỬ DỤNG TRONG NHÀ Trần Đại Nam, Lê Ngọc Vinh Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: TS. Nguyễn Hoài Nhân TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu thiết kế và chế tạo cánh tay robot 3 DOF gắn trên xe di động phục vụ việc phun khử khuẩn. Cánh tay robot có thể di chuyển một cách rất linh hoạt, do đó sẽ tạo nên không gian làm việc rất là lớn. Cánh tay robot chủ yếu được sử dụng trong y tế để xịt khử trùng, có khả năng xịt khử trùng ở khoảng cách xa mà không cần vào trực tiếp khu vực bị nhiễm virus, và ngoài ra còn có thể điều chỉnh xịt khử trùng trong phạm vi đường kính khoảng 2-3 m. 1 GIỚI THIỆU Cho đến nay cánh tay robot đã dần khẳng định vai trò quan trọng không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực, thu hút được rất nhiều sự đầu tư và nghiên cứu, đặc biệt khi dịch bệnh Covid – 19 xuất hiện, vấn đề khử trùng trở thành nhu cầu cấp bách. Thiết bị tay máy này sẽ thay thể cho nhân viên khử trùng luôn phải làm việc quá tải, hơn thế nữa sẽ thay thế con người làm việc trực tiếp trong các môi trường độc hại, gần với dịch bệnh. Thiết bị phun khuẩn di động được nghiên cứu và ứng dụng trong y tế để xịt khử trùng, khử trùng ở khoảng cách xa mà không cần vào trực tiếp khu vực bị nhiễm bệnh. Thiết bị phun khuẩn di động ra đời và ngày càng thay thế phun khuẩn truyền thống do con người trực tiếp vận hành. Thiết bị phun khuẩn di động này phù hợp trong các môi trường độc hại, gần với dịch bệnh, môi trường hóa chất. Các thành phần của máy bao gồm toàn bộ khung máy, bàn xoay và các động cơ. Bộ phận điều khiển có chip vi điều khiển làm trung tâm sẽ điều khiển chủ động truyền hiệu lệnh đến các khớp nối cho phép cánh tay chuyển động quay (như trong một robot có khớp nối) hoặc chuyển dịch (tuyến tính), truyền nhận thông tin với máy tính chủ, điều khiển các tay máy di chuyển theo ý mong muốn. Thiết bị phun khử khuẩn di động sau khi được tính toán, thiết kế, chế tạo đã được lắp ráp và có thể hoạt động tốt. 2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ PHUN KHỬ KHUẨN Thiết bị phun khuẩn truyền thống sử dụng ở Việt Nam khá lâu, thiết kế ban đầu của thiết bị phun khuẩn khá đơn giản và cần con người trực tiếp đi vào những nơi nhiễm bệnh, những nơi độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Hiện nay trình độ khoa học kỹ thuật phát triển, vì vậy thiết bị phun khuẩn di động được ra đời nhanh chóng thu hút sự đầu tư. Hầu như tại một số nơi bệnh viện ở Việt Nam đã được lắp đặt thiết bị phun khuẩn di động để khử khuẩn nhằm đảm bảo an toàn sức khỏe cho con người. 185
Cơ chế hoạt động của thiết bị khử khuẩn di động là hóa chất được đưa vào bình và sẽ phun dưới dạng sương trong không khí. Nguyên lý hoạt động (Hình 1) của thiết bị khử khuẩn di động này là khi trục vít me quay sẽ kéo theo cánh tay di chuyển lên xuống thông qua miếng gá. Khi vít me quay theo chiều dương thì cánh tay đi và đi xuống khi vít me quay chiều âm. Đồng thời cánh tay sẽ giãn dài ra nhờ chuyển động của bánh đai và các bánh xe kẹp chặt xuống khung nhôm làm thay đổi chuyển động của bánh đai từ quay tròn sang tịnh tiến theo chiều dương và ngược lại. Đế quay sẽ chuyển động nhờ sự chuyển động quay tròn thông qua bộ truyền bánh đai. Thiết bị sẽ được người sử dụng điều khiển bằng ứng dụng cài đặt trên điện thoại di động thông minh để di chuyển (Hình 2). Hình 1. Sơ đồ bố trí các thành phần của thiết bị phun khử khuẩn Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động Thông số kỹ thuật của thiết bị phun khuẩn di động đề ra: khoảng cách của cánh tay có thể vươn ra 800 – 1200 mm; khoảng cách thu gọn cánh tay khoảng 250 – 500 mm; trọng lượng tối đa dưới 30kg (mang đi dễ dàng, gọn nhẹ); góc xoay 180 ~ 270 độ. 186
