GIỚI THIỆU
Giới thiệu cánh tay robot
Robot không chỉ là hình ảnh của trí thông minh nhân tạo giúp việc nhà hay chăm sóc người già, mà còn đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp và sản xuất hiện đại Sự xuất hiện ngày càng nhiều của robot trong các nhà máy và công xưởng trên toàn thế giới, đặc biệt là cánh tay robot, cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ này trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất và lắp ráp.
Cánh tay robot, hay còn gọi là arm robot, là một thiết bị cơ học được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ tương tự như cánh tay người Chúng thường được sử dụng trong quy trình sản xuất công nghiệp, với thiết kế linh hoạt và khả năng thao tác nhanh nhẹn, tỉ mỉ, có thể hoàn thiện cả những chi tiết nhỏ nhất của sản phẩm Cánh tay robot hoạt động thông qua các khớp cho phép chuyển động quay hoặc dịch chuyển tịnh tiến, và nhiều mẫu còn được lập trình để mô phỏng chính xác các chuyển động của cánh tay con người, phục vụ cho các ứng dụng chế tạo và sản xuất.
* Top 10 thương hiệu sản xuất robot nổi tiếng hàng đầu thế giới
Thương hiệu Số robot đã bán
Doanh thu Một số sản phẩm
IRB910SC, IRB8700, https://new.abb com/vn/about/ abb-in-vietnam
MPX1050, AR2010,… http://yaskawa- global.com/
KR1000 titan, KR120 R3200 https://www.ku ka.com/
M16i https://www.fa nuc.com/
T3, C8 https://epson.c om/industrial- robots-factory-
TX2 https://www.st aubli.com/en/r obotics/
~26,13 tỷ Yên https://www.na chi- fujikoshi.co.jp/ eng/rob/index. html
1:10 comau https://www.co mau.com/
352,8 tỷ Yên (bao gồm các lĩnh vực khác)
TM series https://web.om ron- ap.com/hq/coll aborativerobot- overview/
Bảng 1 1 Top 10 thương hiệu sản xuất cánh tay robot nổi tiếng nhất
Những loại cánh tay robot thông dụng
❖ Cánh tay robot sử dụng khí nén
Cánh tay robot khí nén rất hữu ích cho các ứng dụng lặp đi lặp lại hoặc trong môi trường nguy hiểm, độc hại cho con người Thiết bị này thường được sử dụng trong lĩnh vực hàn và các dây chuyền lắp ráp, giúp tăng hiệu quả và giảm rủi ro cho người lao động.
Một cánh tay robot khí nén cần máy nén khí để hoạt động hiệu quả Khí nén được lưu trữ và sau đó đi qua hệ thống van điều khiển, dẫn đến các cơ cấu chấp hành sử dụng khí nén để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau.
Khi cánh tay robot nhận tín hiệu từ nút nhấn, công tắc hoặc lệnh lập trình, nó sẽ tiến hành xử lý thông tin đầu vào Sau đó, các cơ cấu chấp hành như xilanh và động cơ sẽ hoạt động theo lệnh đã được cài đặt trước đó Ưu điểm của hệ thống này là khả năng tự động hóa và chính xác trong việc thực hiện các nhiệm vụ.
– Rủi ro thấp, an toàn cao, sử dụng dễ dàng
– Làm việc liên tục với độ chính xác cao
– Năng lượng khí nén tạo ra nhiều chuyển động hơn chất lỏng, giảm lỗi và hư hỏng
– Thiết bị không yêu cầu bảo trì nhiều
– Việc kiểm soát tốc độ di chuyển của cánh tay robot tương đối khó khăn – Dễ bị ẩm
❖ Cánh tay robot sử dụng động cơ Servo
Bộ Servo bao gồm bộ điều khiển, động cơ Servo và encoder, giúp phản hồi tín hiệu từ động cơ về bộ điều khiển Động cơ servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển, cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc với tốc độ và độ chính xác cao Cấu tạo của động cơ AC servo gồm ba phần chính: stator, rotor (thường là nam châm vĩnh cửu) và encoder.
– Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor
– Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh
– Encoder được gắn sau đuôi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí của động cơ về bộ điều khiển
Bộ điều khiển servo (Servo drive) nhận tín hiệu lệnh điều khiển từ PLC dưới dạng xung hoặc analog, sau đó truyền lệnh đến động cơ servo để điều khiển hoạt động của nó Đồng thời, bộ điều khiển cũng nhận tín hiệu phản hồi liên tục về vị trí và tốc độ hiện tại của động cơ servo thông qua encoder.
Một số ưu điểm như:
– Khả năng điều khiển tốc độ tốt, có thể điều khiển một cách trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ và hầu như không dao động
– Hiệu suất cao hơn 90%, ít nhiệt, điều khiển vị trí chính xác cao
– Mô-men xoắn, quán tính thấp, tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc, tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục,
Chính vì vậy, động cơ AC servo được ứng dụng rộng rãi để sản xuất cánh tay robot
Cánh tay robot dùng động cơ Step
So với động cơ servo, động cơ bước mang lại hoạt động ổn định và mượt mà hơn nhờ vào lực tải lớn hơn Động cơ bước là loại động cơ đồng bộ, chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành các chuyển động góc thông qua các xung điện liên tiếp.
Về cấu tạo động cơ bước gồm có các bộ phận là stato và roto Ưu điểm:
• Động cơ bước có khả năng cung cấp mô men xoắn lớn ở dải vận tốc trung bình và thấp
• Có thể điều chỉnh chính xác góc quay
• Động cơ bước có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ
• Động cơ bước dễ dàng lắp đặt, thay thế
• Động cơ bước có giá thành thấp
Những lợi ích mà cánh tay robot mang lại
Nâng cao hiệu quả lao động là điều cần thiết, đặc biệt trong những công việc lặp đi lặp lại, vì chúng có thể gây nhàm chán và dẫn đến nhiều tổn thất Những công việc này không chỉ ảnh hưởng đến năng suất làm việc mà còn tác động tiêu cực đến sức khỏe tinh thần của người lao động.
Trần Minh Quang cho rằng sự nhàm chán trong công việc có thể dẫn đến cảm xúc tiêu cực như nóng tính, bất mãn và trầm cảm ở người lao động, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và gây ra sai sót Nghiên cứu cho thấy, công việc buồn chán là lý do khiến nhân viên nghỉ việc gấp đôi so với các yếu tố khác, gây tổn thất cho doanh nghiệp Giải pháp hiệu quả là sử dụng cánh tay robot, giúp giải phóng công nhân khỏi những công việc lặp đi lặp lại, từ đó nâng cao năng suất và hiệu quả lao động Cánh tay robot, với khả năng linh hoạt cao, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hàn, sơn, lắp ráp, dán nhãn, hỗ trợ xử lý vật liệu, kiểm tra sản phẩm và thử nghiệm.
Cánh tay robot không chỉ mang lại tính linh hoạt cho doanh nghiệp mà còn giúp tiết kiệm không gian hiệu quả Việc sử dụng cánh tay robot cho phép doanh nghiệp mở rộng diện tích để lắp đặt thêm máy móc khác, đồng thời thay thế những công việc cần nhiều nhân công hoặc máy móc cồng kềnh bằng chỉ một thiết bị duy nhất.
Tiết kiệm chi phí là mối quan tâm hàng đầu trong sản xuất kinh doanh, nơi các công ty luôn tìm cách tăng hiệu quả lao động và giảm chi phí nhân công Sử dụng cánh tay robot là một giải pháp tuyệt vời giúp đạt được mục tiêu này.
HÌNH 1 3 Cánh tay robot hoạt động đồng bộ thay thế nhân công
Trần Minh Quang cho biết rằng cánh tay robot có khả năng thực hiện nhiều công việc đồng thời, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí như thuê nhân công, bảo trì và bảo dưỡng máy móc, cũng như chi phí thuê mặt bằng.
Hạn chế sai sót là một trong những ưu điểm nổi bật của robot, với tỷ lệ sai sót thấp nếu được lập trình cẩn thận, giúp giảm thiểu thiệt hại khi có sự cố xảy ra Bên cạnh đó, các thiết bị robot được trang bị tính năng an toàn, bao gồm cảm biến phát hiện lực tác động và chướng ngại vật, đảm bảo rằng chúng hoạt động an toàn và không gây hại cho con người.
