Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm

Giới thiệu về đề tài: Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Phúc Toàn 15CDT2 MSSV: 101150233

Nguyễn Tấn Phúc 15CDT2 MSSV: 101150223

2 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm

4 Người hướng dẫn: Ngô Thanh Nghị Học hàm/ học vị: Tiến sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 1đ)

1 Điểm đánh giá: …… /10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)

2 Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2019

Người hướng dẫn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

I Thông tin chung:

1 Họ và tên sinh viên: Lê Phúc Toàn 15CDT2 MSSV: 101150233

Nguyễn Tấn Phúc 15CDT2 MSSV: 101150223

2 Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm

3 Người phản biện: Đặng Phước Vinh Học hàm/ học vị: Tiến sĩ

II Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

1 Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài:

………

………

2 Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: ………

………

3 Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: ………

………

4 Đề tài có giá trị khoa học/ có bài báo/ giải quyết vấn đề đặt ra của doanh nghiệp hoặc nhà trường: ………

………

5 Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ………

………

………

………

TT Các tiêu chí đánh giá

Điểm tối đa

Điểm đánh giá

1a - Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần mới so với các ĐATN trước đây) 10

1b

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến thức cơ

bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên cứu

- Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ, chương trình,

mô hình,…)

50

1c

- Có kỹ năng vận dụng thành thạo phần mềm ứng dụng trong vấn

đề nghiên cứu (thể hiện qua kết quả tính toán bằng phần mềm);

- Có kỹ năng sử dụng tài liệu tiếng nước ngoài liên quan vấn đề

nghiên cứu (thể hiện qua các tài liệu tham khảo);

- Có kỹ năng làm việc nhóm (đánh giá đối với đề tài do nhóm SV

thực hiện);

10

2a - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc tích 20

2b - Thuyết minh đồ án không có lỗi chính tả, in ấn, định dạng 10

Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)

- Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ: ………

………

………

………

………

………

- Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án ☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ

Đà Nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2019

Người phản biện

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm

Sinh viên thực hiện: Lê Phúc Toàn 15CDT2 MSSV: 101150233

Nguyễn Tấn Phúc 15CDT2 MSSV: 101150223

Tóm tắt đồ án tốt nghiệp:

1 Giới thiệu về đề tài:

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử

mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng

Hiện nay đất nước ta đang trong sự phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn về chất lượng mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dáng, kích thước, trọng lượng, màu sắc, Hiểu biết được những

vấn đề trên, chúng em đã cân nhắc để đưa ra quyết định thực hiện đề tài “ Phân loại táo

theo màu sắc và khối lượng trên băng tải ” nhằm giảm chi phí nhân công cũng như

rút ngắn tối đa thời gian đem lại năng suất cao cho người trồng táo trong giai đoạn thu hoạch

2 Nội dung thực hiện

- Bản thuyết minh đồ án tốt nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, thế giới của chúng

ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Cũng như đối với các ngành khoa học khác, ngành cơ điện tử cũng có nhiều áp dụng đối nhiều thành tự

về khoa học kĩ thuật

Ngày nay, nhu cầu thị hiếu con người ngày càng cao, yêu cầu về số lượng và chất lượng của các sản phẩm xã hội cũng không ngừng tăng Điều đó đòi hỏi các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp ngày càng hiện đại, có mức độ tự động hóa ngày càng cao Có thể nói rằng Robot mang tới cho cuộc sống con người một cuộc sống mới, một cách trải nghiệm cuộc sống và đôi khi còn là người bạn Những hãng Robot từ các nước nổi tiếng trên thế giới từ Đức, Nhật Bản, Nga, Hoa Kỳ ngày một khẳng định sự hiện diện của robot là phần không thiếu trong cuộc sống hiện nay và tương lai của phía trước Nó xuất hiện ở tất cả các lĩnh vực từ khoa học vĩ mô cho tới vi mô và ngày một đa dạng

Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của

thầy giáo TS Ngô Thanh Nghị, cùng sự trợ giúp của các quý thầy cô bộ môn và

các tài liệu có liên quan, mà em có thể hoàn thành xong đề tài

Đề tài đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong quý thầy cô giáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể phát triển và ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô!