Thiết bị phun khuẩn tự động sẽ được kết nối với ứng dụng cài đặt trên điện thoại di động thông minh, người sử dụng sẽ điều khiển thiết bị theo ý muốn qua ứng dụng kết nối, sẽ chuyền tin hiệu qua bộ điều khiển, bộ điều khiển truyền thông tin qua bộ truyền thông và bộ truyền thông truyền tin hiệu qua phần chấp hành để thiết bị di chuyển theo ý người sử dụng (Hình 2). Hình 3. Giao diện ứng dụng điều khiển cài đặt trên điện thoại Thiết bị được vận hành bằng một ứng dụng điện thoại có giao diện như Hình 3. Ứng dụng điện thoại điều khiển gồm 13 nút, trong đó bao gồm: 2 nút kết nối và ngắt kết nối Bluetooth, 2 nút điều khiển cánh tay lên xuống, 2 nút điều khiển cánh tay trong, 2 nút điều khiển cánh tay ngoài, 2 nút điều khiển để quay, 1 nút dừng toàn bộ hệ thống, 1 nút để mở nước phun, 1 nút tắt nước. 3 SẢN PHẨM THIẾT BỊ PHUN KHUẨN Thiết bị sau khi gia công chế tạo và lắp ráp hoàn thiện như thể hiện trong Hình 4. Nhằm giảm khối lượng của bộ phân di chuyển của thiết bị, tay máy được chế tạo từ vật liệu nhôm định hình. Tay máy 3 bậc tự do gồm có 1 bậc xoay quanh trục đứng, 1 bậc tịnh tiến theo chiều thẳng đứng, 1 bậc vươn ra/co vào (Hình 5). Khâu thứ 3 mang đầu phun dung dịch phun khử khuẩn dạng sương. Đầu phun có thể vươn ra 800 – 1200 mm. Hình 4. Thiết bị phun khử khuẩn hoàn thiện 187
Hình 5. Cánh tay phun mang đầu phun co về (hình trái) và giãn ra (hình phải) Hệ thống mạch điện điều khiển (Hình 6) hoạt động tay máy gồm có 01 bộ điều khiển trung tâm Arduino Mega (Vi điều khiển). Vi điều khiển được kết lập trình và kết nối với app điện thoại thông qua mạch Bluetooh HC – 06 (Hhình 7, Hình 8), người sử dụng sẽ điều khiển thiết bị thông qua ứng dụng điện thoại cài đặt trên điện thoại (Hình 3). Mạch điều khiển 04 động cơ bước ứng với 4 chuyển động của đầu phun: quay, lên xuống, vươn ra/thu vào, vươn mở rộng; 04 động cơ này được điều khiển bởi 04 mạch công suất, tín hiệu truyền từ vi điều khiển tới mạch công suất, mạch công suất khuyếch đại tín hiệu để điều khiển động cơ bước. Để điều khiển bơm dung dịch phun khử khuẩn hệ thống sử dụng 1 mạch đóng/ngắt bằng relay để đóng/ngắt bơm phun dung dịch (Hình 6). Để đảm bảo tín hiệu điều khiển truyền từ ứng dụng cài đặt trên điện thoại tới bộ điều khiển trung tâm, mạch Bluetooth HC – 06 (Hình 8) được sử dụng, mạch này có các thông số sau: điện áp hoạt động: 3V3-5V DC; dòng điện tiêu thụ: 20-30 mA; nhiệt độ hoạt động: -20~75 °C; sử dụng chip: CSR Bluetooth V2.0; cấu hình Slave mặc định, không thay đổi được; hỗ trợ tốc độ baud: 200 ， 2400 ， 4800 ， 9600, 19200 ， 38400 ， 57600 ， 115200; kích thước: 28x15x2,35 mm; giao tiếp: UART (TX,RX); tốc độ: bất đồng bộ: 2.1 Mbps(Max)/160 kbps, đồng bộ: 1 Mbps/1 Mbps; Bảo mật: mã hóa và chứng thực; cấu hình mặc định: Tốc độ baud 9600, N, 8, 1. Hình 6. Sơ đồ kết nối dây các thành phần của hệ thống điều khiển thiết bị Hình 7. Sơ đồ nối dây Bluetooth với Arduino 188