Rối loạn cơ xương khớp là vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến sức khỏe và hiệu suất làm việc của người lao động, đặc biệt trong ngành sản xuất Theo FitForWork Europe, tại Việt Nam, khái niệm công thái học chưa được chú trọng, dẫn đến việc doanh nghiệp ít quan tâm đến sức khỏe của công nhân Các chấn thương xương khớp không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng công việc mà còn là nguyên nhân hàng đầu gây nghỉ việc Liên minh Châu Âu ước tính thiệt hại khoảng 240 tỷ euro mỗi năm do mất năng suất và nghỉ việc vì rối loạn này Nguyên nhân chủ yếu gây chấn thương bao gồm việc nâng vác vật nặng và lặp lại các tư thế không đúng trong thời gian dài Để giảm thiểu rủi ro, việc sử dụng cánh tay robot để thay thế con người trong các công việc nặng nhọc đang trở thành một giải pháp hiệu quả.
Một số ứng dụng của cánh tay robot trong công nghiệp
Robot hàn là công nghệ tiên tiến và phổ biến nhất hiện nay, được phát triển một cách hoàn thiện Quá trình hàn truyền thống tiềm ẩn nhiều nguy cơ độc hại cho sức khỏe con người, trong khi đó, chất lượng mối hàn lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
Trần Minh Quang đã nâng cao tay nghề trong lĩnh vực nhân công, đặc biệt chú trọng đến việc sản xuất hàng loạt Yêu cầu chính trong quá trình này là đảm bảo tính đồng đều và ổn định của đường hàn, cùng với khả năng hoạt động liên tục để đạt hiệu quả cao nhất.
Hiện nay, dây chuyền robot hàn nổi tiếng tại Việt Nam là hệ thống hàn trong sản xuất ô tô VinFast, tọa lạc tại Hải Phòng.
Robot bốc xếp và nâng vận là giải pháp tối ưu cho công việc nặng nhọc, giúp thay thế sức lao động của con người trong các dây chuyền sản xuất Việc sử dụng robot không chỉ mang lại hiệu quả hoạt động ổn định mà còn tiết kiệm chi phí, điều này thu hút sự quan tâm của các chủ doanh nghiệp.
Robot lắp ráp đang trở thành giải pháp tối ưu cho các ứng dụng cần thao tác lặp đi lặp lại với yêu cầu ổn định cao trong quá trình lắp ráp Việc thay thế con người bằng robot không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn đảm bảo độ chính xác và giảm thiểu sai sót trong quy trình sản xuất.
HÌNH 1 5 Cánh tay Robot nâng vận
HÌNH 1 6 Cánh tay lắp ráp
Ngoài các robot lắp ráp công nghiệp truyền thống trong ngành sản xuất ô tô và xe máy, thị trường hiện nay đang chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của robot cộng tác (cobot) Các cobot nổi bật với tính linh hoạt, đa năng, an toàn và thông minh hơn so với các robot truyền thống, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong sản xuất.
TỔNG QUAN GIẢI PHÁP
Sử dụng động cơ tuyến tính để điều khiển mô hình Cross Belt Sorters
Máy phân loại đai chéo là thiết bị lý tưởng để phân loại bưu kiện, quần áo và các mặt hàng nhỏ với tốc độ cao, đặc biệt là những sản phẩm dễ vỡ hoặc có độ ma sát cao Mô hình này nổi bật với trung tâm chuyển hướng chặt chẽ và khả năng phân loại lên đến 500 thùng mỗi phút, mang lại hiệu quả tối ưu cho quy trình phân loại hàng hóa.
Máy phân loại này có thành phần chính là thùng chứa, bao gồm nhiều băng tải hai chiều nhỏ Cấu hình của máy phân loại đai chéo có thể là đường thẳng hoặc vòng lặp, cho phép xử lý từ 60 đến 500 bộ phận mỗi phút Sự phóng điện theo phương ngang xảy ra ở góc 90 độ so với chất mang, tạo ra mật độ cao cho các vị trí chuyển hướng.
Máy phân loại dây đai chữ thập thế hệ mới sử dụng công nghệ động cơ cảm ứng tuyến tính, mang lại thiết kế đơn giản và giảm thiểu hao mòn cơ học Động cơ tuyến tính hoạt động tương tự như các loại motor quay, với cấu trúc bao gồm cuộn dây và nam châm, nhằm chuyển đổi năng lượng điện.
HÌNH 2 1 Máy phân loại đai chéo
Động cơ tuyến tính chuyển động theo cách tịnh tiến thay vì xoay như động cơ quay, với bộ phận thực hiện không quay bên trong stato Phần tĩnh của động cơ tuyến tính được tạo thành từ nam châm siêu dẫn, giúp giảm tiêu thụ điện năng nhờ làm lạnh ở nhiệt độ cực thấp Đặc biệt, động cơ tuyến tính không sử dụng các bộ phận truyền động học như hộp số hay dây đai, mà hoàn toàn dựa vào từ trường để tạo ra chuyển động Những ưu điểm này khiến động cơ tuyến tính trở thành lựa chọn hiệu quả trong nhiều ứng dụng.
Động cơ tuyến tính sử dụng nam châm siêu dẫn để tạo chuyển động, giúp giảm thiểu ma sát giữa các thành phần, từ đó mang lại tỷ lệ bảo trì rất thấp và thời gian sử dụng lâu dài Độ chính xác cao của động cơ này nhờ vào việc sử dụng từ trường, giúp tối ưu hóa việc giảm ma sát.
Động cơ có tính năng ổn định, không bị ảnh hưởng bởi sự xuống cấp theo thời gian của các linh kiện Thêm vào đó, việc loại bỏ ma sát giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.
HÌNH 2 2 Động cơ tuyến tính
Trần Minh Quang mang đến sự yên tĩnh tuyệt đối và không có hiện tượng rò rỉ chất lỏng Một trong những ưu điểm nổi bật của động cơ này là thanh ray trượt có thể được kéo dài vô hạn.
Cross Belt Sorters mang lại năng suất cao cho hệ thống xử lý đơn vị với thông lượng lớn cho nhiều loại sản phẩm Chúng có khả năng tích hợp linh hoạt vào các bố trí hiện có, giúp giảm chi phí vận hành Với cấu tạo cơ học đơn giản và mật độ địa điểm phân loại cao, Cross Belt Sorters cung cấp giải pháp phân loại nhanh chóng, nhẹ nhàng và an toàn.
Cross Belt Sorters là thiết bị lý tưởng cho các ứng dụng bưu chính, giải trí và may mặc nhờ vào khả năng phân loại nhanh chóng và hiệu quả nhiều loại sản phẩm nhỏ.
Sử dụng động cơ tang trống để điều khiển mô hình Pop Up Sorter
Pop Up Sorter sử dụng dây đai mỏng để phân loại sản phẩm hiệu quả Hệ thống thùng chuyển hướng được lắp đặt dọc theo bề mặt giúp định hướng sản phẩm thông qua con lăn 90 độ hoặc cấu hình bánh xe bật lên.
30 0 Mô hình phân loại này hoạt động êm ái hơn hầu hết các máy phân loại khác và có tốc độ xử lý khoảng 200 thùng/phút
Một số tính năng của Pop Up Sorter
• Các cơ chế sắp xếp 90 0 , 45 0 , 30 0 có sẵn
• Hệ thống căng đai cá nhân
• Nhiều kiểu module chuyển hướng khác nhau
HÌNH 2 3 Máy phân loại Pop - up
• Nhiều kích thước khác nhau cho bưu kiện nhỏ, túi và chuyển hướng hai mặt
• Nhiều cấu hình bánh xe để phân loại sản phẩm khó
Pop up Sorter sử dụng động cơ tang trống (Drum motor) để tự động bật lên và chuyển hướng hàng hóa khi chúng đi qua Động cơ này tích hợp tất cả các bộ phận cần thiết bên trong trống, bao gồm động cơ và bộ truyền động bánh răng, hoạt động trong môi trường dầu kín, giúp bôi trơn và làm mát hiệu quả Nhờ vào thiết kế gọn nhẹ, động cơ tang trống không cần các linh kiện bên ngoài như hộp giảm tốc hay nhông xích, từ đó giảm thiểu bảo trì và tăng độ tin cậy Các ưu điểm nổi bật của động cơ này bao gồm hiệu suất cao và khả năng chống chịu tốt với bụi, nước và dầu mỡ, làm cho việc lắp đặt và vận hành trở nên dễ dàng hơn so với các hệ thống truyền động khác.
