TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ Ô TÔ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG
GVHD: TS. LÊ THANH PHÚC
SVTH: NGUYỄN VĂN ANH 10105003
LÊ THẾ TOÀN 10105140
TP. HỒ CHÍ MINH 07/2014
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG
TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ Ô TÔ
bạn cùng khóa, nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp vào đúng thời
hạn được giao.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn :
Sự chỉ dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy LÊ THANH PHÚC. Cảm ơn thầy
đã hướng dẫn cung cấp thông tin và hổ trợ kiểm tra, khắc phục các thông tin chưa
chính xác.
Các bạn sinh viên cùng lớp đã chia sẽ thông tin, tài liệu hữu ích…
Nhóm chúng em cũng xin cảm ơn quý Thầy Cô Trường ĐH Sư Phạm Kỹ
Thuật nói chung và Khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng đã hết lòng dạy dỗ, truyền đạt
kinh nghiệm, kiến thức trong quá trình học tập và rèn luyện để chúng em có được như
ngày hôm nay.
Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức,
song sẽ không thể tránh những thiếu sốt. Rất mong nhận được sự góp ý, phê bình, của
quý thầy cô và các bạn sinh viên.
Một lần nữa xin cảm ơn quý thầy cô và các bạn!
Nhóm SV thực hiện đề tài: Tp. HCM, ngày…tháng…năm 2014
Lê Thế Toàn. Giáo Viên Hướng Dẫn
Nguyễn Văn Anh
TS. Lê Thanh Phúc
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Tp. HCM, ngày … tháng …năm 2014
Giáo viên phản biện
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC HÌNH
1.2. Bản vẽ chi tiết hệ thống lái 2D 21
2. Thiết kế động cơ và bánh răng truyền động 22
2.1. Thiết kế motor – bánh răng motor 22
2.1. Bánh răng truyền động 38
2.2. Lắp ráp hoàn chỉnh 43
2.3. Bản vẽ chi tiết 44
3. Thiết kế hệ thống treo 45
3.1. Phuộc nhún 45
3.2. Hệ thống treo hoàn thiện 65
4. Các bộ phận khác của xe 66
4.1. Bánh xe 66
4.2. Sàn xe 66
5. Mô hình hoàn chỉnh 67
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐIỆN TỬ 68
1. Thiết kế phần cứng 68
1.1. Mạch giao tiếp với máy tính 68
1.2. Mạch điều khiển 70
1.3. Mạch công suất 71
1.4. Sơ lược về servo bẻ lái 74
2. Thiết kế phần mềm 74
2.1. Giới thiệu Atmega 16 và các tính năng sử dụng cho đề tài 74
2.2. Nguyên lý điều khiển 77
PHẦN KẾT LUẬN 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
PHỤ LỤC 81 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG
DANH SÁCH CÁC HÌNH
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG
Hình 2.17: Cắt thành chân motor bằng Pocket 27
Hình 2.18: ứng dụng Circular Pattern 28
Hình 2.19: Tạo mặt Plane 28
Hình 2.20: Mặt Plane theo hướng nhìn 29
Hình 2.21: Lệnh Pocket cắt rỗng bên trong Motor 29
Hình 2.22: Hướng nhìn phần rỗng 30
Hình 2.23: Gọt cạnh motor bằng lệnh Edge Fillit 30
Hình 2.23: Tạo trục rỗng cho motor 31
Hình 2.24: Motor hoàn chỉnh bằng Catia 31
Hình 2.25: Mặt Sketch của bánh răng 32
Hình 2.26: Chuyển sang 3D 32
Hình 2.27: Tạo khoảng không chân răng 33
Hình 2.28: Lệnh Sketch cho Khoảng không bánh răng 33
Hình 2.29: Lệnh Circular cho bánh răng 34
Hình 2.30: Tạo đường tròn trên Sketch mặt bánh răng 34
