Thuyết minh datn

DATN Cơ Điện Tử Cánh Tay Robot 6 trục.............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN

Đề tài: THIẾT KẾ CƠ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG BỐC XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP 6 TRỤC

Sinh viên thực hiện: Tống Hùng

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển – tự động hóa đã giúp tăng năng suất lao động, sản phẩm có chất lượng tốt, giảm chi phí vận hành, điều khiển với độ chính xác cao, tốc độ nhanh, tính tự động hóa cao cho các thiết bị, là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Có thể nói rằng robot mang tới cho cuộc sống con người một cuộc sống mới, một cách trải nghiệm cuộc sống và đôi khi còn là người bạn Những hãng robot từ các nước nổi tiếng trên thế giới như Đức, Nhật Bản, Nga, Hoa Kỳ ngày càng khẳng định sự hiện diện của robot là phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện nay và tương lai của phía trước.Nó xuất hiện ở tất cả các lĩnh vực từ khoa học vĩ mô cho tới vi mô và ngày một đa dạng

Hệ thống Robot bốc xếp hàng tự động là một công nghệ mới trong lĩnh vực công nghệ tự động hóa Logistics, trong đó áp dụng ý tưởng về việc sử dụng hệ thống robot công nghiệp để thực hiện các hoạt động hậu cần như đóng gói và lưu trữ

Với xu thế phát triển của thời đại cùng những kiến thức quý báu của chuyên ngành cơ điện được các thầy cô truyền đạt qua 4 năm học tại trường Em đã được giao làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế cơ điện cho hệ thống bốc xếp hàng hóa tự động sử dụng robot công nghiệp 6 trục”

Sau một thời gian học tập và rèn luyện, được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy Đỗ Văn Nhất và thầy Nguyễn Danh Giang và đặc biệt là các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm Robot Yakawa tại trường Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tạo điều khiện thuận lợi nhất để em nhanh chóng hoàn thành tất cả nhiệm vụ, hoàn thành đúng tiến độ mà đề tài đã giao Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, bản thân em đã cố gắng và nỗ lực rất nhiều để có được kết quả cuối cùng hoàn thiện nhất Tuy nhiên, do hiểu biết về lý thuyết và kinh nghiệm trên thực tiễn còn nhiều hạn chế, nên đồ án của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em kính mong nhận được những góp ý của thầy cô để để đồ án của em được hoàn thiện hơn để đề tài có thể phát triển và ứng dụng một cách hoàn thiện nhất trong thực tế

1.1.2 Các tiêu chuẩn cần đáp ứng 9

1.2 HỆ THỐNG ROBOT BỐC XẾP HÀNG HÓA TỰ ĐỘNG 9

1.2.1 Các thành phần chính của hệ thống 9

Một hệ thống Robot bốc xếp tự động, bao gồm các thiết bị chính như sau: 9

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 10

1.2.3 Hệ thống điện tự động hóa 11

1.2.4 Các yêu cầu của hệ thống 12

1.3 TỔNG QUAN VỀ BỘ PHẬN GẮP HÀNG GẮN TRÊN ROBOT BỐC XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG14 1.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 16

1.4.1 Yêu cầu công nghệ và các số liệu đầu vào 16

1.4.2 Cánh tay Robot công nghiệp 6 trục 17

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CƠ KHÍ……… 20

2.1 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG BỐC XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG 20

2.1.1 Sơ đồ hệ thống bốc xếp hàng tự động 20

2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG BỐC XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG 21

2.3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BĂNG TẢI CẤP SẢN PHẨM 22

2.3.1 Quy trình thiết kế vào tính toán băng tải 22

2.3.2 Thông số đầu vào của băng tải cấp sản phẩm 22

2.3.3 Tính toán thiết kế băng tải cấp sản phẩm 23

1.1.9 Lựa chọn dây băng tải 24

2.3.4 Tính toán lựa chọn động cơ điện và hộp giảm tốc 25

2.3.5 Tính chọn bộ truyền xích 29

2.4 TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TAY MÁY BỐC XẾP HÀNG 31

2.4.1 Lựa chọn Robot công nghiệp 6 trục 31

2.4.2 Tính chọn cơ cấu gắp hàng 34

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ………38

3.1 XÂY DỰNG CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG 38

3.1.1 Yêu cầu công nghệ của hệ thống điện 38

3.1.2 Xây dựng phương án hệ thống điện 38

3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN 41

3.2.1 Thiết kế, tính toán và lựa chọn thiết bị điện trong hệ thống 41

3.3 THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 65

3.3.1 Thiết lập cấu hình biến tần V1000 điều khiển tốc độ động cơ băng tải thông qua PLC MP3300 65

3.3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán cho hệ thống 66

3.3.3 Cấu hình truyền thông truyền nhận dữ liệu giữa MP3300 và Robot GP12 67

Kết nối truyền thông giữa Robot và MP3300 thông qua Ethernet theo sơ đồ dưới đây: 67

3.3.4 Xây dựng chương trình điều khiển trên PLC 72

3.3.5 Xây dựng chương trình làm việc master job trên Robot Controller 76

CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ……… 92

4.1 KẾT QUẢ CHẠY THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 92

4.2 MỘT SỐ HÌNH ẢNH CỦA HỆ THỐNG BỐC XẾP HÀNG HÓA TỰ ĐỘNG 92

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN ……… 93

DANH MỤC HÌNH ẢNH

HÌNH 1.1 HÌNH ẢNH MỘT HỆ ROBOT BỐC XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG 8

HÌNH 1.2 CẤU HÌNH MỘT HỆ THỐNG ROBOT BỐC XẾP CƠ BẢN 9

HÌNH 1.3 MỘT HỆ THỐNG BỐC XẾP TỰ ĐỘNG TRÊN PHẦN MỀM MÔ 10

HÌNH 1.4 CẤU HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT BỐC XẾP TỰ ĐỘNG 11

HÌNH 1.5 QUY CÁCH XẾP TẢI TRỌNG TRÊN PALLET 12

HÌNH 1.6 CƠ CẤU TAY GẮP DẠNG KẸP 14

HÌNH 1.7 CƠ CẤU TAY GẮP DẠNG NĨA 14

HÌNH 1.8 CƠ CẤU TAY GẮP DẠNG NGÓN TAY 15

HÌNH 1.9 CƠ CẤU TAY GẮP DẠNG BÀN TAY 15

HÌNH 1.9 CƠ CẤU TAY GẮP DẠNG CỐC HÚT CHÂN KHÔNG 16

HÌNH 1.10 CƠ CẤU TAY GẮP SỬ DỤNG TỪ TÍNH 16

HÌNH 1.11 CÁNH TAY ROBOT CÔNG NGHIỆP 6 TRỤC 17

HÌNH 1.12 HỆ THỐNG BỐC XẾP THÙNG NƯỚC GIẢI KHÁT VÀO PALLET 18

HÌNH 2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG BỐC XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG 20