Với thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi, giao tiếp với vi điều khiển chỉ bằng 2 chân (Tx và Rx), module bluetooth HC06 sẽ giúp thực hiện các dự án truyền dẫn và điều khiển từ xa một cách dễ dàng. Điểm khác biệt so với HC05 đó là HC06 chỉ có thể chạy được 1 chế độ Slave (khác với HC05 có thể hoạt động với chế độ Mater hoặc Slave). Điều này có nghĩa là không thể chủ động kết nối từ vi điều khiển đến các thiết bị ngoại vi. Mà cách kết nối là: phải sử dụng thiết bị ngoại vi (điện thoại thông minh, máy tính laptop) để dò tín hiệu kết nối Bluetooh mà HC06 phát ra. Sau khi pair thành công thì có thể gửi tín hiệu từ vi điều khiển đến các thiết bị ngoại vi này, và ngược lại. Hình 8. Mạch Bluetooth HC – 06 (hình trái) và Module relay điều khiển đóng/ngắt bơm dung dịch (hình phải) Để điều khiển bơm phun khử khuẩn hoạt động, cần một module relay (Hình 8) kết nối với vi điều khiển trung tâm có thông số kỹ thuật như sau: Mức logic: 0V (GND); Điều khiển đóng ngắt điện DC hoặc AC, bạn có thể điều khiển tải AC 220V 10A; Có tiếp điểm thường mở và thường đóng; NO: thường mở (khi kích tiếp điểm đóng lại);COM : chung, NC : Thường đóng (khi kích tiếp điểm mở ra), Điện áp nuôi : 5 VDC; Đầu ra: Tiếp điểm relay 220V 10A (lưu ý tiếp điểm, không phải điện áp ra). NC : Thường đóng/ NO: Thường mở/ COM: Chân chung. Module 1 relay gồm 1 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A. Module 1 relay kích mức thấp được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với rơ le bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định. Mạch công suất điều khiển động cơ bước TB6560 (Hình 6) cần có những thông số sau: Điện áp hoạt động: 10 – 35VDC; Dòng tải tối đa: 3A, peak 3,5A; Tích hợp Opto cách ly 6N137 tốc độ cao giúp cách ly tín hiệu điều khiển với board điều khiển, an toàn và chống nhiễu; Tích hợp tản nhiệt nhôm lớn giúp tản nhiệt cho TB6560; Thích hợp với động cơ bước 43, 57, 86 | 2 hoặc 4 pha | 4 dây hoặc 6 dây; Có công tắc để Setup dòng tải, tối đa 3A; Có công tắc để Setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16; Có công tắc để Setup Decay (lực giữ vị trí cố định); để điều khiền động cơ hoạt động, cần cấp nguồn và cấp xung điều khiển vào mạch công suất này. Sơ đồ nối dây điều khiển 04 động cơ bước có sơ đồ mạch diện giống nhau và được thể hiện như trong Hình 9. 189
Hình 9. Sơ đồ nối dây động cơ bước, driver TB6560 với bộ điều khiển trung tâm 4 THỰC NGHIỆM Thiết bị phun khuẩn di động được thực hiện phun thử, kết quả đánh giá thiết bị hoạt động tốt, các bậc tự do của tay máy hoạt động đúng thiết kế, cụm bơm dung dịch hoạt động hiệu quả. Tổng thề thiết bị đáp ứng nhu cầu sử dụng trong công việc phun khử khuẩn bảo vệ con người trong dịch Covid – 19 đang bùng phát trở lại và có dấu hiệu phức tạp như hiện nay, cũng như sử dụng trong các môi trường độc hại, hóa chất. 5 KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu và chế tạo thiết bị phun khuẩn di động trong nhà, thiết bị phun khuẩn di động được đáp ứng nhu cầu sử dụng trong công việc phun khử khuẩn bảo vệ con người trong dịch Covid – 19 đang bùng phát trở lại và có dấu hiệu phức tạp như hiện nay, cũng như sử dụng trong các môi trường độc hại, hóa chất. Thiết bị phun khử khuẩn di động thay thế cho con người trong việc khử khuẩn một cách tự động và thay thế cho thiết bị phun khử khuẩn truyền thống. Thiết bị sau khi thiết kế, chế tạo và lắp ráp hoàn chỉnh đã hoạt động tốt. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Arduino Cookbook, Micbael Margolis, O’reilly, 2011. [2] Stepping Motors: A Guide to Theory and Practice, P.Acarnley, 2002. [3] Cơ sở thiết kế máy, PGS. TS. Nguyễn Hữu Lộc, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh. [4] Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1, 2, GS. TS. Trần ăn Địch (Chủ biên), PGS. TS. Nguyễn Trọng Bình, PGS. TS. Nguyễn Thế Đạt, PGS. TS. Nguyễn Viết Tiếp, PGS. TS. Trần Xuân Việt, 2008. [5] Catologue motor steper Shinano Kenshi, New Ideas Motion, 2013. 190