Hình 2.31: Tạo trục bánh răng 35
Hình 2.32: Tạo đường tròn 35
Hình 2.33: Chuyển sang 3D 36
Hình 2.34: Tạo Sketch đường ròn cho trục 36
Hình 2.35: Tạo trục 3D cho bánh răng 36
Hình 2.36: Gọt cạnh bánh răng bên trong bằng Chamber 37
Hình 2.37: Bánh răng hoàn chỉnh 37
Hình 2.38: Mặt Sketch ban đầu cho bánh răng 38
Hình 2.39: Chuyển sang 3D 38
Hình 2.40: Lệnh Circular tạo răng 39
Hình 2.41: Tạo đường tròn trong Sketch 39
Hình 2.42: Tạo tiếp đường tròn cho Sketch tiếp theo 40
Hình 2.43: Tạo Sketch đường tròn D36 40
PHẦN MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1. Giới thiệu
Thế kỉ XXI là thế kỉ của công nghệ. Xã hội con người bước vào kỉ nguyên mới,
một kỉ nguyên phát triển công nghệ về mọi mặt cuộc sống, giúp cho con người phát
triển và hoàn thiện hơn trong mọi lĩnh vực. Nhất là lĩnh vực về công nghệ ô tô, luôn
phát triển hoàn thiện. Những chiếc xe hơi mới trong tương lai không chỉ sạch, thân
thiện với môi trường mà còn được trang bị những công nghệ "trợ giúp lái xe" tối tân
nhất. Công nghệ lái tự động giúp con người bớt căng thẳng hơn trong những giờ cao
điểm ùn tắc và giảm đáng kể lượng tai nạn giao thông.
Với sự phát triển của khoa học hiện đại, những chiếc xe không người lái tưởng
chừng chỉ có trong những bộ phim khoa học viễn tưởng, giờ đây hoàn toàn có thể trở
thành hiện thực. Công nghệ này vẫn đang dược thí nghiệm và hứa hẹn là 1 công cụ
hữu ích, giúp các lái xe có thể an toàn hơn. Trong cuộc sống thường ngày, những tai
nạn giao thông có thể đến bất cứ lúc nào, chỉ cần một phút sơ sẩy không chú ý của
nhiều người điều khiển.
Hầu hết những tai nạn giao thông đến từ phía lái xe và với điện thoại di động,
những thiết bị giải trí trong xe và hệ thống đường, giao thông phức tạp càng làm các
lái xe phân tâm hơn. Những chiếc xe ô tô ngày càng sử dụng nhiều các hệ thống tự
động để can thiệp vào các hoạt động của ô tô, hệ thống lái tự động tích hợp cho những
chiếc xe ô tô, thậm chí nó còn hổ trợ việc tự động đậu xe và cảnh báo nguy hiểm từ xa.
Giúp những chiếc xe trở nên an toàn cả người mới tập lái hoặc mất tập trung khi lái.
Bên cạnh đó, những chiếc xe tự động cũng góp phần giảm bớt tình trạng tắc
nghẽn và tiết kiệm nhiên liệu hơn. Con người cũng trở nên thảnh thơi hơn, vừa có thể
nghỉ ngơi, đọc báo hoặc giải trí sau một ngày làm việc mệt mỏi thay vì phải bực tức và
căng thẳng khi lái xe vào giờ cao điểm. Đó cũng là những lý do mà nhóm chúng em
nghiên cứu đề tài này.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đồ án này là thiết kế mô hình, tìm hiểu một chiếc xe tự lái mà
không cần con người điều khiển. Đề tài dựa trên nghiên cứu về lý thuyết và thực hành
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG 3
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG II: PHẦN MỀM THIẾT KẾ CATIA
1. Giới thiệu CATIA
Những năm gần đây, công nghệ CAD/CAM được ứng dụng rộng rãi trong
hầu hết các lĩnh vực từ cơ khí, nhựa, may mặc, giày da… . Điều đó nói lên rằng vai trò
của nó trong công cuộc cách mạng công nghiệp ngày càng có ý nghĩa trọng yếu.
