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 CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
BÀN VẼ TRANH CÁT
GVHD: TS. NGUYỄN VŨ LÂN
SVTH: ĐỖ CÔNG DANH
NGUYỄN THANH PHÁP
NGUYỄN TIẾN NGUYÊN
S K L 0 1 1 2 4 6
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2023

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
Sinh viên thực hiện: MSSV : Lớp : Khóa:
Nguyễn Thanh Pháp 19146230 19146CL1A 2019-2023
Nguyễn Tiến Nguyên 19146223 19146CL4A 2019-2023
Tp.Hồ Chí Minh tháng 07/2023
Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ
TẠO BÀN VẼ TRANH CÁT
Giảng viên hướng dẫn: Ts.Nguyễn Vũ Lân
Đỗ Công Danh 19146163 19146CL1A 2019-2023

3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Bộ môn : Đồ án Tốt Nghiệp
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Học kỳ 2/ năm học 2022-2023
Giảng viên hướng dẫn: Ts.Nguyễn Vũ Lân
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Công Danh MSSV: 19146163 Điện thoại: 0374426066
Nguyễn Thanh Pháp MSSV: 19146230 Điện thoại: 0384332508
Nguyễn Tiến Nguyên MSSV: 19146223 Điện thoại: 0944603359
1. Mã số đề tài: 22223DT158
Tên đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Bàn Vẽ Tranh Cát
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Chúng tôi đã tìm hiểu và tham khảo các nguồn từ Internet và thị trường về các mô hình
bàn và phương pháp trang trí bàn. Qua quá trình này, chúng tôi đã đánh giá tiềm năng và nhu
cầu về việc tạo hình mô hình trên lớp cát dưới đáy mặt kính trong suốt của bàn.
3. Nội dung chính của đồ án:
Thiết kế và chế tạo một mô hình bàn kính có hình dạng là một mặt bàn hình chữ nhật
với kích thước 70x76x50cm. Mô hình bàn này có khả năng tạo hình 2D trên một lớp cát dày
khoảng 2mm, được đặt trên mặt khay phẳng dưới đáy tấm kính trong suốt của bàn. Được hoạt
động và điều khiển trên hệ Corexy.
4. Các sản phẩm dự kiến:
Báo cáo đồ án tốt nghiệp (pdf), bản báo cáo power point, bản vẽ thiết kế cơ khí,
poster và video, mô hình thực tế
5. Ngày giao đồ án:
6. Ngày nộp đồ án: 18/07/2023
7. Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh Tiếng Việt
Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh Tiếng Việt

4. TRƯỞNG KHOA
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
Được phép bảo vệ
(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

5. i
LỜI CAM KẾT
- Tên đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Bàn Vẽ Tranh Cát
- GVHD: Ts.Nguyễn Vũ Lân
- Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Pháp
- MSSV: 19146230 Lớp: 19146CL1A
- Địa chỉ sinh viên: 210/13 Đường số 11, Trường Thọ, Thủ Đức
- Số điện thoại liên lạc: 0384332508
- Email: 19146230@student.hcmute.edu.vn
- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) : 18/07/2023
- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khoá 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 nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2023
Ký tên

6. i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến tất cả quý Thầy
Cô của trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM nói chung cũng như quý Thầy Cô bộ môn
Cơ Điện Tử nói riêng đã hết lòng giúp đỡ và truyền đạt những kiến thức vô cùng hữu ích cho
chúng em trong suốt khoảng thời gian đang theo học tại trường. Đồng thời chúng em xin cảm
ơn sự giúp đỡ tận tình từ Thầy Nguyễn Vũ Lân hiện đang là giảng viên hướng dẫn đồ án tốt
nghiệp của chúng em.
Để có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của chương trình đào tạo Công nghệ Kỹ thuật
Cơ điện tử thuộc khoa Đào tạo Chất lượng cao, nhóm đã thực hiện đề tài “THIẾT KẾ CHẾ
TẠO BÀN VẼ TRANH CÁT”. Với mong muốn được tìm tòi, học hỏi, nghiên cứu và phát
huy niềm đam mê với ngành Kỹ thuật Điện này, chúng em mong rằng sẽ nhận được những ý
kiến đóng góp chân thành và hỗ trợ quý báu từ các Thầy Cô giảng viên trong hội đồng để có
thể giúp chúng em hoàn thiện hơn các kỹ năng của bản thân cũng như vững vàng kiến thức
hơn để tiếp xúc với thực tế công việc.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 12 năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện
Đỗ Công Danh - Nguyễn Thanh Pháp – Nguyễn Tiến Nguyên

7. i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO BÀN VẼ TRANH CÁT
Đồ án nhằm giới thiệu một cách khái quát về mô hình bàn vẽ tranh cát và ứng dụng
của sản phẩm này trong lĩnh vực trang trí nội thất, trong lĩnh vực giải trí kết hợp với các yếu
tố công nghệ để theo đuổi kịp kết quả của cách mạng công nghiệp 4.0. Sau quá trình tìm hiểu
và thực hiện các nội dung trong đề tài, nhóm đã đặt ra những vấn đề và giải quyết từng bước
giúp cho đồ án mang tính logic và hoàn thiện hơn. Trong quá trình thực hiện đề tài, các tài
liệu tham khảo được sử dụng là tiếng Việt và tiếng Anh, cộng hưởng sự hướng dẫn của các
Thầy, tiếp xúc với các anh chị đã có kinh nghiệm giúp nhóm có được nhiều kiến thức hữu ích
trong thời gian làm đồ án.
Trong đó, đề tài này nghiên cứu này bao gồm: bản vẽ thiết kế 2D, bản vẽ thiết kế 3D
phần cơ khí của bàn vẽ tranh cát, sơ đồ đấu nối dây điện của hệ thống điều khiển, các linh
kiện được sử dụng để chế tạo bàn vẽ tranh cát, lưu đồ giải thuật các chương trình điều khiển
và những thông tin về cách điều khiển mô hình này thông qua webserver và ứng dụng riêng
biệt dùng để điều khiển, đặc biệt là mô hình hoạt động ổn định của bàn vẽ tranh cát. Ngoài ra,
đề tài còn có những hình ảnh sản phẩm, mô hình thực tế được nhóm xây dựng trong quá trình
nghiên cứu. Kết quả cho thấy nhóm nghiên cứu đã cơ bản chế tạo thành công mô hình demo
bàn vẽ tranh cát và mô hình đã hoạt động cơ bản ổn định.

8. i
PROJECT SUMMARY
RESEARCH - DESIGN - FABRICATION OF SAND ART
DRAWING TABLE
The project aims to provide a general overview of the sand painting drawing board
model and its applications in interior decoration, combining entertainment elements with
technological advancements to keep up with the results of the Fourth Industrial Revolution.
After conducting research and implementing the project's contents, the team has identified
issues and step-by-step solutions to make the project more logical and comprehensive. During
the project's implementation, reference materials in both Vietnamese and English were used,
along with guidance from instructors and interactions with experienced individuals, which
helped the team acquire valuable knowledge throughout the project duration.
The research project includes various aspects such as 2D design drawings, 3D design
drawings of the mechanical parts of the sand painting drawing board, wiring diagrams of the
control system, components used in manufacturing the drawing board, algorithm flowcharts
of control programs, and information on how to control this model through a web server and
dedicated application. Particularly, the project focuses on the stable operation of the sand
painting drawing board. Additionally, the project includes images of the product and real-life
models constructed by the team during the research process. The results show that the research
team has successfully created a functioning demo model of the sand painting drawing board,
which operates stably.

9. i
MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT.........................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................................i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ...................................................................................................................i
MỤC LỤC ................................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................................i
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................................i
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI........................................................................................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......................................................................................3
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................................3
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................................3
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................3
1.5 Phương pháp nghiên cứu................................................................................................4
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận ..........................................................................................4
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể........................................................................4
1.6 Kết cấu của đề tài ...........................................................................................................5
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ...........................................................7
2.1 Bàn vẽ tranh cát – Nội thất thông minh của thế hệ mới.................................................7
2.2 Đặc tính của hệ thống.....................................................................................................7
2.3 Kết cấu của hệ thống ......................................................................................................9
2.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài.............................................................................11
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......................................................................................14
3.1 Giới thiệu về hệ thống bàn vẽ tranh cát........................................................................14
3.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Bàn Vẽ Tranh Cát...........................................................16
3.3. Hệ Thống Di Chuyển...................................................................................................16
3.4 Động Cơ Bước..............................................................................................................17
3.4.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu ........................................................................18
3.4.2. Động cơ bước biến từ trở ......................................................................................19
3.4.3 Động cơ bước hỗn hợp...........................................................................................20

10. i
3.4.4. Động cơ bước 2 pha ..............................................................................................21
3.4.5. Các phương pháp điều khiển động cơ bước..........................................................21
3.4. Sống trượt dẫn hướng..................................................................................................22
3.5. Truyền động đai...........................................................................................................23
3.6 Cơ sở lý thuyết về lập trình ..........................................................................................24
3.6.1 React.......................................................................................................................24
3.6.2 UART.....................................................................................................................25
3.6.3 HTML ....................................................................................................................26
3.6.4 Thư viện FastLED:.................................................................................................27
3.6.6.Nginx:.....................................................................................................................29
3.6.7 Node js: ..................................................................................................................31
3.6.8 Npm trong Node.js.................................................................................................31
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ, XÂY DỰNG
BÀN VẼ TRANH CÁT.........................................................................................................33
4.1 Thông số thiết kế ..........................................................................................................33
4.2 Phương hướng và giải pháp thực hiện..........................................................................33
4.2.1 Giải pháp 1 .............................................................................................................33
4.2.2 Giải pháp 2 .............................................................................................................34
4.2.3 Giải pháp 3 .............................................................................................................34
4.3 Lựa chọn giải pháp 2 ....................................................................................................35
4.4 Trình tự công việc tiến hành.........................................................................................35
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH BÀN VẼ TRANH CÁT .....................37
5.1 Thiết Kế Khung Máy....................................................................................................37
5.2 Thiết kế cụm trục XY:..................................................................................................38
5.2.1 Kết cấu truyền động XY: .......................................................................................38
5.2.2 Lựa chọn bộ truyền: ...............................................................................................39
5.2.3 Thiết kế sơ bộ cụm trục XY:..................................................................................40
5.2.4 Tính toán thiết kế sống trượt dẫn hướng:...............................................................41
5.2.5 Tính toán lựa chọn động cơ cụm trục XY.........................................................49
5.3 Mặt bàn, nam châm và bi nam châm............................................................................52
5.3.1 Mặt bàn...................................................................................................................52
5.3.2 Nam châm ..............................................................................................................52
5.3.3 Viên bi nam............................................................................................................53
5.4 Thiết kế và gia công các chi tiết...................................................................................54
5.5 Xây dựng kết nối hệ thống điện và mạch điều khiển ...................................................55

