assignment môn học robot công nghiệp robot gắp hàng 4 bậc tự do

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.41 MB, 57 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNIC CƠ SỞ CẦN THƠ </b>

<b>ASSIGNMENT MÔN HỌC ROBOT CÔNG NGHIỆP </b>

<b>ROBOT GẮP HÀNG 4 BẬC TỰ DO </b>

<b>Cần Thơ, tháng 03 năm 2023 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Dự án “Cánh tay gắp hàng 4 bậc tự do” được nhóm chúng tơi nghiên cứu trong mơn học ROBOT CƠNG NGHIỆP, chuyên ngành CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA, trường cao đẳng FPT POLYTECHNIC Cần Thơ.

Để hoàn thành dự án này, ngoài sự nỗ lực của tồn nhóm, chúng tơi cịn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ phía nhà trường, cán bộ hướng dẫn, gia đình và bạn bè. Tơi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:

Thầy Phan Nguyên Khải, giảng viên hướng dẫn môn học ROBOT CƠNG NGHIỆP, bộ mơn TỰ ĐỘNG HĨA, Trường cao đẳng FPT POLYTECHNIC Cần Thơ đã tận tình trong suốt quá trình định hướng dự án và hướng dẫn dự án.

Trường cao đẳng FPT POLYTECHNIC Cần thơ đã tạo điều kiện cho chúng tôi học tập, nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho chúng tơi hồn thành dự án thành công tốt đẹp.

Cuối cùng chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và tất cả bạn bè đã luôn ở bên, ủng hộ tôi để hồn thành dự án.

Chúng tơi xin chân thành cảm ơn!

<i>Cần Thơ, ngày 15 tháng 7 năm 2023 </i>

Nhóm 1

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Tự động hố q trình cơng nghệ

Chúng tơi xin cam đoan, dự án là cơng trình nghiên cứu có hỗ trợ từ giảng viên hướng dẫn là thầy Phan Nguyên Khải cùng các thành viên trong nhóm nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu trong dự khơng sao chép bất kỳ cơng trình nghiên cứu của người khác. Ngồi ra, tài liệu cịn sử dụng thơng tin, hình vẽ, số liệu được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau được chỉ rõ ở phần tài liệu tham khảo. Nếu có bất kỳ sự gian lận nào, tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước hội đồng nhà trường cũng như kết quả của dự án này.

<i> Cần thơ, ngày 15 tháng 7 năm 2023 </i>

Nhóm 1

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

iii

Tự động hoá q trình cơng nghệ

<b>NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Tự động hoá q trình cơng nghệ

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

1.3 Phân loại robot. ...2

1.3.1. Theo không gian làm việc ...3

1.3.2. Phân loại robot công nghiệp theo thế hệ. ...5

1.3.3 Phân loại theo điều khiển ...8

1.3.4.Phân loại robot theo nguồn dẫn động ...9

1.3.5.Phân theo tính năng robot ...11

1.4 Cánh tay robot trong công nghiệp ...13

1.4.1 Cấu tạo của cánh tay robot ...13

1.4.2. Một vài ứng dụng cánh tay robot ...14

1.4.3 Lợi ích của cánh tay robot cơng nghiệp ...17

1.4.4. Quy trình lắp đặt cánh tay robot ...18

1.4.5. Những lưu ý khi lựa chọn cánh tay robot cơng nghiệp ...19

1.2.1 Tìm hiểu về các linh kiện. ...20

1.2.2 Tìm hiểu về động cơ bước (Step motor Nema 17) ...21

<b>2.2.0 Sơ đồ chân... Error! Bookmark not defined.1.2.3 Bộ Nguồn tổ ong 24V ...22 </b>

<b>2.2.3 Bộ nguồn 24VDC ... Error! Bookmark not defined.</b>1.2.4 Mạch điều khiển động cơ bước TB6600. ...22

<b>2.2.4 TB6600. ... Error! Bookmark not defined.1.2.5 PLC S7-1200 ...24 </b>

<b>2.2.5 S7-1200 1214C DC/DC/DC. ... Error! Bookmark not defined.</b>1.2.6 Cảm biến vật cản hồng ngoại. ... 26

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Tự động hố q trình cơng nghệ

2.2.6 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN...26

2.3.1 Các thành phần của sơ đồ khối ...37

2.4 Sơ đồ đấu dây. ...38

2.4 Lưu đồ thuật tốn ...39

2.5 Phương pháp lập trình điều khiển ...39

Chương 3 Thi công sản phẩm. ... 41

3.1 Q trình thi cơng...41

3.2 Sản phẩm hồn thiện ...43

Chương 4 Đánh giá và tổng kết... 45

4.1 Đánh giá sản phẩm ...45

4.2 Tổng kết môn học...45

4.3 Nâng cấp và ứng dụng công nghiệp ...45

Nguồn tham khảo ... 46

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

vii

Tự động hoá quá trình cơng nghệ

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Tự động hố q trình cơng nghệ

<b> Trang </b>

<i>Hình 1 Nhân viên xếp hàng và phân loại hàng hóa trong cơng nghiệp. ...2</i>

<i>Hình 2 Robot tọa đọa vng góc ...3</i>

<i>Hình 8 Robot theo đường dẫn. ...9</i>

<i>Hình 9 Robot dùng nguồn điện ...10</i>

<i>Hình 10 Robot dùng khí nén-thủy lực. ...11</i>

<i>Hình 11 Robot di chuyển ...11</i>

<i>Hình 12 Robot tay máy ...12</i>

<i>Hình 13 Robot điều khiển ...12</i>

<i>Hình 14 Cấu tạo phần cứng của cánh tay robot công nghiệp bao gồm: Chân trục, vai, cánh tay trên, khuỷu tay, cánh tay, cổ tay và tay gắp ...14</i>

<i>Hình 15 Robot xếp chồng hàng hóa lên pallet ...15</i>

<i>Hình 20 Tay máy robot trong chế tạo ơ tơ ...19</i>

<i>Hình 21 Sơ đồ chân step motor ...21</i>

<i>Hình 22 Bộ nguồn 24VDC ...22</i>

<i>Hình 25Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN. ...26</i>

<i>Hình 26 Cơng tắc hành trình 3 chân kiểu địn. ...27</i>

<i>Hình 27 Relay trung gian ...28</i>

<i>Hình 35 Lưu đồ giải thuật hệ thống đơn giản. ...39</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Tự động hố q trình cơng nghệ

<i>Hình 38 Mơ hình hồn thiện của nhóm. ...44</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Tự động hoá quá trình cơng nghệ

<b>MỞ ĐẦU Tính cấp thiết: </b>

Cánh tay robot 4 bậc tự do là một trong những mô hình cánh tay robot được thiết kế và xây dựng để đáp ứng u cầu tự động hóa trong cơng nghiệp,… Với hiệu quả rất lớn mang lại trong thực tiễn phục vụ cho các nhu cầu, nhiệm vụ mà con người khó làm được trong cơng nghiệp. Cụ thể trong dự án này, nhóm sẽ ứng dụng cho cánh tay robot 4 bậc tự do trong việc sắp xếp hàng hóa.

Mơ hình tự động hóa này nhóm đã ấp ủ từ lâu thông qua các dự án trước“ đếm sản phẩm” và“ đóng thùng sản phẩm” các nhược từ dự án trước như các sản phẩm không sắp xếp một cách thứ tự trong thùng. Chính vì vậy, việc ứng dụng cánh tay robot 4 bậc tự do này giúp nhóm khắc phục được nhược điểm trên.

<b>Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: </b>

Mặc dù, nhiệm vụ sắp hàng hóa vào thùng ngay ngắn một người bình thường vẫn làm được nhưng những việc lập đi, lập lại nhiều lần hay hàng hóa q lớn thì khơng thể một người bình thường làm được. Với sự ưu việt của robot như: có thể hoạt động 24/24 giờ một ngày, hoạt động chính xác khơng sảy ra lỗi thì sẽ tăng năng xuất sản xuất là rất lớn.

Với lượng kiến thức được trang bị cũng như chúng tôi tham khảo được, việc thiết kế, chế tạo ra cánh tay robot này. So sánh với các robot ngoại nhập biết đâu sẽ hạ được giá thành cũng như đưa tự động hóa gần gũi con người hơn.

<b>Đối tượng nghiên cứu: </b>

Đối tượng nghiên cứu của dự án là mơ hình cánh tay robot 4 bậc tự do, thiết kế và chế tạo ra hệ thống ứng dụng cho chúng, lập trình điều khiển cánh tay qua PLC S7 1200 CPU 1214 DC/DC/DC.

<b>Nội dung nghiên cứu: </b>

Các nội dung nghiên cứu được thực hiện trong dự án bao gồm:

- Nghiên cứu, xây dựng mơ hình 3D bằng auto cad cho ánh tay robot 4 bậc tự do.

- Thiết kế hệ thống băng tải đáp ứng.

- Thiết kế hệ thống điện cho cánh tay và hệ thống một cách khoa học. - Nghiên cứu, lập trình điều khiển cánh tay bằng ngôn ngữ LADER trên

PLC S7 1200.

- Đo kiểm và đánh giá hoạt động của cánh tay trên hệ thống của nhóm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Tự động hố q trình cơng nghệ

<b>CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về xây dựng mơ hình </b>

Với mục đích thay thế nhân cơng trong qui trình sắp xếp hàng hóa vào thùng như hình 1.1 bằng một phương pháp nhanh chóng và chính xác hơn đáp úng được nhu cầu sản lượng của doanh nghiệp đồng thời tiết kiệm được nhân lực. Mơ hình cánh tay robot là một thay thế hoàn hảo. Cụ thể, dự án này robot sẽ sắp xếp hàng hóa vào thùng một cánh chính xác và nhanh chóng và đạt được cơng suất rất lớn.

Trong cơng nghiệp các hóa hóa khơng đơn giản là nhỏ, vừa mà một người có thể khiêng, vác dễ dàng (Bao thức ăn, các chi tiết cơ khí,…) nhưng máy móc sẽ làm điều đó dễ dàng và chính xác. Để robot có thể xác nhận được vật thể chúng ta cần dùng những cảm biến tiệm cận trên băng tải.

<b>1.2 Tổng quan robot. </b>

Khái niệm robot đã được các nhà khoa học đưa ra nhiều cách định nghĩa khác nhau nhưng tổng kết lại thì điểm thống nhất của các khái niệm này là đặc điểm “Điều khiển theo chương trình”. Các robot xuất hiện ban đầu dưới dạng đơn giản như các tay máy cơng nghiệp và sau đó phát triển bùng nổ ra nhiều dạng khác nhau để phục vụ nhiều mục đích của người sử dụng. Robot được phát triển không chỉ về mặt đa dạng về cấu trúc mà còn được phát triển cả về mặt điều khiển, hiện nay các nhà khoa học sáng tạo ra được cả những loại robot có khả năng “Suy nghĩ” và có cảm xúc như con người.

<b>1.3 Phân loại robot. </b>

<i>Hình 1 Nhân viên xếp hàng và phân loại hàng hóa trong công nghiệp. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 43</span><div class="page_container" data-page="43">

Nút nhấn dừng khẩn cấp hay còn gọi là Emergency Stop

<b>Button, hay Emergency Stop. Là loại nút nhấn được sử dụng dừng máy </b>

trong các trường hợp khẩn cấp, nhờ thiết kế đầu nút lớn, trong trường hợp khẩn cấp có thể tác động dễ dàng, khi bị tác động thì nút nhấn dừng khẩn cấp duy trì trạng thái, muốn trở lại ban đầu thì phải xoay nút nhấn.

Thơng thường tiếp điểm sử dụng là tiếp điểm thường đóng, có nghĩa là lúc nào điện cũng sẽ qua tiếp điểm để cho máy hoạt động. Khi được tác động thì sẽ ngắt điện ra.

Nút nhấn dừng khẩn cấp được sử dụng nhiều trên các dây chuyền máy móc và được mắc nối tiếp với nhau, đặt nhiều vị trí trên dây chuyền máy để chổ nào cũng có thể ngừng máy trong trường hợp khẩn cấp.

-Nút nhấn khẩn cấp lắp ghép gồm ba bộ phận rời ghép lại với nhau, đầu nút được thiết kế cho lỗ phi 22, ngồi ra cịn có vịng chuyển đổi khi sử dụng cho lỗ phi 25 mm và phi 30 mm. Ngoài ra đầu nút được thiết kế kín nước đạt tiêu chuẩn IP65, đủ để sử dụng trong mơi trường có nước thường xun rơi vào.

</div><span class="text_page_counter">Trang 44</span><div class="page_container" data-page="44">

Tự động hố q trình công nghệ

-Cụm tiếp điểm được trang bị hai tiếp điểm thường đóng và thường mở, ngồi ra ta cũng có thể chọn 2 NO, 2 NC, 1NO, 1NC, nếu cịn nhu cầu nhiêu hơn thì có thể gắn thêm cụm tiếp điểm khác bao nhiêu cũng được. Sử dụng điện áp lên đến 500VAC.

-Nhiệt độ hoạt động -20-70 độ C, tiếp điểm bằng đồng.

<b>Nguyên lý hoạt động của nút nhấn dừng khẩn cấp </b>

Nút nhấn dừng khẩn cấp là loại nút có thiết kế đầu nút lớn giống hình tán nấm, trong trường hợp khẩn cấp có thể tác động dễ dàng, khi bị tác động thì nút nhấn dừng khẩn cấp duy trì trạng thái, muốn trở lại ban đầu thì phải xoay tán nấm.

Thơng thường tiếp điểm sử dụng là tiếp điểm thường đóng, có nghĩa là lúc nào điện cũng qua tiếp điểm để cho máy hoạt động.

Khi được tác động thì sẽ ngắt điện ra.

<b>Thông số kỹ thuật nút nhấn khẩn cấp, Nút dừng khẩn cấp , nút Stop button </b>

– Điện áp: (điện áp tối đa): 600V – Dòng: (dịng điện tối đa): 10A – Đường kính ren gắn tủ: 22 mm – Tiếp điểm NO, NC

– Nhiệt độ hoạt động: -25~70 độ C. – Chất liệu: nhựa, kim loại.

</div><span class="text_page_counter">Trang 45</span><div class="page_container" data-page="45">

Tích hợp Mosfet đóng ngắt tần số cao.Maximum Duty Cycle: 100%Minimum Drop Out: 0.3VDCNhiệt độ làm việc: -40 ~ 125 độ CKích thước: 54 x 23 x 18mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 46</span><div class="page_container" data-page="46">

Tự động hố q trình cơng nghệ

<b>CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SẢN PHẨM 2.1 Robot sẽ sử dụng </b>

Sau nhiều lần khảo sát và phân tích về khả năng của nhóm thì nhóm quyết định chọn cánh tay robot 4 bậc tự do.

<i>Hình 31 Hình dạng 3D cánh tay robot 4 bậc tự do </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 47</span><div class="page_container" data-page="47">

Tự động hố q trình cơng nghệ

Robot có cấu tạo từ:

<i>Hình 32 Linh kiện robot. </i>

Thứ hai, cánh tay rẻ tiền phù hợp với dự án sinh viên. Thứ ba, robot dễ nghiên cứu và phát triển. Thứ 4, Robot dễ kết hợp với nhiều robot khác. Thứ 5, Robot có thể dùng nhiều tay gắp khác nhau.

<b>2.2 Hệ thống nhóm ứng dụng. </b>

Các chi tiết 3D trục khác:

</div><span class="text_page_counter">Trang 48</span><div class="page_container" data-page="48">

Tự động hố q trình cơng nghệ

Với khả năng gắp, thả vật trong khơng gian nên nhóm đã quyết định làm đề tài “Hệ thống sắp xếp sản phẩm vào thùng”.

Hệ thống sẽ cấu tạo từ 2 băng tải có chức năng di chuyển sản phẩm và thùng chứa. Nhiệm vụ của robot sẽ gắp sản phẩm từ băng tải sản phẩm sang thùng bên băng tải thùng sao cho thứ tự và ngay ngăn theo số sản phẩm trên một thùng mà người dùng cần cài đặt.

Sơ đồ khối hệ thống bao gồm:

+ Khối nguồn: Chức năng cung cấp nguồn điện cho hệ thống + Khối điều khiển và hiện thị: Hiện thị chức trạng thái và điều khiển 2 chiều.

+ Khối cảm biến: Nhận biết các vị trí sản phẩm cũng như cánh tay đang ở ví trí nào.

+ Khối xử lý: Là trung tâm xử lí dự liệu đầu vào để xuất giá trị đầu ra hiệu quả.

+ Khối tải: Là khối chịu sự điều khiển khối xử lý.

<b>2.3.1 Các thành phần của sơ đồ khối </b>

Các thành phàn của sơ đồ khối:

</div><span class="text_page_counter">Trang 49</span><div class="page_container" data-page="49">

Tự động hoá q trình cơng nghệ

Khối nguồn: Được lấy từ nguồn 220VAC từ lưới điện và nguồn 24VDC được hạ áp thông qua bộ nguồn tổ ong

Khối cảm biến: Gồm 2 loại cảm biến là cảm biến tiệm cận dùng để nhận diện vật thể gần(thùng, sản phẩm), cảm biến hành trình dùng để biết vị trí của cánh tay robot đã về vị trí gốc.

Khối điều khiển và hiện thị: Có hai loại điều khiển và điều khiển bằng nút bấm và điều khiển trên màn hình HMI, hiện thị dùng để hiện thị trạng thái cánh tay robot và thông số ủa hệ thống (Số thùng đã nhận, số sản phẩm đang trong thùng,…).

Khối điều khiển: Dùng PLC S7 1200 CPU 1214 dc/dc/dc để điều khiển

Khối tải: Bao gồm cánh tay robot sử dung step motor (Số lượng 3 cái) và 2 băng tải sử dụng DC motor.

- Sử dụng nguồn điện lưới 22VAC sau đó hạ áp xuống 24VDC để cấp cho PLC và các step drive, động cơ. Ngoài ra, nguồn 24VDC hạ áp 12VDC cấp cho motor DC hoạt động ở 12VDC.

- Đầu vào của PLC bao gồm: 2 nút bấm thường hở, 1 nút dừng khẩn cấp, 3 công tắc hành trình, 2 cảm biến hồng ngoại. Đấu theo thứ tự I0.0 đến I0.7.

- Đầu ra của PLC bao gồm: 3 step drive và 2 động cơ băng tải. step drive nhận một cặp ngõ ra PLC(1 chân tốc độ, 1 chân chiều step motor).

</div><span class="text_page_counter">Trang 50</span><div class="page_container" data-page="50">

Tự động hố q trình cơng nghệ

Ngồi ra cịn 2 chân kích relay trung gian cho băng tải chạy. Đấu theo thứ tự từ Q0.0 Q 0.7.

<b>2.4 Lưu đồ thuật tốn </b>

Để có thể chạy được thì chúng ta cần lên lưu đồ thuật tốn để dễ dàng lập trình.

Thuật tốn gồm 2 điều kiện so sánh:

Điều kiện 1: Nhận tín hiệu kết thúc hay hết giá trị đầu vào (giá trị đầu vào là số sản phẩm trong 1 thùng, trạng thán nút stop) thì kết thúc q trình nếu khơng sẽ do người dùng nạp giá trị đầu vào(số sản phẩm trong 1 thùng (1-4 sản phẩm.

Điều kiện 2: Sau khi xong bước nạp giá trị đầu vào (số sản phẩm trong 1 thùng) thì sẽ so sánh điều kiện số sản phẩm trong thùng (số sản phẩm thực tế trong thùng) và số sản phẩm đủ trong thùng(số sản phẩm người dùng cài đặt) khi đủ điều kiện thì hệ thống sẽ ngưng quá trình so sánh ngược lại sẽ tiếp tục thực hiện cho hệ thống robot gắp (Lưu đồ thuật toán của cánh tay phức tạp nhóm chưa thực hiện được) trong q trình thực hiện gắp khi kết thúc 1 qui trình gắp sẽ cộng 1 giá trị sản phẩm trong một thùng lên 1 và quay lại so sánh giá trị trong thùng đã bằng giá trị đủ trong thùng chưa.

<b>2.5 Phương pháp lập trình điều khiển </b>

<i>Hình 35 Lưu đồ giải thuật hệ thống đơn giản. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 51</span><div class="page_container" data-page="51">

Tự động hố q trình cơng nghệ

Sau khi lập được lưu đồ thuật tốn nhóm dễ dàng hơn trong quá trình lập trình điều kiện.

Lập trình ladder trên phần mềm TIA portal khơng cịn xa lạ gì với nhóm nữa. Để điều khiển cánh tay robot(sử dụng step motor) nhóm sử dụng phương pháp xuất xung tốc độ cao để điều khiển step motor trên cánh robot( sử dụng các khối lệnh như:MC_power khởi tạo step motor, MC_Home gọi về vị trí gốc, MC_MoveJog quay thuận, nghịch thông qua nút bấm, MC_MoveRelative để điều động cơ đến giá trị tuyệt đối) bằng cách đó kết hợp hợp với khối Move BLK để gắn giá trị vào khối MC_Relative. Dùng lệnh couter để đếm các sản phẩm và thùng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 52</span><div class="page_container" data-page="52">