Thiết kế và thi công mô hình tay máy song song 2 bậc tự do cải tiến để bóc tách và sắp xếp hàng hóa trong quản lý chuỗi cung ứng

Bộ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HÔ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÃI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOẤ HỌC CÁP TRƯỜNG Tên đề tài: Thiết kế thi công mơ hình tay máy song song bậc tự cải tiến để bóc tách xếp hàng hóa quản lý chuỗi cung úng Mã số đề tài: 22/2DSV12 Chủ nhiệm đề tài: Trần Quốc Thịnh Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ Điện LỜI CÁM ƠN Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy/Cô, bạn sinh viên khoa Điện nói riêng sinh viên Trường Đại học Cơng nghiệp TP.HCM nói chung giúp đỡ, tạo điều kiện sở vật chất, trang thiết bị, để nhóm chúng em hồn thành tốt đề tài Ngoài ra, thời gian qua trình tìm hiểu thực nghiên cứu, nhóm chúng em nhận dạy quan tâm tận tình đến từ Thầy Với lịng biết ơn sâu sắc, nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến giảng viên hướng dẫn - Giảng viên: TS Nguyễn Văn Thọ Bằng tri thức tâm huyết mình, Thầy truyền đạt giúp đỡ cho nhóm tồn thể sinh viên kiến thức vơ q báu suốt q trình làm việc Đó nguồn động lực vơ to lớn giúp nhóm chúng em tiến hành nghiên cứu thực tiểu luận với đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH TAY MÁY SONG SONG BẬC Tự DO CẢI TIẾN ĐẺ BÓC TÁCH VÀ SẮP XÉP HÀNG HÓA TRONG QUẢN LÝ CHUỖI CUNG ỨNG” Nghiên cứu nhóm chúng em đảm bảo thời gian nội dung kiến thức cịn hạn hẹp, hạn chế thiếu sót nhiều mặt, chúng em mong nhận đóng góp, ý kiến quý báu từ thầy tồn thể thầy cơ, bạn sinh viên để đề tài hồn thiện trau dồi nhiều kiến thức Cuối lời, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đồng hành với chúng em tập thể sinh viên suốt qng đường Nhóm kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe! Tp HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2023 PHẢN I THƠNG TIN CHƯNG I Thơng tín tống quát 1.1 Tên đề tài: Thiết kế thi công mơ hình tay máy song song bậc tự cải tiến để bóc tách xếp hàng hóa quản lý chuỗi cung ứng 1.2 Mã số: 22/2DSV12 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài Trần Quốc Thịnh Khoa Công nghệ Điện Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Minh Cường Khoa Công nghệ Điện Thành viên Nguyễn Thanh Tùng Khoa Cơng nghệ Điện Thành viên Bùi Thành Đạt Khoa Cơng nghệ Điện Thành viên 1.4 Đon vị chủ trì: 1.5 Thịi gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 03 năm 2023 đến tháng 03 năm 2024 1.5.2 Gia hạn (nếu có): đến tháng năm 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 03 năm 2023 đến tháng 06 năm 2023 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): (Ve mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết nghiên cứu tồ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến Cơ quan quản ỉỷ) 1.7 Tỗng kinh phí phê duyệt đề tài: 10 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Trong thời điểm công nghệ phát triển, quốc gia cạnh tranh, thay cải tạo hệ thống máy móc, cơng xưởng thuật ngữ tự động hóa dần trở nên phổ biến Một khâu quan trọng sản xuất gắp thả vật sở sản xuất sử dụng Robot cho công việc Robot gẳp thả sản phẩm (Pick- and-Place Robot) loại Robot sử dụng đại trà dây chuyền sản xuất, chế tạo Việc gắp thả sản phẩm Robot có chế lặp lặp lại liên tục nhiều lần với tốc độ nhanh loại Robot công cụ vơ cần thiết dây chuyền đóng gói sản phẩm Hình 0.1: Robot gắp thả vật dây chuyền sản xuất Robot gắp thả sản phẩm có nhiều loại, nhiên sử dụng loại Robot nối tiếp có cấu mở rộng cánh tay băng tải chiếm diện tích lón chi phí gia cơng cao hon Vì vậy, Robot song song giải pháp phù hợp thiết thực Robot đuợc lắp đặt nguợc lên để khâu rơi xuống duới, qua tiết kiệm không gian hon tốc độ di chuyển tay máy đuợc cải thiện Đề tài tập trung nghiên cứu vào Robot song song có khóp xoay với hệ thống dẫn động bên Robot lấy ý tưởng dựa Robot Delta nghiên cứu giáo sư Reymond Clavel [1] Với thiết kế hình bình hành cho cánh tay máy, Robot loại có cấu tác động cuối (End - Effector) thiết kế phục vụ cho mục đích gắp thả sản phẩm băng chuyền công nghiệp cách nhẹ nhàng linh động Hình 0.2: Mơ hình Robot song song 2-DOF Thực tế theo nghiên cứu triển khai giới, loại Robot nhóm tiến hành thiết kế, chế tạo loại có khớp quay dựa loại Robot song song tịnh tiến có tên Diamond [2] Chúng ta lựa chọn loại Robot Diamond có hai co cấu hình bình hành cấu hình bình hành tùy thuộc vào mục đích yêu cầu sử dụng Ở đây, đề tài tập trung vào loại cấu hình bình hành Ngồi khớp quay, Hermes Giberti cộng sử dụng xi-lanh khí nén cho loại Robot [3] Tuy nhiên, áp dụng cấu khí nén vào dây chuyền cấu khơng thực tối ưu khơng gian khối lượng Robot, ngồi cấu khơng mang tính thẩm mĩ cao Qua đó, khớp xoay điều khiển động lựa chọn hoàn hảo nhiều chuyên gia đồng thuận Do đó, sở lý thuyết này, nhiều nghiên cứu giới công bố để hiệu chỉnh, tối ưu cho hệ thống trục song song Một nghiên cứu thiết thực Tian Huang cộng Nghiên cứu họ số yếu tố hiệu chỉnh tối ưu cho hệ thống kể đến giới hạn hình học, giới hạn góc quay, khoảng cách hai trục động cơ, độ dài khâu [4] Tương tự, nghiên cứu khác Tian cộng tính tốn cơng thức giúp lựa chọn kích thước mơ hình cách hiệu trình bày phần sau [5] Tuy nhiên, so với nghiên cứu giới, Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu loại Robot song song sử dụng hai khớp quay Đa số nghiên cứu công bố trước loại Robot Delta với thiết kế theo vùng không gian làm việc Các tính tốn Lê Xn Hồng Lê Hồi Nam Trường Đại học Bách khoa- Đại học Đà Nang số ví dụ có hai cách tối ưu để thiết ké mơ hình Robot dựa khơng gian làm việc [6] Ngồi ra, tìm hiểu, áp dụng thêm số phương pháp hiệu chỉnh, tối ưu dựa loại Robot khác Robot SCARA bậc tự Nguyễn Hoàng Dũng cộng [7], hiệu chỉnh PID hệ mờ [8] hay tính toán động học Robot song song bất đối xứng nhóm 3URS [9], Hình 0.3: Robot Delta hãng ABB Qua nghiên cứu công bố nước Đây xem đề tài thú vị, địi hỏi nhiều kiến thức chun mơn, mẻ Ở khía cạnh ngồi nước, nghiên cứu trước thiết kế mơ hình Robot song song bậc tự phục vụ cho việc gắp thả sản phẩm dây chuyền công nghiệp Các nghiên cứu cung cấp lượng kiến thức đầy đủ động học, động lực học, quỹ đạo chuyển động, không gian làm việc loại Robot Bên cạnh đó, số đề tài đề xuất giải pháp tối ưu hóa hệ thống, tiết kiệm chi phí gia cơng Ngược lại, mơi trường nước, đề tài khơng có báo, nghiên cứu Các nghiên cứu nước công bố từ trước đến chủ yếu tập trung vào loại Robot Delta với đề xuất hiệu chỉnh chất lượng cho loại Robot Ngoài ra, viết đề cập loại Robot phẳng, không gian làm việc Robot có hai chiều Chính lý đó, hướng phát triển mà nhóm đề xuất thiết kế thêm bậc tự phần mơ hình để Robot di chuyển theo đầy đủ trục không gian dựa theo chế độ làm việc (-+) mà Alexandre Figielski cộng đề cập đến viết [10] Vì vừa hội để nhóm tìm hiểu nghiên cứu từ nguồn tư liệu quý giá cho nghiên cứu sau này, vừa thách thức lượng kiến thức hạn chế nguồn liệu phụ thuộc vào nước Mục tiêu 2.1 Mục tiêu tỗng quát Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo điều khiển mơ hình cánh tay máy hai trục song song cải tiến vói ba bậc tự 2.2 - Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu tạo cánh tay máy hai trục song song hai bậc tự - Thiết kế tính tốn chi tiết động học, động lực học, quỹ đạo cánh tay máy hai trục song song hai bậc tự - Cải tiến không gian hoạt động cách tăng thêm bậc tự cho cánh tay máy hai trục song song hai bậc tự - Chế tạo mơ hình co khí hồn chỉnh - Lập trình điều khiển mơ hình - Đe xuất phưong án tối ưu thiết kế, tính tốn ngun vật liệu Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cấu tạo cánh tay máy hai trục song song hai bậc tự Thiết kế tính tốn chi tiết động học, động lực học, quỹ đạo cánh tay máy hai trục song song hai bậc tự Cải tiến không gian hoạt động cách tăng thêm bậc tự cho cánh tay máy hai trục song song hai bậc tự Chế tạo mơ hình khí hồn chỉnh Lập trình điều khiển mơ hình PLC Lập trình thiết kế hình điều khiển HMI Kiểm soát lưu trữ liệu hệ thống Excel Tống kết kết nghiên cứu 4.1 Kết làm việc 4.1.1 Thiết kế phần khung Khung mơ hình phác thảo phần mem SolidWorks với chất liệu nhơm định hình ke góc để cố định đầu nối cạnh Kích thước khung 800x800x1000 mm Phần mềm vẽ 3D SolidWorks cho phép thao tác, thiết kế chi tiết khí Ngồi ra, phần mềm giúp mô biến dạng chi tiết hiệu chỉnh thông so vật liệu cách nhanh chóng hiệu Theo đó, phần khung mơ hình có kích thước Hình 4.1 Hình 0.4 Phác thảo khung mơ hình Hình 0.5: Bản vẽ mơ hình 3D 4.1.2 Thiết kế tay máy robot Từ sở tính tốn động học, nhóm đưa thông số phù họp cho tay máy Robot với thông số sau: Bảng 0.1: Thông số kĩ thuật tay máy robot Khoảng cách trục đến tâm tọa độ (l0) Độ dài khâu chủ động (lỵ) Độ dài khâu bị động (l2) Góc giới hạn (9U) Góc quay tối đa (ỡ) 70 mm 200 mm 400 mm 30 độ 120 độ Hình 0.3 Ký hiệu thơng số tay máy Hình 0.6: Tay máy 3D 4.1.3 Mơ Matlab Matlab Simulink phần mềm mô phương trình tốn học, mơ hình Matlab giúp cho người sử dụng khảo sát đặc tính mơ hình dự đốn trước tình thực tế Ở đây, đề tài sử dụng Matlab Simulink để mô quỹ đạo chuyển động robot để từ quỹ đạo robot triển khai cách dễ dàng 4.1.4 Mô sức bền Ngồi vấn đề thiết kế, mơ hình cần tính tốn, kiểm tra độ bền q trình vận hành Ở đây, mơ hình mơ phần mềm khác Từ đó, ta có nhìn khách quan tác động từ mơi trường, vật liệu đến cấu khí 4.1.4.1 Kiểm tra sức bền vật liệu SolidWorks Hình 0.7: Mơ ứng suất SolidWorks •Kometnc Hình 0.8: Mơ biến dạng SolidWorks TERM COPY RIGHT: THIS DESIGN AND PRINT IS THE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT 0E USED REPRODUCED OR COPIED WHOLLY OR 2K PART WITHOUT WRITTEN PERMISSION FRCP' C2TD TEAM Vfetalte: ww.ljh.edu.vn COPY RIGHT: THIS DESIGN AND PRINT ZSTHE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT 3E USED REPRODUCED OR COPIED '/.HOLLY OR IN p?w WITHOUT WRITTEN PERMISSION FRCN' C2TD TEAM J Ph : 023 3B94 2390 J Fax: 0283S946263 ■ Website: ww.|jh.edu.vn VIDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CH] MINH OTY INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY PROJECT: TITLE: PROJECT: TITLE: Advanced 2-DOF Robot 1 Advanced 2-DOF Robot INPUT CIRCUIT DRAWING NUMBER: 001 1 1 DRAWING NUMBER: 001 DATE: 30/05/2023 DIVISION: DRAWED BY: Tran Quoc Thinh DATE: 30/05/2023 QX41 CIRCUIT 1 DIVISION: DRAWED BY: Tran Quoc Thinh PAGE: 11/27 CHECKED BY: Nguyen Van Tho PAGE: 12/27 CHECKED BY: Nguyen Van Tho _ JOB IEC tpl(J03.ept APPROVED BY: Nguyen Van Tho TCZ_ JOB: IEC tpl{J03.ept APPROVED BY: Nguyen Van Tho 113 P.12 (c,l) xoo P.12 (c, 2} X01 P.12 (tf2) X02 P.12 (E,3) X03 P.12 (E,3) X04 P.12 (E,4j XŨ6 P.12 (E,4) X05 P.12(E,5] CB BT START p.12 (F,9) ov •ov P.12 (Gr9)24V- COPY RIGHT: THIS DESIGN AUD PRINT 3STHE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT 0E USED REPRODUCED OR COPIED WHOLLY OR 3K PART WITHOUT WRITTEN PERMISSION FRCP' C2TD TEAM P.15(G,0) 24V P.15 (G,o) INDUSTRIAL UN?/ERSirr OF HC CHI MINH orwebsite: ww.ljh.edu.vn PROJECT: TITLE: Advanced 2-DOF Robot 1 DRAWING NUMBER: 001 1 DIVISION: DRAWED BY: Tran Quoc Thinh DATE: 30/05/2023 SENSOR CIRCUIT PAGE: 13/27 CHECKED BY: Nguyen Van Tho _ JO* IEC tpl003.ept APPROVED BY: Nguyen Van Tho I/O CABLE Y20-Y3F TERM liBSiSSi COPY RIGHT: THIS DESIGN AND PRINT IS THE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT BE USED REPRODUCED OR COPIED WHOLLY O.R IN P.-VRT WITHOUT 'WRITTEN PERMISSION FRCP' C2TD TEAM INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY J Ph : OM 3B94 2390 J Fax: 02833946269 ■ Website: ww.|jh.edu.vn PROJECT: TITLE: Advanced 2-DOF Robot QY41P CIRCUIT 1 DRAWING NUMBER: 001 DATE: 30/05/2023 1 DIVISION: DRAWED BY: Tran Quoc Thinh ,p*“: 14/27 CHECKED BY: Nguyen Van Tho JOB: IEC tpl{J03.ept APPROVED BY: Nguyen Van Tho 114 115 COPY RIGHT: THIS DESIGN AND PRINT IS THE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT 0E USED REPRODUCED OR COPIED WHOLLY OR 2K PART WITHOUT WRITTEN PERMISSION FRCP' C2TD TEAM Vfetalte: ww.ljh.edu.vn COPY RIGHT: THIS DESIGN AND PRINT ZSTHE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT 3E USED REPRODUCED OR COPIED '/.HOLLY OR IN p?w WITHOUT WRITTEN PERMISSION FRCN' C2TD TEAM J Ph : 023 3B94 2390 J Fax: 0283S946263 ■ Website: ww.|jh.edu.vn VIDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CH] MINH OTY INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY PROJECT: TITLE: PROJECT: TITLE: Advanced 2-DOF Robot 1 Advanced 2-DOF Robot RELAY 12V CIRCUIT DRAWING NUMBER: 001 1 I DRAWING NUMBER: 001 DATE: 30/05/2023 DIVISION: DRAWED BY: Tran Quoc Thinh DATE: 30/05/2023 RELAY 24V CIRCUIT I PAGE: 17/27 I _ JO* IEC tpl(J03.ept CHECKED BY: Nguyen Van Tho APPROVED BY: Nguyen Van Tho DIVISION: PAGE: 18/27 DRAWED BY: Tran Quoc Thinh CHECKED BY: Nguyen Van Tho TCZ_ JO* IEC tpl{J03.ept APPROVED BY: Nguyen Van Tho 116 QD75MH4 I/O CABLE 2A1-2B2Ữ 1-1B20 I/O CABLE 1A1- TERM TERM SSCNET CABLE ƠM1A-BRTVERI COPY RIGHT: THS DESIGN AND PRINT IS THE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT BE USED REPRODUCED OR COPIED WHOLLY OR IN PART WITHOUT WRITTEN PERMISSION FRCP' C2TD TEAM /• INDUSTRIAL UND/ERSrrr OF HO CHI MtNH OTY Ỉ ▲ t 12 Nạưfer Van Ođu st Wdtd Gu top Dỉstiỉd HCMC = * Ph : 028 3B94 3390 ■Jl u f=ax : 02835946269 Website: wtw.luh.edu.wi ; 1 Advanced 2-DOF Robot PROJECT: DRAWING NUMBER: 001 1 DIVISION: DRAWED BY: Tran Quoc Thinh DATE: 30/05/2023 QD75MH4 CIRCUIT TITLE: PAGE: 19/27 CHECKED BY: Nguyen Van Tho IEC tpl(J03.ept APPROVED BY: Nguyen Van Tho 1 TERM Bl B2 B3 B4 B5 B6 Al A2 A3 A4 A5 A6 I DOMINO DOG1 NPN RLS1 NPN p.17 (A,9) 24V- P.1/(H,9) ov 24V ■ƠV P.21 (G,0) p.21 (H,o) (TERM HAS 40 PINS FROM A1-A20, B1-B20 BUT WE JUST NEED TO FOCUS ON A1-A6, B1-B6) COPY RIGHT: This DESIGN AND PRINT IS THE PROPERTY OF C2TD TEAM AND MUST NOT BE USED REPRODUCED OR COPIED WHOLLY OR IN P?1RT WITHOUT WRITTEN PERMISSION FRCN' C2TD TEAM INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY J Ph : 020 3B94 2390 J Fax : 02835946269 ■ Website: VAW.lJh.edu.vn PROJECT: TITLE: Advanced 2-DOF Robot AXIS CIRCUIT I I DRAWING NUMBER: 001 I DATE: 30/05/2023 _ ị DIVISION: PAGE: 20/27 DRAWED BY: Tran Quoc Thinh CHECKED BY: Nguyen Van Tho TCZ_ JOB: IEC tpl{J03.ept APPROVED BY: Nguyen Van Tho 117 118 119 120 121 BÁN VẼ KHÍ DRAWNG NUMBER PAGE DESCRIPTION 002 001 □ST OF DRAWING 002 002 CABINET LAYOUT 002 003 MODEL FRAME 002 004 VIEW OF MODEL 002 005 VIEW OF MODEL 002 006 MODEL 3D 002 007 BODY PART 002 008 END EFFECTOR PART 002 009 LINK PART 002 010 □NK PAD PART 002 Oil DRAG CHAIN PAD PART 1 DRAWING NUMBER: 002 DATE: 30/05/2023 1 SCALE: 1:5 DRAWED BY: TRAN QUOC THINH 1 PAGE: 2/11 CHECKED BY: NGUYEN VAN THO JOB: IEC tplOO2.ept APPROVED BY: NGUYEN VAN THO 122 123 124 125 126 127