Chính vìvậy em đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo máy phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng vi điều khiển PIC và giác hút chân không” với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu và xây dựng hệ th
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, robot không còn là điều lạ trên toàn thế giới, đặc biệt ở các nước phát triển nơi robot được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực Tùy mục đích sử dụng, người ta thiết kế và chế tạo các loại robot để đáp ứng các yêu cầu riêng biệt của từng công việc Robot có thể thay thế con người trong những công việc nguy hiểm, giúp giảm rủi ro và tăng hiệu quả lao động Ví dụ điển hình là các robot làm việc trong môi trường có hàm lượng chất phóng xạ cao, nơi con người phải đối mặt với nguy hiểm nghiêm trọng.
Robot ngày càng được cải tiến và phát triển, từ các hệ thống tự động thực hiện theo lộ trình cố định đến robot điều khiển từ xa có khả năng hoạt động rộng hơn và xa hơn nữa là trí tuệ nhân tạo có khả năng xử lý tình huống Hiện nay, robot thông minh nhất là người máy Asimo, có thể giao tiếp với con người và di chuyển như con người Ở Việt Nam, khoa học và công nghệ đóng vai trò then chốt nhằm đưa đất nước lên một tầm cao mới; sự phát triển của khoa học và công nghệ kéo theo sự giàu mạnh của đất nước, nhưng để đạt được điều đó cần thời gian, hiểu biết và nguồn đầu tư đáng kể Nhằm khơi dậy đam mê và tính sáng tạo của thế hệ trẻ, Việt Nam đã tổ chức nhiều hoạt động sáng tạo, trong đó nổi bật là cuộc thi Robocon, với sự tham gia của nhiều trường đại học và cao đẳng, tạo sân chơi thúc đẩy sự sáng tạo của sinh viên.
Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, các doanh nghiệp và nhà máy ngày nay ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động để thay thế lao động và nâng cao năng suất Việc cải tiến và nâng cấp hệ thống sản xuất luôn được ưu tiên, trong đó phân loại sản phẩm là một phương pháp then chốt Có nhiều cách phân loại sản phẩm, trong đó phân loại theo màu sắc được xem là hệ thống thích ứng cao và mang lại hiệu quả lớn cho nhiều ngành công nghiệp Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được chia thành hai phần chính: phần cơ khí gồm băng tải và các thiết bị đưa đẩy/nhận sản phẩm, và phần điều khiển gồm nhận biết, phân tích và hiển thị dữ liệu Phần cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ thực hiện việc phân loại theo lệnh từ hệ thống điều khiển Vì thế, đề tài “Thiết kế, chế tạo máy phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng vi điều khiển PIC và giác hút chân không” được chọn nhằm nghiên cứu, xây dựng một hệ thống có tính ứng dụng phổ biến, đáp ứng nhu cầu tự động hóa trong sản xuất hiện nay và nâng cao năng suất cũng như chất lượng sản phẩm.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu của đề tài
- Về kiến thức: Vận dụng được các kiến thức đã được học trong quá trình học tập tại trường để chế tạo được ra một sản phẩm hoàn chỉnh.
- Về kỹ năng: Thành thạo kỹ năng thiết kế mạch điện tử trên máy tính, lập trình cho vi điều khiển hoạt động theo yêu cầu.
- Về thái độ: Rèn luyện được tác phong làm việc khoa học, làm việc đúng hạn trong quá trình làm đồ án, có trách nhiệm trong công việc
Chúng tôi trực tiếp khảo sát các sản phẩm có sẵn ngoài thị trường để phục vụ thiết kế mô hình và nghiên cứu các giải pháp tự động hóa Việc tìm hiểu thực tế tại thị trường giúp áp dụng công nghệ tự động và điện-điện tử vào việc điều khiển lập trình cho robot một cách hiệu quả Mô hình robot được thiết kế dựa trên các thành phần sẵn có, tối ưu hóa tích hợp giữa cơ khí và điện-điện tử nhằm nâng cao độ chính xác và tính linh hoạt của hệ thống Quy trình này đồng thời thúc đẩy nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tự động để cải thiện khả năng điều khiển và mở rộng của robot trong các ứng dụng công nghiệp và giáo dục Đây là phương pháp tiếp cận thực tế nhằm phát triển robot thông minh bằng cách kết nối thiết kế mô hình, công nghệ tự động và lập trình điều khiển.
