Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các phụ kiện cho robot amr trong ngành công nghiệp sản xuất thông minh

GIỚ I THI Ệ U

Tính c ấ p thi ế t c ủa đề tài

Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp tự động hóa và robot đã dẫn đến nhu cầu gia tăng về phụ kiện cho Robot AMR Việc cung cấp các phụ kiện phù hợp không chỉ giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh mà còn mở ra cơ hội kinh doanh mới và tiềm năng phát triển.

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, Robot AMR đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất sản xuất và giảm phụ thuộc vào lao động Sự tự động hoá và linh hoạt của Robot AMR đã trở thành xu hướng thiết yếu trong ngành công nghiệp hiện đại Việc phát triển các phụ kiện tối ưu cho Robot AMR không chỉ tăng cường hiệu suất làm việc mà còn giảm thời gian và công sức cho các nhiệm vụ vận chuyển, xếp dỡ Điều này nâng cao tính chính xác, đồng nhất và đáng tin cậy trong quy trình làm việc Hơn nữa, việc áp dụng Robot AMR cùng với phụ kiện phù hợp giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động, giảm thời gian chờ đợi và lỗi do con người, từ đó tiết kiệm chi phí và tài nguyên cho doanh nghiệp.

Nghiên cứu và phát triển phụ kiện cho Robot AMR là yếu tố then chốt trong việc thúc đẩy công nghệ và đổi mới Điều này không chỉ tạo ra cơ hội mới cho việc ứng dụng robot trong nhiều ngành công nghiệp mà còn góp phần vào sự tiến bộ chung của ngành tự động hóa.

Ý nghĩa khoa họ c và th ự c ti ễ n c ủa đề tài

Các phụ kiện cho Robot AMR được trang bị cảm biến và hệ thống thu thập dữ liệu, giúp nâng cao hiệu suất và khả năng tự động hóa của Robot AMR cũng như dây chuyền sản xuất Nghiên cứu và phân tích dữ liệu từ các phụ kiện này cung cấp thông tin giá trị về quy trình làm việc, từ đó tối ưu hóa hoạt động của Robot AMR.

Các phụ kiện cho Robot AMR được thiết kế để tương tác hiệu quả với các hệ thống tự động trong môi trường sản xuất hoặc kho hàng Sự kết hợp của các phụ kiện này không chỉ giúp tự động hóa quy trình làm việc mà còn giảm thiểu sự can thiệp của con người, từ đó nâng cao tính ổn định và độ chính xác trong hoạt động.

Các phụ kiện cho Robot AMR được thiết kế linh hoạt và dễ dàng tuỳ chỉnh, phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng ngành công nghiệp hoặc ứng dụng khác nhau Nhờ đó, Robot AMR có thể được sử dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực, từ kho hàng và dịch vụ thực phẩm đến sản xuất và y tế.

M ụ c tiêu nghiên c ứ u c ủa đề tài

- Chế tạo các phụ kiện có khả năng hoạt động độc lập

Tăng cường tự động hóa trong các công ty và nhà máy bằng cách sử dụng Robot AMR để vận chuyển các bộ phận giữa các dây chuyền sản xuất, nhằm nâng cao hiệu suất và giảm thiểu sai sót trong quy trình làm việc.

- Giảm tỉ lệ sai sót, tỉ lệ rủi ro cho công nhân lao động

- Giúp cho các công ty, nhà máy giảm sốlượng công nhân lao động cần cho các dây chuyền.

Đối tượ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u

- Các xí nghiệp, nhà máy, công ty,….sản xuất trong nước có sử dụng các Robot AMR

- Các phụ kiện được lắp trên Robot AMR gồm phần cứng, phần mềm trong các xí nghiệp, nhà máy để phục vụ trong các xí nghiệp, nhà máy.

Phương pháp nghiên cứ u

- Phương pháp thu thập số liệu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp

K ế t c ấ u c ủa đồ án t ố t nghi ệ p

Đồ án tốt nghiệp gồm 6 chương, trong đó:

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tổng quan nghiên cứu

Chương 4: Thiết kế hệ thống cơ khí

Chương 5: Thiết kế hệ thống điện điều khiển

Chương 6: Kết luận – Đề nghị

CƠ SỞ LÝ THUY Ế T

T ổ ng quan

Để chế tạo phụ kiện phù hợp cho các công ty và nhà máy, cần nắm vững cách thức hoạt động của các cơ cấu, kết cấu và hệ thống điện điều khiển Điều này giúp tạo ra thiết kế đáp ứng yêu cầu về điều kiện và môi trường hoạt động.

Các cơ cấ u thông d ụ ng

2.2.1 Các cơ cấu cơ khí, cơ cấu chấp hành

Băng tải là hệ thống truyền động tự động, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển động và vận chuyển vật liệu, hàng hóa hoặc sản phẩm từ vị trí này sang vị trí khác Nó được ứng dụng rộng rãi trong các quy trình sản xuất, vận chuyển và xử lý, giúp tăng cường hiệu quả và tiết kiệm thời gian.

Băng tải là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp, được cấu tạo từ dải băng liên tục làm từ cao su, nhựa, kim loại hoặc sợi tổng hợp Thiết bị này hoạt động thông qua sự kết hợp của hệ thống truyền động, bao gồm động cơ điện và các phương pháp truyền động khác, đồng thời được hỗ trợ bởi các cuộn, trục hoặc hệ thống kẹp để tạo ra dòng chuyền hiệu quả.

Hình 2 1: Một số dạng băng tải [ 7]

Xi lanh điện là thiết bị cơ khí tự động, chuyên dụng cho việc tạo lực và chuyển động tuyến tính trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa Điểm nổi bật của xi lanh điện là việc sử dụng động cơ điện, thay thế cho nguồn năng lượng khí nén như trong các xi lanh khí nén truyền thống.

Xi lanh điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm tự động hóa công nghiệp, robot hợp tác, máy CNC, và thiết bị y tế Việc thay thế xi lanh khí nén bằng xi lanh điện mang lại nhiều lợi ích như kiểm soát chính xác hơn, dễ dàng điều chỉnh và tiết kiệm năng lượng.

Động cơ là thiết bị chuyển đổi năng lượng từ nguồn năng lượng, thường là điện, thành chuyển động cơ học Có nhiều cách phân loại động cơ dựa trên nguồn năng lượng, cấu trúc, phương thức hoạt động và ứng dụng của chúng.

+ Động cơ điện: Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học

Có các loại động cơ điện như động cơ DC, động cơ AC đồng bộ và động cơ bước

Động cơ đốt trong là loại động cơ sử dụng nhiên liệu như xăng, dầu diesel và khí để tạo ra năng lượng Quá trình đốt cháy trong động cơ này giúp chuyển đổi năng lượng thành chuyển động.

+ Động cơ khí nén: Động cơ khí nén sử dụng năng lượng từkhí nén để tạo chuyển động

Các động cơ có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi nguồn cấp điện, dòng điện hoặc tần số Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm robot, máy móc, ô tô, hàng hải và nhiều lĩnh vực khác.

Hình 2 3: Một số loại động cơ [ 9]

Hộp giảm tốc là thiết bị cơ khí thiết yếu giúp giảm tốc độ quay và tăng lực xoắn đầu ra từ nguồn năng lượng Thiết bị này thường được áp dụng trong các hệ thống cần kiểm soát chuyển động và độ chính xác cao.

Hộp giảm tốc bao gồm các thành phần chính như bánh răng, trục, trục vít và hệ thống truyền động Cấu trúc cùng với tỷ lệ giảm tốc của hộp giảm tốc được thiết kế để phù hợp với các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.

Hình 2 4: Một số loại hộp giảm tốc [ 10]

2.2.2 Các cơ cấu điền khiển

Vi điều khiển (Microcontroller) là một vi mạch tích hợp có khả năng xử lý và điều khiển các thiết bị điện tử Nó bao gồm các thành phần quan trọng như bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ, bộ điều khiển và các giao diện ngoại vi (I/O interfaces) trong một chip duy nhất.

Vi điều khiển đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng nhúng, bao gồm điều khiển robot, thiết bị điện tử tiêu dùng, thiết bị y tế, ô tô và điện tử công nghiệp Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhờ vào khả năng điều khiển chính xác và hiệu quả.

Hình 2 5: Một số vi điều khiển [ 11]

Cảm biến là thiết bị điện tử có chức năng chuyển đổi tín hiệu vật lý hoặc hóa học thành tín hiệu điện, đóng vai trò thiết yếu trong việc thu thập thông tin về môi trường và các sự kiện Thông tin này sau đó được sử dụng trong quá trình xử lý và điều khiển của các hệ thống điện tử.

Hình 2 6: Một số loại cảm biến phổ biến [ 12]

TỔ NG QUAN NGHIÊN C Ứ U

Các lo ạ i ph ụ ki ệ n cho Robot AMR

Phụ kiện cho Robot AMR nâng cao hiệu suất hoạt động, đáp ứng nhu cầu của các nhà máy và công ty Một số phụ kiện phổ biến bao gồm bộ càng, thiết bị nâng, bộ xoay, băng tải, tay cầm điều khiển, pin và bộ sạc.

Ph ụ ki ệ n ben nâng

3.2.1 Giới thiệu về phụ kiện ben nâng

Phụ kiện ben nâng cho Robot AMR là giải pháp hoàn hảo cho việc nâng hạ và vận chuyển hàng hóa, vật dụng trong các môi trường công nghiệp, nhà kho và cơ sở sản xuất Với khả năng tùy chỉnh và linh hoạt, phụ kiện này giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển và nâng cao hiệu suất làm việc Là một phần quan trọng của hệ thống tự động hóa, phụ kiện ben nâng cho Robot AMR mang lại lợi ích đáng kể cho các doanh nghiệp trong việc giảm thiểu thời gian và tăng cường hiệu quả sản xuất.

3.2.2 Đặc tính của phụ kiện ben nâng

- Khảnăng nâng và hạ: Phụ kiện ben nâng có khảnăng nâng và hạ vật liệu, hàng hóa hoặc con người từ một vị trí đến vị trí khác

- Tải trọng: Phụ kiện ben nâng có khả năng nâng và chịu tải trọng cụ thể

- Chiều cao nâng: Phụ kiện ben nâng có thể nâng vật liệu lên đến một chiều cao cụ thể

3.2.3 Kết cấu của phụ kiện ben nâng

- Khung chính: Thành phần cơ bản của phụ kiện ben nâng, có chức năng chịu tải trọng và cung cấp khung bảo vệ cho các bộ phận bên trong

- Bộ cơ cấu nâng: Thành phần chịu trách nhiệm cho quá trình nâng và hạ của phụ kiện ben nâng

- Hệ thống điều khiển: Phụ kiện ben nâng có một hệ thống điều khiển để điều chỉnh hoạt động của phụ kiện

3.2.4 Các phụ kiện ben nâng đã có trên thị trường

 Phụ kiện ben nâng TML150

Hình 3 1: Phụ kiện ben nâng TML 150 [ 13]

- Trọng tải tối đa nâng được:

- Độ cao nâng được: 75 – 100 mm

- Độ cao của trục nâng: 25 mm

 Phụ kiện ben nâng BARY PXS-500

Hình 3 2: Phụ kiện ben nâng BARY PXS-500 [ 14]

- Trọng tải tối đa nâng được: 500 kg

- Độ cao nâng được: 50 mm

Ph ụ ki ện băng tả i

3.3.1 Giới thiệu về phụ kiện băng tải

Phụ kiện băng tải cho Robot AMR là thiết bị quan trọng giúp vận chuyển hàng hóa và vật dụng trên băng tải trong các môi trường công nghiệp, nhà kho và cơ sở sản xuất Chúng tối ưu hóa quy trình logistics, nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu thời gian xử lý hàng hóa.

2.3.2 Đặc tính của phụ kiện băng tải

- Khảnăng vận chuyển: Phụ kiện băng tải được thiết kếđể vận chuyển các vật liệu và hàng hóa từ một điểm đến một điểm khác

- Tải trọng: Băng tải có khả năng chịu được tải trọng cụ thể

Có nhiều loại mặt băng tải khác nhau như băng tải trục, băng tải xích, băng tải trượt và băng tải băng răng Mỗi loại băng tải này đều có những đặc điểm và ưu điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng và yêu cầu cụ thể trong ngành công nghiệp.

3.3.3 Kết cấu của phụ kiện băng tải

- Khung chính: Thành phần cơ bản của phụ kiện băng tải, có chức năng chịu tải trọng và cung cấp khung bảo vệ cho các bộ phận bên trong

Mặt băng tải là phần quan trọng nhất của băng tải, được chế tạo từ các vật liệu chịu mài mòn như cao su, nhựa PVC hoặc hợp kim thép Nó có chức năng chính là vận chuyển và di chuyển vật liệu trên các bề mặt phẳng hoặc dốc.

Bộ điều chỉnh là phụ kiện quan trọng của băng tải, cho phép điều chỉnh độ cao, độ cong và hướng di chuyển của băng tải Những bộ điều chỉnh này đảm bảo hiệu suất tối ưu và độ chính xác trong quá trình vận hành của băng tải.

- Hệ thống điều khiển: Phụ kiện băng tải có một hệ thống điều khiển để điều chỉnh hoạt động của phụ kiện

3.3.4 Các phụ kiện băng tải đã có trên thị trường

 Phụ kiện băng tải IT-AGV-C

Hình 3 3: Phụ kiện băng tải IT-AGV-C [ 15]

- Băng tải dạng con lăn

- Trọng tải tối đa chở được: 200 kg

- Chiều dài: Tùy theo yêu cầu

- Chiều rộng: Tùy theo yêu cầu

 Phụ kiện băng tải AGV-GT80

Hình 3 4: Phụ kiện băng tải AGV-GT80 [ 16]

 Phụ kiện băng tải AWT

Hình 3 5: Phụ kiện băng tải AWT [ 17]

Ph ụ ki ệ n móc kéo

3.4.1 Giới thiệu về phụ kiện móc kéo

Phụ kiện móc kéo cho Robot AMR là phụ kiện được sử dụng cho các loại Robot AMR kéo

Thiết bị này có khả năng nâng hạ và móc vào các xe hàng, giúp kéo xe hàng trong các môi trường công nghiệp, nhà kho và các cơ sở sản xuất khác.

3.4.2 Đặc tính của phụ kiện móc kéo

Phụ kiện móc kéo được thiết kế để kết nối và gắn chặt với khay, pallet hoặc các thiết bị vận chuyển khác, đảm bảo tính ổn định và an toàn trong quá trình vận chuyển.

Phụ kiện móc kéo được trang bị cơ chế kẹp chặt, giúp đảm bảo rằng các khay, pallet và thiết bị vận chuyển khác luôn được kết nối an toàn, tránh tình trạng mất mát hoặc rơi rớt trong quá trình di chuyển.

Phụ kiện móc kéo cần đảm bảo độ bền cao để chịu được tải trọng và va đập trong quá trình vận chuyển Bên cạnh đó, thiết kế của chúng cần tích hợp các biện pháp an toàn như cảm biến va chạm, hệ thống bảo vệ và các tính năng an toàn khác để đảm bảo an toàn tối đa trong sử dụng.

Phụ kiện móc kéo cần có độ linh hoạt cao để tương thích với khay, pallet và các thiết bị vận chuyển khác Chúng có khả năng điều chỉnh và thay đổi, đáp ứng hiệu quả các yêu cầu cụ thể trong quá trình vận chuyển.

3.4.3 Kết cấu của phụ kiện móc kéo

- Khung chính: Thành phần cơ bản của phụ kiện móc kéo, có chức năng chịu tải trọng và cung cấp khung bảo vệ cho các bộ phận bên trong

- Cơ cấu móc: Thực hiện kết nối với các khay, pallet để kéo các khay, pallet theo yêu cầu đặt ra

- Hệ thống cảm biến: Cung cấp các dữ liệu để hệ thông điều khiển hoạt động đúng theo yêu cầu đặt ra

- Hệ thống điều khiển: Phụ kiện móc kéo có một hệ thống điều khiển để điều chỉnh hoạt động của phụ kiện

3.4.4 Các phụ kiện móc kéo đã có trên thị trường

 Phụ kiện móc kéo MiR Hook 250

Hình 3 6: Phụ kiện móc kéo MiR Hook 250 [ 18]

- Trọng tải tối đa kéo được: 500 kg

 Phụ kiện móc kéo TZAGV-Q01M

Hình 3 7: Phụ kiện móc kéo TZAGV-Q01M [ 19]

- Trọng tải tối đa kéo được: 100 kg

THIẾ T K Ế H Ệ TH ỐNG CƠ KHÍ

4.1.1 Yêu cầu thiết kế phần cơ khí

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo phụ kiện ben nâng cho Robot AMR đáp ứng các nhu cầu sau:

- Kích thước của phụ kiện ben nâng:

+ Độcao nâng được: Từ 20 - 30 mm

+ Khối lượng nâng được: 50 kg

- Yêu cầu đối với máy hoàn thiện:

+ Nhỏ gọn, một khối thống nhất

+ Tương thích được với các Robot AMR của công ty TNHH Giải pháp kỹ thuật Indruino + Sử dụng điện áp từ 12 – 24VDC

+ Tốc độ nâng: Từ 5 - 10 mm/s

+ Ổn định, dễ sửa chữa, thay thế

4.1.2 Phương án thực hiện và trình tự công việc

 Phương án thực hiện o Phương án 1

Hình 4 1: Cơ cấu nâng mắt cáo [5]

Phương án 1 sử dụng cơ cấu nâng mắt cáo như hình 3.1 Ưa điểm:

- Nguyên lý hoạt động đơn giản

- Trọng tâm bị lệch khi lên cao o Phương án 2

Hình 4 2: Cơ cấu nâng phương án 2 Ưa điểm:

- Hoạt động đôi khi bị sai lệch

Nhóm quyết định chọn phương án 2 cho phụ kiện này dựa trên yêu cầu thực tế, khả năng thực hiện của bản thân và sự góp ý từ giảng viên hướng dẫn cũng như doanh nghiệp.

Thứ tự bước Giai đoạn Nội dung công việc Công việc cụ thể

Nghiên cứu, khảo sát phụ kiện

Xác định yêu cầu phụ kiện

- Xác định yêu cầu kỹ thuật, đặc tính phụ kiện

- Nghiên cứu các sản phẩm đã có trên thị trường

- Tìm kiếm các ý tưởng, phương án

- Phân tích các cơ cấu

- Tính toán công suất động cơ

- Tìm kiếm các thiết bị, công cụ, phụ kiện cơ khí đang có trên thị trường

Thiết kế chi tiết phụ kiện

- Phân tích, bóc tách và thiết kế các chi tiết cụ thể trong phần 3D

- Phân tích các phương pháp gia công cho từng chi tiết cần thiết

- Phân tích các phương pháp lắp ráp cho từng cụm chi tiết cần thiết

Hoàn thiện - Kiểm tra lại dung sai, kích thước, bề mặt,…

- Xuất bản vẽ chi tiết, bản vẽ lắp ráp để thực hiện gia công

Chế tạo, lắp đặt phụ kiện

Gia công là quá trình thực hiện các chi tiết cần thiết, bao gồm gia công tại xưởng và gia công bên ngoài Mua sắm là hoạt động cần thiết để thu mua các thiết bị và phụ kiện cơ khí phục vụ cho sản xuất.

