ĐỒ ÁN HT CDT ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ SX TD

Ngày nay người ta lắp đặt tên người máy công nghiệp hay Robot công nghiệp cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một

Lời nói đầu



Trong hệ thống sản xuất tự động, Robot là một thiết bị không thể thiếu, nó

cho phép nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các hệ thống tự động trong sản xuất là xu hướng phát triển của nền công nghiệp Việt Nam Ở nước ta, mặc dù ứng dụng robot là lĩnh vực còn khá mới mẻ, tuy nhiên nó là xu hướng tất yếu khi chúng ta cần giải phóng con người ra khỏi những công việc nặng nhọc, những công việc nhàm chán, có tính lặp đi lặp lại và những công việc trong môi trường độc hại

Robot là một lĩnh vực khoa học có liên quan đến nhiều phạm trù kiến thức của nhiều nghành khoa học khác nhau, trong đó dễ nhận thấy nhất là các ngành

cơ học, kỹ thuật cơ - điện tử, và điều khiển học Thực hiện đề tài “Thiết kế chế

tạo mô hình Robot lấy và phân loại sản phẩm” là một điều kiện tốt để chúng

em có thể học hỏi và kiểm nghiệm những kiến thức đã được học trong nhà trường Chắc chắn trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, khuyết điểm; vì vậy, em rất mong nhận được những chỉ bảo tận tình từ các thầy để đề tài thêm hoàn thiện

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện của ba mẹ, thầy cô giáo, nhà trường và bạn bè trong t hời gian thực hiện đề tài Đặc biệt, qua

đây em xin gửi đến thầy giáo Ngô Thanh Nghị lòng biết ơn chân thành về sự

hướng dẫn nhiệt tình và tận tụy của các thầy để chúng em hoàn thành tốt đề tài này

Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry

Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công

nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay người ta lắp đặt tên người máy công

nghiệp (hay Robot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất

Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa

(Teleoperators) và các máy công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool) Các cơ c ấu điều khiển từ xa (hay các thiết bị chủ - tớ) đã phát

triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được công việc bên trong Các cơ cấu điều khiển từ xa thay thế cho cánh tay của người thao tác; nó

gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ) Cả hai, tay

cầm và bộ kẹp, được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy ý của tay cầm và bộ kẹp Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay c ầm

Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay Những robot đầu tiên thực chất là sự nối kết giữa các khâu cơ khí c ủa cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình c ủa máy công c ụ điều khiển số Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ Cũng vào

kho ảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate -1990 được dùng đầu

tiên trong kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh - 1967, Thụy Điển và Nhật - 1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức - 1971; Pháp - 1972; ở Ý – 1973

Rôbốt Versatran của công ty AMF, Mỹ

Có thể nói, robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo chương trình số cũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các phát triển của trí khôn nhân tạo, hệ chuyên gia

Rôbốt Unimate – 1990 của Mỹ

Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot

nhau để nhận biết môi trường chung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực Tin học - Điện tử đã tạo ra các thế hệ robot với nhiều tính năng đặc biệt, số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng gi ảm

sự trợ giúp của con người đã tồn tại từ trước công nguyên

Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp do một thợ cơ khí người Nga, ông Pônzunôp chế tạo vào năm 1765 Nhờ đó mà mực nước trong nồi hơi được giữ cố định, không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước

Đầu thế kỷ 19, nhiều công trình có mục đích hoàn thiện các cơ cấu điều khiển tự động của máy hơi nước đã được thực hiện Cuối thế kỷ 19, các cơ cấu điều chỉnh

tự động cho các tua bin hơi nước đã bắt đ ầu xuất hiện

Năm 1887, Đ.G.Xtôleoôp đã chế tạo được phần tử cảm quang đầu tiên, một trong những phần tử hiện đ ại quan trọng nhất của kỹ thuật tự động hóa

Cũng trong giai đoạn này, các cơ sở của lý thuyết điều chỉnh và điều khiển hệ thống tự động bắt đầu được nghiên cứu, phát triển

Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hóa đã cho phép chế tạo trong những thập kỷ đầu tiên c ủa thế kỷ 20 các loại máy tự động nhiều trục chính , máy tổ hợp và các đường dây tự động liên kết cứng và mềm trong sản xuất tự động hàng loạt lớn và hàng khối Cũng trong khoảng thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, một mô n khoa học về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hóa các quá trình sản xuất vào công

nghiệp và hình thành nên “ngành sản xuất tự động”

Dây chuyền sản xuất ôtô tự động trong công nghiệp

Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các

hệ thố ng tự động hoá ở mức cao Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, gải phóng người lao động ra khỏi những vị trí độc hại … Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung Hệ thống tự động hoá đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong quy trình công nghệ Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quy trình công nghệ hoặc ứng dụng công nghệ mới, thì một hướng nghiên cứu không kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá các quy trình công nghệ Do sự phát triển

mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử và công nghệ chế tạo cơ khí chính xác, các thiết bị đo lường và điều khiển các quy trình công nghệ càng được chế tạo tinh

vi, làm việc tin c ậy và chính xác

Hệ thống sản xuất đĩa CD của công ty Bluray

Tuy nhiên các hệ thống còn phụ thuộc rất lớn vào khả năng vận hành sử dụng hệ thống này c ủa đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên làm việc trực tiếp ở các nhà máy, xí nghiệp Mặc dù việc vận hành sử dụng hệ thống thiết bị tự động hoá là nhiệm vụ của các kỹ sư và các kỹ thuật viên được đào tạo trong lĩnh vực điều khiển tự động, nhưng các kỹ sư công nghệ cũng c ần tiếp cận tốt các hệ thống này

để theo dõi, nghiên cứu các diễn biến của các quá trình công nghệ Các hệ thống

tự động hoá là phương tiện tốt nhất để các kỹ sư có thể đi sâu nghiên cứu các quá trình công nghệ, từ đấy có thể đưa ra những giải pháp nâng cao chất lượng của quy trình công nghệ

Bên ca ̣nh yếu tố đầu tư cho khâu thiết kế , chế ta ̣o và lắp ráp hê ̣ thống sản xuất tự đô ̣ng mất không ít thời gian , công sức và kinh phí ta có thể thấy được các

ưu điểm của hê ̣ thống sản xuất tự đô ̣ng như sau :

 Năng suất làm việc cao

 Nâng cao độ chính xác làm việc

 Có thể làm việc ở cường độ cao

 Giảm được số lượng công nhân

 Giảm giá thành sản phẩm

 Hiệu quả kinh tế cao

1.3.Ứng dụng của rôbôt trong công nghiệp sản xuất tự động

Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải

to lớn của robot như: làm việc không biết mệt mỏi, rất dễ dàng chuyển nghề một cách thành thạo, chịu được phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt

độ cao, “cảm thấy” được cả từ trường và nghe được cả siêu âm Robot được dùng thay thế con người trong các trường hợp trên hoặc thực hiện các công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn.Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản phẩm

Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với Robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hóa cao, mức

độ linh hoạt cao ở đây các máy và robot được điều khiển bằng cùng một hệ thống chương trình Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được

hữu hiệu để tự động hóa, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người trong những công việc nặng nhọc như lắp rắp ôtô, vận chuyển hàng hoá và tránh tiếp xúc với các hóa chất độc hại như trong công nghiệp hàn, sơn, …

Cánh tay robot sơn tĩnh điện trong dây chuyền sản xuất xe hơi

Nhà máy FORD được trang bị dây chuyền sơn linh hoạt tiên tiến nhất trên thế giới Tất cả các cấu trúc chính c ủa xe đều được sơn bởi các rô bốt để đạt độ chính xác và đồng đều cao Với những thiết bị kiểm định và phương pháp quản

lý chất lượng hiện đại của Nhật Bản, kích cỡ của các thiết bị gá lắp có thể điều chỉnh để đảm bảo chất lượng tốt nhất cho các thân xe được lắp ráp

1.4 Tình hình nghiên cứu chế tạo và ứng dụng rôbôt trong t ại Việt Nam

Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển rô bốt đã có những bước tiến đáng kể trong

25 năm vừa qua Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng về rô bốt như Trung tâm Tự động hoá, Đại học Bách Khoa

Hà Nội, Viện Điện tử, Tin học, Tự động hoá thuộc Bộ Công nghệp, Đại học Bách khoa TP.HCM, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN Bên cạnh đó còn phải kể đến Công ty Cổ phần Ro bot TOSY, doanh nghiệp thiết kế và chế tạo rô bốt Việt Nam có nhiều sản phẩm ấn tượng trên trường quốc tế

Song song với chế tạo rô bốt thì các công trình nghiên cứu khoa học về rô bốt được công bố của các nhà khoa học Việt Nam rất đa dạng và theo sát được các

hướng nghiên cứu của thế giới Các nghiên cứu về rô bốt ở Việt Nam liên quan nhiều đến các vấn đề về động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển và phát triển trí thông minh cho rô bốt Các nghiên cứu về động học và động lực học rô bốt được các khoa cơ khí, chế tạo máy ở các trường đại học và các viện nghiên cứu về cơ học, chế tạo máy, cơ khí quan tâm cả trong dân sự và quân sự Ngoài việc tìm các phương pháp giải các bài toán liên quan đến cơ học của các loại rô bốt nối tiếp, song song, di động, thì các chương trình mô phỏng kết cấu và chuyển động 3D được áp dụng và phát triển để minh họa cũng như phục vụ cho phân tích, thiết kế rô bốt Các công bố liên quan về cơ học rô bốt thường được thực hiện bởi cán bộ của Viện Cơ học - Viện KH&CN Việt Nam, Khoa Cơ khí Chế tạo máy thuộc đại học Bách Khoa

Hà Nội và Đại học Bách Khoa Tp.HCM, các bộ môn Rô bốt và Cơ điện tử ở các trường đại học khác Lĩnh vực điều khiển rô bốt rất phong phú, từ các phương pháp điều khiển truyền thống như PID, phương pháp tính mô men, phương pháp điều khiển trượt đến các phương pháp điều khiển thông minh như điều khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen và các phương pháp điều khiển tự thích nghi, các phương pháp học cho rô bốt, các hệ visual servoing…

Trong các công bố về điều khiển rô bốt phải kể đến các công trình của Viện Công Nghệ Thông tin Viện KH&CN Việt nam, Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học Bách Khoa Tp.HCM Gần đây, đội ngũ nghiên cứu và giảng dậy ở Đại học Quốc gia Hà Nội và Học viện Kỹ thuật Quân sự cũng có nhiều công bố liên quan đến lĩnh vực điều khiển rô bốt

do đội ngũ giáo viên trẻ tốt nghiệp tiến sỹ ở nước ngoài về tiếp tục các nghiên cứu của mình Lĩnh vực rô bốt di động với nhiều cảm biến dẫn đường và camera đang được nhiều đơn vị trong nước quan tâm nghiên cứu Các vấn đề xử lý ảnh tốc độ cao, phối hợp đa cảm biến, định vị và lập bản

đồ không gian, thiết kế quỹ đạo chuyển động cho rô bốt di động đã có nhiều công bố trong các Hội nghị cơ điện tử toàn quốc năm 2004, 2006, 2008 và 2010 Các nghiên cứu về thị giác rô bốt được quan tâm cả ở rô bốt công nghiệp và rô bốt di động, nhất là lĩnh vực nhận dạng và điều khiển rô bốt trên cơ sở thông tin hình ảnh Các vấn đề về xử lý ngôn ngữ tự nhiên, nhận dạng và tổng hợp tiếng nói tiêng Việt bắt đầu được chú ý cho các lọai rô bốt dịch vụ

Các nghiên cứu cơ bản về rô bốt của Việt Nam đã được công bố nhiều trên các Hội Nghị và tạp chí quốc tế Việc phối hợp với các nước như Nhật, Mỹ,

Rô bốt công nghiệp (Hãng Tosy Robotics,

Việt Nam)

Singapore, Đức tổ chức các hội nghị quốc tế tại Việt nam liên quan đến rô bốt như RESCCE‟98, RESCCE‟00, RESCCE‟02, ICMT2004, ICARCV 2008, ITOMM 2009 là một chuỗi hoạt động khoa học liên tục của cộng đồng Robotics Việt nam hòa nhập vào các hoạt động nghiên cứu khoa học với các nước khu vực và tiên tiến trên thế giới

Hiện nay, tại một số khu công nghiệp lớn đã có một số nhà máy sản xuất các thiết bị vận hành robot và tương l ai sẽ hứa hẹn những bước phát triển thành công trong lĩnh vực này như công ty Rorze Robotech đặt tại khu công nghiệp Nomura, Hải Phòng đang có kế hoạch xuất khẩu sản phẩm robot sản xuất tại Việt Nam sang thị trường Mỹ và Châu Âu Một nhà máy chuyên sản xuất các thiết bị vận hành robot bằng công nghệ cao có tên Vina-Bingo sẽ được xây dựng tại khu công nghiệp Nomura, nhằm nâng cao chất lượng cho sản phẩm robot sản xuất tại Việt Nam

Để có thể hội nhập và phát triển trong xu thế toàn cầu hóa hiện nay Việt Nam cần có một cộng đồng rộng lớn các chuyên gia tâm huyết, có môi trường học tập

và nghiên cứu lành mạnh và một chính sách vĩ mô hỗ trợ tri thức phát triển thích nghi được với quá trình “phẳng” hóa thế giới hiện nay

1.5.Nội dung, ý nghĩa, mục đích của đề tài

Trong thực tế, các dây chuyền sản xuất tự động trong công nghiệp bao gồm rất nhiều khâu, công đoạn và gồm rất nhiều thiết bị, cơ cấu khác nhau Tuy nhiên như vậy thì sẽ tốn nhiều thời gian giữa các khâu sản xuất và việc đầu tư trang thiết bị nhiều sẽ gây tốn kém và chiếm nhiều không gian trong nhà máy sản xuất Vấn đề được đặt ra là “ Giảm các khâu và công đoạn trong sản xuất trên một dây chuyền sản xuất tự động trong công nghiệp và tiết kiệm tối đa thời gian

để hoàn thành sản phẩm” Vì vậy việc thiết kế và chế tạo cánh tay rôbôt trong sản xuất tự động là hết sức cần thiết Robot sẽ làm việc với rất nhiều thiết bị và

cơ cấu khác nhau như máy tính, băng chuyền v.v Do đó, việc điều khiển robot

sẽ trở nên rất phong phú và đa dạng tuỳ vào từng hoàn c ảnh cụ thể

Vì vậy, đề tài “Thiết kế mô hình Cánh tay robot lấy và phân loại sản phẩm” là

một ví dụ về sự kết hợp việc lấy phôi và phân loại sản phẩm Đồng thời phối hợp làm việc của robot với các băng chuyền và qua đó thiết lập được một chương trình điều khiển để thay đổi hoạt động của robot Đề tài sẽ bao gồm việc thiết kế

hệ thống băng tải, lập trình thiết kế một phần mềm điều khiển robot, tính toán các thông số động học từ đó lập trình phối hợp giữa băng chuyền và robot để tạo nên 1 mô hình Cánh tay robot lấy và phân loại sản phẩm một cách chính xác

CHƯƠNG 2

LẤY VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

2.1 Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm:

Phân loại sản phẩm là công đoạn phân biệt các sản phẩm có đặc điểm khác nhau về hình dáng, kích thước, chiều cao, màu s ắc,…và từ đó loại ra những sản phẩm không đạt yêu cầu để nâng cao chất lượng sản phẩm hoặc phân chia ra nhiều loại sản phẩm có đặc điểm khác nhau vào chung một chỗ trong một dây chuyền sản xuất tự động trong công nghiệp để dễ vận chuyển hoặc đóng gói, … trong các công đoạn sau Tuy nhiên, việc chọn phương thức phân loại cho sản phẩm lại phụ thuộc vào nhiệm vụ của hệ thống nên trước khi thiết kế và chế tạo

mô hình cần phân tích và xác định kỹ lưỡng nhiệm vụ của toàn hệ thống và từng

bộ phận

2.2 Nhiệm vụ của hệ thống phân loại sản phẩm dùng cánh tay robot

Hệ thống có nhiệm vụ phân loại sản phẩm và chuyển từng loại sản phẩm lên hộp đựng sản phẩm phi kim và pittông đẩy phân loại sản phẩm kim loại Ở đầu

hệ thố ng sản phẩm được chuyển lên băng chuyền và chạy tới nơi phân loại Cánh tay robot nhận được tín hiệu có sản phẩm trên băng chuyền sẽ lấy sản phẩm lên

và phân loại xem sản phẩm đó có từ tính hay không Nếu sản phẩm có từ tính, cánh tay robot sẽ đưa sản phẩm đó lên băng chuyền 1 để pittông đẩy phân loại,

và nếu sản phẩm không có từ tính, cánh tay sẽ đưa lên hộp đựng sản phẩm phi kim

2.3 Xác định nhiệm vụ riêng của từng phần trong hệ thống:

2.3.1 Nhiệm vụ của băng chuyền trong hệ thống:

Băng chuyền dùng để vận chuyển, đưa sản phẩm từ nơi cung cấp sản phẩm tới nơi cánh tay robot lấy sản phẩm Sản phẩm được đưa lên băng chuyền bằng tay sau đó chuyển tới vị trí xác định trong hệ thống, nơi cánh tay robot có thể lấy

và phân loại cho khâu sản xuất kế tiếp

2.3.2 Nhiệm vụ của robot lấy và phân loại sản phẩm:

Robot có nhiệm vụ lấy, phân loại sản phẩm và chuyển lên băng chuyền Phương thức phân loại là phân loại sản phẩm có từ và không có từ Sản phẩm sau khi được đưa lên băng chuyền và chuyển về cuối băng chuyền, cảm biến báo tín hiệu có sản phẩm và robot quay về phía băng chuyền lấy sản phẩm lên và phân loại sản phẩm đó Sau khi phân loại sản phẩm xong, tùy thuộc vào loại sản phẩm thì robot sẽ chuyển lên từng loại băng chuyền chuyên chở hoặc hộp đựng sản phẩm đó

Trường hợp phân loại sản phẩm có kết quả là sản phẩm chứa từ tính, cánh tay robot chuyển hàng lên băng chuyền 1 đến vị trí cần thiết để pittông đẩy phân loại sản phẩm

Đối với trường hợp phân loại sản phẩm ra kết quả là sản phẩm không chứa từ tính, cánh tay robot chuyển sản phẩm lên hộp đựng sản phẩm

2.3.3 Nhiệm vụ của băng chuyền 1:

Băng chuyền 1 có nhiệm vụ chở sản phẩm và đưa đến vị trí pittông đẩy Sau khi phân loại sản phẩm xong Robot đưa sản phẩm đó vào băng chuyền thứ nhất Còn sản phẩm loại kia thì đưa vào hộp đựng sản phẩm phi kim

2.4 Phân tích các phương án thi ết kế

2.4.1 Phân tích l ựa chọn cơ cấu chuyển động cho băng tải và cánh tay rôbôt

*Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm: Dễ chế tạo, giá thành rẻ, bộ truyền có kết cấu đơn giản,chuyển động

của bộ truyền rất êm

Nhược điểm: Có sự trượt giữa dây đai và buly nên tỷ số truyền không ổn định

Dây đai rất dễ bị đứt do thiếu tính bền Một nhược điểm nữa là do tính đàn hồi của dây đai nên khi tải trọng thay đổi ta khó kiểm soát được tốc độ một cách chính xác

b.Bộ truyền xích

Bộ truyền xích thường dùng để truyền động giữa các trục với khoảng cách các trục là không quá xa, yêu cầu kích thước nhỏ gọ n có tỷ số truyền không đổi Cũng tương tự như trên phương án này thì bộ truyền xích cũng sẽ được bố trí trên trục dẫn hướng để dẫn động Cơ cấu vận chuyển cũng được gắn trực tiếp lên

*Ƣu điểm và nhƣợc điểm

Ưu điểm: So với bộ truyền đai thì bộ truyền xích có kích thước nhỏ

gọn hơn, khi làm việc không có trượt, hiệu suất khá cao khi chăm sóc tốt, lực tác dụng lên trục nhỏ do không cần lực căng ban đầu

Nhược điểm: Làm việc gây ra tiếng ồn, đòi hỏi phải liên tục bôi

trơn, việc chế tạo và lắp ráp phức tạp, giá thành tương đối cao

Cấu tạo: 1- bánh răng chủ động

2- bánh răng bị động

Ưu điểm

- Gọn nhẹ, chịu tải cao, bền chắc

- Tỉ số truyền ổn định

chỉnh số của xe máy, oto

 Kết luận

- Bộ phận dẫn động của khâu quay robot cần lực kéo lớn và có khả năng tự hãm  Do đó lựa chọn bộ giảm tốc gồm bộ truyền trục vít-bánh vít và bộ truyền bánh răng

- Bộ phận dẫn động của khâu tịnh tiến robot cần có khả năng tự hãm và lực

ấn lên phôi lớn khi chuẩn bị hút phôi  Lựa chọn bộ giảm tốc gồm bộ truyền trục vít-bánh vít và bộ truyền bánh răng-thanh răng

- Bộ phận dẫn động cho băng tải phải êm, có khả năng đề phòng quá tải

b Bộ truyền vitme đai ốc

Cấu tạo của bộ truyền bao gồm trục vitme và đai ốc ăn khớp với vitme đó

Khi trục vitme quay thì đai ốc sẽ được tịnh tiến theo phương ngang lúc này cơ cấu mang trục lên xuống cùng cơ cấu vận chuyển sản phẩm sang băng tải

2 được gắn cố định trên đai ốc từ đó có thể di chuyển đến bất kì chỗ nào

Trục vitme được gắn hai đầu vì vậy trục vitme có hai chuyển động là chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến để mang cơ cấu trục lên xuống chuyển động tịnh tiến

*Ƣu nhƣợc điểm của b ộ truyền

 Ưu điểm: Bộ truyền này chuyển động rất chính xác

 Nhược điểm: Chuyển động của bộ truyền chậm có thể sẽ không đáp ứng

được tốc độ của hệ thống Ngoài ra việc chế tạo một trục vitme dài để đáp ứng được yêu cầu là việc khó khăn

c Bộ truyền bánh răng thanh răng

Bộ truyền bao gồm bánh răng ăn khớp với thanh răng và thanh răng được giữ cố định so với cơ cấu chuyển động ngang Tuy nhiên việc chế tạo một thanh răng có chiều dài khá lớn là rất khó khăn vì vậy ta không sử dụng bộ truyền này trong cơ cấu chuyển động ngang

 Kết luận

Sau khi phân tích các ưu nhược điểm của các cơ cấu truyền động cho chuyển động theo phương ngang ta thấy sử dụng bộ van hút chân không là thích hợp nhất, tạo nên mô hình mang tính động bộ, ổn định cao, tốc độ có thể điều chỉnh được, ứng dụng điều khiển khí nén linh hoạt

2.5 Các thiết bị cần thiết để có thể thiết kế đƣợc mô hình

2.5.1Các thiết bị đầu vào

a Công tắc hành trình

Công tắc hành trình trước tiên là làm chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của 1 cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào

đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay

Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt mạch điện

do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho thiết bị khác Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào mục đích sau:

Là lo ại cảm biến hình trụ có khả năng phát hiện vật thể kim loại Trên c ảm biến

có đèn LED báo hiệu dòng qua mạch.Điện áp dùng cho cảm biến thường là 12 VDC, 24 VDC

2.5.2 Phân tích phần tử điều khiển (các loại van phân phối khí )

a Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

Ƣu điểm

tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ

thuận lợi Vì vậy có khả năng ứng dụng để lập một trạm trích chứa khí nén

thải ra ngược lại bầu khí quyển

- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất được bảo đảm, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng thấp

không đắt

hành logic, do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và máy móc phức hợp

Nhƣợc điểm

vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn ( không thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều)

b Các phần tử khí nén

Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất một mạch điều khiển vòng hở với các phần tử sau :

Phần tử đƣa tín hiệu :nhận những giá trị của đ ại lượng vật lý như đại lượng vào,

là phần tử đầu tiên c ủa mạch điều khiển ví dụ : van đảo chiều, rơ le áp suất

Phần tử xử lý tín hiệu : Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất

định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển ví dụ như : van đảo chiều,van tiết lưu, van logic OR hoặc AND

Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là : tác động bằng tay, tác động cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện Tín hiệu tác động

từ 2 phía (đối với van đ ảo chiều không có vị trí „không‟) hay chỉ từ 1 phía (đối với van đ ảo chiều có vị trí „không‟)

Cơ cấu chấp hành : thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra

của mạch điều khiển ví dụ : xi lanh, động cơ khí nén Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (Xi lanh) hoặc chuyển động quay (động

cơ khí nén)

c Truyền động điện khí nén

Hệ thống điều khiển bằng điện – khí nén là s ự kết hợp giữa các phần tử điện

và khí nén Mạch điều khiển thường sử dụng điện áp thấp, điện áp một chiều Điều khiển là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác dụng của một hay nhiều đại lượng vào, các đ ại lượng ra thay đổi theo một quy luật nhất định của hệ

Phần tử xử lý và điều khiển ví dụ : van đảo chiều, van chắn, van tiết lưu

Cơ cấu chấp hành

Ví dụ : xi lanh, động cơ khí nén,

thống đó Hệ thống điện khí nén được biểu diễn một cách tổng quát Mạch điều khiển thông thường là điện một chiều 24VDC

Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén

Nguyên tắc thiết kế :

Một sơ đồ điều khiển điện – khí nén bao gồm 2 phần :

Khi biểu diễn trên sơ đồ mạch điện điều khiển, các phần tử phải ở trạng thái chưa

có tín hiệu tác động vào Sự liên hệ giữa 2 sơ đồ :

Trên sơ đồ mạch điện và sơ đồ mạch khí nén được ghi chú bằng các ký hiệu số tương ứng của rơ le trong mạch điều khiển và nam châm điện của van đảo chiều hoặc rơ le áp suất điện trong mạch khí nén

Sơ đồ mạch điện khí nén :

nguồn, các phần tử , các khí cụ điện được biểu diễn bên trong 2 đường này

khiển, phần bên phải biểu diễn mạch động lực

nhóm phân biệt nhưng có quan hệ với nhau

24VDC được đánh số từ trái sang phải cho các điểm nối

ở các phần tử chung như các cuộn dây điện tử, các công tắc hành trình

2.5.3 Lựa chọn phần tử điều khiển (các van phân phối khí ) sử dụng trong mô hình

a Van đảo chiều 5/2, tác động bằng nam châm điện, trả về bằng lò xo :

Nguyên lý hoạt động : Tại vị trí " không" cửa P nối với cửa B Cửa A nối với R

Khi có dòng điện tác động, nam châm điện sẽ hút nòng piston , van sẽ chuyển động qua vị trí "1 ", lúc này cửa P nối với cửa A, cửa B nối với cửa R Khi ngắt dòng điện thì van đảo chiều sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lò xo

b Van đảo chiều 5/2, tác động bằng nam châm điện, trả về bằng nam châm điện :\

Nguyên lý hoạt động : Tương tự như van đảo chiều kiểu trả về lò xo, nhưng để

trả về vị trí "0" thì phải có sự tác động của nam châm điện còn lại khi có dòng điện chạy qua

c Van tiết lưu : Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, hay

nói cách khác là có thể điều chỉnh được vận tốc hay thời gian chạy của cơ cấu chấp hành

Van tiết lưu sử dụng ở đây là van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay Khi dòng khí nén chạy từ A qua B thì do c ấu tạo của van chỉ có thể chảy qua tiết diện

suất khí nén thắng lực lò xo và lưu lượng khí chạy về ta không thể điều chỉnh được

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, ĐỘNG HỌC VÀ TÍNH

HỆ THỐNG ROBOT

3.1 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ nguyên lý của hệ thống robot:

Hệ thống gồm có băng chuyền được dẫn động bằng động cơ điện 1 chiều thông qua bộ truyền bánh răng Ở cuối băng chuyền đặt cánh tay robot để lấy phôi lên phân loại và đưa lên băng chuyền 2 phân loại sản phẩm kim loại và hộp

đựng sản phẩm phi kim Băng chuyền chứa sản phẩm kim loại được đặt song

song với cánh tay rôbôt Động cơ điện điều khiển băng chuyền và cánh tay robot được điều khiển bằng chương trình máy tính thông qua bộ điều khiển PLC và rơle đảo chiều Còn pittong đẩy sản phẩm kim loại được điều khiển thông qua van điện từ và bộ điều khiển PLC Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống như

sau:

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Khởi động hệ thống, phôi sản phẩm được chuyển lên băng chuyền bằng tay Băng chuyền chạy đưa sản phẩm tới vị trí cánh tay robot lấy phôi và dừng lại Khi đó cánh tay robot đã quay về phía băng chuyền và sử dụng cơ cấu tịnh tiến đi xuống mang theo van chân không và tiến hành hút phôi Khi đã hút được phôi cơ cấu tịnh tiến trên cánh tay robot đi

lên và trong lúc đi lên cánh tay robot sẽ tiến hành phân loại phôi bằng cảm biến

từ gắn trên cánh tay Nếu phôi là s ản phẩm có từ tính, cánh tay robot sẽ quay về phía băng chuyền chở sản phẩm chứa kim loại và thả phôi vào đó để pittong đẩy tiến hành phân loại Nếu phôi là sản phẩm không có từ tính, cánh tay robot sẽ quay về bên hộp đựng sản phẩm không có từ tính và thả vào hộp.Chu trình c ứ lặp lại như vậy cho đến khi dừng hệ thố ng

3.2.2 Bậc tự do của robot

Là số khả năng chuyển đô ̣ng có thể của 1 cơ cấu (Rotate / Translate), để dịch

bâ ̣c do Nhưng để đảm bảo Ro bot hoa ̣t đô ̣ng được thì cơ hê ̣ của Robot phải là 1

p

Vớ i: n: Số khâu đô ̣ng

do bằng số khâu đô ̣ng

tự do, với 3 bâ ̣c để đi ̣nh vi ̣, 3 bâ ̣c để đi ̣nh hướng Tuy nhiên khi Robot thực hiê ̣n

Từ công thức (*) ta xác định số bậc tự do cho cánh tay của robot như sau:

Cánh tay robot có n = 2 khâu động

Số bậc tự do bị hạn chế của khớp quay là 5, chỉ để lại một bậc tự do quay quanh trục z

Số bậc tự do bị hạn chế của khớp tịnh tiến là 5 , chỉ để lại một bậc tự do tịnh tiến theo phương z

Vì vậy cả hai khớp đều là khớp loại 5

3.2.3 Thiết lập phương trình động học cho cánh tay Robot

Thiết lập hệ toạ độ lên các khâu c ủa Robot

H3.3: Sơ đồ động của Robot

Bảng thông số Denavit-Hartenberg (DH) c ủa robot: