Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống cung cấp vật tư dụng cụ trong sản xuất tự động

Sau khi đã học tất cả các môn chuyên ngành Cơ điện tử việc thực hiện đồ án tốt nghiệp là để tổng hợp vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn tính toán chế tạo một hệ thống hoàn chỉnh với các cơ cấu phù hợp Bao gồm các chương Chương 1 Tổng quan về hệ thống cung cấp vật dụng tự động trong sản xuất công nghiệp Chương 2 Sơ đố cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống Chương 3 Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống Chương 4 Thiết kế điều khiển hệ thống Chương 5 Kết luận và hướng phát triển đề tài

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN THẾ TRANH

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THẾ THANH

Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh

TÓM TẮT

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CUNG CẤP VẬT

TƯ DỤNG CỤ TRONG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Thanh Số thẻ sinh viên: 101130215 Lớp: 13CDT2 Khoa: Cơ Khí Ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

Họ và tên sinh viên: Đỗ Đạt Số thẻ sinh viên: 101130197 Lớp: 13CDT2 Khoa: Cơ Khí Ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

Nội dung: Sau khi đã học tất cả các môn chuyên ngành Cơ điện tử, việc thực hiện đồ án tốt

nghiệp là để tổng hợp, vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn tính toán, chế tạo một hệ thống hoàn chỉnh với các cơ cấu phù hợp

Bao gồm các chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống cung cấp vật dụng tự động trong sản xuất công nghiệp Chương 2: Sơ đố cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Chương 3: Tính toán thiết kế các bộ phận của hệ thống

Chương 4: Thiết kế điều khiển hệ thống

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, khi mà trình độ khoa học kĩ thuật đã đạt mức cao và dần phổ biến, các loại máy móc ít nhiều đều có tính chất tự động hóa, bán tự động Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất tự động trong công nghiệp, các hệ thống máy tự động đang ngày càng đóng vai trò then chốt trong việc giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động Đối với khâu vận chuyển hàng hóa trong các phân xưởng công nghiệp, việc sử dụng các

hệ thống tự động để thay thế các công việc có tính tuần hoàn, tốn nhiều lao động là một điều tất yếu

Do đó, trong hoàn cảnh nước ta hiện nay, nhu cầu đối với các hệ thống cung cấp hàng hóa trong sản xuất tự động là rất lớn và cấp thiết Tuy nhiên, lâu nay thị trường này vốn

ưu thế thuộc về các nhà sản xuất nước ngoài với nhiều điểm vượt trội về công nghệ và kinh nghiệm Các nhà sản xuất trong nước vẫn còn yếu và non nớt trong lĩnh vực cung cấp tự động này Vì vậy, đòi hỏi cấp bách đối với lớp kỹ sư trẻ hiện nay là phải tiên phong trong việc thiết kế, chế tạo ra các hệ thống cung cấp hàng tự động có chất lượng tốt, có thể cạnh tranh với các nhà sản xuất ngoài nước trên cơ sở các nền tảng, tư duy kĩ thuật đã được đào tạo cũng như mạnh dạn áp dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật tiên tiến của thế giới

Nắm bắt được xu thế hiện tại, chúng em đã quyết định thực hiện đồ án tốt nghiệp với

đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống cung cấp vật tư, dụng cụ trong sản xuất tự

động” Trong quá trình thực hiện đồ án còn nhiều khó khăn, thiếu hụt về kinh nghiệm,

kiến thức nên không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô và các bạn bỏ qua

và góp ý chân thành để chúng em có thể hoàn thiện hơn

Chúng em cũng xin chân thành cám ơn ThS Nguyễn Thế Tranh và TS Võ Như Thành

đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP VẬT DỤNG TỰ ĐỘNG

TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP 1

1.1 TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT 1

1.1.1 Giới thiệu về tự động hóa quá trình sản xuất 1

1.1.2 Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất 2

1.1.3 Vai trò và ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất 3

1.2 YÊU CẦU CUNG CẤP VẬT TƯ, DỤNG CỤ TỰ ĐỘNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP 3

1.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG XE TỰ HÀNH (AUTOMATED GUIDED VEHICLES SYSTEM-AGVS) 4

1.3.1 Các chức năng cở bản của AGVS 5

1.3.2 Phân loại AGV 5

CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 9

2.1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG 9

2.1.1 Yêu cầu thực tế của hệ thống 9

2.1.2 Lập mô hình giả định 9

2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 9

2.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG KHỐI CẤP HÀNG A 10

2.2.1 Chuẩn bị phương án 10

2.2.2 Lựa chọn phương án 11

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ KHỐI NHẬN HÀNG 11

2.3.1 Cấu tạo 11

2.4 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA XE TỰ HÀNH 12

2.4.1 Chuẩn bị phương án 12

2.4.2 Lựa chọn phương án 15

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG 16

3.1 BĂNG TẢI 16

3.1.1 Nhiệm vụ của băng tải trong hệ thống 16

3.1.2 Tính chọn các thông số 17

Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử GVHD: ThS Nguyễn Thế Tranh

3.2 XY LANH KHÍ NÉN 20

3.3 XE TỰ HÀNH 21

3.3.1 Yêu cầu kĩ thuật 21

3.3.2 Bánh xe 22

3.3.3 Tính chọn động cơ bánh xe 23

3.3.4 Kích thước thân xe 26

3.3.5 Các kích thước cơ sở của xe 27

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 29

4.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG 29

4.1.1 Yêu cầu điều khiển hệ thống tự động 29

4.1.2 Giới thiệu các loại điều khiển 30

4.1.3 Điều khiển bằng PLC 32

4.1.4 Điều khiển bằng vi điều khiển 35

4.2 YÊU CẦU VỀ ĐIỀU KHIỂN CỦA MÔ HÌNH HỆ THỐNG CUNG CẤP VẬT TƯ, DỤNG CỤ TRONG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG 36

4.3 THUẬT TOÁN PID TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐƯỜNG ĐI CỦA ROBOT 37

4.3.1 Giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) 37

4.4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 40

4.4.1 Thiết kế điều khiển xe dò line 40

4.4.4 Thiết kế mạch kích rơ le điều khiển xy lanh cấp hàng 51

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 60

5.1 KẾT LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 60

5.1.1 Mô hình hệ thống 60

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG 61

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP VẬT DỤNG TỰ ĐỘNG TRONG

SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP 1.1 TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

1.1.1 Giới thiệu về tự động hóa quá trình sản xuất

Từ lâu, con người luôn mơ ước về các loại máy có khả năng thay thế cho mình trong các quá trình sản xuất và các công việc thường nhật khác Những thông tin về các cơ cấu tự động, làm việc không cần sự trợ giúp của con người đã đã xuất hiện từ nhiều năm về trước

Từ những cơ sở đó, với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật hiện đại, một môn 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

Tự động hóa quá trình sản xuất là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền sản xuất cơ khí hóa Nó sẽ thực hiện phần công việc mà cơ khí hóa không thể đảm đương được đó là điều khiển quá trình Trên các thiết bị tự động hóa và máy tự động, toàn bộ quá trình làm việc (kể cả các tác động điều khiển) đều được thực hiện tự động nhờ các cơ cấu và hệ thống điều khiển tự động Để có thể thực hiện tự động hóa các quá trình sản xuất, cần có các cơ cấu và thiết bị tự động phù hợp Tự động hóa các quá trình sản xuất luôn gắn liền với quá trình hoàn thiện và đổi mới công nghệ Nó là một bài toán thiết kế công nghệ tổng hợp, có nhiệm

vụ tạo ra kĩ thuật hoàn toàn mới dựa trên cơ sở của các quá trình công nghệ gia công cơ, kiểm tra và lắp ráp tiên tiến

Như vậy, tự động hóa quá trình sản xuất là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi thiết kế các quá trình sản xuất và công nghệ mới, tiên tiến Trên cơ sở của các quá trình sản xuất và công nghệ đó, tiến hành thiết lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động thực hiện các quá trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần đến

sự tham gia của con người Tự động hóa các quá trình sản xuất luôn gắn liền với việc ứng dụng các cơ cấu và hệ thống tự động vào các quá trình công nghệ cụ thể Chỉ có trên cơ sở của các quá trình công nghệ cụ thể mới có thể thiết lập và ứng dụng các cơ cấu và hệ thống điều khiển tự động

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của các hệ thống tự động

Quá trình tự động

Hệ thống cảm biến

Hệ thống điều khiển

Hệ thống phản hồi

1.1.2 Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản của tự động hóa quá trình sản xuất

1 Cơ khí hóa

Cơ khí hóa chính là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con người khi thực hiện các quá trình công nghệ chính hoặc các chuyển động chính bằng máy Sử dụng cơ khí hóa cho phép nâng cao năng suất lao động, nhưng không thay thế được con người trong các chức năng điều khiển, theo dõi diễn tiến của quá trình cũng như thực hiện một loạt các chuyển động phụ trợ khác

2 Tự động hóa chu kì gia công

Tự động hoá các chu kỳ gia công là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền sản xuất cơ khí hoá Nó sẽ thực hiện phần công việc mà cơ khí hóa không thể đảm đương được đó là điều khiển và thực hiện tự động các chuyển động phụ

3 Khoa học tự động hóa

Khoa học tự động hóa là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật Nó bao gồm các cơ sở lý thuyết, các nguyên tắc cơ bản được sử dụng khi thiết lập các hệ thống điều khiển và kiểm tra tự động các quá trình khác nhau để đạt được mục đích cuối cùng mà không cần tới sự tham gia trực tiếp của con người

4 Hệ thống thiết kế và chế tạo có trợ giúp của máy tính (CAD-CAM)

Khâu chuẩn bị thiết kế đã được tự động hóa nhờ hệ thống thiết kế tự động có sự trợ giúp của máy tính (CAD-Computer Aided Design) Nhờ các trang thiết bị tính toán thiết kế như máy tính, màn hình đồ họa, bút vẽ, máy vẽ (Plotter), cùng các phần mềm chuyên dùng (Matlab, Catia, CAD) cho phép tạo ra các mô hình sản phẩm trong không gian ba chiều, rất thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá sửa đổi nhanh chóng trực tiếp ngay trên màn hình Khâu điều hành chế tạo sản phẩm cũng được tự động hóa nhờ hệ thống CAM (Computer Aided Manufacturing) CAM chính là một phần của hệ CIM (Computer Integrated Manufacturing) và được thiết lập trên cơ sở sử dụng máy tính và công nghệ máy tính để thực hiện tất cả các công đoạn của quá trình sản xuất, chế tạo sản phẩm như lập kế hoạch sản xuất, thiết kế qui trình công nghệ gia công, quản lý điều hành quá trình chế tạo và kiểm tra chất lượng sản phẩm

5 Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)

Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS – Flexible Manufacturing Systems) là một hệ thống bao gồm các thiết bị gia công như máy điều khiển số, trung tâm gia công, thiết bị gá lắp, tháo dỡ chi tiết và dụng cụ tự động, hệ thống cơ cấu định hướng chi tiết tự động trong quá trình gia công, cơ cấu kiểm tra tự động, cơ cấu vận chuyển tự động, cơ cấu cấp phát dụng

cụ tự động, hệ thống điều khiển, …được thiết kế theo nguyên tắc môđun và được điều khiển bằng một máy tính hoặc một hệ thống máy tính

6 Robot công nghiệp

Robot công nghiệp là một thiết bị tự động đa chức năng được lập trình cho một hoặc nhiều công việc và được điều khiển bằng máy tính Một trong những bộ phận chức năng chính của robot đó là hệ thống điều khiển, nó có nhiệm vụ xử lý các thông tin nhận được

để tạo ra các chuỗi lệnh cần thiết Hệ thống điều khiển cũng được coi như một kho chứa và trung chuyển dữ liệu khi ta sử dụng cho các công việc khác nhau Các robot thường được trang bị các hệ thống điều khiển thích nghi, các hệ thống điều khiển theo chương trình lôgic PLC (Programmable Logic Control), các hệ thống cảm biến Robot là thiết bị duy nhất có thể đáp ứng được đặc tính thay đổi nhanh và linh hoạt của nền sản xuất hiện đại, mở rộng

đáng kể chức năng của các thiết bị và quá trình sảnxuất với hiệu quả cao

1.1.3 Vai trò và ý nghĩa của tự động hóa quá trình sản xuất

- Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động

- Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất Tự động hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay

- Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại

- Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất

- Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất

1.2 YÊU CẦU CUNG CẤP VẬT TƯ, DỤNG CỤ TỰ ĐỘNG TRONG SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP

Logistics là nguồn gốc của cuộc cách mạng công nghiệp thứ tư và đóng góp chính vào khái niệm Công nghiệp 4.0 Hệ thống vận chuyển, cung cấp hàng hóa thông minh là một trong những công nghệ cung cấp biện pháp ứng phó đột phá với các thách thức hiện tại trong intralogistics Với nhu cầu tự động hóa trong công nghiệp ngày càng cao, đòi hỏi tất

cả các công đoạn trên dây chuyền sản xuất đều phải được tối ưu hóa đến mức cao nhất Cùng với sự mở rộng của các nhà máy được tự động hóa và cơ khí hóa, các vấn đề về việc vận chuyển, bốc dỡ và tích trữ hàng hóa trở nên ngày càng quan trọng hơn

Một số giải pháp cung cấp, vận chuyển vật tư, dụng cụ trong sản xuất công nghiệp:

- Hệ thống vận tải bằng xe tự hành (AGV) không cần đường ray trên sàn cung cấp vận chuyển hàng hóa linh hoạt giữa các quy trình sản xuất khác nhau tại các khu sản xuất

- Hệ thống phương tiện chuyển hàng theo đường ray - Sorting Transfer Vehicle (STV): Hệ thống STV trượt mượt mà, im ắng với tốc độ cao

- Các loại băng chuyền đáp ứng quy trình xử lý vật liệu phức tạp, linh hoạt theo nhu cầu hoạt động và yêu cầu lượng hàng hóa, tối ưu hóa không gian thiết kế

1.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG XE TỰ HÀNH (AUTOMATED GUIDED VEHICLES SYSTEM-AGVS)

Hệ thống vận chuyển dẫn hướng tự động (AGV) trở thành một phần không thể thiếu của danh mục giải pháp cho hệ thống intralogistics hoàn toàn tự động Hệ thống AGV có phạm

vi giải pháp đa dạng cho các phương tiện chứa tải lớn và nhỏ có thể tạo ra mạng lưới logistics, bao gồm nhiều kho hàng và khu vực làm việc Giải pháp này có thể cấu hình và cũng được mở rộng linh hoạt để đáp ứng yêu cầu cụ thể của phân xưởng Lợi ích từ việc

giảm đáng kể chi phí vận hành và hiệu quả logistics lưu kho tăng lên

Hệ thống xe vận chuyển dẫn hướng tự động là hệ thống vận chuyển tự động hoàn toàn

tự động sử dụng các robot không người lái tự động AGV vận chuyển tất cả các loại sản phẩm một cách an toàn mà không cần sự can thiệp của con người trong môi trường sản xuất, kho hàng và phân phối, và nó là cách rõ ràng để giảm chi phí và tăng hiệu quả, lợi nhuận

AGVS được thiết kế để đáp ứng yêu cầu tự động hóa công nghiệp của doanh nghiệp AGV có thể nâng, luân chuyển và luân phiên hàng hoá, lấy hàng từ kệ, lưu trữ sản phẩm ở hầm, vận chuyển sản phẩm trên những khoảng cách dài và đưa chúng vào băng tải, vào xe tải, vào kho hoặc cất giữ

Hình 1.2 Hệ thống xe tự hành AGV

1.3.1 Các chức năng cở bản của AGVS

- Định tuyến: là phương pháp mà AGVS điều hướng thông qua một đường dẫn hệ thống AGV đến đích Các cách tiếp cận khác nhau để định tuyến logic có thể được thực hiện bao gồm thời gian ngắn nhất, khoảng cách ngắn nhất và mô hình cố định

- Kiểm soát giao thông: đảm bảo rằng AGVS không va chạm với nhau trong khi hoạt động trên con đường Kiểm soát giao thông có thể được cung cấp với khả năng tách xe cố định hoặc biến đổi

- Giao tiếp: được sử dụng cho các chức năng khác nhau trong một hệ thống AGV Nó có thể là giữa các phương tiện, giữa các phương tiện và thiết bị trung tâm hoặc cho các giao diện cục bộ Giao tiếp có thể được thực hiện thông qua các phương tiện RF hoặc hồng ngoại

1.3.2 Phân loại AGV

1 Phân loại theo chức năng

- Xe kéo (Tow type): dùng để kéo xe đẩy, xe kéo, xe lăn, Khả năng kéo thông thường từ 10.000 đến 50.000 kg

- Xe chở (Unit load type): AGV chở hàng trên lưng xe, có thể 1 hoặc 2 thùng hàng cùng lúc Thường kết hợp vận chuyển tải tự động tại các trạm lấy và thả

- Xe nâng (Fork Type): Sử dụng một cơ chế nâng fork/mast để giao tiếp với tải trọng tại các độ cao khác nhau Thông thường tải trọng ở sàn hoặc trên cao được lấy đi và gửi một cách tự động

- Loại tải nhẹ (Commercial/Office Type) - Loại nhỏ hơn với sức chứa dưới 500 pounds Được thiết kế để vận chuyển hàng lẻ hoặc hàng nhỏ trong môi trường sản xuất nhẹ hoặc trong môi trường sạch sẽ Nhiều phiên bản được sử dụng để phân phối thư trong văn phòng

- Loại tải nặng (Heavy Carrier Type) - Được thiết kế để vận chuyển các vật lớn hoặc nặng Thông thường được sử dụng trong ngành công nghiệp luyện kim và công nghiệp giấy Có khả năng vận chuyển các tải trọng có trọng lượng vượt quá 250.000 pounds

Hình 1.3 Xe kéo Hình 1.4 Xe chở

Hình 1.5 Xe nâng Hình 1.6 Xe phục vụ văn phòng

Hình 1.7 Xe chuyên chở hàng nặng

2 Phân loại theo dạng đường đi

a Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free path navigation)

Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không gian hoạt động Đây là loại xe AGV

có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscop sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để xác định vị trí các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống định vị cục bộ (Local navigation Location) để xác định tọa độ tức thời,…Việc thiết kế loại xe này đòi hỏi công nghệ cao và phức tạp hơn

so với các loại AGV khác

b Loại chạy theo đường dẫn (Fixed path navigation)

Xe AGV thuộc loại này được thiết kế chạy theo các đường dẫn định sẵn gồm các loại đường dẫn như sau:

– Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire) chôn ngầm dưới nền sàn Khi di chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà xe có thể di chuyển theo đường dây dẫn Loại đường dẫn này không nằm bên trên mặt sàn nên có mỹ quan tốt, không ảnh hưởng đến các công việc vận hành khác Tuy nhiên khi sử dụng phải tiêu tốn năng lượng cho việc tạo từ tính trong dây, đồng thời đường dẫn là cố định và không thể thay đổi được – Đường ray dẫn: Xe AGV được chạy trên các ray định trước trên mặt sàn Loại này chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng Nó cho phép thiết kế xe đơn giản hơn và có thể

di chuyển với tốc độ cao nhưng tính linh hoạt thấp

– Đường băng kẻ trên sàn:Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn trên sàn nhờ các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ Loại này có tính linh hoạt cao vì trong quá trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng nhờ kẻ lại các vạch dẫn Tuy nhiên khi

sử dụng, các vạch dẫn có thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăn cho việc điều khiển chính xác

xe

Hình 1.8 AGV sử dụng đường dẫn từ Hình 1.9 AGV sử dụng đường ray

Hình 1.10 AGV sử dụng đường vạch kẻ

1.3.3 Một số lưu ý về AGVS

- Gần như tất cả các hệ thống AGV hoạt động trong nhà Nếu hoạt động bên ngoài thì một

bề mặt bê tông thường được đề nghị Điều này là do các bề mặt không cứng khác sẽ phát sinh các vết lún sinh ra từ việc đi lại của AGV Những đường rãnh này sẽ giữ nước, gây ra tình trạng mài mòn quá mức cho các bộ phận lái, gây gãy đổ

- Bảo đảm đường đi trong nhà máy ở điều kiện tốt (không bị vỡ bê tông, vết nứt lớn )

- Xem xét đánh dấu đường dẫn AGV Các đường vẽ, mũi tên thường được sử dụng để xác định lộ trình của AGV cho nhân viên nhà máy Đánh dấu khu vực an toàn để mọi người nhận thức được các khu vực có mặt của các AGV hoặc các khu vực đông người qua lại

- Thường xuyên vệ sinh cho các đường dẫn để đảm bảo sự chính xác cho các AGV

- Hạn chế sự trộn lẫn giữa AGV với những xe có người lái Tốt hơn hết, có thể cung cấp không gian riêng cho các AGV

- AGV cần được bảo trì Do đó cần thiết dự trữ một khu vực trong cơ sở để bảo trì AGV

- Hệ thống AGV cũng cần có người “quản lý” Đây sẽ là người có trách nhiệm bảo đảm hệ thống AGV được sử dụng chính xác, bảo trì và quyết định đến các thay đổi của hệ thống

CHƯƠNG 2

SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG

2.1.1 Yêu cầu thực tế của hệ thống

Hệ thống cung cấp vật tư, dụng cụ tự động trong phân xưởng yêu cầu hàng hóa được cung cấp một cách tự động, không cần sự điều khiển của con người Hàng hóa, vật tư phải được chuyển đến đúng từng khâu làm việc Hệ thống cần được vận hành một cách chính xác, tự động từ khâu cấp hàng, vận chuyển đến khâu nhận hàng

Mô tả sơ đồ:

Xe tự hành di chuyển bằng phương án dò line nhận hàng từ khối cấp hàng A Xe di chuyển trong sa bàn theo hướng mũi tên Hình 2.1 Khi đi qua khối nhận hàng B, nhờ cảm biến phát hiện vật cản, xe dừng lại một khoảng thời gian để cấp hàng Cấp hàng xong, xe tiếp tục về lại khối A để nhận lượt hàng tiếp theo, tương tự hành trình như vậy cấp cho khối

C và D Mô hình hệ thống di chuyển vòng kín mô phỏng việc cung cấp vật tư, dụng cụ trong sản xuất công nghiệp

2.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG KHỐI CẤP HÀNG A

- Linh hoạt, chính xác, tiết kiệm diện tích

- Tốc độ cao, tăng hiệu suất làm việc

*Nhược điểm:

- Tốn nhiều chi phí làm robot

- Thời gian không đủ để thực hiện các thành phần khác của hệ thống

Nhóm quyết định lựa chọn phương án 2 Dùng băng tải cấp hàng cho AGV

*Lý do lựa chọn: Mục đích của khâu này là cấp đúng hàng cho AGV thực hiện nhiệm vụ của mình nên chỉ cần cấp đúng, dễ chế tạo, tiết kiệm thời gian Dùng băng tải cấp hàng sẽ

là phù hợp nhất cho tiến trình của đồ án

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ KHỐI NHẬN HÀNG

2.3.1 Cấu tạo

Hình 2.4 Hình ảnh về bàn mô phỏng hệ thống

*Cấu tạo: gồm 1 tay đẩy (gắn với piston) có nhiệm vụ chuyển hàng ra khỏi xe đi xuống hộp đựng sản phẩm,

*Mô tả: Khi xe AGV tới khu nhận hàng, qua cảm biến vật thể dừng lại, đồng thời piston đẩy hàng ra khỏi xe xuống hộp đựng sản phẩm

2.4 SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA XE TỰ HÀNH

2.4.1 Chuẩn bị phương án

Rất nhiều sơ đồ nguyên lý có thể được ứng dụng cho việc chế tạo robot dò line Để đạt được tốc độ và khả năng bám đường, sơ đồ nguyên lý của các loại xe điều khiển từ xa (RC racing cars) có thể được sử dụng Có hai loại sơ đồ nguyên lý chung cho các loại xe đua chuyên chạy trên mặt đường phẳng:

- Loại 1 (Hình 2.6) sử dụng trục truyền động cho trục trước và sau xe (Khung xe của hãng Awesomatrix, TAMIYA TT01, Overdose Divall…)

- Loại 2 (Hình 2.7) sử dụng đai răng truyền động cho trục trước và sau xe (Khung xe của

hãng Sakura D3 CS, Serpent VETEQ 02, TA04 EPRO…)

a) Khung xe hãng Overdose Divall b) Sơ đồ nguyên lý sử dụng trục truyền động

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý RC cars sử dụng trục truyền động

a) Khung xe hãng TA04 EPRO b) Sơ đồ nguyên lý sử dụng đai răng truyền động

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý RC racing cars sử dụng trục truyền động

Những sơ đồ nguyên lý này có chung các ưu điểm và nhược điểm sau:

- Giá thành cao đối với nhu cầu của sinh viên

- Thích hợp cho việc đua trên mặt đường phẳng

Bên cạnh các sơ đồ nguyên lý mà các xe RC car sử dụng, hiện nay nhiều người cũng sử dụng kiểu hai bánh chủ động được điều khiển độc lập kết hợp với bánh đa hướng (Hình 2.8)

Ưu – nhược điểm chung của sơ đồ nguyên lý này:

Ưu điểm:

- Bám đường tốt do tiếp xúc 3 điểm mới mặt đường, mô hình động học đơn giản, dễ hiệu chỉnh sai số hệ thống và cho phép xe di chuyển được theo bán kính rất nhỏ, kể cả việc quay tại chỗ

- Giá thành chế tạo phù hợp với sinh viên

Nhược điểm:

- Dễ bị trượt theo phương pháp tuyến khi thực hiện việc bám theo các đoạn đường bán kính nhỏ ở tốc độ cao

a) Mẫu xe đội Sylvestre b) Sơ đồ nguyên lý loại 2 bánh

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại 2 bánh

Ngoài ra, một dạng khác của sơ đồ nguyên lý này cũng được sử dụng (Hình 2.9) Ở sơ

đồ này, mỗi bánh xe vi sai chủ động được thay bằng một cặp bánh Điều này tạo ra các ưu – nhược điểm chung của sơ đồ nguyên lý này:

Ưu điểm: Dễ cân bằng, ưu thế chạy trên đường bằng phẳng

Nhược điểm: Kết cấu cơ khí phức tạp hơn, xuất hiện trượt bánh khi xe đổi hướng

a) Mẫu xe đội CartisX04 b) Sơ đồ nguyên lý loại 4 bánh

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hai cặp chủ động vi sai loại 4 bánh

2.4.2 Lựa chọn phương án

Do robot chỉ cần bám theo đường cong bán kính khá lớn (R = 200mm), khả năng đổi hướng độ ngột tại các vị trí line gãy khúc đồng thời kết cấu xe phải đơn giản, giá thành chế tạo phù hợp Vì thế sơ đồ nguyên lý loại 2 bánh sử dụng bánh đa hướng được đề xuất (Hình 2.10)

Hình 2.9 Phương án sơ đồ nguyên lý loại 2 bánh + bánh đa hướng

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG

3.1 BĂNG TẢI

3.1.1 Nhiệm vụ của băng tải trong hệ thống

Hệ thống băng tải là một phần phổ biến của các thiết bị xử lý cơ học dùng để di chuyển vật liệu từ nơi này đến nơi khác Băng tải hoạt động dựa trên nguyên lý dẫn động bị động các đối tượng chuyển động quay, nhằm tạo ra hướng dịch chuyến nhất định cho các sản phẩm cần vận chuyển trên băng tải Băng tải đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng liên quan đến việc vận chuyển vật liệu nặng hoặc cồng kềnh Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển nhanh chóng và hiệu quả đối với nhiều loại vật liệu, phục vụ trong các vùng năng suất vượt

ra khỏi vùng năng suất phục vụ của nhân công lao động Việc ứng dụng hệ thống băng tải trong quy trình sản xuất hiện rất phổ biến, trực tiếp nâng cao năng suất lao động, tăng tính

an toàn, giảm rủi ro thiếu an toàn trong quy trình sản xuất

Hình 3.1 Một loại băng tải cấp hàng

Trong mô hình hệ thống này, băng tải đóng vai trò bộ phận cấp hàng cho hệ thống Băng tải là loại băng tải đơn, vật sau khi được cấp trên băng tải được dẫn động đến vị trí của xe vận chuyển và rớt trực tiếp trên khay chở của xe

Yêu cầu của băng tải trong hệ thống:

- Băng tải cần có tốc độ phù hợp, không quá chậm làm giảm năng suất lao động, và không quá nhanh làm hệ thống vận hành không chính xác, vật bị rơi khỏi khay chở hàng của xe

- Đai băng tải cần chọn loại vật liệu có ma sát đủ tốt để vật ko bị trượt Chiều dài băng tải cũng cần chọn để phù hợp với quy mô cũng như đáp ứng hiệu suất của hệ thống

Hình 3.3 Sơ đồ băng tải Tính chọn động cơ cho băng tải

a) Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ

Lực ma sát trên băng tải: Fms = mgμ = 0,2.9,8.0,4 = 0,784(N)

Để băng tải có thể kéo vật thì Fk > Fms

Gọi P: Công suất trên băng tải

η: Hiệu suất chung của hệ thống

Pct: Công suất cần thiết

η1: hiệu suất bộ truyền đai = 0,95

η2: hiệu suất bộ truyền bánh răng = 0,96

η3: hiệu suất cặp ổ lăn = 0,99

η4: hiệu suất khớp nối

Số vòng quay trên trục tang: nlv

nlv = 60000.𝑣

𝜋𝐷 =60000.0,1

𝜋.30 = 63,66 (vòng/ph)

Số vòng quay yêu cầu động cơ (sơ bộ): nsb = nlv.ut

Trong đó: Tỷ số truyền toàn bộ ut của hệ thống: ut = u1.u2

Tra bảng 2.4[I] ta chọn được:

- Tỉ số truyền của bộ truyền đai (đai thang) là u1 = 3

- Tỉ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc cấp 1 truyền động bánh răng trụ u2=3 Thay số vào ta có: ut = u1.u2 = 3.3 = 9

Để piston đẩy vật được thì Fd > Fms = mgμ = 0,2.9,8.0,3 = 0,6 N

Vậy áp suất tối thiểu cần cung cấp vào xi lanh để đẩy được vật khỏi bàn xe là:

Kích thước nòng 16mm

Hành trình :75mm

Kiểu tác động: Hai tác động, 1 trục

Áp suất phá hủy: 1Mpa

Áp suất hoạt động tối đa: 0.7Mpa

Áp suất hoạt động tối thiểu: 0.06Mpa

Nhiệt độ lưu chất và môi trường: -10 ~ 700C (không đóng băng)

- Bề mặt địa hình di chuyển: phẳng, độ cứng vững cao

- Sa bàn được thể hiện trên Hình 3.6

Hình 3.6 Sa bàn di chuyển của xe tự hành

2 Yêu cầu

Xe tự hành đóng vai trò vận chuyển hàng hóa trong mô hình hệ thống, cần đạt một số yêu cầu:

- Xe có kích thước phù hợp để di chuyển thoái mái trên sa bàn mô hình, cũng như tránh ngã

đổ, lật xe

- Xe di chuyển êm, tốc độ phù hợp để vận hàng được vận chuyển không bị rơi rớt

- Xe chạy ổn định, không bị trượt bánh gây mất đi tính chính xác của hệ thống

xe, bánh caster được lựa chọn làm bánh bị động

Bánh xe được lựa chọn là bánh xe V1 Bánh có kích thước nhỏ gọn thường được sử dụng như bánh cân bằng của Robot, bánh có chất lượng tốt, chuyển hướng nhanh và rất êm, phù hợp cho nhiều loại thiết kế robot khác nhau, với các thông số:

- Chất liệu: Nhựa PP – thép

Mô hình toán cho một bánh xe được thể hiện ở Hình 3.3

Hình 3.9 Mô hình toán của bánh xe

(kg.m2): moment quán tính của bánh xe

(kg): khối lượng của bánh xe

(kg): khối lượng thân xe

Moment cần thiết để xe chuyển động 17,7 Nmm

Dựa vào công suất yêu cầu và số vòng quay bánh xe ta chọn động cơ giảm tốc DC 12V với các thông số sau:

3.3.4 Kích thước thân xe

1 Chiều cao trọng tâm xe

Hình 3.11 Mô hình toán khi xe chuyển động

h: chiều cao trọng tâm xe

Để tránh lật, moment sinh ra do trọng lực quanh tâm quay C phải lớn hơn moment của lực

Bán kính cong đường line R = 0,2 m

Vận tốc dài tối đa v= 1m/s

Do đó: h ≤ 17,66 cm

Dựa vào công suất yêu cầu và số vòng quay bánh xe ta chọn động cơ giảm tốc DC 12V với các thông số sau:

3.3.5 Các kích thước cơ sở của xe

Kích thước bao của xe phụ thuộc vào kích thước và việc sắp xếp các linh kiện điện, điện

tử, khoảng cách được mô phỏng giữa sensor và các bánh chủ động Ngoài ra tỉ lệ kích thước dài-rộng của xe nên được chọn theo tỉ số √5 nhằm giảm thiểu tối đa ảnh hưởng của các yếu

tố động lực học lên xe

Ta tính toán khoảng cách giữa 2 bánh chủ động: Đặt bài toán xe đang chạy qua khúc cong

có bán kính R = 200mm, với vận tốc 1 m/s Tìm khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 bánh xe chủ động để xe không bị lật

Hình 3.12 Sơ đồ tính khoảng cách giữa hai tâm bánh xe dẫn động

Từ việc ước lượng được các kích thước của các thành phần trên xe, Ước lượng được chiều cao xe là 100 mm Ước lượng điểm G (trọng tâm xe) nằm ở vị trí cách mặt đất h = 40 mm b: là khoảng các giữa tâm 2 bánh xe dẫn động

Flt là lực ly tâm khi xe qua khúc cua

Ta có: