Man_Ebook

1. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT CƠ ĐIỆN TỬ
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2023
S K L 0 1 1 1 4 5
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BÀN VẼ HOA VĂN TRÊN CÁT
SVTH: HUỲNH LÊ THUẬN PHÁT
HÀ TẤN PHÁT
GVHD: TS. HUỲNH QUANG DUY

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
____________________
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BÀN VẼ HOA VĂN TRÊN CÁT
TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2023
Giảng viên hướng dẫn: TS. HUỲNH QUANG DUY
Sinh viên thực hiện: HUỲNH LÊ THUẬN PHÁT
MSSV: 19146232
Sinh viên thực hiện: HÀ TẤN PHÁT
MSSV: 19146231
Lớp: 19146CL2B
Khóa: 2019 - 2023

3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
______________
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BÀN VẼ HOA VĂN TRÊN CÁT
TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2023
Giảng viên hướng dẫn: TS. HUỲNH QUANG DUY
Sinh viên thực hiện: HUỲNH LÊ THUẬN PHÁT
MSSV: 19146232
Sinh viên thực hiện: HÀ TẤN PHÁT
MSSV: 19146231
Lớp: 19146CL2B
Khóa: 2019 - 2023

4. i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Cơ Điện tử
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ 02/ năm học 2022-2023.
Giảng viên hướng dẫn: …....TS. Huỳnh Quang Duy………….………..……………….
Sinh viên thực hiện: ……… Huỳnh Lê Thuận Phát………..MSSV: …19146232……..Hệ đào tạo…CLV.
……...Hà Tấn Phát………. ………. MSSV: …19146231…… Hệ đào tạo…CLV.
Ghi chú: sinh viên điền đúng thông tin hệ đào tạo, ví dụ: CLV (Chất lượng cao tiếng Việt); CLA (Chất
lượng cao tiếng Anh)
1. Mã số đề tài: 22223DT122
-Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bàn vẽ hoa văn trên cát
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Sản phẩm vừa là đồ nội thất vừa làm sản phẩm trang trí cho ngôi nhà.
- Tính giải trí và tạo cảm giác thư giãn
- Tham khảo các sản phẩm vẽ tranh trên cát hiện có ngoài thị trường.
- Phần mềm SOLIDWORKS để mô phỏng sản phẩm
- Phần mềm chuyển đổi các hình hoa văn cần vẽ sang mã Gcode
3. Nội dung chính của đồ án:
-Tìm hiểu các mẫu bàn trên thị trường, tìm hiểu các cơ cấu truyền động.
-Thiết kế và chế tạo bàn vẽ hoa văn trên cát.
-Thiết kế và lập trình hệ thống điện, giao diện tương tác giữa người dùng và sản phẩm.
-Tính toán phần lựa chọn động cơ cho mô hình.
-Gia công, lắp ráp hoàn chỉnh thiết bị.
-Thử nghiệm và nhận xét kết quả.
4. Các sản phẩm dự kiến:
-Báo cáo đồ án tốt nghiệp
-Bản vẽ thiết kế cơ khí
-Mô hình vận hành ổn định.
5. Ngày giao đồ án: 15/03/2023

5. ii
6. Ngày nộp đồ án: 15/07/2023
7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 
Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt 
Ghi chú: Hệ chất lượng cao tiếng Anh thực hiện thuyết minh và báo cáo bằng tiếng Anh
TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

6. iii
LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Bàn Vẽ Hoa Văn
Trên Cát
- GVHD: Huỳnh Quang Duy
- Họ tên sinh viên: Huỳnh Lê Thuận Phát
- MSSV: 19146232 Lớp:19146CL2B
- Địa chỉ sinh viên: 14/38 Làng Tăng Phú, TP. Thủ Đức, TP.HCM
- Số điện thoại liên lạc: 0834886930
- Email: 19146232@student.hcmute.edu.vn
- Họ tên sinh viên: Hà Tấn Phát
- MSSV: 19146231 Lớp:19146CL2B
- Địa chỉ sinh viên: 74/1A, Xã Bà Điểm, Huyện Hóc Môn, TP.HCM
- Số điện thoại liên lạc: 0333034148
- Email: 19146231@student.hcmute.edu.vn
- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 15/7/2023
- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoán luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do
chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được
công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu
hoàn toàn trách nghiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 7 năm 2023
Ký Tên

7. iv
LỜI CẢM ƠN
Nhóm em xin được gửi lời cảm ơn đầy chân thành nhất đến Ba Mẹ của chúng em. Người
đã tận tình giúp chúng em có đủ điều kiện để đến trường mỗi ngày. Sau khi tình hình dịch bệnh
viêm phổi cấp covid 19 đã được cải thiện ba mẹ là người đã động viên chúng em cũng như là
động lực để chúng em cố gắng mỗi ngày. Ba mẹ đã giúp chúng em rất nhiều trong việc làm đồ
án không những về mặt tinh thần mà còn về mặt vật chất, kinh phí để thực hiện đồ án, còn
chăm lo sức khỏe cho chúng em.
Thứ 2 nhóm em xin được phép gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.HCM cũng như các quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM đã truyền đạt kiến thức từ những môn trước đó để chúng em có kiến thức để làm đồ
án.
Thứ 3 nhóm em gửi lời cảm ơn đầy chân thành đến thầy Huỳnh Quang Duy, thầy đã luôn
nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt, góp ý, chia sẻ những kiến thức, kinh nghiệm đầy quý báu đối
với nhóm chúng em, không những vậy thầy còn triển khai buổi thảo luận, chia sẻ về những bài
học các kĩ năng về mặt kỹ thuật cũng như các kỹ năng mềm mà một kỹ sư cần có để giúp
chúng em cải thiện phát triển bản thân hơn.
Trong quá trình thực hiện nhờ vào sự hướng dẫn của thầy, chúng em đã vận dụng tốt các
kiến đã học để hoàn thiện đồ án, tuy nhiên đồ án được thực hiện trong thời gian ngắn vì vậy
không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự góp ý từ quý thầy, cô để
rút kinh nghiệm và hoàn thiện bài báo cáo hơn.
Một lần nữa, nhóm chúng em xin gửi lời chúc sức khỏe chân thành đến ba mẹ của chúng
em cũng như quý thầy cô.

8. v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BÀN VẼ HOA VĂN TRÊN CÁT
Đề tài của nhóm sẽ trình bày chi tiết các thông tin liên quan đến mô hình bàn vẽ hoa văn
trên cát cũng như các ứng dụng, nhu cầu của sản phẩm trong các lĩnh vực trang trí nội thất, vật
dụng thông minh trong gia đình. Kết hợp giữa giải trí và các yếu tố công nghệ nhầm bắt kịp
nhịp độ với xu hướng hiện đại ngày nay. Những năm gần đây, nhu cầu về các nội thất thông
minh các đồ nội thất cổ điển quen thuộc với gia đình hàng ngày kết hợp với công nghệ để tăng
tính tiện dụng của nội thất giúp tăng các công năng của thiết bị đang ngày một được tăng cao,
nhận thấy tính cấp thiết của nhu cầu này, nhóm đã nghiên cứu thiết kế và thành công chế tạo
bàn vẽ hoa văn trên cát với giả cả phải chăng nhưng vẫn đảm bảo được tính thông minh cũng
như giá trị thẩm mỹ vốn có của nó. Thông qua quá trình nghiên cứu thiết kế và chế tạo, nhóm
đã thực hiện và cải tiến với nhiều tính năng khác nhau với nhiều hướng vận hành khác nhau để
đi đến được quá trình thống nhất mô hình bàn vẽ hoa văn trên cát hoạt động ổn định và mang
vẻ ngoài hiện đại. Trong đó, đề tài nghiên cứu sẽ bao gồm: bản vẽ thiết kế 2D và 3D của các
chi tiết phần cơ khí của bàn vẽ hoa văn trên cát, sơ đồ mạch điện của hệ thống, sơ đồ thiết kế hệ
thống điều khiển, các linh kiện cũng như vi điều khiển sử dụng trong mô hình. Lưu đồ giải
thuật các chương trình điều khiển và những thông tin về cách điều khiển mô hình thông qua
trang web dùng riêng để điều khiển. Ngoài ra, đề tài còn thể hiện những hình ảnh sản phẩm,
các mô hình thực tế được nhóm thiết kế, xây dựng trong quá trình nghiên cứu. Kết quả chứng
tỏ rằng nhóm đã nghiên cứu và cơ bản đã chế tạo thành công mô hình bàn vẽ hoa văn trên cát
và thực tế mô hình đã hoạt động ổn định.

9. vi
ABSTACT
RESEARCH, DESIGN AND MANUFACTURING OF SAND DRAWING PATTERN
TABLE
The group's topic will present information related to the model of the table drawing
patterns on the sand as well as the product's applications in the fields of interior decoration,
smart household items. The combination of entertainment and technological elements keeps
pace with the trend of industrial networks 4.0. In recent years, the demand for smart furniture,
classic furniture familiar to the family every day, combined with technology to increase the
usability of the interior to help increase the functions of the device is increasing day by day.
Increasingly, realizing the urgency of this need, the team has researched to design a pattern
drawing table in the sand with an affordable price but still ensure its intelligence as well as its
inherent aesthetic value. Through the process of research and manufacturing, the team has
practiced and improved with many different features with many different operating directions
to arrive at the process of unifying the model of the sand drawing table with stable operation.
and has a modern exterior. In which, the research topic will include: 2D and 3D design
drawings of the mechanical part of the sand drawing table, the circuit diagram of the system,
the control system, the components as well as the microcontroller. used in the model.
Algorithm flowchart of control programs and information on how to control the model through
a dedicated control web page. In addition, the topic also has product images, real models built
during the research process. The results show that the team has researched and basically made a
model of drawing table with patterns on sand and the model has basically operated stably.