Hiện nay trên toàn thế giới có đến hàng trăm loại sản phẩm phần mềm
CAD/CAM, tùy theo từng lĩnh vực nghiên cứu, ngành nghề cụ thể mà các nhà thiết kế
và chế tạo sẽ có những đầu tư riêng biệt nhằm nâng cao tính khả thi cho từng loại.
Phần mềm CATIA là một dạng phần mềm CAD/CAM tiêu biểu và đi đầu trong
lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động, với sự xuất hiện và được ứng dụng rất sớm của
phần mềm này vào năm 1981, ngành công nghiệp hàng không, tàu thủy và ô tô đã phát
triển vượt bậc. Cho đến nay, có rất nhiều tập đoàn sản xuất lớn đều ứng dụng phần
mềm này, trong đó đáng chú ý là hãng hàng không Airbus hoặc tập đoàn TOYOTA
của Nhật.
Tuy vậy, phần mềm CATIA cũng được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển
như Mỹ, Nhật, Canada… .Ở Việt Nam ta hiện nay, cùng với sự phát triển kinh tế và thị
trường mở nên có rất nhiều tập đoàn và công ty lớn đầu tư và từ đó những phần mềm
CAD/CAM chuyên nghiệp được ứng dụng và phổ biến rộng rãi trong vài năm gần đây.
Đặc biệt là tập đoàn Intel, một trong những tập đoàn lớn đang sử dụng phần mềm
CATIA này.
CATIA là một phần mềm hổ trợ cho công việc thiết kế các chi tiết máy của
người kỹ sư thiết kế. Ngoài ra CATIA còn cung cấp chức năng lắp ghép các chi tiết rời
rạc thành một cụm chi tiết, một cơ cấu máy bay hay một máy cơ khí hoàn chỉnh. Và
sau đó, người sử dụng phần mềm CATIA có thể mô phỏng chuyển động của cụm chi
tiết, cơ cấu hay máy lắp ráp ở trên một cơ cấu sinh động. Sự chuyển đổi giữa các môi
trường làm việc trong CATIA hết sức linh hoạt bằng cách sử dụng thanh công cụ Start
giúp người thiết kế cảm thấy thoải mái và tiết kiệm được nhiều thời gian.
trình duyệt hoặc đóng trình duyệt bằng cách nhấp trỏ chuột vào các ký hiệu + hoặc
Nó chứa tất cả các dữ liệu, trình tự thực hiện lệnh trong suốt quá trình thiết
kế. Những bước thực hiện này có thể hủy bỏ dễ dàng vì nó được hiển thị từng biểu
tượng riêng biệt. Bước vẽ trước được định ở vị trí cao hơn bước thực hiện sau trên sơ
đồ. Chế độ phân cấp cũng giống như trong trình duyệt Windows Explorer. Chỉ cần xóa
bất kỳ một bước ở trên thì các bước phía dưới sơ đồ hiển nhiên sẽ bị xóa theo.
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG 6
Điều quan trọng là luôn chú ý đến sơ đồ dữ liệu Specification Tree vì nó
xuất hiện bất kỳ một ký hiệu nhỏ đặc biệt nào trên một biểu tượng lệnh thì lệnh đó cần
được cập nhật lại hoặc nhánh sơ đồ dữ liệu đã bị gãy hay không được kích hoạt.
Mỗi Work-bench của CATIA đều có kiểu thể hiện Specfication Tree theo
một kiểu riêng biệt. Khi thể hiện Worrk-bench vào trên Specification Tree thì chúng
ta biết rằng chúng ta đang ứng dụng Work-bench ấy.
Bằng động tác nhấp nút phải chuột vào bất kỳ một biểu tượng nào trên
Specification Tree thì nó cùng thể hiện đầy đủ các tính năng như Windows: Cắt, Dán,
Copy, Delete, Property…
Bằng cách nhấp nút trái chuột vào nhánh màu trắng trên Specification Tree
ta sẽ làm mất hoạt tính của vùng đồ họa, lúc này ta có thể phóng to, thu nhỏ hay di
chuyển trên cây Specification Tree bất kỳ trên vùng đồ họa. Cũng nhấp nút trái chuột
vào nhánh màu trắng trên Specification Tree ta sẽ kích hoạt vùng đồ họa trở lại.