- Thực hiện lắp ráp từng cụm chi tiết của phụ kiện

- Thực hiện lắp ráp bộ điều khiển của phụ kiện

- Thực hiện lắp ráp toàn bộ phụ kiện

3 Lập trình Lập trình - Thực hiện lập trình bộ điều khiển theo kịch bản hoạt động của phụ kiện

Chạy thử - Tiến hành chạy thử

- Tiến hành căn chỉnh, điều chỉnh phụ kiện

Kết nối với AGV, AMR

- Tiến hành kết nối, chạy thử với AGV, AMR tương thích

Bảng 4 1: Trình tự công việc cho phụ kiện ben nâng

 Tính toán thiết kế, lựa chọn ổ bi

Cơ cấu nâng được thiết kế với độ cao nâng phụ thuộc vào đường kính ngoài của ổ bi, do đó cần thực hiện tính toán và lựa chọn ổ bi phù hợp để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

Hình 4 4: Phân tích cơ cấu nâng

Khi ổ bi di chuyển sẽ làm thanh đỡ đẩy lên nên từ yêu cầu độ cao nâng được từ 20 đến 30 mm nên phân tích cơ cấu nâng

Cho AH = 20 ÷ 30 mm (Khoảng cách cơ cấu nâng được), CE (Hành trình di chuyển của xi lanh) = 50 mm, FCE = 30°

Do AB là bán kính ngoài của ổ bi nên AB phải dương

Kết hợp với yêu cầu AH = 20 ÷ 30 mm

Khi AH đi từ 20 đến 28,868 mm, ta có được AB đi từ 0 đến 30,718 mm

Chọn ổ bi có số hiệu 6000-2Z có đường kính ngoài 26 mm, tải trọng động 4750 N, tải trọng tĩnh 1960 N

Thông số Ký hiệu (Đơn vị) Giá trị Đường kính lỗ trục d (mm) 10 Đường kính ngoài D (mm) 26 Độ dày B (mm) 8

Bảng 4 2: Bảng thông số kỹ thuật ổ bi 6000-2Z Sau khi chọn ổ bi thì tính toán lại

= 50 cos(30°)- 13 tan(60°) sin(30°)%,11 (mm) Vậy phụ kiện ben nâng có thể nâng cao được 25 mm

 Tính toán thiết kế, lựa chọn xi lanh điện

Khối lượng vật nâng lớn nhất: M = 30 kg Đầu xi lanh A có lắp thanh thép, thanh đẩy có m = 3,5 kg

Tổng khối lượng xi lanh A phải đẩy là:

Lực đẩy cần thiết của xi lanh A, thêm hệ số an toàn k = 1,5 là:

Thông số Ký hiệu (Đơn vị) Giá trị

Gia tốc trọng trường g (N/kg) 9,8

Khối lượng vật lớn nhất M (kg) 30

Khối lượng thanh thép, thanh đẩy m (kg) 3,5

Bảng 4 3: Bảng tóm tắt tính toán xi lanh điện A

Chọn xi lanh điện có mã sản phẩm PFDE12V-50-10: Đường kính lỗ trục 6 mm, hành trình

50 mm, vận tốc 10 mm/s, lực nâng 900 N

Thông số Giá trị Đường kớnh lỗ trục (ỉ) ỉ6

Lực đẩy xi lanh (N) 900 Điện áp hoạt động (V) 12

Bảng 4 4: Bảng thông số kỹ thuật xi lanh điện PFDE12V-50-10

 Kiểm nghiệm bền cho thanh đỡ

Chọn vật liệu: Thép C45 có σb(Độ bền kéo) = 600 (MPa) (Theo bảng 10.5 tài liệu tham khảo [4])

Hình 4 7: Thanh đỡ của phụ kiện ben nâng

Hình 4 8: Sơ đồ các lực tác dụng lên thanh đỡ của phụ kiện ben nâng

Trọng lượng thanh đỡ phải chịu là:

F ậ = m A g.k = 33,5 9,8 1,5 ≈ 493 (N) (9) Lực đẩy của xi lanh điện tác động vào thanh đỡ là = 493 (N)

Sử dụng phần mềm SolidWorks, chúng tôi đã tính toán khả năng chịu lực của trục chủ động băng tải, với kết quả được trình bày trong Hình 4.9, Hình 4.10 và Hình 4.11.

Hình 4 9: Ứng suất tổng của thanh đỡ trong phụ kiện ben nâng

Hình 4 10: Độ chuyển vị của thanh đỡ trong phụ kiện ben nâng

Hệ số an toàn của thanh đỡ trong phụ kiện ben nâng được xác định dựa trên khả năng chịu lực của nó khi chịu tải trọng Việc đánh giá này là quan trọng để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong quá trình sử dụng ben nâng.

Hình 4.9 cho thấy kết quả ứng suất tổng của thanh đỡ trong phụ kiện ben nâng dưới tác động của các lực Kết quả cho thấy ứng suất lớn nhất đạt 14,81 MPa khi thanh đỡ được làm từ thép C45.

Hình 4.10 thể hiện kết quả về độ chuyển vị của thanh đỡ trong phụ kiện ben nâng, với giá trị độ chuyển vị lớn nhất đạt 9,778 x 10^-3 mm.

Hình 4.11 thể hiện kết quả về hệ số an toàn của thanh đỡ trong phụ kiện ben nâng khi chịu tải trọng Kết quả cho thấy hệ số an toàn thấp nhất đạt 39.

Từ những kết quảtrên suy ra thanh đỡ trong phụ kiện ben nâng đủ bền

Hình 4 12: Taro lỗ cho thanh đỡ phụ kiện ben nâng

Hình 4 13: Phụ kiện ben nâng hoàn thiện

Chiều rộng (mm) 398 Độ cao thấp nhất – cao nhất (mm) 40 – 65 Độcao nâng được (mm) 25

Khối lượng tối đa nâng được (kg) 30

Tốc độ nâng (mm/s) 10 Điện áp sử dụng (V) 24

Bảng 4 5: Bảng thông số kỹ thuật của phụ kiện ben nâng

- Kích thước của phụ kiện băng tải:

+ Khối lượng tối đa chuyên chở được: 30 kg

+ Chuyên chở hàng hóa có kích thước tối đa:

+ Nhỏ gọn, tích hợp bộđiều khiển bên trong của băng tải

+ Tốc độ băng tải: Từ 0,2 – 0,4 m/s

Các thông số ban đầu của phụ kiện băng tải:

- Chiều rộng đai băng tải PVC: B = 250 mm = 2,5 (m)

- Khối lượng tối đa chuyên chở được: mvật tối đa = 30 (kg)

- Đường kính tang trục: = 75 mm = 0,075 (m)

- Khoảng cách giữa hai trục trống: l = 625 mm = 0,625 (m)

Sử dụng băng tải dạng con lăn

Hình 4 14: Băng tải dạng con lăn [ 21] Ưu điểm:

- Khả năng chịu lực tốt

- Phải thường xuyên bảo dưỡng

- Không gian bên trong không đủ để chứa bộ điều khiển bên trong o Phương án 2

Sử dụng băng tải dạng dây đai PVC, bộđiều khiển ở bên ngoài trục

Hình 4 15: Băng tải dạng dây đai PVC, bộ điều khiển ở bên ngoài trục [ 22] Ưu điểm:

- Năng suất hoạt động cao

- Trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt và vệ sinh

- Động cơ nằm bên ngoài làm tăng thêm kích thước của phụ kiện o Phương án 3

Sử dụng băng tải dạng dây đai PVC, bộđiều khiển ở bên trong trục

Hình 4 16: Băng tải dạng dây đai PVC, bộ điều khiển ở bên trong trục Ưu điểm:

- Năng suất hoạt động cao

- Trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt và vệ sinh

Nhóm đã quyết định lựa chọn phương án 3 cho phụ kiện, dựa trên yêu cầu thực tế và khả năng thực hiện của bản thân, cùng với sự góp ý từ giảng viên hướng dẫn và doanh nghiệp.

- Tìm kiếm các ý tưởng, phương án

- Tính toán công suất động cơ

- Kiểm tra lại dung sai, kích thước, bề mặt,…

Gia công là quá trình thực hiện các chi tiết cần thiết, bao gồm gia công tại xưởng và gia công bên ngoài Ngoài ra, việc mua sắm các thiết bị và phụ kiện cơ khí cần thiết cũng đóng vai trò quan trọng trong quy trình này.

- Thực hiện lắp ráp bộ điều khiển của phụ kiện

3 Lập trình Lập trình - Thực hiện lập trình bộđiều khiển theo kịch bản hoạt động của phụ kiện

- Tiến hành kết nối, chạy thử với AGV, AMR tương thích

Bảng 4 6 Trình tự thực hiện phụ kiện băng tải

 Tính toán băng tải tham số hình học

- Tổng chiều dài của đai PVC:

- Xác định tải trọng trên mỗi mét chiều dài băng tải:

Trọng lượng vật có ích trên một mét chiều dài của băng tải tính theo công thức (2.9) tài liệu tham khảo [ 2]:

- Trọng lượng một mét đai chiều dài băng tải: qb = 1,1.B.(1,25.i + δ1+ δ2) (kg/m) (12)

Băng tải có chiều rộng vành đai B = 0,25 m và số lớp đệm là i = 1 Độ dày cao su của băng tải ở cả hai mặt làm việc và không làm việc là δ1 = δ2 = 3, theo thông tin từ bảng 3.5 trong tài liệu tham khảo [2].

- Xác định lực cản chuyển động và kéo căng băng:

Hình 4 17: Biểu đồ lực căng đai [ 2]

Tuyến băng được chia thành bốn đoạn riêng biệt từ điểm 1 đến điểm 4, mỗi đoạn có các dạng lực cản khác nhau Tại điểm 1, lực căng S1 là nhỏ nhất và tương ứng với lực căng tại nhánh ra của tang dẫn động, cụ thể là S1 = Sra.

