Ứng dụng cánh tay robot trong điều khiển và giám sát hệ thống

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 & TỰ ĐỘNG HÓA ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM SVTH: QUÁCH VĂN HÀ DƯƠNG VŨ HÀO SKL009310 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM Sinh viên: QUÁCH VĂN HÀ MSSV: 17151070 DƯƠNG VŨ HÀO MSSV: 17151071 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 202 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Ngành Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa GVHD: PGS.TS NGUYỄN MINH TÂM Sinh viên: QUÁCH VĂN HÀ MSSV: 17151070 DƯƠNG VŨ HÀO MSSV: 17151071 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o -Tp HCM, ngày tháng 02 năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Quách Văn Hà MSSV: 17151070 Dương Vũ Hào MSSV: 17151071 Ngành: Điền khiển Tự động hóa Lớp: 17151CL1 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Minh Tâm Ngày nhận đề tài: / / 2022 ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Tên đề tài: Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Các phương loại cánh tay robot thị trường - Tham khảo ứng dụng cảm biến, băng tải step motor thực tế Nội dung thực đề tài: - Tìm hiểu hệ thống phương pháp xuất lưu kho - Lựa chọn mặt hàng phù hợp với vị trí tương ứng - Thiết kế giao diện vận hành hệ thống HMI giao diện máy chủ xuất lưu kho - Mô lại hệ thống thiết bị phần cứng quy mô mô hình - Đánh giá kết đạt từ tìm mặt hạn chế hướng phát triển Sản phẩm - Mơ hình mơ trạng thái hệ thống điều khiển giám sát hàng hóa vào vị trí TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o PHIẾU NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Quách Văn Hà MSSV: 17151070 Dương Vũ Hào MSSV: 17151071 Điền khiển Tự động hóa Ngành: Lớp: 17151CL1 Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT TRONG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Minh Tâm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Ý kiến khác: Điểm: (Bằng chữ ) Tp HCM, ngày tháng 08 năm 2022 Giáo viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Ban giám hiệu nhà trường, Bộ môn Công nghệ ĐK - TĐH tạo điều kiện cho em học tập, thực hành tồn thể Thầy Cơ tận tình giảng dạy truyền đạt khối kiến thức kinh nghiệm quý báu cho chúng em để làm hành trang vững đầy tự tin bước vào đời Để bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn tất Quý Thầy Cô Để hồn thành đồ án tốt nghiệp mình, em trải qua khơng khó khăn, nhiên động lực để giúp em hoàn thành tốt đồ án Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Minh Tâm Thầy người hướng dẫn trực tiếp em hoàn thành đồ án Thầy không giảng viên truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em, mà Thầy giúp đỡ em nhiều lúc tìm cơng ty thực tập, định hướng đề tài, tìm nguồn hỗ trợ cho em làm đề tài Thầy ln tận tình, chu đáo, nhắc nhở trình thực đồ án em Một lần em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Em xin cảm ơn bạn bè động viên giúp em có điều kiện tốt vật chất tinh thần để em hồn thành q trình học tập trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TpHCM Bên cạnh gia đình, em cảm ơn người bạn làm chung đồ án giúp đỡ lúc gặp khó khăn, đưa lời khuyên bổ ích để em hồn thành đồ án Cuối cùng, em xin chúc Thầy, Cơ sức khỏe, hạnh phúc thành công nghiệp “trồng người” Sinh viên thực Quách Văn Hà Dương Vũ Hào i TÓM TẮT - Hiểu cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động động bước - Mơ hình khí chạy ổn định mang tính xác tương đối cao - Thiết kế thi cơng tủ điện, dây mơ hình gọn gàng, mang tính thẩm mỹ cao - Hiểu đặc điểm, cách thực chương trình điều khiển PLC, tập lệnh lập trình - Hệ thống hoạt động ổn định - Chương trình điều khiển PLC hoạt động ổn định, xác - Giám sát hoạt động hệ thống HMI - Tính tốn lựa chọn thiết bị phù hợp cho dây chuyền sản xuất - Hệ thống đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG viii Tổng Quan 1.1 Đặt Vấn Đề 1.2 Mục Tiêu 1.3 Giới Hạn Đề Tài 1.4 Phương Pháp Thực Hiện 1.5 Tóm tắt đồ án Cơ Sở Lý Thuyết 2.1 Cấu trúc hệ thống 2.1.1 Hệ thống vận chuyển 2.1.2 Hệ thống nhập xuất 2.1.3 Hệ thống lưu trữ Lựa Chọn Thiết Kế Và Xây Dựng Hệ Thống 3.1 Lựa chọn phương pháp thiết kế 3.1.1 Phương án thiết kế kệ hàng 3.2 Phương pháp thiết kế cánh tay robot 12 3.3 Phương pháp thiết kế truyền động cho hai trục X, Y 15 3.4 Tính tốn thành phần hệ thống 21 iii 3.4.1 Tính tốn thơng số xy lanh 21 3.4.2 Tính toán thiết kế băng tải 25 3.5 Lựa chọn, tính tốn động drive 26 3.5.1 Lựa chọn, tính tốn động cho vít me trục X 26 3.5.2 Lựa chọn, tính tốn động cho vít me cho trục Y 30 3.6 Lựa chọn cảm biến, xy lanh van điều khiển 35 3.6.1 Lựa chọn cảm biến 35 3.6.2 Lựa chọn xy lanh cho tay gắp 38 3.6.3 Lựa chọn van khí nén 40 3.7 Lựa chọn điều khiển 42 3.8 Khai thác phần mềm 44 Chế tạo mơ hình lưu kho tự động 46 4.1 Chế tạo phần khí 46 4.1.1 Thiết kế phần cứng 46 4.2 Thiết lập chương trình 50 4.2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán 53 4.2.2 Thiết kế giao diện điều khiển 57 4.3 Hình ảnh mơ hình thực tế 60 Kết luận hướng phát triển 62 5.1 Kết luận 62 5.2 Hướng phát triển 62 iv Thông số: + Sử dụng nhiều ứng dụng cung cấp nguồn cho hệ thống + Hiệu suất cao, điện áp đầu ổn định giới hạn công suất cho phép (không bị sụt áp dòng tiêu thụ lớn) + Bảo vệ tải, ngắn mạch, bảo vệ áp + Làm mát khơng khí + Điện áp đầu ra: 24V/5A + Điện áp đầu vào 220 VAC 110 VAC • Khối cảm biến: nhận biết sản phẩm Cảm biến từ LJ12A3-4-Z/BX Cảm biến hành trình xylanh • Khối cấu chấp hành: nhận tín hiệu xử lý Động step để điều khiển trục vitme Cơ cấu xy lanh để gắp phơi • Khối PLC: điều khiển tồn hệ thống • Khối Driver: điều khiển động Step Servo Hình 4.10 Sơ đồ khối 52 4.2.1 Xây dựng sơ đồ thuật tốn Hình 4.11: Sơ đồ thuật tốn lưu kho 53 Hình 4.12: Sơ đồ thuật tốn xuất kho 54 Sơ đồ khí nén Hình 4.13: Sơ đồ khí nén Lựa chọn thiết kế bảng I/O Bảng 4.1: Bảng thiết kế I/O Ký hiệu Địa Kiểu Chú thích liệu CN1:1 0V DC BOOL Nguồn OV DC CN1:2 X0 BOOL Động CN1:3 X1 BOOL Cảm biến CN1:4 X2 BOOL Cảm biến CN1:5 X3 BOOL Cảm biến CN1:6 X4 BOOL Cảm biến CN1:7 X5 BOOL Cảm biến 55 CN1:8 X6 BOOL Cảm biến CN1:9 X7 BOOL Cảm biến CN1:10 X8 BOOL Cảm biến CN1:11 X9 BOOL Cảm biến CN1:12 X10 BOOL Cảm biến 10 CN1:13 X11 BOOL Cảm biến 11 CN1:14 X12 BOOL Cảm biến 12 CN1:15 Y0 BOOL Step trục X CN1:16 Y1 BOOL Step trục Y CN1:17 Y2 BOOL Step trục X CN1:18 Y3 BOOL Step trục Y CN1:19 Y4 BOOL Xylanh xoay CN1:20 Y5 BOOL Xylanh đẩy CN1:21 Y6 BOOL Xylanh kẹp CN1:22 Y7 BOOL Động băng tải CN1:23 24V DC BOOL Nguồn 24V DC Sơ đồ kết nối PLC với cáp tín hiệu Khối xử lý trung tâm Hình 4.14: Khối xử lí trung tâm 56 Khối xử lý Hình 4.15: Khối xử lý Khối điều khiển Hình 4.16: Khối điều khiển 4.2.2 Thiết kế giao diện điều khiển 57 Hình 4.17: Giao diện chương trình Hình 4.18: Giao diện lựa chọn chế độ cơng việc Hình 4.19: Giao diện chế độ lưu kho Auto 58 Hình 4.20: Giao diện chế độ xuất kho Auto Hình 4.21: Giao diện chế độ xuất kho Manual Hình 4.22: Giao diện chế độ lưu kho Manual 59 Hình 4.23: Giao diện set home cho hệ thống 4.3 Hình ảnh mơ hình thực tế Hình 4.24: Hình ảnh tủ điện thực tế 60 Hình 4.25: Mơ hình thực tế 61 Kết luận hướng phát triển 5.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu thiết kế, chúng em đưa phương pháp ứng dụng tự động hóa việc cất giữ quản lý hàng hóa cách khoa học Tuy nhiên, thiết kế chúng em đưa mô hình nhỏ Với việc trao dồi thêm kiến thức, chúng em hồn tồn phát triển mơ hình thành sản phẩm hồn thiện ứng dụng thực tế Mặc dù cố gắng tìm hiểu thực song kiến thức chúng em cịn hạn chế thời gian có hạn nên đề tài cịn nhiều thiếu sót Em kính mong q thầy đóng góp ý kiến để đề tài hồn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý thầy cô khoa Cơng nghệ Kĩ Thuật Điều Khiển Tự Động Hóa thầy Nguyễn Minh Tâm giúp em nắm rõ kiến thức để thực tốt đề tài 5.2 Hướng phát triển • Về khí: Tùy theo u cầu mà hồn thiện khí có tính thẩm mĩ, phần chi tiết ghép nối phục vụ cho hướng phát triển tự động phân loại đếm sản phẩm Có thể hiển thị LCD giao tiếp máy tính để quản lí số lượng kho hàng đưa vào kho • Về giải thuật lập trình: Giải thuật phải phân loại loại hàng dựa vào màu sắc khối lượng Giao tiếp với máy tính, điều khiển thơng qua máy tính số phần mềm hỗ trợ Có thể sử dụng thuật tốn phân tích để thống kê liệu tiện cho việc giám sát truy xuất liệu cho người 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Lộc (2018), giáo trình Cơ sở thiết kế máy, nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM [2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2006), tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, nhà xuất giáo dục Hà Nội [3] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2006), tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 2, nhà xuất giáo dục Hà Nội [4] http://dl.mitsubishielectric.co.jp/dl/fa/document/catalog/plc_fx/l063/l063a.pdf [5] https://dl.mitsubishielectric.com/dl/fa/document/manual/plc_fx/jy997d1660 1/jy997d16601q.pdf S K L 0