HÌNH 2.2 CÁC HÌNH CHIẾU CỦA SƠ ĐỒ HỆ THỐNG BỐC XẾP THÙNG NƯỚC GIẢI KHÁT 21

HÌNH 2.3 QUY TRÌNH TÍNH TOÁN BĂNG TẢI 22

HÌNH 2.4 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BĂNG TẢI 22

HÌNH 2.5 KHUNG BĂNG TẢI 23

HÌNH 2.6 DÂY BĂNG TẢI PVC 24

HÌNH 2.7 CON LĂN BĂNG TẢI 25

HÌNH 2.8 Ổ ĐỠ 25

HÌNH 2.9 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ DẪN ĐỘNG 26

HÌNH 2.10 SƠ ĐỒ PHÂN BỐ LỰC 27

HÌNH 2.11 ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC 1MC2C-63 28

HÌNH 2.12 SƠ ĐỒ DẪN ĐỘNG CỦA BỘ TRUYỀN XÍCH 29

HÌNH 2.13 BỘ TRUYỀN XÍCH CON LĂN 2 DÃY 31

HÌNH 3.4 BIẾN TẦN YASKAWA V1000 CIMR – VABA 0006 43

HÌNH 3.5 CÁC CHÂN ĐẤU NỐI CỦA BIẾN TẦN YASKAWA V1000 CIMR – VABA 0006 43

HÌNH 3.6 PLC YASKAWA MP 3300 45

HÌNH 3.7 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MP3300 45

HÌNH 3.8 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA KHỐI ĐƠN VỊ CƠ SỞ 46

HÌNH 3.9 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA MODUN CPU 301 46

HÌNH 3.10 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA MODUN I/O LIO-04 47

HÌNH 3.11 SƠ ĐỒ CÁC CHÂN CỦA CỔNG CN1 47

HÌNH 3.12 SƠ ĐỒ CÁC CHÂN CỦA CỔNG CN2 48

HÌNH 3.13 BỘ ĐIỀU KHIỂN YRC 1000 48

HÌNH 3.14 BỘ ĐIỀU KHIỂN YRC 1000MICRO 48

HÌNH 3.15 SƠ ĐỒ KẾT NỐI 50

HÌNH 3.16 MẶT TRƯỚC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN YRC 1000MICRO 51

HÌNH 3.17 PENDANT 52

HÌNH 3.18 MÀN HÌNH HMI PFXGP4402WADW 51 53

HÌNH 3.19 CẢM BIẾN QUANG E3F-DS30C4 53

HÌNH 3.20 VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN AIRTAC 7V320 - 5/2 54

HÌNH 3.21 NÚT NHẤN 55

HÌNH 3.22 ĐÈN BÁO 56

HÌNH 3.23 RELAY TRUNG GIAN 56

HÌNH 3.24 BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN AC/DC S8VK – C24024 56

HÌNH 3.25 MCB – 2P – 13A – 6KA MITSUBISHI 57

HÌNH 3.27 MCB – 2P – 4A – 6KA MITSUBISHI 58

HÌNH 3.28 MCB – 2P – 10A – 6KA MITSUBISHI 58

HÌNH 3.29 MCB – 2P – 2A – 6KA MITSUBISHI 59

HÌNH 3.30 SƠ ĐỒ GHÉP NỐI CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 60

HÌNH 3.31 SƠ ĐỒ CẤP NGUỒN CHO HỆ THỐNG 61

HÌNH 3.32 SƠ ĐỒ CẤP NGUỒN 2 62

HÌNH 3.33 SƠ ĐỒ MẠCH INPUT PLC 63

HÌNH 3.34 SƠ ĐỒ MẠCH OUTPUT PLC 64

HÌNH 3.35 SƠ ĐỒ PHẦN CỨNG 65

HÌNH 3.36 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 66

HÌNH 3.38 SƠ ĐỒ CÁC BƯỚC TRUYỀN THÔNG MP3300 VÀ ROBOT CONTROLLER 67

HÌNH 3.39 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC YASKAWA 68

HÌNH 3.40 TAB MODULE CONFIGURATION 69

HÌNH 3.41 HỘP THOẠI 218FD 69

HÌNH 3.42 CÀI ĐẶT THÔNG SỐ TRONG HỘP THOẠI 218FD 70

HÌNH 3.43 LƯU CÁC THÔNG SỐ TRONG HỘP THOẠI 218FD 70

HÌNH 3.44 HỘP THOẠI FUNCTION MODUNLE 71

HÌNH 3.45 HỘP THOẠI SVK 71

HÌNH 3.46 LƯU CÁC THÔNG SỐ TRONG HỘP THOẠI SVK 71

HINH 3.47 LOGIC TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU GIỮA MP3300 VÀ ROBOT 72

HÌNH 3.48 GIAO DIỆN PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC MPE720 74

HÌNH 3.53 MINH HOẠ THAO TÁC TRÊN TEACHING PENDANT 77

HÌNH 3.54 LƯU Ý KHI THAO TÁC TRÊN TEACHING PENDANT 78

HÌNH 3.55 MENU PHỤ CỦA SYSTEM INFO 79

HÌNH 3.56 CÁC CHẾ ĐỘ BẢO MẬT CÓ THỂ CHỌN 79

HÌNH 3.57 HỆ TOẠ ĐỘ TOOL ROBOT 80

HÌNH 3.58 CỬA SỔ HIỆU CHỈNH TOOL 80

HÌNH 3.59 THÔNG SỐ TỌA ĐỘ TCP CỦA TOOL 81

HÌNH 3.60 CỬA SỔ WORK HOME POSITION 81

HÌNH 3.61 CỬA SỔ NEW JOB CREATE 83

HÌNH 3.62 CỬA SỔ CÀI ĐẶT MASTER JOB 83

HÌNH 3.63 CỬA SỔ CÀI ĐẶT POSITION 84

HÌNH 3.64 GIAO DIỆN PHẦN MỀM MOTOSIM EG-VRC 85

HÌNH 3.65 PENDANT ẢO YRC1000MICRO 86

HÌNH 3.66 CỬA SỔ [PSEUDO INPUT] 86

HÌNH 3.67 CẤU TRÚC LỆNH DOUT 87

HÌNH 3.68 CẤU TRÚC LỆNH CALL 87

DANH MỤC BẢNG BIỂU

BẢNG 1.1 SỐ LIỆU ĐẦU VÀO 17

BẢNG 1.2 THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CỦA THÙNG NƯỚC GIẢI KHÁT 19

BẢNG 1.3 THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CỦA PALLET 19

BẢNG 2.1 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA BĂNG TẢI 23

BẢNG 2.2 THÔNG SỐ CỦA KHUNG BĂNG TẢI 23

BẢNG 2.4 THÔNG SỐ CON LĂN BĂNG TẢI 25

BẢNG 2.5 THÔNG SỐ CỦA Ổ LĂN 25

BẢNG 2.6 HỆ SỐ MA SÁT GIỮA CON LĂN VÀ DÂY BĂNG 26

BẢNG 2.7 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CỦA BĂNG TẢI 26

BẢNG 2.8 TRỊ SỐ HIỆU SUẤT GIỮA CÁC BỘ TRUYỀN VÀ Ổ 27

BẢNG 2.9 THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC 1MC2C-63 28

BẢNG 2.12 CÔNG SUẤT CHO PHÉP P CỦA XÍCH CON LĂN 29

BẢNG 2.13 THÔNG SỐ CỦA BỘ TRUYỀN XÍCH 30

BẢNG 2.14 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG 31

BẢNG 2.15 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ROBOT GP12 32

BẢNG 2.16 THÔNG SỐ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT GP12 33

BẢNG 2.17 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 34

BẢNG 2.18 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TAY GẮP KẸP SỬ DỤNG XY LANH MHZ2-40D3 36