11. i
5.5.1 Khối Nguồn............................................................................................................56
5.5.2 LED Dây 5050 RGB WS2812 60 LED/m 5VDC .................................................58
5.5.3 Nút Nhấn Nhả DS-318...........................................................................................60
5.5.4. Công tắc E-TEN1121............................................................................................61
5.5.5 Board Arduino Mega 2560 ....................................................................................61
5.5.6 Mạch điều khiển ramp 1.6......................................................................................63
5.5.7 Mạch điều khiển Raspberry Pi 4 (4GB RAM).......................................................65
5.5.8 Mạch điều khiển động cơ bước TMC2209 ............................................................67
5.5.9 Kết nối TMC 2209 với mạch điều khiển Ramp 1.6...............................................69
5.5.10 Kết nối Ramp 1.6, TCM 2209 với Arduino Mega 2560......................................70
5.6 Sơ đồ khối liên kết điều khiển......................................................................................71
5.7 Sơ đồ mạch điện ...........................................................................................................71
5.8 Lập trình điều khiển......................................................................................................72
5.8.1 Giao tiếp ssh vào Rasberry Pi bằng Vscode để lâp trình:......................................72
5.8.2 Cấu hình Marlin Firmware:....................................................................................72
5.8.3 Thuật toán điều khiển.............................................................................................74
5.8.4. Sử dụng Repiter-Host để chạy thực nghiệp Marlin : ............................................75
5.8.5 FastedLed Library..................................................................................................75
5.8.6 Sử dụng nginx để tạo server:..................................................................................76
5.8.7 Lập trình điều khiển:..............................................................................................76
5.8.8 Lâp Trình React: ....................................................................................................79
5.8.9 Lâp Trình Chuyển File Ảnh Sang Gcode: .............................................................81
CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH – ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ...........................84
6.1. Kết quả thi công mô hình ............................................................................................84
6.2 Thực nghiệm, phân tích, đánh giá kết quả....................................................................86
6.2.1 Thực nghiệm, đánh giá độ chính xác của điểm trước và sau khi chỉnh thanh ray. 86
6.2.2 Thực nghiệm và đánh giá về độ chính xác khi khảo sát đường thẳng...................88
6.2.3 Thực nghiệm và đánh giá về độ chính xác khi vẽ góc vuông................................89
6.2.4 Thực nghiệm và đánh giá về độ chính xác khi vẽ cung tròn. ................................90
6.2.4 Thực nghiệm và đánh giá về độ chính xác về thời gian.........................................91
6.3 Đánh giá hoạt động của cơ cấu .................................................................................93
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................94
7.1 Kết Luận .......................................................................................................................94
7.2 Hướng phát triển...........................................................................................................94

12. i
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................96
PHỤ LỤC..................................................................................................................................I
I. Các bản vẽ nhóm đã thực hiện........................................................................................I
II. Các bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp..................................................................................VI

13. i
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Chương 1:
Hình 1. 1 Bàn vẽ tranh cát .......................................................................................................1
Chương 2:
Hình 2. 1 Bàn vẽ tranh cát – Nội thất thông minh của thế hệ mới ..........................................7
Hình 2. 2 Công ty Sisyphus Industries LLC và một số sản phẩm của họ .............................12
Chương 3:
Hình 3. 1 Sơ đồ hệ thống của bàn vẽ tranh cát ......................................................................14
Hình 3. 2 Bề mặt bàn cát........................................................................................................15
Hình 3. 3 Động cơ bước.........................................................................................................17
Hình 3. 4 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu ...........................................................18
Hình 3. 5 Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu......................................19
Hình 3. 6 Nguyên lý hoạt động động cơ bước biến trừ trở....................................................19
Hình 3. 7 Cấu tạo động cơ bước hỗn hợp..............................................................................20
Hình 3. 8 Động cơ bước 2 pha lưỡng cực và đơn cực...........................................................21
Hình 3. 9 Phương pháp điều khiển động cơ bước .................................................................22
Hình 3. 10 Sống trượt dẫn hướng ..........................................................................................23
Hình 3. 11 Truyền động đai...................................................................................................24
Hình 3. 12 Thư viện React Native .........................................................................................25
Hình 3. 13 Giao thức UART..................................................................................................26
Hình 3. 14 Ngôn ngữ HTML.................................................................................................27
Hình 3. 15 Thư viện FastLED................................................................................................28
Hình 3. 16 Phần mềm Marlin Firmware:...............................................................................29
Hình 3. 17 Máy chủ web Nginx.............................................................................................30
Hình 3. 18 Npm trong Node.js...............................................................................................32
Chương 4:
Hình 4. 1 Bộ khung trong và ngoài........................................................................................33
Hình 4. 2 Hệ thống trục Cartesian .........................................................................................33
Hình 4. 3 Hệ thống trục coreXY............................................................................................34
Hình 4. 4 Hệ thống trục Polar................................................................................................34
Chương 5:
Hình 5. 1 Nhôm 30x30...........................................................................................................37
Hình 5. 2 Khung máy.............................................................................................................37
Hình 5. 3 Sơ đồ nguyên lí chuyển động hệ CoreXY. ............................................................39
Hình 5. 4 Đai GT2 và Pulley. ................................................................................................40
Hình 5. 5 Sơ đồ tính toán trục XY.........................................................................................41
Hình 5. 6 Quy trình tính toán sống trượt dẫn hướng. ............................................................43
Hình 5. 7 Bộ sống trượt mã MGN12C ..................................................................................45

14. i
Hình 5. 8 Thông số kích thước sống trượt dẫn hướng...........................................................45
Hình 5. 9 Sơ đồ tính toán sống trượt dẫn hướng....................................................................46
Hình 5. 10 Các thành phần momen tĩnh cho phép.................................................................47
Hình 5. 11 Bản vẽ động cơ bước ...........................................................................................51
Hình 5. 12 Cụm trục X...........................................................................................................51
Hình 5. 13 Cụm trục X và Y..................................................................................................51
Hình 5. 14 Ván gỗ MDF loại hai mặt tráng nhựa, độ dày 5mm............................................52
Hình 5. 15 Nam châm neodymium hình tròn, size 20x20mm...............................................53
Hình 5. 16 Viên bi nam châm................................................................................................54
Hình 5. 17 Sơ đồ khối hệ thống điện .....................................................................................55
Hình 5. 18 Adapter 5V 2A.....................................................................................................57
Hình 5. 19 Adapter 12V 2A...................................................................................................57
Hình 5. 20 Bộ nguồn raspberry Pi 4 ......................................................................................58
Hình 5. 21 LED Dây 5050 RGB WS2812 60 LED/m 5VDC ...............................................59
Hình 5. 22 Nút Nhấn Nhả DS-318.........................................................................................60
Hình 5. 23 Công tắc E-TEN1121...........................................................................................61
Hình 5. 24 Thông số kích thước Công tắc E-TEN1121 ........................................................61
Hình 5. 25 Board Arduino Mega 2560 ..................................................................................62
Hình 5. 26 Ramp 1.6..............................................................................................................63
Hình 5. 27 Sơ đồ chân của Ramp 1.6 ....................................................................................65
Hình 5. 28Raspberry Pi 4.......................................................................................................65
Hình 5. 29 TMC 2209............................................................................................................67
Hình 5. 30 Sơ đồ khối của TMC 2209...................................................................................68
Hình 5. 31 Sơ đồ khối liên kết điều khiển .............................................................................71
Hình 5. 32 Sơ đồ mạch điện tổng quát...................................................................................71
Hình 5. 33 Chương trình điều khiển ......................................................................................72
Hình 5. 34 Cài đặt Extention SSH trên VS Code ..................................................................72
Hình 5. 35 Giải thuật điều khiển động cơ..............................................................................74
Hình 5. 36 Repiter-Host.........................................................................................................75
Hình 5. 37 FastedLed Library................................................................................................75
Hình 5. 38 Tạo server bằng Nginx.........................................................................................76
Hình 5. 39 Thuật toán khởi tạo ..............................................................................................77
Hình 5. 40 Giải thuật điều khiển led......................................................................................77
Hình 5. 41 Giải thuật điều chỉnh PlayList: ............................................................................78
Hình 5. 42 Lưu đồ giải thuật upload file................................................................................78
Hình 5. 43 Lưu đồ giải thuật Track Manager ........................................................................79
Hình 5. 44 Code lập trình giao diện.......................................................................................79
Hình 5. 45 Giao diện chạy động cơ .......................................................................................80
Hình 5. 46 Giao diện Menu chọn hình vẽ..............................................................................80
Hình 5. 47 Giao diện điều khiển led ......................................................................................81
Hình 5. 48 Giao diện Menu chọn hình vẽ..............................................................................82
Hình 5. 49 Hình ảnh ví du......................................................................................................82
Hình 5. 50 Hình ảnh ví du sau khi chuyển sang dạng ‘point’ ...............................................83
Hình 5. 51 Giao diện tổng thể để xuất ra file gcode..............................................................83

15. i
Chương 6:
Hình 6. 1 Mô hình khi chưa đặt cát .......................................................................................84
Hình 6. 2 Hình vẽ khi hoàn thành 2.......................................................................................84
Hình 6. 3 Hình vẽ khi hoàn thành 3.......................................................................................84
Hình 6. 4 Hình vẽ khi hoàn thành 3.......................................................................................85
Hình 6. 6 Mạch điện điều khiển khi hoàn thành....................................................................85
Hình 6. 7 Nút Nhấn................................................................................................................85
Hình 6. 8 Hệ thống di chuyển CoreXY .................................................................................86
Hình 6. 9 Dây đai và puly đạng hoạt động ............................................................................86
Hình 6. 10 Viên bi đang hoạt động trên cát...........................................................................86
Hình 6. 11 Khảo sát vị trí bi...................................................................................................87
Hình 6. 12 Bảng khảo sát vị trí trục X...................................................................................87
Hình 6. 13 Bảng khảo sát vị trí trục Y...................................................................................88
Hình 6. 14 Bảng khảo sát đường thẳng chiều dài 10 cm .......................................................89
Hình 6. 15 Vẽ hình vuông......................................................................................................89
Hình 6. 16 Hình Bảng khảo sát khi vẽ hình vuông................................................................90
Hình 6. 17 Thực nghiệm vẽ hình tròn....................................................................................90
Hình 6. 18 Hình bảng khảo sát hình tròn bán kính 10 cm.....................................................91
Hình 6. 19 Thực nghiệm vẽ hình vuông kích thước 180x180mm.........................................91
Hình 6. 20 Biểu đồ thời gian vẽ hình vuông của cơ cấu........................................................92

16. i
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 Thông số đai GT2......................................................................................................40
Bảng 2 Ký hiệu series sống trượt...........................................................................................42
Bảng 3 Các cấp độ chính xác của sống trượt.........................................................................44
Bảng 4 Dung sai kích thước của các cấp chính xác...............................................................44
Bảng 5 Lựa chọn sức căng ban đầu. ......................................................................................47
Bảng 6 Hệ số an toàn tĩnh......................................................................................................48
Bảng 7 Hệ số tải.....................................................................................................................48
Bảng 8 Thiết kế gia công các chi tiết.....................................................................................55
Bảng 9 Linh kiện cần dùng....................................................................................................56
Bảng 10 Sơ đồ chân LED ......................................................................................................59
Bảng 11 Sơ đồ chân Raspberry Pi 4 ......................................................................................66

17. 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0,
việc ra đời của nội thất thông minh để đáp ứng nhu cầu sống ngày càng cao của con người là
cần thiết. Tuy nhiên, nội thất thông minh đặc biệt là bàn vẽ tranh cát tự động đang có giá
thành rất cao và khó thay thế linh kiện sửa chữa. Do đó, việc giảm chi phí sản xuất để giảm
giá thành của sản phẩm trong thị trường hiện nay để những người có điều kiện trung bình
cũng có thể tiếp cận được với bàn vẽ tranh cát là cần thiết.
Hình 1. 1 Bàn vẽ tranh cát
Đề tài bàn vẽ tranh cát đang trở nên ngày càng cấp thiết và quan trọng trong nhiều khía
cạnh. Nó mang đến một không gian đặc biệt, nơi con người có thể tìm thấy sự thư giãn và
sáng tạo trong cuộc sống hiện đại với áp lực và căng thẳng liên tục. Việc tạo ra môi trường
thuận lợi cho sự thư giãn và sáng tạo trở thành điều cần thiết để duy trì sự cân bằng trong cuộc
sống.
Đồng thời, đề tài này kết hợp giữa nghệ thuật và khoa học, khuyến khích sự tương tác và
sáng tạo. Nghiên cứu về bàn vẽ tranh cát không chỉ giúp chúng ta hiểu về quá trình sáng tạo
mà còn khám phá các phương pháp khoa học và kỹ thuật để tạo ra những tác phẩm độc đáo.
Bàn vẽ tranh cát cũng có tiềm năng ứng dụng đa dạng trong giáo dục và trải nghiệm học
tập. Nó có thể được sử dụng để tạo ra môi trường học tập sáng tạo, khuyến khích tư duy phản
biện và khám phá. Đồng thời, việc tham gia vào bàn vẽ tranh cát cung cấp trải nghiệm học
tập thực tế và tương tác, giúp học sinh và sinh viên hiểu sâu hơn về các khái niệm và nguyên
lý khoa học.
Nghiên cứu về đề tài này cũng đóng góp vào việc bảo tồn và truyền bá giá trị văn hóa.
Bàn vẽ tranh cát có nguồn gốc từ các nền văn hóa và truyền thống đặc biệt, và thông qua
nghiên cứu, chúng ta có thể duy trì sự đa dạng văn hóa và thúc đẩy sự tôn trọng và hiểu biết
giữa các cộng đồng.
Một khía cạnh quan trọng khác là khám phá mối liên hệ giữa con người và tự nhiên. Bàn
vẽ tranh cát tạo ra sự gắn kết giữa con người và tự nhiên thông qua việc làm việc với cát và

18. 2
tạo ra những hình ảnh và mẫu đồng nghĩa với sự tương tác với môi trường xung quanh. Nghiên
cứu về đề tài này mở ra những cơ hội để hiểu sâu hơn về mối quan hệ giữa con người và môi
trường sống, cũng như khám phá sự cân bằng và hài hòa với thiên nhiên.
Tóm lại, đề tài bàn vẽ tranh cát mang lại không chỉ không gian sáng tạo và thư giãn, mà
còn tích hợp nghệ thuật và khoa học, ứng dụng rộng rãi trong giáo dục và trải nghiệm học tập,
bảo tồn và truyền bá văn hóa, cùng với khám phá mối liên hệ giữa con người và tự nhiên. Do
đó, đề tài này đáng được quan tâm và nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại và
đóng góp vào sự phát triển và cân bằng trong cuộc sống.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài bàn vẽ tranh cát (sand table) mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng trong
nhiều lĩnh vực. Sau đây là một số điểm nổi bật về ý nghĩa của đề tài này:
+ Tư duy không gian và sáng tạo: Bàn vẽ tranh cát khuyến khích sự phát triển của tư duy
không gian và khả năng sáng tạo. Việc tạo hình và vẽ trên bề mặt cát đòi hỏi sự tưởng tượng
và tư duy không gian để tạo ra những hiệu ứng thị giác độc đáo. Nó cũng khuyến khích sự
sáng tạo trong việc thiết kế và xây dựng các phong cảnh và mô hình.
+ Giáo dục và truyền thông: Bàn vẽ tranh cát có thể được sử dụng trong giáo dục để trực
quan hóa các khái niệm và thu hút sự quan tâm của học sinh. Nó cung cấp một cách tương tác
và thú vị để học về địa lý, lịch sử, khoa học và nhiều lĩnh vực khác. Ngoài ra, bàn vẽ tranh
cát cũng có thể được sử dụng trong truyền thông để truyền đạt thông tin một cách tương tác
và gây ấn tượng.
+ Kiến trúc và quy hoạch đô thị: Bàn vẽ tranh cát có ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực
kiến trúc và quy hoạch đô thị. Nó cho phép kiến trúc sư và nhà quy hoạch tạo ra mô phỏng và
mô hình thử nghiệm về các thiết kế kiến trúc và quy hoạch đô thị. Điều này giúp hiểu rõ hơn
về tương tác không gian và tạo ra sự thích nghi và cải thiện trong quá trình thiết kế.
+ Nghiên cứu và phát triển công nghệ: Đề tài bàn vẽ tranh cát cũng có ý nghĩa trong việc
nghiên cứu và phát triển công nghệ liên quan. Nó thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ
mới, bao gồm cả cảm biến, hệ thống điều khiển và phần mềm, để tạo ra môi trường bàn vẽ
tranh cát tốt hơn và tăng cường tính tương tác và hiệu suất.
+ Giải trí và thư giãn: Bàn vẽ tranh cát mang lại giá trị giải trí và thư giãn cho người
dùng. Nó là một hoạt động sáng tạo và thú vị, giúp giảm căng thẳng và tạo ra sự thư thái.
Người dùng có thể tạo ra các tác phẩm nghệ thuật tạm thời trên bề mặt cát và thưởng thức quá
trình tạo ra và biến mất của chúng.
Đề tài bàn vẽ tranh cát (sand table) có ý nghĩa khoa học và thực tiễn đa dạng. Nó ứng
dụng rộng rãi trong giáo dục, truyền thông, kiến trúc, nghiên cứu công nghệ và giải trí. Đồng
thời, nó cũng tạo ra cơ hội để phát triển tư duy không gian, sáng tạo và khám phá.

19. 3
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bàn vẽ tranh cát (sand table) bao gồm những mục tiêu như
sau: Nâng cao hiệu suất và tính tương tác, Một mục tiêu quan trọng là nghiên cứu và phát
triển các công nghệ, phần cứng và phần mềm để nâng cao hiệu suất và tính tương tác của bàn
vẽ tranh cát. Điều này có thể bao gồm việc tối ưu hóa hệ thống cảm biến và độ chính xác,
phát triển giao diện người-máy tối ưu; Phát triển ứng dụng mới: Mục tiêu tiếp theo là phát
triển và nghiên cứu các ứng dụng mới cho bàn vẽ tranh cát. Ví dụ, nghiên cứu có thể tập trung
vào việc sử dụng bàn vẽ tranh cát trong giáo dục và đào tạo, kiến trúc và thiết kế, truyền thông
và giải trí. Phát triển các ứng dụng đa ngành và đa nền tảng có thể mở ra nhiều cơ hội sáng
tạo và ứng dụng cho bàn vẽ tranh cát.
Tối ưu hóa phần cứng và hiệu suất: Mục tiêu khác là tối ưu hóa phần cứng và hiệu suất
của bàn vẽ tranh cát. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc nghiên cứu vật liệu và cấu trúc của
bàn, cải thiện hệ thống điều khiển và phần cứng của động cơ, và tối ưu hóa quá trình vẽ và
xóa trên bề mặt cát. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống ổn định, chính xác và có hiệu suất cao;
Khám phá ứng dụng tiềm năng: Mục tiêu cuối cùng là khám phá và khai thác ứng dụng tiềm
năng của bàn vẽ tranh cát trong các lĩnh vực khác nhau. Nghiên cứu có thể tập trung vào việc
sử dụng bàn vẽ tranh cát trong nghệ thuật, truyền thông quảng cáo, triển lãm và sự kiện, và
thậm chí trong việc tạo ra sản phẩm truyền thông tương tác mới.
1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu hướng đến chủ yếu là bàn vẽ tranh cát, bao gồm các thành phần
phần cứng và phần mềm của nó. Nghiên cứu có thể tập trung vào các yếu tố như cảm biến,
động cơ bước, mạch điều khiển, giao diện người-máy và các thành phần khác liên quan đến
bàn vẽ tranh cát.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu về phần cứng: tập trung vào cấu trúc và vật liệu của bàn vẽ tranh cát, bao gồm
các thành phần như bề mặt cát, viên bi nam châm, khung kết cấu, mạch điều khiển, cảm biến
và động cơ bước. Mục tiêu là tối ưu hóa phần cứng để đảm bảo hiệu suất, độ chính xác và độ
tin cậy của bàn vẽ tranh cát.
Nghiên cứu về điện: Tìm hiểu sâu về những thiết bị điện cần sử dụng, xây dựng các giao
thức kết nối giữa các thiết bị, cảm biến cũng như động cơ. Mục tiêu giúp kết nối vi điều khiển
với phần cứng để hỗ trợ việc lập trình chính xác.
Phạm vi nghiên cứu về phần mềm: Nghiên cứu có thể tập trung vào phát triển và tối ưu
hóa phần mềm điều khiển của bàn vẽ tranh cát. Điều này bao gồm việc phát triển các thuật
toán và giao thức để điều khiển động cơ bước và tương tác với người dùng. Nghiên cứu cũng
có thể tập trung vào phát triển ứng dụng và giao diện người-máy để tạo ra trải nghiệm tương
tác tốt hơn cho người dùng.

