(Đồ án hcmute) robot phân loại sản phẩm kết hợp plc và ac servo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM KẾT HỢP PLC VÀ AC SERVO GVHD: Lê Hoàng Lâm SVTH1: Trần Hà Đức Cảnh MSSV: 15151009 SVTH2: Lê Đức Anh MSSV: 15151002 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2019 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm LỜI CAM ĐOAN Chúng cam đoan cơng trình nghiên cứu chúng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) i an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Hà Đức Cảnh MSSV: 15151009 Lê Đức Anh MSSV: 15151002 Lớp: 15151CL1 Ngành: CNKT Điều khiển Tự động hóa I TÊN ĐỀ TÀI: ROBOT phân loại sản phẩm kết hợp PLC AC servo II NỘI DUNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI: • 1: Tìm hiểu ngun lý hoạt động SCARA Robot , cấu tạo servo • 2: Tìm hiểu, nghiên cứu phần mềm lập trình PLC Mitsubishi, phần mềm lập trình HMI GT Design 3, phần mềm đọc liệu camera cơng nghiệp In-sight Explorer • 3: Tìm hiểu điều khiển AC Servo • 4: Thiết kế thi cơng phần cứng • 5: Thiết kế chương trình điều khiển thiết kế giao diện HMI • 6: Chạy thử nghiệm mơ hình • 7: Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/07/2019 V SẢN PHẨM: SCARA Robot tủ điện điều khiển VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths Lê Hoàng Lâm TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hồng Lâm LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Hà Đức Cảnh Lớp: 15151CL1 MSSV: 15151009 Họ tên sinh viên 2: Lê Đức Anh Lớp: 15151CL1 MSSV: 15151002 Tên đề tài: ROBOT phân loại sản phẩm kết hợp PLC AC servo Tuần/ngày Nội dung (22/02-03/03/2019) Nhận đồ án, tìm hiểu ngun lí hoạt động cách điều khiển servo (04/03-20/03/2019) Tìm hiểu dạng chuyển động cách điều khiển vị trí servo (21/03-26/03/2019) Tìm hiểu động học robot liên hệ với mơ hình thực tế (27/03 - 15/04/2019) Tìm hiểu giao tiếp thiết bị phần cứng module điều khiển (16/04 -20/04/2019) Tìm hiểu ngun lí hoạt động phần mềm tích hợp camera Insight COGNEX 5110 (21/04- 20/05/2019) Tính tốn thiết kế thi cơng phần cứng (21/05 -06/06/2019) Lập trình hệ thống phần mềm (07/06 -20/06/2019) Chạy thử nghiệm, sửa lỗi, điều chỉnh sai số (21/06 - 30/07/2018) Viết báo cáo (31/07 –06/07/2019) Hoàn thành nhiệm vụ đồ án Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: MSSV: MSSV: Ngành: Tên đề tài: Họ tên Giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng : Ưu điểm : Khuyết điểm : Đề nghị cho bảo vệ hay không ? Đánh giá loại: Điểm: ( Bằng chữ : ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn ( Ký & ghi rõ họ tên ) iv an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm LỜI CẢM ƠN Lời chúng em chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM nói chung , thầy cô khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao mơn Tự Động Hóa nói riêng suốt năm học vừa qua tận tình truyền đạt kiến thức q báu khơng chun mơn mà cịn kinh nghiệm kĩ cần thiết để chúng em tự tin bước tiếp tương lai sau Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Hoàng Lâm, người tận tình giúp đỡ, động viên theo sát chúng em suốt trình thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô phản biện thầy cô hội đồng bảo vệ luận văn dành thời gian để nhận xét giúp đỡ chúng em trình bảo vệ luận văn Sau xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè bạn lớp 15151CL1, người bạn thân thiện giúp đỡ lẫn nhóm q trình làm luận văn Cuối lời, chúng em xin đến gửi đến thầy cô, bạn sinh viên, cán nhân viên Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM lời chúc sức khỏe, kính chúc Nhà trường đạt nhiều thành tựu to lớn, ngày phát triển Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! TP HCM, ngày 10 tháng 06 năm 2019 Nhóm sinh viên Trần Hà Đức Cảnh Lê Đức Anh v an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hồng Lâm LỜI NĨI ĐẦU Những thành tựu khoa học kĩ thuật năm đầu kỉ XXI tạo bàn đạp tảng để cơng nghiệp hóa, đại hóa Trên giới việc áp dụng máy móc đặc biệt robot vào sản xuất để hỗ trợ chí thay người khơng cịn xa lạ Chính thế, cơng nghệ robot đóng vai trị quan trọng, giúp nâng dần tính đại hóa cơng nghiệp, đẩy công nghiệp thô sơ lên công nghiệp đại mà đỉnh cao tự động hóa hồn tồn Robot hình ảnh thu nhỏ hệ thống thiết bị đại, công nghệ cao nay, linh hoạt thơng minh Do đó, phát triển ngành công nghiệp robot kéo theo phát triển loạt ngành công nghiệp công nghệ cao khác công nghệ thông tin, công nghiệp điện tử, tự động hóa Nhờ việc ứng dụng cơng nghệ robot công nghiệp mà sức lao động người giảm nhiều, nhờ mà suất lao động tăng lên Con người phải quan tâm đến vấn đề phụ nhấn nút, canh thời gian hoạt động, …Hiện Việt Nam số tập đồn cơng ty lớn tiếp cận thành công việc sử dụng robot công nghiệp sản xuất đại đa số doanh nghiệp nước ta thiếu tiềm lực để vận hành sử dụng Vì với ý tưởng, kiến thức, kinh nghiệm thực tế với giúp đỡ, hướng dẫn tận tình q thầy cơ, kỳ đồ án tốt nghiệp nhóm em định chọn đề tài “ROBOT phân loại sản phẩm kết hợp PLC AC servo” vi an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Xác nhận GVHD ( kí/ đóng dấu) Ths Lê Hồng Lâm vii an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .iii LỜI CẢM ƠN v LỜI NÓI ĐẦU vi NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN vii MỤC LỤC viii DANH MỤC HÌNH ẢNH xii DANH MỤC BẢNG xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Đối tượng nghiên cứu 1.6 Nội dung thực CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung Robot 2.1.1 Tổng quan Robot công nghiệp 2.1.1.1 Định nghĩa 2.1.1.2 Cấu tạo chung 2.1.1.3 Phân loại Robot công nghiệp 2.1.2 Giới thiệu SCARA Robot 2.1.3 Lý thuyết động học 2.2 Giới thiệu chung PLC [2] 11 2.2.1 Tổng quan PLC 11 2.2.1.1 Định nghĩa 11 viii an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm 2.2.1.2 Cấu tạo 11 2.2.2 Đặc điểm vai trò PLC 14 2.2.2.1 Đặc điểm 14 2.2.2.2 Vai trò 14 2.3 PLC dòng Q hãng Mitsubishi [3] 15 2.3.1 Dạng module 15 2.3.2 Khả đa dạng 15 2.3.3 Những tính 15 2.3.4 Dãy sản phẩm 15 2.4 Tổng quát Servo 20 2.4.1 Giới thiệu chung AC Servo 20 2.4.1.1 Giới thiệu AC Servo 20 2.4.1.2 Chức 21 2.3.1.3 Cấu tạo AC Servo 22 2.3.2 Encoder 23 2.3.2.1 Giới thiệu 23 2.3.3 Driver Servo 25 2.3.4 Kết nối Servo Driver [4] 26 2.4 Điều khiển vị trí [1] 26 2.4.1 Lí thuyết điều khiển vị trí 26 2.4.2 Thiết lập thơng số điều khiển vị trí QD75 29 2.5 Tổng quan giao diện SSCNET(Servo System Controller Network) 35 2.5.1 Ưu điểm SSCNET [9] 36 2.5.2 SSCNET III [10] 37 CHƯƠNG 3: YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN VÀ PHƯƠNG PHÁP 40 THỰC HIỆN 40 3.1 Mơ tả qui trình làm việc hệ thống 40 3.2 Tính tốn động học SCARA Robot 41 3.3 Quy trình vận hành hệ thống 43 3.3.1 Chế độ Manual 43 ix an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm 4.1.3 Chi tiết trục Trục có chức di chuyển dọc theo vitme nối với trục bàn xoay Hình 4 Cấu tạo trục Cấu tạo bao gồm vitme phi 16, hai ống trợ lực khí để đỡ tải cho vitme cố định đầu mặt đế xoay Một đầu gắn với trục động thông qua buli nối với trục vitme 4.1.4 Chi tiết trục Trục gắn trục đứng ( trục 2) trượt cố định vào vitme, bên thân có khoang để chứa cấu xoay gồm buli dây curoa Đồng thời nối với trục trục ổ bi đồng trục 77 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm Hình Cấu tạo trục 4.1.5 Chi tiết trục tay gắp Tay gắp có ổ đụng động vẽ thiết kế thi cơng hồn tồn nhơm ngun khối để giảm khối lượng tải cho tay máy khắc phục điểm yếu không vững theo phương ngang SCARA Robot 78 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hồng Lâm Hình Bản vẽ thiết kế 3D ổ đụng động điều khiển tay gắp Hình Sản phẩm thi cơng ổ đựng động tay gắp 4.1.6 Băng tải Băng tải có chiều dài vận hành 1m chiều rộng 680 mm điều khiển động servo công suất 400W 79 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm Hình Băng tải 4.1.7 Camera Hình Lắp đặt Camera 80 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm Camera đặt cách băng tải 1m theo chiều dọc, cách trục xoay robot khoảng 70 cm để đảm bảo an tồn q trình hoạt động Khung hình camera điều chỉnh cho có chiều dài chiều rộng băng tải để đảm bảo nhận tất vị trí có vật xuất 4.1.8 Chân đế mốt số chi tiết khác Hình 10 Bản vẽ khí chân đế hệ thống Hình 11 Bản vẽ đế robot giá đỡ máng trượt 81 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm 4.1.9 Kết lắp ráp hồn thiện Hình 12 Kết lắp ráp khí 82 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm 4.2 Phần điện 4.2.1 Yêu cầu vận hành Phần điện mơ hình có khối là: khối nguồn, khối điều khiển 4.2.2 Mạch động lực Hình 13 Sơ đồ ngun lí mạch động lực 83 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm 4.2.3 Mạch kết nối Servo Hình 14 Sơ đồ kết nối Servo 4.2.4 Mạch điều khiển Sau phác thảo mơ hình, tính tốn thiết kế để đưa linh kiện, phần nhóm tiến hành thi cơng thành mơ hình thực tế, bên cạnh cịn thi cơng lắp ráp linh kiện, tiến hành kết nối thiết bị với 84 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm Hình 15 Sơ đồ nối dây HMI vàn khí nén Hình 16 Sơ đồ nối dây phát xung ngoại vi module QD75 85 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm 4.3 Thi cơng phần điện • • • • • • Bước 1: Lắp thiết bị điều khiển vô PLC tủ điện Bước 2: Hàn jack cắm CN1A, CN1B cho Driver jack module QD75MH Bước 3: Đấu dây mạch động lực mạch điều khiển Bước 4: Đi gọn dây vào máng điện, đậy nắp máng, gắn cố định relay cảm biến Bước 5: Kiểm tra kết nối VOM để đo phần thông mạch chưa Bước 6: Cấp điện cài đặt thông số, lập trình theo u cầu đặt Hồn thiện mơ hình Hình 17 Jack cắm encoder driver MR-J3B Hình 18 Lắp đặt thiết bị vơ tủ điện 86 an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.Lê Hoàng Lâm CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết đạt - - Điều khiển hệ thống với yêu cầu sau: ✓ Về Home trục 1,2,3,4 ✓ Chạy JOG hay chạy Data đến vị trí set 0(nếu cần) ✓ Lưu vị trí set ✓ Đọc hiển thị giá trị barcode từ camera lên HMI ✓ Gắp vật vị trí băng tải mà camera đọc trước ✓ Xử lí gắp vật xuất có tín hiệu từ camera ✓ Điều khiển, theo dõi sửa chữa qua mạng wifi ✓ Nếu q trình chạy bị cố nhấn nút EMG để tắt toàn hệ thống Hệ thống vận hành tương đối ổn định Trong trình thực cịn xuất lỗi cấu khí chưa thực đáp ứng Camera bị ảnh hưởng mơi trường Hệ thống chạy tương đối xác Vẫn số sai số độ rơ vitme hay sai số động Nhóm kiểm tra, đạt kết với chuyển động sai số vitme trượt lên nằm khoảng