2.1.2. Vùng đồ họa (Geometric Area): (số 2 trên hình 1.2)
Đây là vùng để vẽ và thao tác các bước thiết kế, thể hiện và điều chỉnh các mô
hình vẽ. Vùng này luôn nằm phía sau cây cấu trúc giữ liệu và chiếm toàn bộ màn hình.
Vùng này dung để vẽ, thiết kế và phân tích sản phẩm nó bao hàm tất cả các
vùng trên màn hình kể cả vùng phía sau câu Specification Tree.
Nhấp nút trái chuột: Dùng để lựa chọn các đối tượng trên màn hình.
Nhấp giữ nút trái chuột: Cho phép di chuyển những đối tượng đã được chọn
hoặc tạo tính năng chọn nhiều đối tượng trên màn hình.
Nhấp nút trái chuột: nhấp đôi nút trái chuột vào đối tượng, xuất hiện hộp
Trình đơn Window: cho phép chuyển đổi tới lui các file đang hiện hành
hoặc xem nhiều file cùng lúc bằng các chọn split màn hình
Trình đơn Help: Gọi trình ứng dụng tài liệu hướng dẫn sử dụng nếu được
cài đặt trước
2.4. COMPASS (số 3 trên hình 1.2)
Đối tượng COMPASS là một tính năng nằm trên phía phải của màn hình vùng
đồ họa, là một công cụ 3D ảo để cho việc thao tác các kiểu nhìn một cách tốt hơn cho
việt thiết kế, lắp ráp hoặc phân tích chi tiết sản phẩm. Để di chuyển một chi tiết bất kỳ,
ta chỉ việc dời Compass đến chi tiết đó (Chi tiết cần dời sẽ có hiển thị màu cam khi dời
Compass đến).
Compass gồm có 3 phần chính được giải nghĩa như sau :
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG 8
Hình 1.3: Đối tượng COMPASS
Free Rotation Handle: Sau khi chọn vào điểm điều khiển Handle và giữ nút
trái chuột, chúng ta dễ dàng quay vật thể trên vùng đồ họa để xem được nhiều hướng
Compass Manipulation Handle: Đây là bề mặt và cạnh của hộp điều khiển
Compass có chức năng như là các thao tác của chuột, có thể di chuyển vật thể để thay
đổi góc nhìn từ hộp điều khiển này mà không cần đến sự kết hợp của thao tác chuột.
Privileged Plane: Dùng để hỗ trợ các thao tác nhìn vật thể trong vùng đồ họa
2.5. Các phím tắt thông dụng
Có rất nhiều phím tắt được dùng trong phần mềm CATIA.Tuy nhiên đây là các
phím tắt được dùng trong môi rường WINDOWS nên sẽ có một vài phím tắt không có
tác dụng trong môi trường UNIX.
ESC: hủy bỏ lệnh hiện hành
F1: mở trình ứng dụng tài liệu tham khảo (Nếu đã được cài đặt trước)
Shift +F1: Chọn hướng dẫn trên biểu tượng lệnh
Shift + F2: Tắt /Mở cây miêu tả Specification Tree
Ctrl + Page Up: Zoom In
Ctrl + Page Down: Zoom out
Ctrl + Tab: Chuyển đổi hiển thị các tập tin hiện hành trong trình đơn
Windown
2.6. Các định dạng file mở rộng
Khi làm việc với từng loại trình ứng dụng trong CATIA mà chúng ta sẽ có các
định dạng File mở rộng khác nhau tương ứng. Dưới đây là cách giải quyết ngắn gọn
một số định dạng file mở rộng thông dụng.
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG 10
CATPart: Đây là định dạng file mở rộng cho tập tin trong trình ứng dụng
thiết kế chi tiết đơn (Part Design).
