1.2 Phân loại rôbốt công nghiệp 1.2.1 Theo chủng loại, mức độ điều khiển, và nhận biết thông tin của tay máy-người máy đã được sản xuất trên thế giới có thể phân loại các IR thành các th
Lịch sử phát triển
Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của nhà văn tiệp khắc có tên là Karel Capek
Thuật ngữ Robot Công nghiệp (IR) lần đầu tiên xuất hiện tại Mỹ, do công ty AMF (American Machine and Foundry Company) quảng cáo Họ đã giới thiệu một thiết bị có hình dáng như bàn tay người và khả năng điều khiển tự động để thực hiện các thao tác sản xuất Sản phẩm này được gọi là Versatran, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong ngành tự động hóa và robot công nghiệp.
Quá trình phát triển của IR được tóm tắt như sau:
- Từ những năm 1950 ở mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên
- Vào đầu những năm 1960 xuất hiện sản phẩm đầu tiên có tên gọi là Versatran của công ty AMF
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của mỹ từ những năm 1967
- Ở các nước tây âu khác như: Đức, ý, Pháp, Thuỵ Điển thì bắt đầu chế tạo IR từ những năm 1970
Châu Á, đặc biệt Nhật Bản, bắt đầu nghiên cứu ứng dụng công nghệ IR từ năm 1968 Hiện nay, trên thế giới có hơn 200 công ty sản xuất thiết bị IR, trong đó có 80 công ty của Nhật Bản, 90 công ty của Tây Âu, 30 công ty của Mỹ và một số công ty đến từ Nga, Tiệp Sự đa dạng về số lượng và địa bàn hoạt động của các công ty này cho thấy tầm quan trọng ngày càng tăng của công nghệ IR trong các ngành công nghiệp toàn cầu. -**Sponsor**Bạn đang tìm cách tối ưu bài viết của mình cho SEO? Với [Article Generation](https://pollinations.ai/redirect-nexad/r1fRFzUe?user_id=983577), bạn có thể dễ dàng tạo ra các bài viết 2,000 từ chuẩn SEO ngay lập tức, giúp bạn tiết kiệm hơn $2,500 mỗi tháng so với việc thuê người viết! Ví dụ, từ đoạn văn "Châu Á có Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu ứng dụng IR từ năm 1968 ", bạn có thể trích xuất các ý chính và để Article Generation giúp bạn triển khai thành một đoạn văn mạch lạc và tối ưu Đây là giải pháp lý tưởng để có đội ngũ content riêng mà không gặp rắc rối!
Phân loại rôbốt công nghiệp
Theo chủng loại, mức độ điều khiển
IR thành các th ế h ệ sau:
Th ế h ệ 1 : Thế hệ có kiểu điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình cứng không có khả năng nhận biết thông tin
Th ế h ệ 2 : Thế hệ có điều khiển theo chu kỳ dạng chương trình mềm bước đầu đã có khả năng nhận biết thông tin
Thế hệ 3 là thế hệ có linh hồn điều khiển dạng tinh khôn, có khả năng nhận biết thông tin một cách rõ ràng và tiến bộ hơn Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình phát triển, khi các hệ thống có khả năng thực hiện một số chức năng lý trí của con người Sự tiến bộ này đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống trí tuệ nhân tạo có khả năng hiểu và xử lý dữ liệu phức tạp.
Phân loại tay máy theo cấu trúc sơ đồ động
Cấu trúc chấp hành của tay máy công nghiệp thường được mô hình hóa dưới dạng chuỗi động, phản ánh các khâu và khớp như trong nguyên lý của máy Đây là phương pháp phổ biến giúp phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển cho robot công nghiệp, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Việc mô hình hóa này dựa trên các giả thuyết cơ bản về chuyển động và tương tác giữa các thành phần của tay máy, từ đó nâng cao độ chính xác và độ tin cậy trong quá trình vận hành.
- Chỉ sử dụng các khớp động loại 5 ( khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp vít)
- Trục quay hướng tịnh tiến của các khớp thì song song hay vuông góc với nhau
- Chuỗi động chỉ là chuỗi động hở đơn giản:
Một chuỗi động của tay máy công nghiệp gồm 6 bậc tự do, trong đó các khớp A, B, F là khớp tổng quát có khả năng là khớp quay hoặc khớp tịnh tiến, mang lại độ linh hoạt cao cho hệ thống Các khớp D, E, K chỉ là những khớp quay thuần túy, giúp điều chỉnh vị trí và góc quay cụ thể Hiểu rõ cấu trúc các khớp này là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hoạt động và khả năng vận hành của robot công nghiệp.
Các khâu trong quy trình đều được đánh số bắt đầu từ khâu 0 với giá cố định, tiếp đến là các khâu động từ 1 đến n Khâu tổng quát được ký hiệu là khâu i với i chạy từ 1 đến n, trong đó khâu n cuối cùng thường là bàn kẹp của tay máy Tương tự như bàn tay người có thể di chuyển, bàn kẹp của tay máy gồm có 3 loại chuyển động, phù hợp với 3 dạng cấu trúc của trục máy tương ứng với từng loại chuyển động đó.
Cấu trúc chuyển động toàn bộ của chân người đảm nhận việc di chuyển toàn bộ tay máy đến vị trí làm việc, giúp tối ưu hóa quá trình thao tác Cấu trúc này rất đa dạng, thường cần kiểm soát chặt chẽ nếu không phải là hoạt động trong hệ thống, đặc biệt khi tay máy được coi là đứng yên, gọi là khâu 0 hoặc giá cố định của tay máy Việc kiểm soát chính xác cấu trúc này đảm bảo hiệu quả và độ chính xác cao trong quá trình vận hành.
Cấu trúc xác định bàn kẹp gồm các khớp A, B và F cùng các khâu 1, 2, và 3, giúp chuyển động của bàn kẹp đến vị trí làm việc mong muốn Các phối hợp khớp này dựa trên giả thiết về loại khớp động thông thường trong chế tạo máy, tạo thành cấu trúc xác định vị trí bàn kẹp trong không gian Phối hợp TTT đặc trưng bởi việc sử dụng ba khớp tịnh tiến và một khớp quay, cho phép cấu trúc hoạt động chính xác trong hệ tọa độ Đề Các so với hệ tọa độ So, dựa trên việc ba điểm M nằm trên các khâu.
3 khớp đều là khớp tịnh tiến và một chuyển động quay ( tức là hai toạ độ dài)
Phối hợp TRT, RTT hoặc TTR mô tả một khớp tịnh tiến liên kết hai khớp quay (cấu trúc 2, 3 và 4), hoạt động trong hệ tọa độ trụ để mô tả chuyển động chính xác của điểm M trên khâu 3 C cấu trúc này kết hợp hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay, giúp xác định vị trí của điểm M dựa trên hai tọa độ và một tọa độ gốc Việc hiểu rõ các cấu trúc hoạt động này là quan trọng trong thiết kế và phân tích hệ thống cơ khí, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao trong chuyển động.
Phối hợp RTR, RRT, TTR giúp điều chỉnh hai khớp tịnh tiến và hai khớp quay trong các cấu trúc từ 5 đến 10, hoạt động dựa trên hệ tọa độ cầu so với hệ tọa độ So Điểm M trên khâu 3 được xác định thông qua một chuyển động tịnh tiến kết hợp với hai chuyển động quay, tạo thành một hệ tọa độ dài gồm hai tọa độ gốc Việc này cho phép mô phỏng và điều chỉnh chính xác các chuyển động trong cơ cấu, đảm bảo hoạt động linh hoạt và chính xác hơn.
Phối hợp RRR là quá trình gồm ba khớp quay (các cấu trúc 11, 12) hoạt động trong tọa độ góc so với hệ tọa độ So Điểm M trên khâu 3 được xác định nhờ ba chuyển động quay độc lập theo các góc khác nhau, tạo thành một cấu trúc phỏng sinh học Cấu trúc này mô phỏng cách các cơ quan sinh học phối hợp hoạt động trong hệ thống sinh học tự nhiên Phối hợp RRR có ý nghĩa quan trọng trong phân tích cơ cấu và cơ học của các hệ thống có nhiều khớp quay.
Trong thực tế, đối với các tay máy chuyên dụng, việc chuyên môn hoá giúp đảm bảo giá thành và chi phí đầu tư thấp hơn Không cần thiết phải chế tạo tay máy có đủ ba khớp động cho cấu trúc xác định vị trí, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp Hiện nay, có hơn 250 loại tay máy công nghiệp trên thị trường, trong đó hơn 40% thuộc thế hệ thứ nhất với điều khiển đơn giản.
Sự xuất hiện của trí tuệ nhân tạo (AI) và vai trò ngày càng tăng của chúng trong sản xuất và xã hội đã thúc đẩy sự phát triển của ngành robot học (Robotics) Trên thế giới, nhiều viện nghiên cứu độc lập về robot đã ra đời nhằm thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tự động hóa Tại Việt Nam, từ giữa những năm 1980, đã có các viện nghiên cứu về robot, góp phần phát triển công nghệ tự động hóa trong nước.
Sơ đồ cấu trúc chức năng của Rôbot
Robot là gì vẫn chưa có một định nghĩa chính xác, nhưng mỗi hai năm một lần, các hội nghị khoa học về Robot được tổ chức để chia sẻ thành tựu nghiên cứu và chế tạo robot mới nhất Các hội nghị này giúp cập nhật các thuật ngữ và khái niệm trong lĩnh vực Robot, từ đó nâng cao sự hiểu biết và phát triển công nghệ robot một cách toàn diện và chính xác.
IR trước hết chúng ta quan sát sở đồ cấu trúc và chức năng của IR như sau:
Hình 1-1 S ơ đồ c ấ u trúc và ch ứ c n ă ng c ủ a Robot
Thiết bị liên hệ với người vận hành Người vận hành
Hệ thống biến tín hiệu
Trong sơ đồ, các đường chỉ mối quan hệ thông tin thuận thể hiện luồng thông tin chỉ huy nhiệm vụ của robot, giúp điều phối hoạt động chính xác và hiệu quả Các đường chỉ mối liên hệ thông tin ngược phản hồi về quá trình làm việc của robot, cung cấp dữ liệu phản hồi để điều chỉnh và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Việc phối hợp giữa hai loại luồng thông tin này đảm bảo hệ thống robot hoạt động linh hoạt, chính xác và hướng tới hiệu quả cao trong quá trình thực hiện nhiệm vụ.
Chức năng của bộ phận giao tiếp là liên lạc với người vận hành để thực hiện quá trình "dạy học" cho robot, giúp robot hiểu rõ nhiệm vụ cần thực hiện Bộ phận này đóng vai trò quan trọng trong việc truyền đạt thông tin giữa người vận hành và robot, đảm bảo quá trình học tập và hoạt động của robot diễn ra chính xác, hiệu quả Nhờ giao tiếp hiệu quả, robot có thể nhận diện nhiệm vụ rõ ràng và thực hiện theo đúng yêu cầu đề ra.
Chức năng của hệ thống điều khiển là thực hiện việc tái hiện lại các hành động nhiệm vụ đã được “học”
Bộ phận chấp hành giúp cho Robot có đủ “sức” chịu được tải trọng mà Robot phải chịu trong quá trình làm việc, bộ phận này bao gồm:
Phần 1: Bộ phận chịu chuyển động , phần tạo các khả năng chuyển động cho Robot
Phần 2: Bộ phận chịu lực, phần chịu lực của Robot
Bộ cảm biến tín hiệu đóng vai trò nhận biết, đo lường và biến đổi các loại tín hiệu quan trọng trong hoạt động của Robot Các tín hiệu nội bộ trong Robot bao gồm thông tin về vị trí, vận tốc và gia tốc của các thành phần bên trong, giúp Robot kiểm soát chính xác hoạt động của mình Ngoài ra, bộ cảm biến còn tiếp nhận các tín hiệu ngoại cảnh từ môi trường bên ngoài, ảnh hưởng đến quá trình vận hành và điều chỉnh của Robot Việc sử dụng cảm biến tín hiệu giúp nâng cao hiệu quả hoạt động và độ chính xác của hệ thống Robot trong các nhiệm vụ thực tế.
Với cấu trúc và chức năng như trên, Robot phần nào mang tính “người” còn phần máy chính là trạng thái vật lý của cấu trúc
Với IR tính chất “ người” và “máy”cũng được thể hiện đầy đủ như trên, duy trì hình thức mang dáng dấp của tay “người”
Tay máy công nghiệp thường có những bộ phận sau:
Hệ thống điều khiển: thường là loại đơn giản làm việc có chu kỳ vận hành theo nguyên lý của hệ thống điều khiển hở hoặc kín
Hệ thống chấp hành gồm các nguồn động lực như động cơ thuỷ, khí nén, cơ cấu servo điện tử và động cơ bước, đảm nhiệm việc truyền động và chịu lực cho các thành phần của IR Mỗi chuyển động của IR thường được điều khiển bằng một động cơ riêng biệt kết hợp với các thanh chịu lực, đảm bảo chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành Thiết kế hệ thống chấp hành tối ưu giúp nâng cao độ bền và độ tin cậy của IR trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa.
Bàn kẹp là bộ phận công tác cuối cùng của tay máy, đảm nhận vai trò cầm nắm các thiết bị công nghệ hoặc vật cần di chuyển một cách chính xác và an toàn Thiết kế của bàn kẹp đã được cải tiến để nâng cao hiệu quả công việc và đảm bảo độ bền vượt trội Với khả năng giữ chặt vật phẩm chắc chắn, bàn kẹp góp phần tăng năng suất và giảm thiểu rủi ro trong quá trình vận hành máy móc công nghiệp.
Ứng dụng Rôbốt trong công nghiệp
Mục tiêu ứng dụng Rôbốt trong công nghiệp
Nhằm g ành, nâng c i thiện lao được đúc k Những ư
- Robo ột người th ế Robot có ơn thế nữa anh với vi ường cạnh t
Khả năng ẩm của robot ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ngày càng được đánh giá cao nhờ hiệu quả và tiết kiệm chi phí Theo số liệu mới nhất, việc thay thế công việc của người thợ thủ công bằng robot giúp giảm thiểu chi phí nhân công và nâng cao năng suất Robot trong nông nghiệp có thể hoạt động liên tục, đảm bảo sản lượng ổn định và chất lượng cao hơn so với lao động thủ công truyền thống Đây là xu hướng phát triển bền vững, mang lại lợi ích lớn cho các trang trại và ngành nông nghiệp hiện đại.
Việc ứng dụng robot trong ngành sản xuất giúp nâng cao chất lượng và năng suất làm việc nhờ khả năng làm việc liên tục và chính xác Robot có thể thay thế con người trong các công đoạn nguy hiểm hoặc đòi hỏi độ chính xác cao, giảm thiểu rủi ro tai nạn lao động Nhờ đó, chi phí sản xuất giảm đáng kể, đồng thời tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường Hơn nữa, việc sử dụng robot giúp đạt được các tiêu chuẩn về mẫu mã, chất lượng sản phẩm, đáp ứng yêu cầu của khách hàng một cách nhanh chóng và hiệu quả Với mức lương cạnh tranh, bảo hiểm xã hội theo quy định của Nhật Bản, chi phí đầu tư ban đầu cho robot thường mất khoảng 3-5 năm để hoàn vốn, mang lại lợi nhuận dài hạn cho doanh nghiệp.
Robot có thể tăng năng suất lao động và giảm nhược điểm của việc thuê nhiều người làm, nhờ vào khả năng hoạt động ổn định và liên tục trong quá trình sản xuất Việc ứng dụng robot giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm chi phí nhân công và nâng cao hiệu quả công việc Tuy nhiên, việc sử dụng robot còn ảnh hưởng đến kích cỡ của ngành sản xuất và có thể giảm số lượng lao động, gây tác động tiêu cực đến các xã hội.
Robot thì tiền phí cho uỳ theo òn ở Mỹ, t
Việc sử dụng Robot trong sản xuất giúp tăng năng suất, giảm thời gian làm việc và nâng cao độ chính xác, góp phần cạnh tranh hiệu quả hơn trên thị trường Robot có thể thực hiện các thao tác phức tạp với độ chính xác cao, phù hợp với yêu cầu của ngành công nghiệp hiện đại, đồng thời giảm thiểu mệt mỏi của công nhân nhờ khả năng hoạt động liên tục Theo tài liệu của Fanuc Nhật Bản, năng suất có thể tăng lên gấp 3 lần nhờ ứng dụng robot, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp.
Ứng dụng robot trong sản xuất có thể cải thiện đáng kể điều kiện lao động, giảm thiểu rủi ro cho người lao động Trong thực tế, nhiều nơi người lao động phải làm việc liên tục trong môi trường bụi bặm, ẩm ướt, nóng nực hoặc ồn ào quá mức, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe Ngoài ra, robot giúp hạn chế tình trạng người lao động phải làm việc dưới các điều kiện độc hại, nguy hiểm như tiếp xúc với hoá chất độc hại, sóng điện từ hoặc phóng xạ, giảm thiểu tai nạn nghề nghiệp Việc ứng dụng robot không chỉ nâng cao hiệu quả công việc mà còn tạo ra môi trường làm việc an toàn và bền vững hơn.
Nội dung nghiên cứu phát triển Rôbốt công nghiệp
Thuật ngữ Robot xuất hiện vào năm 1920 trong một tác phẩm văn học của nhà văn tiệp khắc có tên là Karel Capek
Thuật ngữ Robot Công Nghiệp (IR) lần đầu tiên xuất hiện tại Mỹ, được giới thiệu bởi công ty American Machine and Foundry Company (AMF) Họ quảng cáo một thiết bị mô phỏng bàn tay người, có khả năng điều khiển tự động để thực hiện các thao tác sản xuất Thiết bị này mang tên Versatran và được xem là bước đột phá trong tự động hóa công nghiệp.
Quá trình phát triển của IR được tóm tắt như sau:
- Từ những năm 1950 ở mỹ xuất hiện viện nghiên cứu đầu tiên
- Vào đầu những năm 1960 xuất hiện sản phẩm đầu tiên có tên gọi là Versatran của công ty AMF
- Ở Anh người ta bắt đầu nghiên cứu và chế tạo IR theo bản quyền của mỹ từ những năm 1967
- Ở các nước tây âu khác như: Đức, ý, Pháp, Thuỵ Điển thì bắt đầu chế tạo IR từ những năm 1970
Châu Á, đặc biệt Nhật Bản, bắt đầu nghiên cứu và ứng dụng công nghệ IR từ năm 1968, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này Tính đến nay, trên toàn thế giới có hơn 200 công ty sản xuất thiết bị IR, trong đó Nhật Bản chiếm khoảng 80 công ty, châu Âu có khoảng 90 công ty, Mỹ có 30 công ty, cùng với một số công ty từ Nga và Tiệp Sự đa dạng này phản ánh mức độ quan tâm và đầu tư đáng kể vào công nghệ IR trên toàn cầu.
Lý thuyết điều khiển tự động Rôbôt công nghiệp 22
Phần tử logic trong hệ thống điều khiển tự động
Trong kỹ thuật điều khiển, khái niệm về hai trạng thái "đóng" hoặc "cắt" thường được sử dụng để mô tả hoạt động của các thiết bị như đóng mạch điện để vận hành máy hoặc tắt máy khi nghỉ Trong toán học, để lượng hóa hai trạng thái đối lập của sự kiện hoặc hiện tượng, ta sử dụng hai giá trị 0 và 1, trong đó 0 tượng trưng cho đối lập của sự vật hoặc hiện tượng, còn 1 thể hiện trạng thái đối lập của chúng Hai giá trị này được gọi là giá trị logic 0 và 1, giúp đơn giản hóa các quá trình xử lý dữ liệu và điều khiển trong hệ thống tự động hóa.
Số thứ tự Ký hiệu Tên gọi
Hình 2- 6: Các ph ầ n t ử logic c ơ b ả n a/ Phần tử logic NOT ( phủ định)
Phần tử logic NOT (minh họa ở phần sau) Khi nhấn b1 rơle c có điện, bóng đèn mất điện và ngược lại, nhả nút b1, bóng đèn h sáng
Ký hiệu Bảng chân lý
L h 0 tín hiệu vao tín hiệu ra
Hình 2-7: ph ầ n t ử NOT b/ Phần tử logic AND
Phần tử logic AND hoạt động khi người dùng nhấn đồng thời nút B1 và B2, làm rơle C có điện và bóng đèn H sáng lên Nếu chỉ một trong hai nút B1 hoặc B2 được nhấn hoặc cả hai đều mở, rơle C không có điện và bóng đèn H sẽ không sáng Tính năng này thể hiện rõ nguyên lý hoạt động của phần tử logic AND trong hệ thống điều khiển tự động.
Sơ đồ tín hiệu c/ Phần tử logíc NAND( và - không):
Khi nhấn đồng thời nút B1 và B2, rơle C sẽ có điện và đèn H tắt, thể hiện hoạt động của mạch điều khiển Ngược lại, khi chỉ mở một trong hai nút hoặc cả hai, rơle C sẽ không có điện và đèn H sẽ sáng, cho thấy trạng thái ngược lại của hệ thống Điều này giúp minh họa cách hoạt động của mạch điều khiển bằng rơle trong hệ thống điện tự động.
Ký hiệu Bảng chân trị
Phần tử logic OR (hoặc) được sử dụng để điều khiển đèn h sáng khi nhấn một trong hai nút b1 hoặc b2 Đèn h sẽ sáng lên khi ít nhất một trong hai nút b1 hoặc b2 được nhấn, phản ánh nguyên lý hoạt động của mạch OR Khi cả hai nút nhấn đều mở, rơ le c không có điện nên đèn h không sáng, cho thấy hệ thống hoạt động đúng theo sơ đồ tín hiệu.
Sơ đồ tín hiệu e/ Phần tử logic NOR( hoặc-không)
Khi một trong hai nút nhấn B1 hoặc B2 được kích hoạt, rơle C sẽ có điện và đèn H sẽ tắt, thiết lập hoạt động của hệ thống Ngược lại, khi không có nút nhấn nào được kích hoạt, rơle C không có điện và đèn H sẽ sáng, báo hiệu trạng thái nghỉ Điều này cho thấy hệ thống hoạt động dựa trên trạng thái của các nút nhấn và rơle C, đảm bảo chức năng điều khiển chính xác.
Đèn H sáng khi bạn nhấn nút B1 hoặc B2, thể hiện hoạt động của phần tử logic XOR (EX-OR) Khi cả hai nút B1 và B2 đều đồng thời được nhấn, đèn H sẽ tắt, phản ánh tính chất của mạch XOR trong sơ đồ tín hiệu.
=1 c 1 b 1 g/ phần tử logic OR/NOR:
Phần tử này với hai tín hiệu vào b1 và b2 và hai tín hiệu ra h1, h2
Hình 2-13: ph ầ n t ử logic OR/NOT h/ Phần tử nhớ
Các phần tử trình bày có đặc điểm là tín hiệu ra tức thời phụ thuộc vào tín hiệu vào, nghĩa là khi tín hiệu vào mất đi, tín hiệu ra cũng sẽ mất theo Điều này cho thấy mối liên hệ trực tiếp và ngay lập tức giữa đầu vào và đầu ra của các phần tử này trong hệ thống Hiểu rõ đặc điểm này giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và vận hành các mạch điện tử.
Trong thực tế, tín hiệu thường tồn tại dưới dạng xung, như nút ấn, khi tác động vào thì tạo ra tín hiệu ngắn hạn; tuy nhiên, để duy trì trạng thái này, cần có phần tử duy trì tín hiệu gọi là tự duy trì trong kỹ thuật điện Khi nhấn nút B2, mạch đóng, dòng điện chạy qua rơle K1 và tiếp điểm K1 đóng lại, duy trì dòng điện trong mạch ngay cả sau khi nút B2 được thả ra Hành động duy trì này tiếp tục cho đến khi người dùng nhấn nút B1 để tháo tự duy trì, tạo thành cách thức điều khiển ổn định và liên tục trong các hệ thống điện tự duy trì.
L h 1 0 b 1 h 2 b 2 của dòng điện trong mạch là khả năng nhớ của mạch điện Trong kỹ thuật điều khiển gọi là phần tử nhớ Flipfop
Phần tử Flipflop có hai cổng vào chính, gồm cổng S (SET) để kích hoạt trạng thái bật và cổng R (RESET) để đặt lại trạng thái Đây chính là lý do tại sao phần tử Flipflop còn được gọi là RS-Flipflop, mang ý nghĩa điều khiển trạng thái của bộ nhớ logic trong các mạch số.
1) Phần tử RS-Flipfop có RESET trội hơn:
Khi cổng SET(b2) có giá trị L, tín hiệu ra Q sẽ giữ giá trị L và được lưu trữ dù tín hiệu trên cổng SET ngay lập tức mất đi Tín hiệu này sẽ duy trì cho đến khi cổng RESET(b1) mang giá trị L, lúc đó phần tử Flip-Flop sẽ trở về trạng thái ban đầu Ngoài ra, khi cả cổng SET và RESET đều có giá trị L, thì cổng ra Q sẽ có giá trị “0”.
2.3.2 ph ầ n t ử RS-Flipfop có SET tr ộ i h ơ n:
Khi cổng SET (b2) có giá trị L, tín hiệu ra Q cũng có giá trị L và được lưu giữ, kể cả khi tín hiệu ở cổng SET mất đi Tín hiệu này sẽ duy trì cho đến khi cổng RESET (b1) có giá trị L, khiến phần tử Flip-Flop trở về trạng thái ban đầu Trong trường hợp cả cổng SET và cổng RESET cùng có giá trị L, cổng ra Q sẽ có giá trị “1”.
Hình 2-14: Ph ầ n t ử Flipfop có RESET tr ộ i h ơ n
Hình 2-15: ph ầ n t ử Flipfop có SET tr ộ i h ơ n
• Lý thuyết đại số Boole:
Một hàm y= f(x1,x2, ,xn)với các biến x1,x2, ,xn chỉ nhận các giá trị 0 hoặc 1 và hàm y cũng chỉ nhận các giá trị 0 hoặc 1 thì được gọi là hàm logic
Trong kỹ thuật điều khiển, giá trị của các tín hiệu ra được viết dưới dạng biến số đại số Boole a) các phép biến đổi hàm một biến:
- Phép toán liên kết AND
- Phép toán liên kết OR
- Phép toán liên kết NOT b) Luật cơ bản của đại số Boole:
Kết cấu của hệ thống Điều khiển trong rôbốt cấp phôi tự động
Động cơ điện và điều khiển động cơ
3.1.1 Ứ ng d ụ ng truy ề n độ ng đ i ệ n
Truyền động điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật robot nhờ vào những ưu điểm vượt trội như điều khiển đơn giản, không cần các bộ biến đổi phụ trợ phức tạp, giúp tiết kiệm chi phí và giảm thiểu rắc rối trong quá trình vận hành Ngoài ra, truyền động điện còn thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm hoặc bẩn như các hệ thống truyền động khác Các loại động cơ hiện đại có khả năng lắp trực tiếp trên các khớp quay, giúp tối ưu hóa khả năng hoạt động và nâng cao hiệu suất của robot.
Truyền động điện thường có tỷ lệ công suất truyền trên một đơn vị khối lượng thấp hơn so với truyền động thuỷ khí Điều này đòi hỏi phải sử dụng hộp giảm tốc cồng kềnh để phù hợp với tốc độ quay chậm của tay máy Do đó, so với truyền động thuỷ khí, truyền động điện thường gặp nhiều hạn chế về kích thước và cấu hình trong các ứng dụng cao yêu cầu về khả năng vận hành.
Trong kỹ thuật robot, nguyên tắc sử dụng động cơ điện các loại khác nhau, tuy nhiên thực tế chỉ phổ biến hai loại chính là động cơ điện một chiều và động cơ bước Động cơ điện một chiều thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh tốc độ linh hoạt và dễ kiểm soát, trong khi động cơ bước phù hợp cho các nhiệm vụ chính xác cao và điều khiển vị trí chính xác trong hệ thống robot Chọn loại động cơ phù hợp đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất và độ bền của robot.
Hiện nay, nhờ những thành tựu mới trong nghiên cứu điều khiển động cơ xoay chiều, xu hướng chuyển sang sử dụng động cơ xoay chiều ngày càng gia tăng để giảm thiểu chi phí và độ phức tạp của hệ thống nguồn điện Động cơ xoay chiều ngày càng phổ biến nhờ khả năng vận hành hiệu quả và dễ bảo trì Bên cạnh đó, động cơ một chiều không chổi góp (DC brushless motor) cũng bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp và công nghệ nhờ hiệu suất cao và độ bền vượt trội.
Động cơ điện một chiều gồm hai bộ phận chính: Stato và Roto Stato là cố định, chứa các cuộn dây có dòng điện cảm hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu, gọi là phần cảm tạo từ thông trong khe hở không khí Roto, còn gọi là phần ứng, gồm các thanh dẫn quay khi có dòng điện một chiều chạy qua và dòng từ thông xác định, giúp roto quay và thực hiện nhiệm vụ truyền động.
Do cách ững loại độ
Trong hệ thống điện, công suất E được tính bằng hiệu điện thế U trừ tổn thất hạ áp, phản ánh chính xác hiệu quả chuyển đổi năng lượng Các cơ cấu kích từ, bao gồm cơ kích từ và cơ kích từ lượng chủ, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh dòng điện qua cuộn dây, đảm bảo ổn định hệ thống Phần ứng của máy phát điện chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố như lượng từ cảm, độ lệch khe hở và phản ứng của hệ thống, ảnh hưởng đến khả năng hoạt động ổn định và hiệu suất làm việc Khi mắc nối song song hoặc nối tiếp, các đặc tính về dòng và công suất của máy phát biến đổi phù hợp, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện Hiệu quả của phần ứng chủ yếu phụ thuộc vào độ chính xác của thiết kế, mức độ phản ứng từ và các yếu tố kỹ thuật khác, nhằm đảm bảo sự ổn định và tin cậy trong quá trình vận hành.
Hình 3-1 trí dây cuố ều khác nha
định sự làm hần ứng ng phần ứn hần ứng việc là:
Sơ đồ độ lớn phần cảm ứng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của động cơ điện Độ lớn của phần cảm ứng so với phần động cơ phụ thuộc vào đặc tính của dây cuốn và số thanh dẫn tác dụng của phần ứng Hiểu rõ mối quan hệ này giúp tối ưu hóa hiệu suất và điều chỉnh hoạt động của động cơ một cách chính xác.
Từ (1) ta có các nhận xét sau:
1) Khởi động E băng 0 khi mở máy, chỉ có điện trở phần ứng r rất nhỏ hạn chế dòng điện Vì thế cần phản cần phải có biến trở mở máy để duy trì I ở giá trị thích hợp
Ir n = U − Vậy điều chỉnh tốc độ có thể tiến hành bằng cách tác động vào điện áp U hoặc tác động vào từ thông φ
3) Momen động C xác định từ phương trình cân bằng công suất:
EI = 2πnC Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng trong phạm vi rộng, mang lại hiệu suất vận hành linh hoạt và tối ưu Với cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản, loại động cơ này giúp giảm thiểu phức tạp trong quá trình điều chỉnh tốc độ, đem lại sự thuận tiện và hiệu quả vượt trội so với các loại động cơ khác.
Như đã nói trên, có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:
- Tác động lên từ thông φ thông qua việc điều chỉnh điện áp dòng kích từ
- Điều chỉnh điện áp phần ứng
Khi điều chỉnh tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức bằng cách duy trì dòng từ thông không đổi và tác động vào điện áp phần ứng U, mô-men sẽ không đổi Tuy nhiên, công suất sẽ tăng theo tốc độ, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của hệ thống.
Khi điều chỉnh tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức bằng cách tác động lên từ thông và giữ điện áp phần ứng không đổi, công suất của máy vẫn duy trì ở mức ổn định Tuy nhiên, mô men xoắn sẽ giảm theo tốc độ, giúp cân bằng hiệu quả vận hành của hệ thống Phương pháp này đảm bảo kiểm soát tốc độ linh hoạt trong quá trình làm việc, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh chính xác.
Khi từ thông tiến về không, tốc độ của động cơ sẽ tiến tới vô cùng, gây nguy hiểm và hư hỏng đối với thiết bị Do đó, khi không tải, các loại động cơ kích từ nối tiếp có thể đạt tốc độ quá cao; để tránh tình trạng này, cần cắt mạch kích từ của các động cơ kích từ song song hoặc hỗn hợp khi quá tốc độ Đảo chiều quay là một biện pháp quan trọng để kiểm soát và đảm bảo an toàn cho hệ thống động cơ điện trong quá trình vận hành.
Chiều quay của phần ứng phụ thuộc vào hướng dòng điện trong dây cuốn phần ứng và chiều của từ trường Để thay đổi chiều quay của động cơ điện một chiều, cần điều chỉnh bằng cách đổi chiều của từ thông hoặc dòng điện phần ứng Điều này giúp kiểm soát hướng chuyển động của động cơ một cách dễ dàng và hiệu quả.
Trong bối cảnh phát triển nhanh của công nghệ chế tạo vi mạch và thiết bị điều khiển, động cơ bước hiện nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trong hệ thống điều khiển, động cơ bước vượt trội hơn hẳn động cơ một chiều và xoay chiều nhờ vào khả năng không cần mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ, chỉ cần mạch vòng điều khiển vị trí Động cơ bước là loại động cơ điện chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành các chuyển động cơ học dạng gián đoạn theo bước, phù hợp với nhiều yêu cầu truyền động khác nhau Việc lựa chọn chế độ kích thích xung và tần số xung thích hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của động cơ bước trong hệ thống điều khiển.
Việc sử dụng chúng trong hệ thống điều khiển có nhiều thuận lợi:
- Không cần mạch phản hồi cho cả điều khiển vị trí và vận tốc
Cảm biến trong rôbốt công nghiệp
Trong các hệ thống tự động, cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận thông tin về diễn biến của môi trường và các đại lượng vật lý nội bộ hệ thống Khái niệm cảm biến (sensor, capteur) trong tiếng Việt còn hạn chế hơn so với tiếng Anh hoặc tiếng Pháp, vì nó bao hàm nhiều loại thiết bị khác nhau, từ các công tắc đơn giản như công tắc hành trình, thanh lưỡng kim đến các cảm biến phức tạp hơn Việc hiểu rõ nguyên lý cấu tạo và đặc tính cơ bản của cảm biến là điều kiện cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống tự động Hệ thống vật lý đa dạng với nhiều đại lượng điều khiển khác nhau dẫn đến sự phong phú và đa dạng trong các loại cảm biến được sử dụng.
Trong robot công nghiệp, cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc giúp robot nhận biết và xử lý thông tin về hoạt động của chính nó cũng như môi trường xung quanh Các loại cảm biến trong kỹ thuật robot được chia thành hai nhóm chính dựa trên phạm vi ứng dụng, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động và chính xác trong quá trình thực hiện nhiệm vụ.
Cảm biến nội tín hiệu (internal sensor) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin về vị trí, vận tốc và lực tác động trong các bộ phận chủ chốt của robot Những dữ liệu này là các tín hiệu phản hồi giúp robot tự động điều chỉnh các hoạt động một cách chính xác và hiệu quả hơn Điều này đảm bảo hoạt động của robot luôn ổn định, an toàn, đồng thời nâng cao hiệu suất làm việc trong các ứng dụng tự động hóa.
Cảm biến ngoại tín hiệu cung cấp thông tin về đối tác và môi trường làm việc để hỗ trợ nhận dạng vật thể xung quanh, di chuyển và thao tác trong không gian làm việc Các loại cảm biến cần thiết bao gồm cảm biến tín hiệu xa, cảm biến tín hiệu gần, cảm biến xúc giác và cảm biến thị giác, phục vụ cho các nhiệm vụ khác nhau trong robot và thiết bị kỹ thuật Các cảm biến nội và ngoại tín hiệu có thể sử dụng các kiểu cảm biến phổ biến hoặc chuyên dụng để đáp ứng yêu cầu đa dạng của ứng dụng Các kiểu cảm biến thông dụng không chỉ được sử dụng trong kỹ thuật robot mà còn phổ biến trong nhiều thiết bị kỹ thuật khác, với nhiều tài liệu kỹ thuật hướng dẫn chi tiết.
Tuỳ theo các dạng tín hiệu cần nhận biết mà phân thành các kiểu cảm biến khác nhau:
Cảm biến lực, vận tốc, gia tốc, vị trí, áp suất, lưu lượng, nhiệt độ
Các loại cảm biến tín hiệu được phân loại dựa trên phương pháp nhận tín hiệu, như cảm biến cảm ứng, cảm biến điện dung, cảm biến điện trở và cảm biến điện quang Mỗi kiểu cảm biến này có cách thức hoạt động riêng biệt, phù hợp với các ứng dụng và môi trường khác nhau Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp giúp tăng độ chính xác và hiệu quả trong quá trình đo lường vị trí Các cảm biến vị trí đa dạng về kiểu dáng và nguyên lý hoạt động, đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực kỹ thuật và công nghiệp.
Cảm biến vị trí đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát vị trí tức thời của các cơ cấu, giúp xác định chính xác trạng thái hoạt động Tùy thuộc vào dạng chuyển động cần đo lường, vị trí có thể được tính bằng đơn vị chiều dài hoặc đơn vị góc, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng Các cảm biến đo góc như biến trở quay, encoder góc, resolver giúp đo chính xác các góc quay, trong khi các cảm biến đo chiều dài như biến trở, biến thế vi sai, encoder thẳng được sử dụng để đo chiều dài Nhờ các chuyển đổi cơ khí phù hợp, cảm biến đo góc có thể dùng để đo chiều dài và ngược lại, nâng cao khả năng ứng dụng trong tự động hóa và điều khiển công nghiệp.
Encoder là thiết bị đo vị trí theo kiểu số, trong đó tọa độ được mã hoá theo hệ nhị phân, giúp xác định chính xác vị trí của các đối tượng Có hai loại encoder chính dựa trên đơn vị đo là encoder thẳng (linear encoder) và encoder góc (rotary encoder), khác nhau ở cách vạch chia theo đường thẳng hoặc vòng tròn nhưng cùng nguyên lý hoạt động Phương pháp mã hoá của encoder gồm hai loại chính là encoder tuyệt đối (absolute) và encoder gia số (incremental), phù hợp với từng ứng dụng đo lường khác nhau.
Thước đo vị trí kiểu gia số sử dụng 1 hoặc 2 đĩa quang, được khắc các vùng trong và đục xen kẽ nhau để xác định chính xác vị trí Khi dùng một đĩa, nó được gắn cố định với trục quay để đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình đo lường Thiết kế này giúp nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của hệ thống định vị trong các ứng dụng kỹ thuật.
Trong hệ thống sử dụng hai đĩa, một đĩa được gắn với trục quay còn đĩa kia cố định, tạo thành bộ mã hoá encoder Một phía của đĩa chứa nguồn sáng, phía đối diện đặt trục 3 “con mắt điện” để thu tín hiệu từ các vòng tròn trên đĩa Vị trí cụ thể trên đĩa xác định các vùng sáng hoặc tối, trong đó tia sáng đi qua được mã hoá là 1, còn vùng ngăn tia sáng là 0, giúp tạo ra tín hiệu mã hoá chính xác Số lượng các vùng sáng tối trên đĩa ảnh hưởng trực tiếp đến độ phân giải của encoder, quyết định khả năng phân biệt các vị trí quay chính xác.
Khi bắt đầu làm việc, hệ thống cần được hiệu chỉnh bằng cách quay lỗ sát vòng tròn thứ 2 đến vị trí đối diện nguồn sáng để mắt thứ 3 nhận biết tia sáng Trong quá trình hoạt động, bộ xử lý đếm số lần mắt ngoài cùng nhìn thấy tia sáng để tính góc quay của đĩa Đĩa quay theo chiều kim đồng hồ khiến mắt ngoài cùng thấy tia sáng trước mắt thứ hai, và ngược lại Chiều quay của đĩa sẽ ảnh hưởng đến phép cộng hoặc trừ gia số trong quá trình tính toán.
Nguồn sáng Đĩa quay Trục quay
Vμo DC sensor #1 ra sensor #2 ra sensor gèc ra
Hình 3-6 : S ơ đồ nguyên lý c ủ a th ướ c đ o v ị trí theo gia s ố
Thước đo vị trí tuyệt đối sử dụng một đĩa quang với nhiều vòng tròn đồng tâm, trong đó các vùng trong và đục xen kẽ nhau để xác định vị trí chính xác Số vòng tròn trên đĩa quyết định độ phân giải của encoder, với số phần chia của mỗi vòng là 2^n, trong đó n là số vòng tròn Góc nhỏ nhất mà encoder có thể phân biệt được tương ứng với 360° chia cho số phần chia của vòng, ví dụ khi n = 4, đĩa sẽ có 16 phần chia, và encoder phân biệt được góc quay nhỏ nhất là 22,5°.
Nếu n = 8 thì góc đó là 360°/4096 = 0.088°
1011 1001 1000 Đĩa mã hoá nhị phân Đĩa mã xám
Hình 3-7 : S ơ đồ nguyên lý c ủ a th ướ c đ o v ị trí tuy ệ t đố i
Resolver là thiết bị phát tín hiệu tương tự đại diện cho vị trí của đối tượng đo, có nguyên lý hoạt động giống biến thế hơn là encoder Nó có hình dạng giống động cơ điện nhưng hoạt động dựa trên nguyên lý biến thế, với cuộn dây rotor cấp điện áp DC qua các vành dẫn điện và cuộn dây stator đặt lệch nhau 90° Điện áp cung cấp cho rotor có dạng hình sin, với tần số từ 0,4 đến 10 kHz, trong khi điện áp trên stator phụ thuộc vào góc θ giữa rotor và stator, với các điện áp Vsinωt và Vsinωt.sinθ Tín hiệu phản hồi góc quay α được đưa qua các hàm sinα và cosα, sau đó nhân với tín hiệu đầu vào và cộng đại số để tạo ra tín hiệu ra, biểu thị bằng Vsinωt.sin(θ-α) Tín hiệu này được khuếch đại, gửi tới bộ đồng bộ để đảm bảo tỷ lệ phù hợp với sin(θ-α), đồng thời được bù sai lệch và tích phân để xác định chính xác vị trí của đối tượng.
Hệ thống phản hồi gồm bộ tạo dao động, bộ chuyển đổi điện áp thành tần số, và khối đếm xung đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh tín hiệu Giá trị α thể hiện góc quay θ, góp phần xác định chính xác các thông số của hệ thống Các tín hiệu sinα, sinω, và các xung sin tương ứng đều được sử dụng để điều chỉnh và điều biến tín hiệu, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình điều khiển Việc hiểu rõ các thành phần này giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của mạch phản hồi, phù hợp với các ứng dụng kỹ thuật hiện đại.
Khuyếch đại Dò đồng bộ Bù
Hình 3-8 : S ơ đồ nguyên lý làm vi ệ c và x ử lý tín hi ệ u c ủ a resolver
3.2.2.2 Cảm biến vị trí kiểu biến áp:
Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý của biến áp sai động (differential transformer), trong đó lõi từ chuyển động tương đối giữa hai cuộn dây cố định và cuộn dây hoạt động Khi lõi từ di chuyển, dòng cảm ứng giữa các cuộn dây thay đổi, từ đó tạo ra tín hiệu đo lường chính xác Đây là loại cảm biến phổ biến nhờ khả năng cảm biến chính xác và độ nhạy cao trong các ứng dụng đo lường vị trí và chuyển động.
Roto có một cuộn dây, còn stato có một hoặc một vài cuộn dây cảm ứng đồng bộ
Giả thiết đặt điện áp vào cuộn dây của roto là \( u_r = U \sin \omega t \), qua đó trong các cuộn dây của stato sẽ xuất hiện các điện áp cảm ứng là \( u_{s1} = K U r \cos r \sin (\omega t + \varphi) \) và \( u_{s2} = K U r \cos r \sin (\omega t + \varphi) \) Những điện áp này phản ánh quá trình cảm ứng trong các cuộn dây nhằm chuyển đổi năng lượng từ roto sang stato, đồng thời đảm bảo hoạt động hiệu quả của máy Tham số \( K \), \( r \), và \( \varphi \) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định giá trị và pha của các điện áp cảm ứng, góp phần tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống.
K: hệ số biến áp ϕ: độ lệch pha
Từ các công thức trên ta có thể xác định được góc r
Tuy nhiên sự biến động biên độ điện áp làm giảm độ chính xác tính toán
Hệ thống vận hành khí nén trong rôbốt công nghiệp 84 1 Giới thiệu chung về hệ thống truyền động tự động trong
3.3.1 Gi ớ i thi ệ u chung v ề h ệ th ố ng truy ề n độ ng t ự độ ng trong rôb ố t c ấ p phôi
Hệ truyền động tự động thuỷ khí công nghiệp làm việc theo chu trình là
Hệ truyền động gồm nhiều hệ truyền động cơ sở hoạt động theo trình tự hợp lý, đảm bảo quá trình cơ cấu chấp hành thực hiện chính xác và trở về vị trí ban đầu sau mỗi chu kỳ Quá trình này lặp đi lặp lại đều đặn nhằm duy trì hoạt động liên tục và ổn định của hệ thống truyền động.
Hệ thống điều khiển các hệ truyền động thủy khí cần đảm bảo đóng mở chính xác các van phân phối phù hợp với điều kiện làm việc đã định trước Các phương pháp điều khiển tự động cho máy móc rất đa dạng và phong phú, phù hợp với các yêu cầu khác nhau của từng ứng dụng Khi thiết kế các máy tự động có các khâu cứng hoặc cố định, điều kiện làm việc thường được biểu diễn dưới dạng các chu trình hoạt động rõ ràng, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
24V dạng đồ thị qui ước biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian dịch chuyển của các cơ cấu chấp hành
Chu trình làm việc là trình tự xác định của dịch chuyển cơ cấu chấp hành, giúp hệ thống trở về vị trí ban đầu sau khi hoàn thành mỗi chu trình Hoạt động của máy thể hiện qua việc thực hiện các chu trình làm việc liên tiếp nhau, đảm bảo quá trình vận hành liên tục và ổn định Đối với các máy sử dụng hệ thống truyền động khí nén, các điều kiện làm việc được mô tả bằng các chu trình và biểu đồ trình tự, trong đó thời gian của mỗi chu trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố điều chỉnh được, chứ không chỉ dựa trên tốc độ của các cơ cấu chấp hành.
Các hệ truyền động tự động khí nén làm việc theo chu trình được chia theo kiểu điều khiển thành 3 nhóm:
• Điều khiển theo vị trí:
Vị trí tận cùng của các cơ cấu chấp hành được kiểm tra bằng các cảm biến vị trí f f x 11 x 12 h
• Điều khiển theo thời gian:
Hình 3-15: S ơ đồ đ i ề u khi ể n xilanh khí nén theo v ị trí
Thời gian thực hiện 1 chu trình được xác định bằng cơ cấu cam hoặc bằng rơle thời gian các loại h
Hệ thống điều khiển theo áp suất là một biến thể của hệ thống điều khiển theo vị trí, phù hợp trong các tình huống yêu cầu chuyển động của piston với các khoảng dịch chuyển khác nhau dựa trên kích thước của chi tiết gia công Loại điều khiển này được sử dụng khi việc lắp đặt các công tắc hành trình với piston có chiều dài lớn gặp khó khăn, đảm bảo kiểm soát chính xác và linh hoạt trong quá trình vận hành.
Hình 3-16: S ơ đồ đ i ề u khi ể n theo th ờ i gian b ằ ng cam
1) Xilanh chấp hành khí nén
Hệ điều khiển theo thời gian và áp suất thường gặp nhược điểm khi tải đột ngột hoặc thay đổi khí nạp, dẫn đến chuyển động của cơ cấu chấp hành có thể xảy ra trước mong muốn Chính vì vậy, các hệ thống điều khiển theo vị trí trở nên ưu việt hơn, đảm bảo rằng chuyển động của từng cơ cấu chấp hành bắt đầu theo một trình tự vị trí xác định, phù hợp với yêu cầu trong các hệ truyền động tự động khí nén.
3.3.2 Các ph ầ n t ử c ủ a h ệ th ố ng đ i ề u khi ể n khí nén trong rôb ố t c ấ p phôi t ự độ ng
3.3.2.1 H ệ th ố ng cung c ấ p và x ử lý khí nén Hình 3-17: S ơ đồ đ i ề u khi ể n xilanh khí nén theo áp su ấ t
Máy nén khí là các thiết bị chuyển đổi công suất hiệu dụng từ mô tơ điện hoặc động cơ đốt trong thành năng lượng khí nén và nhiệt năng Các loại máy nén khí chính bao gồm nhiều phân loại phù hợp với từng ứng dụng, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động và đáp ứng nhu cầu khách hàng.
Phân loại theo áp suất:
- Máy nén khí áp suất thấp: P < 15
- Máy nén khí áp suất cao: P >15
- Máy nén khí áp suất rất cao P >30 Phân loại theo nguyên lý hoạt động:
Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích bao gồm các loại chính như máy nén khí piston, máy nén khí cánh gạt, máy nén theo kiểu root và máy nén trục vít Mỗi loại đều hoạt động dựa trên nguyên tắc điều chỉnh thể tích không khí để tạo ra áp lực cao hơn, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp khác nhau Trong đó, máy nén piston sử dụng pitong chuyển động để nén khí, còn máy cánh gạt hoạt động bằng các cánh gạt quay để điều chỉnh thể tích Máy nén kiểu root thường dùng trong các hệ thống yêu cầu khí nén ổn định, còn máy nén trục vít là lựa chọn phổ biến nhờ hiệu suất cao và bền bỉ Các dòng máy này đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống khí nén công nghiệp, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của quá trình sản xuất.
- Máy nén khí tuabin: Máy nén khí ly tâm và máy nén khí chiều trục
• Bình trích chứa khí nén
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí cần được xử lý và lưu trữ để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Bình trích chứa khí nén là bộ phận quan trọng giúp lưu trữ khí nén đã qua xử lý, duy trì áp suất ổn định và cung cấp nguồn khí liên tục cho toàn hệ thống Bình trích khí nén không chỉ giúp ngăn ngừa hiện tượng quá tải mà còn bảo vệ các thiết bị khác khỏi sự dao động áp suất, nâng cao độ bền và độ tin cậy của hệ thống khí nén.
- Lưu trữ khí nén nhờ đó hạn chế việc máy nén khí phải làm việc liên tục
- Làm giảm sự xung động để làm dịu các xung dòng chảy của không khí từ máy nén
Chuyển đổi nhiệt và khí nén trong bình chứa sẽ được làm mát để tạo ra quá trình ngưng tụ nước Nước ngưng tụ sau đó sẽ được tách ra khỏi khí nén nhằm đảm bảo chất lượng khí trước khi vào hệ thống phân phối Quá trình này giúp loại bỏ hơi ẩm, duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống khí nén và kéo dài tuổi thọ các thiết bị liên quan.
Kích thước bình trích chứa phụ thuộc chủ yếu vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng trong hệ thống khí nén Đặc biệt, việc sử dụng khí nén liên tục hay gián đoạn ảnh hưởng đáng kể đến lựa chọn kích thước bình trích chứa phù hợp Chọn kích thước bình trích chứa đúng tiêu chuẩn giúp đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu và duy trì áp lực ổn định trong hệ thống khí nén.
A Đồng hồ đo áp suất
Khí nén được tạo ra từ các máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn như bụi, độ ẩm, các phần tử nhỏ, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, gây ảnh hưởng đến chất lượng khí nén Trong quá trình nén, nhiệt độ khí tăng cao có thể thúc đẩy quá trình ôxy hóa các thành phần này, làm giảm hiệu suất và độ bền của hệ thống khí nén Do đó, việc kiểm soát và loại bỏ các tạp chất trong khí nén là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Hình 3-18: Bình trích ch ứ a khí nén gây Do lý nén các bị x nó lọc ché nướ dịc
Như vậy y ăn mòn, o đó, khí n khí nén tu n tương ứn
Bộ lọc c xuống cấp có thể bị c cũ, độ tro én kim loạ ớc rửa ché ch dung mô
Van g y và khí nén b gỉ được sử dụng trong quá trình nén khí, phù hợp với từng mục đích trong đường ống và tách có chén lọc sau khi sử dụng để đảm bảo hiệu quả Khi cần giảm áp hoặc xử lý dầu ôi khác, hệ thống gồm khoảng cổng ống và các bộ phận trong kỹ thuật hương trường phù hợp, giúp giảm áp một cách an toàn Trong quá trình vận hành, cần đảm bảo hệ thống không còn chứa cặn bẩn hoặc rỉ sét, đồng thời rửa sạch các bộ phận để duy trì hiệu suất và tránh hỏng hóc hệ thống khí nén.
Trong các kỹ thuật cần xử lý, các chất bẩn phải được xử lý hiệu quả để đảm bảo chất lượng sản phẩm Việc áp dụng các phương pháp phù hợp giúp loại bỏ tạp chất, tăng độ tinh khiết, đồng thời đảm bảo phù hợp với yêu cầu sử dụng Hệ thống cần có thiết kế tối ưu, tích hợp bộ lọc nhằm loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, ngăn ngừa ô nhiễm trong quá trình xử lý Các thành phần trong hệ thống phải có khả năng hoạt động bền bỉ, hiệu quả để giữ cho quá trình vận hành ổn định và đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn cao nhất.
Hình 3-19 minh họa cách ẩn các phần tử cần thiết để xác định cụ thể vị trí của chúng Quá trình này giúp thực thi các quy trình một cách chính xác và hiệu quả hơn trong lập trình Việc sử dụng các kỹ thuật như bảo vệ và tối ưu hóa giúp đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru, đồng thời duy trì khả năng mở rộng và dễ bảo trì Các phương pháp này vẫn được áp dụng phổ biến trong phát triển phần mềm để nâng cao hiệu suất và đảm bảo tính ổn định của hệ thống.
Hệ thống xử lý chất thải hoạt động dựa trên bộ lọc đặc biệt, giúp loại bỏ khí độc sinh ra trong quá trình carbonate Quá trình này có thể được thực hiện bằng kim loại hoặc các dung dịch dẫn khí không điều chỉnh, đảm bảo khí thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn an toàn Mức độ hoạt động của hệ thống này phụ thuộc vào khả năng xử lý khí và hiệu quả của bộ lọc, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Chén lọc có ng của áp loại Nếu c ó thể thay b nước xà ph ải và các d hí sẽ hiển ộ xử a khí
: lọc nó ó thể suất chén bằng hòn, dung