10. vii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP..........................................................................................................i
LỜI CAM KẾT ........................................................................................................................................iii
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................................................iv
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.................................................................................................................................... v
MỤC LỤC...............................................................................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................................................................... x
DANH MỤC HÌNH VẼ...........................................................................................................................xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................................................xiv
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU........................................................................................................................ 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................................................... 1
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................................................ 2
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ........................................................................................................... 4
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu....................................................................................................... 5
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu....................................................................................................................... 5
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu.......................................................................................................................... 5
1.5 Phương pháp nghiên cứu..................................................................................................................... 5
1.5.1 Cơ sở pháp luận................................................................................................................................ 5
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể ................................................................................................ 6
1.6 Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp .............................................................................................................. 7
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI.............................................................................. 8
2.1 Giới thiệu............................................................................................................................................. 8
2.2 Đặc tính của hệ thống.......................................................................................................................... 9
2.3 Kết cấu của hệ thống ......................................................................................................................... 10
2.4 Các nghiên cứu liên quan của đề tài.................................................................................................. 10
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước............................................................................................................ 11
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước ............................................................................................................ 12
2.5 Các tồn tại của hệ thống.................................................................................................................... 12
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................................................................... 13
3.1 Tổng quan về sản phẩm Bàn vẽ hoa văn trên cát.............................................................................. 13
3.1.1 Nguyên lý hoạt động của bàn vẽ hoa văn trên cát.......................................................................... 13
3.1.2 Ngôn ngữ Gcode ............................................................................................................................ 13
3.2 Động cơ bước.................................................................................................................................... 14

11. viii
3.2.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu ................................................................................................ 15
3.2.2 Động cơ bước biến từ trở ............................................................................................................... 16
3.2.3 Động cơ bước hỗn hợp................................................................................................................... 17
3.2.4 Động cơ bước 2 pha ....................................................................................................................... 18
3.2.5 Các phương pháp điều khiển động cơ bước................................................................................... 19
3.3 Tổng quan các hệ chuyển động......................................................................................................... 20
3.3.1 Hệ Cartesian ................................................................................................................................... 20
3.3.2 Hệ Polar.......................................................................................................................................... 21
3.3.3 Hệ SCADA..................................................................................................................................... 22
3.4 Truyền động vít me-đai ốc ................................................................................................................ 22
3.4.1 Cơ cấu vít me - đai ốc trượt............................................................................................................ 22
3.4.2 Cơ cấu vít me đai ốc bi................................................................................................................... 24
3.5 Truyền động đai ................................................................................................................................ 26
3.6 Thuật toán nội suy............................................................................................................................. 27
3.7 Thư viện Open CV ............................................................................................................................ 28
3.7.1 Thuật toán Canny Filter.................................................................................................................. 28
3.8 Giao thức I2C.................................................................................................................................... 31
3.9 Máy chủ Apache................................................................................................................................ 33
3.10 Cơ sở dữ liệu MySQL ..................................................................................................................... 34
3.11 Kết luận ........................................................................................................................................... 36
CHƯƠNG 4 PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ................................................... 37
4.1 Yêu cầu của đề tài ............................................................................................................................. 37
4.2 Sơ đồ khối ......................................................................................................................................... 37
4.3 Nguyên lý hoạt động ......................................................................................................................... 37
4.4 Phương hướng và giải pháp thực hiện............................................................................................... 38
4.4.1 Phương án 1.................................................................................................................................... 38
4.4.2 Phương án 2.................................................................................................................................... 39
4.4.3 Phương án 3.................................................................................................................................... 39
4.5 Lựa chọn phương án.......................................................................................................................... 40
4.6 Trình tự công việc tiến hành.............................................................................................................. 40
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ .................................................................................... 41
5.1 Mô tả hoạt động................................................................................................................................. 41
5.2 Tính toán và thiết kế cơ khí của hệ thống cũ..................................................................................... 41
5.3 Tính toán và thiết kế cơ khí của hệ thống mới.................................................................................. 48

12. ix
5.3.1 Thiết kế khung máy........................................................................................................................ 48
5.3.2 Thiết kế cụm cơ khí trục X............................................................................................................. 49
5.3.3 Thiết kế cụm cơ khí trục Y............................................................................................................. 50
5.3.4 Kết cấu truyền động ....................................................................................................................... 50
5.3.5 Tính toán truyền động vít me – đai ốc trục X Y ............................................................................ 51
5.3.6 Tính toàn chọn động cơ trục X Y................................................................................................... 55
5.3.7 Khớp nối......................................................................................................................................... 62
5.4 Lý do nhóm thay đổi và lựa chọn hệ thống cơ khí mới .................................................................... 63
5.5 Tính toán và thiết kế điều khiển........................................................................................................ 63
5.5.1 Xây dựng mô hình điều khiển........................................................................................................ 64
5.6 Hệ thống điều khiển .......................................................................................................................... 65
5.6.1 Sơ đồ khối liên kết điều khiển........................................................................................................ 65
5.6.2 Vi điều khiển Arduino Mega 2560................................................................................................. 66
5.6.3 Vi điều khiển ESP32 ...................................................................................................................... 68
5.6.4 Driver điều khiển động cơ bước TB6600....................................................................................... 70
5.6.5 Sơ đồ kết nối dây............................................................................................................................ 71
5.6.6 Giải thuật điều khiển ...................................................................................................................... 72
5.7 Giới thiệu về web bàn vẽ hoa văn trên cát ........................................................................................ 78
5.7.1 Chế độ vẽ tự động .......................................................................................................................... 78
5.7.2 Chế độ đăng tải ảnh........................................................................................................................ 80
5.7.3 Chế độ vẽ tay.................................................................................................................................. 83
CHƯƠNG 6 CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ.................................................................. 85
6.1 Kết quả thực thi mô hình................................................................................................................... 85
6.2 Thực nghiệm lên ý tưởng và cải tiến cơ cấu ..................................................................................... 87
6.2.1 Thực nghiệm với cơ cấu lần 1........................................................................................................ 87
6.2.2 Thực nghiệm lần 2.......................................................................................................................... 88
6.3 Kết quả thực nghiệm điều khiển........................................................................................................ 89
6.3.1 Các bước điều khiển bàn vẽ qua web............................................................................................. 89
6.3.2 Thực nghiệm thời gian vẽ .............................................................................................................. 92
6.4 Phân tích kết quả thực nghiệm .......................................................................................................... 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................... 97
PHỤ LỤC................................................................................................................................................ xv

13. x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 5.1 Kích thước khi mô đun m............................................................................................42
Bảng 5.2 Chiều rộng đai răng b ..................................................................................................43
Bảng 5.3 Số răng của bánh đai nhỏ Z1........................................................................................44
Bảng 5.4 Hệ số tải trọng động ....................................................................................................47
Bảng 5.5 Thông số đầu vào để lựa chọn động cơ.......................................................................55
Bảng 5.6 Hệ số làm việc của một số máy...................................................................................62
Bảng 5.7 Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560................................................................68
Bảng 5.8 Thông số kỹ thuật của ESP 32.....................................................................................70
Bảng 5.9 Thông số kỹ thuật driver TB6600 ...............................................................................72
Bảng 6.1 Kết quả của cơ cấu khi vẽ hình bông hoa chỉ có bi.....................................................92
Bảng 6.2 Kết quả của cơ cấu khi vẽ hình bông hoa khi chưa có tải...........................................93
Bảng 6.3 Kết quả của cơ cấu khi vẽ hình bông hoa khi có cả bi lẫn cát ....................................93

14. xi
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hình ảnh về bàn vẽ hoa văn trên cát trong thực tế ........................................................1
Hình 1.2 Hình ảnh về một tác phẩm lạ mắt trên bàn vẽ tranh cát ................................................2
Hình 1.3 Hình ảnh minh họa về việc con người ta bị stress giữa 4 bức tường.............................3
Hình 1.4 Hình ảnh về một sản phẩm trên thị trường của hãng Sisyphus industries.....................4
Hình 2.1 Hình ảnh minh họa nội thất thông minh trong ngôi nhà hiện đại..................................8
Hình 2.2 Hình ảnh bàn vẽ tranh hoa văn trên cát ngoài thực tế....................................................9
Hình 2.3 Ý tưởng mô hình 3D của sản phẩm .............................................................................10
Hình 2.4 Hình ảnh một số sản phẩm của công ty Sisyphus Industries LLC .............................11
Hình 3.1 Hình ảnh minh họa về 2 câu lệnh của gcode ...............................................................14
Hình 3.2 Hình ảnh động cơ bước................................................................................................14
Hình 3.3 Cấu tạo của động cơ bước điển hình............................................................................15
Hình 3.4 Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu............................................16
Hình 3.5 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ trở ....................................................17
Hình 3.6 Động cơ bước hỗn hợp.................................................................................................18
Hình 3.7 Cấu tạo của động cơ bước 2 pha..................................................................................19
Hình 3.8 Hình mô tả các phương pháp điều khiển động cơ bước ..............................................20
Hình 3.9 Hình ảnh các hệ chuyển động phổ biến.......................................................................20
Hình 3.10 Hình ảnh cơ cấu minh họa cho hệ cartesian ..............................................................21
Hình 3.11 Hình ảnh vít me đai ốc...............................................................................................22
Hình 3.12 Hình ảnh gối đỡ vít me ..............................................................................................23
Hình 3.13 Hình minh họa vít me – đai ốc bi...............................................................................24
Hình 3.14 Hình ảnh kết cấu của đai ốc bi...................................................................................25
Hình 3. 15 Hình ảnh cơ cấu điều chỉnh khe hở của vít me đai ốc bi..........................................26
Hình 3.16 Truyền động đai.........................................................................................................26
Hình 3.17 Hình ảnh nội suy theo đường thẳng...........................................................................27
Hình 3.18 Hình ảnh nội suy theo đường tròn .............................................................................28
Hình 3.19 Hình ảnh minh họa cho bước 1..................................................................................30
Hình 3.20 Hình ảnh minh họa cho bước 2..................................................................................30
Hình 3.21 Hình ảnh bên trái là khi sử dụng kernel Gx bên phải là Gy ......................................31
Hình 3.22 Hình ảnh sau khi hoàn thành bước 3 .........................................................................31
Hình 3.23 Hình ảnh mô tả phương pháp bước 4 đã sử dụng......................................................31
Hình 3.24 Hình ảnh đầu ra của anh khi hết bước 5 ....................................................................31
Hình 3.25 Hình ảnh minh họa giao thức I2C..............................................................................32
Hình 3.26 Lý thuyết hoạt động của giao thức I2C......................................................................32
Hình 3.27 Logo của Apache .......................................................................................................33
Hình 3.28 Hình ảnh minh họa quy trình hoạt động ....................................................................34
Hình 3.29 Logo của MySQL ......................................................................................................36
Hình 4.1 Hình ảnh sơ đồ khối của quá trình...............................................................................37
Hình 4.2 Ví dụ minh họa về cơ cấu ở phương án 1....................................................................38
Hình 4.3 Ví dụ minh họa về của phương án 2............................................................................40