20. 4
Phạm vi nghiên cứu về ứng dụng: Đề tài cũng có thể nghiên cứu và khám phá các ứng
dụng của bàn vẽ tranh cát trong các lĩnh vực như giáo dục, nghệ thuật, truyền thông, kiến trúc
và thiết kế. Mục tiêu là tìm hiểu cách bàn vẽ tranh cát có thể được sử dụng để cung cấp giá trị
và trải nghiệm tương tác trong các lĩnh vực này.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp luận
Cơ sở phương pháp luận nghiên cứu bàn vẽ tranh cát (sand table) được xây dựng dựa
trên sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn. Phương pháp này nhằm đảm bảo tính
khoa học và chính xác của quá trình nghiên cứu, đồng thời tạo điều kiện cho việc áp dụng
thực tế và thử nghiệm các ý tưởng trong thực tế.
Trước hết, quá trình nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tìm hiểu các kiến thức liên quan
đến bàn vẽ tranh cát thông qua việc nghiên cứu lý thuyết. Chúng ta sẽ khám phá lịch sử, phát
triển, công nghệ và ứng dụng của bàn vẽ tranh cát. Để có được cái nhìn tổng quan và nền tảng
lý thuyết, sau đó sẽ tìm hiểu thông qua các tài liệu tham khảo, sách báo, nghiên cứu trước đây
và các nguồn thông tin đáng tin cậy khác.
Sau khi nắm vững kiến thức lý thuyết, quá trình thiết kế và chế tạo bàn vẽ tranh cát sẽ
được tiến hành. Điều này yêu cầu sự kết hợp giữa kiến thức kỹ thuật, kỹ năng chế tạo và sáng
tạo. Những kiến thức này sẽ được áp dụng để tạo ra một mô hình bàn vẽ tranh cát chất lượng
cao và đáp ứng được yêu cầu của nghiên cứu.
Tiếp theo, các thử nghiệm sẽ được tiến hành để đánh giá hiệu suất và tính năng của
bàn vẽ tranh cát. Quá trình thử nghiệm có thể bao gồm đo lường hiệu suất, kiểm tra chất lượng
vẽ, đánh giá khả năng sử dụng và độ bền của sản phẩm. Kết quả từ các thử nghiệm này sẽ
cung cấp thông tin cần thiết để đánh giá và cải thiện sản phẩm. Dữ liệu thu thập được từ các
thử nghiệm sẽ được phân tích và xử lý để đưa ra kết luận và nhận định về hiệu suất và tính
năng của bàn vẽ tranh cát. Phương pháp này sẽ sử dụng các công cụ và phần mềm phân tích
dữ liệu để đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy của kết quả.
Cuối cùng, quá trình so sánh và đánh giá sẽ được tiến hành để so sánh bàn vẽ tranh cát
với các sản phẩm tương tự có sẵn trên thị trường và đánh giá tính cấp thiết và độ phù hợp của
nó trong lĩnh vực nghệ thuật, trang trí và giải trí. Qua quá trình này, những ưu điểm và hạn
chế của bàn vẽ tranh cát sẽ được xác định.
1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể
Các phương pháp nghiên cứu cụ thể trong đề tài về bàn vẽ tranh cát tạo ra sự kết hợp
giữa nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn, bao gồm nghiên cứu thư mục, thiết kế và chế tạo, thử
nghiệm và đánh giá, phân tích và xử lý dữ liệu, và so sánh và đánh giá. Việc kết hợp các
phương pháp này giúp đảm bảo tính khoa học và chính xác của quá trình nghiên cứu và đưa
ra những kết quả ý nghĩa về bàn vẽ tranh cát.

21. 5
Đầu tiên, việc nghiên cứu thư mục giúp xây dựng nền tảng lý thuyết, hiểu rõ về lịch
sử, phát triển và ứng dụng của bàn vẽ tranh cát thông qua việc tìm hiểu các nguồn tài liệu và
nghiên cứu trước đây.
Tiếp theo, phương pháp thiết kế và chế tạo đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra
một mô hình bàn vẽ tranh cát chất lượng cao. Bằng cách áp dụng các phương pháp kỹ thuật,
công nghệ và sử dụng vật liệu phù hợp, nhà nghiên cứu có thể thiết kế và chế tạo bàn vẽ tranh
cát đáp ứng các yêu cầu và mục tiêu đã đặt ra. Sau khi hoàn thành việc chế tạo, quá trình thử
nghiệm và đánh giá sẽ được thực hiện để đo lường hiệu suất và tính năng của bàn vẽ tranh
cát. Các thử nghiệm có thể bao gồm đánh giá chất lượng vẽ, khả năng sử dụng và độ bền của
sản phẩm. Việc thu thập dữ liệu từ các thử nghiệm sẽ cung cấp thông tin quan trọng để đánh
giá khả năng và giới hạn của bàn vẽ tranh cát.
Dữ liệu thu thập từ các thử nghiệm sẽ được phân tích và xử lý để đưa ra kết luận và
nhận định về hiệu suất và tính năng của bàn vẽ tranh cát. Bằng cách sử dụng các phương pháp
và công cụ phân tích dữ liệu, nhà nghiên cứu có thể tìm ra các mẫu, xu hướng và mối quan
hệ trong dữ liệu, từ đó đưa ra những nhận định rõ ràng.
Cuối cùng, quá trình so sánh và đánh giá được thực hiện để so sánh bàn vẽ tranh cát
với các sản phẩm tương tự đã có trên thị trường và đánh giá tính cấp thiết và độ phù hợp của
nó trong lĩnh vực nghệ thuật, trang trí và giải trí. Việc so sánh giúp đưa ra nhận định tổng thể
về bàn vẽ tranh cát so với các giải pháp hiện có và đánh giá sự đột phá và sáng tạo của nó.
1.6 Kết cấu của đề tài
Kết cấu của Đồ Án Tốt Nghiệp sẽ được xây dựng theo các phần chính tương ứng với
các chương như sau:
+ Chương 1: Giới thiệu đề tài. Phần giới thiệu giải thích về đề tài, mục tiêu nghiên cứu,
lý do chọn đề tài và ý nghĩa của nghiên cứu về bàn vẽ tranh cát. Nó cũng bao gồm việc
trình bày vấn đề nghiên cứu và tầm quan trọng của nó trong lĩnh vực nghệ thuật và giải
trí.
+ Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. Phần này trình bày một cái nhìn tổng quan
về bàn vẽ tranh cát, bao gồm lịch sử, phát triển và ứng dụng của nó. Nghiên cứu trước
đây về bàn vẽ tranh cát cũng có thể được trình bày để xác định tình hình hiện tại và
các khía cạnh cần nghiên cứu thêm. Đồng thời hần này mô tả các phương pháp nghiên
cứu được sử dụng trong đề tài, bao gồm nghiên cứu thư mục, thiết kế và chế tạo, thử
nghiệm và đánh giá, phân tích và xử lý dữ liệu, và so sánh và đánh giá. Mỗi phương
pháp được trình bày chi tiết để cho thấy quy trình và các bước cụ thể được thực hiện.
+ Chương 3: Cơ sở lí thuyết. Cơ sở lý thuyết của đề tài bàn vẽ tranh cát (sand table) sẽ
nghiên cứu và khám phá các khía cạnh quan trọng liên quan đến nguyên lý vật lý, nghệ
thuật và thiết kế, tâm lý và thị giác, công nghệ và kỹ thuật, cũng như ứng dụng và giá
trị của nó.

22. 6
+ Chương 4: Phương hướng và các giải pháp về thiết kế, xây dựng bàn vẽ tranh cát.
Phần này chúng ta sẽ tìm hiểu về các thông số thiết kế, các giải pháp thiết kế hiện có
trên thị trường, nêu được giải pháp của nhóm chọn để phát triển đề tài. Cuối cùng là
lên kế hoạch chi tiết trình tự thực hiện đề tài.
+ Chương 5: Tính toán, thiết kế mô hình bàn vẽ tranh cát. Phần này trình bày về quá
trình thiết kế và chế tạo bàn vẽ tranh cát. Nó bao gồm các yếu tố cần thiết để tạo ra một
mô hình bàn vẽ tranh cát chất lượng cao, bao gồm thiết kế kết cấu, vật liệu sử dụng,
công nghệ áp dụng và các yêu cầu kỹ thuật khác.
+ Chương 6: Thử nghiệm, đánh giá và phân tích kết quả. Phần này mô tả quá trình
thử nghiệm và đánh giá hiệu suất và tính năng của bàn vẽ tranh cát. Nó có thể bao gồm
các tiêu chí đánh giá, quy trình thử nghiệm và phương pháp đo lường để đo lường chất
lượng vẽ, khả năng sử dụng và độ bền của sản phẩm. Sau khi phân tích dữ liệu thu thập
được từ các thử nghiệm và đưa ra kết quả và nhận định về hiệu suất và tính năng của
bàn vẽ tranh cát. Nó có thể sử dụng các phương pháp và công cụ phân tích dữ liệu để
tìm ra mẫu, xu hướng và mối quan hệ trong dữ liệu.
+ Chương 7: Kết luận và đề xuất hướng phát triển: Phần kết luận tóm lược lại các
kết quả chính của nghiên cứu và trả lời các câu hỏi nghiên cứu. Nó cũng có thể đề xuất
các hướng phát triển tiếp theo, công việc nghiên cứu có thể được thực hiện để nâng
cao bàn vẽ tranh cát và ứng dụng của nó.
+ Ngoài ra còn có tài liệu tham khảo: Cuối cùng, danh sách các tài liệu tham khảo
được sử dụng trong quá trình nghiên cứu sẽ được liệt kê để đảm bảo tính chính xác và
đáng tin cậy của thông tin được trình bày.