CATProduct: Là định dạng file mở rộng cho cho trình ứng dụng thiết kế lắp
ráp với nhiều chi tiết có định dạng file mở rộng là CATPart.
CATDrawing: Là định dạng file mở rộng cho trình thiết kế bản vẽ 2D hoặc
các file bản vẽ 2D được trích xuất từ file 3D.
CATAnalysis: Là một định dạng file mở rộng cho một chi tiết đơn hay lắp
ráp có thể là trong trình Part design hoặc Assembly design nhưng có chứa tất
cả các thông số phân tích của sản phẩm sau khi hoàn tất công việc phân tích.
CATMaterial: Là một định dạng file mở rộng cho tập tin vật liệu mà trong
thư viện tiêu chuẩn của phần mềm CATIA không có sẵn.
Catalog: Là định dạng file mở rộng chứa tất cả các chi tiết tiêu chuẩn như
bulong, đai ốc… mà về sau đó được dùng trong trình lắp ráp. Dùng để tải
nhóm các chi tiết cũng hệ thống.
2.7. TOOLBAR & ICON (Thanh công cụ và biểu tượng lệnh)
Để hiểu được biểu tượng ta chỉ việc đưa con trỏ chuột vào biểu tượng lệnh
đó và chờ trong giây lát sẽ xuất hiện tên của lệnh đó .
Mỗi một trình ứng dụng trong CATIA sở hữu những thanh công cụ và các
biểu tượng lệnh tương ứng. Những thanh công cụ có thể đặt ở bất kỳ đâu
chúng ta muốn, bên trái, bên phải, phía dưới hoặc ngay cả trong màn hình
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG 12
Các thiết lập này cho phép bạn thay đổi liên tục trong quá trình thiết kế, tùy theo
từng ứng dụng bạn đang sử dụng mà thiết lập riêng biệt. Ví dụ như để thiết lập trong ứng
dụng thiết kế thì bạn nên vào trong mục Mechanical Design trong hộp thoại trên. Hình 1.5: Mô tả thư mục Mechanical Design.
2.9. Trình ứng dụng Sketcher
Tổng quan về Sketcher
Nhằm thực hiện tốt và nhanh chóng công việc hiệu chỉnh hay thiết kế một chi
tiết hay một phần của các lệnh tạo mặt hay khối, công việc đầu tiên phải thuần thục
các kỹ năng dựng hình 2D, hay nói cách khác là kỹ năng 2D Profile.
Với tính năng Sketch, bạn có thể dễ dàng tạo ra các biên dạng 2D từ đó để dựng
các bề mặt 3D hay khối. Một sketch thông thường bao gồm các thành phần sau:
Absolute Axis, Geometry và Constraint. Và nó được hiển thị trên cây miêu tả
Specification Tree bằng cách nhấn vào dấu + trước biên dạng Sketch đó. Hình 1.6: Một Sketch
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG 13
2.10. Thay đổi tên một đối tượng trên Specification Tree
Bạn có thể thay đổi bất kì một tên của các đối tượng trên cây Specification Tree
một cách dễ dàng bằng cách nhấp nút phải chuột vào đối tượng đó, sau đó chọn thuộc
tính Properties
Hình 1.7: Mô tả cách thay đổi tên đối tượng
chọn xong lệnh Sketch đăng nhập vào trong môi trường vẽ phác có dao diện như
sau:
Hình 1.12: Giao diện vẽ phác Sketcher
Khi đăng nhập vào trong cửa sổ đồ họa Sketcher, một hệ trục tọa độ 2D màu vàng
xuất hiện và trong đó nó chỉ rỏ 2 phương ngang H (Horizontal) và phương dọc V
(Vertical) cùng gốc tọa độ, đây là hệ trục tọa độ tuyệt đối của Sketch dùng để ràng
buộc các đối tượng của Sketch.
Hình 1.13: Hệ trục tọa độ
Copyright: Tài liệu đại học ©