HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC; LẬP TRÌNH PLC CHO RÔ BỐT HARMO TRONG QUÁ TRÌNH C P PHÔI TẤ Ự ĐỘNG.. Sơ đồ mạch điều khiển khí nén trong robot Harmo .... Cơ cấu tay máy Scara Theo Nguyên lý máy,
Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tích hợp điều khiển PLC trong robot công nghiệp bốn bậc tự do nhằm làm chủ giải pháp tích hợp PLC và lập trình PLC cho robot công nghiệp.
Nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ giúp giảm giá thành và cải thiện chất lượng sản phẩm Luận văn thạc sĩ tập trung vào khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc cho nhân viên.
+ Tăng cường kh ả năng linh hoạ ủa robot khi thay đổ ảt c i s n ph m ẩ
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Robot Harmo nhãn hi u UE700SW 2R chuyên d ng , cho máy ép nhệ – ụ ựa tại bộ môn “Máy và ma sát học” Trường đạ ọ– i h c Bách khoa Hà N ội.
- Phương án tích hợp PLC, lựa chọn b ộ điều khi n PLC và l p trình PLC ể ậ b Phạm vi nghiên c u ứ
- Nghiên cứ độu ng h c và kọ ết cấu robot Harmo
- Lập trình PLC để điều khi n quá trình c p phôi t ng c a Robot Harmo ể ấ ự độ ủ nhãn hi u UE700SW 2R ệ –
Nội dung nghiên c ứu
- Nghiên cứ ổu t ng quan v robot và robot Harmo ề
- Nghiên cứ ổu t ng quan v ề điều khi n PLC và b ể ộ điều khi n PLC Omron ể
- Nghiên cứu tích hợp điều khiển PLC trong Robot công nghiệp bốn bậ ực t do
- Đánh giá điều khi n PLC vể ới các phương pháp điều khi n khác ể
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được th c hi n bự ệ ằng phương pháp nghiên cứu lý thuy t k t h p v i ế ế ợ ớ thực nghiệm:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuy t robot ế
- Tiến hành thực nghiệm: Lập trình đểchạy th ửrobot Harmo.
- Phân tích và đánh giá kết quả ừ đó ứ, t ng d ng thụ ực tế.
Dự kiến kết quả
Lập trình tích hợp điều khiển PLC trong Robot Harmo nhằm thực hiện nhiệm vụ vớt chai nhựa, đồng thời mô phỏng quá trình cấy ghép phôi.
TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP
Lịch sử phát triển của Robot công nghiệp
1.1.1 Quá trình hình thành của Robot công nghiệp
Thuật ng ữ “Robot” lần đầu tiên xu t hiấ ện vào năm 1921 trong tác ph m ẩ
“Rossum’s Universal Robots” của nhà văn Tiệp Khắc Karel Čapek giới thiệu về việc Rossum và con trai ông chế tạo ra những chiếc máy có khả năng giống như con người để phục vụ cho nhân loại Năm 1922, trên sân khấu múa ở Châu Âu, những con robot đầu tiên đã xuất hiện, do các nghệ sĩ Tiệp Khắc trình diễn Từ đó, ý tưởng về việc sáng chế ra những cơ cấu máy có khả năng bắt chước các hoạt động của con người đã ra đời, với mục đích thay thế sức lao động của con người bằng robot công nghiệp.
Trước đại chiến thứ hai, việc triển khai ngừng hoạt động trong kỹ thuật quân sự đã trở thành nhu cầu thiết yếu Ngay sau đó, cơ cấu điều khiển từ xa ra đời, với các khâu và dây chuyền liên kết được điều khiển bởi cánh tay của người thao tác thông qua các cơ cấu cơ khí Cơ cấu điều khiển từ xa có khả năng cầm nắm, nâng hạ, di chuyển, đảo lật và buông thả các đối tượng trong một không gian hoạt động xác định Mặc dù thao tác khá tinh vi và khéo léo, nhưng tốc độ hoạt động vẫn chậm, lực tác động hạn chế và hệ thống điều khiển chủ yếu vẫn là cơ học.
Robot công nghiệp hiện nay được phát triển từ hai lĩnh vực chính: cơ cấu điều khiển từ xa và các máy công cụ tự động Những công nghệ này giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong sản xuất.
Nhƣ vậy, những Robot đầu tiên th c ch t là s n i k t giự ấ ự ố ế ữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khi n t xa v i kh ể ừ ớ ả năng lập trình c a máy công c ủ ụ điều khiển s ố
1.1.2 Quá trình phát triển của robot công nghiệp
Robot công nghiệp đang hình thành và phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu Quá trình phát triển của robot công nghiệp được chia thành ba thời kỳ chính.
- Thời kỳ sơ khai (Trước năm 1946): n phát tri n s n xu t ti n d n t ng Đây là giai đoạ ể ả ấ ế ần đế ự động hóa cơ khí (tự độ hóa s n xuả ất cứng)
Trong thời kỳ này, các robot đầu tiên phục vụ cho công nghiệp nguyên tụ điện, đánh dấu giai đoạn phát triển mạnh mẽ của Kỹ thuật Công nghiệp Sản xuất Một trong những robot đầu tiên có tên là ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer).
Năm 1946: Xuấ ện máy tính điệ ử đầ Numerical Integrator and Caculartor)
Năm 1948, nhà nghiên cứu Goertz đã phát triển tay máy điều khiển từ xa đầu tiên, trong khi cùng năm, hãng General Mills cũng chế tạo một tay máy tương tự sử dụng cơ cấu tác động với các động cơ điện kết hợp.
Năm 1950, tại viện công nghệ Massachusetts (MIT), đã chế tạo thành công "Máy phay điều khiển số NC", đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin và điều khiển Sự kiện này khởi đầu cho quá trình phát triển công nghệ trí tuệ nhân tạo.
Hệ điều khiển NC đã phát triển các cơ cấu điều khiển thông minh, trong đó nổi bật là robot, giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong quá trình điều khiển.
Năm 1954, Goertz tiếp t c ch t o m t dụ ế ạ ộ ạng tay máy đôi sử ụng động cơ d servo và có thể nh n bi t lậ ế ực tác động lên khâu cu ối.
Năm 1956 hãng General Mills cho ra đời tay máy hoạt động trong công vi c ệ khảo sát đáy biển
Thời kỳ ỷ k nguyên c a robotủ ic bắt đầu từ năm 1960, đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của robot công nghiệp Năm 1961, robot Unimate của hãng General Motors được sử dụng trong phân xưởng đúc, đánh dấu thời kỳ của robot đầu tiên Robot này được lập trình để thực hiện các thao tác đã được định trước, mở ra khả năng tự động hóa trong sản xuất.
+ M t là: Làm vi c liên t c trong 24 gi và n m v ng các công vi c trong ộ ệ ụ ờ ắ ữ ệ vòng vài phút
+ Hai là: Làm việc trong mọi điều kiện: nóng bức, khó chịu, nguy hiểm và độc hại
Dựa trên các quy định về phát minh sáng chế của Mề ế ủ ỹ, nhiều quốc gia trên thế giới đã bắt đầu chế tạo robot công nghiệp Ví dụ, Anh đã giới thiệu robot Scara vào năm 1967, Thụy Điển và Nhật Bản ra mắt robot Fanuc vào năm 1968, trong khi Đức, Pháp và Ý lần lượt phát triển robot Sigma vào các năm 1971, 1972 và 1973.
Năm 1967, Nhật B n nh p robot công nghiả ậ ệp đầu tiên c a Hoa Kủ ỳ Đến nay đã có hơn 40 công ty Nhật B n ch tả ế ạo robot nhƣ công ty Panasonic, Hitachi, Mitsubishi
T m 1960 ừ nă – 1970: Ra đời robot công ngh m ch tích h p IC ệ ạ ợ (Integrated Circuit), LSIC (Large Scale Integrated Circuit), b vi x lý (Microprocessor) và ộ ử máy vi tính PC (Personal Computer)
Từ năm 1968 đến 1972, giai đoạn này chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của robot trong ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt tại Nhật Bản với sự đóng góp của công ty YASKAWA, một trong những nơi đầu tư và nghiên cứu ứng dụng robot hàng đầu thế giới Cơ điện tử (Mechatronics) đã xuất hiện và luôn gắn liền với robot công nghiệp và CNC.
1970 xe t hành thám hi m b m t c a mự ể ề ặ ủ ặt trăng Lunokohod 1 đƣợc điều khiển t ừ trái đất
Từ năm 1972, Viện nghiên cứu thuộc Trường đại học Stanford đã thiết kế robot Shakey, một robot di động tinh vi, để thực hiện các thí nghiệm về điều khiển và sử dụng hệ thống thu nhận hình ảnh nhằm nhận dạng đối tượng Robot này được lập trình để nhận dạng đối tượng bằng camera, xác định đường đi đến đối tượng và thực hiện một số tác động trên đó Điều này cho thấy sự tích hợp của Khoa học – Kỹ thuật – Công nghệ cơ khí – Điện – Điện tử và tự động điều khiển máy tính Năm 1972 cũng đánh dấu hội nghị tiên phong về robot tại Chicago, Hoa Kỳ, từ đó, robot bắt đầu được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực từ sản xuất đến nghiên cứu khoa học, y tế và đời sống hàng ngày.
Năm 1976: Ra đời máy công c ụ CNC đƣợc điều khi n b ng Microcomputer, ể ằ t ừ đó bắ ầt đ u một thờ ỳ ra đời ý tưởi k ng Robot thông minh và thích nghi
T ừ năm 1980 – 1990: Đây là giai đoạn phát triển nhƣ vũ bão của Khoa học –
Kỹ thuật công nghệ và quy mô sản xuất nghiên cứu khoa học đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến máy tính và tin học, giúp robot ngày càng chính xác, mạnh mẽ, linh hoạt và thích nghi tốt hơn Nhiều hiệp hội nghiên cứu robot trên thế giới đã được hình thành và phát triển, như hiệp hội RIA (Hoa Kỳ), BRA (Anh), AFRI (Pháp), SIRI (Italia), JIRA (Nhật Bản) và SWIRA (Thụy Điển).
Thế ỷ k 21 là th k c a robot v i s phát tri n theo các th h ế ỷ ủ ớ ự ể ế ệsau:
+ Robot điều khiển theo chương trình đường dẫn: điều khi n theo thao tác, ể điều khi n d n d y ể ẫ ạ
+ Robot có lập trình điều khi n thích nghi, thông minh ể + Robot có trí khôn nhân t o ạ
Hiện nay, trên thế giới có hơn 500 công ty và hàng nghìn mẫu robot, với sự phát triển ngày càng hiện đại và đa dạng về chủng loại cũng như lĩnh vực ứng dụng phong phú.
Tổ chức kỹ thuật của robot công nghiệp
Hình 1.1 Sơ đồ khối tổ chức kỹ thuật của robot
Sơ đồ ấ c u trúc c a robot công nghiủ ệp đƣợc chia làm 4 kh i l n có m i liên h ố ớ ố ệ trực tiế ẫp l n nhau:
- Block A: Là kh i th c hi n nhi m v thu th p và chuy n giao d ố ự ệ ệ ụ ậ ể ữ liệu đầu vào Khối này bao gồm:
+ B thộ ực hiện quá trình d y h c cho robot ạ ọ
Lưu trữ và chuyển giao dữ liệu vật lý trong quá trình học là rất quan trọng Điều này bao gồm các tập hợp tọa độ góc của vị trí đầu và vị trí cuối của một động trình, cụ thể là {(θt đ o, ho); (θ f, hf)}.
- Block B: Là kh i b não c a Robot, bao g m các c m vi x lý, gi i quyố ộ ủ ồ ụ ử ả ết các vấn đề sau:
+ Thi t l p và giế ậ ải bài toán động học trên cơ sở ộ b thông s u vào ố đầ {(θ o ,ho); (θ f , hf)}
+ B d u hình h cộ ữ liệ ọ : Lưu trữ và chuy n giao các k t qu gi i bài toán ể ế ả ả
Thiết lập và giải bài toán động học Bộ dữ liệu hình học
Bộ dữ liệu điều khiển Lập trình quỹ đạo
Bộ cảm nhận vËt lý
Bộ dữ liệu cảm nhận vËt lý
Block C Block D o ,h o, f ,h f d (t) ,h d (t) luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si động h c thu n, v trí hình h c cọ ậ ị ọ ủa động trình v i các tớ ọa độ [(X o , Y o , Z o ) (X f ,
Lập trình quỹ đạo đi qua các điểm hình học đã hoặc chưa được "dạy" nhằm hình thành toàn bộ quỹ đạo chuyển động của cơ cấu chấp hành cuối, với các tọa độ [(X_d(t)), (Y_d(t)), (Z_d(t))].
+ B d ộ ữ liệu điều khi n: Giể ải bài toán động học ngƣợc để tìm ra các thông s ố điều khiển [(θ d (t), (h d (t))]
- Block C: Là khối điều khi n bao g m b so sánh giá tr c n ể ồ ộ ị ầ – thực, các b ộ biến đổi khuyếch đại và phát tín hiệu điều khi n theo nguyên tể ắc điều khi n NC ể
- Block D: Là khối cơ cấu ch p hành, bao g m nguấ ồ ồn động lực, các cơ cấu chấp hành, các b c m nh n v t lý ộ ả ậ ậ
Căn cứ vào t ch c k thu t c a robot, ta th y có 03 b thông s k thu t ch ổ ứ ỹ ậ ủ ấ ộ ố ỹ ậ ủ y u sau: ế
- B thông s cộ ố ảm nhận vật lý: {(θ o ,h o ); (θ f , h f )}
- B thông s v trí hình h c: [(Xộ ố ị ọ o, Yo, Zo) (Xf, Yf, Zf)]
Bộ điều khiển B thông số gồm các tham số \((\theta_d(t), h_d(t))\) cho phép "Biến và Chuyển" liên tục giữa các chức năng thông qua các bước thực hiện trong các hệ thống động học thuần và ngược Điều này đảm bảo không tách rời quá trình chuyển đổi động tổng quát trong công tác ổn định của robot.
B i v y, quá trình thi t k ng h c Robot công nghi p là vi c thi t l p và ở ậ ế ế độ ọ ệ ệ ế ậ giải các hệ phương trình động h c thu n và nghọ ậ ịch.
Kết quả tìm kiếm là cơ sở quan trọng trong việc giải quyết các phương trình động lực học và hỗ trợ trong tính toán điều khiển của robot được thiết kế.
Động học robot
1.3.1 Bậc tự do của robot.
Robot công nghiệp là loại thiết bị tự động hóa nhiều công đoạn sản xuất Cơ cấu tay máy của chúng phải được cấu tạo sao cho bàn kẹp giữ vật kẹp theo một hướng nhất định và di chuyển linh hoạt trong vùng làm việc Để hoạt động hiệu quả, cơ cấu tay máy phải đạt được một số bậc tự do chuyển động.
Các khâu của cơ cấu tay máy được nối ghép với nhau bằng các khớp quay hoặc khớp tĩnh Trong cơ cấu tay máy, các khâu nối liên tiếp với nhau tạo thành cơ cấu hoạt động, và thông thường mỗi khâu động gắn liền với nguồn động lực riêng Do đó, đối với các loại cơ cấu sử dụng các khớp động, loại 5 thì sẽ bị ảnh hưởng bởi sự cản trở của cơ cấu bằng sự kết nối của các khâu động.
Ví dụ Cơ cấu tay máy Scara có “Số ậ: b c tự do của cơ cấu = s ố khâu động = 4”
Hình 1.2 Cơ cấu tay máy Scara Theo Nguyên lý máy, số ậ b c tự do của cơ cấu đƣợc tính theo công th c sau: ứ
- Pi: Số kh p loớ ại i
5 1 iPi luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
1.3.2 Hệ tọa độ của robot
Việc g n h tắ ệ ọa độ ớ v i các khâu có vai trò r t quan tr ng khi thi t l p h ấ ọ ế ậ ệ phương trình động h c c a robot Nguyên tọ ủ ắc chung như sau:
G c c a h tố ủ ệ ọa độ ắ g n li n v i khâu th ề ớ ứ i (gọi là h tệ ọa độ ứ th i) đặ ạ t t i giao điểm giữa đường vuông góc chung (ai) và trục khớp động i+1
Khi hai trục giao nhau, góc hợp với tọa độ sẽ trùng với giao điểm đó Nếu hai trục song song, thì tọa độ của điểm bất kỳ trên trục i+1 sẽ được gọi là điểm chặn.
Trục z c a hủ ệ ọ t a độ ứ th i n m d c theo tr c khằ ọ ụ ớp động i+1
Trục xi của hệ tọa độ thứ i nằm dọc theo đường vuông góc chung hướng từ khớp động i đến khớp động i+1 Trong trường hợp hai trục giao nhau, hướng trục xi vuông góc với mặt phẳng chứa zi và zi-1.
Hình 1.3 Các hệ tọa độ đối với 2 khâu động li n tiếpê
Trong thực tế, các trục nối khớp động của robot thường song song hoặc vuông góc nhau, điều này có thể gây nhầm lẫn trong việc xác định vị trí Hơn nữa, việc xác định các hệ tọa độ cần phải phù hợp với các phép biến đổi của ma trận A để có thể ứng dụng được bộ thông số Denavit-Hartenberg (DH) Do đó, trình tự xác định các hệ tọa độ cần lưu ý các điểm quan trọng sau:
- Trục zi ph i chả ọn cùng phương với tr c khụ ớp động i +1 Hướng c a phép ủ i-1 i- 2 i-1 i i+ 1 i i+1 ai d i a i i
Z i-2 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si quay và phép t nh tiị ến đƣợc chọn tùy ý
- Trục xi được xác định dọc theo đường vuông góc chung gi a tr c khữ ụ ớp động thứ i và (i+1), hướng t khừ ớp động th ứi t i trớ ục (i+1)
- Trục y i đƣợc xác định theo quy t c bàn tay phắ ải (hệ ọa độ t thu n)ậ
- Khi g n h tắ ệ ọa độ lên các khâu, ph i tuân theo các phép biả ến đổ ủi c a ma trận
Ai Đó là 4 phép biến đổi:
1.3.3 Thông số động học và bảng thông số DH.
V ị trí tương đối gi a hai h tữ ệ ọa độ liên ti p (i 1) và i ế – được mô t b i 4 tham ả ở s ng h c Denavit ố độ ọ –Hartenberg: d i , θi, a i , αi(Hình 1.3)
- ai: Khoảng d ch chuy n gi a 2 trụị ể ữ c khớp động k nhau ề
- αi: Góc l ch gi a trệ ữ ục của 2 khớp động li n k , là góc quay quanh tr c xề ề ụ i sao cho tr c zụ i-1 chuyển đến trục z i theo quy t c bàn tay ph ắ ải.
- d i : D ch chuy n t nh ti n giị ể ị ế ữa hai đường vuông góc chung c a 2 tr c; dủ ụ i |O i-1 H i-1 | là dương nếu vector O i-1 H i-1 theo chiều dương của tr c Zụ i-1 , âm trong trường hợp ngượ ạc l i
- θ i : Góc giữa 2 đường vuông góc chung Là góc quay quanh tr c zụ i-1 để ụ tr c xi-1 chuyển đến trục xi theo quy t c bàn tay ph ắ ải.
B thông s : dộ ố i , θ i , ai, α i đƣợc g i là b thông s ọ ộ ố Denavit – Hartenberg hoặc viết tắt là bộ thông s ốDH.
1.3.4 Phương trình động học của Robot.
Ma n Atrậ i là ma tr n mô t v ậ ả ị trí và hướng c a khâu th i so v i khâu th -1 ủ ứ ớ ứi và đƣợc xác định nhƣ sau:
Ai = R(z, i) Tp(0,0,di).Tp(ai,0,0).R(x, i) (1.2) Trong đó:
+ Phép biến đổi tịnh ti n: ế luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Cuối cùng ta đƣợc ma tr n: ậ
Ai đƣợc g i là ma tr n biọ ậ ến đổ ọa đội t thu n nh t Danavit Hartenberg c a khâu ầ ấ – ủ th i so vứ ới khâu th i-1 ứ
- Ma trận Ti là tích các ma tr n Aậ i
+ Ma trận A1: Mô t v ả ị trí và hướng của khâu đầu tiên
+ Ma trận A2: Mô t v ả ị trí và hướng c a khâu th 2 so vủ ứ ới khâu đầu tiên
+ Ma trận Ai : Mô t v ả ị trí và hướng c a khâu th ủ ứi so với khâu th -1 ứi c g là ma tr n mô t v ng c a h t g n li n v i khâu th
Tiếp cận và hướng dẫn tọa độ động, so với hệ tọa độ cố định Trong trường hợp \(i = n\), với \(n\) là số hiệu của tọa độ gần liền với “điểm tác động cuối” (E), ta có:
Tn= A1 A2… A n luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Mặt khác, hệ ọ t a đ ại “điểm tác độộ t ng cuối” này đƣợc mô t b ng ma tr n Tả ằ ậ E
Các phần tử của ma trận 3x1 bao gồm tọa độ \(p_x\), \(p_y\), và \(p_z\) của điểm tác động cuối E Mỗi cột của ma trận quay 3x3 đại diện cho một véc tơ chỉ phương trong hệ tọa độ động UVW, gắn liền với khâu cuối cùng của robot và có điểm tác động cuối Các véc tơ này được biểu diễn trong hệ tọa độ cố định XYZ.
Vì vậy hi n nhiên là: ể
T n = (1.9) Đây là phương trình động học cơ bản c a robot ủ
Truyền động trong robot công nghiệp
1.4.1 Truyền động khí nén (Pneumatic Systems)
Hệ thống khí nén được ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp như lắp ráp, chế biến, gia công cơ khí và khai thác khoáng sản Đặc biệt, nó rất quan trọng trong những lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, chống cháy nổ hoặc hoạt động trong môi trường độc hại Các dạng hệ thống khí nén đa dạng và phù hợp với nhiều nhu cầu khác nhau trong sản xuất.
Dựa vào dạng năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai hệ thống khí nén sau:
Hệ thống điều khiển bằng khí nén sử dụng tín hiệu điều khiển từ khí nén, với các phần tử xử lý và điều khiển được tác động bởi nguồn khí nén này.
0 pz wz vz uz py wy vy uy Px wx vx ux
0 pz wz vz uz py wy vy uy Px wx vx ux luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hệ thống điều khiển điện – khí nén sử dụng các phần tử điều khiển hoạt động dựa trên tín hiệu điện hoặc sự kết hợp giữa điện và khí nén Cấu trúc của hệ thống khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của quá trình điều khiển.
- Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén
- Khối điều khiển gồm: Các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành
- Khối các thiết bị chấp hành: Xi lanh, động cơ khí nén… c Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén.
Không khí có khả năng chịu nén, cho phép tích trữ trong bình chứa với áp suất cao, hoạt động như một kho chứa năng lượng Trong thực tế, các trạm nguồn khí nén thường được xây dựng để phục vụ nhiều mục đích khác nhau, bao gồm làm sạch và truyền động cho các máy móc.
+ Có khả năng truyền tải năng lƣợng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ;
+ Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường;
+ Tốc độ truyền động cao, linh hoạt, dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác;
Chi phí thiết lập hệ thống truyền động bằng khí nén rất thấp do phần lớn các xí nghiệp đã có sẵn hệ thống đường dẫn khí nén.
+ Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn đƣợc đảm bảo.
+ Lực truyền tải trọng thấp;
Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, vận tốc truyền cũng sẽ thay đổi Do khả năng đàn hồi của khí nén lớn, việc thực hiện các chuyển động thẳng hay quay đều trở nên khó khăn.
+ Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn lớn.
Hiện nay, để tối ưu hóa ứng dụng của hệ thống khí nén, người ta thường kết hợp linh hoạt với các hệ thống điện cơ khác và áp dụng nhiều giải pháp điều khiển đa dạng như điều khiển bằng bộ điều khiển lập trình và máy tính.
1.4.2 Hệ thống truyền động điện.
Robot với truyền động điện là lựa chọn tối ưu cho các công việc yêu cầu độ chính xác cao, nhờ vào khả năng đảm bảo độ chính xác dịch chuyển và thực hiện các thao tác phức tạp Trong lĩnh vực kỹ thuật robot, có nhiều dạng hệ thống truyền động điện được sử dụng.
- Động cơ điện một chiều.
- Động cơ điện xoay chiều. b Cấu trúc của hệ thống truyền động điện Gồm 2 thành phần cơ bản Đó là:
- Stato: Là phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính: lõi thép và cuộn dây cuốn; ngoài ra có vỏ máy và nắp máy
- Roto: Là phần quay gồm lõi thép, dây cuốn và trục máy c Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống truyền động điện
- Ƣu điểm: + Cơ cấu tác động nhanh và chính xác;
+ Có khả năng áp dụng kỹ thuật điều khiển phức tạp cho các chuyển động; + Giá thành không cao;
Nhiều động cơ hiện đại được thiết kế với mômen quay cao, trọng lượng nhẹ và thời gian đáp ứng nhanh, mang lại hiệu suất tối ưu cho các ứng dụng khác nhau.
+ Tốc độ cao; + Khe hở bộ truyền bánh răng làm giảm độ chính xác; + Gây quá nhiệt khi hệ thống bị dừng hoạt động do quá tải;
1.5 Các tham số kỹ thuật của Robot
Có nhiều tham s k thuố ỹ ật xác định đặc tính c a Robot ủ Tiêu biểu nhƣ sau:
Số lượng trục chuyển động cần thiết để di chuyển đến bất kỳ điểm nào trên mặt phẳng là ít nhất hai, trong khi để đến một điểm bất kỳ trong không gian, cần ít nhất ba trục Để điều khiển một cách tổng quát khâu cuối cùng của một hệ thống, cần có ba chuyển động để đảm bảo độ ổn định và ba trục quay để đảm bảo định hướng.
Động học là một yếu tố quan trọng quyết định khả năng di chuyển của robot, bao gồm các khâu và các khớp trong cấu trúc của nó Theo cấu trúc động học, robot được phân loại thành các loại như robot có khớp, robot đềcác, robot song song và robot Scara.
- T m hoầ ạt động: Không gian làm việc của Robot
- Khả năng tải: Khối lƣợng mà robot có th di chuy n ể ể
- Tốc độ ị d ch chuy n: Tể ốc độ robot di chuy n ể cơ cấu cu i cùng c a robot (bàn ố ủ tay k p) ẹ
Độ chính xác của robot khi di chuyển đến một điểm cụ thể có sự khác biệt tùy thuộc vào các yếu tố như góc độ và vị trí trong không gian làm việc.
Nguồn năng lượng cho robot có thể là động cơ điện hoặc động cơ thủy lực Động cơ điện thường có đặc điểm là nhanh và có công suất trung bình, trong khi động cơ thủy lực lại mạnh mẽ hơn, với công suất lớn và khả năng truyền động êm ái, dễ dàng điều chỉnh tốc độ Tuy nhiên, động cơ thủy lực thường có tốc độ chậm hơn Nguồn động lực khí nén có công suất nhỏ nhưng khó điều chỉnh chính xác, có thể gây rung động trong quá trình làm việc.
- Phương án truyền động: Có 2 phương án truyền động cho Robot:
+ Một là phương án truyền động tr c tiự ếp: Động cơ dẫn động tr c tiự ếp cơ cấu chấp hành
+ Hai là: Phương án truyền động gián tiếp: Động cơ dẫn động gián tiếp cơ cấu chấp hành thông qua h th ng truyệ ố ền động cơ khí.
- Tóm l i m t robot công nghiạ ộ ệp phải có ít nhất 3 đặc điểm sau:
+ Thứ nh t: Có kh ấ ả năng thay đổi chuyển động
+ Thứ hai: Có kh ả năng xử lý thông tin (biết suy nghĩ).
+ Thứ ba: Có tính vạn năng.
1.6 ng dỨ ụng của robot công nghi p ệ
1.6.1 Sự cần thiết phải ứng dụng Robot trong công nghiệp
Robot đóng góp vào sự phát triển công nghiệp qua nhiều cách khác nhau, bao gồm tiết kiệm sức lao động, tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm và đảm bảo an toàn lao động Chúng giúp giải phóng con người khỏi những công việc lặp đi lặp lại và tẻ nhạt Robot công nghiệp hiện đang được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới với nhiều ưu điểm nổi bật.
- Robot có th ể thực hi n m t quy trình thao tác h p lý, b ng hoệ ộ ợ ằ ặc hơn một người th lành ngh m t cách ợ ề ộ ổn định trong su t th i gian làm vi c ố ờ ệ
Việc giảm giá thành sản phẩm có thể đạt được nhờ vào việc giảm đáng kể chi phí cho người lao động, đặc biệt là ở các nước có mức lương cao Điều này cũng liên quan đến các khoản phúc lợi và bảo hiểm xã hội.
ng d ng c a robot công nghi p 27 Ứ ụ ủ ệ 1 Sự c n thiầ ết phải ứng dụng Robot trong công nghiệp
1.6.2 Những ứng dụng điển hình của Robot
Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, chủ yếu trong các công việc như lắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn Những công việc này thường có điều kiện làm việc khắc nghiệt, độc hại đối với sức khỏe con người, nhưng lại an toàn cho robot Ngoài ra, robot công nghiệp còn được sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt như phóng xạ, nhiệt độ cao (đúc), nhiệt độ thấp (rèn, dập), và áp suất cao hoặc thấp (thao tác dưới đáy biển).
Robot công nghiệp hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm phục vụ cho máy công cụ, làm khuôn trong ngành công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, và gắp hàng từ băng tải để đặt vào các trạm chuyển trung gian Dưới đây là một số ứng dụng điển hình của robot trong công nghệ hàn.
Trước đây, hàn thường được thực hiện bằng tay bởi người công nhân hàn Tuy nhiên, việc hàn bằng tay dẫn đến năng suất thấp và chất lượng mối hàn không ổn định do sự mệt mỏi tâm sinh lý và khả năng tập trung của người thợ Ngoài ra, nhiệt độ và khói hàn cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng quan sát của người thợ Đặc biệt, trong một số trường hợp, vị trí hàn không thuận lợi, khiến người thợ không thể quan sát rõ ràng đường hàn khi thực hiện.
Khi thay thế người thợ hàn bằng robot, quá trình hàn được thực hiện hoàn toàn tự động Người vận hành chỉ cần "dạy học" cho robot một lần cho mỗi thao tác hàn, sau đó robot sẽ thực hiện các thao tác hàn một cách tự động mà không cần sự can thiệp nào từ người vận hành Quá trình dạy học cho robot rất đơn giản; người vận hành chỉ cần điều khiển robot tới vị trí điểm đầu và điểm cuối của mối hàn, sau đó khai báo đường đi của robot Sau khi dạy học xong, robot sẽ thực hiện quá trình hàn với độ chính xác đã được dạy học, đảm bảo chất lượng các mối hàn và quá trình hàn luôn ổn định Thông thường, để đào tạo một thợ hàn bậc cao phải mất nhiều năm, nhưng để "đào tạo" cho một robot hàn chỉ mất từ vài phút đến một vài giờ, tùy theo mức độ phức tạp của chi tiết cần hàn.
Hình 1.4 Robot DTM-Motoman b ng dỨ ụng robot trong gia công và l p ráp ắ
Robot được sử dụng chủ yếu trong các việc tháo lắp phôi và sản phẩm cho các máy gia công như máy khoan, máy tiện bán tự động Trong ngành chế tạo máy và dụng cụ đo, chi phí lắp ráp thường chiếm đến 40% giá thành sản phẩm, trong khi mức độ cơ khí hóa trong lắp ráp chỉ đạt 10-15% đối với sản phẩm hàng loạt và 40% đối với sản phẩm xuất hàng loạt Việc cải tiến và sử dụng robot lắp ráp có ý nghĩa rất quan trọng và đã được thực hiện từ những ngày đầu khi robot được phát minh.
Trong sản xuất hiện đại, robot tự động hóa hoàn toàn các quy trình, từ đo đạc, cắt, khoan đến lắp ráp các thiết bị chính xác Chúng có khả năng thực hiện các công việc mà không cần sự can thiệp của con người, chỉ cần chương trình điều khiển trong máy tính Robot đảm nhận nhiều nhiệm vụ như vận chuyển sản phẩm từ giai đoạn sản xuất này sang giai đoạn khác, cũng như đưa và sắp xếp các sản phẩm vào kho Việc ứng dụng robot trong tương lai hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho ngành sản xuất.
Robot ngày càng thay thế nhiều lao động nhờ vào những ưu điểm vượt trội về năng suất, độ ổn định và độ chính xác Trong tương lai, kỹ thuật robot sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ, mở rộng ra nhiều lĩnh vực trong công nghiệp Hiện nay, robot thông minh có khả năng thăm dò các hành tinh như sao Hỏa và mặt trăng, trong khi ở Việt Nam, nghiên cứu về robot chủ yếu tập trung vào các vấn đề như động lực học, thiết kế cơ cấu và phát triển trí thông minh nhân tạo.
Vì vậy, vấn đề đặt ra là cần phải tăng cường năng lực trong nước để thiết lập, lắp đặt và ứng dụng các hệ thống tự động hóa linh hoạt trong các ngành công nghiệp mũi nhọn của Việt Nam.
Robot công nghi p là máy, thi t b t ng linh ho c nh hoệ ế ị ự độ ạt ố đị ặc di động, đƣợc tích h p t nhi u b phợ ừ ề ộ ận trong đó các b ph n chính bao g m:ộ ậ ồ
- H ệthống điều khiển theo chương trình có khả năng lập trình linh ho ạt.
- H ệthống thông tin giám sát
Robot được xem là sự tổng hợp hoàn hảo của khả năng hoạt động linh hoạt, nhờ vào sự phát triển của các cơ cấu và mức độ "tri thức" ngày càng phong phú trong hệ thống điều khiển Điều này được hỗ trợ bởi các chương trình số, kỹ thuật tạo, kết hợp, và công nghệ lập trình, cùng với những tiến bộ trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo.
Quá trình phát triển của robot là sự kết hợp giữa khoa học, kỹ thuật và công nghệ, trong đó cơ khí chính xác, máy tính và công nghệ thông tin đóng vai trò quan trọng Thiết kế robot công nghiệp liên quan đến việc lập trình và giải quyết các hệ phương trình động học.
Robot công nghiệp đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và mang lại hiệu quả kinh tế cao Nghiên cứu về các kỹ thuật điều khiển, phương trình động học, cũng như các nguồn động lực và điều kiện hoạt động của robot công nghiệp giúp người vận hành sử dụng robot một cách hiệu quả hơn Kết quả nghiên cứu chương 1 tạo điều kiện cho việc tìm hiểu sâu hơn về Robot Harmo 4, được sử dụng trong công nghiệp với khả năng điều khiển PLC của Omron, cho phép lập trình linh hoạt và tin cậy.
ROBOT HARMO
K ết cấu c a robot Harmo ủ
2.3.1 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của bậc tự do chuyển động theo phương Zo a Kết cấu
Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng bậc tự do theo phương Zo
Bậc tự do chuyển động theo phương Z o gồm các thành phần cơ bản sau:
Nguồn dẫn động của động cơ điện M1 có nhiệm vụ đưa tay máy vào và ra theo phương trục Z0, với hành trình làm việc dài 1,6 m Động cơ không đồng bộ hoạt động ở tần số 50Hz, với các thông số kỹ thuật như sau: nguồn điện 220V 3 pha, công suất P = 0,2 KW, và tốc độ vòng quay n = 1450 vòng/phút.
- Tốc độ ủa động cơ đƣợc điề c u khi n vô c p b i b bi n t n: Nguể ấ ở ộ ế ầ ồn điện vào 220V một pha; Nguồn điện ra 220 V ba pha; Công suất 375 W
- H p giộ ảm tốc với thông s t s truy n là 1:10 ố ỷ ố ề
Encoder là thiết bị mã hóa vòng quay, với một tín hiệu vào và một tín hiệu ra, cho phép đo đạc vị trí và hành trình di chuyển của tay máy Để tải luận văn tốt nghiệp mới nhất, vui lòng gửi email đến luanvanfull@gmail.com.
- H ệthống truyền động Bánh răng – Thanh răng với Thanh răng: 1860 x 20 x 20 mm; mụ đun m = 2; Bỏnh răng: ỉ60; Z = 30; m = 2
CB1 và CB2 là hai cảm biến điện tử quan trọng, giúp nhận biết vị trí Home và vị trí xa nhất của robot trong quá trình di chuyển.
Hai thanh trượt đuôi én giúp dẫn hướng cho chuyển động của b c tậ ự Động cơ M1 thực hiện nhiệm vụ đưa hệ thống vào, ra theo phương trục Z với hành trình làm việc lên đến 1,6m Để điều khiển động cơ M1, tốc độ được điều chỉnh thông qua các phím chọn trên bảng điều khiển Inverter Ngoài ra, động cơ M1 còn được trang bị một phanh điện từ nhằm đảm bảo tay máy dừng ở đúng vị trí và giữ vững vị trí sau khi dừng Phanh này được điều khiển qua một rơle và hoạt động dưới sự điều khiển của bộ điều khiển Trong trạng thái bình thường, lò xo trong phanh điện từ sẽ ép má phanh trên stato vào má phanh trên Roto, giữ cho động cơ ở vị trí cố định Khi động cơ được cấp điện, cuộn hút của phanh cũng được kích hoạt, làm cho nam châm điện tách má phanh trên Stator ra khỏi má phanh Roto, cho phép Roto quay tự do.
Hệ thống giảm tốc được lắp đặt ngay dưới động cơ, có tác dụng làm giảm tốc độ của trục động cơ để phù hợp với khối lượng cánh tay máy và đáp ứng tốc độ yêu cầu Việc di chuyển hệ thống theo phương ngang được thực hiện nhờ bộ truyền bánh răng – thanh răng, bánh răng được lắp với trục ra của hộp giảm tốc Đây là bộ truyền khép kín tối ưu nhất và đạt hiệu suất cao nhất.
Hình 2.5 Bộ truyền thanh răng – bánh răng
Trong chuyển động, ma sát đóng vai trò quan trọng, đặc biệt trong dẫn động Robot, nơi nó gây tốn hao công suất và làm hỏng các kết cấu máy Ma sát cũng tạo ra trục trặc cơ học trong quá trình điều khiển Robot Để giảm thiểu ảnh hưởng của ma sát đến truyền động và điều khiển Robot, hệ thống đường dẫn hướng ma sát lăn được sử dụng trên Robot Harmo thay cho đường dẫn hướng ma sát trượt thông thường Giải pháp này không chỉ giảm thiểu tốn hao ma sát mà còn giảm mòn và trục trặc cơ học, từ đó nâng cao tuổi thọ và độ ổn định của kết cấu cơ khí.
Hình 2.6 Bộ trượt ma sát bi đuôi én
B ộ trƣợt ma sát lăn đuôi én có một số ƣu điểm sau: luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Việc thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn đã giúp giảm thiểu tổn thất do ma sát, đồng thời ổn định độ nhạy của thiết bị Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống cơ khí, nơi mà việc sử dụng và mở máy thường xuyên là cần thiết.
- Thứ hai: Giảm chi phí chất bôi trơn, bảo dƣỡng thu n l ậ ợi.
Bộ đếm mã hóa vòng quay (Encoder quay) chuyển đổi quãng đường di chuyển của tay máy thành các xung điện điều khiển Dựa vào bộ điều khiển, nó có thể tính toán vị trí và quãng đường di chuyển của Robot.
B m này có cấu tạo gồm 1 bánh răng ăn khớp với 1 thanh răng, truyền chuyển động cho đĩa quang phát xung Mỗi xung tương ứng với quãng đường di chuyển 1 cm theo chiều dài Số xung được đếm bởi PLC Khi số xung đạt đến một mức nhất định, PLC sẽ phát lệnh điều khiển phanh, làm dừng động cơ và cánh tay robot.
Cảm biến CB1 và CB2 được gắn ở vị trí Home (CB1) và một vị trí xa nhất theo phương Z Khi Robot ở vị trí Home, CB1 sẽ báo về bộ điều khiển PLC biết, tương tự như khi có tín hiệu từ CB2, bộ điều khiển sẽ nhận biết rằng bánh răng đã đi đến vị trí xa nhất trên trục Z.
2.3.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của bậc tự do chuyển động theo phương Xo a Kết cấu.
Hình 2.8 Sơ đồ mô phỏng bậc tự do theo trục Xo
Bậc tự do t nh ti n d c tr Xị ế ọ ục o bao g m các chi tiồ ết và cụm chi tiết sau:
- Xy lanh khí nén tác động 2 chi u ề
- Động cơ đặt cữ hành trình di chuy n ể
- C giữ ới hạn hành trình
- Sống trượ ẫn hướt d ng chuyển động th ng ẳ
- Cơ cấu vít me đai ốc (Xo)để điều ch nh c và v trí không gian ỉ ữ ị làm việc của Robot b Nguyên lý hoạt động
Chuyển động của cơ cấu tác động 2 chiều với piston ở một đầu cần được thực hiện thông qua trục của piston và xy lanh Để điều khiển vị trí trong quá trình chuyển động, cơ cấu chặn giới hạn hành trình của piston được sử dụng Khi cấp khí nén vào xy lanh, piston sẽ di chuyển và kéo theo tay máy cho đến khi đạt đến giới hạn hành trình Để thay đổi vị trí của các giới hạn hành trình, một động cơ điện sẽ dẫn động cho cơ cấu vít me – đai ốc, cho phép điều chỉnh vùng làm việc và vị trí tương đối giữa tay máy và cán piston.
Hình 2.9 minh họa sơ đồ động bậc tự do tịnh tiến dọc trục Xo Để điều chỉnh hành trình chuyển động của piston bể độ ủ bằng các động cơ điện, cần sử dụng các cữ chặn kết hợp với cơ cấu giảm chấn Một cữ chặn được gắn cố định tại đầu chân đế của Robot, trong khi cữ chặn còn lại có thể điều chỉnh và được nối với một đai ốc của cơ cấu vít me đai ốc.
- Chuyển động t nh ti n s dị ế ử ụng cho quá trình đặt c làm vi và l a chữ ệc ự ọn vùng không gian làm việc của robot
Chuyển động tịnh tiến sử dụng cơ cấu vít-me – đai ốc để thực hiện hai nhiệm vụ chính: giới hạn hành trình di chuyển của piston và xác định vị trí không gian làm việc của robot Robot Harmo có khả năng thực hiện chuyển động theo hai chiều, do đó, ren của vít-me – đai ốc được thiết kế là ren hình thang Độ dãn nở cho cơ cấu vít-me – đai ốc cũng cần được tính toán chính xác.
Thay đổi vị trí công tác
Cữ giới hạn hành trình luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si đƣợc th c hi n b i ự ệ ở các động cơ điện xoay chi u 1 pha 220V ề
Cơ cấu đặc trưng của hành trình robot bao gồm trục động cơ được nối với vitme thông qua ống dẫn và đai ốc Khi động cơ được cấp điện, vitme quay và đai ốc di chuyển tịnh tiến, dẫn đến sự dịch chuyển của hành trình theo trục vitme Tuy nhiên, hành trình làm việc tối đa của robot trên trục X sẽ không vượt quá hành trình của piston trong xy lanh.
Cơ cấu vít me - đai ốc là một phần quan trọng trong hệ thống di chuyển của cánh tay robot Trục vít me quay và di chuyển theo trục X, giúp điều khiển vị trí của cánh tay Đai ốc được dẫn động bởi động cơ điện thông qua băng truyền đai răng, cho phép di chuyển chính xác Khi động cơ quay, đai ốc tiến dần trên vít me, giúp cánh tay robot di chuyển ra xa hoặc gần chân đế.
Hình 2.10 Kết cấu của bánh đai liền đai ốc luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
2.3.3 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của bậc tự do chuyển động theo phương Yo a Kết cấu
Truy ền động trong robot Harmo
2.4.1 Hệ thống khí nén trong robot Harmo.
Hình 2.15 Sơ đồ mạch điều khiển khí nén trong robot Harmo
Giải thích các ph n t trong ầ ử sơ đồ ạch m điều khi n khí nén (ể Hình 2.15):
B ng 2.2 Các ph n t ả ầ ử trong sơ đồ ạch điề m u khi n khí nén trong robot Harmo ể STT Ký hiệu Phần tử
1 Van đảo chi u 5 c a, 2 v ề ử ị trí, điều khi n bể ằng điện t , v mừ ị trí ặc định đƣợc thực hiện b i lò xo ở
2 Van đảo chi u 5 c a, 2 v trí, c hai v ề ử ị ả ị trí đều đƣợc điều khi n bể ằng điệ ừn t
Van đảo chi u 4 c a, 2 v trí, m t v ề ử ị ộ ị trí điều khi n ể bằng điện t , m t v trí mừ ộ ị ặc định đƣợc th c hiự ện bởi lò xo.
4 Xy lanh tác động 1 chi u, chuyề ển động lùi v nh ề ờ luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si lò xo
5 Xy lanh tác động 2 chi u về ới piston tác động m t ộ đầu c n ầ
6 Van tiết lưu điều chỉnh được
- Nguyên lý hoạt động c a m ch khí nén: ủ ạ
Máy nén khí tạo ra nguồn năng lượng khí nén cho hệ thống Khí nén được cung cấp từ máy nén khí đến bộ điều áp, nơi khí nén được điều chỉnh áp suất để đảm bảo an toàn cho hệ thống hoạt động bình thường Van tiết lưu trong hệ thống được điều chỉnh trực tiếp bằng tay khi đạt được mức độ thích hợp của piston Van đảo chiều hoạt động như các nam châm điện và lò xo, do đó việc điều khiển các van này được thực hiện thông qua bộ điều khiển PLC.
Hoạt động của bậc tự do tịnh tiến dọc trục Xo diễn ra khi khí nén từ bộ điều áp được đưa tới van đảo chiều 5 cửa Khi chưa có tín hiệu cung cấp từ PLC, khí nén được cung cấp vào van đảo chiều qua cửa B, đi ra qua cửa E, và vào buồng bên phải của xylanh, đẩy piston lùi về vị trí mặc định của robot Đồng thời, không khí bên trái của xylanh bị đẩy ra ngoài qua cửa A Khi PLC cung cấp tín hiệu điều khiển tới cuộn dây điện của van, nam châm điện tác động vào con trượt của van đảo chiều, làm con trượt di chuyển đóng cửa A, mở cửa C Lúc này, khí nén vào van đảo chiều qua cửa B, đi ra qua cửa D, vào buồng bên trái của xylanh, đẩy piston tiến ra, trong khi không khí bên phải của xylanh thoát ra ngoài qua cửa C Hoạt động của bậc tự do tịnh tiến dọc trục Yo cũng tương tự.
B c t do t nh ti n d c trậ ự ị ế ọ ục Y có thể được điều khiển bằng van đảo chiều 5 để hoạt động tại 2 vị trí Điều này cho phép hoử ịạt động gi ng b c t do t nh ti n d c trố ậ ự ị ế ọ ục Xo, với vị trí an toàn được xác định khi tay k p robot ở vị trí cao nh ẹ tại ị ất.
+ Hoạt động c a bàn tay k ủ ẹp.
Bàn tay kẹp được điều khiển ở vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng thông qua van đảo chiều 5 cửa Khi PLC cấp tín hiệu điều khiển vào cuộn dây số 1, cửa ống dẫn khí bị đóng, khí nén được cung cấp vào van đảo chiều qua cửa bề ử, đi ra qua cửa d vào buồng bên trên của xylanh, đẩy piston đi xuống và làm quay bàn tay kẹp ở vị trí nằm ngang Ngược lại, khi PLC cấp tín hiệu tại cuộn dây số 2, cửa ống dẫn khí bị đóng, khí nén được cung cấp vào van đảo chiều qua cửa bề ử, đi ra qua cửa e vào buồng dưới của xylanh, đẩy piston đi lên và làm cho bàn tay kẹp quay về vị trí thẳng đứng.
Hoạt động của bàn tay kẹ được điều khiển thông qua van đảo chiều 4 của 2 vị trí, với một trí điều khiển bằng điện tử Vị trí mặc định được thực hiện bằng lò xo Khi không có tín hiệu từ PLC, van sẽ ở vị trí mặc định, cho phép thông số xylanh với không khí bên ngoài, lò xo trong xylanh đẩy piston về trạng thái nhả Khí nén trong xylanh sẽ đi qua cửa xả vào van đảo chiều, ra ngoài qua cửa xả của van Khi có tín hiệu từ PLC cấp cho cuộn dây điện, cửa a và c mở ra, dòng khí nén được cấp vào van đảo chiều qua cửa a, khi van đóng lại vào buồng xylanh, đẩy piston tiến lên kẹp chặt chi tiết.
2.4.2 Hệ thống điện điều khiển robot Harmo.
Trục Zo trong robot Harmo được điều khiển bởi động cơ điện ba pha, có nhiệm vụ điều khiển một số yếu tố quan trọng.
Cơ cấu chuyển động theo trục Z được thực hiện nhờ vào cơ cấu Bánh răng – Thanh răng Động cơ được điều khiển với hai tốc độ: một tốc độ nhanh cho công tác và một tốc độ chậm để giảm tốc trước khi phanh dừng Các động cơ được lắp đặt phù hợp với yêu cầu này.
Các động cơ được sử dụng cho các bậc tự do điều khiển bằng khí nén gồm có động cơ DC2, DC3 và DC4 Động cơ DC2 được đặt cữ cho khoảng cách làm việc của tay kẹp, cho phép điều chỉnh chi tiết ở gần hoặc xa theo phương Xo Động cơ DC3 được sử dụng để điều chỉnh bậc tự do lên xuống ống theo phương Yo Cuối cùng, động cơ DC4 được thiết kế để thực hiện công việc chính xác cho khoảng hành trình đi ra lấy và thả sản phẩm theo phương Xo.
- Điều khiển động động cơ đặt cữ Thực hi n trên Remote thông qua các nút b m: ệ ấ Chức năng các phím nhƣ sau:
+ Phím M1 và M2: Điều khiển động cơ
DC 2 di chuy n c hành trình ra, vào ể ữ theo phương Xo
+ Phím M3 và M4: Điều khiển động cơ
DC 4 di chuy n tay máy ra, vào theo ể phương Xo
+ Phím M5 và M6: Điều khiển động cơ
DC3 di chuy n c hành trình lên, ể ữ xuống theo phương Y o
Hình 2.16 Cấu tạo các phím trên REMOTE
Biến tần (INVERTER) được sử dụng để điều khiển tốc độ và chiều chuyển động của động cơ Để lựa chọn một Inverter phù hợp cho việc điều khiển động cơ, cần căn cứ vào các thông số kỹ thuật của động cơ như công suất và diện tích làm việc Động cơ đang sử dụng trên Robot là động cơ liền giảm tốc với các thông số kỹ thuật cụ thể.
Hệ thống phanh động cơ được thiết kế để dừng động cơ tại vị trí cần thiết với tốc độ 1/10 Động cơ sử dụng công nghệ phanh điện tử để đảm bảo hiệu suất tối ưu Dựa vào các thông số kỹ thuật của động cơ, chúng ta lựa chọn biến tần phù hợp Inverter của hãng có model 3G3MV LS – A2007 với các thông số kỹ thuật chi tiết.
Hình 2.17 INVERTER 3G3MV Bảng 2.3 Các thông số kỹ thuật của Bộ biến tần 3G3MV – A2007
Output AC3PH 230V 0 -400 Hz 3 A 1.1KVA
INVERTER model 3G3MV – A2007 có các đầu n i dây tiêu ố chuẩn s d ng ử ụ nhƣ hình sau: luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Hình 2.18 Sơ đồ các đầu dây tiêu chuẩn của INVERTER 3G3MV A2007 –
Sơ đồ ố n i dây trên Robot đƣợc th c hiự ện nhƣ sau:
- 3 đầu điện áp ra 3 pha 220V (U/T– 1; V/T2;W/T3)
- Hai đầu B1; B2 nối với điện tr phanh ở
Các đầu vào đa chức năng S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 cùng với đầu vào chung logic sẽ nhận tín hiệu điều khiển cho chiều quay và tốc độ của động cơ.
Hình 2.19 Sơ đồ nối dây INVERTER điều khiển động cơ Chúng ta sử ụ d ng m t s ộ ố đầu vào đa chức năng để làm tín hiệu điều khi n: ể
- S1: Tín hiệu điều khiển động cơ quay ngƣợc (Revert)
- S2: Tín hiệu điều khiển động cơ quay thuận (Forward)
- S7 : Tín hiệu điều khiển động cơ quay tốc độ chậm (Slow speed) (Tín hiệu đặt tần s u ra th p) ố đầ ấ
- u ra tiĐầ ếp điểm đa chức năng MA (thường m ở).
- u ra tiĐầ ếp điểm đa chức năng MB (thường đóng).
- u ra chung tiĐầ ếp điểm đa chức năng MC (chung cho MA và MB).
Phanh động cơ sử dụng điện áp 220 VAC được điều khiển thông qua một rơle 24VDC, với rơle này được nối với đầu ra tiếp điểm đa chức năng Trạng thái hoạt động của phanh động cơ như sau:
- Khi không có điện áp vào thì phanh động cơ ở ng thái phanh (d ng trạ ừ động cơ)
Khi có điện áp vào, phanh động cơ sẽ ở trạng thái nh phanh, cho phép động cơ hoạt động.
2.6 Kiểm nghiệm khối lƣợng kẹp của vật kẹp.
Lực tác động vào piston phụ thuộc vào áp suất khí nén, đường kính trong của xylanh và ma sát giữa các bộ phận tiếp xúc.
FL: Lực piston lý thuy t ế A: Diện tích h u ích c a Piston ữ ủ P: Áp suất làm vi c ệ
Hình 2.20 Sơ đồ kiểm nghiệm khối lượng của vật kẹp
Theo sơ đồ (Hình 2 ) ta th19 ấy Robot hoạt động bình thường khi nó th a ỏ mãn điều ki n sau: ệ
L c ma sát Q gi a má k p và vự ữ ẹ ật kẹp đƣợc xác định theo công th c sau: ứ
Q=f.FL (2.10) Trong đó: f: H s ma sát (Má k p có g n các miệ ố ẹ ắ ếng đệm cao su nên ng vứ ới vật liệu là cao su thì f=0,4)
P luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Theo th c t thỡ Pự ế max = 0,5MPa; đường kớnh c a piston ỉ12; khủ ối lượng v t kậ ẹp tối đa là mmax = 4,5 Kg
Khối lƣợng v t kậ ẹ ối đa là 4,5 Kg, nên trọng lƣợp t ng P c a vậủ t là:
Vậy P < 2 Q, do đó Robot hoạt động bình thường khi k p v t có khẹ ậ ối lượng m max = 4,5 Kg
2.7 Tính toán vận tốc và gia tốc bậc tự do tịnh tiến theo trục Zo
V n t c dài c a cánh tay máy chính là v n t c chuyậ ố ủ ậ ố ển động của bánh răng
V n tậ ốc này đƣợc xác định theo công th c sau: ứ
V: Vậ ốn t c dài c a cánh tay máy ủ D: Đường kính vòng chia bánh răng (D`mm) n ra BR : Tốc độ ra của bánh răng.
Do trên trục Zo có g n thêm h p gi m t c vắ ộ ả ố ới tỷ ố s truy n 1: 10 nên ta có: ề n ra BR = (2.13)
Động cơ có tần số cần thiết là f (Hz) và số cực cố định của động cơ là p (p=2) Thay thế (2.13) vào (2.12) cho phép chúng ta tính toán giá trị nra BR = (2.15).
Thay nra BR vào công thức (2.11), ta đƣợc:
Nhƣ vậ Ứy: ng v i m i t n s cớ ỗ ầ ố ủa động cơ, ta sẽ nhận đƣợc m t giá tr c a v n ộ ị ủ ậ t c theo m i quan h : V = 0,00942 f ố ố ệ 2.7.2 Tính gia t c ố
Theo định lu t II Newton, gia t c cậ ố ủa cánh tay máy đƣợc xác định nhƣ sau:
F: Lực kéo của bánh răng m: Khối lƣợng c a cánh tay máy (Theo thông s u vào: m = 100Kg) ủ ố đầ
M t khác, l c kéo cặ ự ủa bánh răng có mối liên h v i công su t cệ ớ ấ ủa động cơ nhƣ sau:
P: Công suất của động cơ (P = 0,2 KW) V: Vậ ốn t c c a tay máy ủ
(2.19) luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
V y:ậ Gia t c c a cánh tay máy t l ngh ch v i t n s f cố ủ ỷ ệ ị ớ ầ ố ủa động cơ theo mối quan hệ: a = 212,314/f luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Robot Harmo là một cơ cấu 4 khâu, 4 khớp đƣợc liên k t v i nhau và 4 ế ớ có bậc tự do khác nhau với phương trình động học:
H ệ ống điề th u khiển PLC
BỐT HARMO TRONG QUÁ TRÌNH CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG.
3.1 Hệ thống điều khiển PLC 3.1.1 Các bộ phận cơ bản của hệ thống điều khiển PLC
PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) là thiết bị điều khiển logic có khả năng lập trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình sơ đồ thang hoặc Statement (STL).
Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được coi là trái tim của hệ thống Với một chương trình ứng dụng đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ của PLC, nó liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm việc kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị đầu vào, xử lý tín hiệu theo chương trình logic và đưa ra các tín hiệu điều khiển để điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Hiện nay, trên thị trường phổ biến có một số loại PLC như Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, và GE Fanuc Mỗi hãng có phần mềm lập trình khác nhau, nhưng nhìn chung, một hệ thống PLC thường có 5 bộ phận cơ bản.
Hình 3.1 Mô hình cấu tạo của PLC.
Bộ xử lý tín hiệu trung tâm (CPU - Central Processor) là bộ phận quan trọng trong hệ thống, có nhiệm vụ xử lý thông tin từ nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hệ thống CPU thực hiện các phép tính logic, điều khiển và ghi nhận dữ liệu Nó thu thập các tín hiệu đầu vào và thực hiện xử lý các tín hiệu đó theo chương trình logic đã được lập trình trước Phần lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng dựa trên bộ vi xử lý và các mạch tích hợp để thực hiện các phép toán trong đơn vị xử lý trung tâm.
Bộ nhớ là nơi lưu giữ toàn bộ chương trình điều khiển được sử dụng cho việc điều khiển các hoạt động và các trạng thái trung gian trong quá trình thực hiện Bộ nhớ chịu sự kiểm soát của bộ vi xử lý, thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác định cách các đầu vào và đầu ra được xử lý Bộ nhớ bao gồm các tổ chức ô nhớ được gọi là các bit, mỗi bit có 2 trạng thái: 0 hoặc 1 Đơn vị thông dụng của bộ nhớ là Kb, trong đó 1 Kb = 1024 byte, và mỗi byte có 8 bit Các PLC thường có bộ nhớ từ 1 Kb đến 64 Kb, tùy thuộc vào từng model.
- Mô đun vào/ra: Là mođun ế ối giữ k t n a các thiết bị ngoại vi v i b vi x lý ớ ộ ử
Hệ thống này sử dụng các mạch cách ly như transistor hoặc rơle để kết nối giữa các cảm biến đầu vào và các cơ cấu chấp hành như động cơ, rơle điều khiển, và van điện từ với CPU.
Mô đun nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho các bộ phận chính của PLC, đảm bảo hoạt động ổn định với điện áp tiêu chuẩn 24 VDC (Dòng điện một chiều) Điện áp này được sử dụng cho các mạch cách ly vào ra Thông thường, nguồn cấp cho PLC là điện lưới xoay chiều AC, nhưng cũng có một số PLC sử dụng nguồn cấp là điện một chiều với các mức điện áp 24 VDC, 12 VDC hoặc 5 VDC.
3.1.2 Cấu trúc bên trong của bộ PLC
Cấu trúc cơ bản của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ và mạch chính để xử lý tín hiệu CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong PLC, với tần số hoạt động từ 1 đến 8 MHz, quyết định tốc độ vận hành của PLC và đảm bảo thời gian chính xác cũng như đồng bộ hóa các thành phần trong hệ thống Thông tin trong PLC được truyền qua các tín hiệu, sử dụng bus để truyền tải dữ liệu giữa các bộ phận Bus dữ liệu lưu trữ thông tin, bus địa chỉ gửi địa chỉ tới các vị trí lưu trữ, và bus điều khiển truyền tín hiệu liên quan đến các hoạt động điều khiển Bus cũng được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị cổng và thiết bị nhập/xuất.
C u trúc cấ ủa PLC đƣợc minh họa nhƣ sơ đồ sau:
Hình 3.2 Cấu trúc bên trong của bộ PLC a CPU Cấu hình CPU tùy thuộc vào b vi xộ ử lý Nói chung CPU có:
+ Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhi m xệ ử lý d u, thữliệ ực hiện các phép toán số h c và logíc ọ
+ Bộ nhớ còn g i là các thanh ghi, bên trong b vi xọ ộ ử lý, được sử dụng để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chương trình
+ Bộ u khiđiề ển đƣợc s dử ụng để u khi n chuđiề ể ẩn thời gian của các phép toán
Bus địa chỉ Bus ®iÒu khiÓn
RAM ch Ư ơng tr×nh ng ơì Ư dùng
Thiết bị nhËp/xuÊt CPU
Giao diện bộ truyền động
Các kênh xuất Bus hệ thống I/O
Panel ch Ư ơng tr×nh luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si b BUS ng d truy n thông tin bên trong PLC Thông tin
Bus là các đườ ẫn dùng để ề đƣợc truy n theo d ng nh phân, theo nhóm bít, m i bít là m t s nh phân 1 ho c ề ạ ị ỗ ộ ố ị ặ
0, tương tự các tr ng thái on/off c a tín hiạ ủ ệu nào đó Hệ th ng PLC g m 4 lo i ố ồ ạ bus nhƣ sau:
B ng 3.1 Các lo i Bus trong h ả ạ ệ thống đ ềi u khi n PLC ể
Dữ liệu được xử lý trong quá trình xử lý của CPU Xử lý 8 bit sử dụng một bus để truyền dữ liệu, thực hiện các phép toán giữa các số 8 bit và phân phối kết quả theo giá trị 8 bit.
Tải các địa chỉ và vị trí trong bộ nhớ Mỗi địa chỉ trong bộ nhớ có thể được định vị, và mỗi vị trí nhớ sẽ được gán một địa chỉ duy nhất để đảm bảo dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định.
Mang các tín hiệu đƣợc CPU s dử ụng để điề u khi n ể
Thông báo cho các ụ thiết bị nhằm đảm bảo dữ liệu được thu thập và truyền tải một cách chính xác Thời gian được sử dụng để đồng bộ hóa các hoạt động là rất quan trọng để duy trì hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
4 Bus hệ ố th ng Truy n thông gi a các c ng nh p/xu t và các thiề ữ ổ ậ ấ ết b nh p/xuị ậ ất c Bộ nh ớ
Trong hệ thống PLC, có nhiều loại bộ nhớ khác nhau Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định mà CPU sử dụng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) là loại bộ nhớ cho phép truy cập dữ liệu một cách ngẫu nhiên Dữ liệu lưu trữ trên RAM sẽ bị xóa hoàn toàn khi mất điện RAM thường hoạt động nhanh chóng và dễ dàng hỗ trợ các chương trình điều khiển cũng như dữ liệu cần thiết Một số loại RAM sử dụng pin để duy trì nội dung lưu trữ khi mất điện.
+ B nh EEPROM (ộ ớ Ellectrically Erasable Programable Read only Memory):
Là b nh ộ ớ tĩnh có khả năng ghi và xóa b ng cách l p trình lằ ậ ại EEPROM dùng để ghi chương trình ứng d ng ụ
Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM của PLC, nơi lưu trữ chương trình do người dùng cài đặt Để tránh mất mát chương trình khi nguồn điện bị ngắt, PLC sử dụng pin để duy trì nội dung RAM trong một thời gian nhất định Sau khi được cài đặt vào RAM, chương trình có thể được chuyển vào bộ nhớ EEPROM, thường là module có khóa nối với PLC, giúp chương trình trở thành vĩnh cửu Ngoài ra, còn có các bộ nhớ khác để lưu trữ các kênh nhập/xuất (I/O).
3.1.3 Ƣu, nhƣợc điểm của PLC a Ƣu điểm
- Có độ m m d o s d ng r t cao, muề ẻ ử ụ ấ ốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ ần thay đổi chương trình điề c u khi n; ể
- Chiếm v trí không gian nh trong h ị ỏ ệ thống, thích ứng trong môi trường khắc nghiệt;
- Nhiều chức năng điều khi n; ể
- Tốc độ x lý th i gian thử ờ ực tương đối cao;
- Công suất tiêu thụ nh ; ỏ
- Không cần quan tâm nhi u v về ề ấn đề ắp đặt; l
- Có kh ả năng mở ộ r ng s ngõ vào/ra khi m r ng nhu cố ở ộ ầu điều khi n bể ằng cách nối thêm các kh i vào ra chố ức năng;
- D ễ dàng điều khi n và giám sát t máy tính; ể ừ luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
- Giá thành hợp lý tùy vào t ng lo i PLC; ừ ạ
- D b o trì, b o hành nh : Kh ễ ả ả ờ ả năng tín hiệu hóa, kh ả năng lưu giữ mã l i, ỗ kh ả năng truyền thông
- L p trình d dàng nh ngôn ng lậ ễ ờ ữ ập trình Logic sơ đồthang. b Nhƣợc điểm
Các công ty sản xuất PLC hiện nay cung cấp nhiều phần mềm lập trình và ngôn ngữ lập trình khác nhau, nhưng vẫn thiếu tính thống nhất và chưa đạt tiêu chuẩn Việc sử dụng PLC trong các thiết bị điều khiển đơn giản thường có giá thành cao hơn so với các hệ thống điều khiển khác như vi xử lý và vi điều khiển.
3.2 Ngôn ngữ lập trình cho PLC
PLC thông thường s d ng 5 ngôn ng chu n IEC 61131-3: LAD; FDB; IL; ử ụ ữ ẩ ST; SFC
PLC S7-200 s d ng 3 ngôn ng : Ladder Logic (ử ụ ữ LAD); Tatement List (STL); Unction Blocks Diagram (FBD).
3.3 Lập trình bằng ngôn ngữ sơ đồ thang (LADDER DIAGRAM –
Lập trình PLC cho robot Harmo trong quá trình gắp sản phẩm t ự độ ng từ máy ép nhựa
Trong bài toán tối ưu hóa PLC, việc khảo sát công nghệ và tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống là rất quan trọng để đưa ra giải pháp hợp lý Nghiên cứu công nghệ và áp dụng các thuật toán hợp lý giúp đơn giản hóa bài toán, từ đó nâng cao tốc độ thực hiện, độ tin cậy và khả năng bảo trì, nâng cấp chương trình Đây là những tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng của một phần mềm PLC.
Lập trình PLC cho một hệ thống yêu cầu phải thực hiện các bước cụ thể Trước hết, cần phác thảo các bước lập trình cho PLC và phân tích kỹ từng bước để đảm bảo thực hiện đúng trình tự đã đặt ra.
3.5.1 Sơ đồ thực hiện bài toán lập trình cho PLC
Giải bài toán lập trình cho PLC, ngườ ậi l p trình ph i tuân th ả ủ 11 bước theo sơ đồ sau:
Hình 3.10 Sơ đồ thực hi n bài toán l p trình cho PLCệ ậ
1 T×m hiÓu kü yêu cầu công nghệ
2 Liệt kê các cổng vào/ra Chọn PLC
4 Dựng l-u đồ ch-ơng trình
5 Lập trình ch-ơng trình giản đồ thang
6 Nạp ch-ơng trình vào PLC
7 Mô phỏng ch-ơng trình kiÓm tra phÇn mÒm
8 KÕt nèi PLC víi thiết bị thực
11 L-u cất ch-ơng trình, bàn giao
Sai §óng luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
3.5.2 Lập trình PLC cho robot Harmo trong quá trình gắp sản phẩm tự động từ máy ép nhựa
3.5.2.1 Quy trình công ngh ép nh a ệ ự
Quy trình công nghệ của máy ép nhựa bao gồm việc tách sản phẩm ra khỏi khuôn ép sau khi quá trình ép hoàn tất Đối với các máy ép nhựa công nghiệp quy mô lớn, sản phẩm thường được lấy ra bằng tay, trong khi với dây chuyền sản xuất tự động hóa cao, sản phẩm nhựa được tự động gắp ra khỏi khuôn và chuyển đến các khâu gia công tiếp theo Để mô phỏng quá trình gắp sản phẩm nhựa ra khỏi khuôn, một mô hình thí nghiệm đã được xây dựng như hình 3.11.
Hình 3.11 Bàn thí nghi mệ luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Mô hình gồm 1 máy c p s n ph m nhựa (các chai nh aấ ả ẩ ự ) có đường kính 76mm; chiều cao H = 165mm.
Hình 3.12 Bản vẽ chi tiết chai nhựa Robot thực hiện nhi m v g p 10 chai nhệ ụ ắ ựa từ máng c p s n phấ ả ẩm và đặt ra
Robot được lập trình để thực hiện nhiệm vụ tại 10 vị trí khác nhau, được sắp xếp trên 2 hàng: vị trí Home và vị trí xa nhất trên cột Sau đó, robot sẽ lấy 10 chai nhựa từ 10 vị trí đó và thả vào máng, tạo thành một chu trình kín.
- Những khó khăn gặp phải khi xây dựng mô hình.
Có 2 khó khăn gặp phải khi xây dựng mô hình thí nghiệm, đó là:
Chai rỗng khi đổ ả chai có trọng lượng nhẹ và diện tích tiếp xúc nhỏ với sàn nhà, điều này khiến chai dễ bị đổ Bên cạnh đó, chai rất dễ bị nghiêng trong mô hình mà không di chuyển đến đúng vị trí để tay.
R38 R8 luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Robot đi vào gắ Do đó Robot không gắp đƣợp c chai ra
Khi robot thu chai, chúng gặp khó khăn trong việc xác định đúng vị trí mong muốn do các chai nhựa có hình dạng khác nhau Điều này dẫn đến việc robot phải điều chỉnh để phù hợp với các vị trí khác nhau Hơn nữa, khi chai bị tác động bởi lực đàn hồi của vỏ chai, chúng có thể đổ hoặc di chuyển đến các vị trí khác nhau, gây khó khăn cho quá trình thu gom.
- Phương án giải quyết các khó khăn trên
+ S d ng v t liử ụ ậ ệu làm mô hình là mica để ả gi m h s ma sát gi a chai v i mô ệ ố ữ ớ hình
Tăng độ nghiêng của mặt phẳng và đồng thời rút ngắn quãng đường di chuyển theo phương ngang giúp tạo quán tính cho chai khi trượt trong mô hình, đảm bảo chai di chuyển đến đúng vị trí mà Robot có thể bắt được.
Điều chỉnh các hành trình cữ của Robot một cách chính xác để khi chai rơi xuống, nó chỉ vừa chạm mặt sàn Như vậy, sẽ không xảy ra va chạm giữa chai và mặt sàn.
Điều chỉnh má kẹp sao cho độ ma sát đủ để giữ chai không bị rơi ra khỏi má kẹp Liệt kê các cổng vào, ra và lựa chọn PLC phù hợp.
Căn cứ vào các chuyển động c a robot trong quá trình làm vi c, ta có: ủ ệ a Các tín hiệu đầu vào PLC gồm:
- Các tín hi u t c m bi n: 08 c m bi n và 01 Encorder ệ ừ ả ế ả ế
- Các nút n: 03 nút: Khấ ở ội đ ng (Start), t m d ng (Pause) và d ng (Stop) ạ ừ ừ b Các tín hiệu đầu ra PLC gồm:
- Các tín hiệu điều khi n Piston xylanh: 05 tín hi u ể – ệ
- Các tín hiệu điều khiển động cơ trên trục Z o : 03 tín hiệu (S1;S2;S7)
Vì v y, ậ ta ch n PLC OMRON SYSMAC CPM2A V i các c ng vào, ra ọ ớ ổ nhƣ hình sau: luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
B ng 3.2 C ng vào c a b ả ổ ủ ộ điều khi n PLC OMRON SYSMAC CPM2Aể
B ng 3.3 C ng c a b ả ổ ra ủ ộ điều khi n PLC OMRON SYSMAC CPM2Aể
Hình 3.13 PLC OMRON SYSMAC CPM2A 3.5.2.3 Phân c ng vào, ra ổ a Các tín hiệu đầu vào PLC
- Các tín hiệu từ ả c m biến:
B ng 3.4 Các tín hi u t cả ệ ừ ảm biến
STT Tên cảm biến Địa ch ỉ Tác dụng Ghi chú
1 CBĐT00 CH0.00 Tín hi u ph n h i t c m biệ ả ồ ừ ả ến điện t b ừ ộ mã hóa Encoder: 1 xung ~1cm
Tín hiệu phản hồi từ công tắc S1 gửi đến bộ điều khiển cho biết tay máy đang ở vị trí Home Thông tin này rất quan trọng trong quá trình điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống.
Tín hi u ph n h i t c m biệ ả ồ ừ ả ến điện t ừ công t c s 2 g n trên b c t do t nh tiắ ố ắ ậ ự ị ến theo phương OZo báo hiệu tay máy đã d ch chuy n h t hành trình có th theo ị ể ế ể phương OZo
Tín hi u ph n h i t c m biệ ả ồ ừ ả ến điện t ừ công t c s 3 g n trên b c t do t nh tiắ ố ắ ậ ự ị ến theo phương OXo (Y) báo hi u tay máy ệ đang ở ị v trí Home
Tín hi u ph n h i t c m biệ ả ồ ừ ả ến điện t ừ công t c s 4 g n trên b c t do t nh tiắ ố ắ ậ ự ị ến theo phương OX o báo hiệu tay máy đang ở v ịtrí xa nhất trên trục OX o
Tín hi u ph n h i t c m biệ ả ồ ừ ả ến điện t ừ công t c s 5 g n trên b c t do t nh tiắ ố ắ ậ ự ị ến theo phương OYo (Z) báo hi u tay máy ệ đang ở ị v trí cao nh t ấ
Tín hi u ph n h i t c m biệ ả ồ ừ ả ến điện t ừ công t c s 6 g n trên b c t do t nh tiắ ố ắ ậ ự ị ến theo phương OYo báo hiệu tay máy đang ở v ịtrí thấp nh ất.
Tín hiệu phát hiện từ công tắc 7 gắn trên bậc thang cho biết bàn kế tiếp đang ở vị trí nằm ngang (HORIZONTAL) thông qua việc quay quanh trục song song với trụ ớ ục OZ Tín hiệu này báo cho bộ điều khiển trung tâm để nhận diện trạng thái của bàn kế tiếp.
Tín hiệu phun hơi từ công tắc 8 gắn trên bệ tỏa ra xung quanh trục song song với trụ đứng OZ, tín hiệu này báo cho hệ điều khiển trung tâm biết bàn kế tiếp đang ở vị trí thẳng đứng.
- Các tín hiệu từ nút ấn:
B ng 3.5 Các tín hiả ệu đầu vào điều khiển động cơ
STT Tên nút n ấ Địa ch ỉ Tác dụng Ghi chú
1 Start CH0.09 Khở ộng động cơi đ
2 Stop CH0.10 Dừng động cơ
3 Reset CH0.11 Khở ội đ ng lạ ộng cơi đ b Các tín hiệu đầu ra PLC
- Các tín hiệu điều khiển động cơ trên trục Z o (S 1 ,S 2 ,S 7 )
B ng 3.6 Các tín hiả ệu đầu ra điều khiển động cơ
STT Địa ch ỉ Tác dụng Ghi chú
Tín hiệu điều khi n d ng xung gi c p tể ạ ữ ấ ới Inverter để đạ ốc độ cho động cơ 3 pha chạ t t y với tốc độchậm.
Tín hiệu điều khi n d ng xung gi c p tể ạ ữ ấ ới Inverter điều khiển động cơ ba pha quay thu n ậ để th c hi n nhi m v ự ệ ệ ụ đƣa tay máy đi về theo
Tín hiệu điều khi n d ng xung gi c p tể ạ ữ ấ ới Inverter điều khiển động cơ ba pha quay ngƣợc để th c hi n nhi m v ự ệ ệ ụ đƣa tay máy đi ra theo
OZ o luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
- Các tín hiệu điều khi n Piston xylanh ể
B ng 3.7 Các tín hiả ệu điều khi n Piston xylanhể
STT Địa ch ỉ Tác dụng Ghi chú
Tín hiệu điều khiển xung giúp duy trì tác động đến khi không còn tín hiệu điều khiển hoặc đến khi có tín hiệu điều khiển mới Tín hiệu này được truyền qua cuộn dây điện bên dưới van điện từ V2 để điều khiển piston trong xilanh Xể 2, thực hiện nhiệm vụ đưa tay máy ra theo hướng OXo.
Tín hiệu điều khiển từ van điện từ Vừ 4 được sử dụng để điều khiển piston xylanh Xể 4, thực hiện nhiệm vụ vận hành máy, giúp điều chỉnh áp suất theo phương OY.
Tín hiệu điều khiển động xung không cần giật tể ạ ầ ữ ới cuộn dây điện từ bên dưới van điện từ tín hiệu thu n ầ túy V3 để điều khiển piston xylanh Xể 3 thực hiện nhiệm vụ quay bàn kẹp tại vị trí thẳng đứng (VERTICAL).
So sánh điề u khiển PLC với các phương pháp điều khiển khác
Có nhiều phương pháp để điều khiển cánh tay robot, như điều khiển bằng vi xử lý và điều khiển thủ công Tuy nhiên, phương pháp điều khiển bằng PLC nổi bật hơn cả nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội.
B ng 3.16 B ng ả ả so sánh phương pháp điều PLC với phương pháp điều khi n b ng vi x ể ằ ửlý
Phương pháp điều khiển Ƣu nhƣợc điểm
PLC Vi xử lý Ƣu điểm
- Độtin cậ ổn địy, nh cao;
- L p trình d ậ ễ (sơ đồ ạch m logic);
- Giao diện thân thi n, d kiệ ễ ểm tra;
- Mạch PLC đƣợc thực hi n trên ệ nguyên tắc môdun nên có độ mềm dẻo cao;
- D thay th , sễ ế ửa chữa
- Độtin cậ ổn địy, nh không cao;
- L p trình khó, c n phậ ầ ải có kiến thức chuyên sâu;
- Giao diện không thân thi n; ệ khó ki m tra; ể
- Mạch vi xử lý phải tựthiết kế, phức tạp;
- Khó thay th sế ửa chữa luan van tot nghiep download luanvanfull moi nhat z z @gmail.com Luan van thac si
Lập trình PLC cho robot Harmo trong quá trình cấp phôi tự động được thực hiện qua 11 bước cơ bản, mỗi bước đóng vai trò quan trọng và có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Để lập trình hiệu quả, cần dựa vào đặc tính kỹ thuật của robot Harmo và yêu cầu cụ thể của bài toán Một mô hình thí nghiệm đã được xây dựng với một máng cấp sản phẩm và chai nhựa Nhiệm vụ chính của bài toán là lập trình PLC để robot thực hiện gắp 10 chai nhựa tự động từ máng trượt thả ra.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày 10 vị trí khác nhau theo sơ đồ và ngược lại của robot gắp vật thể Dựa trên các vị trí này, người lập trình cần làm rõ quy trình công nghệ của máy ép nhựa cũng như đặc điểm của chai nhựa, bao gồm trọng lượng rất nhẹ và biến dạng dễ dàng Do đó, trong quá trình robot thực hiện gắp và di chuyển vật liệu, sẽ gặp khó khăn Từ đó, chúng tôi sẽ đưa ra các giải pháp cụ thể cho từng trường hợp.
Dựa vào các chuyển động của robot Harmo trong quá trình cắt phôi, chúng tôi đã thu thập 13 tín hiệu đầu vào PLC, bao gồm 8 tín hiệu từ cảm biến, 1 tín hiệu từ encoder, và 3 tín hiệu từ các nút nhấn Đồng thời, có 8 tín hiệu đầu ra, trong đó có 5 tín hiệu điều khiển piston – xylanh khí nén và 3 tín hiệu điều khiển động cơ điện Chúng tôi đã chọn PLC OMRON SYSMAC CPM2 với 22 cổng vào và 14 cổng ra Sau khi liệt kê địa chỉ của các cổng vào, ra, chúng tôi đã vẽ các chu trình làm việc của robot và xây dựng bảng ngữ cảnh điều khiển robot, chuyển sang biểu đồ thang để mô phỏng chương trình Chương trình mô phỏng thực hiện đạt yêu cầu đề ra, kết nối PLC với robot, kiểm tra kết nối và chạy hệ thống thành công.
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
Ngành nhựa tại Việt Nam đang phát triển nhanh chóng, với tổng sản lượng tăng từ 15% đến 20%, nhờ vào sự phát triển không ngừng của nền kinh tế theo hướng công nghiệp hóa và hiện đại hóa.
Trong lĩnh vực sản xuất nhựa, có khoảng 2000 doanh nghiệp với cơ sở vật chất và chiến lược sản xuất đa dạng, nhưng đều hướng tới mục tiêu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, công nghệ và trang thiết bị hiện tại vẫn còn lạc hậu Giai đoạn thoát phôi là một khâu quan trọng trong công nghệ ép nhựa Đối với các máy ép nhựa quy mô nhỏ, việc lấy sản phẩm ra thường được thực hiện bằng tay, trong khi với dây chuyền sản xuất lớn, sản phẩm được tự động hóa và chuyển giao đến các khâu gia công tiếp theo Do đó, việc điều khiển robot Harmo một cách hiệu quả trở thành vấn đề cấp bách Trong số nhiều phương pháp điều khiển, PLC được xem là phương pháp thông dụng và hiệu quả nhất.
Dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn, học viên đã tiến hành nghiên cứu, đánh giá và phân tích việc tích hợp điều khiển PLC vào robot Harmo, đạt được một số kết quả đáng chú ý.
Đề tài đã xác định cơ sở lý luận cho phương pháp tích hợp và điều khiển PLC trong robot công nghiệp 4 bậc tự do, bao gồm ba yếu tố chính: đặc tính kỹ thuật của robot, đặc điểm sản phẩm, và yêu cầu của bài toán điều khiển robot.
Vào thứ hai, chúng tôi đã thành công trong việc xây dựng mô hình thí nghiệm và lập trình điều khiển cánh tay robot Harmo để thực hiện nhiệm vụ gắp 10 chai nhựa từ 10 vị trí khác nhau trên máng trượt Sau khi gắp, robot Harmo sẽ thả lại 10 chai nhựa vào máng trượt từ các vị trí đó Mô hình thí nghiệm này không chỉ phù hợp với thực tế mà còn thể hiện khả năng linh hoạt của robot Harmo.
Mô hình 95 ra được chia thành 2 hàng theo trục Z o, tương ứng với chuyển động của cánh tay robot theo trục Xo tại hai vị trí đặc biệt: gần và xa nhất trong hành trình Điều này giúp đơn giản hóa kết cấu sơ đồ thang, đồng thời giải quyết bài toán kinh tế trong thực tế Tính linh hoạt của robot được thể hiện qua chu trình gắp 10 chai nhựa từ 10 vị trí khác nhau và thả vào máng trượt.
Dựa trên kết quả nghiên cứu, để lập trình thành công một chương trình PLC, cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc và quy trình đã được xác định.
Để đạt được kết quả mong muốn trong quá trình làm việc của robot, cần thực hiện 11 bước cơ bản và lựa chọn phương án tối ưu Việc này không chỉ đảm bảo năng suất mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm.
Kết quả nghiên cứu của đề tài là ví dụ minh họa sinh động cho việc giảng dạy các môn học liên quan đến Robot công nghiệp và điều khiển PLC tại các trường cao đẳng và đại học Điều này giúp tích hợp lý thuyết và thực hành trong quá trình dạy học, tạo hứng thú cho học sinh và nâng cao kết quả học tập của các em.
Căn cứ vào kết quả đề tài đạt đƣợc, tác giả đƣa ra 03 kiến nghị nhƣ sau:
+ Một là: Các kết quả nghiên cứu trên cần đƣợc kiểm chứng và áp dụng đối với từng trường hợp cụ thể của từng nhà máy, trường học
Dựa trên kết cấu của robot Harmo, Việt Nam có khả năng chế tạo và lập trình robot 4 bậc tự do với các chuyển động tương tự, phục vụ cho việc gắp sản phẩm từ khuôn đúc trong các nhà máy nhựa, từ đó giải quyết bài toán kinh tế hiệu quả.
+ Ba là: Để tăng tính linh hoạt của robot, có 2 phương pháp:
Để thay đổi vị trí thả gắp vật trên trục X₀ và Y₀, cần đặt các Encoder trên các trục này với các thông số bước ren của vít me Khi điều khiển, người dùng chỉ cần nhập quãng đường dịch chuyển cần thiết, bộ điều khiển sẽ tự động tính toán số vòng quay của trục vít me và số xung tương ứng từ bộ đếm Encoder Giá trị này sẽ được đưa vào làm giá trị cho một bộ đếm.