15. xii
Hình 4.4 Cơ cấu theo phương án 3 được áp dụng trên máy CNC 2 trục....................................41
Hình 5.1 Hình ảnh cơ cấu của kỳ trước ......................................................................................41
Hình 5.2 Sơ đồ tính toán khoảng cách trục.................................................................................45
Hình 5.3 Hình ảnh kích thước của nhôm định hình....................................................................48
Hình 5.4 Hình ảnh cơ cấu của hệ thống trong mô phỏng ...........................................................50
Hình 5.5 Bát ke góc chìm nhôm, con đai ốc xoay chữ T, lục giác chìm không đầu ..................50
Hình 5.6 Hình ảnh bộ truyền trục vít – đai ốc ............................................................................51
Hình 5.7 Hình ảnh theo bảng 2.4 lựa chọn đường kính theo sách của thầy Trịnh Chất.............53
Hình 5.8 Hình Thông số đầu vào để tính toán lựa chọn động cơ ...............................................58
Hình 5.9 Hình ảnh thông số của trục vít.....................................................................................59
Hình 5.10 Tốc độ và hệ số an toàn .............................................................................................60
Hình 5.11 Hình ảnh kết quả tính toán dựa vào trang web ..........................................................60
Hình 5.12 Hình ảnh datasheet của động cơ ................................................................................61
Hình 5.13 Thông số của động cơ................................................................................................62
Hình 5.14 Biểu đồ momen tốc độ của động cơ...........................................................................61
Hình 5.15 Hình ảnh một số loại khớp nối trên thị trường ..........................................................62
Hình 5.16 Ý tưởng mô hình ban đầu ..........................................................................................63
Hình 5.17 Sơ đồ mô tả ý tưởng...................................................................................................64
Hình 5.18 Hình ảnh mô tả quá trình hoạt động của hệ thống.....................................................65
Hình 5.19 Sơ đồ khối của hệ thống.............................................................................................65
Hình 5.20 Quy trình điều khiển của hệ thống.............................................................................66
Hình 5.21 Vi điều khiển Arduino Mega 2560 ............................................................................67
Hình 5.22 Sơ đồ chân Pinout của Arduino Mega 2560..............................................................68
Hình 5.23 Vi điều khiển ESP32..................................................................................................70
Hình 5.24 Sơ đồ các chân GPIO của ESP32-WROOM .............................................................71
Hình 5.25 Driver động cơ bước TB6600....................................................................................72
Hình 5.26 Sơ đồ nối dây .............................................................................................................72
Hình 5.27 Hình ảnh minh họa quy trình từ gcode sang Json......................................................73
Hình 5.28 Lưu đồ giải thuật từ file gcode sang file Json............................................................73
Hình 5.29 Hình ảnh minh họa cho quá trình xử lý ảnh ..............................................................75
Hình 5.30 Hình ảnh ban đầu và hình ảnh sau khi xuất ra file gcode..........................................75
Hình 5.31 Lưu đồ giải thuật quá trình xử lý file Json.................................................................76
Hình 5.32 Lưu đồ giải thuật điều khiển động cơ........................................................................77
Hình 5.33 Hình ảnh bước 1 và 2 chế độ tự động........................................................................78
Hình 5.34 Hình ảnh bước 3 và 4 chế độ tự động........................................................................80
Hình 5.35 Hình ảnh bước 1, 2 và 3 khi ở chế độ upload............................................................81
Hình 5.36 Hình ảnh bước 4 của chế độ upload...........................................................................82
Hình 5.37 Hình ảnh bước 5 của chế độ upload...........................................................................83
Hình 5.38 Hình ảnh bước 1 ở chế độ Manual.............................................................................83
Hình 5.39 Hình ảnh bước 2 và 3 ở chế độ manual .....................................................................85
Hình 6.1 Hình ảnh mô phỏng và thực tế.....................................................................................86

16. xiii
Hình 6.2 Hệ thống mạch điện của hệ thống................................................................................86
Hình 6.3 Cơ cấu của hệ thống sau khi gia công..........................................................................86
Hình 6.4 Mô hình khi viên bi đang vẽ ........................................................................................86
Hình 6.5 Mô hình cơ cấu phát thảo ở đồ án cơ điện tử...............................................................87
Hình 6.6 Hình ảnh cơ cấu đã thử nghiệm lần 1 ..........................................................................87
Hình 6.7 Ảnh cơ cấu mô hình trong mô phỏng ..........................................................................88
Hình 6.8 Ảnh cơ cấu sau khi gia công........................................................................................88
Hình 6.9 Hình ảnh đăng nhập địa chỉ IP của máy chủ ...............................................................90
Hình 6.10 Hình ảnh giao diện màn hình chờ trong web.............................................................90
Hình 6.11 Hình ảnh Giao diện Web ở chế độ auto-3 .................................................................91
Hình 6.12 Hình ảnh Giao diện Web ở chế độ auto-4 .................................................................91
Hình 6.13 Hình ảnh Giao diện Web ở chế độ auto-6 .................................................................92
Hình 6.14 Hình ảnh Giao diện Web ở chế độ auto-7 .................................................................92
Hình 6.15 Hình ảnh Giao diện Web ở chế độ auto-8 .................................................................92
Hình 6.16 Hình ảnh bông hoa khi vẽ thực nghiệm.....................................................................93
Hình 6.17 Hình ảnh biểu đồ các lần thử nghiệm của cơ cấu ......................................................94

17. xiv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CNC Computerized Numerical Control
CAD Computer Aided Design
CNC Computerized Numerical Control
OpenCV OpenSource Computer Vision Library
SQL Structured Query Language
I2C Inter – Integrated Circuit
MISO Master Input Slave Input
MOSI Master Output Slave Input
SPI Serial Peripheral Interface

18. 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Với sự nổi lên và phát triển mạnh mẽ cũng như là vượt bật của lĩnh vực khoa học công
nghệ cùng với các chính sách giao thương và đổi mới đầy sáng suốt của các nhà lãnh đạo, kinh
tế người dân Việt Nam đang dần ổn định và nhu cầu chất lượng cuộc sống ngày càng được cải
thiện việc các sản phẩm về nội thất thông minh ra đời nhằm nâng cao chất lượng sống của con
người ngày nay là cần thiết.
Khi môi trường sống trở nên tấp nập, bộn bề, thì con người ta lại tìm đến sự tĩnh lặng và
yên tĩnh đó là cách mà con người ta sống chậm lại để nhìn lại cuộc sống. Nhịp sống vội vã lại
càng khiến người ta khao khát sự giản đơn, hạnh phúc từ đó hình thành về ý tưởng về một
chiếc bàn với các cơ cấu chuyển động tạo ra các hoa văn độc đáo và kì lạ trên cát.
Bàn vẽ tranh hoa văn trên cát là một hình thức của nghệ thuật động, nơi các thành phần
chuyển động và tương tác với nhau trên cát để tạo ra các hiệu ứng hình ảnh độc đáo và lạ mắt
trên cát. Nó khuyến khích sự sáng tạo, cảm nhận nghệ thuật và khám phá khả năng tạo hình
chuyển động.
Hình 1.1 Hình ảnh về bàn vẽ hoa văn trên cát trong thực tế
Về phương diện về mặt môi trường nội thất và trang trí Bàn vẽ hoa văn trên cát có thể trở
thành một điểm nhấn mang đầy tính nghệ thuật trong một không gian nội thất. Nó mang đến sự
phong cách và thẩm mỹ độc đáo cho môi trường, thu hút sự chú ý cho không gian sống hoặc
làm việc.
Sản phẩm cũng rất đa dạng về đối tượng tiêu dùng như là giới trẻ thì có vật trang trí nhìn
vui mắt giúp cho căn phòng trở nên thú vị hơn còn người già thì có thú vui tao nhã vừa xem
tranh cát vừa uống trà. Đồng thời nó còn giúp cho giới trẻ giảm bớt lại việc sự lệ thuộc về điện

19. 2
thoại, giúp cho họ có từ từ có thể “cai nghiện” dùng điện thoại cũng như là mạng xã hội, sống
chậm lại và nhìn cuộc sống.
Bàn vẽ tranh cát có thể vừa làm bàn mà cũng có thể vừa làm vật trang trí trong nhà có thể
sẽ là xu hướng trong tương lai.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Bàn vẽ tranh hoa văn trên cát là một đề tài phù hợp để nghiên cứu và áp dụng các nguyên
lý cơ và động lực học đã được học để vận dụng vào thực tế. Nó mang lại cơ hội thực tế để thử
nghiệm các nguyên tắc chuyển động, sự tương tác giữa các thành phần và quy luật vận động
của vật thể.
Hình 1.2 Hình ảnh về một tác phẩm lạ mắt trên bàn vẽ tranh cát
Nó còn có thể áp dụng trong lĩnh vực nghệ thuật và thiết kế để tạo ra những tác phẩm
sáng tạo, độc đáo và lạ mắt nâng cao trải nghiệm về thị giác. Nó mở ra cánh cửa cho sự khám
phá và thử nghiệm trong việc tạo hình và tạo ra các hiệu ứng động mới lạ.
Chúng còn mang đến một trải nghiệm tương tác cho người dùng. Nó đã tạo ra được một
sự kết hợp độc đáo, sáng tạo giữa nghệ thuật và khoa học, cho phép người xem tham gia vào
quá trình tương tác với các thành phần chuyển động, âm thanh và ánh sáng.
Bàn vẽ hoa văn trên cát khuyến khích nhằm tăng sự khám phá và khả năng sáng tạo. Nó
khuyến khích người sử dụng tìm hiểu và thực hiện các thử nghiệm, phương pháp, vật liệu và ý
tưởng mới để tạo ra các hiệu ứng động độc đáo và các hình họa tiết hoa văn mới lạ trên cát và
thu hút sự chú ý của người xem. Nó có thể kích thích sự tò mò và khám phá trong việc tìm hiểu
về các yếu tố chuyển động và tương tác với nhau.

20. 3
Còn về nền tảng giáo dục và học tập bàn vẽ hoa văn trên cát có thể được sử dụng như một
một hình, một công cụ giáo dục, đặc biệt trong lĩnh vực nghệ thuật, khoa học và kỹ thuật. Nó
giúp học sinh hoặc sinh viên hiểu và học hỏi về nguyên lý vận động, sự tương tác và cách các
yếu tố cơ học hoạt động.
Liên hệ thực tiễn với đất nước ta những năm vừa rồi, đại dịch COVID19 đã lấy đi không
biết bao nhiêu niềm vuim nước mắt cũng như là xương máu của người dân. Nhiều tháng không
thể kiếm ra thu nhập, nhiều tháng gò bó bản thân trong căn phòng chật hẹp đã làm mất cảm
hứng làm việc, gây chán nản cho biết bao thế hệ thanh niên. Để giải quyết vấn đề này, nhu cầu
làm đẹp không gian sống để tạo cảm hứng làm việc là cần thiết.
Hình 1.3 Hình ảnh minh họa về việc con người ta bị stress giữa 4 bức tường
Không gian sinh hoạt và làm việc trở nên đẹp hơn sẽ giúp chúng ta có hứng thú để làm
việc tránh đi những cảm giác chán nản. Nó đang rất cần thiết ngay tại thời điểm hiện tại- thời
điểm dịch COVID đã và đang được kiểm soát chặt chẽ hơn.
COVID 19 đã qua đi nhưng những nỗi đau, hậu quả của nó vẫn còn đó, tất cả cơ hội du
lịch – nghỉ dưỡng đều bị đóng băng dẫn đến việc tìm thấ cảm giác siynh động, tận hưởng sự
thoải mái, niềm vui mỗi ngày trong chính ngôi nhà của mình trở thành nhu cầu hàng đầu.
Việc đối mặt với 4 bức tường trong căn nhà có thể dẫn đến việc chúng ta bị stress trong
chính căn nhà của chúng ta cùng với áp lực công việc deadline của các dự án.
Để có thể vượt qua tâm trạng này một chút hương vị của thiên nhiên là chưa đủ mà chúng
ta còn cần “chất liệu” mang lại trải nghiệm tinh thần còn gì thú vị hơn sau khi làm việc căng
thẳng mệt mỏi, chúng ta có thể thưởng thức trà hay café và quan sát một bức tranh cát được
hoàn thành trong chính chiếc bàn trang trí trong phòng của chúng ta. Và ý tưởng của nhóm em
muốn nói đến đây là Bàn vẽ hoa văn trên cát.

21. 4
Hình 1.4 Hình ảnh về một sản phẩm trên thị trường của hãng Sisyphus industries
Nó là một phiên bản tiến hóa của bàn cát truyền thống, nơi cát được kết hợp với công
nghệ và cơ học để tạo ra hiệu ứng động học và tương tác đặc biệt.
Nguyên lý hoạt động của bàn vẽ hoa văn tranh cát liên quan đến việc ứng dụng các thành
phần cơ học và các yếu tố đặc biệt để tạo ra các hình ảnh, hiệu ứng động đa dạng.
Bàn vẽ tranh cát động học kết hợp giữa sự sáng tạo và kỹ thuật, mang đến trải nghiệm
tương tác động hấp dẫn cho người dùng. Nó được sử dụng rộng rãi trong giáo dục, nghiên cứu
hoặc giải trí để trình bày và khám phá các hiệu ứng và khả năng của cát động học.
Chúng ta có thể dễ dàng nhận ra thị trường tiêu thụ giai đoạn 2015 – 2021, Kinetic Table
(hay còn được gọi là bàn vẽ tranh động học) đang được rất nhiều người để ý đến. Các sản phẩm
thuộc mặt hàng này luôn cháy hàng trên thị trường trong nước và quốc tế bởi số lượng hạn chế
của chúng, điều này dẫn đến việc giá thành của mỗi sản phẩm luôn ở mức rất cao.
Và những tháng gần đây thì tình hình COVID lại tiến triển trở lại với biến chúng mới mặc
dù đã có kinh nghiệm phòng ngừa dịch bệnh từ đợt dịch vừa rồi nhưng cũng không chắc chắn
rằng việc cách ly tại nhà sẽ không xảy ra 1 lần nữa. Vì thế nhằm nắm bắt xu thế của thị trường
cũng như muốn tạo ra sản phẩm giúp giảm stress trong 1 xã hội tất bật những bộn bề của cuộc
sống, sự nhàm chán của những người bị COVID khi ở khu tập thể nhóm đã quyết định chọn đề
tài cho đồ án Cơ Điện Tử cũng như là đồ án Tốt Nghiệp cho lần này là Bàn vẽ tranh hoa văn
trên cát.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu phương án thiết kế hệ thống.
Xây dựng bản vẽ 2D và 3D.
Gia công mô hình cơ khí.
Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển.
Thử nghiệm, đánh giá và sửa lại những sai sót trong bản thiết kế.

22. 5
Lập bản báo cáo đề tài.
Hoàn thiện đề tài được giao
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mô hình bàn vẽ tranh hoa văn trên cát sử dụng mạch
ESP32 để giao tiếp lấy dữ liệu từ web của nhóm đã tạo và Arduino Mega 2560 để điều khiển.
Vì thời gian hạn hẹp nên kỳ này nhóm chỉ sử dụng vi điều khiển Arduino Mega và driver
TB6600 để hỗ trợ. Đề tài giới hạn ở việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bàn vẽ tranh cát, điều
khiển quỹ đạo hình vẽ. Tính toán hướng đi cho bàn vẽ tranh cát để nét vẽ được đẹp nhất
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Một chiếc bàn với nhiều chức năng cụ thể là vẽ tranh cát gồm có 3 thành phần chính: cơ
khí, điện và lập trình. Trong nội dung đồ án tốt nghiệp lần này nhóm chúng em sẽ tìm hiểu và
nghiên cứu các thiết kế bàn có sẵn trên thị trường đồng thời dựa theo nhu cầu sử dụng bàn hằng
ngày của người dùng, từ đó tiến hành cải tiến thiết kế để bàn vẽ tranh cát không chỉ để trang trí
mà còn có thể phục vụ nhiều công việc khác như phát nhạc và có thể làm việc ngay trên bàn.
Sau khi có bản thiết kế nhóm sẽ tiến hành nghiên cứu về phần cơ khí cũng như nguyên lý hoạt
động của bộ truyền động và động cơ, đồng thời mô phỏng bằng phần mềm sao cho đáp ứng
được các tiêu chí về độ bền và an toàn với người dùng.
Về phần điện từ nhóm sẽ ứng dụng mạch arduino và driver để xuất xung cho động cơ
bước cho quá trình điều khiển. Cuối cùng sẽ thiết kế một giao diện điều khiển bằng các nút
bấm để người dùng dễ dàng tương tác.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở pháp luận
Cơ sở pháp luận của Bàn vẽ tranh hoa văn trên cát dựa trên các nguyên tắc, định luật và
khái niệm cơ bản trong nghệ thuật và khoa học.
Về nguyên lý động lực học bàn vẽ tranh hoa văn trên cát dựa trên nguyên lý vận động và
sự kết nối, tương tác giữa các thành phần chuyển động. Các cơ cấu và cơ chế được thiết kế để
tạo ra chuyển động và biến đổi các hình dạng của cát để tạo ra các hoa văn cũng như các tác
phẩm nghệ thuật.
Theo như nguyên lý cơ học cơ sở cơ học là một phần quan trọng của bàn vẽ hoa văn trên
cát. Các yếu tố như cân bằng, trọng lực, lực ma sát và lực đàn hồi được áp dụng để đảm bảo
chuyển động và tương tác của các thành phần.
Về mặt thiết kế và kỹ thuật Bàn vẽ hoa văn trên cát yêu cầu kiến thức, kinh nghiệm và kỹ
năng trong lĩnh vực thiết kế và kỹ thuật. Việc thiết kế cơ cấu chuyển động, lựa chọn và sử dụng
vật liệu, động cơ, bộ truyền động và các thành phần kỹ thuật khác đều được xem xét và áp
dụng.
Còn đối với Nghệ thuật và thẩm mỹ nó cũng dựa trên các nguyên tắc nghệ thuật và thẩm
mỹ. Tạo ra các hiệu ứng động hấp dẫn và tạo hình một cách thẩm mỹ là mục tiêu của đề tài

23. 6
này. Các yếu tố như sự cân đối, màu sắc, ánh sáng và âm thanh có thể được tích hợp để tạo ra
trải nghiệm tương tác và thú vị cho người xem.
Cơ sở pháp luận của bàn vẽ tranh hoa văn trên cát cũng khuyến khích sự khám phá và
sáng tạo. Người tham gia có thể tìm hiểu và phát triển các ý tưởng mới, áp dụng các phương
pháp và kỹ thuật độc đáo để tạo ra các tác phẩm nghệ thuật động độc đáo.
Tóm tắt lại cơ sở pháp luận của bàn vẽ tranh hoa văn trên cát dựa trên nguyên tắc cơ học,
động lực học, thiết kế và nghệ thuật. Sự kết hợp này tạo nên một cơ sở lý thuyết và thực hành
để tạo ra các tác phẩm nghệ thuật động đa dạng và độc đáo.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Về cách thứ nghiên cứu. Đầu tiên nhóm sẽ tìm hiểu các lĩnh vực tranh hoa văn nghệ thuật
và các sản phẩm đang có liên quan có trên thị trường như bàn vẽ tranh cát, bàn vẽ hoa văn trên
cát đã được sản xuất và bán trên thị trường.
Thứ 2 nhóm sẽ nghiên cứu về nguyên lý, nguyên tắc cơ, động lực học: là cơ sở để thiết kế
và xây dựng cũng là phần tạo ra chuyển động chính cho bàn vẽ tranh hoa văn trên cát. Ngoài ra
còn nghiên cứu về sự cân bằng, trọng lực, lực ma sát, lực đàn hồi, tải trọng và các phương trình
chuyển động nó sẽ giúp nhóm hiểu về cách các yếu tố này tương tác và tạo ra chuyển động
trong bàn vẽ tranh hoa văn trên cát
Thứ 3 nhóm sẽ tiến hành thiết kế và mô hình hóa: Sau khi có kiến thức cơ bản về bàn vẽ
tranh hoa văn trên cát và nguyên tắc cơ học nhóm sẽ tiến hành phân tích, đánh giá, lựa chọn
phương án tối ưu nhất về phần cơ cấu, xem qua các mô hình bàn đẹp mắt và thiết kế mô hình
3D của cơ cấu và bàn sử dụng các công cụ, phần mềm hỗ trợ thiết kế 2D/3D như Solidworks,
Inventor, Autocad và thử nghiệm các mô hình bằng vật liệu như giấy, gỗ hoặc mô hình in 3D.
Quá trình này sẽ giúp thấy rõ hơn các yếu tố cần được cải tiến và điều chỉnh.
Thứ 4 nhóm sẽ tiến hành xây dựng và kiểm tra. Sau khi hoàn thiện thiết kế ban đầu, tiến
hành xây dựng bàn vẽ tranh hoa văn trên cát theo thiết kế đã được lựa chọn. Quá trình xây
dựng này cần sử dụng các công cụ và vật liệu kỹ thuật, bao gồm đồ điện tử, cơ cấu chuyển
động, các linh kiện khác nhau và phần mềm điều khiển nếu cần thiết. Sau khi hoàn thành, tiến
hành kiểm tra chức năng và hiệu suất của bàn vẽ hoa văn trên cát để đảm bảo hoạt động một
cách chính xác và ổn định.
Thứ 5 nhóm sẽ tiến hành đánh giá và phân tích sản phẩm của nhóm. Sau khi hoàn thành
xây dựng và kiểm tra, tiến hành đánh giá và phân tích kết quả. Đây là giai đoạn để xác định
hiệu suất, khả năng tương tác và thẩm mỹ của bàn vẽ tranh hoa văn trên cát. Có thể sử dụng các
phương pháp như phỏng vấn, khảo sát, thí nghiệm hoặc so sánh với các tác phẩm nghệ thuật
động khác để đánh giá và đo lường.
Cuối cùng nhóm sẽ tối ưu và cải tiến. Dựa trên kết quả phân tích và đánh giá từ các sản
phẩm trên thị trường có sẵn và các thành phẩm của các nhóm trước đã làm nhóm sẽ tiến hành
các bước tối ưu và cải tiến để nâng cao hiệu suất, tính thẩm mỹ và trải nghiệm tương tác của
bàn vẽ tranh hoa văn trên cát. Điều này sẽ liên quan đến việc thay đổi thiết kế, sửa đổi cơ cấu
chuyển động, tăng cường phần mềm điều khiển, thêm một vài tính năng mới cho bàn hoặc sử
dụng các vật liệu mới.

24. 7
Tổng quan, các phương pháp nghiên cứu trong đề tài bàn vẽ tranh hoa văn trên cát của
nhóm sẽ bao gồm nghiên cứu và phân tích, thiết kế và mô hình hóa, xây dựng và kiểm tra, đánh
giá và phân tích, tối ưu và cải tiến. Các bước này cùng đóng góp vào việc hoàn thành đề tài tốt
nghiệp và tạo ra bàn vẽ tranh hoa văn trên cát độc đáo, hấp dẫn và có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn.
1.6 Kết cấu của Đồ án tốt nghiệp
Đồ án tiếp nghiệp đề tài Bàn vẽ hoa văn trên cát sẽ bao gồm 5 chương trong đó chương 2
trình về tổng quan nghiên cứu đề tài, chương 3 sẽ đề cập về cơ sở lý thuyết, chương 4 sẽ đưa ra
các phương hướng và các giải pháp về bàn vẽ hoa văn trên cát, chương 5 sẽ đề xuất công nghệ
và tính toán thiết kế, chương 6 sẽ chế tạo thực nghiệm, thực nghiệm đánh giá và cuối cùng sẽ
đưa ra kết luận.

25. 8
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 Giới thiệu
Nội thất thông minh được dùng để trang trí trong nhà là một xu hướng hiện đại trong lĩnh
vực thiết kế nội thất, kết hợp giữa công nghệ thông minh và trang trí nghệ thuật. Nó tạo ra
không gian sống đa chức năng, tiện nghi và tương tác, đồng thời mang đến một môi trường
sống hiện đại và tiên tiến.
Nội thất thông minh trang trí trong nhà sử dụng các thiết bị và hệ thống công nghệ để cải
thiện trải nghiệm người dùng. Điều khiển ánh sáng, nhiệt độ, âm thanh, bức tranh, rèm cửa và
các yếu tố trang trí khác trở nên dễ dàng thông qua các bảng điều khiển, ứng dụng di động, điều
khiển giọng nói hoặc thiết bị điều khiển từ xa. Người dùng có thể tùy chỉnh và kiểm soát mọi
khía cạnh của không gian sống một cách thuận tiện và linh hoạt. Giúp cho không gian sống
xung quanh trở nên nổi bật và hiện đại
Hình 2.1 Hình ảnh minh họa nội thất thông minh trong ngôi nhà hiện đại
Tích hợp các thiết bị kết nối Internet of Things (IoT) là một trong những yếu tố quan
trọng của nội thất thông minh trang trí. Các thiết bị như đèn LED thông minh, hệ thống âm
thanh không dây, bộ điều khiển màn hình cảm ứng, cảm biến, camera an ninh và hệ thống giám
sát, được kết nối và quản lý thông qua mạng Internet, tạo nên một hệ sinh thái đa dạng và liên
kết.
Không chỉ tập trung vào tính tiện ích và công nghệ, nội thất thông minh trang trí cũng
mang đến thẩm mỹ và phong cách. Vật liệu và thiết kế được lựa chọn với sự tinh tế và hiện đại,
tạo nên không gian sống thẩm mỹ và đẳng cấp. Một trong những sản phẩm của nội thất thông
minh tiêu biểu hiện nay là Bàn vẽ hoa văn trên cát

26. 9
Bàn vẽ hoa văn trên cát đã và đang trở thành một trong số các nội thất dẫn đầu xu hướng
ứng dụng nhiều tiện ích và các yếu tố thông minh vào sản phẩm trang trí nội thất bởi vì mô
hình bàn vẽ hoa văn trên cát có tính thẩm mỹ cao, rất thuận tiện cho việc giải trí, trang trí trong
ngôi nhà của gia chủ, còn có thể giúp cho gia chủ giảm bớt căng thẳng sau một ngày làm việc
mệt mỏi. Chiếc bàn này vừa có thể vẽ tranh, vừa có thể được sử dụng như 1 chiếc bàn café hay
làm vật trang trí trong nhà, …chính tính đa dụng này đã làm nổi bật sản phẩm so với các sản
phẩm nội thất khác.
Hình 2.2 Hình ảnh bàn vẽ tranh hoa văn trên cát ngoài thực tế
Bàn vẽ hoa văn trên cát được thiết kế như là một tác phẩm điêu khắc động học nhờ sự
chuyển động của một quả bóng qua một lớp cát mỏng trên bề mặt bàn và xóa đi các đường nét
khiến cho vô vàn hình ảnh không trùng nhau được hình thành trong quá trình bàn hoạt động.
Bàn phù hợp với mục đích trang trí dưới vai trò đồ nội thất mang trong mình nghệ thuật tuyệt
đẹp. Hơn nữa bàn vẽ tranh cát không chỉ là một tác phẩm nghệ thuật động học: nó là một nhạc
cụ nếu ta tích hợp âm nhạc vào quá trình hoạt động của bàn.
Trong thời gian gần đây, trên thị trường, bàn vẽ tranh cát đang ngày càng khan hiếm bởi
nhu cầu sử dụng và sở hữu ngày càng tăng do đặc tính thẩm mỹ cũng như ích lợi nó mang lại.
Chính vì xu hướng đó, nhóm chúng em đã thực hiện nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một sản
phẩm hoạt động ổn định cho riêng mình với những đặc tính thông minh nhưng vẫn giữ được
các yếu tố cơ bản của một sản phẩm bàn vẽ hoa văn trên cát.
2.2 Đặc tính của hệ thống
Các đặc tính của hệ thống như là chuyển động đa dạng. Hệ thống được thiết kế để tạo ra
chuyển động đa dạng và phong phú. Nó có thể có các chuyển động xoay, lắc, trượt, hoặc kết
hợp của chúng để tạo ra các họa tiết cũng như hoa văn làm hấp dẫn người xem.

27. 10
Hệ thống được thiết kế để hoạt động một cách tin cậy và ổn định. Tất cả cơ cấu và cơ chế
bên trong được chế tạo từ vật liệu tốt và qua nhiều khâu kiểm tra kỹ càng để đảm bảo sự ổn
định và độ bền.
Về mặt tương tác và thẩm mỹ thì hệ thống có khả năng tương tác với người dùng và tạo ra
trải nghiệm thẩm mỹ độc đáo. Có thể sử dụng 1 hình ảnh bất kì để cho bàn vẽ theo hình ảnh mà
người dùng mong muốn.
Về phương diện đa nền tảng và kết nối thì hệ thống có khả năng hoạt động trên nhiều nền
tảng và có tích hợp kết nối với website. Điều này cho phép nó tương tác với các thiết bị khác
như điện thoại thông minh, máy tính hoặc bảng điều khiển bên ngoài để kiểm soát và tương tác
với Bàn vẽ tranh hoa văn trên cát.
Và cuối cùng phải kể đến tính độc đáo và sáng tạo của hệ thống trong bàn vẽ tranh hoa
văn trên cát, nó mang tính độc đáo và sáng tạo cho phép tạo ra những tác phẩm hoa văn trên cát
một cách độc đáo và mới lạ gây ấn tượng với thị giác người xem. Nó tạo ra sự kết hợp giữa
nghệ thuật, công nghệ và khoa học, tạo nên trải nghiệm độc đáo và mới mẻ mà người dùng
chưa từng trải qua.
2.3 Kết cấu của hệ thống
Mô hình bàn sẽ có dạng mặt bàn. Hình tròn đường kính d= 1000mm, chiều cao 600 – 800
mm, có khả năng tạo hình 2D trên lớp cát dày khoảng 2mm trên mặt khay chứa phẳng dưới đáy
tấm kính mặt bàn trong suốt.
Hình 2.3 Ý tưởng mô hình 3D của sản phẩm
Hệ thống sẽ bao gồm một mặt bàn chứa cát được làm bằng gỗ ép có dạng hình tròn với
đường kính = 800mm, chiều cao từ 600 – 800mm, có khả năng tạo hình 2D trên lớp cát phía
trên hình ảnh hoa văn được tạo ra sẽ được người dùng nhìn thấy thông qua một lớp mặt bàn
bằng kính. Phía dưới cũng sẽ là một mặt bàn tương tự ở trên và được liên kết với nhau bằng 4
chân bằng thép phần mặt bàn phía dưới sẽ chứa cơ cấu truyền động. Đầu công tác sẽ gắn nam
châm và khi đầu công tác chuyển động sẽ hút bi sắt ở trên và tạo ra các hoa văn trên cát.
2.4 Các nghiên cứu liên quan của đề tài

28. 11
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Bàn vẽ hoa văn trên cát hay còn được gọi với tên gọi chung là The Kinetic Art Table. Nó
được tạo ra lần đầu bởi Bruce Shapiro, ông vừa là nghệ sĩ điều khiển chuyển động, nhà giáo
dục khoa học, vừa là cha đẻ của Eggbot và cũng là Người đồng sáng lập Sisyphus Industries
LLC.
Ông đã dành 25 năm để khám phá điều khiển các chuyển động như một phương tiện biểu
đạt nghệ thuật. Ông ấy đã sử dụng rô-bốt (“Sisbot”) để kéo một quả bóng thép qua một lớp cát
mỏng bằng nam châm.
Hình 2.4 Hình ảnh một số sản phẩm của công ty Sisyphus Industries LLC
Các dấu vết mà quả bóng để lại trên sân cát tạo nên những hoa văn quyến rũ, phức tạp và
thay đổi không ngừng dưới mặt bàn bằng kính cường lực hoặc bằng gỗ..., một lớp cát mỏng
trên bề mặt chuyển động cùng với công nghệ CNC để biến những chiếc bàn vốn dĩ bình thường
trong cuộc sống hằng ngày thành những tác phẩm nghệ thuật có tính ứng dụng động học có tác
dụng như một chiếc bàn cà phê hoặc bàn làm việc.
Bàn có tên gọi gốc là Sisyphus table, Sisyphus là tên một vị vua trong thần thoại Hy Lạp.
Theo truyền thuyết, Sisyphus đã phạm tội chống đối các vị thần và có một quyết định nguy
hiểm. Ông đã tiếp giúp và tìm cách lừa dối Hades, vị thần cai trị địa ngục, và bắt giữ linh hồn
của ông. Điều này đã ngăn chặn Hades trở lại địa ngục và ngăn cản sự chết của nhiều người.
Trừng phạt cho Sisyphus sau khi ông qua đời là phải lăn một tảng đá nặng lên đỉnh một
ngọn núi. Tuy nhiên, mỗi khi ông gần đạt đến đỉnh, tảng đá lại lăn xuống và ông phải bắt đầu

29. 12
lại từ đầu. Việc này được cho là biểu tượng cho công việc không có ý nghĩa, vô ích và không
ngừng nghỉ với thời hạn vĩnh viễn. Bàn Sisyphus động học điều khiển bằng máy tính đầu tiên
của ông được lắp đặt lâu dài trong các bảo tàng ở Mỹ, Canada, Đức, Ba Lan, Úc và Thụy Sĩ.
Người nghệ sĩ đã mang sản phẩm sáng tạo và hấp dẫn này ra khỏi bảo tàng đến nhà và văn
phòng của mọi người vì anh ấy muốn nhiều người biết đến nó, dành thời gian và năng lượng để
sáng tác nó.
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước
Theo kết quả tìm hiểu, hiện tại trong nước vẫn chưa có đơn vị nào sản xuất bàn vẽ hoa
văn trên cát để sản phẩm có thể đến tay người dùng với giá cả hợp lý và chất lượng. Hầu hết
trên thị trường các sản phẩm thiên về các sáng chế tự phát được lên ý tưởng từ phiên bản bàn
vẽ hoa văn trên cát của tác giả Bruce Shapiro.
2.5 Các tồn tại của hệ thống
Các sản phẩm bàn vẽ hoa văn trên cát hiện có trên thị trường còn tồn tại một số vấn đề
như: giá cả đắt đỏ, chi phí vận chuyển cao vì đa số các sản phẩm bàn vẽ hoa văn trên cát hiện
nay chủ yếu ở thị trường nước ngoài ở thị trường trong nước vẫn chưa có đơn vị nào sản xuất
để có thể đến tay khách hàng với 1 giá cả phải chăng.
Trước đây cũng đã có 1 nhóm đã làm đồ án về sản phẩm với tên đề tài Bàn vẽ tranh cát
nhưng còn tồn động 1 vài vấn đề có thể nói đến như nhóm đó vẫn còn phải phụ thuộc vào
driver có sẵn xử lý chuyên dụng các file gcode cho cnc, máy in 3D.
Để giải quyết các vấn đề tồn động của các hệ thống trên nhóm đã đưa ra các hướng giải
quyết như sau:
Nhóm sẽ dùng phương pháp nội suy tuyến tính để nội suy ra các điểm nhỏ trên đường đi
từ điểm hiện tại đến điểm mong muốn trên file gcode và lưu các tọa độ X, Y đó vào file txt và
từ file txt sẽ chuyển đổi sang file Json và cuối cùng trang web do nhóm tạo ra sẽ lấy file Json
đó để xử lý tiếp tục, tất cả các quy trình trên đều dùng ngôn ngữ lập trình C
Nhóm sẽ phát triển thêm phần xử lý ảnh cho hệ thống bàn vẽ tranh hoa văn trên cát của
nhóm, người sử dụng chỉ cần dùng 1 hình ảnh có sẵn bỏ vào web của nhóm và bàn vẽ hoa văn
trên cát của nhóm sẽ vẽ ra hình tương tự.

30. 13
CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Tổng quan về sản phẩm Bàn vẽ hoa văn trên cát
3.1.1 Nguyên lý hoạt động của bàn vẽ hoa văn trên cát
Bàn gồm các thành phần chính sau đây:
- Mặt bàn kính và khung bàn.
- Cụm điều khiển nằm ở trung tâm của bàn.
- Vi mạch điều khiển và các phần cứng phụ trợ khác.
Cơ cấu cơ khí: Bộ cơ học này có thể bao gồm như các cơ cấu cơ khí, nó có cấu trúc cơ khí
gần giống như các loại máy in 2D, 3D, máy CNC với truyền động của các trục. Các cơ cấu
truyền động có thể là truyền vít me – đai ốc, truyền động đai, ...
Phần điện của bàn vẽ hoa văn trên cát có thể chia thành 3 khối: khối nguồn, khối điều
khiển và khối cơ cấu chấp hành. Khối điều khiển gồm các thành phần như Vi điều khiển,
Driver và các loại công tắc hành trình, nút nhấn.
Khối chấp hành gồm các thành phần như: Động cơ bước, nút nhấn, màn hình oled….
Nguyên lý hoạt động: Bề mặt của bàn vẽ hoa văn trên cát thường được làm bằng vật liệu
chịu ma sát tốt, như một lớp nhựa. Bên dưới bàn vẽ hoa văn trên cát có thể được trang bị bộ cơ
cấu chuyển động cơ học để tạo ra các hiệu ứng động trên cát. Bộ cơ học gồm các cơ cấu cơ khí
như bộ truyền vít me – đai ốc hoặc bộ truyền đai. Lúc này viên bi trên mặt cát sẽ di chuyển và
tạo ra được các hoa văn đẹp mắt. Người dùng có thể điều chỉnh và tạo ra các hình hoa văn trên
cát để nó di chuyển và tạo ra các hình dạng và mẫu rất phong phú và thú vị.
3.1.2 Ngôn ngữ Gcode
Ngôn ngữ G-code dùng để điều khiển máy CNC (Computer Numerical Control). Nó chứa
các lệnh và các tham số để điều khiển chính xác các động cơ và các trục của máy CNC trong
quá trình gia công. Dưới đây là lệnh cơ bản về ngôn ngữ G-code:
Lệnh di chuyển: G01 - Di chuyển tuyến tính, G00 - Di chuyển nhanh, G02 - Di chuyển
quay theo chiều kim đồng hồ, G03 - Di chuyển quay nghịch chiều kim đồng hồ.
Lệnh điều khiển tốc độ: S - Thiết lập tốc độ trục chính, F - Thiết lập tốc độ dụng cụ cắt.
Lệnh điều khiển công cụ: T - Chọn công cụ cắt, M3/M4 - Bật công tắc công cụ, M5 - Tắt
công tắc công cụ.
Lệnh điều khiển khác: M08/M09 - Bật/tắt bơm làm mát, G20/G21 - Thiết lập đơn vị đo
lường (inch/mm), G90/G91 - Thiết lập hệ tọa độ tuyệt đối/tương đối.
Đây chỉ là một số lệnh G-code cơ bản, và có nhiều lệnh khác để kiểm soát các chức năng
và thiết lập khác. Các lệnh G-code được viết thành dòng trong tệp tin G-code, mỗi dòng chứa
một lệnh và có thể có các tham số đi kèm.

31. 14
Hình 3.1 Hình ảnh minh họa về 2 câu lệnh của gcode
Vì cơ cấu bàn vẽ hoa văn trên cát là 2 trục X, Y và chỉ cần di chuyển đơn giản nên chỉ cần
các câu lệnh gcode đơn giản như G0, G1, G2, G3.
3.2 Động cơ bước
Động cơ bước (hay còn gọi là Stepper motor) là một loại động cơ điện được thiết kế để
chuyển đổi các tín hiệu điều khiển đầu vào thành các bước chuyển động diskrit (rõ ràng). Thay
vì tạo ra chuyển động liên tục như đa số các loại động cơ khác, động cơ bước chỉ chuyển đổi
giữa các vị trí cụ thể, gọi là "bước". Mỗi bước là một góc quay cố định, và động cơ bước sẽ
xoay một bước mỗi lần nhận một xung tín hiệu từ nguồn điều khiển.
Hình 3.2 Hình ảnh động cơ bước
Gồm có 2 bộ phận chính là roto và stato. Roto là phần chuyển động của động cơ, bao gồm
một hoặc nhiều nam châm có hướng từ tính cố định. Rôto được gắn trên trục chuyển động của
động cơ. Stator là phần không chuyển động và là phần cố định của động cơ. Stator bao gồm
một lõi từ chứa các cuộn dây dẫn điện. Các cuộn dây này được kết nối với nguồn điều khiển và
tạo ra từ trường từ tính. Bộ điều khiển bên ngoài sẽ đảm nhận việc điều khiển động cơ bước.
Bộ điều khiển và động cơ phải giữ nguyên vị trí cũng như quay đến vị trí ngẫu nhiên.
Nó này hoạt động bằng cách nhận và xử lý các xung điện không liên tục. Khi dòng điện
được cấp vào các cuộn dây điều khiển của động cơ bước, nó làm cho phần rôto xoay một góc,
được gọi là "bước". Các bước này là những chuyển động rõ ràng và xác định, cho phép định vị
chính xác trong các ứng dụng của nó.

32. 15
Mỗi bước tương ứng với một góc quay cố định, thường là 1.8 độ cho các động cơ bước
thông dụng. Điều này cho phép động cơ bước di chuyển một góc chính xác và kiểm soát vị trí
một cách đáng tin cậy.
Góc bước là đại lượng quan trọng trong động cơ bước, nó thể hiện góc quay của trục bằng
một xung điều khiển. Góc bước được tính theo cấu trúc cụ thể của động cơ và cách thức điều
khiển động cơ. Nhờ vào góc bước, động cơ có khả năng chuyển đổi các tín hiệu xung thành các
bước chuyển động diskrit, giúp định vị và kiểm soát chính xác vị trí của rôto.
Đặc tính mở máy của động cơ là một yếu tố quan trọng, nó được đo bằng tần số xung cực
đại mà động cơ vẫn có thể mở máy mà không gây ra đồng bộ. Tính năng này đảm bảo rằng
động cơ bước có thể khởi động một cách ổn định và trơn tru, tránh tình trạng mất bước hay mất
vị trí ban đầu khi bắt đầu hoạt động.
Cách điều khiển chiều quay của động cơ bước khác biệt so với các động cơ truyền thống.
Chiều quay không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự xung được cấp cho
các cuộn dây. Thường thì việc cấp xung cho các cuộn dây được thực hiện theo chiều kim đồng
hồ hoặc ngược lại, tùy vào thiết kế cụ thể của động cơ. Điều này giúp kiểm soát hướng quay
của động cơ bước một cách linh hoạt và chính xác.
Động cơ này được dùng phổ biến trong các ứng dụng như máy CNC, máy in 3D, ...
Ưu điểm của động cơ bước bao gồm khả năng giữ vị trí chính xác, không cần sử dụng hệ
thống phản hồi, đơn giản trong cấu trúc và dễ điều khiển.
Động cơ bước được chia thành 3 loại chính:
Động cơ bước biến từ trở
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Động cơ bước hỗn hợp/lai
3.2.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Động cơ bước dùng nam châm vĩnh cửu được thiết kế có roto là một nam châm có đặc
tính là vĩnh cửu và stato có nhiều răng, mỗi răng có quấn các vòng dây. Các cuộn dây pha được
đặt có cực tính khác nhau. Tạo nên điều kiện cho động cơ bước hoạt động ổn định, chính xác
trong việc chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành các bước chuyển động rõ ràng.
Hình 3.3 Cấu tạo của động cơ bước điển hình

33. 16
Các cuộn dây pha được đặt có cực tính khác nhau. Tạo nên điều kiện cho động cơ bước
hoạt động ổn định, chính xác trong việc chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành các bước chuyển
động rõ ràng.
Ban đầu, stato và roto của động cơ nằm ở phase A. Khi chúng ta cấp điện cho 2 cuộn
dây B, D thì trong 2 cuộn sẽ bắt đầu có các cực tính. Vì cực tính của roto và cuộn dây pha đối
diện nhau, dẫn đến việc rôto di chuyển đến vị trí tương ứng với phase B. Trạng thái này thường
được gọi là "phase B on" hay "phase B được kích hoạt". Sau khi các cuộn dây B, D ngắt điện,
tiếp tục cấp điện cho cuộn dây A và B, roto lại tiếp tục chuyển động đến vị trí tương ứng với
phase C. Trạng thái này thường được gọi là "phase C on" hay "phase C được kích hoạt". Như
vậy, việc kích hoạt các cuộn dây pha khác nhau tạo ra các bước chuyển động liên tục, giúp
động cơ bước hoạt động một cách đáng hiệu quả và tin cậy.
Hình 3.4 Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Công thức tính góc bước của động cơ được xác định dựa trên số răng trên statoZs, và góc
bước của động cơ Sđc:
360
Sdc
Zs
= (3.1)
3.2.2 Động cơ bước biến từ trở
Động cơ bước có thiết kế biến từ trở có cấu tạo tương đồng với động cơ bước nam châm
vĩnh cửu. Góc bước của stato được ký hiệu là Ss và quan trọng trong quá trình hoạt động của
động cơ. Stato của động cơ bước biến từ trở cũng được thiết kế với các cuộn pha đối xứng
nhau, tuy nhiên, cực tính của các cuộn dây pha đối xứng trong động cơ này không giống như
động cơ bước nam châm vĩnh cửu.

34. 17
Roto của động cơ được chế tạo từ thép không từ tính, cho phép nó có khả năng dẫn từ
cao. Khi động cơ mất điện, roto sẽ vẫn quay tự do trong một thời gian trước khi dừng lại hoàn
toàn. Tính năng này đảm bảo sự an toàn và ổn định cho động cơ bước biến từ trong các tình
huống mất điện.
Nguyên lý hoạt động được mô tả như sau:
Hình 3.5 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ trở
Khi động cơ được cấp điện cho pha A (hình a), các cuộn dây pha A được sắp xếp theo cặp
đối xứng nhau với các cực tính là nam (S), bắc (N) cùng nhau. Các cuộn dây này tạo thành các
vòng từ đối xứng. Tương tự, khi cấp điện cho pha B (hình b), động cơ tiếp tục di chuyển theo
nguyên tắc trên với roto ở vị trí tương ứng hình c.
Trong lúc hoạt động, từ trở tạo ra lực momen tác dụng lên trục roto, khiến cho roto
chuyển động theo chiều từ trở suy giảm. Roto sẽ tiếp tục quay đến khi từ trở đạt giá trị nhỏ nhất
và khi lực momen trở thành không, trục động cơ sẽ dừng, roto sẽ đạt được vị trí cân bằng mới.
Quá trình này được lặp đi lặp lại và động cơ sẽ tiếp tục chuyển động liên tục theo thứ tự pha A,
B, C.
Muốn động cơ chuyển động ngược chiều, ta chỉ cần cấp điện cho các cuộn pha theo thứ tự
ngược lại. Động cơ có số pha là Np, động cơ có ổ răng trên roto là Zr và S là góc bước của
động cơ, ta có thể tính toán được công thức tương ứng để kiểm soát quá trình quay và định vị
chính xác:
360
.
S
N Z
p r
= (3.2)
3.2.3 Động cơ bước hỗn hợp

35. 18
Động cơ bước hỗn hợp (động cơ bước lai) kết hợp những đặc điểm cấu trúc từ cả động cơ
bước biến từ, động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Điều này giúp động cơ thừa hưởng những ưu
điểm và tính năng của cả hai loại động cơ trên, cung cấp hiệu suất và độ chính xác lớn trong
các ứng dụng đòi hỏi cao.
Stato và roto trong động cơ bước hỗn hợp có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở,
tuy nhiên, số răng của roto và stato không giống nhau. Dẫn đến sự khác biệt trong việc điều
khiển và quyết định góc bước của động cơ. Sự kết hợp linh hoạt giữa cấu trúc này giúp động cơ
bước hỗn hợp hoạt động một cách đáng tin cậy và hiệu quả trong các ứng dụng đa dạng.
Động cơ này là sự kết hợp thông minh giữa hai loại động cơ trên. Nhờ sự kết hợp này,
động cơ bước hỗn hợp sử dụng rộng rãi và được đánh giá cao bởi khả năng kế thừa và tận dụng
những ưu điểm của cả hai loại, mang đến hiệu suất và độ chính xác ưu việt trong các ứng dụng
đa dạng.
Roto của động gồm hai phần: phần trong được làm bằng nam châm vĩnh cửu, phần ngoài
được chế tạo từ lá thép không từ tính và chứa hai đoạn roto. Các răng của hai đoạn roto được
đặt lệch nhau, tạo ra điểm nhấn quan trọng trong cấu trúc của động cơ bước, giúp định vị và
điều khiển chính xác chuyển động của roto trong quá trình hoạt động.
Hình 3.6 Động cơ bước hỗn hợp
Công thức tính góc bước của động cơ bước hỗn hợp::
Sr
S
zs
= (3.3)
Trong đó: Sr là góc giữa 2 răng kề nhau, S là góc bước của động cơ, Zs là số cặp cực trên
stato.
3.2.4 Động cơ bước 2 pha
Các động cơ bước 2 pha ngày nay được dùng rộng rãi và có cấu trúc tương tự động cơ
bước nam châm vĩnh cửu, động cơ bước hỗn hợp. Mặc dù chung về nguyên tắc hoạt động, có
thể được phân loại các động cơ bước 2 pha dựa vào cách đấu dây các cặp cực.

36. 19
Hình 3.7 Cấu tạo của động cơ bước 2 pha
Động cơ bước đơn cực là động cơ bước có cuộn dây pha với ba dây đầu ra. Với một
điểm trung tâm của các cuộn dây được đưa ra ngoài. Khi có điện, hai đầu dây được nối với đầu
âm và dây trung tâm được nối với đầu dương của nguồn điện. Trong khi đó, động cơ bước
lưỡng cực chỉ có cuộn dây pha với hai đầu ra. Gồm đầu dây được nối với nguồn âm và đầu còn
lại được nối với đầu dương của nguồn điện. Động cơ bước có cấu trúc lưỡng cực có cấu tạo
đơn giản hơn động cơ bước đơn cực, nhưng yêu cầu quá trình điều khiển phức tạp hơn.
3.2.5 Các phương pháp điều khiển động cơ bước
Có các phương pháp phổ biến để vận hành động cơ bước như sau:
Hình 3.8 Hình mô tả các phương pháp điều khiển động cơ bước

37. 20
Điều khiển dạng sóng (Wave) là một cách vận hành động cơ bước, trong đó tín hiệu xung
điều khiển được cấp lần lượt cho từng cuộn dây theo thứ tự đã chọn trước đó. Phương pháp này
đơn giản và dễ triển khai.
Điều khiển bước đủ (Full step) là một cách vận hành động cơ bước, trong đó tín hiệu
xung điều khiển được cấp đồng thời cho hai cuộn dây liền kề tiếp nhau. Cách này tạo ra các
bước di chuyển rõ ràng và tuyến tính.
Điều khiển nửa bước (Half step) là một cách vân hành động cơ bước kết hợp cả hai
phương pháp trên. Với cách này, số bước của động cơ bước tăng lên 2 lần so với phương pháp
điều khiển bước đủ và giá trị góc bước nhỏ hơn hai lần. Tuy nhiên, cách này yêu cầu bộ phát
xung phức tạp hơn, nhưng mang lại độ chính xác cao hơn, hạn chế được vấn đề cộng hưởng khi
động cơ hoạt động, động cơ hoạt động êm hơn.
"Điều khiển vi bước (Microstep) là một cách vận hành động cơ bước tiên tiến, cho phép
động cơ ngừng chuyển động và xác định tại vị trí nửa bước giữa 2 bước đủ. Ưu điểm là động
cơ có thể hoạt động với góc bước nhỏ và độ chính xác cao hơn các phương pháp trước. Vì
phương pháp điều khiển này yêu cầu xung cấp có dạng sóng nên động cơ hoạt động êm hơn và
giảm thiểu vấn đề cộng hưởng trong quá trình hoạt động.
3.3 Tổng quan các hệ chuyển động
Nhìn chung, bài toán đặt ra là điều khiển hệ chuyển động trên một mặt phẳng, phổ biến có thể
nhắc đến
Hình 3.9 Hình ảnh các hệ chuyển động phổ biến
3.3.1 Hệ Cartesian
Hay còn gọi là hệ Đề-các, đây gần như là hệ tọa độ cơ bản trong toán học, xác định vị trí
của một điểm (point) trên một mặt phẳng (plane) cho trước bằng một cặp số tọa độ (x, y). Nó
phổ biến và thường được dùng trong công nghiệp và ứng dụng nhiều trong các máy CNC.
Không gian hoạt động của hệ là 1 hình chữ nhật với diện tích bằng tích của x và y.

38. 21
Hệ Cartesian có những ưu điểm như:
-Vì sử dụng hệ trục tọa độ đề - cát nên dễ hiểu và dễ lập trình người dùng có thể dễ dàng định
vị và điều khiển chuyển động trên các trục.
-Thường có cấu trúc ổn định và đơn giản, cho phép chuyển động chính xác trên các trục x, y và
z
-Dễ dàng trong việc sửa chữa.
Nhược điểm như:
-Bị giới hạn về không gian làm việc vì chỉ giới hạn trong một khung hình hộp.
-Các chuyển động xoay không đều
Hình 3.10 Hình ảnh cơ cấu minh họa cho hệ cartesian
3.3.2 Hệ Polar
Hệ chuyển động Polar, hay còn được gọi là hệ Cực, là một hệ tọa độ hai chiều, trong đó
mỗi điểm bất kỳ trên một mặt phẳng được định nghĩa bằng khoảng cách từ điểm đó tới một
điểm gốc (R) và góc đo từ hướng gốc đã được xác định trước (O).
Không gian hoạt động là một hình tròn với bán kính R. Khi áp dụng hệ tọa độ này cho
bàn vẽ tranh cát, ưu điểm giúp người điều khiển dễ dàng trong việc tính toán tọa độ của viên bi.
Một số ưu điểm của hệ Polar như:
Cho phép chuyển động xoay một cách linh hoạt và tự nhiên, phù hợp cho các máy phay
xoay, máy in 3D
Các trục có thể chuyển động với phạm vi làm việc 3600
.
Độ chính xác và đáp ứng nhanh.

39. 22
Còn các nhược điểm như:
Hệ chuyển động Polar có cấu trúc không gian phức tạp nên đòi hỏi một cấu trúc lập trình
phức tạp
Hạn chế trong việc chuyển động tuyến tính.
3.3.3 Hệ SCADA
Hệ SCADA là viết tắt của (Selective Compliance Assembly Robot Arm) giống như một
cánh tay máy robot 2 trục, không gian hoạt động được tính theo phương trình động học thuận.
Ưu điểm của hệ này: hệ nhỏ gọn mà vẫn đáp ứng được không gian hoạt động lớn.
Nhược điểm: việc tính toán vị trí X, Y đòi hỏi sự kiểm soát tốt bài toán động học nghịch
Từ những ưu nhược điểm của các hệ nêu trên, bài toán đặt ra là cần 1 hệ vừa đơn giản
nhỏ gọn về kết cấu cơ khí, vừa dễ dàng trong việc tính toán xác định tọa độ của đầu viên
bi
3.4 Truyền động vít me-đai ốc
Bộ truyền vít me - đai ốc là một loại cơ cấu chuyển chuyển động quay thành chuyển động
tịnh tiến. Truyền động vít me - đai ốc được chia thành hai loại: vít me - đai ốc trượt và vít me -
đai ốc bi.
3.4.1 Cơ cấu vít me - đai ốc trượt
❖ Vít me đai ốc trượt
Vít me đai ốc trượt: Vít me đai ốc trượt là một loại cơ cấu truyền động được sử dụng để
chuyển động trượt tuyến tính. Về cơ bản nó được kết hợp giữa hai bộ phận chính là trục vít me
và đai ốc trượt. Thành phần vít me có các rãnh xoắn trên bề mặt ngoài, trong khi đai ốc có bề
mặt trong phù hợp với rãnh xoắn của vít me.
Hình 3.11 Hình ảnh vít me đai ốc
Bộ truyền này có những ưu điểm sau:
Tỷ số truyền lớn, độ chính xác truyền động cao.
Truyền động êm ái, có khả năng tự hãm cao.

40. 23
Khả năng chịu tải tốt, tính đồng nhất và độ bền cao.
Truyền động nhanh dựa trên vít me có bước ren và số vòng quay lớn.
Do là chuyển động trượt nên còn có các nhược điểm như
Có thể tạo ra một lực ma sát lớn hơn so với vít me quay
Đòi hỏi định kỳ bảo dưỡng để duy trì độ hiệu quả và tuổi thọ của cơ cấu.
❖ Kết cấu của vít me đai ốc trượt:
Trục vít me thường được chế tạo với 2 kiểu ren chủ yếu
Ren thang góc 300 độ, với một số ưu điểm nổi bật. Gia công của ren này khá đơn giản.
Khi sử dụng với đai ốc bổ đôi, việc đóng mở ren trở nên linh hoạt.
Ren vuông thường được sử dụng trong các máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng.
Kết cấu của vít me nên được chế tạo với hai cổ trục giống nhau để sau một thời gian sử dụng,
có thể lắp đảo ngược vít me để làm cho bề mặt làm việc của nó bị mòn đều ở cả hai bên.
❖ Ổ đỡ vít me:
Ổ đỡ vít me có chức năng đảm bảo chuyển động với độ đảo hướng trục, hướng kính nhỏ.
Có 1 số dạng ổ đỡ vít me sau
Ổ đỡ trục dài (Thrust bearing): Sử dụng với trường hợp lực tác động dọc trục của vít me.
Ổ đỡ trục ngang (Radial bearing): Sử dụng với trường hợp lực tác động vuông góc với
trục vít me.
Ổ đỡ xiên (Angular contact bearing): Sử dụng với trường hợp yêu cầu chịu lực tác động
xiên lên vít me.
Ổ đỡ trục côn (Tapered roller bearing): Sử dụng với trường hợp yêu cầu chịu tải nặng và
chịu lực tác động lớn.
Hình 3.12 Hình ảnh gối đỡ vít me

41. 24
❖ Đai ốc vít me:
Đai ốc liền thường được sử dụng trong các cơ cấu vít me - đai ốc có yêu cầu làm việc ít,
không đòi hỏi độ chính xác cao và có thể có độ hở nhất định giữa các ren. Điều này giúp đơn
giản hóa quá trình sử dụng và giảm chi phí chế tạo.
Ưu điểm của đai ốc liền là tính đơn giản, giá thành thấp và khả năng tự hãm ở mức độ
nhất định. Nhờ những ưu điểm này, đai ốc liền trở thành lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng
đòi hỏi độ chính xác không quá cao và điều kiện làm việc không quá khắc nghiệt.
Đai ốc 2 nửa được sử dụng để đóng và tách đai ốc khỏi vít me khi tiện vít me trên máy
tiện vạn năng. Điều này giúp quá trình tiện vít me trở nên tiện lợi và linh hoạt hơn, giúp cải
thiện hiệu suất làm việc của máy tiện vạn năng.
3.4.2 Cơ cấu vít me đai ốc bi
❖ Vít me đai ốc bi
Vít me đai ốc bi là một hệ thống truyền động phổ biến được ứng dụng rộng trong công
nghiệp và kỹ thuật. Sau đây là một số điểm về cấu tạo và ưu nhược điểm của vít me đai ốc bi:
Cấu tạo:
Vít me đai ốc bi bao gồm hai thành phần chính: vít me và ốc bi. Vít me có hình dạng dạng
xoắn ốc với rãnh dạng V được gọi là "me" và ốc bi có dạng trụ, có rãnh khớp chính xác với
rãnh của vít me. Khi vít me quay, ốc bi sẽ di chuyển theo đường trục của vít, tạo ra chuyển
động truyền động.
Hình 3.13 Hình minh họa vít me – đai ốc bi
Vít me đai ốc bi thường có những đặc điểm như
Vít me đai ốc bi thường có những đặc điểm nổi bật, bao gồm khả năng giảm thiểu tổn thất
ma sát, đem lại hiệu suất cao cho quá trình truyền động. Hiệu suất của vít me đai ốc bi có thể
đạt từ 90 - 95%, giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của cơ cấu.
"Đặc điểm tiếp theo của vít me đai ốc bi là lực ma sát gần như không phụ thuộc vào tốc
độ chuyển động. Điều này đảm bảo chuyển động ở các vận tốc nhỏ vẫn được thực hiện một
cách đáng tin cậy, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và điều chỉnh của hệ thống.

42. 25
Một điểm nổi bật khác của vít me đai ốc bi là hầu như không có khe hở trong mối ghép
giữa các thành phần. Điều này giúp đảm bảo tính cứng vững hướng trục cao và giảm thiểu độ
lệch, tạo ra lực căng ban đầu đáng tin cậy cho cơ cấu truyền động."
Độ chính xác cao: Vít me đai ốc bi có độ chính xác cao trong việc chuyển động và truyền
động. Thiết kế chi tiết và khớp nối chính xác giữa vít me và ốc bi cho phép đạt được độ chính
xác cao trong việc di chuyển và vị trí.
Lực kéo mạnh: Có khả năng chịu lực kéo lớn. Thiết kế xoắn ốc của vít me cung cấp một
lực lớn để vận chuyển và giữ vị trí các ứng dụng truyền động.
Tải trọng cao: Chịu được tải trọng cao. Vì thế nó được sử dụng khi hệ thống yêu cầu độ
bền và khả năng chịu tải cao.
Khả năng tự khóa: Vít me đai ốc bi có khả năng tự khóa, tức là khi tải trọng không hoạt
động lên trục, hệ thống sẽ tự động khóa và giữ vị trí. Điều này giúp duy trì vị trí ổn định và
tránh trượt.
Vì những ưu điểm đó vít me đai ốc bi thường được sử dụng cho những máy cần có truyền
động thẳng chính xác như máy khoan, doa tọa độ, các máy điều khiển chương trình số.
Nhược điểm:
Tốc độ truyền động chậm: So với một số hệ thống truyền động khác như truyền động
bằng đai hoặc xích, vít me đai ốc bi có tốc độ truyền động thấp hơn. Điều này có thể khiến nó
không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao.
Hạn chế trong chiều dài: Vít me đai ốc bi có hạn chế trong việc truyền động trên chiều dài
lớn. Khi chiều dài tăng lên, có thể xảy ra độ lệch và độ chính xác giảm đi.
Tóm lại, vít me đai ốc bi có nhiều ưu điểm như độ chính xác cao, lực kéo mạnh, tải trọng
cao và khả năng tự khóa. Tuy nhiên, nó có hạn chế về tốc độ truyền động và chiều dài. Với
những đặc tính này, vít me đai ốc bi thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính
xác và tải trọng cao.
Hình 3.14 Hình ảnh kết cấu của đai ốc bi
Để giảm ma sát trượt giữa các rãnh của đai ốc và vít me, người ta sử dụng các viên bi
chuyển động liên tục. Những viên bi này được đặt giữa các rãnh của đai ốc và vít me và di
chuyển trên máng nghiêng được thiết kế đặc biệt. Máng nghiêng này giúp dẫn các viên bi từ
rãnh cuối về rãnh đầu, tạo ra ma sát lăn hiệu quả trong quá trình hoạt động của cơ cấu truyền
động.