Đà Nẵng, ngày 13 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thưc hiện

Lê Phúc Toàn Nguyễn Tấn Phúc

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí, bộ môn Cơ điện tử nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Ngô Thanh Nghị, thầy

đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm Đồ án tốt nghiệp Trong thời gian chúng em làm việc với thầy, chúng em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này

Đề tài được hoàn thành trong sự hỗ trợ và động viên rất nhiều từ gia đình, thầy cô cũng như bạn bè Đó là những tình cảm thật đáng trân trọng không sao đền đáp hết, và thật phấn khởi biết bao khi thấy mọi người vẫn luôn ở bên cạnh trong những hoàn cảnh khó khăn nhất

Qua đây chúng em cũng rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô trong Hội đồng bảo vệ tốt nghiệp để chúng em rút được nhưng bài học và kinh nghiệm trước khi bước vào môi trường làm việc của kĩ sư trong công ty, nhà máy Cuối cùng xin chúc gia đình, người thân, quý thầy cô cùng bạn bè nhiều sức khoẻ và thành công trong mọi công việc Xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Lê Phúc Toàn

Nguyễn Tấn Phúc

LỜI CAM ĐOAN

Kính gửi : - Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng

- Khoa Cơ Khí

Chúng em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án hay công trình nào đã có trước đây Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Sinh viên thực hiện

Lê Phúc Toàn

Nguyễn Tấn Phúc

MỤC LỤC

TÓM TẮT 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

LỜI CẢM ƠN 6

LỜI CAM ĐOAN 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU. 13

1.1 Giới thiệu chung về tự động hóa 13

1.1.1 Tự động hóa là gì 13

1.1.2 Ưu, Nhược điểm 13

1.1.3 Tầm quan trọng trong thực tế 14

1.1.4 Ứng dụng trong thực tế 14

1.2 Giới thiệu về đề tài 16

1.3 Tính cấp thiết của đề tài 17

1.4 Nguyên lý hoạt động 17

1.4.1 Tổng quát 17

1.4.2 Sơ đồ khối 17

1.5 Kết luận 18

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. 19 2.1 Cụm cấp phôi 19

2.1.1 Phương án 1 19

2.1.2 Phương án 2 19

2.1.3 Phương án 3 20

2.2 Cụm phân loại khối lượng 21

2.2.1 Phương án 1: Loadcell và nắp cửa 21

2.2.2 Phương án 2: Loadcell và xi lanh 21

2.3 Cụm phân loại màu sắc 22

2.3.1 Phương án 1: Xylanh khí nén và cảm biến màu 22

2.3.2 Phương án 2: Xử lý ảnh và động cơ bước 22

2.4 Cụm điều khiển 23

2.4.1 Phương án 1: Vi điều khiển Arduino 23

2.4.2 Phương án 2: PLC 24

CHƯƠNG 3: CÁC THÀNH PHẦN KHÁC TRONG HỆ THỐNG.

