Cánh tay robot gắp và phân loại sản phẩm theo chiều cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÁNH TAY ROBOT GẮP VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: Ths Trương Thu Hiền Sinh viên thực hiện: - Nguyễn Thanh Tuyền – 1811053016 – 18DTDA3 - Nguyễn Trọng Thịnh – 1811051616 – 18DTDA3 - Huỳnh Minh Tính – 1811051620 – 18DTDA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TÓM TẮT Đồ án tốt nghiệp “Cánh tay Robot gắp phân loại sản phẩm theo chiều cao”, nghiên cứu thiết kế dạng mơ hình thu nhỏ, sử dụng PLC FX3U 24MT để tiến hành lập trình cho hệ thống Về tổng quan, hệ thống vận hành thông qua việc giám sát điều khiển SCADA qua cổng truyền thông RS232 – nhập số lượng phôi thấp, cao cần phân loại mong muốn Hệ thống gồm cấu như: băng tải, cảm biến, cánh tay robot khí nén cấu vitme Băng tải đưa phôi qua cảm biến để nhận tín hiệu phân loại đưa phôi vào vị trị cánh tay gắp Khi phôi đến vị trí cảm biến gắp, băng tải dừng cánh tay robot thực gắp phôi từ băng tải qua cấu vitme Ở cấu vitme, PLC nhận xử lí tín hiệu từ cảm biến phân loại phát số xung tương ứng điều khiển động bước thông qua Driver TB6560, để di chuyển khay chứa đến vị trí khay chưa phơi thấp cao Hệ thống mơ hình thiết kế lập trình phần mềm Solidworks, Gxworks điều khiển giám sát SCADA qua phần mềm EB8000 iii ABSTRACT Graduation project "Robot arm picking and classifying products by height", researched and designed as a miniature model, use PLC FX3U 24MT to program the system In general, the system operates through SCADA monitoring and control via RS232 communication port – input the desired number of low and high workpieces to be sorted The system consists of main mechanisms such as conveyor, sensor, pneumatic robot arm and vitme mechanism The conveyor will take the workpiece through the sensors to receive the classification signal and put the workpiece in the position of the pick arm When the workpiece reaches the pickup sensor position, the conveyor will stop and the robot arm will pick up the workpiece from the conveyor through the vitme mechanism In the vitme mechanism, the PLC receives and processes the signal from the classification sensor, which will generate the corresponding number of pulses to control the stepper motor through the TB6560 Driver, to move the tray to the low or high empty tray position The model system is designed and programmed on Solidworks, Gxworks software and controlled and monitored by SCADA via EB8000 software iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG xiii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Thực trạng trình sản xuất 1.2 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm 1.2.1 Các hệ thống phân loại sản phẩm hành 1.2.2 Hệ thống phân loại theo chiều cao 1.3 Xác định mục tiêu giới hạn đề tài 1.4 Mô tả khái quát hệ thống dự kiến để đạt mục tiêu 1.4.1 Các vấn đề đặt 1.4.2 Bản vẽ tổng thể hệ thống 1.4.3 Các thông số kỹ thuật yêu cầu để thiết kế 10 1.4.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 11 1.4.5 Nguyên lý hoạt động hệ thống 11 1.4.6 Các phần mềm cơng cụ tính tốn 12 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 15 2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp .15 2.1.1 Chọn vật liệu .15 2.1.2 Phân tích lựa chọn loại băng tải 18 2.1.3 Phân tích lựa chọn giải pháp truyền động cho cánh tay robot .21 2.1.4 Phân tích lựa chọn giải pháp cho cấu truyền động khay phân loại 22 2.1.5 Phân tích lựa chọn giải pháp truyền động điện cho băng tải vitme 25 2.1.6 Phân tích lựa chọn cảm biến 27 v 2.1.7 Phân tích lựa chọn giải pháp điều khiển 29 2.2 Tính tốn lựa chọn thiết bị tryền động 30 2.2.1 Tính tốn lựa chọn động cho băng tải .30 2.2.2 Tính tốn lựa chọn thiết bị truyền động cấu vitme 32 2.2.3 Tính tốn cánh tay robot xylanh khí nén 36 2.2.4 Chọn xylanh cho cánh tay robot 39 2.2.5 Chọn máy bơm khí, ống dẫn khí van tiết lưu: 43 2.3 Tính toán lựa chọn thiết bị điện cho mạch điều khiển 45 2.3.1 Chọn thành phần hệ thống 45 2.3.2 Bộ điều khiển trung tâm PLC FX3U – 24MT 47 2.3.3 CB 48 2.3.4 Van điện từ 49 2.3.5 Cảm biến 54 2.3.6 Rơle trung gian 57 2.3.7 Công tắc nút nhấn 61 2.3.8 Nguồn DC 64 2.3.9 Driver TB6560 65 2.3.10 Dây dẫn 66 2.3.11 Công tắc hành trình 67 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 68 3.1 Thiết kế phần khí 68 3.1.1 Thiết kế băng tải 68 3.1.2 Thiết kế cấu truyền động vitme 69 3.1.3 Thiết kế lắp ráp cánh tay robot khí nén .70 3.1.4 Thiết kế tủ kính 71 3.1.5 Bản vẽ mô tả hệ thống SOLIDWORKS 72 3.2 Thiết lập vẽ điện 73 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 74 4.1 Mô tả hoạt động hệ thống 74 4.2 Xác định bảng địa vào hệ thống 75 4.2.1 Bảng địa vào 75 vi 4.2.2 Bảng địa 75 4.2.3 Sơ đồ đấu nối PLC 76 4.3 Lập trình điều khiển hệ thống .77 4.3.1 Thiết kế lưu đồ thuật toán 77 4.3.2 Chương trình điều khiển hệ thống .80 4.4 Thiết kế điều khiển SCADA weintek .83 CHƯƠNG V: TỔNG HỢP HỆ THỐNG 84 5.1 Thi công phần cứng 84 5.1.1 Mơ hình phần loại sản phẩm phần mềm SolidWorks 84 5.1.2 Thi công phần băng tải 84 5.1.3 Thi Công, lắp ráp cánh tay robot .85 5.2 Thực nghiệm 88 5.3 Kết luận nhóm sau làm thực nghiệm 92 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 93 6.1 Phân tích đánh giá kết .93 6.2 Những hạn chế hướng giải trình làm đồ án 94 6.3 Hướng phát triển 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC WEBSITE THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 96 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG Hình 1.1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch (Nguồn: Internet) .4 Hình 1.2 Dây chuyền phân loại nông sản: cam, táo (Nguồn: Internet) Hình 1.3 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc (Nguồn: Internet) .6 Hình 1.4 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước (Nguồn: Internet) Hình 1.5 Phân loại sản phẩm theo chiều cao (Nguồn: Internet) Hình 1.6 Mơ 3D hệ thống Solidwork .9 Hình 1.7 Bản vẽ phơi cao phơi thấp .10 Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống điều khiển 11 Hình Giao diện phần mềm GX Work .12 Hình 1.10 Đọc viết liệu từ PLC (Nguồn: Internet) 13 Hình 1.11 Giao diện phần mềm EB8000 14 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP Hình 2.1 Nhơm định hình (Nguồn: Internet) 15 Hình 2.2 Thép hộp mạ kẽm (Nguồn: Internet) 15 Hình 2.3 Thép chữ V đa (Nguồn: Internet) 16 Hình 2.4 Thép chữ U đa (Nguồn: Internet) 16 Hình 2.5 Nhựa PP (Nguồn: Internet) 17 Hình 2.6 Miếng ván ép (Nguồn: Internet) 17 Hình 2.7 Thiết kế lăn băng tải (Nguồn: Internet) .18 Hình 2.8 Băng tải mặt phẳng (Nguồn: Internet) .19 Hình 2.9 Cánh tay robot trục tọa độ trục (Nguồn: Internet) .20 Hình 2.10 Cánh tay robot có trục xoay (Nguồn: Internet) 20 Hình 2.11 Cánh tay robot sử dụng động Servo (Nguồn: Internet) .21 Hình 2.12 Cánh tay khí nén (Nguồn: Internet) 22 Hình 2.13 Cơ cấu vitme – đai ốc trượt (Nguồn: Internet) .23 Hình 2.14 Cơ cấu vitme – đai ốc bi (Nguồn: Internet) .23 Hình 2.15 Ray trượt dẫn hướng (Nguồn: Internet) 24 viii Hình 2.16 Truyền động đai (Nguồn: Internet) 24 Hình 2.17 Cấu tạo động DC có giảm tốc (Nguồn: Internet) 25 Hình 2.18 Động bước (Nguồn: Internet) 26 Hình 2.19 Cảm biến tiệm cận điện cảm (Nguồn: Inteenet) 27 Hình 2.20 Cảm biến tiệm cận điện dung (Nguồn: Internet) 27 Hình 2.21 Cảm biến quang (Nguồn: Internet) 28 Hình 2.22 Cơng tắc hành trình (Nguồn: internet) .28 Hình 2.23 Adruino Uno (Nguồn: Internet) .29 Hình 2.24 Một số dịng PLC (Nguồn: Internet) 29 Hình 2.25 Catalog DS400 (Nguồn: Internet) 32 Hình 2.26 Xy lanh AIRTTAC TN16x30 cấu vitme (Nguồn: Internet) 33 Hình 2.27 Catalog xy lanh AIRTAC TN16x30 (nguồn: Internet) 34 Hình 2.28 Catalog động bước KV4234 (Nguồn: Internet) 36 Hình 2.29 Cơng thức kẹp cho xy lanh (Nguồn: Internet) 36 Hình 2.30 Xy lanh kẹp SMC MHZ2-16D (Nguồn: Internet) 39 Hình 2.31 Catalog SMC MHZ2-16D (nguồn: Internet) 39 Hình 2.32 Xy lanh đẩy AIRTAC TN16x30 (Nguồn: Internet) 40 Hình 2.33 Catalog xy lanh đẩy AIRTAC TN16x30 (Nguồn: Internet) 40 Hình 2.34 Xy lanh nâng hạ SMC CXSM25x20 (nguồn: Internet) 41 Hình 2.35 Catalog SMC CXSM25x20 (Nguồn: Internet) 41 Hình 2.36 Xy lanh xoay SMC MSQB30R (Nguồn: Internet) 42 Hình 2.37 Catalog SMC MSQB30R (Nguồn: Internet) 42 Hình 2.38 Máy bơm khí (Nguồn: Internet) .43 Hình 2.39 Van tiết lưu (Nguồn: Internet) 44 Hình 2.40 Catalog van tiết lưu (Nguồn: Internet) .44 Hình 2.41 Ống dẫn khí (Nguồn: Internet) 45 Hình 2.42 PLC FX3U 24MT (Nguồn: Internet) .47 Hình 2.43 Sơ đồ đấu dây FX3U-24MT (Nguồn: Internet) .48 Hình 2.44 Catalog CB BKN 2P 16A (Nguồn: Internet) 48 ix Hình 2.45 Cụm van điện từ SYJ5143-5LO (Nguồn: Internet) 49 Hình 2.46 Catalog cụm van điện từ SYJ5243-5LO (Nguồn: Internet) .51 Hình 2.47 Van điện từ SY3120-5LZD-C4 (Nguồn: Internet) 51 Hình 2.48 Catalog van điện từ SY3120-5LZD-C4 (Nguồn: Internet) 53 Hình 2.49 Cấu tạo cảm biến quang (Nguồn: Internet) 54 Hình 2.50 Trạng thái hoạt động cảm biến quang (Nguồn: Internet) 55 Hình 2.51 Cảm biến quang E3F-DS30C4 (Nguồn: Internet) 55 Hình 2.52 Catalog cảm biến quang E3F-DS30C4 (Nguồn: Internet) .57 Hình 2.53 Relay trung gian MY4N-D2 14 chân (Nguồn: Internet) 58 Hình 2.54 Sơ đồ chân relay (Nguồn: Internet) 58 Hình 2.55 Catalog relay MY4N-D2 (Nguồn: Internet) 59 Hình 2.56 Đế chân relay 14 chân PYF14A-E (Nguồn: Internet) 59 Hình 2.57 Catalog đế relay 14 chân PYF14A-E (Nguồn: Internet) 60 Hình 2.58 Cơng tắc nút nhấn khởi động, dừng Emergency (Nguồn: Internet) 61 Hình 2.59 Catalog nút Emergency (Nguồn: Internet) .62 Hình 2.60 Catalog nút nhấn Start, Stop (Nguồn: Internet) .64 Hình 2.61 Khối nguồn tổ ong 24V-10A (Nguồn: Internet) 64 Hình 2.62 Sơ đồ chân khối nguồn .65 Hình 2.63 Driver TB6560 (Nguồn: Internet) 65 Hình 2.64 Sơ đồ nối dây Driver với Step Motor PLC 66 Hình 2.65 Catalog dây dẫn (Nguồn: Internet) 66 Hình 2.66 Cơng tắc hành trình SS – 5GL (Nguồn: Internet) 67 Hình 2.67 Catalog cơng tắc hành trình SS – 5GL (Nguồn: Internet) .67 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Hình 3.1 Bản vẽ thông số băng tải Solidworks 68 Hình 3.2 Bản vẽ thông số vitme Solidworks .69 Hình 3.3 Bản vẽ thơng số cánh tay Robot Solidworks 70 Hình 3.4 Bản vẽ thơng số tủ kính .71 Hình 3.5 Bản vẽ lắp ráp hệ thống Solidwork 72 x Hình 3.6 Bản vẽ đấu nối PLC với thiết bị điện 73 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM Hình 4.1 Bản vẽ sơ đồ đấu nối chân PLC 76 Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán .77 Hình 4.3 Sơ đồ Grafcet điều khiển hệ thống 78 Hình 4.4 Sơ đồ Grafcet điều khiển cánh tay Robot (chương trình con) 79 Hình 4.5 Giao diện điều khiển EB8000 .83 CHƯƠNG V: TỔNG HỢP HỆ THỐNG Hình 5.1 Mơ hệ thống Solidworks 84 Hình 5.2 Mơ 3D băng tải Solidworks .84 Hình 5.3 Thi cơng băng tải 85 Hình 5.4 Mơ 3D cánh tay Robot Solidworks 85 Hình 5.5 Thi cơng lắp cánh tay Robot 86 Hình 5.6 Mơ 3D vitme xy lanh đẩy Solidworks 86 Hình 5.7 Thi cơng vitme xy lanh đẩy vật phẩm 87 Hình 5.8 Thi cơng hồn thiện mơ hình .87 Hình 5.9 Nhập số lượng phôi cao phôi thấp .88 Hình 5.10 Hệ thống hoạt động chờ sản phẩm 88 Hình 5.11 Đặt phôi lên băng tải 89 Hình 5.12 Phơi qua cảm biến cao/thấp 89 Hình 5.13 Phơi chạm cảm biến dừng 90 Hình 5.14 Cánh tay Robot gắp thả vật vào khu vực phân loại .90 Hình 5.15 Phôi di chuyển đến ô phân loại .91 Hình 5.16 Phơi phân loại .91 Hình 5.17 Hệ thống hồn thành phân loại 92 xi  Chương trình điều khiển 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 Device Name Comment M0 st M1 stop M2 bien star M3 rst bt M4 set cb thap M5 set cb cao M6 phoi thap M7 phoi cao M8 gap M9 rst xl3 M10 rst xl kẹp M11 rst xl2 M12 rst xl xoay M13 rst xl lan M14 move step M15 home step M16 ve home X000 cb thap X001 cb cao X002 cb gap 119 X003 ctht X004 nút star X005 stop Y000 chân phát xung Y002 bt Y003 xl xoay Y004 xl2 Y005 xl Y006 xl kẹp Y007 xl day D1 số xung D2 set so luong thap D3 set so luong phoi cao T0 thời gian xl3 T1 thời gian kẹp T2 thời gian xl lên T3 thời gian xoay xl xoay T4 thời gian xl xuống T5 thời gian thả phoi T6 thời gian xoay home T7 thời gian xl đảy phôi 120 T10 thời gian chờ xl day C0 couter phoi thap C1 couter phoi cao Bảng phụ lục 1.1 Tên chương trình code PLC 121 ... ? ?Cánh tay Robot gắp phân loại sản phẩm theo chiều cao? ?? Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động nguyên lý dùng cảm biến để xác định chiều cao sản phẩm Sau đó, cánh tay xy lanh khí nén gắp sản phẩm. .. hình cánh tay gắp phân loại sản phẩm, cánh tay gắp phân loại sản phẩm băng tải đóng vai trị quan trọng vận chuyển sản phẩm mục tiêu nhanh, xác cần phải có momen xoắn thích hợp để tải đến cánh tay. .. tra phân loại) sau phân cỡ trọng lượng theo yêu cầu Hình 1.2 Dây chuyền phân loại nơng sản: cam, táo (Nguồn: Internet) c, Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Dây chuyền phân loại sản phẩm theo