Pop up Sorter mang lại nhiều lợi ích đáng kể, bao gồm khả năng vận hành yên tĩnh và tiêu thụ năng lượng thấp, giúp tiết kiệm chi phí Thiết bị này cũng rất dễ bảo trì và có thể được cấu hình lại một cách linh hoạt để đáp ứng nhu cầu kinh doanh thay đổi Hơn nữa, Pop up Sorter sở hữu tỷ lệ thông lượng cao, tối ưu hóa hiệu suất làm việc trong quá trình phân loại hàng hóa.
Pop up Sorter có khả năng hoạt động linh hoạt trong nhiều ứng dụng khác nhau, với phần cứng có thể được cấu hình để xử lý các bưu kiện nhỏ hoặc lớn, giấy xếp hoặc túi Thiết bị này hỗ trợ cả thông lượng phân loại thấp lẫn cao, mang lại hiệu quả tối ưu cho quy trình phân loại.
Sử dụng công cụ điều hướng trong Sliding Shoe Sorter
Sliding Shoe Sorter là một hệ thống băng tải dài và thẳng, được trang bị nhiều thanh gần nhau để vận chuyển sản phẩm Các thanh này tạo ra một rãnh nhỏ, giúp ngăn chặn sản phẩm rơi vào máy móc trong khi vẫn cho phép vận chuyển hiệu quả Chúng được gọi là sliding shoe, hoạt động như cơ chế chuyển hướng chính Khi sản phẩm đến vị trí thích hợp, một hoặc nhiều sliding shoe sẽ được kích hoạt để chuyển hướng sản phẩm.
Slibing Shoe Sorter là thiết bị chuyên dụng cho việc phân loại hàng hóa với tốc độ cao Máy có khả năng phân loại túi, tote, thùng và hộp theo nhu cầu của từng doanh nghiệp Ngoài ra, Slibing Shoe Sorter còn được sử dụng hiệu quả trong việc phân loại các mặt hàng dễ vỡ.
Các yêu cầu mà Slibing Shoe Sorter có thể đáp ứng
• Yêu cầu sắp xếp tốc độ trung bình đến cao
• Có yêu cầu thông lượng 100-300 thùng mỗi phút
• Xử lý các kích thước đơn hàng đa dạng
• Xử lý nhiều loại bao bì, từ túi đến hộp đến tote
• Yêu cầu xử lý nhẹ nhàng
HÌNH 2 5 Máy phân loại giày trượt
Những tiến bộ gần đây của Slibing Shoe Sorter bao gồm khả năng đạt tốc độ cao hơn và sự phát triển của chuyển hướng “chạm nhẹ”, giúp tăng độ chính xác và giảm lực va chạm, lý tưởng cho các mặt hàng dễ vỡ Bên cạnh đó, sự cải tiến về các thành phần đặc biệt và thiết kế tối ưu cho phép hệ thống xử lý túi poly và bao bì kín bằng nhựa hiệu quả hơn.
Sử dụng khí nén điều khiển xi lanh trong mô hình Pusher Sorter
Pusher Sorter là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng có tốc độ phân loại trung bình, mang lại tính linh hoạt nhờ khả năng tương thích với băng tải tiêu chuẩn và băng tải con lăn, đồng thời có chi phí bảo trì thấp Thiết bị này có khả năng chuyển sản phẩm từ băng tải phân loại sang băng tải mang đi theo hướng song song hoặc 90 độ, với hoặc không có hỗ trợ cấp điện, thông qua một công cụ đẩy sản phẩm hiệu quả.
Pusher Sorter là một thiết bị phân loại đơn giản, chủ yếu sử dụng một xi lanh khí nén Khi cảm biến phát hiện hàng hóa, van điện từ sẽ cung cấp khí nén cho xi lanh, giúp đẩy hàng hóa qua băng chuyền khác hoặc đến khu vực phân loại.
HÌNH 2 6 Máy phân loại đẩy
* Đặc trưng của máy phân loại đẩy
• Hiệu suất phân loại khoảng 40 thùng/phút trên băng chuyền phân loại hoặc băng tải con lăn chạy với tốc độ 250 ft/phút (76,2m/phút)
• Với chuyển hướng đẩy tích cực, thanh đẩy đảm bảo tất cả mặt hàng được phân loại rất chính xác bất kể hình dạng, trọng lượng hoặc vật liệu
• Tính linh hoạt: Độ nghiêng, rẽ trải, rẽ phải, thậm chí thay đổi tầng, xoắn ốc, pusher sorter đều có thể hoạt động
• Có thể xử lý nhiều loại hàng hóa
• Tính module và đơn giản: Bộ xử lý này có thể dễ dàng mở rộng hoặc cấu hình lại khi muốn phát triển
• Lý tưởng để sử dụng trong các khu vực hạn chế không gian tuyến tính
• Chi phí cho mô hình này là tương đối rẻ.
Sử dụng động cơ Servo để điều khiển cánh tay trong Linear Arm Sorter
Linear Arm Sorter sử dụng một thanh gạt giống như cánh tay để chuyển hướng các mặt hàng đến vị trí cụ thể Cánh tay này được điều khiển bằng động cơ servo hoặc động cơ step, cho phép mở ra hoặc thu về Động cơ servo, hay còn gọi là servo motor, là loại động cơ chuyên dụng cung cấp năng lượng cho thiết bị và dây chuyền trong quy trình sản xuất Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp lực kéo, giúp các dây chuyền và cơ cấu động cơ khác hoạt động hiệu quả.
Động cơ servo được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp nhờ vào khả năng điều khiển tốc độ chính xác và mượt mà trên toàn bộ dải tốc độ Chúng hoạt động ổn định mà không gây dao động, với hiệu suất vượt quá 90% Đặc biệt, động cơ servo ít sinh nhiệt, cho phép điều khiển ở tốc độ cao và đạt độ chính xác cao trong việc điều khiển vị trí Ngoài ra, động cơ này còn có mô men xoắn và quán tính thấp, đồng thời phát ra tiếng ồn rất thấp.
Trần Minh Quang không có bàn chải mặc, với chế độ bảo trì miễn phí áp dụng cho môi trường không có khói bụi, chất dễ gây nổ
Mô hình Liner Arm Sorter có tốc độ phân loại từ 3000 - 6000 sản phẩm mỗi giờ
HÌNH 2 8 Cánh tay phân loại
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Pusher Sorter
Pusher Sorter là mô hình phân loại sản phẩm sử dụng máy đẩy hoạt động bằng xi lanh khí nén gắn trên băng tải Khi cảm biến phát tín hiệu, xi lanh sẽ đẩy hàng hóa theo góc vuông với băng tải, chuyển hướng sản phẩm sang băng tải khác hoặc máng phụ để xử lý tiếp Tốc độ phân loại của Pusher Sorter thường đạt từ 10 đến 40 thùng/phút.
Mô hình cánh tay xi lanh đẩy vật có cấu tạo đơn giản, bao gồm cảm biến nhận diện và xi lanh khí nén, mang lại giải pháp phân loại với chi phí hợp lý Mô hình này đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý các thùng carton kém chất lượng và sản phẩm có khối lượng không đồng đều Ngoài ra, nó sử dụng nguồn năng lượng không độc hại là khí nén để điều khiển xi lanh, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Máy phân loại đẩy có nhược điểm là không hoạt động nhẹ nhàng hoặc nhanh chóng như các tùy chọn phân loại khác, chẳng hạn như máy phân loại giày trượt và bánh xe bật lên.
Trần Minh Quang khuyến cáo rằng các doanh nghiệp nên giới hạn khối lượng sản phẩm hoặc đơn đặt hàng mà máy phân loại hiện tại có thể xử lý Đối với những hoạt động có tốc độ tăng trưởng cao, việc xem xét một máy phân loại khác là cần thiết nếu họ dự đoán mức tăng trưởng sẽ vượt quá khả năng của máy phân loại hiện tại.
Mô hình dự kiến bao gồm một băng chuyền để vận chuyển vật phẩm đến cảm biến nhận diện, một PLC điều khiển toàn bộ hoạt động, nguồn cung cấp cho PLC, và một cánh tay phân loại sản phẩm Ngoài ra, van điện từ sẽ điều khiển nguồn khí vào xi lanh dưới sự quản lý của PLC.
Xi lanh khí nén
Khí nén, với trữ lượng dồi dào và sạch sẽ, đang trở thành nguồn năng lượng tiềm năng cho con người Để khai thác hiệu quả nguồn năng lượng này, hệ thống thiết bị kỹ thuật hiện đại là cần thiết, trong đó xi lanh khí nén đóng vai trò quan trọng Xi lanh khí nén, một thiết bị cơ học, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cho chuyển động, hiện diện trong nhiều hệ thống sản xuất, gia công, chế biến, lắp ráp và đóng gói công nghiệp, cũng như trong đời sống hàng ngày Thiết bị này giúp chuyển hóa năng lượng khí nén thành động năng, làm cho piston trong xi lanh chuyển động và truyền động đến các thiết bị khác.
Cấu tạo của xi lanh khí nén là khá đơn giản bao gồm
HÌNH 3 2 Xi lanh khí nén
• Lỗ cấp khí và lỗ thoát khí
Nguyên lí hoạt động của xi lanh khí nén: Trên thị trường hiện nay có 2 loại xi lanh thông dụng
Xi lanh khí nén 1 chiều hoạt động bằng cách cấp nguồn khí nén vào cửa cấp khí, khiến áp suất khí đẩy cần piston di chuyển theo một hướng nhất định Khi ngừng cung cấp khí, khí trong xi lanh sẽ thoát ra qua cửa thoát khí, và xi lanh sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác động của lò xo hoặc lực đẩy từ bên ngoài.
Xi lanh khí nén 2 chiều, hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động kép, là thiết bị có hai cửa ở hai đầu để cấp và xả khí Khi khí nén được cấp vào cửa A, áp suất sẽ đẩy cần piston tiến về phía trước, trong khi cửa B hoạt động như cửa thoát khí Để đảo ngược chuyển động, người dùng chỉ cần ngừng cung cấp khí cho cửa A và chuyển sang cấp khí cho cửa B, lúc này khí nén sẽ tạo áp suất đẩy xi lanh trở lại.
Điều khiển xi lanh bằng van điện từ khí nén
Mỗi loại xi lanh đều cần một loại van điện từ tương ứng để điều khiển hiệu quả Chẳng hạn, van điện từ 3/2 thường được sử dụng để điều khiển xi lanh một chiều, trong khi van điện từ 5/2 phù hợp cho việc điều khiển xi lanh hai chiều.
Van điện từ khí nén 3/2, hay còn gọi là van điện từ 3/2, là loại van có 3 cửa và 2 vị trí, được điều khiển chủ yếu bằng cuộn coil điện từ Van này có chức năng đóng mở và xả, với 1 cổng vào, 1 cổng ra và 1 cổng xả Nó chỉ sử dụng hơi khí nén và thường được áp dụng để điều khiển xi lanh khí nén 1 chiều.
Van điện từ 3/2 có hai loại phổ biến đó là van thường mở và van thường đóng
Theo sơ đồ, cổng 1 là cổng khí vào van, cổng 2 dẫn khí từ van vào xi lanh, và cổng 3 là cổng xả khí Van 3/2 thường đóng (NC) ở trạng thái bình thường sẽ nối cổng 2 với cổng 1.
Van 3/2 có hai loại hoạt động khác nhau Đối với van thường đóng (NO), khi không có điện, cổng 1 không thông với cổng 2, khiến khí nén không được đưa tới xi lanh và xi lanh giữ nguyên trạng thái (A) Khi cấp điện, cổng 2 sẽ kết nối với cổng 1, cho phép khí nén truyền tới xi lanh, làm áp suất đẩy piston chuyển động (B) Ngược lại, với van thường mở (NC), ở trạng thái ban đầu, cổng 1 sẽ nối với cổng 2, dẫn khí nén tới xi lanh và tạo áp suất để xi lanh chuyển động Khi cấp điện, cổng 2 sẽ ngắt kết nối với cổng 1 và chuyển sang kết nối với cổng 3 để xả khí ra ngoài, khiến xi lanh thu về dưới tác động của lò xo.
HÌNH 3 4 Các trạng thái của van 3/2
Van điện từ 5/2, hay còn gọi là van đảo chiều, là thiết bị quan trọng trong việc điều chỉnh hướng dòng khí nén Nó có chức năng đóng ngắt dòng khí và định hướng khí để bảo vệ hệ thống máy nén khí, đồng thời cung cấp khí cho các bộ phận như bộ lọc, điều áp và xi lanh Van này cũng giúp điều chỉnh lưu lượng và áp lực khí, từ đó kiểm soát tốc độ hoạt động của xi lanh hoặc động cơ trong hệ thống.
HÌNH 3 6 Các trạng thái của van điện từ 5/2
Van điện từ 5/2 được cấu tạo bởi một cuộn coil điện hoạt động với nguồn 220V hoặc 24V, cùng với 5 cửa Cửa 1 là nơi dẫn khí nén vào van, trong khi cửa 4 và 2 dẫn khí nén từ van vào xi lanh Cửa 5 và 3 đóng vai trò là hai cửa xả khí Khi có nguồn điện, lực từ sẽ được sinh ra.
Trần Minh Quang trường cho biết, lực hút từ trục van sẽ mở các cửa van để khí nén thông qua, giúp van thực hiện nhiệm vụ cấp hoặc đóng dòng khí nén cho thiết bị Ở trạng thái ban đầu, cửa 1 kết nối với cửa 2 và cửa 4 nối với cửa xả 5 Khi cấp nguồn vào cửa 1, khí nén từ cửa 2 đẩy vào đầu xi lanh, giữ nguyên trạng thái Khi điện được cấp vào cuộn coil, cửa 1 ngắt kết nối với cửa 2 và chuyển sang cửa 4, cung cấp khí vào đầu cuối của xi lanh, đẩy piston Khi ngắt điện, xi lanh trở về trạng thái ban đầu Để giảm tiếng ồn và ngăn bụi bẩn, các ống giảm thanh thường được lắp ở cửa xả 5 và 3.
Nhóm sử dụng PLC để cung cấp nguồn cũng như điều khiển hoạt động của van nhờ những ưu điểm
• Khả năng chống nhiễu tốt đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp
• Giá cả có thể cạnh tranh được
• Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận
• Gọn nhẹ, tiết kiệm không gian, dễ dàng bảo quản
• Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những dây chuyền phức tạp
• Giảm thiểu được số lượng Relay là Timer so với hệ điều khiển cổ điển, giảm tới 80% lượng dây nối
• Công suất tiêu thụ thấp
• Thực hiện được các thuật toán phức tạp với độ chính xác cao theo chu trình lặp của chương trình đã được lập trình sẵn
• Có nhiều các I/O vào ra, dễ dàng truyền thông với các thiết bị khác qua các module mở rộng
Ưu nhược điểm của phương pháp điều khiển bằng khí nén
• Không yêu cầu nguồn áp suất khí nén cao
• Khí nén là một hệ thống tương đối sạch
• Dịch chuyển khí nén đạt vận tốc lớn, có thể thay đổi vận tốc bằng cách điều chỉnh van tiết lưu, thay đổi lượng khí vào van
• Khả năng chịu nén tốt của không khí nên có thể chứa khí rất thuận lợi
• Không khí dùng để nén là vô tận và có thể thải ra bầu không khí
• Chi phí thiết lập không cao
• Hệ thống phòng ngừa quá áp được đảm bảo
• Lực tác động tới xi lanh tương đối thấp và lượng khí thoát ra tương đối ồn
QUY TRÌNH THIẾT KẾ
Cơ sở lý thuyết
PLC Fx1s 30MR DS là sản phẩm nổi bật của Mitsubishi, mang đến những tính năng ưu việt trong một thiết kế nhỏ gọn Đây là giải pháp lý tưởng cho không gian hạn chế và chi phí thấp, đặc biệt phù hợp với các ứng dụng yêu cầu nhiều cổng giao tiếp Với khả năng mở rộng tối thiểu, pin ít và điều khiển bảo trì dễ dàng, PLC FX1S rất thích hợp cho quy trình xử lý đơn giản và có thể được lắp đặt ở những nơi không yêu cầu bảo trì thường xuyên.
Trong đề tài, PLC có chức năng nhận tín hiệu đầu vào từ cảm biến và điều khiển các ngõ ra theo chương trình đã được lập trình sẵn
PLC FX1S với những tính năng chính sau
➢ Điều khiển đơn giản trong các ưng dụng thông thường
➢ Hiệu suất mang lại cao với kích thước nhỏ gọn
➢ Tích hợp bộ nguồn cung cấp điện
➢ Bộ nhớ chương trình: 2000 steps
➢ Tốc độ hoạt động cao
➢ Tích hợp điều khiển vị trí
➢ Tích hợp đồng hồ thời gian thực
➢ Tăng chức năng sử dụng đồng thời giữa các mạch mở rộng
Giải thích tên: FX1S-30MR-DS
➢ DS: Nguồn cấp cho PLC là nguồn DC
HÌNH 4 3 Cấu tạo chung PLC FX1S
FX1S-30MR-DS có chiều cao (H): 90mm; chiều rộng (W): 100mm; chiều sâu (D): 49mm; nặng 0.35kg; và có công suất 8W
HÌNH 4 4 Các I/O của FX1S-30MR
FX1S 30MR DS có tổng cộng 30 cổng vào ra trong đó có 16 cổng vào đấu theo kiểu Sink/Source (từ X00-X07, X10-X16) và 14 cổng ra dạng relay
HÌNH 4 5 Cấu tạo bề mặt PLC FX1S
1 Lỗ bắt vít cố định PLC 7 Kẹp gắn ray
2 Đầu vào và đầu vào cung cấp điện 8 Nắp bảo vệ
9 Optionals equipment port – Memory Cassette
4 Đèn báo đầu vào 10 Cổng nạp chương trình
5 Đèn báo đầu ra 11 Analog Trim Port
6 Đèn báo hiển thị trạng thái PLC 12 Công tắc ON/OFF
Nguồn cấp cho PLC FX1S 30MR DS
HÌNH 4 6 Thông số nguồn nuôi
4.1.2.1 Xi lanh 2 ty SMC CXSM10-60
• Xi lanh 2 trục SMC dòng CXS có hai lần lực đẩy, độ chính xác không quay +-10
HÌNH 2 9 Xy lanh 2 ty HÌNH 4 7 Xi lanh 2 ty
• Xi lanh 2 trục SMC dòng CXS có phạm vi hành trình có thể điều chỉnh: 0 đến 5
• Xi lanh 2 trục SMC dòng CXS có thể gắn được trên 3 mặt
• Xi lanh 2 trục SMC dòng CXS với chức năng hướng dẫn phù hợp cho các ứng dụng chọn và đặt
Kích thước xi lanh khi chưa tác động DxRxC: 140x45x82mm
Hành trình tiêu chuẩn 60mm
Tác động Hai tác động Áp suất hoạt động 0.15MPa Đến 0.7MPa Áp suất phá hủy 1.05MPa
Nhiệt độ môi trường xung quanh -10 0 đến 60 0 C
Cảm biến Có hoặc không
Tốc độ piston 30 đến 800 mm/s
Dạng ổ trục Dạng trượt, dạng ổ bi
Bảng 4 1 Thông số kỹ thuật CXSM10-60
Mã sản phẩm CDRQ2BJ30-180
Chất liệu Hợp kim nhôm
Nhiệt độ hoạt động 0 0 đến 60 0 C
Lưu chất Chất lỏng Áp suất hoạt động 0,15 đến 1MPa
Bảng 4 2 Thông số kỹ thuật xy lanh xoay
Lưu chất Không khí Áp suất làm việc 0.1 đến 0.6MPa
Nhiệt độ môi trường làm việc -10 đến 60 0 C
Bảng 4 3 Thông số kỹ thuật xy lanh gắp HÌNH 4 9 Xy lanh kẹp
4.1.3 Van điện từ khí nén
Lưu chất Không khí Áp suất làm việc 0.15 đến 0.7MPa
Nhiệt độ lưu chất và môi trường -10 đến 50 0 C
Tần số hoạt động 3 – 20Hz (Tùy loại)
Bôi trơn Không yêu cầu
Chống rung/Chống va đập [m/s 2 150/30
Cuộn dây định mức điện áp [DC] 24V
Dao động điện áp cho phép +- 10% điện áp định mức
Bảng 4 4 Thông số kỹ thuật cụm 5 van điện từ HÌNH 4 10 Cụm 5 van điện từ
Thông số sản phẩm Đặc tính Thông số
Nhà sản xuất MEAN WELL
Danh mục sản phẩm Nguồn cấp chuyển mạch
RoHS N Điện áp đầu vào 85VAc đến 264VAc
120VDc đến 370VDc Điện áp đầu ra 24VDc
Kích thước L:129mm; H: 38mm; W:98mm
Loại sản phẩm Switching Power Supplies
Bảng 4 5 Thông số kỹ thuật NES 50 24 Meanwell
HÌNH 4 11 Nguồn tổ ong NES-50-24
Một board tổ ong cơ bản sẽ có những linh kiện chủ yếu sau:
Biến áp xung là thành phần quan trọng trong bo mạch xung, được cấu tạo từ các cuộn dây quấn quanh một lõi từ Mặc dù có cấu trúc tương tự như biến áp thông thường, biến áp xung sử dụng lõi ferit, trong khi biến áp truyền thống sử dụng lõi thép kỹ thuật điện.
• Cầu chì: bộ phận dùng để bảo vệ mạch nguồn bị ngắn mạch
Sò công suất là một loại chất bán dẫn hoạt động như một công tắc chuyển mạch, bao gồm các thành phần như transistor, mosfet, IC tích hợp và IGBT Chức năng chính của sò công suất là điều khiển việc đóng cắt điện từ chân (+) của tụ lọc sơ cấp vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung, sau đó đưa xuống mass.
Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp và diode chỉnh lưu là những linh kiện quan trọng trong nguồn xung, giúp chuyển đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp một chiều tích cực Năng lượng sau đó được lưu trữ trong tụ lọc sơ cấp để cung cấp cho cuộn sơ cấp của máy biến áp xung.
• Tụ lọc nguồn thứ cấp: là bộ phận dùng để tích trữ năng lượng điện từ cuộn thứ cấp của biến áp xung để cấp cho tải tiêu thụ
IC quang và IC TL431 là những linh kiện quan trọng giúp tạo ra điện áp cố định, từ đó điều chỉnh điện áp ra bên thứ cấp một cách ổn định theo yêu cầu.
HÌNH 4 12 Cấu tạo nguồn tổ ong
Khi công tắc điện được bật, nguồn điện sẽ đi qua nguồn xung, khiến cuộn sơ cấp của biến áp được đóng cắt liên tục, tạo ra từ trường biến thiên Điều này dẫn đến việc cuộn thứ cấp của biến áp cũng sinh ra điện áp Điện áp này sau đó được chỉnh lưu qua một số diode và đưa vào tụ lọc để làm phẳng điện áp Cuối cùng, các tụ IC quang và IC TL431 sẽ điều khiển dao động đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung, đảm bảo điện áp ra bên thứ cấp đạt yêu cầu.
4.1.4.3 Ưu nhược điểm của nguồn tổ ong
Nguồn tổ ong hiện nay được sử dụng phổ biến nhờ vào những đặc tính và công năng vượt trội So với các loại biến áp thông thường, nguồn tổ ong mang lại nhiều ưu điểm nổi bật hơn hẳn.
• Nguồn tổ ong nhỏ gọn hơn
• Cấu tạo nhẹ, rẻ hơn
• Dễ liên kết với các thiết bị nhỏ gọn
Nguồn tổ ong mặc dù có thiết kế đơn giản nhưng yêu cầu kỹ thuật cao và khó sửa chữa Tuổi thọ của nguồn này không cao do cấu trúc chủ yếu bằng linh kiện bán dẫn Khi hoạt động quá tải, nguồn dễ mất ổn định, làm tăng nguy cơ cháy nổ.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 sử dụng ánh sáng hồng ngoại để phát hiện vật cản với độ phản hồi nhanh và ít nhiễu nhờ vào công nghệ phát và nhận tia hồng ngoại ở tần số riêng biệt Thiết bị cho phép điều chỉnh khoảng cách báo thông qua biến trở, đồng thời có dải điện áp rộng, phù hợp cho việc kết nối với PLC.
Tên sản phẩm E3F-DS30C4 Đầu ra NO Điện áp làm việc 10-30VDc
Dạng tín hiệu ra NPN thường mở
Sơ đồ đấu dây Dây nâu VCC, VDD
Bảng 4 6 Thông số kỹ thuật E3F-DS30C4
4.1.5.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên việc sử dụng cảm biến ánh sáng để phát hiện bước sóng trong phổ hồng ngoại Để đo cường độ ánh sáng, ta sử dụng đèn LED phát ra ánh sáng có cùng bước sóng với cảm biến Khi vật thể gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED phản xạ từ vật thể và đi vào cảm biến, tạo ra một bước nhảy lớn về cường độ ánh sáng nhận được.
HÌNH 4 14 Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại
4.1.5.2 Ưu nhược điểm của cảm biến hồng ngoại Ưu điểm: Đèn rada là loại đèn có độ nhạy rất cao, có khả năng phát hiện ra những chuyển động dù là nhỏ nhất, kể cả những chuyển động xuyên qua lớp tường mỏng, lớp gỗ và nhựa Đèn rada có góc quét rất rộng, khoảng 360 độ và có độ nhạy cảm ứng lên đến khoảng cách từ 6 đến 8m nên rất thích hợp cho không gian rộng lớn Đèn cũng không chịu sự chi phối từ nhiệt độ của môi trường xung quanh Đặc biệt, đèn có có khả năng phân biệt được cả chuyển động của người và đồ vật nêncó thể điều chỉnh được góc cảm ứng theo ý muốn của mình và sử dụng vách ngăn để tránh đi những vùng không muốn cảm ứng
Nhược điểm của công nghệ cảm biến radar là độ nhạy cao, dễ dẫn đến nhầm lẫn khi phát hiện vật chuyển động So với đèn radar hiện đại, đèn sử dụng công nghệ cảm biến hồng ngoại có nhiều hạn chế như góc quét nhỏ, tồn tại điểm chết và không thể phát hiện xuyên vật cản Hơn nữa, cảm biến hồng ngoại còn phụ thuộc vào nhiệt độ, khiến cho hiệu suất hoạt động giảm khi môi trường có nhiệt độ cao.
Băng chuyền là hệ thống quan trọng trong các nhà máy và cơ sở sản xuất, giúp tiết kiệm sức lao động, thời gian và tăng hiệu quả làm việc Nó hoạt động như một cơ chế vận chuyển hàng hóa từ điểm này đến điểm khác, góp phần vào dây chuyền sản xuất và lắp ráp Sử dụng băng chuyền không chỉ tạo ra môi trường làm việc chuyên nghiệp mà còn đảm bảo an toàn và khoa học cho người lao động.
Băng chuyền được cấu tạo từ một động cơ giảm tốc trục vít kết hợp với bộ điều khiển tốc độ, giúp điều chỉnh hiệu quả quá trình vận hành Hệ thống bao gồm các bộ con lăn và truyền lực chủ động, đảm bảo sự di chuyển mượt mà Khung đỡ con lăn cung cấp sự ổn định cho toàn bộ hệ thống, trong khi dây băng hoặc con lăn giữ vai trò quan trọng trong việc vận chuyển hàng hóa.
Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là thiết bị điện điều khiển bằng tay, được sử dụng để điều khiển từ xa các thiết bị điện như công tắc điện từ, điện xoay chiều và điện một chiều hạ áp Nó cũng được dùng để kích hoạt các dụng cụ báo hiệu và chuyển đổi các mạch điều khiển, đảm bảo tín hiệu liên động bảo vệ hiệu quả.
Nút nhấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ điện bằng cách đóng ngắt các cuộn dây nam châm điện của contactor
Tính toán thiết kế
4.2.1 Tính toàn moment động cơ kéo băng tải
• Động cơ giảm tốc Planet 775 24V 50 RPM
• Động cơ giảm tốc bao gồm: động cơ điện và hộp giảm tốc
Động cơ điện bao gồm hai phần chính là Stato và Roto Trong đó, Stato được cấu tạo từ các cuộn dây ba pha điện quấn trên lõi sắt, được sắp xếp trên một vành tròn nhằm tạo ra từ trường.
Trần Minh Quang từ trường quay còn Roto với dạng hình trụ đóng vai trò như 1 cuộn dây quấn trên lõi thép
Hộp giảm tốc bên trong đựng bộ truyền động dùng bánh răng, trục vít…để giảm tốc độ vòng quay
– Tốc độ đầu trục sau giảm tốc: 50RPM (vòng/phút)
– Kích thước trục: đường kính 8mm x chiều dài trục: 23mm
– Đường kính động cơ: 42mm
– Chiều dài động cơ ( không có giảm tốc ): 66mm
– Chiều dài động cơ cả hộp giảm tốc và trục: 128mm
– Thông số Rulo: JD = 0,19 Kg/m2
HÌNH 4 21 Động cơ giảm tốc Planet
– Thông số hộp giảm tốc:JG = 0,19 kg/m2
– Hiệu suất hộp giảm tốc 96%, tỷ số 1:10
– Vận tốc băng tải (mong muốn): v = 0,1 m/s
– Khối lượng của dây Belt: 0,6 Kg
– Tốc độ động cơ: 7600 rpm
– Ma sát trên trục động cơ: Mms= 10 N.m
– Hệ số ma sát pully: η1=0.95
– Hệ số ma sát hộp giảm tốc: η2=0.9
Tốc độ vòng quay pully: N1= tốc độ gói hàng/ D.π = 0,1/0,025.π = 1,27 rpm
(D là đường kính pully: 2,5cm = 0,025 m)
Tốc độ vòng quay hộp số: N2 = tốc độ gói hàng/ D.π = 0,1/0,01.π = 3,18 rpm
(D là đường kính pully: 1cm = 0,01 m)
Tỉ số truyền động cơ = N1/N2 = 1,27/3,18 = 0,4
Momen đầu hộp số: T2=(T1 x tỉ số truyền) x η2= 0,0019.0,4.0,9= 0,000684
- Drum: Đường kính D= 21mm → R= 10,5mm= 0,0105m
- Tính tốc độ quay của động cơ: ω= (2π.n1)/60 v = ω R n1= 90,94 rpm i= 10/1 = n1/n2 → n2 = 9,094 (rpm)
Moment trên tải quy đổi:
Moment quán tính quy đổi về trục động cơ
Lực kẹp của xi lanh gắp
Ta có: Lực kẹp(N)= Áp suất (N/cm2) * Diện tích làm việc của xy lanh(cm2) Áp suất đâu vào: 4bar = 40N/cm 2
Diện tích làm việc của xy lanh khoảng 1.5 cm 2
Lực đẩy xi lanh trục đứng và xi lanh trục ngang Đường kính xi lanh: D = 1cm Đường kính cần xi lanh: d = 0.6cm Áp suất: P = 4 bar = 4,08 kgf/cm 2
Vận tốc xi lanh: 6cm/s = 3.6m/phút
Ta có công thức: D=Sqrt(m*4)/(P* π) → m=3.2kg
Ta có tải trọng xi lanh trục ngang có thể đẩy là 3.2kg
→ Tải trọng xi lanh trục đứng = 3.2 – (Khối lượng xi lanh ngang) = 3.2-0.2= 3kg Vậy cánh tay có thể gắp vật có khối lượng < 3kg, đường kính hay chiều ngang vật
Ngoài việc tính toàn bằng công thức ta có thể dựa vào biểu đồ của các hãng để lựa chọn nhanh các thông số
Trần Minh Quang Ở đây ta chọn hệ số điều kiện làm việc theo Fig.2: η = 0.5 hoặc bé hơn
Theo biểu đồ ta chọn Load factor (Hệ số làm việc) η = 0.5 hoặc bé hơn
Operating pressure (áp suất) P = 0.4 Mpa
Bore size (đường kính xi lanh) D = ~15mm
Ta có được khối lượng tối đa của xi lanh là < 5kg
HÌNH 4 23 Hệ số làm việc theo từng trường hợp
HÌNH 4 24 Biều đồ lực và Bore size xi lanh khí nén
Cánh tay robot có thể nâng vật nặng >3kg với điều kiện vật nhám để cánh tay dễ dàng cầm nắm.
Thiết kế mô hình
Mô hình gồm 9 khối chính bao gồm khối tiếp nhận tín hiệu, khối xử lý trung tâm, khối thực thi tín hiệu, khối nguồn 24V, khối nguồn 12V và nguồn khí:
Khối nguồn 24V là nguồn tổ ong, giúp biến đổi điện áp 220V về 24V để cung cấp nguồn nuôi cho van điện từ, cảm biến và PLC
Khối nguồn 12V chỉ bao gồm 2 bình ắc quy 6V đấu nối tiếp để lấy điện áp 12V cung cấp cho bơm điện
Khối tiếp nhận tín hiệu bao gồm cảm biến mức cao và mức thấp, giúp nhận diện vật thể khi chúng đi vào tầm quét Các cảm biến này gửi tín hiệu về PLC, với cảm biến thấp phát hiện vật ở khoảng cách 6-8cm và cảm biến cao phát hiện vật trên 9cm Tùy thuộc vào từng loại cảm biến, tín hiệu sẽ được truyền vào các ngõ ra khác nhau, cho phép PLC xử lý ngõ ra theo chương trình đã được lập trình sẵn.
Khối thực thi tín hiệu bao gồm băng chuyền, van điện từ và xy lanh, hoạt động theo tín hiệu từ PLC Khi cảm biến mức cao phát hiện vật, tín hiệu sẽ được gửi về PLC qua ngõ vào X003, khiến băng chuyền dừng lại để cánh tay gắp vật Cánh tay sau đó sẽ đưa vật tới giá đỡ sản phẩm đã phân loại Nếu vật không đủ chiều cao để cảm biến phát hiện, băng chuyền sẽ đưa vật về cảm biến mức thấp, và nếu cảm biến này phát hiện vật, chu trình sẽ tương tự nhưng cánh tay sẽ hoạt động theo một quy trình khác để phân loại vật.
Cấp nguồn cho các linh kiện, vật được đặt ở vị trí Entry
Khi nhấn nút Start băng chuyền hoạt động, vật lần lượt đi qua cảm biến hồng ngoại phát hiện chiều cao để phân loại
Khi cảm biến hồng ngoại A phát hiện vật thể, nó sẽ gửi tín hiệu đến trung tâm điều khiển, dẫn đến việc băng chuyền dừng lại và van khí được mở.
Trần Minh Quang điều khiển xylanh 2 ty SMC đến vị trí cảm biến A, sau đó mở van để xylanh kẹp giữ vật Đồng thời, xylanh xoay 180 độ và thu xylanh 2 ty lại, xoay đến vị trí Exit A Tại đây, xylanh 2 ty đẩy ra, xylanh kẹp thả vật và thu xylanh 2 ty lại, sau đó xylanh xoay về vị trí ban đầu Băng truyền tiếp tục hoạt động.
Khi cảm biến A không phát hiện vật, băng chuyền sẽ tiếp tục đưa vật đến cảm biến hồng ngoại B Tại đây, các xylanh sẽ hoạt động tương tự như khi phát hiện vật ở cảm biến A, nhưng vật sẽ được đưa đến vị trí Exit B.
Khi cảm biến B không phát hiện được vật, vật tiếp tục được băng chuyền đưa đến vị trí loại bỏ vì không đạt yêu cầu
Nếu băng chuyền không phát hiện vật nào trong hơn 30 giây (tức là không có vật ở cảm biến A và B), nó sẽ tự động ngừng hoạt động Để khởi động lại, chỉ cần nhấn nút On BT, và băng chuyền sẽ tiếp tục hoạt động.
Nhấn Stop để kết thúc
Mô hình có thể được ví như một con người, trong đó nguồn điện đóng vai trò như trái tim của máy móc, cung cấp điện áp cho toàn bộ mạch điện hoạt động Nếu nguồn điện quá lớn, mạch sẽ bị hư hỏng, trong khi nguồn quá nhỏ không đủ sức để vận hành Trong đề tài này, các linh kiện chủ yếu sử dụng điện áp hoạt động 24VDC, vì vậy khối nguồn được sử dụng là bộ chuyển đổi điện áp từ 220VAC xuống 24VDC.
4.3.1.2 Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm của mạch chỉ gồm một PLC Fx1s, nhưng lại đóng vai trò cực kỳ quan trọng Đây chính là bộ não của toàn bộ hệ thống, nơi tiếp nhận tín hiệu từ các khối khác trong mạch.
KHỐI TIẾP NHẬN TÍN HIỆU
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM
KHỐI THỰC THI TÍN HIỆU
Trần Minh Quang tín hiệu để xử lý, sau khi xử lý xong thì truyền tín hiệu đi để điều khiển khối thực thi
Khi nguồn điện 220VAC được kết nối vào hai đầu L và N của bộ chuyển đổi điện áp, nó sẽ chuyển đổi thành nguồn 24VDC Chân +24VDC từ bộ chuyển đổi được nối với chân + của PLC, trong khi chân -24VDC được kết nối với chân - của PLC Khi nguồn điện đủ, đèn báo power trên PLC sẽ sáng, cho thấy PLC đã hoạt động.
Các thiết bị điện tử sử dụng Input và Output dạng Logic cần chú ý đến khái niệm Sink và Source, trừ những thiết bị chỉ sử dụng một trong hai loại Để các thiết bị trong cùng hệ thống có thể giao tiếp trực tiếp với nhau, chúng phải sử dụng Logic giống nhau Sink và Source liên quan đến chiều đi của dòng điện vào hoặc ra từ các chân Input/Output của thiết bị.
Dòng điện di chuyển từ cực dương đến cực âm, theo nguyên tắc này, trong sơ đồ Sink Input, dòng điện vào chân S/S và ra khỏi chân X, yêu cầu thiết bị bên phải có đầu ra âm như cảm biến NPN Ngược lại, trong sơ đồ Source Input, dòng điện vào chân X và ra khỏi chân S/S, thường sử dụng cảm biến PNP.
❖ Với PLC loại Sink Output, dòng điện đi vào chân Y và ra ở chân COM, với PLC loại Source Output, dòng điện đi vào ở chân +V và ra ở chân Y
Do sử dụng kiểu Sink Input nên chân S/S của PLC được nối với nguồn dương 24V, các chân X của PLC lúc này sẽ xuất ra tín hiệu -24V
4.3.1.3 Khối tiếp nhận tín hiệu
Mô hình bao gồm hai cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 dạng NPN và các nút nhấn điều khiển tín hiệu Cảm biến này hoạt động như mắt của hệ thống, giúp phát hiện vật cản và gửi thông tin về bộ xử lý trung tâm Ngoài ra, các nút nhấn cho phép người dùng điều khiển hoạt động của mạch một cách thủ công, bao gồm khả năng chạy và tạm dừng theo ý muốn.
HÌNH 4 28 Đấu nối đầu vào
Các nút nhấn Start, Stop và ON của băng chuyền được kết nối với các chân X000, X001 và X002 Cảm biến NPN E3F-DS30C4 có ba dây: dây màu nâu và xanh được nối vào nguồn +24VDC và -24VDC để cung cấp điện cho cảm biến, trong khi dây màu đen được kết nối với chân X003 và X004 để PLC nhận tín hiệu từ cảm biến.
Khối này hoạt động như tay chân của máy móc, tiếp nhận và xử lý tín hiệu Sau khi hoàn tất quá trình xử lý, khối xử lý trung tâm sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến khối thực thi theo chương trình đã được xác định.
Trần Minh Quang trình đã được lập trình sẵn Khối thực thi bao gồm băng tải và xy lanh và đèn báo hoạt động
HÌNH 4 29 Đấu nối đầu ra
Các chân COM của OUTPUT PLC nhận nguồn -24V từ nguồn tổ ong, khiến các chân Y kết nối với COM và phát tín hiệu -24V Một chân của động cơ băng tải được kết nối với nguồn điện, trong khi chân còn lại kết nối với chân Y1 của PLC để nhận tín hiệu; đèn báo hoạt động của mạch lấy tín hiệu từ chân Y0 Tương tự, bốn cuộn coil của van điện từ được kết nối với các chân Y2, Y3, Y4, và Y5 của PLC để nhận tín hiệu, với chân âm nối với PLC và chân dương nối với nguồn điện dương.
4.3.1.5 Van điện từ và cánh tay robot xy lanh
4.3.1.5.1 Thiết kế cánh tay robot xy lanh
Chương trình và mô phỏng
4.4.1 Danh sách các biến trong chương trình PLC
Danh sách các biến đầu vào
M25 ĐIỀU KHIỂN XI LANH ĐẾ BẰNG TAY (MÔ PHỎNG)
M26 ĐIỀU KHIỂN XI LANH TRỤC ĐỨNG BẰNG TAY (MÔ PHỎNG) M27 ĐIỀU KHIỂN XI LANH TRỤC NGANG BẰNG TAY (MÔ PHỎNG) M28 ĐIỀU KHIỂN XI LANH GẮP BẰNG TAY (MÔ PHỎNG)
X11 THIẾT LẬP LẠI BỘ ĐẾM SẢN PHẨM (MÔ PHỎNG)
M59 RESET BỘ BÁO LỖI (MÔ PHỎNG)
Bảng 4 7 Danh sách biến đầu vào
Danh sách biến đầu ra
Y1 ĐÈN HOẠT ĐỘNG BĂNG TẢI
Y2 CUỘN COIL CỦA VAN ĐIỆN TỪ XY LANH 1
Y3 CUỘN COIL CỦA VAN ĐIỆN TỪ XY LANH 2
Y4 CUỘN COIL CỦA VAN ĐIỆN TỪ XY LANH 3
Y5 CUỘN COIL CỦA VAN ĐIỆN TỪ XY LANH 4
Bảng 4 8 Danh sách biến đầu ra
Danh sách bộ đếm và thời gian
T20 ĐẾM THỜI GIAN BĂNG TẢI DỪNG NẾU KHÔNG TẢI
C16 ĐẾM SẢN PHẨM THẤP CÓ NHỚ
C17 ĐẾM SẢN PHẨM CAO CÓ NHỚ
Bảng 4 9 Danh sách bộ đếm và thời gian
4.4.2.1 Chương trình cài đặt nút nhấn START, STOP và băng chuyền
Bước 0 là các bước cài đặt START, STOP Khi nhấn Start (X000) sẽ tác động lên M0, M0 sẽ kích ngõ ra Y000 là đèn báo hoạt động
Từ 4 đến 20 là các bước setup băng chuyền Khi có tín hiệu từ M0, nhấn nút ON băng chuyền (X002) sẽ tác động ngõ ra M1 và làm động cơ băng chuyền chạy T20
Băng chuyền sẽ tự động dừng sau 30 giây không có vật phẩm tác động vào cảm biến Ngoài ra, khi nhấn nút Stop (X001), mô hình sẽ ngừng hoạt động hoàn toàn bất kể đang ở bước nào.
4.4.2.2 Chương trình khi cảm biến mức thấp phát hiện vật
4.4.2.3 Chương trình khi cảm biến cao phát hiện vật
4.4.2.4 Gán các biến trung gian
Sử dụng phần mềm GT Designer 3 giúp thiết kế giao diện HMI hiệu quả, đồng thời mô phỏng bảng điều khiển và hoạt động của các linh kiện trong mạch theo chương trình Màn hình điều khiển và giám sát được cấu thành từ 5 màn hình hiển thị, mang lại trải nghiệm trực quan và dễ dàng trong việc quản lý hệ thống.
4.4.3.1 Màn hình chọn chế độ làm việc
Màn hình hiển thị cho phép người dùng lựa chọn giữa ba chế độ làm việc: AUTO (tự động), MANU (bằng tay) và SIMULATION (mô phỏng) Bên cạnh đó, chế độ TEST cũng được cung cấp để kiểm tra lỗi hiệu quả.
HÌNH 4 44 Màn hình chế độ làm việc AUTO
Trần Minh Quang Ở màn hình hiển thị mô phỏng có bảng điều khiển để điều khiển mô hình thực tế:
Mô hình hoạt động với ba chế độ: ON (khởi động mô hình), ON BT (khởi động băng tải) và OFF (tắt hoạt động) Hệ thống còn được trang bị đèn hiển thị cho các hoạt động của mô hình, băng tải và các xi lanh Ngoài ra, bộ đếm số lượng sản phẩm được lưu trữ trong vùng nhớ, đảm bảo không mất dữ liệu khi mất điện Để khôi phục bộ đếm, người dùng chỉ cần nhấn nút RESET.
BỘ ĐẾM Nhấn BACK để quay lại màn hình chọn chế độ làm việc
HÌNH 4 45 Màn hình chế độ làm việc MANU
Màn hình MANU có giao diện giống như màn hình AUTO, nhưng điểm khác biệt duy nhất là chế độ AUTO tích hợp thêm các nút nhấn cho phép điều khiển độc lập các xy lanh.
HÌNH 4 46 Màn hình mô phỏng
Giao diện màn hình SIMULATION tương tự như giao diện màn hình AUTO, nhưng bổ sung thêm các nút để mô phỏng hoạt động của cảm biến Khi nhấn vào cảm biến, mô hình thực tế sẽ hoạt động mà không cần sử dụng vật thật.
HÌNH 4 47 Cửa sổ báo lỗi
Trần Minh Quang cho biết giao diện cửa sổ hiển thị lỗi mô hình và thời gian xảy ra lỗi, hiện tại chỉ có một lỗi là không phát hiện vật phẩm, dẫn đến việc băng chuyền dừng lại Để reset bộ báo lỗi, nhấn RST Để thực hiện giám sát, chọn Tool -> Simulator -> Set trên thanh công cụ, trong hộp thoại Option chọn Connection là CPU và cổng COM tương ứng với phần mềm lập trình Sau khi chạy mô phỏng chương trình trên GX Works2 và kết nối với PLC thực, nhấn Ctrl + F10 tại giao diện GT Designer 3 để điều khiển và giám sát.
4.4.4 Mô phỏng hình ảnh mô hình
HÌNH 4 49 Băng chuyền đưa vật tới cảm biến
Vật được đặt trên băng chuyền và di chuyển đến vị trí cảm biến Khi cảm biến cao phát hiện vật (vật >m), băng chuyền dừng lại và cánh tay robot vươn tới để gắp vật Sau khi gắp, xi lanh trục ngang thu về, xi lanh đế quay cánh tay 180 độ, và xi lanh trục đứng vươn lên để đưa vật lên thanh đỡ sản phẩm bên trên Sau khi hoàn thành chu trình, cánh tay robot trở về vị trí ban đầu, băng chuyền tiếp tục chạy để cấp phôi.
HÌNH 4 49 Cánh tay gắp vật từ băng chuyền
Chu trình xử lý sản phẩm thấp bắt đầu khi vật thể nằm dưới tầm phát hiện của cảm biến mức cao băng chuyền, khiến băng chuyền đẩy vật tới vị trí của cảm biến thấp (6-8cm) Khi cảm biến thấp nhận diện vật, cánh tay robot sẽ vươn ra để gắp vật, bàn tay robot mở ra để kẹp vật và sau đó thu lại Xi lanh đế xoay 180 độ, nhưng do giá đỡ sản phẩm thấp ở bên dưới, trục đứng của cánh tay sẽ giữ nguyên vị trí mà không vươn lên nữa.
HÌNH 4 50 Cánh tay phân loại sản phẩm cao
HÌNH 4 50 Cánh tay phân loại sản phẩm thấp
HÌNH 4 51 Vị trí các linh kiện
1 Giá đỡ sản phẩm đã phân loại