3.1 Động cơ bước 57HBP Nema 23 25

3.2 Driver TB6600 26

3.3 Động cơ DC 28

3.3.1 Cấu tạo 28

3.3.2 Nguyên lí hoạt động 28

3.3.3 Đặc điểm 29

3.3.4 Ứng dụng 29

3.4 Động cơ Servo 29

3.4.1 Giới thiệu động cơ Servo 29

3.4.2 Cấu tạo động cơ Servo 30

3.4.3 Úng dụng 30

3.5 LCD 16x2 31

3.5.1 Giới thiệu chung 31

3.5.2 Sơ đồ chân 31

3.6 Arduino 32

3.6.1 Giới thiệu Arduino 32

3.6.2 Thông số của Arduino 32

3.6.3 Các chân năng lượng 33

3.7 Cảm biến quang tiệm cận 34

3.7.1 Giới thiệu cảm biến E3F-DS30C4 34

3.7.2 Thông số kỹ thuật 34

3.7.3 Cấu tạo 35

3.7.4 Nguyên lí làm việc 35

3.8 Cảm biến màu TCS3200 36

3.8.1 Giới thiệu cảm biến màu TCS3200 36

3.8.2 Thông số kỹ thuật 36

3.8.3 Nguyên lí hoạt động 36

3.8.4 Sơ đồ chân 37

3.8.5 Lựa chọn bộ lọc 38

3.8.6 Tần số chia tỷ lệ 38

3.9 Loadcell 39

3.9.1 Giới thiệu về cảm biến lực Loadcell 39

3.9.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Loadcell 39

3.9.2.1 Cấu tạo 39

3.9.2.2 Nguyên lý hoạt động 40

3.9.3 Thông số kỹ thuật 41

3.9.4 Phân loại 42

3.9.5 Sơ đồ chân 43

3.9.6 Ứng dụng 43

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 44

4.1 Thiết kế hệ thống cơ khí 44

4.1.1 Cơ cấu cấp táo và phân loại theo khối lượng 44

4.1.1.1 Phễu cấp táo 44

4.1.1.2 Mâm xoay phân loại táo theo khối lượng 45

4.1.2 Cơ cấu băng tải phân loại theo màu sắc 46

4.1.3 Cơ cấu băng tải cấp thùng tự động 47

4.2 Lưu đồ thuật toán 49

4.3 Thiết kế hệ thống điều khiển 51

4.3.1 Các thành phần của hệ thống điều khiển 51

4.3.2 Đấu nối dây 51

4.4 Chương trình điều khiển 54

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Robot trong công nghiệp 15

Hình 1.2: Các nhà máy láp ráp 15

Hình 1.3: Dây chuyền sản xuất C2 16

Hình 1.4: Sơ đồ khối 17

Hình 2.1: Cơ cấu cấp phôi 19

Hình 2.2: Băng tải và xi lanh 20

Hình 2.3: Phễu chóp và xi lanh 20

Hình 2.4: Loadcell và cửa nắp 21

Hình 2.5: Loadcell và xi lanh 21

Hình 2.6: Xylanh khí nén và cảm biến màu 22

Hình 2.7: Camera xử lý ảnh và động cơ bước 23

Hình 2.8: Arduino UNO 23

Hình 2.9: PLC S71200 24

Hình 3.1: Động cơ Nema 23 57x57x112 25

Hình 3.2: Driver TB6600 26

Hình 3.3: Cấu tạo động cơ 1 chiều 28

Hình 3.4: Hình dạng thực tế của động cơ Servo 29

Hình 3.5: Cấu tạo bên trong của động cơ Servo 30

Hình 3.6: Rotbot nhện 6 chân 30

Hình 3.7: Màn hình LCD 16x2 và 20x4 31

Hình 3.8: Module Arduino Nano 32

Hình 3.9: E3F-DS30C4 34

Hình 3.10: Cấu tạo E3F-DS30C4 35

Hình 3.11: Cảm biến màu TCS3200 36

Hình 3.12: Nguyên lí hoạt động TCS3200 37

Hình 3.13: Sơ đồ chân TCS3200 37

Hình 3.14: Cảm biến lực Loadcell 39

Hình 3.15: Nguyên lý hoạt động của Strain gauge 40

Hình 3.16: Cầu điện trở cân bằng Wheatstone 41

Hình 3.17: Một số loại Loadcell phổ biến 42

Hình 3.18: Sơ đồ chân Loadcell 43

Hình 4.1: Hệ thống băng tải phân loại táo 44

Hình 4.2: Phễu cấp táo 44

Hình 4.3: Kích thước phểu cấp táo 45

Hình 4.4: Mâm xoay 45

Hình 4.5: Kích thước mâm xoay 46

Hình 4.6: Băng tải phân loại màu sắc 46

Hình 4.7: Kích thước băng tải phân loại màu sắc 47

Hình 4.8: Băng tải cấp thùng tự động 47

Hình 4.9: Kích thước băng tải cấp thùng tự động 48

Hình 4.10: Chương trình chính 49

Hình 4.11: Chương trình con băng tải 2 50

Hình 4.12: Sơ đồ đấu nối dây 53

MỤC LỤC BẢNG Bảng 3.1: Thông số động cơ 57HBP112AL4 26

Bảng 3.2: Thiết lập Driver TB6600 27

Bảng 3.3: Sơ đồ chân LCD 31

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu chung về tự động hóa

Ngày nay, nhu cầu thị hiếu con người ngày càng cao, yêu cầu về số lượng và chất lượng của các sản phẩm xã hội cũng không ngừng tăng Điều đó đòi hỏi các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp ngày càng hiện đại, có mức độ tự động hóa ngày càng cao với việc sử dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại có trợ giúp của máy tính Phải khẳng định rằng, hệ thống điều khiển và tự động hóa có mặt trong mọi dây chuyền sản xuất của tất cả các ngành kinh tế

1.1.1 Tự động hóa là gì

Tự động hóa là một ngành công nghệ liên quan đến việc ứng dụng các kỹ thuật

cơ khí hiện đại, kỹ thuật điều khiển và kỹ thuật máy tính vào việc vận hành và điều khiển quá trình sản xuất

Công việc tưởng chừng rất đơn điệu và nhàm chán, chạy qua chạy lại những vòng quay của một dây chuyền sản xuất? Không hẳn vậy! Công việc còn có thể là vận hành thiết bị tự động cho một dây chuyền sản xuất như: nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy bia, cung cấp lắp đặt thiết bị hạ tầng tự động…

1.1.2 Ưu, Nhược điểm

Ưu điểm:

+ Tự động hóa góp phần vô cùng lớn trong việc tăng năng suất, thông lượng + Cải thiện chất lượng, tăng khả năng dự báo về chất lượng

+ Cải thiện quy trình sản phẩm, tăng tính nhất quán của đầu ra

+ Giảm chi phí nhân công trực tiếp và chi phí nhân lực

Nhược điểm:

+ Một hệ thống tự động hóa có thể có một mức giới hạn của trí thông minh, và

vì thế dễ bị phạm lỗi bên ngoài phạm vi Việc này dẫn đến các mối đe dọa an ninh + Vận hành phức tạp, đòi hỏi có chuyên môn và am hiểu sâu rộng về các thiết

bị Từ việc lắp đặt, lập trình hay cài các thông số của hệ thống đều cần những chuyên gia thực hiện mới có thể đảm bảo được sự chính xác, an toàn Bảo trì hay sửa chữa cũng cần phải được tiến hành cẩn thận Bên cạnh đó thì cũng có những thiết bị sử dụng rất dễ dàng, đơn giản

+ Các nghiên cứu và phát triển chi phí của tự động hoá một quá trình có thể vượt quá chi phí tiết kiệm bằng cách tự động hóa bản thân

+ Chi phí ban đầu cao: Việc tự động hóa của một sản phẩm hoặc thực vật thường đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí đơn vị sản phẩm, mặc dù chi phí

tự động hóa có thể được lan truyền trong nhiều sản phẩm và thời gian

số tiền một lần ra lợi nhuận của nó

Cùng với tất cả những điều này, lợi thế quan trọng của tự động hóa là để nâng cao năng suất của công ty Một ngành công nghiệp, có cài đặt các máy tự động trong quá trình sản xuất của nó, rõ ràng là đã đưa ra một quyết định thông minh Lý do là

nó thường được quan sát thấy rằng tự động hóa của bất kỳ quá trình sản xuất cải thiện năng suất phần lớn Do đó, tự động hóa của nền văn hóa làm việc trong một công ty cụ thể, công ty có thể tăng tiềm năng của nó và kiếm được nhiều hơn bằng cách đầu tư ít hơn

1.1.4 Ứng dụng trong thực tế

Tự động hóa công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống điều khiển, ví dụ máy tính hay rô-bốt, cùng với công nghệ thông tin để xử lý các quy trình và hoạt động máy móc trong sản xuất Thông thường, từ trước đến nay, các công việc này vẫn do con người làm thủ công Nó chính là bước thứ hai sau phần cơ giới hóa trong quá trình hiện đại hóa công nghiệp

Hình 1.1: Robot trong công nghiệp

Tự động hóa đã đạt được nhiều thành tựu và được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực khác nhau Bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, y tế, nông nghiệp, điện, điện

tử và máy tính, hoặc thường là kết hợp nhiều lĩnh vực trong một Chẳng hạn như điều khiển tự động các hệ thống xylanh thủy lực, xy lanh kẹp quay trong các đồ gá chuyên dụng để phục vụ gia công, lắp ráp

Tự động hóa sản xuất hiểu đơn giản là công nghệ trong đó một quy trình hoặc công đoạn được thực hiện nhờ sự tham gia tối đa của máy tự động, robot và sự xuất hiện cũng như can thiệp tối thiểu của con người Được sử dụng trong gia công cơ khí, dây chuyền lắp ráp ô tô, lắp ráp xe máy tự động cũng như các ứng dụng kiểm tra, QC Tự động hóa và điều khiển được tích hợp các hệ thống điều khiển (PLC, VDK, mạch điện tử, G code…) cho các thiết bị trong dây chuyền theo ý đồ của người thiết kế

Hình 1.2: Các nhà máy láp ráp

Các thông số trước, trong và sau mỗi công đoạn đều được lên kịch bản thực hiện

và kiểm soát các rủi ro Bao gồm kiểm soát các thông số nhiệt độ, áp suất của các

cơ cấu, máy móc, sản phẩm Phản hồi nhanh chóng về bộ phận kiểm soát và điều

chỉnh cho phù hợp với yêu cầu đã đặt trước

Hình 1.3: Dây chuyền sản xuất C2

1.2 Giới thiệu về đề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện

tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng

Hiện nay đất nước ta đang trong sự phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn về chất lượng mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dáng, kích thước, trọng lượng, màu sắc, Hiểu biết được những vấn đề trên, chúng em đã cân nhắc để đưa ra quyết định thực hiện đề

tài “ Phân loại táo theo màu sắc và khối lượng trên băng tải ” nhằm giảm chi

phí nhân công cũng như rút ngắn tối đa thời gian đem lại năng suất cao cho người trồng táo trong giai đoạn thu hoạch

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

Trong nền kinh tế hiện nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất và đời sống ngày càng phổ biến Nhưng các ứng dụng sáng tạo và khoa học kỹ thuật thường chỉ áp dụng được cho những nhà máy có mô hình sản xuất tiên tiến với quy

mô kinh doanh lớn Tuy nhiên, tại những những nhà máy nhỏ, hộ gia đình ở nông thôn vẫn còn sản xuất theo mô hình thủ công, chủ yếu dựa vào sức người là chính

Do đó, đề tài chúng em nghiên cứu: “ Phân loại táo theo màu sắc và khối

lượng trên băng tải” nhằm đưa việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào mô hình sản

xuất thô sơ tại địa phương, các mô hình sản xuất nhỏ Đối tượng chính chúng em muốn phục vụ đó là người nông dân trồng táo Hệ thống phân loại táo này sẽ giảm bớt chi phí, thời gian, sức lưc, nâng cao năng suất làm việc đông thời có thể phân loại đặc tính và trọng lượng táo chính xác hơn nhiều so với việc sử dụng nhân công Với đề tài này, chúng em mong muốn sẽ góp một phần nhỏ vào công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn Việt Nam, đem lại những lợi ích lâu dài cho người dân

1.4 Nguyên lý hoạt động

1.4.1 Tổng quát

Sản phẩm được cấp tự động bằng phểu vào phần cân khối lượng (dùng loadcell)

để chọn ra những sản phẩm đạt tiêu chuẩn tiếp theo truyền qua băng tải bằng cơ cấu gạt (dùng động cơ bước) để đi đến phân loại theo màu và dùng cơ cấu gạt (dùng DC servo) đưa sản phẩm đến hệ thống thùng chứa (thùng chứa được cấp tự động bằng băng tải).

1.4.2 Sơ đồ khối.

Hình 1.4: Sơ đồ khối

Thùng chứa Cấp thùng

Khối cấp phôi: Sử dụng phễu để đưa sản phẩm vào nơi bắt đầu phân loại

Khối phân loại khối lượng: Đánh giá tiêu chuẩn về khối lượng của sản phẩm Khối phân loại màu sắc: Phân chia màu sắc của sản phẩm vào thùng chứa

tự động Hiểu đơn giản hơn, tự động hóa chính là việc làm cho các thiết bị, công cụ

có khả năng tự hoạt động mà không có sự điều khiển, tác động trực tiếp của con người

Nói về mặt từ ngữ, “tự động” chính là một hệ thống, bộ phận máy móc, thiết bị, dụng cụ nào đó có khả năng tự hoạt động mà không cần có sự điều khiển trực tiếp của con người “Hóa” ở đây nghĩa là biến hóa làm thay đổi một hệ thống/ bộ phận máy móc, thiết bị, công cụ, dụng cụ nào đấy

2 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

+ Số lượng sản phẩm được cho vào phễu bị hạn chế

Hình 2.1: Cơ cấu cấp phôi

Nhược điểm:

+ Độ chính xác không cao do không khí chịu nén không ổn định

+ Hiệu suất không cao

+ Khó phân luồng sản phẩm, chiếm diện tích

Hình 2.2: Băng tải và xi lanh

+ Hiệu suất không cao

+ Khó phân luồng sản phẩm, chiếm diện tích

Hình 2.3: Phễu chóp và xi lanh

2.2 Cụm phân loại khối lượng

2.2.1 Phương án 1: Loadcell và nắp cửa

Ưu điểm:

+ Hiệu suất cao

+ Gía thành rẽ, dễ dàng điều khiển

Kết luận chọn phương án: Loadcell và nắp cửa

2.3 Cụm phân loại màu sắc

2.3.1 Phương án 1: Xylanh khí nén và cảm biến màu

Hình 2.6: Xylanh khí nén và cảm biến màu

2.3.2 Phương án 2: Xử lý ảnh và động cơ bước

Ưu điểm:

+ Phân loại được đa dạng màu sắc

+ Nhận dạng được nhiều hình dạng khác nhau

Nhược điểm:

+ Giá thành cao

+ Phức tạp lập trình điều khiển

+ Dễ nhiễu do nguồn ánh sáng ngoài

Hình 2.7: Camera xử lý ảnh và động cơ bước

Kết luận chọn phương án: Xylanh khí nén và cảm biến màu

3 CHƯƠNG 3: CÁC THÀNH PHẦN KHÁC TRONG HỆ THỐNG

3.1 Động cơ bước 57HBP Nema 23

Khối lượng lớn nhất nhất mà động cơ làm việc là tải 4 quả táo cùng lúc => Khối lượng lớn nhất của mỗi quả táo là 500g vậy khối lượng lớn nhất mà động cơ phải tác động là 2kg

Từ phương trình mômen theo thời gian đã xác lập phần tĩnh học ta tìm được mômen lớn nhất trên động cơ là:

- Dải mô-men xoắn từ 2 - 2.8Nm (tương đương lực kéo 20kg/cm-28kg/cm)

- Chạy êm, ổn định, chịu được dòng quá tải tới 30% dòng danh định

- Mô-men xoắn lớn ngay ở dải tốc độ 800-1200 vòng/phút

- Độ chính xác cao

- Động cơ được thiết kế, kiểm tra và thử nghiệm với chế độ nghiêm ngặt nhất trước khi xuất xưởng để đảm bảo chất lượng là cao nhất trước khi tới tay khách hàng

Bảng 3.1: Thông số động cơ 57HBP112AL4

3.2 Driver TB6600

Mạch điều khiển động cơ bước TB6600 4.0A ~ 42 VDC sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC Ứng dụng trong làm máy như CNC, Laser hay các máy tự động khác

Hình 3.2: Driver TB6600

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

+ Nguồn đầu vào là 9V – 42V

+ Dòng cấp tối đa là 4A

+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao

+ Có tích hợp đo quá dòng quá áp

+ Khối lượng: 200g

+ Kích thước: 96 * 71 * 37mm

Cài đặt và ghép nối:

DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC

DC- : Điện áp (-) âm của nguồn

A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước

B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ

PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600

PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600

DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600

DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600

ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực

3.3 Động cơ DC

3.3.1 Cấu tạo

Hình 3.3: Cấu tạo động cơ 1 chiều

Phần tĩnh (Stator):

Trong các động cơ công suất nhỏ cực từ chính là nam châm vĩnh cửu

Trong các động cơ công suất trung bình và lớn cực từ là nam châm điện

Phần quay (Rotor):

Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại với nhau Trên lõi thép có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng

Cuộn dây phần ứng: gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một quy luật nhất định quấn trên lõi thép.Cơ cấu chổi than tiếp xúc với cổ góp: đưa dòng điện vào cuộn dây phần ứng, đảo chiều dòng điện trong khi rotor quay liên tục

Chỗi than làm bằng than graphit, được cố định trên giá chổi than và tỳ chặt vào

cổ góp nhờ lò xo

3.3.2 Nguyên lí hoạt động

Khi cho điện áp môt chiều U vào 2 chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư Các cuộn dây dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực từ Ft làm cho rotor quay

Khi rotor quay được nữa vòng, bộ cổ góp điện sẽ làm đảo chiều dòng điện giúp

3.3.3 Đặc điểm

- Ưu điểm:

+ Quán tính cơ nhỏ, dễ điều chỉnh liên tục tốc độ quay trong một khoảng rộng,

có khả năng quá tải, đảo chiều quay dễ dàng

+ Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ, mạch điều khiển đơn giản, giá rẻ + Có thể dùng làm động cơ hay máy phát điện trong điều kiện làm việc khác nhau

- Nhược điểm:

+ Hệ thống chổi than cổ góp vận hành kém tin cậy và không an toàn trong môi trường rung chấn, tuổi thọ động cơ không cao, phải bảo dưỡng định kì thường xuyên,

dễ phát tia lửa nên không thể làm việc ở gần những nơi có khí gas hầm lò

+ Công suất thường thấp, công suất cao thì cồng kềnh đắt tiền

3.3.4 Ứng dụng

Động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi có yêu cầu momen mở máy lớn hoặc điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng Sử dụng trong các hệ truyền động thường xuyên hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều

Một số ứng dụng như: băng tải, thang máy, xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền, trong các hệ thống cơ điện tử, robot…

3.4 Động cơ Servo

3.4.1 Giới thiệu động cơ Servo

Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt Không giống như động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển (bằng xung PWM) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0o - 180o Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau

Hình 3.4: Hình dạng thực tế của động cơ Servo

3.4.2 Cấu tạo động cơ Servo

Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác

Hình 3.5: Cấu tạo bên trong của động cơ Servo