23. 7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 Bàn vẽ tranh cát – Nội thất thông minh của thế hệ mới
Nội thất thông minh là một khái niệm mới xuất hiện trong thời gian gần đây, chúng
được tạo ra từ yêu cầu có hiệu quả sử dụng cao, ứng dụng được nhiều lĩnh vực linh hoạt và
có khả năng tiết kiệm chi phí. Với khả năng thực hiện nhiều chức năng đồng thời, có tính chất
hiện đại và có thể thay thế các sản phẩm truyền thống trước đây. Đồ nội thất thông minh đã
và đang được trang bị dưới nhiều hình thức khác nhau, ngày càng đa dụng và hiệu quả hơn.
Bàn vẽ tranh cát đã và đang trở thành 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 tranh cát
có tính thẩm mỹ cao, rất thuận tiện cho việc giải trí, chiếc bàn này vừa có thể vẽ tranh, vừa
có thể được sử dụng làm bể cá hay làm chậu cảnh,… chính tính đa dụng này đã làm nổi bật
sản phẩm so với các sản phẩm nội thất khác. Bàn vẽ tranh cát được thiết kế như là một tác
phẩm điêu khắc động học được tạo ra nhờ lăn một quả bóng qua một lớp cát mỏng trên bề
mặt bàn, nó tạo ra 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.
Hình 2. 1 Bàn vẽ tranh cát – Nội thất thông minh của thế hệ mới
2.2 Đặc tính của hệ thống
- Khả năng tạo hình và vẽ tranh: Hệ thống bàn vẽ tranh cát cung cấp một lớp cát mịn
và mềm trên bề mặt. Người sử dụng có thể sử dụng các công cụ bi sắt hoặc bi thép được
nam châm hút để tạo hình và vẽ tranh trên bề mặt cát. Điều này cho phép tạo ra các hình
dạng, đường nét, và mẫu mã đa dạng theo ý muốn.
- Tương tác trực tiếp với vật liệu và người sử dụng: Bàn vẽ tranh cát cho phép người
sử dụng tương tác trực tiếp với cát. Người dùng có thể sử dụng đầu vẽ nam châm điều
khiển viên bi để di chuyển trên bề mặt cát, tạo ra các dấu vết, đường cong và hình ảnh.
Hệ thống bàn vẽ tranh cát khuyến khích sự tương tác và thích nghi của người sử dụng.

24. 8
Người ta có thể thay đổi và chỉnh sửa những gì đã tạo ra trên bề mặt cát theo ý muốn,
tạo ra sự linh hoạt và sáng tạo không giới hạn.
- Khả năng thay đổi và chỉnh sửa: Một trong những ưu điểm lớn của hệ thống bàn vẽ
tranh cát là khả năng xóa và tạo lại. Khi hoàn thành một tác phẩm, người sử dụng có thể
dễ dàng xóa sạch bề mặt cát và bắt đầu một tác phẩm mới mà không bị giới hạn bởi giới
hạn vật liệu. Điều này khuyến khích sự sáng tạo không giới hạn và sự thay đổi liên tục
trong quá trình tạo hình. Khả năng xóa và tạo lại là một ưu điểm đáng chú ý của bàn vẽ
tranh cát. Nó cho phép bạn khám phá và thử nghiệm nhiều ý tưởng và thiết kế khác nhau
mà không cần lo lắng về việc làm hỏng hoặc mất đi bức tranh trước đó. Điều này tạo ra
một quy trình vẽ linh hoạt và thú vị, cho phép bạn sáng tạo và khám phá không giới hạn
trên bề mặt cát.
- Tính tương tác và sáng tạo: Bàn vẽ tranh cát tạo ra một trải nghiệm tương tác và sáng
tạo cho người sử dụng. Việc tạo ra những hình ảnh động, dấu vết chuyển động và mẫu
vẽ theo ý thích mang lại sự thú vị và sáng tạo trong quá trình vẽ.
- Tính thẩm mỹ và trải nghiệm: Bức tranh cát trên bàn vẽ tranh cát có tính thẩm mỹ cao
và mang đến trải nghiệm độc đáo. Những mẫu vẽ tạo ra trên bề mặt cát có thể tạo ra hiệu
ứng thị giác hấp dẫn và mang lại cảm giác thư thái và thú vị cho người xem.
- Đa dạng hóa mẫu vẽ: Bàn vẽ tranh cát cho phép người dùng tạo ra nhiều loại mẫu vẽ
khác nhau. Từ những hình ảnh tự do, đường nét mềm mại cho đến những hình họa phức
tạp, người dùng có thể thể hiện sự sáng tạo và khám phá đa dạng mẫu vẽ trên bề mặt cát.
- Sự phù hợp cho mọi lứa tuổi: Bàn vẽ tranh cát là hoạt động sáng tạo phù hợp cho mọi
lứa tuổi, từ trẻ em đến người lớn. Việc tạo hình và vẽ tranh trên bề mặt cát không đòi
hỏi kỹ năng nghệ thuật cao, mà tập trung vào sự sáng tạo và trải nghiệm thú vị của người
sử dụng:
+ Trẻ em: Bàn vẽ tranh cát là một hoạt động thú vị và sáng tạo cho trẻ em. Nó khuyến
khích trẻ phát triển tư duy sáng tạo, khả năng tạo hình và tư duy logic. Trẻ em có thể
tạo ra các hình dạng, mẫu với các bi thép trên bề mặt cát, khám phá màu sắc và tạo
ra những câu chuyện theo ý thích của mình. Bàn vẽ tranh cát cũng giúp trẻ rèn kỹ
năng tương tác và phát triển khả năng tập trung.
+ Thanh thiếu niên và người trẻ: Bàn vẽ tranh cát cung cấp một hình thức nghệ thuật
độc đáo và sáng tạo cho thanh thiếu niên và người trẻ. Nó cho phép họ thể hiện cái
tôi và ý tưởng của mình thông qua việc tạo ra các tác phẩm tranh cát độc đáo. Bàn
vẽ tranh cát cũng có thể được sử dụng như một phương tiện thư giãn và giảm căng
thẳng trong cuộc sống học tập và công việc.
+ Người lớn: Bàn vẽ tranh cát không chỉ là một hoạt động giải trí, mà còn là một cách
để người lớn thể hiện sự sáng tạo và giải tỏa stress. Nó có thể được sử dụng như một
hình thức thư giãn và tĩnh lặng, cho phép người lớn thư giãn tâm trí và khám phá khả

25. 9
năng sáng tạo của mình. Bàn vẽ tranh cát cũng có thể được sử dụng làm công cụ
giảng dạy hoặc trong các hoạt động nhóm, tạo cơ hội cho người lớn tương tác và
giao tiếp.
+ Người cao tuổi: Bàn vẽ tranh cát có thể là một hoạt động giải trí và thư giãn cho
người cao tuổi. Nó giúp cải thiện khả năng tập trung và thư giãn tinh thần. Bàn vẽ
tranh cát cũng có thể kích thích trí não và giữ trí nhớ linh hoạt, là một hoạt động thú
vị và bổ ích cho người cao tuổi.
- Tính giáo dục và giải trí:
+ Tính giáo dục: Việc sử dụng bi thép trên bề mặt cát của bàn vẽ tranh cát giúp người
tham gia phát triển tư duy không gian. Họ có thể tạo ra các đường cong, hình dạng
và mẫu với sự chính xác và tỉ mỉ, từ đó rèn luyện khả năng quan sát và tư duy không
gian của mình. Đồng thời cho phép người tham gia khám phá và hiểu về các nguyên
lý vật lý như lực hấp dẫn, lực ma sát và lực đẩy. Họ có thể tạo ra các mô hình, thử
nghiệm và quan sát các hiện tượng vật lý trong quá trình tạo hình và di chuyển bi
thép. Bi thép mang đến khả năng tạo ra các đường nét và hình dạng đa dạng trên bề
mặt cát. Người tham gia có thể tạo ra các mẫu hình, tranh vẽ và thậm chí cả câu
chuyện qua việc sử dụng bi thép. Điều này khuyến khích sự sáng tạo và trí tưởng
tượng của họ.
+ Tính giải trí: Việc tạo hình trên bàn vẽ tranh cát mang lại trải nghiệm thú vị và thư
giãn. Người tham gia có thể thỏa mãn sự sáng tạo của mình và tận hưởng quá trình
tạo ra các hình ảnh và mẫu với bi thép trên bề mặt cát. cho phép người tham gia tự
do tạo ra các tác phẩm cá nhân. Họ có thể thể hiện ý tưởng, cảm xúc và cái tôi của
mình thông qua việc vẽ tranh và tạo hình với bi thép, mang lại sự thỏa mãn và giải
trí cá nhân. Bàn vẽ tranh cát cũng tạo ra cơ hội cho sự tương tác xã hội. Người tham
gia có thể chia sẻ ý tưởng, cùng nhau tạo ra các tác phẩm và khám phá sự sáng tạo
của nhau. Điều này tạo ra một môi trường giao lưu, học hỏi và kết nối với nhau.
2.3 Kết cấu của hệ thống
Hệ thống bàn vẽ tranh cát có kết cấu bao gồm các thành phần chính sau đây, hoạt động
cùng nhau để tạo ra trải nghiệm vẽ tranh cát:
- Bề mặt làm việc:
Bàn vẽ tranh cát có bề mặt được làm bằng vật liệu chất lượng cao để đảm bảo chất
lượng và trải nghiệm tốt cho người. Bề mặt này thường được phủ một lớp cát mịn, tạo ra
một không gian tuyệt đẹp để tạo hình và vẽ tranh Thông thường, bề mặt của bàn vẽ tranh
cát được làm bằng các vật liệu sau:
+ Gỗ: Gỗ là một lựa chọn phổ biến cho bề mặt của bàn vẽ tranh cát. Gỗ có độ bền cao,
cung cấp một bề mặt cứng và ổn định để làm việc. Bề mặt gỗ thường được mịn và
phẳng để người sử dụng có thể dễ dàng tạo hình và vẽ tranh trên cát.

26. 10
+ Nhựa: Một số bàn vẽ tranh cát sử dụng bề mặt nhựa để tạo ra một bề mặt mịn và
không thấm nước. Nhựa có thể cung cấp một lớp bảo vệ chống thấm và chống trầy
xước cho bề mặt của bàn vẽ.
+ Kính: Một số hệ thống bàn vẽ tranh cát sử dụng bề mặt kính. Bề mặt kính tạo ra một
bề mặt mịn, phẳng và dễ dàng làm sạch. Nó cũng tạo ra hiệu ứng thẩm mỹ đặc biệt
khi người sử dụng tạo hình và vẽ tranh trên bề mặt cát.
+ Kim loại: Một số bàn vẽ tranh cát có bề mặt kim loại. Kim loại có độ bền cao và cung
cấp một bề mặt cứng và chắc chắn để làm việc. Bề mặt kim loại thường được mạ hoặc
phủ một lớp chất liệu để tạo ra một bề mặt mịn và dễ dàng làm sạch.
+ Quá trình lựa chọn chất liệu bề mặt phụ thuộc vào yêu cầu và mong muốn của người
sử dụng. Mục tiêu chung là đảm bảo rằng bề mặt cung cấp độ mịn, độ bền và tính ổn
định để tạo điều kiện tốt nhất cho việc tạo hình và vẽ tranh trên bàn vẽ tranh cát.
- Hệ thống di chuyển:
Hệ thống di chuyển của bàn vẽ tranh cát có thể được dùng bằng một trong những
kết cấu như sau:
+ Hệ thống vành đai CoreXY: Hệ thống CoreXY sử dụng cơ chế đặc biệt để di
chuyển đầu vẽ trên bề mặt cát. Nó sử dụng hai trục đứng (Y) và hai trục ngang
(X) để di chuyển đầu vẽ. Các động cơ và dây/cáp được sắp xếp một cách đặc
biệt để tạo ra chuyển động chính xác và đồng bộ.
+ Hệ thống Delta: Hệ thống Delta sử dụng cơ chế nắp cầu và các trục đứng để di
chuyển đầu vẽ trên bề mặt cát. Nó có ba cần gạt song song và đầu vẽ được gắn
trên một tay cầm nằm giữa chúng. Khi các cần gạt di chuyển lên xuống, đầu vẽ
sẽ di chuyển theo chuyển động delta trên bề mặt cát.
+ Hệ thống Cartesian: Hệ thống Cartesian sử dụng các trục x, y, và z để di chuyển
đầu vẽ. Đầu vẽ được gắn trên một công tắc trượt dọc theo trục z, trong khi các
trục x và y di chuyển để đưa đầu vẽ đến vị trí mong muốn trên bề mặt cát. Hệ
thống này đơn giản và dễ hiểu.
+ Hệ thống SCARA: Hệ thống SCARA (Selective Compliance Assembly Robot
Arm) sử dụng cấu trúc cánh tay robot để di chuyển đầu vẽ. Nó bao gồm một
cánh tay ngang và một cánh tay dọc. Các cánh tay này cho phép đầu vẽ di
chuyển theo nhiều hướng trên bề mặt cát, tạo ra các đường cong và hình ảnh
độc đáo.
Mỗi hệ thống di chuyển có ưu điểm và hạn chế riêng, dựa vào yêu cầu và mục đích
sử dụng của bàn vẽ tranh cát nhóm em đã chọn hệ thống vành đai coreXY. Hệ thống này
phù hợp với đồ án làm, đảm bảo việc di chuyển được thiết kế chính xác, ổn định và có
khả năng di chuyển một cách chính xác trên bề mặt cát để tạo ra các mẫu vẽ và hình ảnh
mong muốn.

27. 11
- Đầu vẽ: Đầu vẽ là công cụ tạo ra sự tương tác với cát và tạo hình trên bề mặt cát. Đầu
vẽ được gắn nam châm vào hệ thống di chuyển điều khiển viên bi di chuyển trên bề
mặt cát để tạo ra các dấu vết và hình ảnh mong muốn.
- Hệ thống điều khiển: Hệ thống điều khiển quản lý các chức năng và chuyển động
của bàn vẽ tranh cát. Nó bao gồm các bộ vi xử lý, bo mạch điều khiển (như Arduino
hoặc Raspberry Pi), cảm biến và phần mềm điều khiển. Hệ thống điều khiển này cho
phép người sử dụng điều chỉnh tốc độ, hướng di chuyển, đường cong và các yếu tố
khác để tạo ra các mẫu vẽ và hình ảnh trên bề mặt cát.
- Giao diện người dùng: Giao diện người dùng cho phép người sử dụng tương tác và
điều khiển bàn vẽ tranh cát. Giao diện này có thể bao gồm màn hình cảm ứng, các
nút điều khiển, bộ điều khiển từ xa, hoặc điều khiển bằng Web Server để thay đổi
thiết lập, chọn mẫu vẽ hoặc tạo ra các hình ảnh tự do trên bề mặt cát.
2.4 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Bàn vẽ tranh cát 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 một quả bóng thép, một lớp cát
mỏng trên bề mặt chuyển động cùng với công nghệ CNC để biến những chiếc bàn bình thường
trong cuộc sống hang 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 bị kết án dưới hình thức lăn một tảng đá
lên núi 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.

28. 12
Hình 2. 2 Công ty Sisyphus Industries LLC và một số sản phẩm của họ
"Bàn cát tương tác thực tế tăng cường cho ứng dụng quân sự" của Michael Oleksik và
Peter Wonka. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một hệ thống bàn cát tương tác
thực tế tăng cường cho các ứng dụng quân sự. Hệ thống kết hợp mô hình cát vật lý với các
lớp tương tác tăng cường được chiếu ánh lên để nâng cao hoạt động lập kế hoạch và đào tạo
quân sự.
"Bàn cát: Một giao diện hữu hình cho kế hoạch hợp tác" của Takeo Igarashi, Satoshi
Matsuoka và Hidehiko Tanaka. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một giao diện
hữu hình (tangible interface) cho việc kế hoạch hợp tác. Hệ thống bàn cát cho phép người
dùng sử dụng cát và các đối tượng vật lý khác để thực hiện việc lập kế hoạch và trao đổi ý
tưởng một cách trực quan và tương tác.
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước
Theo tìm hiểu của nhóm, hiện tại trong nước vẫn chưa có đơn vị nào sản xuất bàn vẽ
tranh cát để sản phẩm đến tay người dùng với giá cả và chất lượng hợp lí. Các sản phẩm trên
thị trường thiên về các sáng chế tự phát được lên ý tưởng từ phiên bản bàn vẽ tranh cát của
tác giả Bruce Shapiro
2.5. Các tồn tại của hệ thống
Hệ thống bàn vẽ tranh cát (sand table) là một công cụ sáng tạo và giáo dục độc đáo.
Tuy nhiên, như mọi hệ thống khác, nó cũng có một số tồn tại và hạn chế. Dưới đây là một số
tồn tại của hệ thống bàn vẽ tranh cát:
Một số tồn tại mà nhóm đã khắc phục:
+ Khả năng tạo ra một mình: Hệ thống bàn vẽ tranh cát thường được thiết kế để một
người sáng tạo có thể tạo ra một bức tranh cát. Điều này có thể giới hạn khả năng
tương tác và cộng tác của nhiều người cùng một lúc. Điều này có thể khắc phục bởi
việc sử dụng hệ thống CoreXY giúp điều khiển viên bi hoạt động một mình để tạo
ra một bức tranh như mong muốn.
+ Hạn chế về màu sắc: Bàn vẽ tranh cát thường sử dụng các màu sắc tự nhiên của cát,
do đó, không thể tạo ra các màu sắc đa dạng như trong tranh vẽ truyền thống. Điều
này có thể hạn chế sự đa dạng và sáng tạo trong việc tạo ra tranh cát. Qua đó có thể
thêm Led điều khiển ở bên ngoài tác động lên cát tạo ánh sáng đa dạng về màu, giúp
bức tranh sinh động hơn.
+ Chi phí và phức tạp: Hệ thống bàn vẽ tranh cát có thể đòi hỏi một số lượng lớn linh
kiện và công nghệ phức tạp như động cơ, hệ thống di chuyển, bộ điều khiển và phần
mềm. Điều này có thể tăng chi phí và đòi hỏi kiến thức kỹ thuật cao để thiết kế, lắp
đặt và vận hành. Ở nước ngoài chi phí bán ra của một bàn vẽ tranh cát ngoài thị
trường rất đắt. Nên nhóm đã cố gắng giảm tải phần chi phí để giúp hệ thống có thể
quản bá và được sử dụng nhiều hơn đối với tất cả mọi người.

29. 13
+ Khả năng lưu giữ và bảo quản: Hệ thống bàn vẽ tranh cát có thể đòi hỏi một không
gian đáp ứng để lưu trữ và bảo quản. Đồng thời, việc bảo quản tranh cát cũng có thể
gặp khó khăn, đặc biệt khi cần di chuyển hoặc lưu trữ trong thời gian dài. Nên nhóm
đã thiết kế khung bàn có kích thước tương thích với khung hệ CoreXY đáp ứng
được việc lưu trữ và bảo quản cát.
- Những hạn chế:
+ Yêu cầu kỹ thuật cao: Để đạt được chính xác và đồng bộ trong việc vẽ trên bề mặt
cát, hệ thống bàn vẽ tranh cát đòi hỏi kiến thức kỹ thuật cao và kỹ năng lập trình để
cấu hình và điều khiển các linh kiện và phần mềm.
+ Bảo trì và sửa chữa: Hệ thống bàn vẽ tranh cát có thể đòi hỏi sự bảo trì và sửa chữa
định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả và tránh sự cố. Việc bảo trì và sửa chữa có
thể phức tạp và đòi hỏi kiến thức kỹ thuật.
+ Giới hạn về vật liệu: Bàn vẽ tranh cát chỉ hoạt động trên bề mặt cát và có giới hạn
trong việc sử dụng vật liệu khác. Điều này có thể hạn chế trong việc sáng tạo và tạo
ra đa dạng trong các tác phẩm vẽ.
+ Khó khắc phục sai sót: Một khi tranh cát đã được vẽ, việc sửa chữa hoặc thay đổi
nó có thể khó khăn. Cát đã được đặt một lần sẽ không dễ dàng để thay đổi hình dạng
và vị trí. Điều này có thể làm hạn chế sự linh hoạt và điều chỉnh trong quá trình sáng
tạo. Vậy nên có thể thiết kế bộ khung ngoài có thể tháo mở một cách dễ dàng cũng
như việc mặt bàn đựng cát có thể tháo ra bằng ốc vít giúp đổ cát ra bên ngoài dễ
dàng hơn.

30. 14
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Giới thiệu về hệ thống bàn vẽ tranh cát
Bàn vẽ tranh cát, hay còn được gọi là bàn cát nghệ thuật (sand table), là một loại bàn được
thiết kế đặc biệt để tạo ra các hình ảnh và mẫu với cát. Nó cung cấp một môi trường sáng tạo
và tương tác, cho phép người sử dụng sáng tạo và tạo hình bằng cách di chuyển viên bi sắt
hoặc bi nam châm trên cát. Bàn vẽ tranh cát có kết cấu gồm 3 phần chính: phần cơ khí, phần
điện, phần điều khiển.
Hình 3. 1 Sơ đồ hệ thống của bàn vẽ tranh cát
Bàn vẽ tranh cát thường được làm từ vật liệu chất lượng cao, như gỗ hoặc kim loại, để
đảm bảo độ bền và sự ổn định khi sử dụng. Bề mặt của bàn thường được phủ một lớp cát mịn
Bàn Vẽ
Tranh
Cát
Phần
Cơ
Khí
Phần
Điện
Phần
Lập
Trình
Truyền động
các trục
Đai
Bộ điều hướng
nam châm
Bộ phận điều
khiển
Bộ phận chấp
hành
Raspberry Pi 4
Arduino Mega 2560
Arduino Uno R3
Động Cơ Bước
Nút Nhấn
Công Tắc
Phần mềm
Inventor/ Solidword
Phần mềm
điều khiển

31. 15
và trơn, tạo nên một không gian màu trắng hoặc màu cát tự nhiên để tạo ra các tác phẩm nghệ
thuật.
Hình 3. 2 Bề mặt bàn cát
Việc sử dụng bàn vẽ tranh cát cho phép người sáng tạo tự do tạo ra các hình ảnh, mẫu
đồng thời khám phá các yếu tố nghệ thuật như đường nét, màu sắc, hình dạng và cảm xúc.
Bàn vẽ tranh cát có thể được sử dụng như một công cụ học tập, nơi người sử dụng có thể
khám phá các khái niệm khoa học, học tập về địa lý, thiên văn học, hoặc tái hiện các sự kiện
lịch sử. Một ưu điểm lớn của bàn vẽ tranh cát là khả năng xóa sạch tác phẩm và bắt đầu một
lần nữa. Điều này cho phép người sử dụng thể hiện sự sáng tạo và thay đổi ý tưởng một cách
linh hoạt, đồng thời khuyến khích sự sáng tạo và sự thử nghiệm trong quá trình tạo hình.
Bàn vẽ tranh cát không chỉ được sử dụng trong các hoạt động nghệ thuật cá nhân, mà còn
trong giáo dục, trò chơi đội nhóm, và các hoạt động thư giãn. Nó cung cấp một cách thú vị và
tương tác để truyền đạt ý tưởng và cảm xúc, đồng thời giúp giảm căng thẳng và tạo ra một
không gian thư giãn. Đây là một công cụ đa dụng và linh hoạt, khuyến khích sự sáng tạo và
tương tác. Nó đem lại nhiều lợi ích trong việc truyền tải ý tưởng, học tập và thư giãn. Từ việc
phát triển kỹ năng nghệ thuật cho đến khám phá khoa học và kỹ thuật, bàn vẽ tranh cát là một
nguồn cảm hứng và cung cấp một cách mới mẻ để tạo nên những tác phẩm độc đáo.
Nói tóm lại bàn vẽ tranh cát là một công cụ sáng tạo và độc đáo cho phép con người thể
hiện sự sáng tạo và tưởng tượng của mình thông qua sự kết hợp giữa cát và ánh sáng. Đây
không chỉ là một phương pháp trang trí nội thất mới mà còn mang đến trải nghiệm tuyệt vời
cho người sử dụng. Việc tạo ra những tác phẩm nghệ thuật độc đáo trên bàn vẽ tranh cát
không chỉ mang lại sự thư giãn mà còn thể hiện cái tôi và cái đẹp của mỗi cá nhân. Với sự kết
hợp giữa nghệ thuật và công nghệ, bàn vẽ tranh cát mang đến những trải nghiệm mới mẻ và
hấp dẫn. Người sử dụng có thể thỏa sức sáng tạo, tạo ra những hình ảnh và mẫu tranh theo ý
thích của mình. Điều này mở ra không gian cho sự tự do và khám phá, khơi nguồn cảm hứng
và sự sáng tạo không giới hạn.
Bàn vẽ tranh cát không chỉ đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ mà còn mang lại những giá trị giáo
dục. Việc sử dụng cát để tạo ra những hình ảnh và mẫu tranh khác nhau có thể giúp trẻ em

32. 16
phát triển trí tưởng tượng và khả năng sáng tạo. Nó cũng giúp cải thiện khả năng tư duy logic
và khả năng quan sát, thúc đẩy sự phát triển toàn diện của trẻ. Ngoài ra, bàn vẽ tranh cát còn
có tính ứng dụng cao trong lĩnh vực trang trí nội thất và sự kiện. Với khả năng tạo ra những
tranh vẽ tinh tế và phong cách riêng, bàn vẽ tranh cát trở thành một công cụ không thể thiếu
trong các buổi triển lãm, sự kiện, hay không gian trưng bày. Nó tạo nên điểm nhấn và thu hút
sự chú ý của khách tham quan, mang đến trải nghiệm độc đáo và đẳng cấp.
3.2. Nguyên Lý Hoạt Động Của Bàn Vẽ Tranh Cát
Nguyên lý vẽ trên cát trong bàn vẽ tranh cát dựa trên việc tạo ra sự khác biệt về độ sâu
và vị trí của các hạt cát trên bề mặt cát. Các chuyển động và tác động của công cụ vẽ tạo ra
các rãnh, dấu vết và mô hình trên bề mặt cát, trong khi ánh sáng tạo ra sự khác biệt ánh sáng
giữa các vùng cao và thấp trên bề mặt, tạo nên hình ảnh và mẫu vẽ.
Khi bàn vẽ tranh cát hoạt động, công cụ vẽ viên bi nam châm được di chuyển trên bề
mặt cát. Công cụ này tạo ra các chuyển động như vẽ, chấm, hay xoá trên bề mặt cát. Nhờ các
chuyển động này, các hạt cát trên bề mặt được sắp xếp và thay đổi độ sâu và vị trí của chúng.
Khi công cụ vẽ di chuyển, nó tạo ra một lực tác động lên cát. Cát bị biến dạng và sắp
xếp theo lực này, tạo ra các rãnh, dấu vết hoặc mô hình trên bề mặt cát. Độ sâu và hình dạng
của các vết vẽ phụ thuộc vào lực tác động, tốc độ di chuyển và thiết kế của công cụ vẽ.
Các hạt cát trên bề mặt tạo thành một bề mặt không đồng nhất, với các vùng có độ cao
khác nhau. Khi ánh sáng chiếu xuống, các vùng cao hơn và vùng thấp hơn trên bề mặt cát tạo
ra sự khác biệt ánh sáng, tạo nên hiệu ứng hình ảnh. Điều này làm cho các hình vẽ, mẫu và
mô hình trên bề mặt cát trở nên rõ ràng và có sự phong phú trong việc tái tạo hình ảnh.
Để tạo ra các hình ảnh và mẫu vẽ chi tiết và chính xác hơn, việc điều khiển chính xác
các thông số như áp lực, tốc độ và hướng di chuyển của công cụ vẽ là rất quan trọng. Điều
này có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng các hệ thống điều khiển chính xác như hệ
thống CoreXY và các phương pháp điều khiển động cơ chính xác.
3.3. Hệ Thống Di Chuyển
Hệ thống CoreXY là một hệ thống di chuyển phổ biến được sử dụng trong bàn vẽ tranh
cát và các ứng dụng khác. Hệ thống này sử dụng hai động cơ để di chuyển công cụ vẽ trên bề
mặt cát. Dưới đây là một mô tả chi tiết về hệ thống CoreXY:
Nguyên lý hoạt động: Hệ thống CoreXY hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác giữa
hai dây cáp hoặc thanh truyền động. Hai dây này được kết hợp theo kiểu "X" và "Y" để tạo
ra chuyển động xác định. Khi các động cơ di chuyển theo phương x hoặc y, công cụ vẽ sẽ di
chuyển theo quỹ đạo được xác định bởi sự tương tác của hai dây cáp hoặc thanh truyền động.
Cấu trúc: Hệ thống CoreXY bao gồm một cấu trúc khung được thiết kế để hỗ trợ và
điều khiển chuyển động của công cụ vẽ. Khung thường có dạng hình chữ nhật hoặc hình
vuông và có thể được làm bằng vật liệu như hợp kim nhôm hoặc thép. Khung cũng bao gồm
các thanh trượt hoặc vòng bi để đảm bảo di chuyển mượt mà của công cụ vẽ.

33. 17
Động cơ: Hệ thống CoreXY sử dụng hai động cơ để di chuyển công cụ vẽ. Các động
cơ thông thường là động cơ bước (stepper motor) hoặc động cơ servo (servo motor), tùy thuộc
vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Các động cơ này được đặt ở các vị trí phù hợp để tạo ra
chuyển động theo phương x và y.
Dây cáp hoặc thanh truyền động: Hệ thống CoreXY sử dụng hai dây cáp hoặc thanh
truyền động để chuyển động từ các động cơ đến công cụ vẽ. Dây cáp hoặc thanh truyền động
được kết hợp theo kiểu "X" và "Y" và được gắn vào công cụ vẽ. Khi các động cơ di chuyển,
dây cáp hoặc thanh truyền động sẽ kéo và đẩy công cụ vẽ theo hướng và quỹ đạo mong muốn.
Điều khiển: Hệ thống CoreXY được điều khiển bằng một bộ điều khiển như Arduino
hoặc Raspberry Pi. Bộ điều khiển này nhận tín hiệu từ nguồn điều khiển, như máy tính hoặc
bàn điều khiển, và gửi lệnh điều khiển cho các động cơ. Bằng cách điều chỉnh tốc độ, hướng
di chuyển và xung bước (step pulse), bộ điều khiển đảm bảo chuyển động chính xác và đồng
bộ của công cụ vẽ.
Hệ thống CoreXY cho phép di chuyển chính xác và đồng bộ của công cụ vẽ trên bề
mặt cát. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống này đảm bảo sự ổn định và chính xác
trong việc tạo ra các hình ảnh và mẫu vẽ trên bề mặt cát.
3.4 Động Cơ Bước
Động cơ bước (stepper motor), thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các
tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc
quay.
Hình 3. 3 Động cơ bước
Động cơ bước được cấu tạo từ hai bộ phận chính là stator (bộ phận cố định) và rotor
(bộ phận quay). Stator thường được làm từ nam châm vĩnh cửu hoặc từ tính của các khối răng
nhẹ, trong khi rotor có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc các khối răng nhẹ với từ tính. Động cơ
bước được điều khiển bởi bộ điều khiển ngoài, và hệ thống này được thiết kế sao cho động
cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như quay đến bất kỳ vị trí nào được điều
khiển.
Động cơ bước có thể được sử dụng trong cả hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản
hoặc vòng kín. Tuy nhiên, khi sử dụng động cơ bước trong hệ thống điều khiển vòng hở và

34. 18
đối mặt với quá tải, đôi khi các giá trị của động cơ có thể bị mất và hệ thống cần phải được
đồng bộ hóa lại.
Động cơ bước hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiếp nhau. Khi có
dòng điện hay điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước làm cho roto của động
cơ quay một góc nhất định gọi là bước của động cơ.
Góc bước là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển. Góc bước
được xác định dựa vào cấu trúc của động cơ bước và phương pháp điều khiển động cơ bước.
Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy
mà không làm cho roto mất đồng bộ.
Chiều quay động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ
tự cấp xung cho các cuộn dây.
Động cơ bước được chia thành 3 loại chính là:
- Động cơ bước biến từ trở.
- Động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
- Động cơ bước hỗn hợp/lai.
3.4.1 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng
trên mỗi răng có quấn các vòng dây. Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau.
Hình 3. 4 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu có 2 cặp cuộn pha được
trình bày ở hình:
Ban đầu, vị trí của stator (cuộn dây pha) và rotor đang ở trạng thái phase A. Khi cấp
điện cho hai cuộn dây pha B và D, chúng sẽ tạo ra cực tính trong cuộn dây và rotor. Vì cực
tính của cuộn dây pha và rotor ngược nhau, điều này dẫn đến việc rotor chuyển động đến vị
trí như hình (phase B on). Khi hai cuộn dây pha B và D ngắt điện và cuộn dây A và B được
cấp điện, thì rotor lại chuyển động đến vị trí như hình (phase C on).

35. 19
Hình 3. 5 Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu
Gọi số răng trên stato là Zs, góc bước của động cơ là Sđc, góc bước của động cơ này
được tính theo công thức sau:
360
dc
s
S
Z
= Equation Section (Next)(1.1)
3.4.2. Động cơ bước biến từ trở
Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo tương tự như động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
Nó cũng bao gồm stator với các cuộn dây pha đối xứng nhau, tuy nhiên các cuộn dây pha đối
xứng này có cùng cực tính khác so với động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Góc bước của stator
là Ss.
Roto của động cơ bước biến từ trở được cấu tạo từ thép non, có khả năng dẫn từ cao.
Do đó, khi động cơ mất điện, roto vẫn tiếp tục quay tự do trước khi dừng hoàn toàn. Nguyên
lý hoạt động của động cơ bước biến từ trở được thể hiện như hình.
Hình 3. 6 Nguyên lý hoạt động động cơ bước biến trừ trở
Khi cấp điện cho pha A (hình a), từng cặp cuộn dây A bố trí đối xứng nhau có cùng
cực tính là nam (S) và bắc (N). Lúc này các cuộn dây hình thành các vòng từ đối xứng.

36. 20
Khi cấp điện cho pha B (hình b). Lúc này từ trở trong động cơ lớn, momen từ tác động
lên trục roto làm cho roto quay theo chiều giảm từ trở. Roto quay cho tới khi từ trở nhỏ nhất
và khi momen bằng không thì trục động cơ dừng, roto đạt đến vị trí cân bằng mới.
Tương tự như vật khi cấp điện cho pha C, động cơ hoạt động theo nguyên tắc trên và
roto ở vị trí như hình c. Quá trình trên lặp lại và động cơ quay liên tục theo thứ tự pha A -> B
-> C. Để động cơ quay ngược chiều chỉ cần cấp điện cho các pha theo thứ tự ngược lại.
Gọi số pha của động cơ là Np, ổ răng trên roto là Zr, góc bước của động cơ bước biến
từ trở là S ta tính được công thức sau:
360
.
p r
S
N Z
= (1.2)
3.4.3 Động cơ bước hỗn hợp
Động cơ bước hỗn hợp, còn được gọi là động cơ bước lai, kết hợp đặc trưng cấu trúc
của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ. Stator và rotor trong động cơ
này có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở, nhưng số răng của stator và rotor không
bằng nhau.
Roto của động cơ bước hỗn hợp thường được chia thành hai phần: phần trong là nam châm
vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài bao gồm hai đoạn rotor được chế tạo từ
lá thép không từ. Răng của hai đoạn rotor được đặt lệch nhau.
Điều này tạo ra tính năng kết hợp của cả động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ
bước biến từ, giúp cải thiện hiệu suất và tính linh hoạt của động cơ bước hỗn hợp.
Hình 3. 7 Cấu tạo động cơ bước hỗn hợp
Góc bước của động cơ bước hỗn hợp được tính theo công thức:
r
s
S
S
Z
= (1.3)

37. 21
Trong đó:
S là góc bước của động cơ, Sr là góc giữa 2 răng kề nhau, Zs là số cặp cực trên stato.
Động cơ bước hỗn hợp được sử dụng rộng rãi vì kết hợp các ưu điểm của 2 loại động
cơ trên là động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở.
3.4.4. Động cơ bước 2 pha
Hiện nay, các động cơ bước 2 pha được sử dụng rất phổ biến và chúng có cấu trúc
giống như động cơ bước hỗn hợp và động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên, động cơ
bước 2 pha còn được phân loại dựa vào cách đấu dây các cặp cực. Động cơ bước đơn cực có
cuộn dây pha có ba dây đầu ra. Điểm trung tâm của cuộn dây được đấu ra ngoài. Khi cấp điện,
dây trung tâm được nối với đầu dương của nguồn điện, hai đầu dây còn lại được nối với đầu
âm. Động cơ bước lưỡng cực có cuộn dây pha chỉ có 2 đầu ra. Một đầu dây được nối với
nguồn dương và đầu còn lại được nối với đầu âm của nguồn điện. Động cơ bước lưỡng cực
có kết cấu đơn giản hơn động cơ bước đơn cực, nhưng lại đòi hỏi điều khiển phức tạp hơn để
đảm bảo hoạt động chính xác và mượt mà.
Hình 3. 8 Động cơ bước 2 pha lưỡng cực và đơn cực
3.4.5. Các phương pháp điều khiển động cơ bước
Hiện nay có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước.

38. 22
Hình 3. 9 Phương pháp điều khiển động cơ bước
Điều khiển dạng sóng (Wave): là phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển lần lượt theo
thứ tự chon từng cuộn dây pha.
Điều khiển bước đủ (Full step): là phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho 2
cuộn dây pha kế tiếp nhau.
Điều khiển nửa bước (Half step): là sự kết hợp cả hai phương pháp điều khiển là sóng
và bước đủ. Khi sử dụng phương pháp này, giá trị góc bước nhỏ hơn hai lần và số bước của
động cơ bước tăng lên gấp đôi so với phương pháp điều khiển bước đủ. Tuy nhiên, điều khiển
theo phương pháp này đòi hỏi bộ phát xung điều khiển phức tạp.
là phương pháp mới được áp dụng trong điều khiển động cơ bước, cho phép động cơ
dừng và định vị tại vị trí nửa bước giữa hai bước đủ. Ưu điểm của phương pháp này là động
cơ có thể hoạt động với góc bước nhỏ và độ chính xác cao. Do xung cấp có dạng sóng nên
động cơ hoạt động êm hơn và hạn chế được vấn đề cộng hưởng khi động cơ hoạt động.
3.4. Sống trượt dẫn hướng
Sống trượt dẫn hướng có 2 chức năng cơ bản:
- Dùng để dẫn hướng cho các bộ phận máy như bàn máy, các cụm trục, theo một
quỹ đạo hình học cho trước.
- Định vị đúng các bộ phận tĩnh. Do vậy, sống trượt cần có các yêu cầu sau :

39. 23
+ Đảm bảo độ chính xác tĩnh và độ chính xác di chuyển cho các bộ phận lắp trên
đó. Yêu cầu này chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác gia công sống trượt, cách
bố trí sống trượt phù hợp bề mặt chịu lực. Bố trí sao cho lực tác dụng lên sống
trượt là nhỏ nhất và biến dạng sống trượt là ít nhất.
+ Bề mặt làm việc phải có khả năng chịu mòn cao để đảm bảo độ chính xác lâu
dài. Yêu cầu này phụ thuộc vào độ cứng bề mặt của sống trượt, độ bóng bềmặt
của sống trượt, chế độ bôi trơn và bảo quản sống trượt.
+ Kết cấu sống trượt đơn giản, có tính công nghệ cao.
+ Có khả năng điều chỉnh khe hở khi mòn, tránh được phoi và bụi.
Hình 3. 10 Sống trượt dẫn hướng
Bảo vệ và bội trơn sống trượt :
Bảo vệ sống trượt khỏi bụi bẩn, phoi, … cũng như bôi trơn hợp lý bề mặt sống trượt
có tác dụng làm giảm độ mòn đáng kể của sống trượt và giữ được độ chính xác ban đầu của
sống trượt.
Các phương pháp bảo vệ sống trượt thường dùng như :
- Lắp lá chắn bụi.
- Dùng các chổi quét, lau di động cùng bàn máy.
- Các biện pháp che đậy sống trượt.
Đồng thời với các biện pháp chống bụi là việc bôi trơn sống trượt hợp lý, thông thường
đối với sống trượt tuyến tính hiện nay các nhà chế tạo đều có hướng dẫn bôi trơn cho từng
dòng sống trượt để đảm bảo hiệu quả tốt nhất.
3.5. Truyền động đai
Bộ truyền đai là bộ truyền cơ khí được sử dụng sớm nhất và hiện nay vẫn được sử dụng rông
rãi, có nhiều loại đai như đai thang, đai dẹt, đai răng,….