25A-BẢNG 3.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BIẾN TẦN YASKAWA V1000 CIMR – VABA 0006 43

BẢNG 3.2 MỘT SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC PHÙ HỢP VỚI HỆ THỐNG 44

BẢNG 3.3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ GIỮA YRC 1000 VÀ YRC 1000MICRO 49

BẢNG 3.4 LỰA CHỌN RELAY, NÚT NHẤN VÀ ĐÈN BÁO 55

BẢNG 3.5 THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN AC/DC OUT

ĐƠN 24V OMRON S8VK – C24024 56

BẢNG 3.6 THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA MCB – 2P – 13A – 6KA MITSUBISHI 57

BẢNG 3.26 THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA MCB – 2P – 4A – 6KA MITSUBISHI 58

BẢNG 3.8 THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA MCB – 2P – 10A – 6KA MITSUBISHI 58

BẢNG 3.9 THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA MCB – 2P – 10A – 6KA MITSUBISHI 59

BẢNG 3.10 MÔ TẢ Ý NGHĨA HÀM MLX 72

BẢNG 3.11 PHÂN CỔNG VÀO RA 73

BẢNG 3.12 CÁC CHẾ ĐỘ BẢO MẬT CỦA ROBOT CONTROLLER 78

BẢNG 3.13 PHÂN LOẠI TÍN HIỆU VÀO/RA 84

BẢNG 3.14 CÁC TÍN HIỆU ĐẦU VÀO/RA ĐẶC BIỆT 84

BẢNG 3.15 CÁC LỆNH ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG YRC1000MICRO 87

BẢNG 3.17 CÁC TÍN HIỆU ROBOT GỬI VỀ PLC 89

BẢNG 3.18 CÁC TÍN HIỆU ĐẦU VÀO TRONG JOB TƯƠNG ỨNG VỚI CÁC TÍN HIỆU GỬI VỀ PLC 90

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BỐC XẾP HÀNG HÓA TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan về hệ thống Robot bốc xếp hàng hóa tự động

1.1.1 Tổng quan

Hệ thống bốc xếp hàng tự động (palletizing) là một giải pháp về hệ thống tự động thay thế hoàn toàn công việc bốc xếp và đóng gói hàng thủ công lên pallet, từ đó, tăng năng suất vận hành của nhà máy, đồng thời, giảm thiểu được những sai sót trong khâu đóng gói hàng thủ công

Hệ thống bốc xếp được phát triển vào những năm 1970, khi đó, nó là sự kết hợp của hệ thống băng tải và thiết bị nâng công nghiệp Để xếp chồng các sản phẩm, mỗi lớp hàng hóa được kẹp vào vị trí và nhấc khỏi băng chuyển đặt lên pallet

Một thập kỉ sau, vào những năm 1980, cánh tay robot bắt đầu được tích hợp vào hệ thống Việc sử dụng cánh tay robot mang lại sự linh hoạt cho hệ thống bốc xếp hàng tự động với số lượng chủng loại hàng hóa ngày càng đa dạng Một cánh tay robot có thể được lập trình để xử lý các gói hàng có kích thước khác nhau hoặc sắp xếp chúng lên pallet theo nhiều cách mà không cần thay đổi thiết kế từ trước

Qua thời gian, hệ thống robot palletizing đã chứng minh rằng nó đem lại những ưu thế kỹ thuật nổi trội như sau:

- Nâng cao mức độ tự động hóa trong dây chuyền sản xuất hiện tại của công ty; - Tính đồng bộ, nhất quán cao nhất;

- Duy trì sự ổn định và tính chính xác lâu dài của cả hệ thống; - Sử dụng và vận hành hệ thống đơn giản, thuận tiện;

- Bảo trì, bảo dưỡng, dự phòng thay thế dễ dàng, hiệu quả

Hình 1.1 Hình ảnh một hệ Robot bốc xếp hàng tự động

Một hệ thống Robot bốc xếp tự động, bao gồm các thiết bị chính như sau:

Băng tải đầu vào có nhiệm vụ di chuyển pallet trống hoặc thùng hàng vào vị trí chờ Cánh tay Robot thực hiện gắp thùng hàng đặt lên pallet

Máy cấp pallet cung cấp pallet trống cho hệ thống.Máy quấn màng có nhiệm vụ đóng gói pallet bằng màng bọc, giúp cho việc cố định hàng hóa và dễ kiểm soát

Máy dán barcode có nhiệm vụ dán nhãn mác cho pallet kiện hàng

Băng tải đầu ra thực hiện di chuyển pallet kiện hàng đã được xếp xong.Hệ thống điện cung cấp điện cho các thiết bị và điều khiển phối hợp làm việc giữa các thiết bị trong hệ thống

Thiết bị an toàn là các rào chắn, các cảm biến cảnh báo bên ngoài nhằm giúp cảnh báo khu vực nguy hiểm, nơi hệ thống đang hoạt động

Hình 1.2 Cấu hình một hệ thống Robot bốc xếp cơ bản 1- Băng tải đầu vào; 2- Cánh tay Robot; 3- Máy cấp pallet; 4- Máy quấn màng; 5- Máy dán barcode; 6- Băng tải đầu ra;

7- Hệ thống điện; 8- Thiết bị an toàn

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Các bước hoạt động của hệ thống được tóm tắt như sau:

Các thùng hàng sản phẩm sau khi đóng gói sẽ được các băng tải vận chuyển đến vị trí chờ gắp, là nơi mà Robot có thể tự động gắp được hàng Vị trí chờ gắp được tính toán thiết kế sao cho thuận tiện nhất cho việc gắp của robot.Các pallet xếp hàng xe được xếp chồng thành khối, xe nâng vận chuyển các khối này nạp vào máy cấp pallet tự động Hệ thống máy cấp pallet tự động có nhiệm vụ cấp lần lượt từng pallet lên băng tải và di chuyển các pallet trống tới vị trí chờ để robot xếp thùng hàng

Công đoạn tiếp theo, Robot gắp thùng hàng sản phẩm và đặt lên pallet ở vị trí đang chờ Robot thực hiện công đoạn này một các liên tục và tuần tự theo chu trình đã lập trình sẵn từ trước Tùy theo loại sản phẩm khác nhau của các dây chuyền đầu vào mà robot thực hiện hành động xếp thùng hàng lên pallet theo quy cách có sẵn Khi robot đã xếp đủ số thùng hàng trên pallet, băng tải di chuyển pallet kiện hàng này đến vị trí máy quấn màng tự động Máy quấn màng sẽ làm nhiệm vụ quấn một số lớp màng nilong lên kiện hàng, việc này đảm bảo kiện hàng hạn chế xô lệch trong quá trình vận chuyển sau đó

Cuối cùng pallet kiện hàng sẽ được băng tải vận chuyển tới vị trí dán mã bởi fhmáy dán barcode và chờ để xe nâng tới lấy ra ngoài

Trong quá trình thiết kế, có thể sử dụng các phần mềm mô phỏng giúp đem lại cách nhìn tổng quan về hệ thống Đa số các nhà cung cấp robot bốc xếp hiện nay đều có kèm theo phần mềm mô phỏng giúp khách hàng có thể dùng để hỗ trợ lựa chọn đúng chủng loại robot cho hệ thống của mình Một số phần mềm mô phỏng của các nhà cung cấp robot nổi tiếng có thể kể đến như KUKA Sim Pro (KUKA), ABB Robotstudio (ABB), Programming Simulators (Yaskawa)…

Hình 1.3 Một hệ thống bốc xếp tự động trên phần mềm mô phỏng

Việc sử dụng phần mềm mô phỏng đem lại một số lợi ích quan trọng như sau: Bộ thư viện robot với các thông số thực tế: Với từng nhà cung cấp, thư viện robot và các thiết bị có sẵn cho phép khách hàng có thể tự thiết kế hệ thống bốc xếp với các thành phần theo mong muốn, đồ họa và thông số thiết bị trong phần mềm ngày càng được hoàn thiện sát với thực tế;

Tối ưu hóa và giảm thời gian thiết kế: Bằng việc chạy thử nghiệm hoạt động của hệ thống trên phần mềm, kết hợp với các công cụ phân tích số liệu (biểu đồ, đồ thị,…) sẵn có sẽ giúp khách hàng có thể tiết kiệm thời gian tính toán thiết kế và tối ưu hoạt động, đặc biệt là cải thiện tốc độ gắp hoặc chỉnh sửa layout phù hợp, của hệ thống bốc xếp;

Giảm thiểu rủi ro va chạm và lỗi sai trong quá trình hoạt động: Quan sát hoạt động của hệ thống trên phần mềm mô phỏng có thể nhận diện sớm một số sự cố về va chạm, lỗi hoạt động của robot như vượt quá phạm vi hoạt động, va chạm với các thiết bị khác,…

1.2.3 Hệ thống điện tự động hóa

Các thiết bị trong hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động mà không cần có sự can thiệp bởi con người, việc này giúp làm tăng mức độ an toàn và hiệu quả hoạt động của hệ thống

Các thiết bị được cấp nguồn và điều khiển hoạt động bởi tủ điện điều khiển riêng, các dữ liệu về thông tin hàng hóa, số lượng, thời gian làm việc,… được trao đổi qua lại với hệ thống dữ liệu lớn của kho hoặc toàn nhà máy

Hình 1.4 Cấu hình điều khiển hệ thống robot bốc xếp tự động Cấu hình cơ bản của hệ thống robot bốc xếp tự động được trình bày trong hình 1.4

Hệ thống điện của hệ thống robot bốc xếp tự động bao gồm các thành phần: PLC điều khiển chính: có chức năng giám sát, điều khiển của tất cả các thiết bị trong hệ thống và truyền thông tin tới trung tâm điều khiển của cả nhà máy;

Bộ điều khiển của Robot: mỗi robot có một bộ điều khiển riêng và được kết nối

với PLC chính theo giao thức tùy chọn (Ethernet, Modbus, IO,…);

Bộ điều khiển của các máy chức năng: các máy chức năng trong hệ thống như máy cấp pallet, máy quấn màng, máy in nhãn,… cũng được kết nối với PLC theo giao thức tùy chọn để truyền nhận tín hiệu (Ethernet, Modbus, IO,…);

Màn hình điều khiển HMI: hiển thị thông tin hệ thống và nhận thao tác điều khiển từ người vận hành;

Các động cơ băng tải, các cảm biến, công tắc hành trình: nhận tín hiệu điều khiển từ PLC và phản hồi các tín hiệu cần thiết về PLC để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác và an toàn;

Các nút ấn, đèn báo: hỗ trợ màn hình điều khiển trong việc hiển thị thông tin và nhận thao tác từ người vận hành

1.2.4 Các yêu cầu của hệ thống 1.2.4.1 Quy cách xếp

Số lượng các quy cách xếp, hay các mẫu xếp, có thể được tích hợp trong các robot bốc xếp là rất lớn nhờ sử dụng các bộ điều khiển và phần mềm hiện đại Các quy cách xếp gồm hai dạng chính là: xếp lồng vào nhau và xếp chồng lên nhau theo cột Các quy cách xếp lồng vào nhau được tạo bằng cách xếp các lớp xoay ngược 180 đan xen nhau (Hình 1.5a) Bằng cách này, tải trọng được xếp với độ ổn định cao, do đó nó thường được áp dụng xếp các tải trọng kích thước nhỏ, quy cách xếp gồm nhiều lớp Quy cách xếp chồng theo cột có thể được tạo ra khi xếp các tải trọng riêng biệt, các lớp được xếp và đặt theo hướng giống nhau (Hình 1.5b) Để đảm bảo độ vững, cách xếp này thường áp dụng cho các tải trọng kích thước vừa và lớn, không có quá nhiều lớp xếp lên nhau Trong một số trường hợp, với kích thước tải trọng khác nhau, sẽ cần đến sử dụng quy cách xếp với các khe trống ở giữa (Hình 1.5c), điều này sẽ cần điều chỉnh chương trình của robot bốc xếp

a b c Hình 1.5 Quy cách xếp tải trọng trên pallet

Ngoài ra, với các đơn vị sản xuất với nhiều chủng loại, mẫu mã và số lượng nhỏ có thể ứng dụng các quy cách xếp hỗn hợp các loại tải trọng kích thước khác nhau lên cùng một pallet mà vẫn đảm bảo kích thước và tính ổn định tốt

1.2.4.2 Tốc độ bốc xếp hàng hóa

Thông thường, các robot sẽ có thể bốc xếp với tốc độ từ khoảng 5 thùng/phút cho đến khoảng 150-200 thùng/phút Tốc độ của robot bốc xếp sẽ phụ thuộc vào kích thước thùng hàng, quy cách xếp được yêu cầu và khả năng gắp nhả của bàn kẹp Tất cả các nhà cung cấp robot bốc xếp đáng tin cậy đều có chương trình mô phỏng để hiển thị tốc độ có thể đạt được cho một mẫu xếp nhất định

Khi khách hàng xem xét các yêu cầu về tốc độ, họ thường tính đến tốc độ tối đa mà dây chuyền đóng gói có thể chạy và thêm hệ số an toàn từ 10 - 25% Các nhà cung cấp robot bốc xếp sẽ đặc biệt chú ý đến kích thước, khối lượng, độ cứng vững của thùng hàng và quy cách xếp các thùng hàng để đưa ra tốc độ bao gồm một hệ số an toàn bổ sung Đôi khi sự thêm vào của các yếu tố an toàn có thể khiến khách hàng từ tốc độ thấp hơn chuyển sang máy tốc độ cao hơn Một dự án có thể không còn khả thi do những chi phí bổ sung này Do đó, điều quan trọng là phải thông báo với nhà cung cấp robot bốc xếp với tốc độ đã bao gồm hệ số an toàn để có thể báo giá máy phù hợp

1.2.4.3 Không gian làm việc

Điều quan trọng là phải xem xét các điều kiện làm việc của robot bốc xếp Hầu hết các robot bốc xếp được điều chỉnh để chúng có thể làm việc trong mọi môi trường Một số điều kiện cần lưu ý như:

- Nhiệt độ quá cao trên 105OF so với nhiệt độ môi trường

- Nhiệt độ quá thấp dưới nhiệt độ môi trường 32OF

- Yêu cầu rửa với nước

- Vật liệu có tính ăn mòn hoặc bụi bẩn có thể tiếp xúc với robot bốc xếp 1.2.4.4 Tính an toàn

Tất cả robot bốc xếp của các nhà cung cấp đều có thể gây nguy hiểm cho người vận hành nếu không tuân thủ các yêu cầu về đảm bảo an toàn Một số điểm an toàn cần chú ý nhất, bao gồm:

Lắp đặt hệ thống hàng rào quanh robot và các thiết bị đảm bảo độ an toàn; công tác bảo dưỡng, sửa chữa robot phải được thực hiện khi hệ thống đã dừng hoạt động hoàn toàn, tuyệt đối không bảo dưỡng, sửa chữa robot trong khi hệ thống đang hoạt động;

Tuân thủ các hướng dẫn an toàn của nhà cung cấp thiết bị; các nhân viên vận hành cần được đào tạo nắm bắt quy trình hoạt động, các phương pháp đảm bảo an toàn, quy trình xử lý sự cố của hệ thống bốc xếp tự động

1.3 Tổng quan về bộ phận gắp hàng gắn trên robot bốc xếp hàng tự động

Tay gắp là cơ cấu tác động cuối cùng thường được gắn trên cổ tay của cánh tay robot Là bộ phận quan trọng nhất của cánh tay robot và tạo nên tính linh hoạt của robot Tùy theo từng ứng dụng riêng của cánh tay robot thì cơ cấu tay gắp có các kết cấu cơ khí phù hợp với ứng dụng của robot Dưới đây là một số loại tay gắp được sử dụng phổ biến nhất trong sản xuất công nghiệp:

Kẹp: Cơ cấu tay gắp này được ứng dụng để nâng hạ sản phẩm bằng cách kẹp các cạnh của sản phẩm Một phần của kẹp di chuyển trong khi phần còn lại đứng yên Hành động kẹp đạt được bằng cách dịch chuyển bộ phận có thể di chuyển lại gần bộ phận kia và áp vào sản phẩm Kẹp có thể thu thập và đặt nhiều sản phẩm có cùng hướng vào cùng một lúc, cho phép lưu lượng nhanh hơn

Hình 1.6 Cơ cấu tay gắp dạng kẹp

Nĩa: Đây là những cơ quan tác động cuối thích hợp cho các sản phẩm cần hỗ trợ bên dưới Vì chúng hỗ trợ thêm nên chúng có thể mang tải nặng hơn mà không làm hỏng các cạnh của sản phẩm Hoạt động của chúng tương tự như các loại kẹp; cả hai đều liên quan đến việc sử dụng một bên để đẩy sản phẩm Khi sản phẩm được đẩy, chúng sẽ được chất lên nĩa Giống như kẹp, nĩa có thể gắp và đặt nhiều sản phẩm cùng một lúc

Hình 1.7 Cơ cấu tay gắp dạng nĩa

Ngón tay (bàn tay): Bộ phận tác động đầu ngón tay (bàn tay) là dụng cụ cơ khí đóng mở theo hai hướng Chúng không chỉ giữ sản phẩm ở các cạnh mà còn hỗ trợ bên dưới Điều này làm cho chúng cao cấp hơn các loại kẹp và nĩa Ngón tay (bàn tay) thường được sử dụng để xử lý các sản phẩm dễ vỡ hoặc các sản phẩm được đóng gói trong vật liệu đóng gói dễ vỡ như giấy hoặc tấm nhựa

Hình 1.8 Cơ cấu tay gắp dạng ngón tay

Hình 1.9 Cơ cấu tay gắp dạng bàn tay

Cốc hút chân không hoặc cốc hút: Những cơ quan tác động cuối này sử dụng hệ thống khí nén sử dụng thiết bị venturi để tạo ra áp suất chân không Loại chân không sử dụng nhiều giác hút để giữ sản phẩm trên bề mặt trên cùng của nó Không giống như các loại cơ học, chúng không gây hư hỏng vật liệu đóng gói khi lấy sản phẩm Chúng cũng đáng tin cậy hơn vì có ít bộ phận chuyển động hơn Nhược điểm chính của loại chân không là hạn chế về trọng lượng của chúng Ngoài ra, chúng xếp hàng ở tốc độ thấp hơn vì chúng bắt đầu mất độ bám khi tăng tốc nhanh sản phẩm

Hình 1.9 Cơ cấu tay gắp dạng cốc hút chân không

Cơ cấu tay gắp sử dụng từ tính: Loại EOAT này sử dụng các thiết bị từ tính để nâng các sản phẩm từ tính hoặc các sản phẩm có vỏ hoặc bao bì từ tính Nam châm vĩnh cửu có thể được sử dụng vì chúng không tiêu thụ điện năng liên tục; tuy nhiên, họ cần một thiết bị cơ khí để loại bỏ vật thể đã thu thập được Nam châm điện được ưa chuộng hơn do hoạt động đơn giản, vì vật thể có thể được nâng lên hoặc thả xuống chỉ bằng cách cung cấp hoặc cắt điện cho nam châm điện Tính thích hợp của chúng như một EOAT xếp pallet bị hạn chế do chỉ có một số sản phẩm hoàn toàn có từ tính Số lượng ứng dụng còn giảm hơn nữa vì từ tính có thể làm hỏng sản phẩm hoặc khiến chúng có từ tính

Hình 1.10 Cơ cấu tay gắp sử dụng từ tính

Ngoài ra còn có một số loại tay gắp khác như: tay gắp thủy lực, tay gắp khí nén, tay gắp điện

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống 1.4.1 Yêu cầu công nghệ và các số liệu đầu vào

Yêu cầu công nghệ: Thiết kế cơ điện cho hệ thống bốc xếp hàng hóa tự động sử dụng Robot công nghiệp 6 trục

Bảng 1.1 Số liệu đầu vào

Băng tải cấp sản phẩm

- Tốc độ

- Tải trọng

0 – 30 m/ph Đạt tới 50 kg/m i Cánh tay Robot công nghiệp 6 trục

Hình 1.11 Cánh tay Robot công nghiệp 6 trục

Khái niệm: Cánh tay Robot công nghiệp 6 trục là loại cánh tay gắn khớp có kết cấu 6 trục cho phép phạm vi làm việc rộng

Ưu điểm:

+ Chính Xác: Cung cấp độ chính xác cao trong quá trình thao tác và sản xuất Đồng thời, hệ thống được lập trình, cài đặt sẵn theo quy định đề ra, giúp cho việc khắc phục sự cố được thực hiện một cách bài bản, chính xác và nhanh chóng

+ Độ Ổn Định: Cấu trúc 6 trục tạo ra sự ổn định trong khi di chuyển và làm việc

+ Tăng Năng Suất: Thực hiện các công việc phức tạp nhanh chóng, tối ưu hóa công việc, tiết kiệm thời gian, chi phí và nguồn nhân lực do đó giúp tăng khả năng sản xuất, tối ưu hóa hiệu quả kinh doanh

+ Cánh tay Robot 6 trục với thiết kế kích thước nhỏ, trọng lượng phù hợp giúp tối ưu được không gian, diện tích làm việc, do đó có thể tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp, dể dàng vận hành, sử dụng

Phân loại cánh tay Robot công nghiệp 6 trục theo ứng dụng:

+ Ứng dụng trong sản xuất tự động: Lắp ráp sản phẩm, hàn và kiểm tra chất lượng + Gắp, thả, đóng gói sản phẩm và bốc xếp dỡ hàng hóa

+ Ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng không và ô tô: Láp ráp và sơn hoàn thiện các chi tiết

Kết luận: Với các yêu cầu và các thông số đầu vào của đề tài cũng như tình hình hiện nay về các giải pháp tự động hóa trong công nghiệp Em lựa chọn cánh tay Robot công nghiệp 6 trục ứng dụng trong khâu bốc xếp các thùng nước giải khát vào pallet trong dây truyền sản xuất nước giải khát tự động

Hình 1.12 Hệ thống bốc xếp thùng nước giải khát vào pallet

Bảng 1.2 Thông số kích thước của thùng nước giải khát

Kích thước:

Chiều dài Chiều rộng Chiều cao

300mm 300mm 200mm

Bảng 1.3 Thông số kích thước của pallet

Kích thước:

Chiều dài Chiều rộng Chiều cao

900mm 600mm 100mm

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CƠ KHÍ 2.1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống bốc xếp hàng tự động 2.1.1 Sơ đồ hệ thống bốc xếp hàng tự động

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống bốc xếp hàng tự động 1- HMI

2- Tủ điện

3- Hệ thống dẫn động băng tải 4- Dây băng tải

5- Tay gắp hàng 6- Robot 6 trục 7- Pallet chứa hàng 8- Xe nâng pallet 9- Thùng hàng 10- Khung băng tải 11- Cảm biến quang

Hình 2.2 Các hình chiếu của sơ đồ hệ thống bốc xếp thùng nước giải khát

2.1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống bốc xếp hàng tự động

Hệ thống bốc xếp hàng tự động vào pallet là khâu cuối cùng trong dây truyền sản xuất nước giải khát tự động Các thùng hàng sau khi được đóng gói, dán nhãn mác và đạt chuẩn sẽ được băng tải chạy với tốc độ ổn định vận chuyển đến vị trí chờ gắp, là nơi mà Robot có thể tự động gắp được hàng khi mà có tín hiệu từ cảm biến quang được đặt trên khung băng tải Vị trí chờ gắp được tính toán thiết kế sao cho thuận tiện nhất cho việc gắp của robot

Công đoạn tiếp theo, Robot bốc các thùng hàng sản phẩm và xếp lên pallet ở vị trí đang chờ Robot thực hiện công đoạn này một các liên tục và tuần tự theo chu trình đã được lập trình

Khi robot đã xếp đủ số lượng thùng hàng trên pallet thì xe nâng pallet sẽ vận chuyển pallet hàng tới kho hàng và hoàn thành chương trình

2.2 Tính toán các thông số của băng tải cấp sản phẩm 2.2.1 Quy trình thiết kế vào tính toán băng tải

Quy trình tính toán băng tải thường bao gồm các bước sau:

Hình 2.3 Quy trình tính toán băng tải

Xác định nhu cầu sử dụng băng tải: Đầu tiên phải xác định nhu cầu và yêu cầu cụ thể cho băng tải, bao gồm tải trọng cần vận chuyển, tốc độ di chuyển, khoảng cách và môi trường làm việc

Thu thập dữ liệu: Thu thập thông tin kỹ thuật về băng tải như chiều dài, chiều rộng, chiều cao, trọng lượng và hệ số ma sát của vật liệu được vận chuyển

Tính toán tải trọng: Sử dụng công thức hoặc bảng dữ liệu để tính toán tải trọng tối đa mà băng tải có thể chịu được

Tính toán công suất động cơ: Dựa trên tải trọng và tốc độ được yêu cầu, tính toán công suất động cơ cần thiết để vận hành băng tải

Lựa chọn và thiết kế băng tải: Dựa trên yêu cầu và thông số kỹ thuật, lựa chọn và thiết kế băng tải phù hợp Điều này bao gồm việc chọn loại băng tải, kích thước, hệ thống quy định điều khiển và các thành phần khác

Kiểm tra tính toán: Trước khi triển khai, hãy kiểm tra lại tính toán và thiết kế của bạn để đảm bảo rằng chúng hoạt động

Triển khai thiết kế và theo dõi hoạt động: Triển khai băng tải theo thiết kế đã chọn và theo dõi hoạt động của nó để đảm bảo hiệu suất trong quá trình vận hành

2.2.2 Thông số đầu vào của băng tải cấp sản phẩm

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc băng tải

Bảng 2.1 Thông số đầu vào của băng tải

Thông số thùng hàng sản phẩm: - Tải trọng

- Kích thước

m1 = 10kg

D x H x R = 30x20x30cm 2.2.3 Tính toán thiết kế băng tải cấp sản phẩm

2.2.3.1 Thiết kế khung băng tải

Bảng 2.2 Thông số của khung băng tải

2.2.3.2 Lựa chọn dây băng tải

Bảng 2.3 Thông số của dây băng tải

Tổng khối lượng dây băng tải m = L.B.q = 4,531.0,62.1,1 = 3,09 kg

Hình 2.6 Dây băng tải PVC 2.2.3.3 Tính chọn con lăn băng tải và ổ đỡ

Theo sách Kỹ thuật nâng chuyển tập 2 [1] ta có: Đường kính con lăn được xác định theo công thức :

D  k.i ( 1 )

Trong đó: k – là hệ số tỷ lệ, i là số lớp đệm băng Đối với con lăn dẫn động:

k = 125 nếu i = 2 ÷ 6, k = 150 nếu i = 8 ÷ 12 Chọn k = 125 và i = 2 => D  125.2 = 250mm Chọn D = 250mm

Bảng 2.4 Thông số con lăn băng tải

Tổng khối lượng của con lăn m = 2 kg

Hình 2.7 Con lăn băng tải Bảng 2.5 Thông số của ổ lăn

Hình 2.9 Sơ đồ bố trí dẫn động Tổng khối lượng băng tải: m2 = L.q + mcl + mdb

Trong đó:

L chiều dài băng tải, m

q khối lượng trên 1m băng tải, kg/m mcl khối lượng của con lăn, kg mdb khối lượng của dây băng tải, kg

Tổng khối lượng băng tải: m2 = 4,531.50 + 2 + 3,09 = 231,64kg Theo sách Hướng dẫn tính toán băng tải:

Bảng 2.6 Hệ số ma sát giữa con lăn và dây băng Dạng puly truyền dẫn Điều kiện bề mặt tiếp xúc

giữa dây băng tải và puly

Hệ số ma sát µ Puly thép

Puly có rãnh và puly bọc cao su

Hệ số ma sát giữa con lăn và dây băng tải µ = 0.3

Bảng 2.7 Thông số đầu vào của băng tải

Để vật cân bằng trên băng tải có sơ đồ sau:

Hình 2.10 Sơ đồ phân bố lực Ta có tổng lực tác dụng lên băng tải:

P⃗ + N⃗ + F ⃗ + F⃗ = 0⃗ ( 2 ) Trong đó:

P⃗ − là trọng lượng của vật N⃗ – là phản lực

F ⃗ – là lực ma sát F⃗ – là lực kéo

Ta có: N = P = ( m1 + m2 ).g = ( 10 + 231,64 ).9,81 = 2370,5 N ( 3 ) Fms = µ.N = 0,3 2370,5 = 711,15 N ( 4 )

Fk = m1.a + Fms = 10 , + 720 = 711,4 N ( 5 ) Công suất trên trục công tác: Pct = ⋅ = , , = 0,36 kW ( 6 ) Hiệu suất chung của hệ truyền động: ηch = ηol ηx ( 7 )

Bảng 2.8 Trị số hiệu suất giữa các bộ truyền và ổ Tên gọi Hiệu suất η của bộ truyền hoặc của ổ

Bộ truyền bánh răng trụ 0,96-0,98 0,93-0,95 Bộ truyền bánh răng côn 0,95-0,97 0,92-0,94 Bộ truyền trục vít

- Tự hãm

- Không tự hãm với z=1

z=2 z=4

0,7-0,75 0,75-0,82 0,87-0,92

ηch = ηol ηx = 0,99 0,97 = 0,96

Công suất cần thiết trên trục động cơ: Pct = = ,

, = 0,375 𝑘𝑊 ( 8 ) Xác định số vòng quay trên trục công tác:

, = 38 vòng/phút ( 9 ) Xác định momen xoắn trên trục công tác:

Tct = ⋅ = 90,47 Nm ( 10 ) Pđc ≥ Pct ≥ 0,375 kW

nđc ≥ nct ≥ 38 vòng/phút Tdc ≥ Tct ≥ 90,47 Nm

Theo phụ lục III sách thiết kế máy và chi tiết máy: Ta chọn động cơ giảm tốc 63

1MC2C-Bảng 2.9 Thông số động cơ giảm tốc 1MC2C-63

uch = ux = đ = = 1,18 ( 11 ) 2.2.5 Tính chọn bộ truyền xích

Bảng 2.11 Thông số đầu vào của bộ truyền xích

Z2 = Z1.u = 27.1,18 = 31,86 ( 13 ) Chọn Z2 = 32

Xác định bước xích:

Bảng 2.12 Công suất cho phép P của xích con lăn Bước

xích p, mm

Đường kính chốt dc, mm

Chiều dài ống B, mm

Công suất cho phép [ P ], kW, khi số vòng quay đĩa nhỏ n01, vg/ph

50 200 400 600 800 1000 1200 1600 12,7 3,66 5,8 0,19 0,68 1,23 1,68 2,06 2,42 2,72 3,2 12,7 4,45 8,9 0,35 1,27 2,29 3,13 3,86 4,52 5,06 5,95 \12,7 4,45 11,3 0,45 1,61 2,91 3,98 4,9 5,74 6,43 7,55 15,875 5,08 10,11 0,57 2,06 3,72 5,08 6,26 7,34 8,22 9,65 15,875 5,08 13,28 0,75 2,7 4,88 6,67 8,22 9,63 10,8 12,7 19,05 5,96 17,75 1,41 4,8 8,38 11,4 13,5 15,3 16,9 19,3 25,4 7,95 22,61 3,2 11 19 25,7 30,7 34,7 38,3 43,8 31,75 9,55 27,46 5,83 19,3 32 42 49,3 54,9 60 - 38,1 11,12 35,46 10,5 34,8 57,7 75,7 88,9 99,2 108 - 44,45 12,72 37,19 14,7 43,7 70,6 88,3 101 - - - 50,8 14,29 45,21 22,9 68,1 110 138 157 - - -

Chọn p = 15,875mm với P = 0,57 kW và n = 50 vg/ph Thiết kế bộ truyền xích trên phần mềm Inventor:

Bảng 2.13 Thông số của bộ truyền xích

đa

h3 = 13,72mm Chiều rộng tối đa trên chốt ổ trục b = 36,2mm Chiều rộng tấm bên trong tối đa t1 = 1,5mm Chiều rộng tấm bên ngoài hoặc trung gian

Ft = = 1718,75N ( 15 ) Xác định chiều dài xích:

L = X pc = 952,5mm ( 16 ) Xác định khoảng cách trục:

a = 0,25.pc.[ X – + 𝑋 − − 8 ⋅ ] = 241,76mm ( 17 )

Hình 2.13 Bộ truyền xích con lăn 2 dãy 2.3 Tính toán, lựa chọn tay máy bốc xếp hàng

Bảng 2.14 Thông số đầu vào và yêu cầu của hệ thống

2.3.1 Lựa chọn Robot công nghiệp 6 trục Điều kiện để lựa chọn Robot công nghiệp 6 trục:

- Khả năng mang tải - Tốc độ làm việc - Phạm vi làm việc

Với các thông số đầu vào và các yêu cầu làm việc trên, ta chọn Robot bốc xếp hàng GP12 của hãng Yakawa

2.3.1.1 Tổng quan về dòng Robot Motonan và Robot GP12

Yaskawa Electric là tập đoàn hàng đầu thế giới trong sản xuất và cung cấp các sản phẩm trong lĩnh vực truyền động điện, robot công nghiệp trên thế giới với trụ sở chính tại Kitakyushu, Nhật Bản

ROBOT MOTOMAN là dòng sản phẩm thế mạnh của Yaskawa với hơn 20.000 Robot xuất xưởng mỗi năm, với chủng loại Robot đa dạng: rô bốt hàn, rô bốt sơn, rô bốt gắp, rô bốt nâng bốc hàng, rô bốt lắp ráp… được sử dụng trong các dây chuyền nhà máy trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: lắp ráp ô tô, xe máy, đóng tàu, sắt thép, chế biến thực phẩm, điện tử bán dẫn… và thậm chí cả lĩnh vực y tế, sinh học

Các Motoman Robot của Yaskawa có số trục, tầm với và khả năng mang tải khác nhau, đáp ứng các yêu cầu đa dạng của người dùng Khác với hầu hết các nhà sản xuất robot khác (ABB, OTC, Naitri ), các robot Yakawa được xây dựng chế tạo dựa trên 100 năm kinh nghiệm R&D và nền tảng các thiết bị truyền động như động cơ servo, biến tần nổi tiếng do chính Yaskawa cung cấp, do vậy các robot của Yaskawa đạt được độ chính xác, tốc độ di chuyển và độ tin cậy rất cao đã được ứng dụng không chỉ ở Việt Nam mà cả trên toàn thế giới

MOTOMAN GP12 là rô-bốt công nghiệp 6 trục có tính linh hoạt cao với tải trọng 12 kg, tầm với 1440 mm và độ lặp lại vượt trội +/- 0,02 mm Đạt được tốc độ truyền tải cao với rô-bốt GP12 cực kỳ nhanh và hiệu quả này, mang đến sự kết hợp hoàn hảo về tải trọng/tốc độ/mô-men xoắn cho phép ở cổ tay Được thiết kế với Thế hệ động cơ YASKAWA Sigma7-Servo mới nhất, GP12 cung cấp khả năng kiểm soát tăng tốc/giảm tốc được cải thiện Dấu chân nhỏ và thiết kế cánh tay mỏng cho phép không gian lắp đặt tối thiểu và giảm thiểu nhiễu với các thiết bị ngoại vi Quá trình cài đặt diễn ra nhanh chóng và hiệu quả - cáp truyền thông được dẫn hướng qua cấu trúc cánh tay và cổ tay rỗng

Robot này cũng có sẵn mức bảo vệ chống bụi và chất lỏng IP65/67 cao để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt

GP12 hoàn hảo cho nhiều ứng dụng, bao gồm chăm sóc máy , xử lý vật liệu , lắp ráp , sản xuất bồi đắp , phân phối , mài/đánh bóng và kiểm tra chất lượng Cũng trong lĩnh vực Thương mại điện tử , Hậu cần Hàng tiêu dùng và Tự động hóa Bưu chính , GP12 là một ứng cử viên hấp dẫn nhờ thông lượng vượt trội, kết hợp với thị giác máy thông minh

2.3.1.2 Thông số kỹ thuật của Robot GP12

Hình 2.14 Robot GP12

Bảng 2.15 Thông số kỹ thuật của Robot GP12

Cáp I/O trong cánh tay Robot - 8 conductors

VAC

200…230 380…480

Hình 2.15 Các chi tiết trục của Robot GP12 Bảng 2.16 Thông số chuyển động của Robot GP12 Trục Giới hạn chuyển động (o) Tốc độ tối đa

(o/s)

Mô-men (N.m)

Mô-men quán tính (kg.m2)

Trục S: Trục này, nằm ở chân robot, cho phép robot quay từ trái sang phải Chuyển động quét này mở rộng khu vực làm việc để bao gồm khu vực ở hai bên và phía sau cánh tay Trục này cho phép robot quay tối đa 180 độ từ điểm trung tâm

Trục L: Trục này cho phép cánh tay dưới của robot có thể kéo dài về phía trước và phía sau Nó là trục cung cấp năng lượng cho chuyển động của toàn bộ phần dưới cánh tay Trục U: Trục mở rộng tầm với theo phương thẳng đứng của robot Nó cho phép cánh tay trên nâng lên và hạ xuống Trên một số mô hình có khớp nối, nó cho phép cánh tay trên vươn ra phía sau cơ thể, mở rộng hơn nữa đường bao công việc Trục này cho phép cánh tay trên tiếp cận bộ phận tốt hơn

Trục R: Làm việc cùng với trục B, trục này hỗ trợ việc định vị bộ phận hiệu ứng cuối và thao tác của bộ phận Được gọi là cuộn cổ tay, nó quay cánh tay trên theo chuyển động tròn, di chuyển các bộ phận giữa các hướng ngang sang dọc

Trục B: rục này cho phép cổ tay của cánh tay robot nghiêng lên và xuống Trục này chịu trách nhiệm cho chuyển động cao độ và ngáp Chuyển động của cao độ, hoặc uốn cong, lên và xuống, giống như mở và đóng nắp hộp Di chuyển sang trái và phải, giống như một cánh cửa trên bản lề

Trục T: Đây là cổ tay của cánh tay robot Nó chịu trách nhiệm cho một chuyển động xoắn, cho phép nó quay tự do theo chuyển động tròn, cả để định vị các hiệu ứng cuối và để thao tác các bộ phận Nó thường có khả năng xoay hơn 360 độ theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ

2.3.2 Tính chọn cơ cấu gắp hàng

Tay gắp là cơ cấu tác động cuối cùng thường được gắn trên cổ tay của cánh tay robot Là bộ phận quan trọng nhất của cánh tay robot và tạo nên tính linh hoạt của robot Tùy theo từng ứng dụng riêng của cánh tay robot thì cơ cấu tay gắp có các kết cấu cơ khí phù hợp với ứng dụng của robot

Bảng 2.17 Thông số đầu vào

Kích thước thùng hàng D x H x R = 30 x 20 x 30cm

Với các thông số trên, ta lựa chọn tay gắp dạng kẹp sử dụng xy lanh khí nén Đặc điểm:

Lực gắp lớn: Khả năng tạo ra lực gắp mạnh là một ưu điểm quan trọng của tay gắp khí nén, giúp chúng có thể xử lý các vật phẩm nặng và khó định hình

Công suất hoạt động: Tay gắp khí nén có thể phản ứng nhanh chóng, giúp tăng cường hiệu suất trong các quá trình sản xuất

Khả năng hoạt động trong không gian hẹp: Thiết kế nhỏ gọn của tay gắp khí nén cho phép chúng hoạt động hiệu quả trong không gian hạn chế

Giá thành rẻ: Tay gắp khí nén thường có giá thành thấp, nguồn khí nén phổ biến trong công nghiệp làm cho chúng trở thành lựa chọn kinh tế trong nhiều ứng dụng công nghiệp 2.3.2.1 Điều kiện lựa chọn tay gắp kẹp sử dụng xy lanh khí nén

Hình 2.16 Sơ đồ phân tích lực Ta có: Fms1 + Fms2 ≥ P

Trong đó:

- P là trọng lượng của thùng hàng: P = m.g = 10.9,81 = 98,1N ( 18 ) - Fms1 là lực ma sát giữa thùng hàng và bộ phận kẹp 1: Fms1 = µ.Nk1 ( 19 ) - Fms2 là lực ma sát giữa thùng hàng và bộ phận kẹp 2: Fms2 = µ.Nk2 ( 20 )

- Nk1 là phản lực tại vị trí tiếp xúc giữa bộ phận kẹp 1 với thùng hàng: Nk1 = Fk1 - Nk2 là phản lực tại vị trí tiếp xúc giữa bộ phận kẹp 2 với thùng hàng: Nk2 = Fk2 - Fk1, Fk2 là lực kẹp tác dụng vào thùng hàng

- µ là hệ số ma sát giữa tay kẹp với thùng hàng: µ = 0,25 - m là khối lượng thùng hàng m = 10kg

- g là gia tốc trọng trường: g = 9,81m/s2 Để tay gắp gắp được thùng hàng thì:

Fk ≥

2.3.2.2 Lựa chọn xylanh khí nén

Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo của tay kẹp sử dụng xy lanh khí nén

1 - Cửa cấp khí; 2 – Cửa xả khí; 3 – Trục piston; 4 – Lò xo; 5 – Cơ cấu kẹp Nguyên lý hoạt động của tay kẹp xử dụng xy lanh khí nén:

Chế độ gắp hàng: Khí được cấp vào cửa cấp khí của xy lanh thông qua một van, khi có khí cấp vào thì sẽ tạo một áp suất sinh ra lực đẩy đẩy trục piston làm nén lò xo khí được thoát ra từ cửa xả Khi đó cơ cấu kẹp được liên kết với trục piston kẹp lại thùng hàng Chế độ thả hàng: Khi ngắt khí cấp vào xy lanh thì áp suất giảm lò xo bị nén đẩy trục piston về vị trí bình thường làm cho cơ cấu kẹp mở ra và thả thùng hàng

Với các thông số của thùng hàng và điều kiện gắp hàng, ta lựa chọn xy lanh khí nén MHZ2-40D3

25A-Hình 2.18 Tay kẹp thùng hàng sử dụng xy lanh khí nén