Tại điểm − phần nhánh không tải, lực cản được tính theo công thức (2.35) tài liệu tham khảo [ 2]:

H = 0 m: Chiều cao nâng f = 0,5: Hệ số ma sát của tấm lát thép chọn từ 0,35 ÷ 0,6

Lực căng băng tại điểm được tính theo công thức (2.51) tài liệu tham khảo [ 2]:

S 2 = S 1 + W 1-2 = S 1 + 0,62 (14) Lực cản tại điểm − được tính theo công thức (2.45) tài liệu tham khảo [ 2]:

W 2-3 = 0,05.S 2 = 0,05.(S 1 + 0,62) (kg) (15) Lực căng tại điểm được tính theo công thức (2.51) tài liệu tham khảo [ 2]:

Lực cản tại điểm − là lực do thép tấm đỡ băng tải được tính theo công thức (2.34) tài liệu tham khảo [ 2]:

Với: qvl: Trọng lượng vật có ích trên một mét dài của băng tải (kg/m) qb: Trọng lượng mỗi mét đai chiều dài băng tải (kg/m)

L3-4: Khoảng cách giữa hai trục trống của băng tải (m) f = 0,5: Hệ số ma sát của tấm lát thép chọn từ 0,35 ÷ 0,6

Lực căng tại điểm được tính theo công thức (2.51) tài liệu tham khảo [ 2]:

Mối quan hệ giữa lực căng khi vật vào và ra, được tính theo công thức (2.47) tài liệu tham khảo [ 2]:

Khi α = 180 0 ; f = 0,2; e f α = 1,87 theo bảng 2.1 tài liệu tham khảo [ 2] Ta có:

S 4 = S v = S 1 e f α = 19,84.1,87 = 37,1 (kg) (21) Xác định lực căng băng tải:

Lực cản khi băng uốn quanh tang dẫn động, được tính theo công thức (2.44) tài liệu tham khảo [ 2]:

W d = 0,04.(S v + S r ) = 0,04.(37,1+19,84) = 2.28 (kg) (22) Lực kéo toàn bộ (chung), được tính theo công thức (2.53) tài liệu tham khảo [ 2]:

Tính toán bộ phận dẫn động Đường kính tang dẫn động D = 75 (mm) = 0,075 (m)

Số vòng quay của tang dẫn động, được tính theo công thức (3.10) tài liệu tham khảo [ 1]: n = 60v

Chọn động cơ có n = 3500, khi đó ta được tỷ số truyền, được tính theo công thức (3.12) tài liệu tham khảo [ 1]:

Tỷ số truyền của bộ puly:

Tỷ số truyền sơ bộ của hộp giảm tốc: ơ ộ = 38,48

Chọn loại hộp giảm tốc tỉ số truyền i = 15, từ đó ta thực hiện tính lại tốc độ làm việc của tang dẫn động:

Chọn hệ số dự trữ công suất k = 1,1 thì công suất cần thiết cho động cơ, được tính theo công thức (2.54) tài liệu tham khảo [ 1]:

102.0,95.0,99 2 = 0,079 (kW) (29) Tóm tắt những tính toán trên, nhóm có được bảng tóm tắt các tính toán như sau:

Chiều rộng đai băng tải B (mm) 250 Đường kính trục tang trống (mm) 75

Khoảng cách giữa 2 trục tang l (mm) 625

Khối lượng tối đa chuyên chở m (kg) 30

Tốc độ của băng tải v (m/s) 0,35

Tổng chiều dài đai băng tải L (mm) 1486

Trọng lượng vật có ích trên một mét chiều dài của băng tải

Trọng lượng một mét đai chiều dài băng tải (kg/m) 1,99

Lực căng khi hộp vào, ra (kg) 37,1

Lực cản khi băng uốn quanh tang dẫn động (kg) 2,28

Lực kéo toàn bộ (chung) (kg) 19,54

Số vòng quay của tang dẫn động n (vòng/phút) 70

Tỉ số truyền của hộp số i 15

Công suất động cơ N (kW) 0,079

Bảng 4 7: Bảng tóm tắt tính toán thông sốbăng tải

Dựa vào kết quả tính toán trên, nhóm chọn động cơ DC 24VDC 80W, 3500 vòng/phút cùng với hộp giảm tốc 2GN15K

Số vòng quay (vòng/phút) 3500

Khối lượng (kg) 1,2 Đường kính trục động cơ (mm) 8 Điện áp sử dụng (VDC) 24

Bảng 4 8: Bảng thông số động cơ cho băng tải

Hình 4 18: Hộp giảm tốc 2GN15K

Hãng sản xuất ORIENTAL MOTOR

Tên bộ giảm tốc 2GN15K

Moment xoắn tối đa (Nm) 3 Đầu trục vào (mm) 8 Đầu trục ra (mm) 8

Bảng 4 9: Bảng thông số hộp giảm tốc cho băng tải

34 Đường dẫn sản phẩm: https://www.orientalmotor.com.sg/products/ac/list/detail/?product_name=2GN15K&brand_t bl_code&series_code000&type_code=#spec

Hình 4 19: Hình ảnh thiết kế kết cấu băng tải

 Kiểm nghiệm bền trục của băng tải o Kiểm nghiệm bền trục chủ động của băng tải

Chọn vật liệu: Thép C45 có σb (Độ bền kéo) = 600 (MPa) (Theo bảng 10.5 tài liệu tham khảo [ 1])

Các lực tác dụng lên trục băng tải bao gồm:

- Trọng lượng trục trống theo chiều dọc:

- Lực căng của đai PVC-PU trong nhánh vào và ra:

- Moment xoắn được tạo ra bởi lực căng đai:

Lực cân bằng do ổ bi tạo ra:

Hình 4.20 mô tả kết cấu trục chủ động của băng tải Sử dụng phần mềm SolidWorks, chúng tôi đã tính toán khả năng chịu lực của trục chủ động, và kết quả được trình bày trong Hình 4.21, Hình 4.22 và Hình 4.23.

Hình 4 21: Ứng suất tổng của trục chủ động của băng tải

Hình 4 22: Độ chuyển bị của trục chủ động của băng tải

Hình 4 23: Hệ số an toàn về khảnăng chịu lực của trục chủđộng của băng tải ứng với tải trọng đặt vào trục chủ động của băng tải

Hình 4.21 trình bày kết quả ứng suất tổng của trục chủ động băng tải dưới tác động của lực và moment xoắn Kết quả cho thấy ứng suất lớn nhất đạt 1,673 MPa khi trục chủ động được làm từ thép C45.

Hình 4 22 trình bày kết quả vềđộ chuyển vị của trục chủđộng của băng tải Độ chuyển vị lớn nhất của trục chủ động của băng tải bằng 3,873.10 -4 (mm)

Hình 4.23 thể hiện kết quả về hệ số an toàn của trục chủ động băng tải khi chịu tải trọng Kết quả cho thấy hệ số an toàn tối thiểu đạt 3,467.10².

Từ những kết quả trên suy ra trục chủđộng của băng tải đủ bền o Kiểm nghiệm độ bền trục bị động của băng tải

Chọn vật liệu: Thép C45 có σb(Độ bền kéo) = 600 (MPa) (Theo bảng 10.5 tài liệu tham khảo [ 1])

Các lực tác dụng lên trục băng tải bao gồm:

- Trọng lượng trục trống theo chiều dọc:

- Lực căng của đai PVC-PU trong nhánh vào và ra:

- Moment xoắn được tạo ra bởi lực căng đai:

2 = 647,25 (Nmm) (36) Lực cân bằng do ổ bi tạo ra:

Hình 4.24 minh họa kết cấu trục bị động của băng tải Sử dụng phần mềm SolidWorks, chúng tôi đã tính toán khả năng chịu lực của trục bị động, với kết quả được trình bày trong Hình 4.25, Hình 4.26 và Hình 4.27.

Hình 4 25: Ứng suất tổng của trục bị động của băng tải

Hình 4 26: Độ chuyển vị của trục bị động của băng tải

Hình 4 27: Hệ số an toàn về khả năng chịu lực của trục bị động của băng tải ứng với tải trọng đặt vào trục bị động của băng tải

Kết quả từ Hình 4.25 cho thấy ứng suất tổng của trục bị động của băng tải dưới tác động của lực và moment xoắn Cụ thể, giá trị ứng suất lớn nhất đạt 5,689 MPa khi trục bị động được làm từ thép C45.

Kết quả từ Hình 4.26 cho thấy độ chuyển vị của trục bị động của băng tải, với giá trị lớn nhất đạt 3,204 x 10^-4 mm.

Hình 4.27 thể hiện kết quả hệ số an toàn của trục bị động băng tải khi chịu tải trọng Kết quả cho thấy hệ số an toàn thấp nhất đạt 1,019.10^2.

Từ những kết quả trên suy ra trục bị động của băng tải đủ bền

Hình 4 28: Gối đỡ của phụ kiện băng tải

41 Hình 4 29: Giá đỡ động cơ của phụ kiện băng tải

Hình 4 30: Tang dẫn động của phụ kiện băng tải

42 Hình 4 31: Mặt băng tải PVC của phụ kiện băng tải

Hình 4 32: Phụ kiện băng tải hoàn thiện

Chiều rộng (mm) 705 Độ cao (mm) 90

Khối lượng tối đa chuyên chởđược (kg) 30 Điện áp sử dụng (V) 24

Bảng 4 10: Bảng thông số kỹ thuật của phụ kiện băng tải

- Kích thước của phụ kiện băng tải:

+ Khối lượng tối đa chuyên chở được: 100 kg

+ Chuyên chở hàng hóa có kích thước tối đa:

+ Nhỏ gọn, tích hợp bộđiều khiển bên trong của băng tải

+ Tốc độ xi lanh: Từ 5 - 15 mm/s

Hình 4 33: Móc kéo phương án 1 [ 23] Ưa điểm:

- Qui trình vận hành phức tạp

- Phần móc kéo không linh động o Phương án 2

Hình 4 34: Móc kéo phương án 2

- Phần móc kéo linh động

Nhóm quyết định thực hiện phương án 2 cho phụ kiện này dựa trên yêu cầu thực tế, khả năng thực hiện của mình, cùng với sự góp ý từ giảng viên hướng dẫn và doanh nghiệp.

- Tìm kiếm các ý tưởng, phương án.

- Tính toán công suất động cơ.

- Kiểm tra lại dung sai, kích thước, bề mặt,…

Gia công - Thực hiện gia công các chi tiết cần thiết (Gia công tại xưởng, gia công bên ngoài)

Mua sắm - Thực hiện mua sắm các thiết bị, phụ kiện cơ khí cần thiết

- Thực hiện lắp ráp bộđiều khiển của phụ kiện

3 Lập trình Lập trình - Thực hiện lập trình bộđiều khiển theo kịch bản hoạt động của phụ kiện

- Tiến hành kết nối, chạy thử với AGV, AMR tương thích.

- Tiến hành căn chỉnh, điều chỉnh phụ kiện Bảng 4 11: Trình tự thực hiện phụ kiện móc kéo

 Tính toán xi lanh A (nâng)

Hình 4 35: Xi lanh A trong phụ kiện móc kéo

Tổng khối lượng xi lanh A phải nâng là: = 7 (kg)

Lực đẩy cần thiết của xi lanh A, thêm hệ số an toàn k = 1,5 là:

Gia tốc trọng trường g (N/kg) 9,8

Khối lượng phải nâng (kg) 7

Lực đẩy cần thiết của xi lanh A (N) 103

Bảng 4 12: Bảng tóm tắt tính toán xi lanh điện A

Chọn xi lanh điện có mã sản phẩm PFDE12V-50-10: Đường kính lỗ trục 6 mm, hành trình

50 mm, vận tốc 10 mm/s, lực nâng 900 N

Hình 4 36: Xi lanh điện PFDE12V-50-10

 Kiểm nghiệm bền o Kiểm nghiệm độ bền trục kết nối đế và thanh móc kéo

Chọn vật liệu: Thép C45 có σb (Độ bền kéo) = 600 (MPa) (Theo bảng 10.5 tài liệu tham khảo [ 1])

Hình 4 37: Sơ đồ các lực tác dụng lên trục kết nối đế và thanh móc kéo

Khối lượng phụ kiện móc kéo là: = 10 (kg)

Khối lượng tối đa phụ kiện móc kéo phải kéo là: = 100 (kg)

Lực mà trục kết nối đế và thanh móc kéo phải chịu là:

49 Hình 4 38: Ứng suất tổng của trục kết nối đế và thanh móc kéo

50 Hình 4 39: Độ chuyển vị của trục kết nối đế và thanh móc kéo

Hệ số an toàn về khả năng chịu lực của trục kết nối đế và thanh móc kéo được xác định dựa trên tải trọng đặt vào các thành phần này Việc đảm bảo độ an toàn cho trục kết nối đế và thanh móc kéo là rất quan trọng trong thiết kế và sử dụng, nhằm tránh nguy cơ hư hỏng và đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Kết quả từ Hình 4.38 cho thấy ứng suất tổng của trục kết nối đế và thanh móc kéo dưới tác động của lực Cụ thể, ứng suất lớn nhất đạt 87,12 MPa khi cấu trúc được làm từ thép C45.

Hình 4.39 cho thấy kết quả về độ chuyển vị của trục kết nối đế và thanh móc kéo, với giá trị lớn nhất đạt 1,698.10^-3 mm.

Hình 4.40 trình bày hệ số an toàn của trục kết nối đế và thanh móc kéo dưới tải trọng tác động Kết quả cho thấy hệ số an toàn thấp nhất đạt 6.66.

Từ những kết quả trên suy ra trục kết nối đế và thanh móc kéo đủ bền

Hình 4 41: Làm nhám trước khi sơn phụ kiện móc kéo

Hình 4 42: Khoan lỗ trong phụ kiện móc kéo

53 Hình 4 43: Các bộ phận của phụ kiện móc kéo

Hình 4 44: Phụ kiện móc kéo hoàn thiện

Chiều rộng (mm) 206 Độcao thay đổi (mm) 110

Khối lượng tối đa kéo được (kg) 100

Tốc độnâng đầu móc kéo (mm/s) 10 Điện áp sử dụng (V) 24

Bảng 4 14: Bảng thông số kỹ thuật của phụ kiện móc kéo

THIẾ T K Ế H Ệ TH ỐNG ĐIỆN ĐIỀ U KHI Ể N

5.1.1 Yêu cầu thiết kế phần điện điều khiển

Hình 5 1: Sơ đồ khối phụ kiện ben nâng

Khối nguồn cách ly nguồn trên Robot AMR cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống của phụ kiện móc kéo, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả cho thiết bị.

Khối điều khiển đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phụ kiện ben nâng, vừa là Master điều khiển toàn bộ các khối, vừa là Slave nhận lệnh từ mạch điều khiển trung tâm của Robot AMR để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

Khối cảm biến sử dụng các khối Opto cách ly để cách ly tín hiệu, giúp phát hiện vật hiệu quả Nó có nhiệm vụ gửi tín hiệu digital hồi tiếp liên tục về khối điều khiển, đảm bảo quá trình giám sát và điều khiển diễn ra chính xác.

- 1 cặp Relay 5 chân để đảo chiều xilanh

- Công tắc hành trình có chức năng dừng khi xi lanh nâng hạ khi đi hết hành trình

5.1.2 Phương án và trình tự công việc

Lựa chọn các thiết bị cần có cho hệ thống

 Xi lanh điện: Phụ kiện ben nâng sử dụng 1 xi lanh điện, xilanh này được sử dụng với mức điện áp là 24V.s

 Bo mạch điều khiển trung tâm

Board điều khiển trung tâm đóng vai trò quan trọng trong việc gửi và nhận tín hiệu, thiết lập giao tiếp giữa Robot AMR và vi điều khiển của phụ kiện Điều này giúp đảm bảo rằng phụ kiện và robot có thể phối hợp nhịp nhàng để thực hiện các nhiệm vụ đã được xác định trước.

Công ty TNHH Giải pháp kỹ thuật Indruino đã hỗ trợ nhóm sinh viên bằng cách cho mượn AGV ROBOT MAIN CONTROLLER V2, góp phần quan trọng trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Hình 5 3: Bo điều khiển trung tâm AGV Controller

 Lựa chọn chuẩn giao tiếp giữa board AGV Controller và vi điều khiển

Bảng điều khiển AGV Controller được trang bị các chuẩn giao tiếp như RS485, RS232, USB, SPI, nhưng để thuận tiện và phù hợp với các phụ kiện, nhóm đã chọn chuẩn RS232 cho việc giao tiếp giữa bảng AGV Controller và vi điều khiển của phụ kiện.

Hình 5 4: Giao thức RS232 Ưu điểm của chuẩn giao tiếp RS232:

- RS232 phổ biến, dễ kiếm và chi phí rẻ

- Tương thích nhiều thiết bị

- Kết nối giao tiếp đơn giản

- Tốc độ truyền khá nhanh

- Khả năng chống nhiễu tốt

- Có thể tháo lắp nóng

- Có thể cấp nguồn cho thiết bị luôn

Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm như:

- Tốc độ truyền dữ liệu chậm hơn so với các chuẩn giao tiếp khác

Một hạn chế của RS232 là chiều dài tối đa của cáp chỉ khoảng 15 mét, điều này gây ra vấn đề về điện trở và sụt điện áp khi sử dụng cáp dài hơn Tuy nhiên, do robot và các phụ kiện thường được đặt gần nhau, vấn đề này không ảnh hưởng nhiều đến khả năng giao tiếp.

 Module chuyển đổi mini RS232 to UART

Mục đích: Để cho board mạch điều khiển của phụ kiện có thể truyền và nhận tín hiệu từ board điều khiển trung tâm thông qua giao tiếp UART

- Truyền và nhận được tín hiệu giữa 2 board điều khiển

Hình 5 5: Module chuyển đổi mini RS232 to UART

- Sử dụng chíp MAX3232CSE

- Tốc độ truyền cao nhất: 120kb/s

Phụ kiện ben nâng sử dụng hai cảm biến hồng ngoại NPN thường mở nhằm phát hiện vật khi robot đã vào đúng vị trí nâng Cảm biến này có khả năng phát hiện vật trong khoảng cách từ 7-10cm, và nhóm đã chọn loại cảm biến phù hợp với không gian phát hiện vật cản.

Yêu cầu kỹ thuật của cảm biến:

- Hoạt động ổn định và bắt vật cản tốt

- Tầm quét phù hợp với không gian làm việc của phụ kiện ben nâng

- Kiểu dáng gọn gàng, phù hợp với phụ kiện

Hình 5 6: Cảm biến khoảng cách vật cản E3F-DS30F1 Thông số kỹ thuật:

- Dạng đóng ngắt: Thường mở (NO - Normally Open)

- Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN)

- Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC

- Khoảng điều chỉnh cảm biến: 7~30cm

Hình 5 7: Lắp đặt cảm biến thực tế

Mục đích: Phụ kiện ben nâng sử dụng 2 công tắc hành trình để phát hiện khi xi lanh ở hai vị trí giới hạn

- Gửi được tín hiệu digital về khối điều khiển để dừng xi lanh

Với những yêu cầu kỹ thuật trên nhóm sử dụng công tắc hành trình V-154-1C25 phù hợp với những yêu cầu đặt ra

Hình 5 8: Công tắc hành trình V-154-1C25 Thông số kỹ thuật

- Ngõ ra 3 chân: 1 NO, 1 NC, 1 COM

- Loại truyền động: Cần lẫy

Hình 5 9: Lắp công tắc hành trình ở trên và dưới

Mục đích: Phụ kiện ben nâng sử dụng relay 5 chân đểđảo chiều chuyển động cho xi lanh nâng hạ

- Kích được xi lanh với mức điện áp 24V

- Sử dụng phù hợp tín hiệu kích relay 5V từvi điều khiển

→ Với những yêu cầu kỹ thuật trên nhóm sử dụng Module 2 Relay 5V Kích Mức Cao/Thấp

Hình 5 10: Module 2 Relay 5V Kích Mức Cao/Thấp Thông số kỹ thuật

- Có jumper set mức Cao/Thấp

- Ngõ ra relay: 250 VAC 10A or 30 VDC 10A

Mục đích của việc cách ly tín hiệu trả về từ cảm biến là để đảm bảo rằng mức điện áp lớn hơn điện áp của vi điều khiển không gây hư hỏng cho chân đọc tín hiệu của vi điều khiển.

- Đọc được tín hiệu trả về từ cảm biền với mức điện áp cao hơn mức điện áp của vi điều khiển

→ Với những yêu cầu kỹ thuật trên, nhóm sử dụng Opto PC817 phù hợp với những yêu cầu đặt ra ở trên

Hình 5 11: Cấu tạo của Opto PC817 Thông số kỹ thuật:

- Dòng điện ngõ ra / kênh: 50mA

- Điện áp cách ly: 5000Vrms

 Mạch cấp nguồn cho vi điều khiển:

Để đảm bảo board mạch điều khiển hoạt động ổn định và an toàn khi sử dụng nguồn điện 24V từ Robot AMR, cần thiết phải thiết kế một mạch nguồn cách ly giúp giảm áp từ 24V xuống 5V Việc này sẽ giúp bảo vệ board khỏi hư hỏng và đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.

Tính toán công suất nguồn của mạch cấp nguồn:

Dựa theo công thức số (40) ta tính được:

- Công suất tiêu thụ của board Arduino Nano: = = 0,02.5 = 0,1 ( )

- Công suất tiêu thụ của opto cách ly: = = 0,05.5 = 0,25 ( )

- Công suất tiêu thụ của relay 5V: = = 0,05.5 = 0,25 ( )

- Tổng công suất tiêu thụ của mạch cấp nguồn 5V là:

- Giảm được điện áp từ 24V xuống 5V cấp cho vi điều khiển

- Công suất tiêu thụ của mạch cấp nguồn phải lớn hơn 0,6 (W)

- Hạn chế được tình trạng bị sụt áp

→ Với những yêu cầu kỹ thuật trên nhóm sử dụng module chuyển đổi DC-DC AS2-5-24 vào 24V ra 5V phù hợp những yêu cầu đặt ra

Hình 5 12: Module chuyển đổi DC-DC AS2-5-24 Thông số kỹ thuật:

 Thiết kế phương án đảo chiều xi lanh

Có nhiều phương án để đảo chiều xi lanh, bao gồm việc sử dụng module điều khiển công suất tích hợp mạch đảo chiều hoặc cặp relay 5 chân Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về điện áp và dòng điện khi có tải, việc sử dụng cặp relay 5 chân là phương pháp đơn giản và hiệu quả nhất cho việc đảo chiều xi lanh điện.

Hình 5 13: Một số module điều khiển động cơ có sẵn trên thị trường

Mạch đảo chiều cho xi lanh sử dụng 2 relay 5 kênh

Hình 5 14: Sơ đồ nguyên lý của mạch đảo chiều

Nguyên lý hoạt động của xi lanh điện là khi thay đổi điện áp kích trên hai chân tín hiệu trong hộp điều khiển, chiều dòng điện qua xi lanh cũng sẽ thay đổi Sự thay đổi này dẫn đến việc chiều của xi lanh cũng được điều chỉnh tương ứng.

 Thiết kế mạch opto cách ly sử dụng opto PC817

- Đọc được tín hiệu trả về từ cảm biến

- Cảm biến ngỏ ra NPN NO

Tính toán thiết kế khối cách ly tín hiệu cảm biến

Dòng điện qua led hồng ngoại bên trong Opto PC817 : 5 (mA)

Dòng điện qua led đơn : 1 (mA)

Công thức tính điện trở trong mạch

Dựa theo công thức (42), ta tính được:

Lựa chọn điện trở sử dụng trong mạch: = , , = 4000( )

Do đó nhóm chọn điện trở 4k7 có sẵn ở trên thịtrường

Lựa chọn điện trở sử dụng trong mạch: = , = 2500( ) (Theo công thức (42))

Do đó nhóm chọn điện trở 4k7 có sẵn ở trên thị trường

Dựa vào các yều cầu trên, nhóm thiết kế được mạch cách ly tín hiệu cho cảm biến

Hình 5 15: Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly tín hiệu cảm biến

 Thiết kế mạch logic NOR sử dụng diode và Transitor để liên kết 2 tín hiệu của cảm biến NPN

Hình 5 16: Phương trình và bảng chân lý của mạch logic Yêu cầu:

- Đọc được tín hiệu trả về từ 2 cảm biến

Khi cả hai cảm biến phát hiện có vật, tín hiệu qua mạch logic sẽ ở mức cao; trong các trường hợp khác, tín hiệu sẽ ở mức thấp.

→ Với những yêu cầu trên thì nhóm sẽ sử dụng 2 diode và 1 transistor và các điện trở để thiết kế mạch logic NOR

 Thiết kế Module điều khiển cho hệ thống:

Vi điều khiển cần có

- 1 cặp TX,RX kết nối với board chính của Robot AMR bằng truyền thông RS-232

- 4 chân digital nhận và gửi tín hiệu từ cảm biến, công tắc hành trình và điều khiển đảo chiều xilanh

- Vi điều khiển cần ở đây phải có 1 cặp TX, RX và 4 chân digital

Hình 5 18: Sơ đồ kết nối

Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào( khuyên dùng) 7V - 12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6V – 20V

Chân Digital I/O 14 (với 6 chân PWM output)

Dòng sử dụng I/O pin 20mA (tối đa 40mA)

Bảng 5 2: Bảng thông số kỹ thuật bo mạch điều khiển

 Lưu đồ chương trình phụ kiện ben nâng

Hình 5 20: Lưu đồchương trình phụ kiện ben nâng khi nâng và hạ vật

 Lưu đồ hệ thống của phụ kiện ben nâng

Hình 5 21: Lưu đồ hệ thống của phụ kiện ben nâng

Hình 5 22: Hộp điện của phụ kiện ben nâng

Hình 5 23: Sơ đồ khối điều khiển của băng tải

- Khối nguồn cách ly: Được lấy từ nguồn có sẵn trên Robot AMR có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống điện của phụ kiện băng tải

Khối điều khiển đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phụ kiện băng tải, vừa là Master điều khiển toàn bộ các khối, vừa là Slave nhận lệnh từ mạch điều khiển trung tâm của Robot AMR để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.

Khối cảm biến được thiết kế với tính năng cách ly tín hiệu thông qua các khối Opto cách ly, giúp phát hiện vật một cách chính xác Nó có nhiệm vụ gửi tín hiệu digital hồi tiếp liên tục về khối điều khiển, đảm bảo quá trình giám sát và điều khiển diễn ra hiệu quả.

Khối PID có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối chủ và điều khiển động cơ băng tải, đồng thời tiếp nhận và xử lý liên tục các tín hiệu hồi tiếp từ bộ đọc xung.

 Động cơ và hộp giảm tốc:

Phụ kiện băng tải sử dụng động cơ DC 24VDC 60W, 3500 vòng/phút cùng với hộp giảm tốc 2GN15K

Hình 5 24: Động cơ DC 24VDC 60W, 3500 vòng/phút cùng với hộp giảm tốc 2GN15K

 Bo mạch điều khiển trung tâm

Sử dụng AGV ROBOT MAIN CONTROLLER V2 của công ty Indruino với thông tin như ở phụ kiện ben nâng

 Lựa chọn chuẩn giao tiếp giữa board AGV Controller và vi điều khiển

Sử dụng chuẩn giao tiếp RS232 để giao tiếp giữa board AGV Controller và vi điều khiển của phụ kiện tương tự như ở phụ kiện ben nâng

 Module chuyển đổi mini RS232 to UART

Sử dụng module chuyển đổi mini RS232 to UART tương tự như ở phụ kiện ben nâng

Mục đích của dự án là điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ DC Hiện nay, thị trường có nhiều loại module cầu H với kích thước và thông số kỹ thuật đa dạng, giúp sinh viên có thể nghiên cứu và thực hiện đồ án một cách hiệu quả Các sản phẩm này hoạt động ổn định và có giá thành hợp lý Để đảm bảo phù hợp về thông số kỹ thuật, nhóm đã tham khảo và mượn board cầu H từ công ty Indruino để phục vụ cho nghiên cứu và thực hiện đồ án.

Yêu cầu kỹ thuật của của board cầu H:

- Có khả năng đảo chiều và điều khiển tốc độ động cơ

- Dòng khi có tải khoảng 8A

Thông số kỷ thuật của board cầu H

Mục đích: Nhằm giúp cho robot thêm sự thông minh và đa dạng, Phụ kiện băng tải sử dụng

Cảm biến hồng ngoại NPN thường mở được sử dụng để phát hiện vật cản trong quá trình nhận và trả hàng, đồng thời giúp xác định chiều quay của động cơ cho phụ kiện băng tải Để cảm biến có thể phát hiện vật ở khoảng cách từ 10 – 30cm, nhóm đã chọn 2 loại cảm biến phù hợp với không gian làm việc của phụ kiện.

- Tầm quét khoảng cách xa

Hình 5 26: Cảm biến khoảng cách vật cản E3F-DS30F1 Thông số kỹ thuật:

Hình 5 27: Cảm biến khoảng cách vật cản E3F-DS30C4 Thông số kỹ thuật:

- Điện áp hoạt động DC6-36V

- Khoảng cách phát hiện: 10 - 30cm

- Loại ngõ ra: NPN thường mở

Sử dụng Opto cách ly tương tự như ở phụ kiện ben nâng

Để đảm bảo board mạch điều khiển hoạt động ổn định và không bị hư hỏng khi sử dụng nguồn điện 24V từ Robot AMR, cần thiết phải thiết kế một mạch nguồn cách ly để giảm áp từ 24V xuống 5V.

Dựa theo công thức số (40), ta tính được:

- Công suât tiêu thụ của 4 opto cách ly: = = 0,05.5.4 = 1 ( )

- Công suât tiêu thụ của encoder: = = 0,02.5 = 0,1 ( )

- Hạn chếđược tình trạng bị sụt áp

→ Với những yêu cầu kỹ thuật trên nhóm sử dụng module chuyển đổi DC-DC AS2-5-24 vào 24V ra 5V phù hợp những yêu cầu đặt ra

Hình 5 28: Module chuyển đổi DC-DC AS2-5-24

Dòng điện qua led hồng ngoại bên trong Opto PC817 : 5 (mA)

Tính toán tương tự với các điện trở còn lại trong mạch

Dựa cào các yều cầu trên, nhóm thiết kế được mạch cách ly tín hiệu cho cảm biến

 Thiết kế khối điều khiển cho động cơ

Mục đích của việc xây dựng mô hình điều khiển vận tốc động cơ là để đảm bảo băng tải hoạt động ổn định dưới tải trọng nhất định và hạn chế sự thay đổi vận tốc khi vận chuyển các loại tải khác nhau.

Sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp với các thuật toán tinh chỉnh thích hợp giúp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và sai số từ thiết bị đo đến hệ thống.

- Sử dụng giải thuật máy tính tối ưu hóa và tinh chỉnh đề thông số bộđiều khiển đạt giá trị tối ưu

- Chọn vi điều khiển: Vi điều khiển cần có

+ 1 cặp TX,RX kết nối với board chính của Robot AMR bằng truyền thông RS-232 + 2 chân digital nhận tín hiệu Encoder

+ 1 chân PWM băm xung ngõ ra cho động cơ

+ 1 chân digital điều hướng cho động cơ

+ 4 chân digital nhận tín hiệu 4 cảm biến

Vậy vi điều khiển cần ở đây phải có 1 cặp TX,RX , 7 chân digital và 1 chân PWM

→ Chọn bo mạch Arduino Nano v3.0

Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào( khuyên dùng) 7V - 12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6V – 20V

Chân Digital I/O 14 (với 6 chân PWM output)

Dòng sử dụng I/O pin 20mA (tối đa 40mA)

Bảng 5 3: Bảng thông số kỹ thuật bo mạch điều khiển

 Lựa chọn phương pháp điều khiển

Có nhiều phương pháp điều khiển động cơ, nhưng để đạt hiệu quả và độ chính xác tối ưu, phương pháp điều khiển vòng kín với bộ điều khiển PID là sự lựa chọn hàng đầu cho việc điều khiển tốc độ động cơ trong các phụ kiện băng tải.

Hình 5 32: Hệ thống điều khiển PID Ưu điểm của hệ thống PID:

- Giúp giảm các sai số xác lập ở mức tối thiểu nhất có thể

- Các thiết bị dùng PID sẽ hạn chế được độ dao động

- Giúp giảm đi thời gian xác lập và độ vọt lố

Phương pháp khảo sát thông số PID

Hình 5 33: Sơ đồ thuật toán

 Thiết lập phương trình điều khiển

Công thức của bộ điều khiển PID

( ) : sai số theo thời gian

∫ ( ) : nguyên hàm của sai số theo thời gian

( ) : đạo hàm sai số theo thời gian

, , ∶ các thông số của bộ PID

Vận tốc đạt được mong muốn là : _

Vận tốc đạt được thực tế là: _

→ Sai số theo thời gian e(t) = = _ – _ (45)

Nguyên hàm sai số theo thời gian ∫ ( ) = (0)+ ( ) = _ _ (46) Đạo hàm sai số theo thời gian ( ) = ( ) – ( −1) = ( − _ _ ) (47)

Thay (45), (46), (47) vào phương trình (*) ta được :

 Khảo sát và tính toán xung encoder

Khi chọn cảm biến để đọc encoder, bạn sẽ gặp nhiều loại encoder trên thị trường, bao gồm Encoder Magnetic (từ trường), Encoder Mechanical (cơ khí), Encoder Resistive (điện trở) và Encoder Optical (quang) Mỗi loại encoder có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

→ Để chọn encoder có độ chính xác cao và phù hợp với động cơ nhóm sử dụng encoder 6B2-CWZ6C được sản xuất bởi chính hãng Omron

Hình 5 34: Bộ đọc encoder OMRON E6B2-CWZ6C

Thông số Giá trị Điện áp hoạt động 5 – 24 VDC Đầu ra 3 đầu xung A, B, Z

Dòng tiêu thụ Max 80mA

Tần sốđáp ứng tối đa 100khz

Bảng 5 4: Bảng thông số kỹ thuật của bộ đọc encoder OMRON E6B2-CWZ6C

Tính toán số xung thực tế của encoder

- Tốc độvòng quay động cơ chưa qua hộp giảm tốc là: 3500RPM

- Tốc độ vòng quay của rulo qua hộp giảm tốc là : 70RPM

- Số xung encoder đọc được 1 vòng được tính như sau: = 18000 (xung) (49)

Rulo dẫn động di chuyển nhờ vào cặp bánh răng kết nối trục với động cơ, trong đó bánh lớn có 40 răng và bánh nhỏ có 12 răng Hộp giảm tốc được thiết kế với tỷ lệ 1:15.

- Số xung theo tính toán encoder đọc được: = 4000( ) (50)

- Chương trình đọc xung int count = 0; int interrupt0 = 0; int phaseA = 2; int phaseB = 3; void setup() {

// put your setup code here, to run once: pinMode(phaseA, INPUT_PULLUP); pinMode(phaseB, INPUT_PULLUP);

Serial.begin(9600); attachInterrupt(0, hamtinh, RISING);

// put your main code here, to run repeatedly:

→ Số xung thực tế đọc được:

Số lần đọc thực tế Động cơ

Giá trị trung bình: 3980,8 Bảng 5 5: Giá trị tín hiệu đọc được từ encoder

Kết quả so sánh giữa tính toán và kiểm tra thực tế cho thấy có sự sai lệch, nguyên nhân chủ yếu là do quá trình lắp đặt phần cứng và sai số của encoder Tuy nhiên, mức độ sai lệch này không đáng kể so với giá trị tính toán, do đó chúng ta sẽ sử dụng giá trị đo thực tế để điều khiển động cơ.

 Khảo sát thông số , , o Khảo sát khi động cơ không có tải

Ban đầu ta xét một thông số , , bất kỳ, ta được đồ thị:

Tốc độcài đặt: 30 (vòng/phút)

Khi hệ số của bộ PID chưa được tối ưu, vận tốc của động cơ sẽ dao động mạnh mẽ và không ổn định.

Do vậy ta cần tìm đúng hệ số để đáp ứng tốt và chạy ổn định

Dựa vào độ thị thực nghiệm đáp ứng của hệ thông ta tìm được các thông số , ,

Hình 5 36: Hệ thống ổn định khi chưa có tải

- Thời gian xác lập là: 0,08(s)

Nhận xét: Hệ thống hoạt động tương đối ổn định và thời gian đáp ứng là chấp nhận được

 với hệ số , , như hình là phù hợp khi động cơ quay không tải o Khảo sát khi động cơ có tải

Chọn thông số PID giống khi lúc không có tải

Hình 5 37: Hệ thống bị vọt lố khi có tải Điều chỉnh giảm vọt lố với thông số = 0,042

Hình 5 38: Điều chỉnh giảm vọt lố với K_i

- Độ vọt lố (Theo công thức (51)): = 100= 34,5 − 30

- Thời gian xác lập là: 0,09(s)

- Sai số xác lập (Theo công thức (52)): = − = 30 – 28,3 = 1,7

Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, như thể hiện qua ba đồ thị Mặc dù có một số biến động nhỏ, nhưng mức độ này vẫn nằm trong giới hạn chấp nhận được Thời gian đáp ứng của hệ thống cũng phù hợp với yêu cầu đề ra.

 Vậy với thông số , , như trên là hợp lí

 Chương trình điều khiển động cơ o Lưu đồ giải thuật

Hình 5 39: Lưu đồ giải thuật

Khai báo ngắt là một phần quan trọng trong việc sử dụng Timer/Counter của vi điều khiển Chúng ta sẽ sử dụng ngắt ngoài và ngắt từ Timer/Counter để đáp ứng nhu cầu sử dụng Ngắt đầu tiên được thiết lập để đọc tín hiệu trả về từ encoder; khi tín hiệu encoder xuất hiện cạnh lên, ngắt sẽ được kích hoạt và thực hiện.

Hình 5 47: Sơ đồ khối phụ kiện móc kéo

Khối nguồn cách ly nguồn trên Robot AMR cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống của phụ kiện móc kéo, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả cho thiết bị.

Khối điều khiển đóng vai trò chủ (Master) trong việc điều khiển toàn bộ các khối của hệ thống phụ kiện móc kéo, đồng thời cũng là tớ (Slave) nhận lệnh từ mạch điều khiển trung tâm của Robot AMR để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể của phụ kiện.

Khối cảm biến sử dụng các khối Opto cách ly để cách ly tín hiệu, giúp phát hiện vật và liên tục gửi tín hiệu digital hồi tiếp về khối điều khiển.

- 2 cặp Relay 5 chân để đảo chiều 2 xilanh

- Công tắc hành trình có chức năng dừng khi xi lanh nâng hạ khi chạm vào vật

Phụ kiện móc kéo sử dụng 2 xi lanh điện, 2 xilanh này được sử dụng với mức điện áp là 12V

 Board điều khiển trung tâm

Sử dụng AGV ROBOT MAIN CONTROLLER V2 của công ty Indruino với thông tin như ở phụ kiện ben nâng

 Module Chuyển Đổi Mini RS232 To UART

Sử dụng module chuyển đổi mini RS232 to UART tương tự như ở phụ kiện ben nâng

Mục đích của phụ kiện móc kéo là sử dụng cảm biến hồng ngoại NPN thường mở để phát hiện vật cản khi robot lùi lại và nhận diện thanh ngang cần kẹp Cảm biến được chọn có khả năng phát hiện vật trong khoảng cách từ 10 đến 30cm, phù hợp với không gian phát hiện vật cản.

- Tầm quét khoảng cách xa

Hình 5 49: Cảm biến khoảng cách vật cản E3F-DS30F1

Hình 5 50: Lắp đặt cảm biến thực tế

Mục đích: Phụ kiện móc kéo sử dụng 1 công tắc hành trình để phát hiện khi xi lanh nâng móc kéo lên chạm được vào thanh cần kẹp

- Gửi được tín hiệu digital về khối điều khiển khi xi lanh nâng móc kéo lên chạm được vào thanh cần kẹp

Hình 5 51: Công tắc hành trình Thông số kỹ thuật:

- Ngõ ra 3 chân: 1 NO, 1 NC, 1 COM

- Khảnăng chịu tải: Ue 380VAC 220 VDC

- Loại truyền động: Bánh xe

Hình 5 52: Lắp đặt công tắc hành trình thực tế

Mục đích: Phụ kiện móc kéo sử dụng relay 5 chân để đảo chiều chuyển động cho cặp xi lanh nâng hạ và xi lanh kẹp nhả vật

- Kích được cặp xi lanh với mức điện áp 12V

- Sử dụng phù hợp tín hiệu kích relay 5V từvi điều khiển

→ Với những yêu cầu kỹ thuật trên nhóm sử dụng Module 2 Relay 5V Kích Mức Cao/Thấp

Hình 5 53: Module 2 Relay 5V Kích Mức Cao/Thấp Thông số kỹ thuật

- Có jumper set mức Cao/Thấp

- Ngõ ra relay: 250 VAC 10A or 30 VDC 10A

Sử dụng Opto cách ly tương tựnhư ở phụ kiện ben nâng

 Mạch cấp nguồn cho hệ thống điện cấp cho xi lanh:

Để đảm bảo board mạch điều khiển hoạt động ổn định với nguồn điện 24V từ Robot AMR, cần thiết phải thiết kế một mạch nguồn giảm áp để chuyển đổi điện áp từ 24V xuống 12V, nhằm cung cấp nguồn phù hợp cho cặp xi lanh 12V.

- Giảm được điện áp từ 24V xuống 12V

- Hạn chế được tình trạng bị sụt áp

→ Với những yêu cầu kỹ thuật trên nhóm sử dụng module nguồn LM2596 phù hợp những yêu cầu đặt ra

Hình 5 54: Module nguồn LM2596 Thông số kỹ thuật

- Điện áp đầu vào: 3.2 - 35VDC ( nên sử dụng điện áp đầu vào < 30V DC )

- Điện áp đầu ra: 1.25 - 30VDC/3A

 Mạch cấp nguồn cho vi điều khiển:

Để đảm bảo board mạch điều khiển hoạt động ổn định và bền bỉ, cần thiết phải sử dụng nguồn điện 12V từ module nguồn LM2596 Tuy nhiên, để tránh hư hỏng, cần thiết phải có mạch nguồn cách ly giúp giảm áp từ 12V xuống 5V, đảm bảo board hoạt động hiệu quả.

Dựa theo công thức số (40), ta tính được:

- Công suât tiêu thụ của opto cách ly: = = 0,05.5 = 0,25 ( )

- Công suât tiêu thụ của led đơn: = = 0,015.5 = 0,075 ( )

- Công suât tiêu thụ của 2 relay 5V: = = 0,05.5.2 = 0,5 ( )

- Hạn chếđược tình trạng bị sụt áp

→ Với những yêu cầu kỹ thuật trên nhóm sử dụng ổn áp xung B1205S-1W chuyển đổi DC-DC vào 12V ra 5V 1W phù hợp những yêu cầu đặt ra

 Thiết kế phương án đảo chiều xi lanh

Có nhiều phương án để đảo chiều xi lanh, bao gồm việc sử dụng module điều khiển công suất tích hợp mạch đảo chiều hoặc cặp relay 5 chân Tuy nhiên, để đảm bảo tính đơn giản và phù hợp với yêu cầu kỹ thuật về điện áp và dòng điện khi có tải, việc sử dụng cặp relay 5 chân là giải pháp tối ưu cho việc đảo chiều xi lanh điện.

Hình 5 56: Một số module điều khiển động cơ có sẵn trên thị trường

Mạch đảo chiều cho xi lanh sử dụng 2 relay 5 kênh

Hình 5 57: Sơ đồ nguyên lý của mạch đảo chiều

Nguyên lý hoạt động của xi lanh điện là chiều dòng điện sẽ thay đổi khi điện áp kích ở hai chân tín hiệu trong hộp điều khiển được điều chỉnh Sự thay đổi chiều dòng điện sẽ dẫn đến việc thay đổi chiều hoạt động của xi lanh tương ứng.

→ Dựa cào các yều cầu trên, nhóm thiết kế được mạch cách ly tín hiệu cho cảm biến

Dòng điện qua led hồng ngoại bên trong Opto PC817: 5 (mA)

 Thiết kế Module điều khiển động cơ:

Chọn vi điều khiển: Vi điều khiển cần có

- 1 cặp TX,RX kết nối với board chính của Robot AMR bằng truyền thông RS-232

- 6 chân digital nhận và gửi tín hiệu từ cảm biến và điều khiển đảo chiều 2 xilanh

- 1 chân Analog đọc dòng điện từ cảm biến dòng

Vi điều khiển cần ở đây phải có 1 cặp TX, RX , 6 chân digital và 1 chân Analog

Hình 5 60: Board mạch Adruino nano v3.0 Thông số chi tiết board điều khiển nano đã được trình bày ở phụ kiện ben nâng, móc kéo

 Lưu đồ chương trình của phụ kiện móc kéo

Hình 5 61: Lưu đồ giải thuật phụ kiện móc kéo khi kẹp và nhả vật

 Lưu đồ hệ thống của phụ kiện móc kéo

Hình 5 62: Lưu đồ hệ thống của phụ kiện móc kéo

Hình 5 63: Hộp điện của phụ kiện móc kéo

KẾ T LU Ậ N – ĐỀ NGH Ị

K ế t lu ậ n

Sau quá trình nghiên cứu và làm việc nhóm, chúng tôi đã hoàn thiện thiết kế và xây dựng hệ thống cơ khí cùng với hệ thống điện điều khiển cho các phụ kiện.

Các thành quả mà nhóm đạt được là:

- Thiết kế, chế tạo được 3 phụ kiện đảm bảo độ vững chắc và ổn định trong quá trình làm việc

- Thiết kế phụ kiện gọn gàng phù hợp lắp đặt trên Robot AMR

- Truyền và nhận được tín hiệu điều khiển giữa Robot và các phụ kiện

- Kiểm soát và điều khiển động cơ băng tải dùng thuật toán PID

- Năng suất và độ chính xác khi làm việc của phụ kiện chưa cao

- Quá trình thực nghiệm các phụ kiện trong thực tế còn hạn chế

- Khả năng tương tác với người sử dụng còn hạn chế.

Hướ ng phát tri ể n

Tiếp tục mở rộng kiến thức và tìm hiểu sâu hơn để nâng cao chất lượng nội dung, nhằm làm cho đề tài trở nên đa dạng và hoàn chỉnh hơn Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh ngành công nghiệp sản xuất thông minh hiện nay.

- Xây dựng hoàn thiện phần điều khiển để tối ưu hóa hơn năng suất và độ ổn định khi làm việc của các phụ kiện

- Thiết kế thêm giao diện tương tác giữa phụ kiện và người dùng khi làm việc

[ 1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí (Tập một), NXB Giáo dục Việt Nam: Hà Nội, 2010

[ 2] Nguyễn Hồng Ngân, Nguyễn Danh Sơn, Kỹ thuật nâng chuyển (Tập 2), NXB ĐHQG:

[ 3] Trần Thu Hà, Điện tửcơ bản, NXB ĐH Quốc gia Tp.HCM, 2013

[ 4] Nguyễn Thế Hùng, Lý thuyết điều khiển tự động, ĐH Sư phạm kỹ thuật Tp.HCM,

[ 5] Anh-Tuan Dang, Dinh-Ngoc Nguyen, Dang-Hao Nguyen, “A Study of Scissor Lifts,” the International Conference on Engineering Research and Applications (ICERA), pp 75-

[ 6] Microchip Technology Inc., Datasheet Atmega328P, link https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-

[ 7] Emicorp, Conveyor Belting Options, link https://www.emicorp.com/wps/portal/c/conveyors/specialty/belt-options, 07/2023

[ 8] JST INDUSTRIAL EQUIPMENT CO., LTD, Electric Cylinder LEF Xylanh điện, link http://jst.com.vn/xy-lanh-dien-loai-truot-dong-lef-smc, 07/2023

[ 9] Oriental Motor, Servo Motors, Drivers and Controllers, link https://www.orientalmotor.com/servo-motors/index.html, 07/2023

[ 10] Oriental Motor, Brother Gearmotors NEMA C-Face Speed Reducers, link https://www.orientalmotor.com/ac-motors-gear-motors/nema-56c-speed-reducers- brother.html, 07/2023

[ 11] elprocus, Microcontrollers Types & Their Applications, link https://www.elprocus.com/microcontrollers-types-and-applications/, 07/2023

[ 12] Arduino, Sensors, link https://store- usa.arduino.cc/collections/sensors?selectedStore=us, 07/2023

[ 13] ROEQ, Lifter Modules,link https://roeq.dk/wp-content/uploads/2022/02/TML150-Product-data-sheet.pdf, 07/2023

[ 14] Beewatec, BARY PXS-500, link https://www.beewatec.com/autonomous-mobile- robots/bary-pxs-500/, 07/2023

[ 15] Intech Group, IT-AGV-C, link https://intech-group.vn/it-agv-c-agv-with-a-conveyor- belt-on-its-back-sp96.htm, 07/2023

[ 16] Foxtech Robot, Double-Roller Conveyor AGV GT80, link https://www.foxtechrobot.com/double-roller-conveyor-agv-gt80.html, 07/2023

[ 17] Rocla-AGV, Conveyor AWT, link https://rocla-agv.com/agv-solution/automated- guided-vehicles/conveyor-awt/, 07/2023

[ 18] Mobile-industrial-robots, MiR Hook 250, link https://www.mobile-industrial- robots.com/solutions/mir-accessories/mir-hook-250/, 07/2023

[ 19] Tzbot, Industrial AGV Robot, link https://www.tzbotautomation.com/automatic- guided-vehicle/piggyback-agv/multifunction-smart-agv.html, 07/2023

[ 20] SKF, 6000-2Z, link https://www.skf.com/vn/productinfo/productid-6000-2Z, 07/2023

[ 21] APL CONVEYOR ENTERPRISE CO.,LTD., Pneumatic Power Roller Conveyor, link https://www.automation- yuanyu.com/products.php?func=p_detail&p_id26&pc_parent6, 07/2023

[ 22] Oriental Motor, Load Elevator, link https://www.orientalmotor.com/applications/load- elevator.html, 07/2023

[ 23] JBT, Towing AGV, link https://www.jbtc.com/automated-systems/products-and- applications/products/towing-agvs/, 07/2023

Tiêu đề	Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Chế Tạo Các Phụ Kiện Cho Robot AMR Trong Ngành Công Nghiệp Sản Xuất Thông Minh
Tác giả	Đỗ Tấn Anh Hào, Vừ Lương Nhơn Nghĩa
Người hướng dẫn	ThS. Lờ Tấn Cường
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Cơ Điện Tử
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	128
Dung lượng	6,3 MB