ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TAY MÁY

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TAY MÁY Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: TÓM TẮT ĐỀ TÀI Cùng với sự phát tr

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ



NGUYỄN ĐÌNH HUY

ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN

MÔ HÌNH TAY MÁY

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ



ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN

MÔ HÌNH TAY MÁY

Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY



APPLYING PLC IN DESIGNING AND CONTROLLING

THE MODEL OF MANIPULATOR

Specialty: Automatic Control

Ho Chi Minh, city

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn !

Em xin chân thành cảm ơn tất cả Quý Thầy / Cô trong khoa Cơ Khí Công Nghệ

và Quý Thầy / Cô trong Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh đã trang bị cho

em những kiến thức quý báu cũng như giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn Cô Đặng Phi Vân Hài đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Điều Khiển Tự Động Em cũng xin cảm ơn Quý Thầy / Cô trong và ngoài bộ môn Điều Khiển Tự Động đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Quý Thầy / Cô đã bỏ thời gian quý báu để nhận xét và chấm Luận Văn Tốt Nghiệp

Cuối cùng, mình xin cảm ơn những người bạn trong Lớp DH04TD và

DH05TD đã giúp đỡ mình trong quá trình làm Luận văn

Sinh viên thực hiện Nguyễn Đình Huy

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN

MÔ HÌNH TAY MÁY

Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn:

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, thuật ngữ “Robot”

và các đóng góp của Robot vào sự phát triển công nghiệp dưới nhiều dạng khác nhau - nhằm mục đích tiết kiệm sức người, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn lao động và giải phóng con người khỏi những công việc nặng nhọc - không còn là điều quá xa lạ đối với chúng ta hiện nay

Ngày nay, Robot được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, thay thế cho hoạt động con người như trong nông nghiệp, công nghiệp, y học, hỗ trợ người tàn tật, v.v…Đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp và tự động hóa, Robot (Tay máy Robot) được áp dụng ở nhiều khâu, công đoạn khác nhau như: lắp ráp, hàn hồ quang, kiểm tra chất lượng sản phẩm, gắp vật liệu hay phân loại phôi, … Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay, công nghệ Robot vẫn còn khá non trẻ so với các nước hiện đại trên thế giới

Với sự gợi ý và hướng dẫn của cô Đặng Phi Vân Hài, em đã tìm hiểu, chế tạo

và điều khiển mô hình tay máy thông qua bộ điều khiển PLC SIEMENS họ S7–200 với mong muốn đưa lý thuyết điều khiển đã học vào ứng dụng, cũng như phát triển đề tài vào thực tế

Tuy đã hết sức cố gắng giải quyết yêu cầu bài toán đặt ra tương đối trọn vẹn, nhưng chắc chắn em vẫn không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót trong phương án giải quyết của mình Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của Quý Thầy / Cô và bạn bè để đề tài em ngày càng hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện Nguyễn Đình Huy

APPLYING PLC IN DESIGNING AND CONTROLLING

THE MODEL OF MANIPULATOR

Today, Robots have been widely applied in many fields of replacing human activity, such as agriculture, industry, medicine, supporting the handicapped, etc… Especially in industry and automatization, Robots (or Manipulators) have been put into phases of a production line: fitting, electric arc welding, quality goods verifying, material picking and work piece classification,… Nevertheless, Robotic Technique in Vietnam today has been still rather fledgling in comparison with modern countries in the world

Thus, along with Mrs Dang Phi Van Hai’s instruction, I had studied, manufactured, and controlled manipulator model through PLC S7–200 SIEMENS, to apply controlling theory as well as growing the thesis to practice

Though trying my best to solve whole required problem relatively, but I cannot avoid shortcomings in my resolution I desire to receive constructive ideas of your distinguished Teachers and my friends in order that I can improve my thesis more perfectly

I do express heartfelt thanks your distinguished Teachers and my friends

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Tóm tắt đề tài ii

Mục lục iv

Danh sách các hình vii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

Chương 2 TRA CỨU TÀI LIỆU 3

2.1 Sơ lược quá trình phát triển của tay máy robot 3

2.2 Ứng dụng tay máy robot công nghiệp trong sản xuất 4

2.3 Các khái niệm và định nghĩa về tay máy 5

2.3.1 Bậc tự do của tay máy robot 5

2.3.2 Hệ tọa độ 5

2.3.3 Trường công tác của tay máy robot 6

2.4 Cấu trúc cơ bản của tay máy 7

2.4.1 Các thành phần chính của tay máy 7

2.4.2 Kết cấu của tay máy 8

2.5 Phân loại tay máy 10

2.5.1 Phân loại theo kết cấu 10

2.5.2 Phân loại theo hệ thống truyền động 10

2.5.3 Phân loại theo ứng dụng 11

2.5.4 Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển 11

2.6 Sơ lược về PLC 11

2.6.1 Thiết bị điều khiển khả trình PLC 11

2.6.2 PLC của siemens 11

2.7 Các Loại PLC được sử dụng ở Việt Nam 15

2.7.1 PLC CommanD 15

2.7.2 SIMATIC S7-300 16

2.7.3 ADAM-5000 16

2.7.4 PLC SYSMAC CP1H 17

2.7.5 PLC NAiS 17

2.7.6 Bộ lập trình logic ZEN 17

2.7.7 PLC Rockwell Automation 18

2.7.8 PLC Yokogawa 18

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 19

3.1 Phương pháp 19

3.1.1 Thiết kế - chế tạo mô hình 19

3.1.2 Viết chương trình điều khiển 19

3.2 Phương tiện 19

3.2.1 Thiết bị cơ khí, điện dùng để đo đạc và chế tạo mô hình 19

3.2.2 Thiết bị cấu hình có sẵn 20

Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 21

4.1 Kết cấu tay máy 21

4.1.1 Khái niệm tay gắp chuẩn 21

4.1.2 Phân loại tay gắp 21

4.1.3 Tay gắp sử dụng nam châm 22

4.1.4 Sơ đồ mô hình tay máy và các thông số kỹ thuật 22

4.2 Mạch công suất 23

4.2.1 Mạch khuếch đại công suất 23

4.2.2 Mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến 24

4.3 Điều khiển tay máy sử dụng PLC S7 – 200 25

4.3.1 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7 – 200 25

4.3.2 Ngôn ngữ lập trình Ladder (Lad) 26

4.4 Kết nối phần cứng PLC vào mô hình tay máy 27

4.4.1 Yêu cầu bài toán 27

4.4.2 Thực hiện kết nối PLC với mô hình và máy tính 27

4.4.3 Giải thuật điều khiển cho mô hình tay máy 28

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 38

5.1 Những kết quả đã đạt được 38 5.2 Những đề nghị và hướng phát triển đề tài 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Chương 2 Trang

Hình 2.1: Các tọa độ suy rộng của Robot 4

Hình 2.2: Biểu diễn trường công tác của Robot 5

Hình 2.3: Robot kiểu tọa độ Descarde 6

Hình 2.4: Robot kiểu tọa độ trụ 6

Hình 2.5: Robot kiểu tọa độ cầu 7

Hình 2.6: Robot hoạt động theo tọa độ góc 7

Hình 2.7: Robot kiểu SCARA 7

Hình 2.8: Sơ đồ tổng quát của CPU / PLC 10

Hình 2.9: PLC CommanD CD6000 13

Hình 2.10: PLC S7-300 13

Hình 2.11: PLC Omron 14

Hình 2.12: PLC Sysmac CPH1 14

Hình 2.13: PLC NAiS 15

Hình 2.14: Bộ lập trình ZEN 15

Hình 2.15: PLC Rockwell Automation 16

Hình 2.16: PLC Yokogawa 16

Chương 4 Hình 4.1: Sơ đồ mô hình tay máy 22

Hình 4.2: Mạch công suất 24

Hình 4.3: Mạch nhận tín hiệu cảm biến 25

Hình 4.4: Sơ đồ ghép nối S7-200 với máy tính 27

Hình 4.5: Sơ đồ khối quá trình điều khiển 29

Hình 4.6: Mô hình hoàn chỉnh tay máy 37

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

Thuật ngữ robot xuất hiện từ năm 1920, trong tác phẩm khoa học viễn tưởng của nhà soạn kịch người Tiệp (Ucraina ngày nay) Karen Kapek Với các mẫu được thiết kế ban đầu, robot ngày càng được nâng cao về tính năng hoạt động - từ những mẫu robot đầu tiên vào thập niên 1960, theo mẫu Versatran của công ty AMF (American Machine Foundry) chỉ hoạt động theo chương trình định trước, đến nay các mẫu robot đã linh hoạt hơn, chính xác hơn, thông minh hơn và đáp ứng nhanh hơn Chúng có khả năng tự thích nghi, đủ thông minh để giải quyết nhiệm vụ mà con người đặt ra cho nó trong điều kiện thay đổi của môi trường hoạt động xung quanh Nhờ đó, robot ngày càng có vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp, đặc biệt trong các hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS – Flexible Manufacturing System) và hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM – Computer Integrated Manufacturing)

Hiện nay, ở các nước tiên tiến trên thế giới, robot phát triển không chỉ theo hướng phục vụ sản xuất công nghiệp mà còn theo hướng phục vụ sinh hoạt và giải trí trong gia đình Ngày nay, khi thiết kế các loại robot này, các nhà thiết kế đã thêm vào các cảm biến cảm nhận, các giải thuật điều khiển thích nghi và fuzzy logic với mục đích để robot tự thực hiện được nhiệm vụ đa dạng và khác nhau trong gia đình như:

giặt quần áo, chùi rửa phòng tắm, đổ rác, cắt cỏ, … Đặc biệt là chúng di chuyển rất linh hoạt để phục vụ trong lĩnh vực giải trí

Ở Việt Nam ta, việc ứng dụng công nghệ robot vào sản xuất công nghiệp chỉ mới bắt đầu trong thời gian gần đây Công nghệ robot trong nước hiện tại, đa số là được nhập nguyên kiện từ nước ngoài hoặc được cung cấp dưới dạng viện trợ Một vài trung tâm đã nghiên cứu và tạo ra nhiều robot ứng dụng vào sản xuất, tuy nhiên, chỉ là sản suất đơn chiếc và không có phụ tùng thay thế Bên cạnh đó, nền cơ khí nước ta chưa có được công nghệ chế tạo phù hợp để ứng dụng vào công nghệ robot

Thiết bị khả trình PLC đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với những ưu điểm vượt trôi Khắc phục được các nhược điểm mà các hệ thống cũ (contactor, relay,…) không làm được

Kết hợp sự linh hoạt của thiết bị khả trình PLC vào việc điều khiển robot sẽ thu được những kết quả nhờ sự kết hợp giũa các tính năng ưu việt giữa chúng Vì vậy, được sự cho phép của Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ, với sự hướng dẫn của Cô Đặng Phi Vân Hài em đã thực hiện đề tài: “Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mô Hình Tay Máy”

Mục đích của đề tài:

- Tìm hiểu về khả năng ứng dụng PLC vào điều khiển tay máy robot

- Tìm hiểu ứng dụng và kết cấu của các loại tay máy robot

- Thiết kế và chế tạo mô hình tay máy robot tọa độ trục, loại gắp đặt

- Điều khiển mô hình tay máy robot bằng PLC S7-200 của hãng SIEMENS

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

Chương 2

TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược quá trình phát triển của tay máy robot

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng “Robota” của nước Cộng Hòa Czech, có nghĩa là công việc tạp dịch, trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm 1921 Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông đã chế tạo ra những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người Có lẽ, đó là một gợi

ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt chước những hoạt động cơ bắp của con người

Đầu thập kỷ 60, công ty AMF (American Machine and Foundry Company) của

Mỹ quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay, người ta 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 tay máy robot 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 kiểu 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 người, gồm có bộ kẹp ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ) Hai bộ phận này được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy ý

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 của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số

Tay máy 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…

Việc nâng cao tính năng hoạt động của tay máy robot không ngừng phát triển Các tay máy robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác 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 tay máy robot với nhiều tính năng đặc biệt, số lượng tay máy robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm Vì thế, hầu hết những vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại ngày nay đều do robot hoặc tay máy robot đảm nhận Hiện nay, Nhật là nước phát triển cao nhất trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và

sử dụng robot trong dây chuyền sản xuất

2.2 Ứng dụng tay máy robot công nghiệp trong sản xuất

Từ khi mới ra đời, tay máy 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

Khả năng to lớn của tay máy robot là: 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… Tay máy robot còn được dùng thay thế con người trong các trường hợp trên hoặc thực hiện những công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn Do

đó, tay máy robot công nghiệp đã 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

Trong ngành cơ khí, tay máy robot đã 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, tay máy robot kết hợp với máy CNC sử dụng trong nhiều dây chuyền sản xuất tự động nhằm đạt được mức độ tự động hóa và độ linh hoạt cao hơn

Ngoài ra, tay máy robot cũng được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác như: khai thác thềm lục địa và đại dương, y học, quốc phòng, vũ trụ, công nghiệp nguyên tử, các lĩnh vực xã hội…

2.3 Các khái niệm và định nghĩa về tay máy

2.3.1 Bậc tự do của tay máy robot

 Bậc tự do (DOF – Degrees Of Freedom) là số khả năng chuyển động của một

cơ cấu (chuyển động quay hoặc tịnh tiến) Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của tay máy phải đạt được một số bậc tự do Nói chung

cơ hệ của tay máy robot là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của có thể tính theo công thức:

 Để định vị và định hướng khâu chấp hành cuối một cách tùy ý trong không gian

3 chiều, tay máy robot cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị và 3 bậc tự

do để định hướng Một số công việc dơn giản nâng hạ, sắp xếp…có thể yêu cầu số bậc

tự do ít hơn Các tay máy robot hàn, sơn…thường yêu cầu 6 bậc tự do Trong một số trường hợp cần sự khéo léo, linh hoạt hoặc khi cần phải tối ưu hóa quỹ đạo… người ta dùng tay máy robot với số bậc tư do lớn hơn 6

2.3.2 Hệ tọa độ (Coordinate frames)

 Mỗi tay máy robot thường bao gồm nhiều khâu (links) liên kết với nhau qua các khớp (joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên Hệ tọa độ gắn với khâu cơ bản (hay hệ tọa độ chuẩn) Các hệ tọa độ trung gian khác gắn với các khâu độ gọi là hệ tọa độ suy rộng Trong từng thời điểm hoạt động, các tọa độ suy rộng xác định cấu hình của tay máy robot bằng các chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay Các tọa độ suy rộng còn được gọi là biến khớp

Hình 2.1: Các tọa độ suy rộng của robot

 Các hệ tọa độ gắn trên các khâu của tay máy robot tuân theo quy tắc bàn tay phải

 Trong tay máy robot ta thường dùng chữ O và chỉ số n để chỉ hệ tọa độ gắn trên khâu thứ n Như vậy hệ tọa độ cơ bản (hệ tọa độ gắn với khâu cố định) sẽ dược ký hiệu

là O0; hệ tọa độ gắn trên các khâu trung gian tương ứng sẽ là O1, O2,…, On-1, hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối ký hiệu là On

2.3.3 Trường công tác của tay máy robot

Trường công tác hay vùng làm việc, không gian công tác (Workspace or Range

of motion) của tay máy là toàn bộ thể tích được quét bởi khâu chấp hành cuối khi tay máy thực hiện tất cả các chuyển động có thể Trường công tác bị ràng buộc bởi các thông số hình học của tay máy cũng như các ràng buộc cơ học của các khớp; ví dụ: một khớp quay có thể chuyển động nhỏ hơn một góc 3600 Người ta thường dùng hai hình chiếu để mô tả trường công tác của một tay máy

Hình 2.2: Biểu diễn trường công tác của robot

2.4 Cấu trúc cơ bản của tay máy

2.4.1 Các thành phần chính của tay máy

 Cánh tay robot (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bằng các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của robot

 Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc động cơ bước), các hệ thống xy lanh khí nén, thủy lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động

 Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của robot, dụng cụ của robot có thể

có nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ làm việc như mỏ hàn, đá mài, đầu phun sơn…

 Thiết bị dạy học (Tech-Pedant) dùng để dạy cho tay máy robot các thao tác cần thiết theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó tay máy robot tự lặp lại các động tác

đã được dạy để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học)

 Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot được cài đặt trên máy tính, dùng điều khiển tay máy robot thông qua bộ điều khiển (Controller) Bộ điều khiển còn được gọi là Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), nó thường được kết nối với máy tính Một mođun điều khiển có thể còn có các cổng Vào-Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp tay máy robot nhận biết trạng thái của bản thân, xác định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dò tìm khác; điều khiển các băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phối hợp với nó…

2.4.2 Kết cấu của tay máy

 Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay người; tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tay robot có hình dạng rất khác xa cánh tay người Các thông số hình-động học, là những thông số liên quan đến khả năng làm việc của tay máy robot như: tầm với (hay trường công tác), số bậc tự do (thể hiện sự khéo léo linh hoạt của tay máy), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp…

 Các khâu của tay máy robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản:

+ Chuyển động tịnh tiến theo hướng x,y,z trong không gian Descarde, thông thường tạo nên các hình khối, các chuyển động này thường ký hiệu là T (Traslation) hoặc P (Prismatic)

+ Chuyển động quay quanh các trục x, y, z ký hiệu là R (Roatation)

Hình 2.4: Robot kiểu tọa độ trụ

 Tùy thuộc vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động (R và T) mà tay máy có các kết cấu khác nhau với vùng làm việc khác nhau Các kết cấu thường gặp của tay máy robot là robot kiểu tọa độ Đề các, tọa độ trụ, tọa độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ tọa độ góc (phỏng sinh)…

+ Robot kiểu tọa độ Descarde: là tay máy có ba chuyển động cơ bản tịnh tiến

theo phương của các trục hệ tọa độ gốc (cấu hình T.T.T) Trường công tác có dạng khối chữ nhật Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ vững cao, độ chính xác cơ khí dễ đảm bảo vì vậy nó thường dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong mặt phẳng…

+ Robot kiểu tọa độ trụ: vùng làm việc của robot có dạng hình trụ rỗng Thường

khớp thứ nhất chuyển động quay Ví dụ robot 3 bậc tự do, cấu hình R.T.T như hình vẽ 1.6 Có nhiều robot kiểu tọa độ trụ như: robot Versatran của hãng AMF (Mỹ)

+ Robot kiểu tọa độ cầu: vùng làm việc của robot có dạng hình cầu, thường độ cứng vững của loại robot này thấp hơn so với hai loại trên Ví dụ robot 3 bậc tự do, cấu hình R.R.R hoặc R.R.T làm việc theo kiểu tọa độ cầu

Hình 2.3: Robot kiểu tọa độ

Descarde

+ Robot kiểu tọa độ góc (Hệ tọa độ phỏng sinh): Đây là kiểu robot được dùng nhiều hơn cả Ba chuyển động đầu tiên là các chuyển động quay, trục quay thứ nhất vuông góc với hai trục kia Các chuyển động định hướng khác cũng là các chuyển động quay Vùng làm việc của tay máy này gần giống một phần khối cầu Tất cả các khâu đều nằm trong mặt phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản là bài toán phẳng

Ưu điểm nổi bật của các loại robot hoạt động theo hệ tọa độ góc là gọn nhẹ, tức là có vùng làm việc tương đối lớn so với kích cỡ của bản thân robot, độ linh hoạt cao

Các robot hoạt động theo hệ tọa độ góc như: Robot PUMA của hãng Unimation-Nokia (Hoa Kỳ-Phần Lan), IRb-6, IRb-60 (Thụy Điển), Toshiba, Mitsubishi, Mazak (Nhật Bản)…Ví dụ: một robot hoạt động theo hệ tọa độ góc có cấu hình RRR.RRR (Hình 2.6)

+ Robot kiểu SCARA: ra đời vào năm 1979 tại trường đại học Yamanashi

(Nhật Bản) là một kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quá trình sản xuất Tên gọi SCARA là viết tắt của “Selective Compliant Articulated Robot Arm” (Tay máy mềm dẻo) Loại robot này thường dùng trong công việc lắp ráp nên SCARA đôi khi được giải thích là từ viết tắt của “Selective - Compliance Assembly Robot Arm”

Hình 2.6: Robot kiểu tọa độ góc Hình 2.5: Robot kiểu tọa độ cầu

Ba khớp đầu tiên của kiểu Robot này có cấu hình R.R.T, các trục khớp đều theo phương thẳng đứng

2.5 Phân loại tay máy

Tay máy robot rất phong phú, đa dạng, có thể được phân loại theo các cách sau:

2.5.1 Phân loại theo kết cấu

Theo kết cấu của tay máy người ta phân thành kiểu tọa độ Descarde, kiểu tọa độ trụ, kiểu tọa độ cầu, kiểu tọa độ góc, robot kiểu SCARA như đã trình bày ở trên

2.5.2 Phân loại theo hệ thống truyền động

Các loại truyền động phổ biến là:

 Hệ truyền động điện: Thường dùng các động cơ điện 1 chiều (DC: Direct Current) hoặc các động cơ bước (Step motor) Loại truyền động này dễ điều khiển, kết cấu gọn

 Hệ truyền động thủy lực: Có thể đạt được công suất cao, đáp ứng những điều kiện làm việc nặng Tuy nhiên, hệ thống thủy lực thường có kết cấu cồng kềnh, tồn tại

độ phi tuyến lớn khó xử lý khi điều khiển

 Hệ truyền động khí nén: Có kết cấu gọn nhẹ hơn do không cần dẫn ngược lại nhưng phải gắn liền với trung tâm tạo ra khí nén Hệ này làm việc với công suất trung bình và nhỏ, kém chính xác, thường chỉ thích hợp với các robot hoạt động theo chương trình định sẵn với các thao tác đơn giản “nhấc lên-đặt xuống” (Pick and Place or PTP: Point To Point)

Hình 2.7: Robot kiểu SCARA

2.5.3 Phân loại theo ứng dụng

Dựa vào ứng dụng của tay máy robot trong sản xuất có các tay máy robot sơn, hàn, lắp ráp hay chuyển phôi, … , hoặc các tay máy phục vụ trong đời sống thực tiễn

2.5.4 Phân loại theo cách thức và đặc trưng của phương pháp điều khiển

Có tay máy robot điều khiển hở (mạch điều khiển không có các quan hệ phản hồi), tay máy robot điều khiển kín (hay điều khiển servo): sử dụng cảm biến, mạch phản hồi để tăng độ chính xác và mức độ linh hoạt khi điều khiển

Ngoài ra, trên thực tế còn có rất nhiều cách phân loại khác tùy theo quan điểm

và mục đích nghiên cứu

2.6 Sơ lược về PLC

2.6.1 Thiết bị điều khiển khả trình PLC

 PLC- Programmable Logic Controller- là thiết bị điều khiển logic chuẩn hóa

Có khả năng lập trình để điều khiển các thiết bị bên ngoài Nhờ vậy, thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán logic điều khiển thông qua chương trình soạn thảo

lưu trong bộ nhớ của PLC

 Khả năng mở rộng: ngoài các ngõ I/O trên module CPU, viêc mở rộng bộ nhớ

và sỗ ngõ điều khiển PLC SIEMENS còn có các bus mở rộng thêm các modunle gắn ngoài Đối với CPU 215p tối đa là 7 module

2.6.2.1 Khối vi xử lý trung tâm của PLC S7 – 200

Khối vi xử lý trung tâm (CPU) nhận tín hiệu lối vào dưới dạng nhị phân và được nhập vào Ram thông qua Bus ngoại biên Sau đó, CPU thực hiện gọi chương trình trữ trong Ram nhớ chương trình để xử lý dữ liệu vừa nhập Bộ đếm địa chỉ có nhiệm vụ chọn trình tự thực hiện và chuyển các thông tin này từ bộ nhớ chương trình đến thanh ghi trình tự Thiết bị điều khiển nhận các trình tự hiện hành từ thanh ghi trình tự để xử lý, thay đổi địa chỉ đếm trong thanh ghi trình tự Lệnh điều khiển xử lý tương ứng được thực hiện, kết quả thự hiện được trữ trong Ram nhớ dữ liệu, sau đó qua Bus ngoại biên được chuyển tới lối ra để điều khiển cơ cấu vận hành (Hình 2.8)

2.6.2.2 Các Module mở rộng

S7 – 200 cho phép mở rộng thêm một số Module nhằm cung cấp thêm một số đầu vào và đầu ra cho hệ thống điều khiển CPU và các Module mở rộng được gắn trên cùng một thanh trượt (thanh rack) và kết nối bằng cáp Cáp của Module bên phải cắm vào cổng I / O của Module bên trái Cách kết nối như vậy làm cho dãy Module có chung đường Bus Việc trao đổi thông tin giữa CPU và Module mở rộng được thực

Hình 2.8: Sơ đồ khối tổng quát của CPU / PLC

hiện qua đường Bus này theo địa chỉ Module xác định Các Module mở rộng Analog hay Digital đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào / ra của Module

2.6.2.3 Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7 – 200

 Bộ nhớ của PLC S7 – 200 có tính năng động cao, có thể đọc và ghi được

trong toàn vùng, ngoại trừ phần các bit nhớ đặc biệt chỉ có thể truy cập để đọc

 Bộ nhớ được duy trì nhờ 1 tụ nhớ và pin nuôi dự phòng

 Vùng nhớ chương trình: Là vùng lưu giữ các lệnh chương trình Vùng này thuộc kiểu không bị mất dữ liệu (non – volatile), đọc / ghi được

 Vùng nhớ tham số: là vùng lưu giữ các thông số như: từ khóa, địa chỉ trạm, cũng như vùng chương trình vùng tham số đọc / ghi được

 Vùng nhớ dữ liệu: được dùng để trữ các dữ liệu của chương trình Vùng dữ liệu là một miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit, từng byte, từng word, từng double word và được dùng để lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ,… Vùng nhớ dữ liệu được chia thành nhưng vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau, gồm:

+ I (Process Input) - Miền bộ đệm các cổng vào số: Giá trị ngõ vào từ các cảm biến được đọc và chứa vào I trước mỗi chu kì quét và thực hiện chương trình

+ Q (Process Output): Miền bộ đệm của các cổng ra số Kết thúc mỗi chu kì quét thực hiện chương trình, PLC chuyển giá trị logic điều khiển cơ cấu chấp hành ra miền nhớ Q

+ M : miền nhớ cờ chương trình sử dụng miền nhớ này để lưu các tham số cần thiêt Vùng nhớ này có thể truy nhập theo bit, byte, word hay double word

+ T : Miền nhớ phục vụ bộ định thời

+C : Miền nhớ phục vụ bộ đếm counter

+ PI : miền ngõ vào của các module tương tự giá trị tương tự được module đọc và lưu vào miền nhớ PI theo từng địa chỉ tương ứng Miền nhớ này có thể truy nhập theo từng byte, word hay double word

+ PQ : Miền ngõ ra của các module tương tự các giá trị tương tự từ PLC xuất ra sẽ chuyển đến các vùng địa chỉ tương ứng của vùng nhớ này sau mỗi chu

kỳ thực hiện chương trình Miền nhớ này có thể truy nhập theo từng byte, word hay double word

+ SM (Special memory bits) – Miền nhớ đặc biệt (đọc / ghi)

 Vùng nhớ đối tượng: được dùng để giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm (Counter) hay bộ định thời (Timer) Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, Couter, các bộ đếm tốc độ cao (hight speed couter), bộ đệm vào / ra analog và các thanh ghi accummulator (AC) Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng Vùng nhớ đối tượng được phân chia như sau:

+ Bộ định thời – Timer (đọc / ghi)

 Một vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái đầu vào, sau đó thực hiện chương trình và kết thúc bằng việc thay đổi các trạng thái đầu ra Trước khi thực hiện vòng quét tiếp theo, PLC thực hiện các nhiệm vụ bên trong và các nhiệm vụ truyền thông Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp

 PLC S7 – 200 có các loại ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:

 Ngôn ngữ lập trình hình thang – LAD (Ladder Logic)

 Ngôn ngữ lập trình theo kiểu liệt kê – STL (Statement List)

 Ngôn ngữ lập trình theo kiều khối- FDB (Funtion Diagram Block)

2.7 Các Loại PLC được sử dụng ở Việt Nam

Hiện nay trên thị trường xuất hiện khá nhiều hãng cung cấp thiết bị PLC phục vụ sản xuất Tại Việt Nam hiện nay rất nhiều thương hiệu PLC, có thể kể đến: Siemens

theo chuẩn IEC 1131 và tương thích với ngôn ngữ và

cấu trúc bộ nhớ của Simatic Vì vậy, có thể lập trình

bằng môi trường quen thuộc Microwin, thậm chí có

thể dùng CommanDSoft để download các ứng dụng

đã viết trước đây xuống CommanD PLC

P-PLC của CommanD là các thiết bị khả

trình có nạp sẵn 1 số ứng dụng chuyên dụng như:

relay bảo vệ, điều khiển tụ bù, điều khiển động cơ, điều khiển khởi động mềm… Đây

là giải pháp phối hợp tính chuyên dụng của các controller và tính đa năng của PLC Các PLC này có thiết kế phần cứng “hướng đối tượng” ứng dụng nhiều hơn phần cứng

đa dụng của các PLC Tuy nhiên, P-PLC vẫn có tính mềm dẻo do khả năng tái lập trình bằng các ngôn ngữ chuẩn IEC1131 và môi trường lập trình của CommanD, Simatic hay 1 số hãng khác P-PLC CD5000 tích hợp màn hình công nghiệp và CPU trong 1 module có kích thước chuẩn công nghiệp 96x96 và có khả năng mở rộng với các module DI/DO, AI/AO Chuẩn truyền thông của PLC là Modbus RTU (Master/Slaver) và FreePort

2.7.2 SIMATIC S7-300

Là họ PLC bán chạy nhất trên toàn thế giới,

Siemens SIMATIC S7-300 đã chứng tỏ mình thành

công trong hầu hết các ngành công nghiệp Nằm

trong một phần nỗ lực mang lại nhiều lợi ích cho

khách hàng của mình, Siemens cho ra mắt 2 dòng

CPU mới cho họ S7-300 đã truyền tải được nhu cầu

ngày càng tăng của người sử dụng trong điều khiển

Hình 2.11: PLC Omron

chuyển động và tích hợp PLC

Hai dòng sản phẩm SIMATIC S7 315T-2DP và S7 317T-2DP tiên tiến giúp tích hợp điều khiển chuyển động và tự động hóa trong các PLC SIMATIC S7300 đã được chấp nhận rộng rãi trên toàn thế giới

Bên cạnh khả năng điều khiển vị trí góc đơn chính xác, các CPU này rất phù hợp cho những ứng dụng chuyển động đồng bộ hóa phức tạp Khả năng kết hợp với Profibus cũng giúp điều khiển các quá trình tốc độ cao có yêu cầu khắt khe về thời gian trong những ứng dụng hoạt động đồng bộ hóa và ứng dụng điều khiển trục phân tán

2.7.3 ADAM-5000

Kế thừa sự phát triển của dòng sản phẩm

ADAM-4000 dòng sản phẩm ADAM-5000 đã thể hiện

rõ là những module điều khiển phân tán và thu thập dữ

liệu linh hoạt, ngoài ra còn tăng cường khả năng kết

nối mạng như mạng: Ethernet, Fieldbus, CAN

Advantech đưa vào dòng sản phẩm

ADAM-5000 kế thừa từ dòng sản phẩm ADAM - 4000 với

mục đích mở rộng tăng cường khả năng điều khiển,

thu thập số liệu phân tán và kết nối mạng có hỗ trợ truyền thông Fieldbus như: RS 485, Modbus ADAM-5000 gồm 2 loại: ADAM - 5000 DA&C Series và ADAM-5510 Series

2.7.4 SYSMAC CP1H - PLC

SYSMAC CP1H, giải pháp PLC cỡ vừa thế hệ mới

của Omron, kết hợp các chức năng cơ bản với khả năng

mở rộng, đáp ứng cho các hệ thống cao cấp, tin cậy, dễ

vận hành, bảo trì, giá thành thấp Một số tính năng chính

của PLC CP1H như: Hỗ trợ tích hợp ngõ vào/ra analog (4

vào + 2 ra); 4 ngõ ra phát xung lên tới 1 MHz, 4 ngõ vào

đếm tốc độ cao lên tới 1 MHz; Hỗ trợ cổng USB kết nối

máy tính không cần driver; 2 cổng truyền thông nối tiếp

Hình 2.12: PLC Sysmac

CPH1

hỗ trợ cả RS-232C và RS-485, hỗ trợ giao thức sắp sẵn Modbus-RTU Easy Master, thuận tiện khi giao tiếp với biến tần Hỗ trợ các loại mạng truyền thông Ethernet, DeviceNet, Controller-link, Compobus-S khi kết hợp với các module mở rộng của PLC CJ1; Ngôn ngữ lập trình theo chuẩn IEC 61131-3 với Ladder, Instruction List, Function Block và Structured Text; PLC chuẩn có 2 loại 20I/O Digital và loại 40I/O Digital

2.7.5 PLC NAiS

Thế mạnh của PLC NaiS là giải quyết các vấn đề về

điều khiển Analog, mạng lưới điều khiển và điều khiển vị

trí PLC này sử dụng một trong những phần mềm đầu tiên

áp dụng theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 61131-3, thư viện của

nó bao gồm rất nhiều chức năng có sẵn và các khối chức

năng làm cho công việc lập trình và sửa chữa trở nên dễ

dàng hơn

2.7.6 Bộ lập trình logic ZEN

Ưu điểm của ZEN là tính năng

phong phú cùng giao diện dễ dùng

Series ZEN đã một lần được nâng cấp,

cải tiến từ dòng ban đầu sang loại V1,

cho phép nâng tổng số I/O tối đa lên

44, tăng gấp đôi số timers, holding

timers, counters, weekly timers,

calendar timers, display bits, cùng với phần mềm lập trình có khả năng mô phỏng

Mặc dù xuất hiện tại thị trường Việt nam chậm hơn một số sản phẩm tương tự khác, bộ lập trình logic đơn giản ZEN đã chiếm được nhiều cảm tình của nhiều khách hàng Trong vài năm qua, đã có hàng nghìn chiếc ZEN được đưa vào sử dụng trong các ứng dụng điều khiển tự động hóa nhỏ như chiếu sáng, bơm, quạt, máy tự động…cả trong công nghiệp và dân dụng Mới đây, ZEN lại được tiếp tục nâng cấp sang loại V2 với nhiều tính năng mới và các môđen bổ sung đem lại nhiều sự lựa chọn mới cho người sử dụng

Hình 2.13: PLC NAiS

Hình 2.14: Bộ lập trình ZEN

2.7.7 PLC Rockwell Automation

Tăng khả năng cho PLC với module Compact

I/O, sử dụng kết hợp với bộ điều khiển Allen-Bradley

CompactLogix và MicroLogic 1500, Module

1769-Boolean sử dụng trí tuệ nhân tạo để kích hoạt đầu ra dựa

trên logic Boolean Như vậy sẽ giảm quá tải cho bộ điều

khiển, cho thời gain đáp ứng nhanh hơn và nâng cao khả

năng hoạt động của hệ thống Module 1769-Boolean có

khả năng có thể đáp ứng những yếu cầu xử lý vòng

đóng tốc độ cao của bộ điều khiển tự động hóa khả

trình (PAC) CompactLogiz Bên cạnh đó, module này

có cả đầu ra và đầu vào 24VDC

2.7.8 PLC Yokogawa

Bao gồm những thành phần điều khiển, hoạt động

và giám sát có thể kết nối với nhau dùng công nghệ mạng

thương mại, hệ thống Stardom vừa đáng tin cậy vừa có cả

những chức năng hỗ trợ cho hệ thống điều khiển phân tán

(DCSs) và sự mở rộng, sự đa năng và tính hiệu quả của

những hệ thống kết hợp với máy tính, bộ điều khiển logic

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

Chương 3

PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp

Khảo sát các kiến thức liên quan về robot, đặc biệt là tay máy robot công nghiệp

Từ đó rút ra các vấn đề liên quan nhằm mục đích phục vụ đề tài

3.1.1 Thiết kế - chế tạo mô hình

 Dựa trên nguyên tắc của tay máy robot công nghiệp tọa độ trụ

 Sử dụng các kiến thức về nguyên lý máy, chi tiết máy, và sức bền vật liệu

 Dùng phần mềm Autocad 2004 để vẽ bản vẽ thiết kế

 Từ bản vẽ thiết kế, sử dụng vật liệu và dụng cụ cần thiết chế tạo mô hình tại xưởng Robocon của Khoa Cơ Khí - Công Nghệ

3.1.2 Viết chương trình điều khiển

 Từ phần cứng là mô hình tay máy đã có xây dựng lưu đồ điều khiển và viết chương trình điều khiển cho PLC S7-200

 Sử dụng phần mềm hỗ trợ lập trình cho PLC là STEP7-MICRO/WIN V 3.2

3.2 Phương tiện

3.2.1 Thiết bị cơ khí, điện dùng để đo đạc và chế tạo mô hình

 Thước cuộn, thước thẳng (dùng đo chiều dài)

 Máy khoan đứng, máy khoan cầm tay

 Máy mài, máy tiện trục ngang

 Máy cắt chuyên dùng

 Các dụng cụ cầm tay : búa, kìm, cưa, tuốc-nơ-vít …

 VOM, Ocilocoup, test board

 Mỏ hàn, chì hàn, nhựa thông

 Các linh kiện điện tử: điện trở, tụ, transistor, relay, biến áp, …

3.2.2 Thiết bị cấu hình có sẵn

 PLC S7-200

 CPU 215 DP V 1.02

 1 x PPI, 1 x PROFIBUS-DP ( tốc độ tối đa truyền là 12Mbit/s)

 Sử dụng nguồn vào / ra là chuẩn công nghiệp 24VDC

 Có thể sử dụng điện áp ngõ vào và ra khác cấp

 Có 14 ngõ vào và 10 ngõ ra có thể dùng trực tiếp lấy tín hiệu về từ cảm biến, các bộ phận thu nhận tín hiệu Đồng thời ngõ ra với dòng 400mA có thể dùng như một nguồn điều khiển trực tiếp

 Hai bộ đếm tốc độ cao :

+ Kênh 1 có thể đếm 2 kHz, dùng đếm lên và xuống

+ Kênh 2 có thể đếm cao tốc 7 kHz, dùng đếm chuỗi xung

 Có cổng cắm mở rộng mô-đun số và tương tự (EMs)

 2 kênh phát xung tốc độ cao, tối đa là 20 kHz

 Xử lý với đồng hồ thời gian thực Giá trị chia nhỏ nhất là 1µs

 Bộ nhớ EEPROM lưu trữ

 Pin nuôi khi ngắt nguồn tối đa 200 ngày liên tục Hoặc tụ nguồn có thể nuôi

bộ nhớ trong 5 ngày liên tục

 Ngõ ra transistor với dòng 0.5÷1A ( DC)

 Sử dụng giao diện PPI để lập trình

 Khối nguồn (sử dụng bộ nguồn máy tính công suất 300W)

 Máy tính Intel(R)Pentium Core 2 Duo CPU 2.2 GHz, RAM 2GHz

 Cáp chuyển đổi RS 485/232

 4 cảm biến quang

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

Chương 4

THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Trong phạm vi đề tài này, mô hình tay máy sẽ được thiết kế và chế tạo theo dạng tay máy có bộ phận công tác là thiết bị gắp, được sử dụng để gắp các khối vật liệu có từ tính Dựa trên yêu cầu đó, quá trình thực hiện sẽ được trình bày mộ cách rõ hơn với 3 phần chính sau: Phần cơ khí (Kết cấu tay máy), phần Điện (Mạch công suất)

và phần Điều khiển (Điều khiển bằng PLC S7 – 200)

4.1 Kết cấu tay máy

4.1.1 Khái niệm tay gắp chuẩn

Tay gắp chuẩn là bộ phận công tác phổ biến nhất, thường được chia ra thành hai loại dựa theo hai chuyển động kẹp khác nhau: song song và xoay một góc

Tay gắp sẽ thực hiện các động tác kẹp, di chuyển và nhả đối tượng thao tác ra ở một vị trí nào đó Các tay gắp được điều khiển nhờ các lệnh trong chương trình từ bộ điều khiển

4.1.2 Phân loại tay gắp

Tay gắp hoặc bộ phận công tác được trang bị trên khâu tác động cuối của tay máy có thể phân loại theo các yếu tố dưới đây:

 Theo dụng cụ lắp công nghệ đặt trên các khâu tác động cuối để thực hiện các công việc như khoan, hàn, mang camera, sơn, phun men, mang dụng cụ mài, …

 Theo nguồn dẫn động cho tay gắp:

 Tay gắp sử dụng động cơ điện

 Tay gắp sử dụng khí nén

 Tay gắp sử dụng thủy lực

 Tay gắp sử dụng chân không

 Tay gắp sử dụng nam châm

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài

Do yêu cầu đề tài là gắp các vật liệu có từ tính, nên kết cấu tay máy sẽ chọn loại tay gắp sử dụng nam châm

4.1.3 Tay gắp sử dụng nam châm

Đối với các đối tượng thao tác là vật liệu có từ tính, có dạng tấm hoặc phiến mỏng, kích thước không quá lớn và không yêu cầu định vị cao, có thể sử dụng nam châm điện lắp trên khâu tác động cuối của tay máy để thao tác nhanh trong công việc gắp – đặt và di chuyển đối tượng Tuy nhiên, cần lưu ý đến tải trọng mang lớn nhất (kể

cả trọng lượng của phần nam châm điện) mà tay máy có thể vận chuyển được ở tốc độ cho phép

4.1.4 Sơ đồ mô hình tay máy và các thông số kỹ thuật

Tay máy được thiết kế hoạt động trong hệ tọa độ trụ, 2 bậc tự do:

4.1.4.1 Ưu điểm và nhược điểm của loại tay máy tọa độ trụ

 Ưu điểm:

 Có khả năng chuyển động ngang và sâu trong các máy sản xuất

 Cấu trúc theo chiều dọc của máy để lại nhiều khoảng trống cho sàn

 Kết cấu vững chắc, có khả năng mang tải lớn

 Khả năng lặp lại tốt

Hình 4.1: Sơ đồ mô hình tay máy

SVTH: Nguyễn Đình Huy GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài 23

 Nhược điểm: Nhược điểm duy nhất là giới hạn tiến về phía trái và phía phải

do kết cấu cơ khí và giới hạn các kích cỡ của cơ cấu tác động theo chiều ngang

4.1.4.2 Thông số kỹ thuật

 Mô hình được làm bằng vật liệu chính là nhôm dân dụng

 Tầm hoạt động tối đa 295 mm quanh trục Góc quay lớn nhất (có điều khiển)

là 180 độ Chiều cao tối đa nâng vật 495 mm

 Động cơ truyền động chính có công suất 30W / 24V, có bộ giảm tốc Tốc độ sau hộp giảm tốc là 50 V/phút

 Bộ truyền bánh răng giảm tốc trục quay có tỷ số truyền 20/43, loại răng xoắn nghiêng góc 45 độ

 Cơ cấu nâng sử dụng dạng tang-tời

4.2 Mạch công suất

Việc điều khiển các động cơ DC truyền động cho mô hình tay máy có thể sử dụng trực tiếp bằng các ngõ ra của PLC Tuy nhiên để tạo sự linh hoạt cũng như giúp cho các động cơ chạy ổn định hơn đồng thời dễ dàng trong điều khiển Làm mạch khuếch đại công suất là cần thiết

4.2.1 Mạch khuếch đại công suất

 Các linh kiện sử dụng trong mạch

 Đèn Led, Diode 12V, điện trở, công tắc On / Off

 Domino 2 chân, đế gắn 8 chân

 Nguyên lý hoạt động của mạch

Mạch sử dụng transistor C828 đóng mở kích cho Relay để kích đảo chiều động cơ DC FET IRF540 dùng làm khuếch đại công suất cấp nguồn trực tiếp chạy động cơ Nguyên lý này có thể dùng điều khiển động cơ DC, động cơ bước (step