Trong các dự án thiết kế mạch điều khiển, tôi vận dụng kiến thức chuyên ngành liên quan như kỹ thuật điện-điện tử và vi điều khiển Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực hành cho phép tối ưu hóa tham số và hiệu suất hệ thống Đồng thời, sử dụng các phần mềm thiết kế như Altium Designer và Proteus để thiết kế, mô phỏng và kiểm tra mạch điều khiển từ sơ đồ nguyên lý đến layout PCB, giúp phát hiện lỗi sớm và rút ngắn chu kỳ phát triển Nhờ vậy, đảm bảo tính chính xác, độ tin cậy và đáp ứng các yêu cầu vận hành trong thực tế.
- Thi công mạch điều khiển và mô hình Robot từ bản thiết kế.
- Xây dựng giải thuật chương trình điều khiển Lập trình điểu khiển Robot sử dụng vi điều khiển PIC16F887 với phần mềm MPLab.
Tiến hành nghiên cứu và tổng hợp các tài liệu liên quan như sách báo, giáo trình và các tài liệu chuyên môn được dùng trong tính toán cũng như điều khiển lập trình trên các trang web và diễn đàn mạng Internet Nội dung tập trung khai thác nguồn tin cậy, cập nhật công nghệ mới và tối ưu hóa các thuật toán nhằm cải thiện hiệu suất và khả năng hiển thị của nội dung trên môi trường số, phù hợp với chuẩn SEO.
Tìm hiểu các cơ cấu truyền động cũng như kiểu dáng mô hình để hỗ trợ trong việc thiết kế mô hình.
Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu, khảo sát, tham khảo tài liệu, diễn đàn về kiểu dáng thiết kế cũng như cở sở tính toán chuyên nghành.
- Đề ra ý tưởng chung và dùng phương pháp loại trừ thống nhất kết cấu kiểu dáng thiết kế và công việc thực hiện.
- Tiến hành chạy thực nghiệm đánh giá kết quả để so sánh mục tiêu đặt ra từ đó rút ra tính khả thi của đồ án.
Trong bài viết này, chúng tôi trình bày quy trình thiết kế board mạch và lập trình điều khiển robot dựa trên vi điều khiển PIC16F887, tích hợp bộ thu phát tín hiệu RF để giao tiếp không dây Quá trình thiết kế được thực hiện bằng các công cụ chuyên dụng như Altium cho thiết kế sơ đồ mạch và bố trí PCB, Proteus cho mô phỏng mạch và MPLAB để biên dịch, lập trình và debug chương trình điều khiển PIC16F887 Hệ thống được kiểm tra và hiệu chỉnh để đảm bảo hoạt động ổn định, đáp ứng yêu cầu điều khiển từ xa và tối ưu hóa kích thước PCB cùng tiêu thụ năng lượng Bài viết hướng dẫn từ vẽ sơ đồ mạch, bố trí linh kiện, viết mã điều khiển cho PIC16F887, tích hợp bộ thu phát RF đến thử nghiệm trên mô hình robot để có kết quả thực tế.
Các chức năng của sản phẩm
Thiết kế và chế tạo thành công một mô hình robot phân loại sản phẩm có đầy đủ các chức năng như sau:
• Thiết kế được mô hình máy phân loại sản phẩm theo màu sắc với cơ khí khung kim loại chắc chắn.
• Cơ cấu chấp hành sử dụng xy lanh khí nén và giác hút chân không để nhấc sản phẩm ra đúng vị trí
• Cơ cấu di chuyển dùng động cơ bước để di chuyển vị trí được chính xác
• Sử dụng vi điều khiển PIC để điều khiển toàn bộ hoạt động của sản phẩm.
Các loại băng tải hiện nay
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhiều ngành sản xuất công nghiệp và các ngành khác như nông nghiệp và du lịch đã mở rộng đáng kể Để nâng cao năng suất, tiết kiệm sức người và giảm thiểu ô nhiễm môi trường đồng thời tăng độ chính xác và an toàn, các thiết bị vận tải được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ xi măng, vận chuyển than và xỉ than trong các nhà máy nhiệt điện đến vận chuyển hàng hóa tại cảng, vận chuyển hàng hóa sâu trong hầm mỏ, vận chuyển nguyên liệu tại các nhà máy công nghệ sinh học, cho tới vận chuyển hành khách ở các khu du lịch, trong siêu thị và vận chuyển hành lý tại sân bay.
Những thiết bị vận tải liên tục góp phần rất quan trọng vào nhiều lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế, ảnh hưởng đến xã hội nói chung và công nghiệp nói riêng.
1.5.2 Một số loại băng tải hiện có trên thị trường Việt Nam
1.5.2.1 Băng tải Polyester Cotton (CC)
Bông vải có sợi dọc và cấu trúc sợi ngang được làm từ sợi dệt bông, thể hiện độ giãn dài thấp và độ bám dính tốt, cùng với biến dạng nhỏ ở nhiệt độ cao Với khoảng cách giữa các sợi được rút ngắn, quá trình vận chuyển khối lượng diễn ra ở mức độ thấp hơn.
Băng tải CC được chia thành loại thường, loại nhiệt, đánh lửa, loại chống cháy, loại axit, loại dầu. Đặc điểm kỹ thuật:
- Với một loại vật liệu cốt lõi: polyester-bông vải pha loại TC-70, CC-56-loại bông vải.
- 1-10 lớp của các lớp vải
- Nhựa bao gồm: mặt trên: 1.5-9mm, mặt dưới: 0mm-4.5mm
- Tính linh hoạt cao, cơ tính tốt và chịu va đập
- Hệ số dãn dài thấp tốt hơn so với lõi nylon và vải băng tải khác, được áp dụng cho đường vận chuyển vật liệu dài.
- Khả năng chịu nước và môi trường ẩm ướt, kết dính băng tốt trong môi trường nhiệt độ thấp để kéo dài tuổi thọ của băng
- Khả năng chịu nhiệt và khả năng ăn mòn tốt.
- Cấu tạo mỏng với trọng lượng nhẹ do vải polyester, độ bền khoảng 2.5-9 lần của bông, vải bông lõi băng tải.
Lớp bố làm từ bông vải chịu nhiệt và lớp cao su chịu nhiệt độ cao tạo thành một vật liệu có khả năng chống nóng và chịu mỏi ở môi trường nhiệt độ cao Nhờ sự kết hợp này, sản phẩm có độ bền cơ học và khả năng chịu nhiệt ổn định, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như than cốc, xi măng, đúc và xỉ nóng, đáp ứng yêu cầu vận hành liên tục và an toàn trong môi trường khắc nghiệt.
Sản phẩm được chế tạo theo tiêu chuẩn HG2297-92
Hình 1 2 Băng tải chịu nhiệt
Băng tải chịu nhiệt được chia thành 4 loại:
- Có thể chịu được nhiệt độ thử nghiệm không phải là hơn 100 o C, trong ngắn hạn nhiệt độ hoạt động cao nhất là 150 o C, tên mã là T1.
- Có thể chịu được nhiệt độ thử nghiệm không phải là hơn 125 o C, trong ngắn hạn nhiệt độ hoạt động cao nhất là 170 o C, tên mã là T2.
- Có thể chịu được nhiệt độ thử nghiệm là không quá 150 o C, trong ngắn hạn nhiệt độ hoạt động cao nhất là 200 o C, tên mã là T3.
- Có thể chịu được nhiệt độ thử nghiệm là không quá 175 o C, trong ngắn hạn nhiệt độ hoạt động cao nhất là 230 o C, tên mã là T4.
2.5.2.4 Băng tải chịu Axit và kiềm
Băng tải chịu axit và kiềm có đặc tính sản phẩm là làm từ bông vải, nylon hoặc polyester với lõi được thiết kế để có hiệu suất đàn hồi cao, tạo khe hở nhỏ và độ bền kéo lâu dài Nguyên liệu axit và kiềm được bảo vệ bằng lớp nhựa che, giúp băng tải kháng hóa chất và duy trì các tính chất vật lý tốt Ứng dụng của băng tải này gồm các ngành hóa chất, nhà máy phân bón, nhà máy giấy và các doanh nghiệp vận chuyển vật liệu có tính axit hoặc kiềm ăn mòn.
Dây băng tải nylon có sức mạnh cao trên nền trọng lượng nhẹ, cho khả năng chịu tác động và vận hành ổn định Độ bám dính giữa các lớp được cải thiện, cùng với sự linh hoạt tuyệt vời và tuổi thọ lâu dài của hệ thống Dây băng tải nylon phù hợp cho đường dài, tải trọng cao và tốc độ vận chuyển lớn, đáp ứng tốt cho các ứng dụng vận chuyển vật liệu Với hiệu suất liên tục và độ bền cao, loại dây băng này là lựa chọn lý tưởng cho các yêu cầu vận chuyển dài hạn và hiệu quả về chi phí.
Hình 1 5 Băng tải lòng máng
Sản phẩm là băng tải nghiêng có tường gợn sóng Tường nghiêng gợn sóng gồm ba thành phần cơ bản là xương sườn, cơ hoành và phần tường phía ngoài, giúp tối ưu cấu trúc và phân tán lực tác dụng Đo đạc tường nhằm ngăn vật liệu trượt và tăng cường phân tán, đặc biệt ở các khoảng trống Thiết kế cạnh lượn sóng được đưa vào tập tin thiết kế cạnh và màng chắn đóng vai trò là vật liệu hỗ trợ, giúp đạt được góc truyền tải lớn khi sử dụng các loại T-TC Cạnh màng chắn và các phương pháp xử lý thứ hai được áp dụng cùng với các kết nối cơ sở để tăng liên kết và độ bền của hệ thống.
Các tính năng (tổng hợp loại băng tải nghiêng với tường gợn sóng):
- Việc tăng góc độ truyền (30 đến 90 độ)
- Kích thước nhỏ, ít đầu tư
- Thông qua, và tăng cường mức độ cao hơn
- Nghiên từ ngang (hay dọc) để chuyển tiếp suôn sẻ
- Thích hợp cho việc vận chuyển dễ dàng phân tán bột, dạng hạt, khối nhỏ, dán và vật liệu giống như chất lỏng.
- Tiêu thụ năng lượng thấp, kết cấu đơn giản, băng dính, độ bền cao, tuổi thọ lâu dài.
Các đặc điểm kỹ thuật:
- Với vật liệu cốt lõi: CC-56, NN100, NN150, NN200, NN300, NN400
- Nhựa bao gồm: mặt: 1.5-8mm, không phải đối mặt: 0mm-4.5mm
Hình 1 6 Băng tải xương cá
Chúng tôi cung cấp danh mục băng tải đa dạng gồm băng tải hình xương cá vành đai, băng tải mô hình số tám với vành đai, băng tải xương cá các mẫu, băng tải kiểu hình chữ U đai, băng tải kiểu hình trụ đai và các mẫu rỗ băng tải theo yêu cầu của người dùng Bên cạnh đó, chúng tôi cung cấp Waterstop và PVC cùng với các chất chống cháy, và có thể tùy biến để cung cấp một loạt tính chất đặc biệt như băng tải kháng cháy, băng tải chịu nhiệt đai, chịu axit, kiềm, băng tải lạnh và làm việc ở nhiệt độ cao, đảm bảo hiệu suất vận hành và an toàn cho mọi ứng dụng.
Váy nâng băng tải (băng tải với tường tôn) được thiết kế dễ dàng để tích hợp thành một hệ thống giao thông hoàn chỉnh, giúp tránh việc nâng cấp liên tục cho vận chuyển và sự phức tạp của hệ thống Hệ thống này đặc trưng bởi các yếu tố như cài đặt tốc độ, góc tải lớn, kích thước nhỏ gọn, ít đầu tư vào công trình dân dụng và tính linh hoạt bố trí, đồng thời duy trì ở mức số lượng nhỏ và tiêu thụ năng lượng thấp.
Cơ cấu sản phẩm: váy tăng cường các băng truyền (băng tải với tường gợn sóng), chủ yếu là trong ba thành phần sau:
Mẫu vật liệu baseband có cường độ cao, với độ cứng lớn và khả năng chịu biến dạng theo phương thẳng đứng, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu sự ổn định cơ học Cao su lưu hóa nhiệt cho độ bền cao, tăng khả năng chống chịu với các tác động của sóng và nhiệt, bảo vệ cấu trúc dưới tải trọng môi trường Thiết kế cũng điều chỉnh vị trí xuống nhằm ngăn chặn sự hình thành các phân vùng nằm ngang, tăng tính liên kết và ổn định của toàn bộ hệ thống.
Các bức tường phía dưới và các vách ngăn được gắn vào tường để hình thành hệ chắn và phân vùng có thể điều chỉnh, với chiều cao của bức tường và vách ngăn lên tới 40–630 mm Việc lắp đặt này tăng cường độ bền và ngăn rách vật liệu trong quá trình vận hành, đồng thời mang lại một mô hình tường sóng dẻo và linh hoạt Thiết kế như vậy đảm bảo băng tải vận hành mượt mà qua các bánh xe và bánh xe phía đuôi, tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu rung động.
Truyền tải công suất có sẵn với cấu hình bức tường sóng, phù hợp cho vận chuyển vật liệu số lượng lớn theo mọi hướng: dọc theo độ nghiêng, nằm ngang và thẳng đứng Hệ thống có thể xử lý các dạng vật liệu từ than đá, quặng, cát đến phân bón và hạt Kích thước hạt được giới hạn từ nhỏ đến tối đa 400 mm, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khác nhau về kích thước Tốc độ thông qua (throughput) đạt từ 1 m3/giờ đến 6000 m3/giờ, đảm bảo lưu lượng phù hợp với quy mô và mục đích sử dụng.
Thông số kỹ thuật: 400mm-2000mm
Các tính năng nổi bật gồm việc sử dụng nhựa chịu dầu và cao su nitrile có khả năng chống dầu tốt, giúp tăng cường độ bền và hiệu suất ở môi trường dầu Đồng thời quá trình gia cố có thể được điều chỉnh và lựa chọn theo nhu cầu riêng của từng loại vật liệu, phù hợp với từng ứng dụng và yêu cầu chất lượng.
Toàn bộ chống cháy chậm bắt lửa băng tải cho các mỏ than
Các tính năng nổi bật của hệ thống cho thấy các cấu trúc PVC và PVG (nhựa bề mặt) có thể được phân loại theo loại mà không cần tách lớp, với độ bền kéo cao, khả năng chịu tác động và chống rách vượt trội Các loại cấu trúc được phân loại dựa trên sự gia tăng PVC và đặc tính bề mặt cao su của PVG, đồng thời tích hợp chất chống cháy toàn diện và tuân thủ các tiêu chuẩn MT/914-2002.
PVC là thích hợp cho 16- độ góc của các điều kiện khô, việc xử lý vật liệu sau đây.
PVG phù hợp với góc độ ẩm của 20 độ dưới đây việc xử lý vật liệu nước.
Ứng dụng trong thực tế
1.6.1 Hệ thống băng tải trong các dây chuyền sản xuất của nhà máy
Trong toàn bộ dây chuyền sản xuất của nhà máy, dây chuyền băng tải là hệ thống quan trọng bậc nhất, đóng vai trò liên kết chặt chẽ giữa người lao động trực tiếp sản xuất với các hệ thống máy móc tự động khác; tuyến băng tải đảm nhận khối lượng công việc lớn và liên tục, hiện thực hóa vai trò không thể thay thế trong sơ đồ công nghệ của nhà máy sản xuất giày Từ công đoạn chế biến thô đến thành phẩm, giày được đưa lên hệ thống băng tải và qua lò điện trở gia nhiệt đặt trên một phần băng để sấy khô keo dán ở 100°C, lò điện trên dây chuyền phải đảm bảo sau khi giày qua lò keo dán được làm khô; để đáp ứng yêu cầu này, cần điều chỉnh tốc độ băng tải hoặc nhiệt độ của lò sao cho quá trình sấy vẫn đảm bảo keo dán khô đều Lò điện được bố trí trên băng tải phải đảm bảo sau khi sấy, giày được kéo tới cuối chiều dài băng có đủ thời gian hạ nhiệt xuống mức an toàn trước khi chuyển sang công đoạn tiếp theo, nhằm bảo đảm an toàn cho người lao động và sự liên tục của quy trình sản xuất.
Hình 1 8 Bố trí lò điện trở trên băng tải
Sau khi giày được sấy xong, chúng được đưa lên băng tải và chuyển vào khu chứa sản phẩm đã hoàn thiện Tại khu chứa này, giày tiếp tục trải qua các công đoạn tiếp theo của quy trình sản xuất nhằm đảm bảo chất lượng và tiến độ sản phẩm.
1.6.2 Hệ thống băng tải trong dây chuyền sản xuất của nhà máy xi măng
Việc xây dựng hệ thống băng tải không chỉ giảm chi phí đầu vào cho nhà máy mà còn giảm lưu lượng xe chở nguyên liệu và ô nhiễm môi trường do vận chuyển vào nhà máy gây ra Ứng dụng của băng tải trong chu trình khai thác, vận chuyển và sơ chế nguyên liệu gồm các chất phụ gia như cát, quặng sắt và thạch cao được vận chuyển từ cảng nhập về kho bãi và được đồng nhất bằng cách đổ từ trên cao xuống Đất sét và đá vôi sau khi khai thác từ mỏ được vận chuyển đến máy nghiền; khi đống được đổ thành, Reclaimer sẽ hoạt động, đẩy đá lên băng tải có năng suất 350 tấn/h, chuyển đến Hopper 21BN1 và cung cấp cho Raw Mill nghiền đá thành bột Đống đá được đưa đến Dump Hopper 21DH1, sau đó được băng tải đưa tới Limestone 26BN153, 26BN253 trong khu nhà nghiền xi măng Đất sét và cát được nghiền nhỏ, rồi được băng tải vận chuyển về kho 21SY2 và đổ thành đống thông qua Stack er 21SK2.
300 tấn/h Tại kho Relaimer 21RR2 hoạt động với năng suất 100 tấn/h Thông qua hệ thống băng tải, đất sét được vận chuyển đến clay Hopper 21BN2
Cát ở kho được đưa tới Dump Hopper 21DN2 bằng máy xúc và sau đó được vận chuyển tới Silica Hopper 21BN3; quặng sắt được vận chuyển bằng tàu và sẽ được nâng lên bằng cần cẩu 21SL31.
Thông qua băng tải ngang 21BNCL3, vật liệu được đưa vào kho 21YS3; cát và thạch cao được đưa đến máy nghiền 21CR1, còn quặng sắt ở dạng bột nên bỏ qua công đoạn nghiền Than được vận chuyển bằng tàu từ nơi khác đến và được gầu 21SL31 xúc lên băng tải; than được băng tải đưa đến kho thông qua stacker 21SIC31 với năng suất 150 tấn/h, và đá được đổ thành hai đống theo chiều dài của kho Sau khi than được đổ thành đống, Reclaimer hoạt động để đưa than lên băng tải vào Hopper và cung cấp cho Cool Mill Quá trình đồng nhất nguyên liệu diễn ra như sau: tất cả các loại nguyên liệu được đưa đến hệ thống băng tải trước khi được đưa đến một phễu nhằm mục đích giữ cho các loại nguyên liệu bột chiếm tỷ lệ nhất định.
1.6.3 Hệ thống băng tải trong công nghiệp hàng không
Băng tải hành lý có ứng dụng và đạt hiệu quả cao trong vận chuyển hành khách và hành lý qua hệ thống băng tải hiện đại, giúp tiết kiệm thời gian cho hành khách và có thể vận chuyển được những hành lý lớn và nặng, đồng thời đưa hành lý theo trọng lượng và đến nơi cất giữ Băng tải hành lý được đặc trưng bởi liên hoàn của các tấm hình thang hoặc lưỡi liềm liên kết với nhau để tạo vòng khép kín; bề mặt băng tải khớp lại với nhau, có thể định dạng thành nhiều kiểu dáng cơ cấu phù hợp cho chức năng giữ và sắp xếp hành lý trong các sân bay và ở mọi quy mô Thông thường tốc độ làm việc khoảng 12–24 m/phút, theo chiều kim đồng hồ hay ngược lại để đáp ứng nhu cầu của khách hàng.
Hệ thống điều khiển có thể vận hành bằng tay hoặc tự động tùy thuộc vào quy mô đầu tư và mục tiêu vận hành của doanh nghiệp Với thiết kế đáng tin cậy và bền bỉ, hệ thống đã đáp ứng và vượt qua mọi tiêu chí công nghệ, mang lại hiệu suất ổn định và hiệu quả vận hành ở nhiều quy mô đầu tư.
Kết luận
Chương 1 của báo cáo đã nghiên cứu được sự cần thiết của việc chế tạo robot lau nhà, tình hình triển khai trong thực tế, và các chức năng của sản phẩm Nội dung chương 2 em sẽ tiến hành nghiên cứu lý thuyết về các linh kiện điện tử cần thiết để chế tạo ra thiết bị của mình.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Linh kiện cơ khí
2.1.1 Động cơ điện một chiều
2.1.1.1 Khái niệm Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của “Direct Current Motors”) được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC – điện áp 1 chiều. Động cơ một chiều (DC) là động cơ biến năng lượng từ dòng điện một chiều và thành cơ năng. Động cơ 1 chiều ngày nay không chỉ xuất hiện trong dân dụng Mà chúng đang có mặt ngày càng nhiều hơn trong các hệ thống công nghiệp Đơn cử như động cơ servo, động cơ bước…
Hình 2 1 Động cơ DC Động cơ DC đầu tiên được phát triển vào khoảng những năm 1830-1840.
Ban đầu, sản phẩm không thành công về mặt thương mại do nguồn cấp năng lượng chủ yếu dựa vào pin Lúc đó pin vừa đắt đỏ vừa có chất lượng thấp, khiến chi phí vận hành cao và hiệu suất không ổn định, dẫn tới sự yếu đi của hiệu quả kinh doanh.
Mãi cho đến khi hệ thống lưới điện được hình thành và pin sạc được phát minh vào cuối thế kỷ 19, động cơ điện một chiều (DC) mới được thương mại hóa và có mặt trên thị trường.
Một số ví dụ về các ứng dụng mà chúng vẫn được sử dụng cho đến nay như:
- Ở các dây chuyền, băng tải
- Công cụ máy móc cầm tay
- Bộ khởi động động cơ trên ô tô…
2.1.1.2 Cấu tạo và phân loại động cơ điện 1 chiều
Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều thường gồm những bộ phận chính như sau:
- Stator: là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện
- Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện
- Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp
Cổ góp (commutator) là thành phần đảm nhiệm việc tiếp xúc và phân phối nguồn điện cho các cuộn dây trên rotor, cho phép dòng điện được cấp tới từng cuộn dây một cách chính xác và liên tục Số lượng điểm tiếp xúc của cổ góp bằng với số cuộn dây trên rotor, từ đó đảm bảo sự phân phối điện đồng bộ và hiệu quả truyền động của động cơ.
Hình 2 2 Cấu tạo động cơ
Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện 1 chiều thành những dòng chính như sau:
- Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp có hai cuộn dây kích từ Trong cấu hình này, một cuộn được mắc nối tiếp với phần ứng, còn một cuộn được mắc song song với phần ứng Sự kết hợp hai cuộn kích từ giúp điều chỉnh từ thông và moment xoắn một cách linh hoạt: cuộn nối tiếp tăng từ thông khi dòng qua phần ứng tăng, trong khi cuộn song song duy trì từ thông ổn định ở các chế độ tải khác nhau Nhờ đó động cơ có đặc tính vận hành ổn định, đáp ứng tốt với tải biến thiên và có khả năng điều chỉnh nhanh hơn so với động cơ kích từ thuần túy.
Nguyên lý hoạt động của động cơ DC dựa trên sự phân cực ngược nhau giữa hai từ trường bên trong động cơ, tạo ra lực quay và khiến rotor quay liên tục Động cơ DC là loại động cơ đơn giản nhất và được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng, chẳng hạn như dao cạo điện và cửa sổ điện trên ô tô.
2.1.1.3 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện 1 chiều
Động cơ điện một chiều (DC) hoạt động dựa trên hai yếu tố tạo từ trường: stator có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ, và rotor gồm các cuộn dây quấn được cấp nguồn điện một chiều Một phần quan trọng khác của động cơ DC là bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trên rotor khi rotor quay để duy trì chuyển động liên tục Thông thường, bộ phận chỉnh lưu của động cơ DC gồm hai thành phần chính: cổ góp và chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Khi dòng điện chạy qua phần ứng (cuộn dây) được đặt giữa cực bắc và cực nam của nam châm, từ trường do phần ứng sinh ra tương tác với từ trường của nam châm Sự tương tác này tạo ra mô-men quay, cho phép hệ thống điện từ biến đổi điện năng thành động lực quay.
Hình 2 3 Nguyên lý hoạt động động cơ điện một chiều
Hướng của lực từ tác dụng lên dây dẫn được xác định theo quy tắc bàn tay trái của Fleming, và độ lớn của lực được tính bằng công thức F = B × I × L, trong đó B là mật độ từ thông, I là dòng điện và L là chiều dài của dây dẫn nằm trong từ trường Khi áp dụng quy tắc Fleming, ngón trỏ chỉ hướng của từ trường (B), ngón giữa chỉ hướng của dòng điện (I), và ngón cái chỉ hướng của lực (F); do đó lực tác dụng sẽ có hướng theo ngón cái và độ lớn tỉ lệ với B, I và L.
= chiều dài của dây dẫn trong từ trường.
Quy tắc bàn tay trái của Fleming giúp xác định hướng của lực tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện khi có từ trường Khi duỗi thẳng ba ngón của bàn tay trái sao cho ngón thứ nhất (ngón trỏ), ngón thứ hai (ngón giữa) và ngón cái vuông góc với nhau, ngón thứ nhất biểu thị hướng của từ trường, ngón thứ hai biểu thị hướng của dòng điện, còn ngón cái cho biết hướng của lực tác dụng lên vật dẫn.
Trong động cơ điện một chiều, nam châm tạo thành stato, phần ứng được đặt trên rôto và một cổ góp chuyển dòng điện từ cuộn dây này sang cuộn dây kia Cổ góp kết nối nguồn điện đứng yên với phần ứng thông qua việc sử dụng chổi than hoặc thanh dẫn điện Hơn nữa, động cơ DC hoạt động với tốc độ cố định đối với điện áp cố định và không có hiện tượng trượt.
Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biểu thức sau:
I=(Vnguon-Vphandiendong)/Rphanung Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:
2.1.1.4 Ưu nhược điểm của động cơ DC Ưu điểm của điện 1 chiều Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động.
Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.
Bền bỉ, tuổi thọ lớn Động cơ điện một chiều có chổi than có hiệu suất tốt.
Mật độ mô-men xoắn tương đối cao đối với các động cơ này. Động cơ một chiều chạy êm và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng.
Khả năng quá tải tốt và nhiễu điện từ nhỏ.
Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều:
Nhược điểm của động cơ điện một chiều là cấu trúc
Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, nhưng dễ bị hư hỏng trong quá trình vận hành Vì vậy, cần bảo dưỡng và sửa chữa cẩn thận, thực hiện định kỳ và thường xuyên Việc bảo dưỡng định kỳ giúp phát hiện và xử lý kịp thời các hỏng hóc, giảm thiểu sự cố liên quan đến cổ góp Tuy nhiên, tuổi thọ của cổ góp vẫn ngắn nếu không được chăm sóc đúng cách.
Tiếp điểm trượt giữa cổ góp và chổi than có thể sinh ra tia lửa điện, gây nguy hiểm đặc biệt trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ và khi chịu mài mòn cơ học Vì vậy, việc giám sát, kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống tiếp điện là cần thiết để giảm thiểu rủi ro cháy nổ và hỏng hóc, đồng thời tăng độ ổn định vận hành và tuổi thọ của thiết bị.
Giá thành đắt mà công suất không cao.
2.1.1.5 Ứng dụng của động cơ DC
Nhờ sự đa dạng của các loại động cơ điện một chiều, động cơ DC có rất nhiều ứng dụng trong mọi lĩnh vực đời sống: từ TV, máy công nghiệp, đài FM, ổ đĩa DC và máy in–photo đến công nghiệp giao thông vận tải và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục ở phạm vi rộng Trên quanh ta, các động cơ DC nhỏ được dùng trong các công cụ, đồ chơi và nhiều thiết bị gia dụng khác Động cơ DC cũng được ứng dụng trong quạt máy, nơi có thể điều chỉnh tốc độ quay một cách linh hoạt, dù nhiều quạt truyền thống vẫn sử dụng các loại động cơ khác.
Vi điều khiển
2.2.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC
Hình 2 27 Vi điều khiển PIC16F887
PIC là một họ vi điều khiển RISC do Microchip Technology sản xuất Dòng PIC đầu tiên là PIC1650, được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General Instruments Tên gọi PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thông minh), đây là nhãn mà General Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ mang tên PIC1650.
1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động) Năm
1985 General Instruments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án – lúc đó quá lỗi thời Tuy nhiên, PIC được bổ sung EPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word Nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:
• 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi
• Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte
• Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic 0 và logic 1)
Đối với lập trình bộ đếm 8-bit và 16-bit trên vi điều khiển PIC, hai công cụ phát triển phổ biến nhất là MPLAB và PIC CCS Cả MPLAB và PIC CCS đều hỗ trợ tốt các ngôn ngữ lập trình phổ biến cho PIC như C và ASM, giúp viết mã điều khiển timer, cấu hình thanh ghi và xử lý ngắt một cách linh hoạt Việc nắm bắt các chi tiết của timer như preload, prescaler và các chế độ làm việc sẽ giúp bạn tối ưu hiệu suất thời gian và đáp ứng yêu cầu ứng dụng Dù bạn chọn MPLAB hay PIC CCS, bạn có thể tận dụng các câu lệnh C hoặc ASM để triển khai các chức năng timer phục vụ PWM, đếm chu kỳ và đồng bộ hóa tín hiệu một cách hiệu quả.
2.2.2 Giới thiệu về PIC16F8XX và PIC16F877A
PIC16F8X là nhóm vi điều khiển 8-bit thuộc họ PIC16XX, được thiết kế để tối ưu tiêu thụ năng lượng và đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS và có khả năng chống tĩnh điện tuyệt đối Nhóm này gồm các thiết bị thuộc dòng PIC16F8X, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng.
PIC16/17 được xây dựng trên kiến trúc RISC, nổi bật với dòng PIC16CXX có 8 mức ngăn xếp và nhiều nguồn ngắt tích hợp cả bên trong lẫn bên ngoài Thiết kế này dùng kiến trúc Harvard với bus dữ liệu và bus lấy lệnh riêng biệt, cho phép độ dài lệnh lên tới 14 bit và 8-bit bus dữ liệu cách biệt Hầu hết các lệnh mất 1 chu kỳ lệnh; các lệnh rẽ nhánh mất 2 chu kỳ Tổng cộng PIC16/17 có 35 lệnh.
1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng.
PIC16F8X nổi bật với nhiều tính năng giúp giảm thiểu số lượng thiết bị ngoại vi, từ đó tối ưu chi phí, tăng độ tin cậy và giảm tiêu thụ năng lượng Nó có 4 tùy chọn bộ dao động và chỉ có một chân kết nối bộ dao động RC, mang lại giải pháp tiết kiệm đáng kể Chế độ Sleep tiết kiệm nguồn và có thể được đánh thức bởi các nguồn reset, tối ưu hóa hiệu suất năng lượng cho các ứng dụng nhúng.
PIC16F877A có 40/44 chân với sự phân chia cấu trúc như sau:
• Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit.
Trong hệ thống, hầu hết các câu lệnh được thực thi trong một chu kỳ lệnh duy nhất, ngoại trừ một số câu lệnh rẽ nhánh thực thi trong hai chu kỳ lệnh Chu kỳ lệnh được xác định bằng bốn lần chu kỳ dao động của thạch anh.
• Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words, với khả năng ghi xoá khoảng 100 ngàn lần.
• Khả năng ngắt (lên tới 15 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài).
• Ngăn nhớ Stack được chia làm 8 mức.
• Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
• Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V.
• Công suất tiêu thụ thấp: