ĐỒ ÁN HT CDT HT LẮP RÁP TỰ ĐỘNG

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

MỤC LỤC



LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: 4

TỔNG QUAN VỀ HỆ TH ỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 4

1.1 Sản xuất tự động trong Công Nghiệp : 4

1.2 Sơ lược quá trình phát triển của Robot công nghiệp (IR : Industrial Robot) 6

1.3 Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất: 7

1.4 Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng robot ở Việt Nam 9

1.5 Nội dung, ý nghĩa và mục đích của đề tài 11

CHƯƠNG 2: 12

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LẮP RÁP TỰ ĐỘNG 12

2.1 Giơ ́ i thiê ̣u hê ̣ thống lắp ráp tự đô ̣ng 12

2.2 Phương pháp nghiên cứu 12

2.3 Nhiê ̣m vu ̣ hệ thống 12

2.4 Yêu cầu khi thiết kế 13

2.5 Phân tích ca ́ c lựa chọn 13

2.5.1 Lư ̣a cho ̣n phương án truyền dẫn đô ̣ng 13

2.5.2 Ứng dụng khí nén trong hệ thống: 17

2.5.3 Lư ̣a cho ̣n loa ̣i hi ̀nh Robot : 23

2.6 Kết luâ ̣n phương án xây dựng hê ̣ thống 24

CHƯƠNG 3: 25

MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỀ TÀI 25

3.1 Mô tả cách làm việc của hệ thống: 25

3.2 Sơ đồ thuâ ̣t toán : 27

CHƯƠNG 4: 28

TÍNH TOÁ N ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG 28

4.1 Giới thiệu chung về mô hình cánh tay Robot: 28

4.2 Bâ ̣c tự do của Robot : 29

4.3 Thiết lập phương trình động học cho Cánh tay Robot: 30

4.5 Nhiệm vụ băng tải: 33

4.6 Vị trí đặt băng tải 34

4.7 Thông số động học chủ yếu 34

CHƯƠNG 5: 40

TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ NGÔN NGỮ LẬP 40

TRÌNH 40

5.1 Giới thiệu chung: 40

5.2 Khái niệm, qui ước và đặc điểm lập trình 44

5.3 Ngôn ngữ lập trình: 45

5.4 Phân loại lệnh: 47

5.5 Phần mềm Step 7 – Micro/Win: 48

5.7 Bộ nhớ dữ liệu và cách định địa chỉ 51

5.8 Giới thiệu về mạch đếm sản phẩm: 59

CHƯƠNG TRÌNH PLC 64

TỔNG KẾT: 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

  

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 ta ̣o mô hình lắp ráp tự động

dùng cánh tay Robot” 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 thời 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

  

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

1.1 Sản xuất tự động trong Công Nghiệp :

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

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 cậy và chính xác

Tuy nhiên các hệ thống còn phụ thuộc rất lớn vào khả năng vận hành sử dụng hệ

thống này của 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

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 tạo và lắp ráp hê ̣ thống sản xuất tự đô ̣ng

mất không ít thời gian , công sức và kinh phí t a có thể thấy được các ưu điểm của hê ̣

thống sản xuất tự đô ̣ng như sau :

- Năng suất làm việc cao

- Nâng cao đô ̣ chính xác làm viê ̣c

- Có thể làm việc ở cường độ cao

- Giảm được số lượng công nhân

- Giảm giá thành sản phẩm

- Hiê ̣u quả kinh tế cao

Hình 1.1: Mô hình xả băng thép – cuộn thép tự động

1.2 Sơ lƣợc quá trình phát triển của Robot công nghiệp (IR : Industrial Robot)

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng cộng hoà Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là

công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum‟s Universal Robots của Karel Capek, vào năm

1921 Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy

móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người

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 cấu 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

cầm

kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công

cụ điều khiển số Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot

Versatran của công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng 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

1.3 Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất:

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 thiện điều kiện lao động Đạt được các mục tiêu

trên là nhờ vào những khả năng 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 chi tiết, lắp ráp sản phẩm

Ngày nay đã xuất hiệ n 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 sử dụng

trong việc vượt hơn khả năng của con người; do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự

động hóa, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng

nhọc và độc hại Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong

dây chuyền tự động, nếu có một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây

chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới dự giám sát của con người

1 số hình ảnh về ứng dụng Robot Công Nghiê ̣p trên thế giới :

Hình 1.2 Robot Hàn tự động trong CN

Hình 1.4 Robot gắp hàng điều khiển bằng tay

1.4 Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng robot ở Việt Nam

Việc nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng robot đã có từ lâu trên thế giới Tuy nhiên,

đối với Việt Nam thì đây một ngành công nghiệp mới mẻ và còn rất lâu nữa ngành công

nghiệp chế tạo robot ở Việt Nam mới thực sự hoàn chỉnh Mặc dù vậy, trong một vài năm

trở lại đây, Việt Nam cũng đã có những đề tài nghiên cứu, chế tạo robot thành công và

trong đó một vài đề tài đã được ứng dụng trong thực tế Hơn nữa, cuộc thi sáng tạo robot

Châu Á - Thái Bình Dương hàng năm đã thu hút rất đông sinh viên các trường Đại học

Việt Nam tham gia và với thành tích hai lần vô địch sinh viên Việt Nam đã chứng tỏ

được khả năng nghiên cứu, chế tạo robot của mình

Sáu robot đó là: robot vạn năng, robot hàn, robot crane, robot camera crane, tay máy dây

chuyền sản xuất và tay máy lấy sản phẩm Tại nhiều cơ sở nghiên cứu như Đại học Bách

Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, viện Cơ học, viện Công nghệ thông

tin đã chế tạo được một số robot mẫu ứng dụng trong công nghiệp như robot lấy sản

phẩm chi tiết chai nhựa PET; robot MSR 50 bốc dỡ và vận chuyển vật liệu rời đặc biệt

nhóm nghiên cứu viện Cơ học Việt Nam vừa chế tạo thành công robot song song sáu

chân có tên là Hexapod PR6-01 làm

đồ gá vạn năng lắp trên máy công cụ, giúp nâng cao khả năng sử dụng của các máy này

Hình 1.5 Robot Hexapod PR6-01

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 lai 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

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

Mặc dù, chúng ta đã có những bước khởi đầu khả quan tuy nhiên chế tạo robot cần

có một nền công nghiệp hoàn chỉnh và đó là một khó khăn rất lớn đối với Việt Nam Do

vậy, trước mắt Việt Nam sẽ đi vào thiết kế phát triển phần hệ thống điều khiển của robot

và nhập các phần cứng của nước ngoài Có như thế Việt Nam mới kịp đưa ra những robot

gần bằng trình độ hoặc tương đương với thế giới

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

Trong thực tế, Robot phải 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 cảnh cụ thể Vấn đề đặt ra là “Cùng với một robot, làm sao có thể

thay đổi các hoạt động khác nhau trong một thời gian ngắn để robot không chỉ làm một

việc nhất định và làm sao có thể phối hợp hoạt động của robot với các thiết bị, cơ cấu

khác nhau?”

Vì vậy, đề tài “Thiết kế mô hình lắp ráp tự động dùng cánh tay máy” là một ví dụ

về sự 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 lắp

ráp sản phẩm tự động 1 cách linh hoạt

Đề tài “Thiết kế mô hình lắp ráp tự động dùng cánh tay máy” giúp tiết kiệm thời

gian trong sản xuất đồng thời làm cho robot trở nên linh hoạt hơn với các môi trường làm

việc khác nhau Đây là yếu tố cần thiết trong việc nâng cao hiệu quả và giảm chi phí

trong quá trình sản xuất

CHƯƠNG 2:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LẮP RÁP TỰ

ĐỘNG

2.1 Giơ ́ i thiê ̣u hệ thống lắp ráp tự động

Lắp ráp là công đoa ̣n để ta ̣o ra sản phẩm hoàn chỉnh từ những chi tiết nhỏ hơn có sẵn

hoă ̣c được chế ta ̣o trước đó Như ta đã biết , khối lượng công viê ̣c và chi phí cho viê ̣c lắp

ráp sản phẩm là rất lớn , đòi hỏi tính ổn đi ̣nh , linh hoa ̣t và đô ̣ chính xác của hệ thống Vì

thế nên viê ̣c nghiên cứu và chế ta ̣o ra 1 hê ̣ thống lắp ráp tự đô ̣ng được nghiên cứu 1 cách

nghiêm túc và kỹ lưỡng nhằm nâng cao hiê ̣u quả của quá trình sản xuất

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chính để thực hiện đề tài này là nghiên cứu, kết hợp giữa lý thuyết và thực

tế, bắt đầu từ việc nghiên cứu lý thuyết về động học robot và đo các giới hạn góc quay

của robot Đây là cơ sở cho việc xây dựng một chương trình lập trình điều khiển hoạt

động robot Từ đó thiết kế hệ thống băng tải làm việc sao cho phù hợp với kích thước

cũng như vùng hoạt động của robot và lập trình phối hợp hoạt động giữa hai đối tượng

nói trên

2.3 Nhiê ̣m vu ̣ hệ thống

Hệ thống làm nhiệm vụ lắp ráp sản phẩm trong dây chuyền sản xuất, vì vậy hệ thống

cần có 1 băng tải làm nhiệm vụ mang chi tiết 1 đến vị trí cần thiết cho Robot gắp hàng, và

tiếp tục đưa sản phẩm sau khi được lắp ráp đến cuối hành trình, tại đây có cảm biến để

đếm số lượng sản phẩm đã lắp ghép xong được hiển thị qua led 7 đoạn

2.4 Yêu cầu khi thiết kế

Khi xây dựng phương án bố trí cho hệ thống ta cần đảm bảo các điều kiện như:

- Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy

- Hệ thống phải hoạt động linh hoạt, giảm tối đa thời gian chờ đợi hàng…

- Đảm bảo tính kinh tế, thẫm mĩ, và an toàn

2.5 Phân tích các lựa chọn

2.5.1 Lư ̣a cho ̣n phương án truyền dẫn đô ̣ng

a Bộ truyền trục vit bánh vit:

Cấu tạo : - Gồm trục vít chủ động 1, bánh vít bị động 2 để thực hiện truyền

động giữa hai trục chéo nhau

- Trục vít được chế tạo từ hợp kim có tính chịu mòn cao Bánh vít

Hình 2.1: Bộtruyền trục vit

Ưu điểm: - Làm việc êm, không ồn

- Tỉ số truyền cao nên rất chính xác

Khuyết điểm : - Hiệu suất truyền động không cao do ma sát lớn

- Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

Phạm vi sử dụng :

- Sử dụng trong trường hợp đảo chiều quay

- Dùng trong các cơ cấu xoay cần trục hoặc trong ổ truyền động trung ương của xe ôtô

b.Truyền động bánh răng:

- Đó là những bộ truyền bánh răng trụ để truyền động giữa hai trục song song và qu ay

Hình 2.3: Bộ truyền bánh răng

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

- Truyền lực vô cùng bé 10-6 N hoặc vô cùng lớn 106 N

- Dùng để thay đổi tốc độ quay trong hộp giảm tốc hay đều chỉnh số

của xe máy, ôtô

Khuyết điểm : - Gây ồn

- Chịu va đập kém

- Chế tạo phức tạp

Phạm vi sử dụng :

Trong đồng hồ, các cơ cấu nâng tải, ôtô, máy kéo, hộp giảm tốc, hộp số, truyền động

c.Bô ̣ truyền đai :

Theo tiết diện ngang đai có ba loại:

- Dẹt : sử dụng khi yêu cầu có trượt

- Đai thang dùng khi tránh trượt

- Đai tròn dùng trong các cơ cấu nhẹ

Ưu điểm

- Êm, đơn giản, không ồn

- Chịu được quá tải vì có trượt

- Rẻ tiền, dể bảo quản, chăm sóc

- Truyền lực giữa hai trục xa

2.5.2.1 Sơ lƣợc các loại pittong

Gồm có pittong xylanh thủy lực và khí nén , thực chất đây là một loại động cơ thủy

lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén ) thành cơ năng , thực hiện

chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục pittong xylanh đươ ̣c dùng rất

phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về xylanh thủy lực

có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn, làm việc ổn định và

giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản So với hê ̣ thống thủy lực , hê ̣ thống khí

nén có công suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như :

Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn

thất áp suất trên đường dẫn nhỏ

Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí nén rất

thuận lợi

Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược trở

lại bầu khí quyển

Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do đó

không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn

Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén , bởi vì phần lớn trong

các xí nghiệp , nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén

Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá

trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp

Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic, và

do đó được sử dụng để điều khiể n trình tự phức tạp và các máy móc phức hợp

2.5.2.2.Máy nén khí – Thiết bị phân phối khí nén

a) Máy nén khí:

- Khái niệm: máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động

cơ điện được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng

- Phân loại:

+ Theo áp suất:

 Máy nén khí áp suất thấp: P<= 15 bar

 Máy nén khí áp suất cao: P>= 15 bar

 Máy nén khí áp suất rất cao: P>= 300 bar

+ Theo nguyên lý hoạt động:

 Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittông, máy nén

khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít

 Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều trục

b) Bình trích khí chứa khí nén:

- Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ

để sử dụng Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén

khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước

- Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu

thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử

dụng : ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn

Ký hiệu:

c) Mạng đường ống dẫn khí nén:

- Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình

trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành

- Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân làm hai loại:

+ Mạng đường ống được lắp ráp cố định ( mạng đường ống trong nhà máy )

+ Mạng đường ống được lắp ráp di động (Mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong

máy móc thiết bị )

+ Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bị cho phép tháo lắp dễ dàng và

nhanh chóng Nối hệ thống đến các thiết bị bằng cách đơn giản là đẩy ống vào các cổng

vào ( in-let ) hay cổng ra ( out-let ) Tháo ống ra bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia

kéo ống ra

Các phần tử trong hệ thống điều khiển

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

sau:

- Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng vào, là các

phần tử đầu tiên của mạch điều khiển Ví dụ van đảo chiều, rơle 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: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic

OR hoặc AND

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

mạch điều khiển Ví dụ: Xilanh, động cơ khí nén

2.5.2.3Các loại van đảo chiều

a)Giới thiệu về van đảo chiều:

Van đảo chiều có nhiêm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi

vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén

* Ký hiệu van đảo chiều:

- Vị trí của các nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền kề nhau với các chữ

cái o, a, b, c,… hay các chữ số 0,1,2,…

a o b

Ký hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van

Vị trí „không‟ là vị trí mà van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào Đối với van có 3 vị

tr, thì vị trí ở giữa ký hiệu là „o‟ là vị trí „không‟ Đối với van có 2 vị trí thì vị trí „không‟ có

thể là a hoặc b

- Cửa nối van được ký hiệu như sau : ISO 5599 ISO 1219

+ Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí) 1 P

+ Cửa nối làm việc: 2, 4, 6,… A , B , C ,…

+ Cửa xả khí: 3 , 5 , 7,… R , S , T,…

+ Cửa nối tín hiệu điều khiển 12,14…

Bên trong ô vuông của mối vị trí là các mũi tên biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí

nén qua van Khi dòng bị chặn thì biểu diển bằng dấu gạch ngang

a b

* Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều:

- Van đảo chiều 5/2 là van có 5 cửa vào và ra, 2 vị trí thay đổi chiều của khí nén

- Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

a) Van tiết lưu

Van tiết lưu có nhiêm vụ thay đổi dòng khí nén, có nghĩa là thay đổi vận tốc của cơ cấu

chấp hành

* Van tiết lưu có tiết diện không đổi làm cho dòng chảy của khí qua van là không

đổ

Ký hiệu:

* van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Lưu lượng dòng chảy qua van có thể thay đổi

được bằng cách vặn một vít điều chỉnh, làm thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành

Ký hiệu:

* Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay: van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng

tay tương tự như van tiết lưu, tuy nhiên dòng khí nén chỉ có thể di chuyển một chiều từ A qua B, và chặn chiều ngược lại

Ký hiệu:

2.5.2.4.Cơ cấu chấp hành

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 như xilanh hoặc chuyển động quay như động cơ khí nén

* Xilanh:

Xilanh có tác dụng đơn một chiều : áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một phía của xilanh, phía còn lại là do ngoại lực hay lò xo tác dụng

Ký hiệu:

a là xilanh có chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực

b Chiều tác dụng ngược lại do lò xo

- Xilanh tác dụng hai chiều (xilanh có tác dụng kép): áp suất khí nén được dẫn vào 2 phía

của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh sẽ đi vào hay đi ra tuỳ thuộc vào áp lực khí

nén phía nào

Ký hiệu :

`

Xilanh tác dụng kép 2.5.3 Lƣ ̣a cho ̣n loa ̣i hi ̀nh Robot:

a Hê ̣ to ̣a đô ̣ tru ̣:

Robot làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ trụ có thể chuyển đô ̣ng theo các bâ ̣c tự do : trên thân đế có

thân trụ quay quanh trục Z , chuyển đô ̣ng ti ̣nh tiến lên – xuống theo trục Z và chuyển

đô ̣ng hướng kính R Ngoài ra phần cổ tay được thiết kế thực hiê ̣n các góc quay α, β, γ

xung quanh 3 trục vuông góc Như vậy tùy vào từng điều kiê ̣n mà cho ̣n số bâ ̣c tự do cho

cánh tay Robot được hợp lý

b Hê ̣ to ̣a đô ̣ cầu :

Robot làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ cầu có thể chuyển đô ̣ng thao tác theo các bâ ̣c tự do sau :

Quay quanh trục Z , nâng nghiêng 1 góc θ, và tịnh tiến hướng kính Ngoài ra còn 2

chuyển đô ̣ng với góc quay α và β ở cổ tay

c Hê ̣ to ̣a đô ̣ vuông góc :

Đối với loại Robo t hoa ̣t đô ̣ng theo hê ̣ to ̣a đô ̣ vuông góc các chuyển đô ̣ng cơ bản là các

chuyển đô ̣ng ti ̣nh tiến theo các trục to ̣a đô ̣ X , Y, Z Ngoài các chuyển động cơ bản này ,

khâu tác đô ̣ng cuối có thể quay với góc quay α quanh 1 trục lệch tâm và có thể xoay

nghiêng 1 góc β

d Hê ̣ to ̣a đô ̣ góc ( Hê ̣ to ̣a đô ̣ phỏng sinh ):

Robot thiết kế làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ phỏng sinh thường được dùng rô ̣ng rãi 3 chuyển

đô ̣ng cơ bản đầu tiên đều thực hiê ̣n các góc xoay , tức là các chuyển động cơ bản được

xác định bằng 3 góc xoay trong hệ tọa độ góc Ngoài thân quay với góc α, phần còn la ̣i là

các cánh tay , bao gồm cánh tay trên quay với góc β, cánh tay dưới góc quay γ, góc lắc

bàn tay ε và 2 góc cổ tay θ và ψ Ưu điểm của loa ̣i này là tất cả các phần tử của cánh tay

đều nằm trên 1 mă ̣t phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản đều là bài toán phẳng Khi

mă ̣t phẳng này quay đi 1 góc Ω, bàn kẹp có thể đạt đến bất kỳ vị trí làm việc nào trong

vùng làm việc Ngoài ra loại robot này còn có ưu điểm là gọn nhẹ , tức vùng thao tác

tương đối lớn so với kích cỡ bản thân Robot Robot làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ góc thường

có 2 loại là tay má y phỏng sinh trục ngang và tay máy phỏng sinh trục đứng , trong đó

loại trục ngang dễ bố trí nguồn động lực , đô ̣ cơ đô ̣ng cao, hê ̣ số phục vụ lớn , điều khiển

dễ dàng…

2.6 Kết luâ ̣n phương án xây dựng hê ̣ thống

Sau khi phân tích các ưu nhược điểm của các cơ cấu truyền động và các loa ̣i hình Robot

ta có thể tổng hợp la ̣i phương án xây dựng hê ̣ thống như sau :

a Đối với băng tải:

Băng tải có nhiệm vụ di chuyển hàng đến vị trí xác định

Băng tải với bộ phận mang tải có thể làm từ vải, cao su hoặc vật liệu có độ bền tốt

Băng tải di chuyển được là nhờ vào vào động cơ hoạt động ở mức điện áp 24VDC thông

qua bộ truyền đai(dây đai răng), trục vit – bánh vit,bộ truyền bánh răng

b Đối với Robot:

Robot được thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả, với 2 chuyển động chính là quay và tịnh

tiến ( R- T ),làm việc trong hệ tọa độ trụ làm nhiệm vụ gắp sản phẩm từ băng chuyền 1

đến lắp vào sản phẩm ở băng chuyền 2

*Cơ cấu chuyển động tịnh tiến lên xuống để gắp hàng nhờ vào pittông(có hành trình

10cm), pittông hoạt động nhờ khí nén thông qua van điện từ 5/2 điều khiển dùng điện

24VDC

*Tay gắp gắp hàng dùng van hút chân không nén thông qua van điện từ 5/2 điều khiển

dùng điện 24VDC

CHƯƠNG 3:

MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỀ TÀI

3.1 Mô tả cách làm việc của hệ thống:

Chi tiết 1 và 2 sẽ được cấp lên băng chuyền 1 và 2, băng chuyền 1 và 2 bắt đầu

chuyển động đưa chi tiết 1 và 2 di chuyển, ở 1 đầu đối diện của băng chuyền 1 được đặt 1

công tắc hành trình làm nhiệm vụ xác định điểm dừng của chi tiết 1 trên băng chuyền 1, ở

đầu đối diện của băng chuyền 2 đặt 1 cảm biế n để xác định điểm dừng của chi tiết 2 trên

băng chuyền 2 Khi chi tiết 1 chạm vào công tắc hành trình này lập tức băng chuyền 1

ngưng hoạt động, đồng thời khi cảm biến cảm nhận được vị trí của chi tiết 2 thì băng

chuyền 2 ngưng hoạt động

Cánh tay Robot nhận nhiệm vụ quay đến vị trí chi tiết 1, tay máy di chuyển xuống

vị trí được xác định trước bởi hành trình của pittông( đảm bảo khoảng cách để gắp được

chi tiết ), lúc này tay máy dừng di chuyển và cơ cấu hút sẽ hút vật, sau đó tay máy di

chuyển lên trên vị trí ban đầu và dừng lại, đồng thời cánh tay Robot sẽ di chuyển sang

băng chuyền 2, đến vị trí được xác định sẵn rồi tay máy di chuyển xuống đưa chi tiết 1

thả đúng vào lỗ trên chi tiết 2, khi 2 chi tiết đã được lắp vào nhau thì pittông sẽ đẩy sản

phẩm đươc lắp ghép xuống băng chuyền 3 Đồng thời lúc này, cánh tay Robot quay sang

băng chuyền 1 để gắp hàng tiếp theo, và thao tác được lặp lại chỉ khác ở chổ, khi cả 2 chi

tiết được lắp ráp di chuyển xuống băng chuyền 3.Ở cuối băng chuyền 3 có cảm biến đế

đếm số lương sản phẩm đã lắp ghép xong

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý

3.2 Sơ đồ thuâ ̣t toán :

Hình 3.2: Sơ đồ thuật toán

CHƯƠNG 4:

A TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CHO CÁNH TAY ROBOT

4.1 Giới thiệu chung về mô hình cánh tay Robot:

Cánh tay Robot là 1 cơ cấu gồm 1 tay máy và 1 tay gắp, hoạt động bằng 2 chuyển động

chính là quay ( Rotate ), và tịnh tiến ( Trans ), hoạt động trong hệ tọa độ trụ được điều

khiển bẳng PLC thông qua bộ PLC S7-200, phần mềm sử dụng là Step 7- Micro Win

- Cánh tay máy có nhiệm vụ thực hiện các chuyển động quay từ bẳng chuyền này sang

băng chuyền kia và tịnh tiến lên xuống để lấy chi tiết

- Các khớp quay được dẫn động bằng điện 1 chiều thông qua bộ truyền bánh răng có gắn

cử hành trình

- Chuyển động tịnh tiến thông pittông điều khiển bằng van điện từ 5/ 2

- Góc quay giới hạn của cánh tay là 90°

- Tay gắp có thể tịnh tiến lên - xuống 1 khoảng 10cm(chiều dài cua pittông)

Hình 4.1: Thông số hình học cánh t ay Robot ( đơn vi ̣ đo cm )

4.2 Bâ ̣c tƣ̣ do của Robot :

- Là số khả năng chuyển động có thể của 1 cơ cấu ( Quay / Tịnh tiến ), để dịch chuyển 1

vâ ̣t thể trong không gian thì cơ cấu chấp hành của Robot phải đa ̣t 1 số bâ ̣c tự do Nhưng

để đảm bảo Robot hoạt động được thì cơ hệ của Robot là 1 cơ cấu hở

- Theo “Bài giảng Robot Công nghiê ̣p – Ngô Tấn Thống” ta có công thức xác đi ̣nh số bâ ̣c

tự do của Robot là :

5

W = 6.n – Σ i.Pi (*) i=1

Với , n: Số khâu động

Pi : Số khớ p loa ̣i i

i : Số bậc tự do bi ̣ ha ̣n chế

- Vớ i các cơ cấu đươ ̣c nối nhau bằng khớp quay hoă ̣c khớp ti ̣nh tiến thì số bâ ̣c tự

do bằng số khâu động

- Vớ i cơ cấu hở thì số bâ ̣c tự do bằng tổng số bâ ̣c tự do của các khớp Do vâ ̣y , để đi ̣nh

vị / đi ̣nh hướng khâu chấp hành cuối trong khô ng gian thì Robot cần 6 bâ ̣c tự do, với 3

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

1 số chuyển động đơn giản thì có thể yêu cầu số bâ ̣c tự do ít hơn

- Từ công thức (*) ta xác đi ̣nh số bâ ̣c tự do cho cánh ta y Robot như sau:

Cánh tay Robot có n = 2 khâu động

Số bậc tự do bi ̣ ha ̣n chế của khớp quay là 5, chỉ để lại 1 bâ ̣c tự do xoay quanh Z

Số bậc tự do bi ̣ ha ̣n chế của khớp ti ̣nh tiến là 5, chỉ để lại 1 bâ ̣c tự do ti ̣nh tiến

4.3 Thiết lập phương trình động học cho Cánh tay Robot:

- Thiết lập hệ tọa đô:

Hình 4.2: Hệ tọa độ, và điểm dừng cánh tay Robot

Xác định ma trận An:

Cosφ -Sinφ.Cosα Sinφ.Sinα a.Cosφ

An = Sinφ Cosφ.Cosα -Cosφ.Sinα a.Sinφ

0 Sinα Cos α d

Thế các hệ số trong bảng thông số DH vào ma trận trên ta có:

Cosφ1‟ Sinφ1‟ 0 a1.Cos φ1‟

A1 = Sinφ1‟ -Cosφ1‟ 0 a1.Sin φ1‟

0 0

z z

z z

y y

y y

x x

x x

P a

O n

P a

O n

P a

O n

= A1. 1T2

Để tính được T2, ta phải nhân A1 với 1T2 sau đó cân bằng các phần tử của ma trận T2 ta

được một hệ thống phương trình sau :

B TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC CHO BĂNG CHUYỀN

4.5 Nhiệm vụ băng tải:

Băng tải có nhiệm vụ tiếp nhận chi tiết và di chuyển chi tiết đến vị trí xác định để cấp chi

tiết cho cánh tay Robot Băng tải được chuyển động được nhờ vào động cơ hoạt động ở

điện áp 24VDC thông qua sự ăn khớp của bộ truyền bánh răng , dây đai ,trục vít-bánh vít

4.6 Vị trí đặt băng tải

Theo nguyên lý hoạt động của băng tải, ta sẽ đặt hai băng tải vuông góc nhau, robot gắp

vật sẽ nằm giữa hai băng chuyền Muốn đặt băng tải một cách chính xác để robot có thể

gắp vật một cách dễ dàng, thì hai băng tải phải nằm trong vùng trường công tác của

robot

Hình 4.1: Trường công tác Robot

Thực tế đo được, độ vươn xa lớn nhất tính từ tâm của robot là 36cm, và vì tay máy là cố

định theo trục X nên băng chuyền phải được thiết kế nằm trong khoảng cách này

4.7 Thông số động học chủ yếu

B-B

A

500

Hình 4.2: Hình chiếu băng chuyền

+ Chiều dài băng tải L = 400mm + Kích thước chi tiết : Chi tiết 1 hình trụ côn với đáy là đường kính lớn nhất =