robot bơm nhiên liệu tự động

Nội dung chính của đồ án: - Tìm hiểu về thiết kế, quy trình hoạt động của hệ thống bơm nhiên liệu tự động trong thực tế.. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ tự động hóa và rob

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Trong bối cảnh hiện đại, nhu cầu di chuyển và vận tải ngày càng tăng cao, đặc biệt tại các đô thị lớn và khu vực phát triển mạnh về công nghiệp Điều này đồng nghĩa với việc số lượng phương tiện giao thông tăng lên đáng kể, kéo theo nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày càng lớn Tuy nhiên, tại nhiều trạm xăng hiện nay, quy trình bơm nhiên liệu vẫn còn phụ thuộc nhiều vào sức lao động của con người, dẫn đến tình trạng quá tải, chậm trễ và thiếu hiệu quả trong việc phục vụ khách hàng, đặc biệt vào các giờ cao điểm Một trong những thách thức lớn nhất mà các trạm xăng đang phải đối mặt là việc quản lý và vận hành hiệu quả, đảm bảo đáp ứng nhu cầu nhiên liệu của một lượng lớn phương tiện trong một khoảng thời gian ngắn Tình trạng xếp hàng dài chờ đợi để bơm nhiên liệu không chỉ gây lãng phí thời gian của người lái xe mà còn góp phần làm tăng lượng khí thải do xe phải nổ máy trong lúc chờ đợi Bên cạnh đó, các nhân viên trạm xăng phải làm việc liên tục trong điều kiện áp lực cao, dễ dẫn đến mệt mỏi và sai sót trong quá trình làm việc

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ tự động hóa và robot, việc áp dụng các giải pháp tự động trong bơm nhiên liệu trở nên cấp thiết và khả thi Một hệ thống robot bơm nhiên liệu tự động không chỉ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhân viên, tăng cường hiệu suất và độ chính xác trong quá trình bơm nhiên liệu mà còn góp phần giảm thiểu thời gian chờ đợi của khách hàng, nâng cao trải nghiệm người dùng Hơn nữa, hệ thống này còn giúp tối ưu hóa quy trình vận hành của các trạm xăng, tiết kiệm chi phí lao động và giảm nguy cơ xảy ra các sự cố do yếu tố con người gây ra

Trên thế giới, một số hệ thống bơm nhiên liệu tự động hiện đại đã được triển khai và chứng minh hiệu quả, chẳng hạn như hệ thống Fuelmatics tại Thụy Điển và hệ thống bơm nhiên liệu robot tại trạm xăng Husky ở Hoa Kỳ Những hệ thống này không chỉ thực hiện việc bơm nhiên liệu một cách tự động mà còn tích hợp các công nghệ hiện đại như cảm biến, trí tuệ nhân tạo và kết nối internet để tối ưu hóa quá trình vận hành Ở Việt Nam, việc áp dụng hệ thống robot bơm nhiên liệu tự động vẫn còn khá mới mẻ và chưa phổ biến rộng rãi Một phần nguyên nhân đến từ chi phí đầu tư ban đầu khá cao và sự e ngại về việc thay đổi quy trình vận hành truyền thống Tuy nhiên, với tốc độ phát triển kinh tế nhanh chóng và xu hướng chuyển đổi số mạnh mẽ, việc nghiên cứu và ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 triển khai hệ thống bơm nhiên liệu tự động là một bước tiến quan trọng và cần thiết để nâng cao hiệu quả và chất lượng dịch vụ tại các trạm xăng

Từ những nhu cầu và tính cần thiết của việc tự động hóa trong lĩnh vực cung cấp nhiên liệu, nhóm thực hiện đồ án đã lựa chọn đề tài nghiên cứu “HỆ THỐNG ROBOT BƠM NHIÊN LIỆU TỰ ĐỘNG” Đề tài tập trung vào việc thiết kế và phát triển một hệ thống robot có khả năng thực hiện quy trình bơm nhiên liệu tự động, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao trải nghiệm khách hàng tại các trạm xăng.

Mục tiêu đề tài và giới hạn đề tài

Các mục tiêu và giới hạn thực hiện đề tài được đặt ra trước khi nhóm tiến hành: Mục tiêu đề tài Đề tài được thực hiện với những mục tiêu cụ thể như sau:

- Tạo ra hệ thống robot bơm nhiên liệu tự động sao cho phù hợp với thực tế, hoạt động ổn định

- Việc vận hành robot và bơm nhiên liệu một cách chính xác nhất

- Thông tin về lỗi sẽ được hiển thị khi có lỗi xảy ra với hệ thống

- Giám sát và vận hành ở chế độ manual thông qua màn hình HMI

- Xây dựng được Web app để người dùng có thể thao tác trực tiếp trên điện thoại Giới hạn đề tài

Phần mô hình: Thiết kế mô hình dựa trên robot SCARA và sử dụng các động cơ servo điều khiển các khớp Sử dụng camera quét và nhận diện nắp xăng xe ôtô Bên cạnh đó, hệ thống được điều khiển, giám sát bởi HMI gắn trên máy và ứng dụng app mobile để người dùng thao tác

Phần chương trình điều khiển: Sử dụng phần mềm Gx Works3 để lập trình PLC iQ-R, phần mềm Mr Configurator 2 để cài đặt thông số động cơ servo Mitsubishi, phần mềm GT Designer 3 lập trình giao diện HMI và phần mềm C# để lập trình Xử lý ảnh, giao diện SCADA và tạo mobile app.

Phương pháp nghiên cứu

Trong việc nghiên cứu và phát triển đề tài "Robot bơm nhiên liệu tự động", chúng tôi đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu sau để đảm bảo kết quả đạt được là chính xác và đáng tin cậy Các phương pháp bao gồm phương pháp thực nghiệm, phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia, và phương pháp nghiên cứu phân tích và tổng hợp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3

- Kiểm tra và đánh giá hiệu suất của robot bơm nhiên liệu tự động khi sử dụng các giải pháp công nghệ tiên tiến

- Lựa chọn giải pháp: Sử dụng các công nghệ và thiết bị từ Mitsubishi Electric như bộ điều khiển PLC, động cơ servo, cảm biến và các thiết bị khác phù hợp cho hệ thống robot

- Xây dựng mô hình: Tạo ra mô hình thực nghiệm của hệ thống robot bơm nhiên liệu tự động

- Thử nghiệm các phương án: Thực hiện các thử nghiệm với nhiều hướng tiếp cận khác nhau, từ việc điều khiển tự động đến việc tối ưu hóa quy trình bơm nhiên liệu

- Ghi nhận kết quả: Ghi lại các kết quả thực nghiệm, bao gồm thời gian bơm, độ chính xác, hiệu suất và các vấn đề gặp phải

Phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia

- Đảm bảo rằng quy trình và thiết kế hệ thống đạt được mức độ tối ưu và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn

- Liên hệ chuyên gia: Tham khảo ý kiến từ các chuyên gia trong ngành công nghệ robot và hệ thống tự động, bao gồm chuyên gia từ các tổ chức như Randox Laboratories và Sysmex Vietnam

- Tư vấn chuyên sâu: Thu thập thông tin về các quy trình tối ưu và các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết

- Áp dụng kiến thức: Áp dụng những kiến thức và kinh nghiệm từ các chuyên gia vào quá trình thiết kế và phát triển hệ thống robot bơm nhiên liệu tự động

Phương pháp nghiên cứu phân tích và tổng hợp

- Đánh giá, phân tích các kết quả thử nghiệm và tổng hợp lại để lựa chọn quy trình hoạt động hiệu quả nhất

Quy trình: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4

- Phân tích kết quả: Sau mỗi thử nghiệm, tiến hành phân tích kết quả đạt được để xác định ưu và nhược điểm của từng phương án

- Tổng hợp dữ liệu: Tập hợp và so sánh các kết quả từ các phương án khác nhau để nhận diện các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống

- Xác định quy trình tối ưu: Lựa chọn và tinh chỉnh quy trình hoạt động dựa trên những kết quả phân tích, nhằm đạt được hiệu suất cao nhất và độ linh hoạt tối ưu Bằng cách áp dụng các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp hỏi ý kiến chuyên gia và phương pháp nghiên cứu phân tích và tổng hợp, chúng tôi đã xây dựng và hoàn thiện hệ thống robot bơm nhiên liệu tự động với độ chính xác cao và hiệu suất tốt nhất Các kết quả đạt được không chỉ đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mà còn đảm bảo an toàn và thân thiện với người sử dụng

Nội dung

Nội dung bài báo cáo được trình bày thành các chương như sau:

Giới thiệu tổng quan về đề tài, mục tiêu và giới hạn, phương pháp nghiên cứu và tóm tắt nội dung báo cáo

Chương 2: Cơ sở lý thuyết Ở chương này sẽ trình bày về các phần lý thuyết, các phương pháp có thể thực hiện để đạt được yêu cầu của hệ thống và từ đó lựa chọn ra phương pháp tốt nhất

Chương 3: Thiết kế phần cứng hệ thống

Chương này trình bày về các yêu cầu đáp ứng của phần cứng hệ thống Từ đó, phần cứng được thiết kế để đáp ứng những yêu cầu đã đưa ra và trình bày thông số kĩ thuật của các thiết bị được lựa chọn sử dụng cho đề tài

Chương 4: Thiết kế phần mềm

Nêu các yêu cầu khi thi công phần mềm để đáp ứng hoạt động của hệ thống Thiết kế phần mềm điều khiển, giám sát sao cho đơn giản và dễ sử dụng, cũng như phù hợp với yêu cầu thực tế của hệ thống

Trình bày các kết quả hoạt động của hệ thống dựa trên các yêu cầu và mục tiêu đặt ra Đồng thời đưa ra hiệu suất làm việc của hệ thống đó ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương này trình bày các kết quả rút ra được từ kết quả thực hiện đề tài và nêu lên các hướng phát triển của hệ thống trong tương lai ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Các cấu hình robot trong công nghiệp

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay, việc áp dụng robot công nghiệp vào nhiều lĩnh vực khác nhau là một giải pháp tự động hóa nhằm tối ưu hóa quy trình làm việc Dưới đây là một số ưu điểm nổi bật của robot công nghiệp:

Tính linh hoạt: Robot công nghiệp là thành phần không thể thiếu trong các dây chuyền lắp ráp hoặc các công việc đòi hỏi thao tác lặp đi lặp lại liên tục Độ chính xác cao: Việc thay thế con người trong các công đoạn phức tạp giúp tăng đáng kể độ chính xác của công việc, giảm thiểu rủi ro về tai nạn

Tính an toàn: Robot hoạt động hiệu quả trong hầu hết các môi trường có thể gây hại cho con người Do đó, việc sử dụng robot công nghiệp là một giải pháp an toàn trong các hoạt động sản xuất

Robot công nghiệp được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, với nhiều mục đích khác nhau như hàn, lắp ráp, xử lý vật liệu và xếp dỡ Dựa vào lĩnh vực hoạt động, robot được chia thành 6 loại chính dựa trên loại khớp và cấu trúc cơ khí của chúng Dưới đây là sự khác biệt của từng loại robot:

Robot tọa độ cực (Polar coordinate robot)

Polar coordinate robot hình 2.1 có trục quay ở giữa, giống như một trục súng và một cánh tay có thể mở rộng Với các cánh tay được thiết kế để vươn ra khu vực xung quanh một cách linh hoạt và hiệu quả ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7

Hình 2.1 Hình ảnh của robot tọa độ cực Robot tạo độ trụ (Cylindrical coordinate robot)

Robot tọa độ trụ hình 2.2 tương tự như robot tọa độ cực, chúng đều có trục quay và cánh tay mở rộng, nhưng sự khác biệt chính là cánh tay di chuyển theo chiều dọc bằng cách trượt chứ không phải bằng cách quay

Hình 2.2 Hình ảnh robot tọa độ trụ Robot với hệ tọa độ Decartes (Cartesian coordinate robot)

Robot với hệ tọa độ Decates hình 2.3 là loại robot di chuyển với ba trục trượt vuông góc với nhau Khu vực để lắp đặt robot phải rộng rãi vì robot này cần một không gian làm việc rộng lớn Vì vậy, chúng thường được dùng để di chuyển vậy nặng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8

Hình 2.3 Hình ảnh robot với hệ tọa độ Decartes Robot có khớp nối (Articulated robot)

Robot có khớp nối hình 2.4 là loại robot được sử dụng rộng rãi hiện nay, có kết cấu giống như cánh tay người Loại robot này có nhiều bậc tự do nhưng việc điều khiển robot này cực kì phức tạp

Hình 2.4 Hình ảnh robot có khớp nối Robot SCARA (Selective compliance assembly robot arm) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9

Robot scara hình 2.5 là loại robot chuyển động ngang vì tất cả các trục quay đều được định vị theo chiều dọc, các công cụ gắn trên robot chỉ có thể chuyển động theo chiều ngang Những robot này hoạt động bằng cách di chuyển cánh tay ở tốc độ cao đến một điểm trên bề mặt bằng phẳng Ứng dụng chính của robot SCARA là gắp thả sản phẩm ở tốc độ cao và độ chính xác cao

Hình 2.5 Hình ảnh của Robot SCARA Robot khâu song song (Parallel link robot)

Khác với các loại robot thông thường, thay vì có các khớp nối nối tiếp nhau, robot khâu song song hình 2.6 có các khớp nối được bố trí song song Robot này được trang bị ba cánh tay để điều khiển vị trí của công cụ và thường được sử dụng trong các công việc như phân loại và lựa chọn sản phẩm trên băng chuyền Mặc dù phạm vi hoạt động ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 của robot bị giới hạn, nhưng do mỗi khớp có khả năng điều khiển trực tiếp nên tốc độ hoạt động là điểm mạnh nổi bật của loại robot này

Hình 2.6 Robot khâu song song (Robot delta) Robot hợp tác (Collaborative Robot hay còn gọi là Cobot)

Cobot hình 2.7 là loại robot được thiết kế để làm việc cùng con người mà không cần bất kỳ rào chắn an toàn nào giữa chúng và người thao tác Công việc giữa Cobot và con người được phân chia rõ ràng: Cobot đảm nhận các công việc tay chân, bẩn thỉu, tiêu tốn nhiều sức lực và mang tính lặp đi lặp lại Nhờ tự động hóa những công việc đơn điệu và nhàm chán, người lao động được giải phóng khỏi các nhiệm vụ vất vả, cho phép họ tập trung vào những nhiệm vụ quan trọng hơn và đòi hỏi nhiều tư duy hơn

Hình 2.7 Robot hợp tác (Cobot)

Bộ điều khiển lập trình PLC [1]

PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị điều khiển khả trình thuộc loại điều khiển bán dẫn tự động PLC bao gồm một bộ xử lý trung tâm CPU, quyết định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 tốc độ xử lý và khả năng điều khiển Ngoài ra, PLC còn có các khối ngõ vào và ngõ ra để nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển các cơ cấu chấp hành ở ngõ ra, như minh họa trong hình 2.8

Hình 2.8 Cấu trúc cơ bản của PLC

Các ưu điểm của PLC có thể kể đến như:

- Khả năng thay đổi chương trình điều khiển linh hoạt

- Bộ điều khiển PLC có khả năng chống nhiễu tốt, đảm bảo độ tin cậy cao trong các môi trường công nghiệp

- Có khả năng xử lý các giải thuật phức tạp với độ chính xác cao

- Thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt

- Hoàn toàn thay thế mạch điều khiển relay truyền thống, đáp ứng linh hoạt mọi yêu cầu điều khiển

- Hỗ trợ các tiêu chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo điều kiện kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy, phù hợp với tiêu chuẩn công nghiệp 4.0

Mặc dù PLC có nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng vẫn tồn tại một vài nhược điểm như:

- Giá thành cao khiến PLC không phù hợp cho các ứng dụng đơn giản, làm hạn chế phạm vi sử dụng

- Việc lắp đặt và lập trình PLC đòi hỏi người thực hiện phải có kiến thức và chuyên môn về PLC

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng với chất lượng tốt như Siemens, Mitsubishi, Omron, ABB, … Nhưng hai hãng cung cấp PLC được sử ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 dụng phổ biến nhất là Siemens hình 2.9 và Mitsubishi hình 2.10 Hai hãng PLC này có những điểm mạnh khác nhau cũng như phương pháp lập trình cũng khác nhau b

Hình 2.9 Các loại PLC của Siemens

Hình 2.10 Các loại PLC của Mitsubishi

Động cơ sử dụng cho robot

Động cơ bước và động cơ servo là hai loại động cơ thông dụng để điều khiển chính xác góc quay, thường sử dụng cho các máy CNC, máy cắt plasma CNC, Động cơ servo[2] Động cơ servo có roto là nam châm vĩnh cửu và một stato (mang cuộn dây) Dòng điện đi qua cuộn stato tạo ra từ trường tác động lên roto để sản sinh mô-men xoắn Động cơ servo thường có số cực ít hơn nhiều so với động cơ bước, do đó chúng cần hoạt động trong môi trường vòng kín để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác của hệ thống điều khiển Ưu điểm của động cơ servo là: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13

- Động cơ servo có khả năng đáp ứng nhanh với các lệnh điều khiển và đảm bảo độ chính xác cao trong việc điều chỉnh vị trí và tốc độ

- Động cơ servo thường có khả năng hoạt động ở tốc độ cao hơn so với động cơ bước, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ và độ chính xác cao

- Động cơ servo ít có hiện tượng dao động khi hoạt động ở vị trí dừng, giúp hệ thống làm việc mượt mà và ổn định hơn

- Các động cơ servo có thể được điều khiển bằng nhiều phương pháp điều khiển khác nhau như vị trí, tốc độ và mô-men xoắn, giúp phù hợp với nhiều loại ứng dụng khác nhau

- Động cơ servo có giá thành cao hơn động cơ bước

Hình 2.11 Hình ảnh của động cơ Servo [2] Động cơ bước (Step motor) [3]

Cũng giống như động cơ servo, động cơ bước hình 2.12 có rất nhiều ưu điểm, Động cơ bước có roto là nam châm vĩnh cửu và stato mang cuộn dây Khi dòng điện chạy qua cuộn stato, nó tạo ra từ trường tương tác với từ trường của roto, tạo ra lực quay Động cơ bước có số lượng cực rất lớn, thường là 50 hoặc nhiều hơn Bộ điều khiển động cơ bước cung cấp năng lượng cho từng cực theo trình tự, giúp roto quay từng bước hoặc liên tục Nhờ số lượng cực cao, quá trình di chuyển của động cơ bước trông như diễn ra liên tục Ưu điểm của động cơ bước: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14

- Động cơ bước có khả năng điều khiển chính xác góc quay

- So với động cơ servo, động cơ bước có giá thành thấp hơn đáng kể

- Động cơ bước hoạt động ổn định và bền bỉ, có tuổi thọ lâu dài

- Động cơ bước có khả năng cung cấp mô-men xoắn lớn

Nhược điểm của động cơ bước:

- Dòng từ driver tới cuộn dây động cơ không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động ẫn đến nguy cơ trượt bước và sai lệch vị trí nếu động cơ bị quá tải

- Động cơ bước gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ servo

- Động cơ bước không thích hợp cho các ứng dụng cần tốc độ cao

Hình 2.12 Hình ảnh của động cơ bước (step motor) [3]

Cả hai loại động cơ đều có những ưu và nhược điểm riêng Tùy vào yêu cầu sử dụng mà người dùng có thể lựa chọn.

Cơ cấu xi lanh khí nén

Hệ thống xi lanh khí nén bao gồm hai thành phần chính là van khí nén và xi lanh Các thành phần này kết hợp với bầu chứa hơi để tạo ra các chuyển động nhằm thực hiện các công việc theo ý người vận hành

Van nén khí một chiều

Van khí nén một chiều là loại van được thiết kế để chỉ cho phép dòng chất lưu đi theo một hướng nhất định Loại van này thường có thiết kế dạng cánh với piston, cho phép hoạt động hiệu quả trong môi trường áp lực cao hoặc môi trường có độ ăn mòn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 cao Chúng đóng vai trò bảo vệ hệ thống đường ống bằng cách ngăn chặn dòng chất lưu ngược lại Một số đặc điểm nổi bật của van khí nén một chiều bao gồm khả năng ngăn chặn mất mát lưu chất hiệu quả khi có sự cố rò rỉ xảy ra trong hệ thống Điều này giúp duy trì hiệu suất hoạt động của các thiết bị và hệ thống như ống dẫn nước, máy bơm nước và các ứng dụng khác trong công nghiệp và xây dựng

Van khí nén là một thiết bị hoạt động bằng khí nén, thực hiện các chức năng đóng và mở để điều khiển dòng chảy khí Vai trò chính của van khí nén là điều khiển luồng khí bằng cách mở và đóng, cũng như giải phóng khí khi cần thiết trong quá trình hoạt động của hệ thống khí nén Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại van khí nén với các đặc điểm và ứng dụng khác nhau để phù hợp với các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng trong công nghiệp và tự động hóa

Các Van khí nén 5/2 và 5/3, hay còn gọi là van điện từ khí nén hoặc van đảo chiều, chủ yếu được sử dụng để điều khiển luồng khí nén đến các thiết bị trong công nghiệp Chúng có thiết kế ngang với 5 cửa (port) và có 2 hoặc 3 vị trí khác nhau để phân phối khí nén Van này đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các quá trình và máy móc trong các ứng dụng công nghiệp Cấu tạo của van 5/2 và van 5/3 như hình 2.13

Hình 2.13 Hình ảnh của van khí nén 5/2 và 5/3

Van khí nén 3/2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16

Van 3/2 là loại van khí nén có 3 cửa và 2 vị trí, như được minh họa trong hình 2.14 Van này được thiết kế như một công tắc khí nén, có khả năng điều khiển dòng khí nén theo các hướng khác nhau và chuyển đổi giữa các vị trí chỉ trong thời gian rất ngắn, chưa đến 1 giây Van 3/2 đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các quá trình và hoạt động trong các hệ thống khí nén công nghiệp

Hình 2.14 Hình ảnh của van khí nén 3/2

Xi lanh khí nén hình 2.15 chuyển đổi năng lượng từ khí nén thành năng lượng cơ học, thường là chuyển động thẳng hoặc quay Thường thì piston di chuyển trong ống cố định, nhưng cũng có trường hợp ngược lại khi ống di chuyển và piston cố định Xi lanh khí nén được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để thực hiện các chuyển động cơ học quan trọng và chính xác

Hình 2.15 Hình ảnh của một số loại xi lanh khí nén

Xi lanh được chia thành bốn loại chính:

- Xi lanh tác động kép: Đây là loại xi lanh có khả năng sử dụng lực đẩy của khí nén trong cả hai hướng của hành trình di chuyển, cho phép thực hiện cả lực đẩy và lực kéo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 17

- Xi lanh tác động xoay: Xi lanh xoay chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động xoay Các xi lanh này có thể di chuyển theo các góc quay như

90 độ, 180 độ và các góc quay khác tùy thuộc vào thiết kế và yêu cầu ứng dụng cụ thể

- Xi lanh kẹp: Đây là loại xi lanh được thiết kế để kẹp và giữ chặt các vật phẩm Loại này thường được sử dụng để nắm và giữ các vật liệu trong các quy trình sản xuất và gia công, nơi mà việc giữ chặt và định vị các vật phẩm là rất quan trọng.

Tổng quan về cảm biến [4]

Cảm biến là thiết bị hoặc mô-đun phát hiện và đo lường một số thông số vật lý, hóa học, hoặc sinh học và chuyển đổi nó thành tín hiệu có thể đọc được Cảm biến được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, y tế, nông nghiệp, môi trường, và nhiều lĩnh vực khác Có rất nhiều loại cảm biến như cảm biến hình ảnh, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến lưu lượng,… Nhưng một số cảm biến được sự dụng phổ biến là cảm biến hình ảnh, cảm biến tiệm cận, cảm biến lưu lượng:

Cảm biến hình ảnh hay còn được gọi là cảm biến thị giác Đây là loại cảm biến có khả năng phát hiện một đối tượng cụ thể hoặc màu sắc trong phạm vi nhất định Các tín hiệu này được chuyển thành hình ảnh đến hệ thống điều khiển để khách hàng có thể quan sát

Hình 2.16 Cảm biến hình ảnh Autonics VG Cảm biến tiệm cận [4] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 18

Cảm biến tiệm cận là loại cảm biến phổ biến, được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của vật thể trong một khoảng cách nhất định mà không cần tiếp xúc trực tiếp Khi vật thể tiến gần, cảm biến sẽ phát hiện và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển

Hình 2.17 Cảm biến tiệm cận

Cảm biến quang là thiết bị sử dụng ánh sáng để phát hiện sự hiện diện, vị trí, hoặc thay đổi của các đối tượng Cấu tạo cơ bản của cảm biến quang bao gồm bộ phát (thường là LED hoặc laser) và bộ thu (thường là photodiode hoặc phototransistor) Khi đối tượng di chuyển qua vùng cảm biến, nó sẽ làm gián đoạn hoặc thay đổi chùm tia sáng giữa bộ phát và bộ thu, từ đó cảm biến phát hiện sự hiện diện hoặc chuyển động của đối tượng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19

Cảm biến lưu lượng là thiết bị điện tử dùng để đo và điều khiển lưu lượng của chất lỏng hoặc khí trong các ống dẫn Chúng thường kết hợp với đồng hồ đo để hiển thị lưu lượng hoặc với mạch điện tử để cung cấp tín hiệu ra, giúp các hệ thống điều khiển tự động có thể theo dõi và điều khiển quá trình hoạt động

Hình 2.19 Cảm biến lưu lượng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20

Cảm biến lưu lượng là một thiết bị quan trọng được áp dụng để đo tốc độ dòng chảy của nước và theo dõi lượng nước cung cấp và sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau Chúng được sử dụng để đo và kiểm soát lưu lượng các chất lỏng như nước cafe, nước ngọt, nước sinh hoạt, và được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như xăng dầu,công nghiệp sữa

Ví dụ chọn cảm biến lưu lượng Hall YF-B5 DN20 như Hình 3.57 có thông số kỹ thuật như sau:

- Điện áp định mức: 5VDC

- Áp lực nước kháng > 1,75MPa

- Đặc tính xung dòng chảy (6.6 * Q) Q = L / Min ± 3%

- Chu kỳ nhiệm vụ xung đầu ra 50% ± 10%

- Phạm vi lưu lượng 1-30L / phút

Hình 2.20 cảm biến lưu lượng Hall YF-B5 DN20 Để tính lưu lượng của cảm biến lưu lượng, chúng ta sẽ sử dụng thông số đặc tính xung dòng chảy: I = 6.6  Q

Trong đó: I là dòng điện xung dòng chảy, tính bằng mA Qlà lưu lượng nước, tính bằng L/phút

Thông số chính xác của lưu lượng được cho là ±3% Áp dụng sai số chính xác ±3% cho lưu lượng: max 30 0.03 0.9 /

Error =  = L P ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 21

Vậy, phạm vi lưu lượng có thể được tính toán là: min max

= − = + Vậy, lưu lượng của cảm biến lưu lượng trong phạm vi từ 1 đến 30 L/phút sẽ có độ chính xác ±3%.

Tổng quan về xử lý ảnh [5]

Xử lý ảnh là lĩnh vực áp dụng các phương pháp và thuật toán để thay đổi, cải thiện hoặc trích xuất thông tin từ hình ảnh, nhằm tạo ra hình ảnh mới hoặc đạt các mục tiêu cụ thể như nhận diện đối tượng, phân tích cấu trúc hay cải thiện chất lượng hình ảnh

Xử lý ảnh bao gồm nhiều phương pháp và kỹ thuật, như tiền xử lý, phân đoạn, trích xuất đặc trưng, nhận dạng và hiển thị Mục đích của xử lý ảnh bao gồm:

- Cải thiện chất lượng hình ảnh: Loại bỏ nhiễu, tăng cường độ tương phản, cân bằng màu sắc

- Trích xuất thông tin: Nhận diện và trích xuất các đặc trưng, đối tượng từ hình ảnh

- Nhận dạng và phân loại: Phát hiện và phân biệt các đối tượng, hình ảnh

- Hiển thị và trình bày: Biểu diễn hình ảnh một cách trực quan và dễ hiểu cho người sử dụng Để hiểu rõ hơn, ta xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh như ở hình 2.21

Hình 2.21 Các bước xử lý ảnh cơ bản

Xử lý ảnh bao gồm các bước chính như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 22

- Thu nhận ảnh từ camera, có thể là ảnh màu hoặc trắng đen, tuỳ thuộc vào loại thiết bị thu và môi trường ánh sáng

- Tiền xử lý ảnh để loại bỏ nhiễu, cân bằng tương phản và làm rõ hình ảnh

- Phân đoạn ảnh thành các vùng thành phần để dễ dàng nhận diện và phân tích

- Biểu diễn các vùng ảnh đã phân đoạn và trích xuất các đặc trưng để làm cơ sở cho các bước xử lý tiếp theo

- Nhận dạng các đối tượng trong ảnh và sử dụng các phương pháp nội suy để xác định chính xác

- Sử dụng cơ sở tri thức để hỗ trợ quá trình nhận dạng và phân tích ảnh

- Mô tả ảnh và lưu trữ ảnh số hóa vào bộ nhớ hoặc truyền tiếp sang các bước phân tích tiếp theo.

Tổng quan và tính năng của HMI

HMI (Human Machine Interface) đơn giản là thiết bị trung gian giúp người vận hành giao tiếp với máy móc Được sử dụng phổ biến trong nhiều hệ thống, từ các thiết bị điện tử nhỏ như bảng điều khiển của máy giặt, bếp, đến các màn hình điều khiển lớn trong các nhà máy sản xuất HMI được chia thành hai loại chính: HMI truyền thống hình 2.22) và HMI hiện đại hình 2.23

HMI truyền thống bao gồm các thiết bị nhập thông tin như công tắc chuyển mạch, nút nhấn, … và các thiết bị xuất thông tin như đèn báo, còi, đồng hồ, … Với ưu điểm là tính đơn giản và chi phí thấp

Hình 2.22 Hình ảnh của HMI truyền thống

HMI hiện đại được chia thành hai loại chính là HMI trên PC và HMI trên nền các máy tính nhúng (HMI chuyên dụng) Với chi phí đầu tư ban đầu cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23

Hình 2.23 Hình ảnh của HMI hiện đại

Các tính năng của HMI hiện đại:

- Dễ dàng thay đổi và bổ sung thông tin cần thiết

- Giúp đơn giản hóa hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa

- Có khả năng kết nối mạnh mẽ, kết nối nhiều loại thiết bị với giao thức

- Tính đầy đủ, kịp thời và chính xác của thông tin

- Cho phép người dùng giám sát và vận hành máy một cách đơn giản.

Nguyên tắc thiết kế HMI

Giao diện HMI khi thiết kế cần tuân thủ các nguyên tắc về đồ họa, bố cục, màu sắc và phân cấp màn hình để đảm bảo sự dễ dàng trong việc sử dụng đối với người vận hành Màu sắc nền của màn hình HMI nên được chọn một cách cân nhắc, không nên quá sặc sỡ và nên sử dụng các gam màu tối phù hợp Một số màu sắc thường được sử dụng bao gồm:

- Màu đỏ để chỉ ra các hoạt động dừng lại, khẩn cấp hoặc cấm

- Màu xanh lá cây để biểu thị bắt đầu hoặc điều kiện an toàn

- Màu vàng để cảnh báo nguy hiểm

- Màu xanh đậm để chỉ ra các hoạt động bắt buộc Đồ họa trên màn hình HMI cần được thiết kế đơn giản, tránh sử dụng quá nhiều hiệu ứng để tập trung vào việc hiển thị thông tin quan trọng, giúp người vận hành dễ dàng nắm bắt thông tin ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 24

Bố cục của màn hình HMI bao gồm các phần thông tin, văn bản và các nút nhấn Thông tin nên được sắp xếp rõ ràng, nền trắng thường được dùng để tạo sự tập trung và đặt ở phía bên phải màn hình Các đèn báo nên được đặt ở góc trên bên trái, là điểm mà mắt người dùng thường quan sát đầu tiên để dễ dàng nhận biết trạng thái hoạt động của hệ thống Các nút điều khiển được sắp xếp hợp lý, với các nút chức năng thường được đặt bên trái màn hình, nút điều hướng ở góc dưới bên phải và các nút điều khiển chế độ manual thường được đặt ở vùng giữa bên phải màn hình.

Tổng quan về Microsoft SQL Server [6]

Microsoft SQL Server là một loại phần mềm được phát triển bởi Microsoft, dùng để lưu trữ và truy xuất dữ liệu dựa theo tiêu chuẩn RDBMS (Relational Database Management System) Một RDBMS bao gồm: cơ sở dữ liệu (databases), công cụ cơ sở dữ liệu (database engine), các ứng dụng quản lý dữ liệu và các bộ phận khác

Thành phần chính của MSSQL Server là Database Engine và SQLOS:

− Database Engine: Đây là thành phần cốt lõi của SQL Server, có chức năng quản lý việc lưu trữ, xử lý và bảo mật dữ liệu Database Engine bao gồm rất nhiều các công cụ khác nhau như công cụ lưu trữ quản lý các tệp, bảng, trang, chỉ mục, bộ đệm dữ liệu và giao dịch cơ sở dữ liệu

− SQLOS: Là tầng cuối cùng trong kiến trúc tổng thể của SQL Server SQLOS sẽ chịu trách nhiệm xử lý các nhiệm vụ như quản lý bộ nhớ, lên lịch nhiệm vụ, khoá dữ liệu nhằm tránh các xung đột ngoài ý muốn có thể xảy ra mỗi khi thực hiện các thao tác cập nhật ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 25

Microsoft cung cấp tính năng quản lý dữ liệu cùng SQL Server với các dịch vụ tích hợp lập trình SQL Server, SQL Server Data Quality và SQL Server Master Ngoài ra, hai bộ công cụ dành riêng cho quản trị viên cơ sở dữ liệu (DBAs) và lập trình viên:

− SQL Server Data Tools: Được sử dụng trong việc phát triển cơ sở dữ liệu

− SQL Server Management Studio được ứng dụng để triển khai, giám sát và quản lý cơ sở dữ liệu

− SQL Server còn được trang bị tính năng kinh doanh giúp người dùng có thể thực hiện phân tích dữ liệu thông qua:

− SQL Server Analysis Services (SSAS): sử dụng để phân tích các dữ liệu

− SQL Server Reporting Services: để tạo ra báo cáo dễ dàng hơn.

Tính toán động học và kiểm chứng

Lý thuyết phương pháp DH [7] Ở đây, ta sẽ đặt trục theo phương pháp DH (Denavit – Hartenberg) , mỗi khớp ta sẽ quy định trục z và x, trục y còn lại sẽ được xác định theo phương pháp tam diện thuận Quá trình đặt trục sẽ gồm các bước như sau:

1 Xác định số lượng khớp (joints) của robot: Đầu tiên, cần xác định số lượng các khớp của robot Mỗi khớp tạo ra một trục xoay hoặc trục dịch chuyển

2 Đánh số các khớp: Đánh số các khớp từ 1 đến n theo thứ tự từ gốc đến đầu tay robot Trong trường hợp robot bán dẫn, có thể đánh số các khớp dọc theo đường dẫn của nó

3 Xác định trục xoay hoặc dịch chuyển: Dựa vào loại khớp mà mỗi khớp tạo ra (xoay hoặc dịch chuyển) sẽ xác định trục xoay hoặc dịch chuyển tương ứng cho mỗi khớp Thông thường, các trục xoay được xác định bằng cách chọn trục vuông góc với trục của khớp trước đó

4 Xác định các tham số D-H: Đối với mỗi khớp, cần xác định bốn tham số D-H cơ bản sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 26

- a: Độ dài từ trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp trước đó đến trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp hiện tại theo trục chung

- α: Góc quay giữa trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp trước và trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp hiện tại xung quanh trục chung

- d: Độ dài từ trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp hiện tại đến trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp tiếp theo theo trục chung

- θ: Góc xoay giữa trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp hiện tại và trục xoay hoặc dịch chuyển của khớp tiếp theo xung quanh trục chung

5 Xây dựng ma trận D-H cho mỗi khớp: Dựa vào các tham số D-H, ta có thể xây dựng ma trận D-H cho mỗi khớp Ma trận này sẽ mô tả quan hệ giữa các khớp liên tiếp trong robot

6 Tính toán ma trận biến đổi tổng hợp: Sử dụng ma trận D-H của từng khớp, ta có thể tính toán ma trận biến đổi tổng hợp từ gốc đến tay robot Ma trận này biểu thị vị trí và góc xoay cuối cùng của robot dựa trên các thông tin từ tất cả các khớp Đặt trục DH cho robot ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27

Hình 2.25 Đặt trục DH cho robot

Hình 2.26 Kích thước robot trong thực tế ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 28

Bảng 2.1 Thông số kích thước của robot

Kí hiệu Mô tả Thông số Đơn vị d 0 Khoảng cách từ trục 1 đến trục 2 123 mm l 1 Chiều dài từ khớp 1 đến khớp 2 130 mm d 2 Khoảng tịnh tiến của robot 500 mm l 3 Chiều dài từ khớp thứ 2 đến khớp thứ 3 279 mm l 4 Chiều dài từ khớp thứ 3 đến điểm đầu cuối 670 mm

Tiếp theo ta dựa vào hình 2.25 và hình 2.26 ta lập được bảng DH như Bảng 2.2

Vị trí điểm đầu cuối trong hệ trục tọa độ thứ 3:

Trong đó: i là số thứ tự của khớp; a i là khoảng cách từ trục z i đến trục z i + 1 dọc theo trục x i ;  i là góc xoay từ trục z i đến trục z i + 1 dọc theo trục x i ; d i là khoảng cách từ trục x i − 1 đến trục x i dọc theo trục z i ;  i là góc xoay từ trục x i − 1 đến trục x i dọc theo trục z i ; d là độ dày ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29

2.10.2 Tính toán động học thuận

Từ thông số của Bảng 3.2 cho ta các thông số để tính ma trận chuyển đổi đồng nhất giữa 2 hệ trục i và i − 1 và được xác định theo công thức:

Trong đó,c  i là cos  i ; s  i là sin  i ; c  i − 1 là cos  i − 1 ; s  i − 1 là sin  i − 1

Ta dùng phần mềm Matlab để tính toán và thu được các kết quả sau:

- Ma trận chuyển đổi đồng nhất giữa hệ trục tọa độ 1 và hệ trục tọa độ 0:

Trong đó: s i là sin  i , c i là cos  i với i = 1,3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 30

Ma trận chuyển đổi đồng nhất giữa hệ trục tọa độ 3 và hệ trục tọa độ 0: 0 3 T = 0 1 T T T 1 2 2 3

Ta biết hướng của robot được xác định theo công thức:

Ta xác định được vị trí điểm đầu cuối trong hệ trục tọa độ 0 qua công thức:

Vậy vị trí điểm đầu cuối của robot là:

2.10.3 Tính toán động học nghịch

Ta dựa vào phương pháp đại số để tính toán ra bộ nghiệm của robot Ta có được vị trí điểm đầu cuối trong hệ trục tọa độ gốc là:

Kết hợp phương trình (10) và (11), ta thu được: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31

Dựa vào phương trình (12) ta có:

Và  1 phải thỏa điều kiện:

Vậy bộ nghiệm thứ nhất là (18) (19) (20) :

Bộ nghiệm thứ hai là (21) (22) (23) :

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Yêu cầu thiết kế, sơ đồ khối và quy trình vận hành của hệ thống

3.1.1 Yêu cầu thiết kế Đối với thiết kế cơ cấu đế robot phải đủ chắc chắn, chịu được tải trọng của toàn bộ khối lượng robot phía trên và đặc biệt phải xoay mượt mà để hệ thống hoạt động ổn định Cơ cấu tịnh tiến phải đủ chắc và khoảng cách giữa các trụ đều nhau để không gây lệch trục giữa các trụ với nhau Cơ cấu tay robot phải đủ rộng và chắc chắn để có thể gắn các xi lanh

3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng của từng khối

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Sơ đồ khối trên thể hiện mối liên hệ giữa các khối chính được thể hiện như hình 3.1:

- Khối người dùng bao gồm: Người giám sát, điều chỉnh và tương tác với hệ thống thông qua các giao diện người dùng và khách hàng Khách hàng sẽ quét QR và nhập thông trên Web application

- Khối tín hiệu: Nhận và xử lý tín hiệu đầu vào từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến, nút nhấn, camera và phát tín hiệu đầu ra đến các thiết bị chấp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 34 hành như đèn báo, van điện từ Dữ liệu và tín hiệu đưa sang bộ điều khiển trung tâm

- Khối nguồn: Cung cấp điện năng ổn định cho toàn bộ hệ thống PLC và các thiết bị liên quan

- Bộ điều khiển trung tâm: Xử lý các tín hiệu đầu vào, thực thi các lệnh điều khiển, và quản lý hoạt động của toàn bộ hệ thống

- Khối chấp hành: Thực hiện các lệnh điều khiển từ bộ xử lý trung tâm để điều khiển các thiết bị chấp hành như động cơ servo, xy lanh, và bơm

3.1.3 Quy trình vận hành của hệ thống

Hình 3.2 Quy trình vận hành của hệ thống

Với mục tiêu thiết kế cánh tay robot để đưa nhiên liệu vào bên trong bình chứa nhiên liệu nên yêu cầu thiết kế cơ khí phải có độ chính xác cao và phải linh hoạt Nhóm đã thiết kế cánh tay robot gồm có bốn bậc trong đó có một khớp tịnh tiến và ba khớp xoay

Dựa trên quy trình vận hành trên thì nhóm giới hạn lại phạm vi hoạt động tối đa của các khớp để việc hoạt động và điều khiển cho robot được tối ưu hơn như sau:

- Khớp xoay 1 ( Động cơ servo 1): Chỉ hoạt động trong khoảng 0  → 120 

- Khớp tịnh tiến ( Động cơ servo 2): Hoạt động trong khoảng 500mm

- Khớp xoay 3 ( Động cơ servo 3): Chỉ hoạt động trong khoảng − 90  → 90  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 35

Hình 3.3 Không gian lam việc của robot

Sau khi có được không gian làm việc, ta tiến hành chọn điểm kiểm chứng động học nghịch như hình 3.3.

Thiết kế các chi tiết cơ khí cho robot

3.2.1 Thiết kế phần đế của robot Đây là bộ phận quan trọng , phải chịu được tải trọng của toàn bộ phần cánh tay trên của robot như ở hình 3.4 Kích thước bộ khung tổng thể của phần đế Trong đó , phần đế có chiều dài 800mm , chiều rộng 600mm và chiều cao là 600mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36

Hình 3.4 Hình ảnh phẩn đế của robot

Phần gá đỡ này được nhóm thiết kế bằng dùng nhiều tấm sắt dày 3mm được hàn lại với nhau, nhằm đảm bảo cho cơ cấu hạn chế bị rung lắc khi servo hoạt động như ở hình 3.5

Hình 3.5 Hình ảnh gá đỡ cho servo phần đế ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37

Phần cơ cấu này có tác dụng giữ vững cho trục khi khớp xoay của robot bắt đầu hoạt động, phần má ngoài của cơ cấu sẽ được gia cố thêm bởi các ke góc vuông như hình 3.6

Hình 3.6 Cơ cấu giữ cố định trục xoay 3.2.2 Thiết kế bộ phận trượt dẫn hướng Đây là bộ phận được đặt trên trên phần đế của cánh tay robot, ổ bi sẽ được đặt giữa

2 bộ phận này như hình 3.7

Hình 3.7 Bộ phận 4 thanh trượt dẫn hướng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38

Bộ phận này bao gồm 4 thanh trượt tròn , đầu dưới thanh trượt được gắn cố định với tấm sắt dày 10mm bởi các gối đỡ trục , đầu trên thanh trượt được gắn cố định với một hộp bởi các gối đỡ thanh trượt như hình 3.8

Hình 3.8 Cơ cấu vòng bi ở giữa 2 bộ phận

Cơ cấu này là một tấm sắt dày 10mm có chiều dài và chiều rộng có kích thước là 450mm như hình 3.9

Hình 3.9 Cơ cấu cố định đầu dưới của thanh trượt ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 39

Cơ cấu này là hộp được ghép nối lại với nhau bởi các tấm cắt dày 3mm, 4 thanh trượt tròn sẽ được gắn cố định lên cơ cấu này, hộp được gia công chắc chắn hơn bởi các ke góc vuông như hình 3.10

Hình 3.10 Khối hộp cố định phía trên của 4 thanh trượt Đây là giá đỡ cho động cơ servo 200w, giá đỡ này được gia công chắc chắn để toàn bộ phần cánh tay trên của robot tránh bị tình trạng rung lắc khi servo hoạt động như hình 3.11

Hình 3.11 Gá đỡ cho động cơ servo 200W ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40

3.2.3 Thiết kế bộ phận tịnh tiến

Trên đây là bộ phận được trượt trên cơ cấu 4 thanh trượt tròn, nối tiếp cơ cấu này là phần khớp cuối của cánh tay robot , bộ phận này được tính toán thiết kế sao cho có thể chịu được toàn bộ khối lượng của khớp cuối của cánh tay như hình 3.12

Hình 3.12 Bộ phận trượt và khớp cuối cánh tay robot

Khối hộp này bao gồm 6 tấm sắt dày 3mm được ghép lại với nhau, các ke góc vuông sẽ được thêm vào để cho cơ cấu thêm chắc chắn, xung quanh hộp sẽ chứa các lỗ để gắn các con trượt tròn dẫn hướng cho cơ cấu như hình 3.13

Hình 3.13 Khối hộp tịnh tiến ở giữa ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41

3.2.4 Thiết kế bộ phận cánh tay

Sau đây là bộ phận khớp cuối của cánh tay robot bao gồm 2 miếng sắt 5mm ghép lại với nhau Gắn vào 2 gối đỡ vòng bi UCF 204, thanh sắt phi 14mm và 2 bánh răng 36T, 12T để cho cánh tay hoạt động lên xuống,g á động cơ được gia công chắc để động cơ hoạt động không bị rung lắc như hình 3.14

Hình 3.14 Khớp cuối cánh tay robot 3.2.5 Thiết kế bộ phận cuối của cánh tay

Bộ phận cuối của cánh tay được ghép lại với các tấm sắt 3mm và các thiết bị gồm:

1 camera, 1 xi lanh đơn MA16x250mm để đẩy giác hút hút nắp xăng ngoài, 1 xi lanh TN20x175mm được gắn 1 động cơ AC Servo 100W để đẩy cơ cấu xoay nắp xăng trong và 1 xi lanh TN20x100mm để đẩy cơ cấu cò xăng, 1 xi lanh kẹp để kẹp nắp xăng trong của phương tiện như hình 3.15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 42

Hình 3.15 Bộ phận cuối của cánh tay robot 3.2.6 Thiết kế hộp đựng camera Đề tài này, nhóm sử dụng 2 Webcam nên thiết kế 2 hộp để đựng 2 webcam Logitech C270 phục vụ cho mục đích xử lý ảnh Hộp đựng Webcam đầu tiên chứa 1 webcam và module mạch laser 5V Module mạch laser 5v được sử dụng cho bài toán xử lý ảnh và webcam Logitech C270

Hộp đựng Webcam đầu tiên thiết kế bằng những tấm 2D dày 5mm được ghép nối lại với nhau và lắp ráp hoàn thiện camera, module laser 5v như hình hình 3.16

Hình 3.16 Hộp đựng webcam đầu tiên được gắn hoàn thiện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 43

Hộp đựng Webcam thứ hai cũng được thiết kế bằng những tấm mica 2D ghép lại với nhau và chứa 1 webcam Logitech C270 như hình 3.17

Hình 3.17 Hộp đựng webcam thứ hai được gắn hoàn thiện 3.2.7 Thiết kế tổng thể của hệ thống

Các chi tiết như đế, thân cánh tay robot, camera, tủ điện, cơ cấu hút nắp, cơ cấu mở nắp xăng và cò bơm đã được thiết kế, ghép lại như hình sau

Hình 3.18 Tổng thể hệ thống sau khi lắp ghép trên SOLIDWORKS

Lựa chọn các thiết bị cho hệ thống

Dựa theo những yêu cầu về điều khiển thì PLC được lựa chọn Các thiết bị dòng PLC R của Mitsubishi, bao gồm CPU R04ENCPU, nguồn R61P, module RD77MS4, module input RX42C4 và output RY43NT2P, được chọn vì tính nhỏ gọn, hiệu năng cao, khả năng mở rộng linh hoạt và chuyên dụng cho điều khiển chuyển động chính xác của robot, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp CPU R04ENCPU có hiệu năng cao, kết nối Ethernet, dung lượng bộ nhớ lớn và khả năng xử lý tốc độ cao Nguồn R61P cung cấp điện ổn định với các tính năng bảo vệ quá tải và quá áp, đảm bảo độ tin cậy cao Module RD77MS4 đảm nhiệm điều khiển chuyển động chính xác, hỗ trợ nhiều chế độ điều khiển và tích hợp tốt với CPU Module Input RX42C4 cung cấp các kênh đầu vào số, độ tin cậy cao và thu thập dữ liệu chính xác từ các cảm biến Module Output RY43NT2P cung cấp các kênh đầu ra số, khả năng chịu tải cao và điều khiển hiệu quả các thiết bị chấp hành

3.3.1 Lựa chọn bộ điều khiển cho hệ thống [8]

PLC dòng R thuộc dạng module nên sẽ được kết hợp với nhiều module chức năng khác được liệt kê ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Danh sách các thiết bị sửa dụng trong đề tài

STT TÊN MODULE SỐ LƯỢNG CHỨC NĂNG

1 R04ENCPU 1 Bộ điều khiển trung tâm

3 RD77MS4 1 Module điều khiển vị trí cho servo

5 RY42NT2P 1 Module ngõ ra

Bộ điều khiển trung tâm R04ENCPU (hình 3.38):

Nhóm sử dụng CPU R04ENCPU (MELSEC iQ-R Series) với module R71EN71 tích hợp chung với CPU hình 3.19, cho phép giao tiếp Ethernet với các thiết bị ngoại vi mà không cần phải mua thêm module Với thông số kỹ thuật chi tiết như bên dưới, hệ thống này đáp ứng yêu cầu về hiệu năng cao, tính ổn định và khả năng mở rộng linh hoạt, giúp điều khiển chuyển động chính xác của robot một cách hiệu quả ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45

Hình 3.19 Bộ điều khiển R04ENCPU [8]

Thông số kĩ thuật của CPU:

- Điểm I/O cục bộ + từ xa: 4096

- Mức tiêu thụ dòng điện (A): 1.49 A

- Cổng truyền thông: USB, Ethernet 100BASE-TX/10BASE-T

- Thời gian chu kỳ MOV (ns): 1.96 ns

- Thời gian chu kỳ LD (ns): 0.98 ns

Module nguồn R61P Để cấp nguồn cho các module được gắn trên Base nhóm sử dụng module nguồn R61P như hình 3.20 để đáp ứng đủ dòng điện 3.5A cho các module sử dụng trên base

Hình 3.20 Bộ nguồn R61P [8] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46

Thông số kĩ thuật của module nguồn R61P:

- Công suất biểu kiến đầu vào tối đa (VA): 130VA

Module điều khiển động cơ RD77MS4

RD77MS4 hình 3.21 là module có khả năng thực thi lệnh điều khiển vị trí và tốc độ đến bộ khuếch đại servo, bật/tắt bộ khuếch đại servo, và phối hợp điều khiển đồng bộ giữa các trục bằng cách kết nối với bộ khuếch đại servo qua cáp SSCNET III/H Với thông số kỹ thuật chi tiết được trình ở bên dưới, module này đảm bảo điều khiển chính xác và hiệu quả cho các ứng dụng yêu cầu sự đồng bộ hóa cao trong hệ thống robot

Thông số kĩ thuật của module RD77MS4:

- Số trục điều khiển: 4 trục

- Chức năng nội suy: 4 trục

- Số lượng vị trí nhớ: 600 vị trí/ trục

- Cảm biến được đấu nối theo cả hai dạng sinking và sourcing

- Kích cỡ (W x H x D): 27.8 x 106 x 110mm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47

Hệ thống sử dụng 16 ngõ vào tín hiệu như nút nhấn, cảm biến hành trình, cảm biến quang, cảm biến từ, cảm biến hành trình xi lanh… nên nhóm đã quyết định sử dụng module Input RX42C4 như hình 3.22

Thông số kĩ thuật của module RX42C4:

- Kích thước chương trình (K bước): 1200

- Thiết bị/bộ nhớ nhãn/ RAM tiêu chuẩn (K byte): 3380

- Dòng điện vào (mA): 4 mA

- Thời gian phản hồi: 0-70ms

- Bộ nhớ dữ liệu/ ROM tiêu chuẩn (byte): 40M

- Kiểu kết nối: Sourcing input

Module ngõ ra RY42NT2P

Sau cùng, để phát tín hiệu từ PLC đến các đèn báo tín hiệu, van điện từ, bơm… nhóm sử dụng module Output RY42NT2P như hình 3.23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 48

Thông số kĩ thuật của module RY42NT2P:

- Điện áp ngõ ra: 24/12VDC

- Kiểu kết nối: Sinking/Sourcing output

3.3.2 Lựa chọn động cơ cho robot [9] Động cơ servo của hãng Mitsubishi là lựa chọn lý tưởng cho các yêu cầu điều khiển chính xác vị trí của robot và hoạt động ở tốc độ cao Ngoài ra, servo của Mitsubishi còn tích hợp công nghệ mạng SSCNET III, giúp cải thiện hiệu quả điều khiển Cấu trúc của mạng này được minh họa ở hình 3.42

Mạng SSCNET III (System Servo Control Network III) là một hệ thống mạng điều khiển servo độc quyền của hãng Mitsubishi SSCNET III sử dụng cáp quang để kết nối, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao lên đến 50Mbps Các module chuyên dụng như RD77MS4, RD77MS16, RD77MS8 được sử dụng làm bộ điều khiển cho mạng SSCNET III.Ưu điểm của mạng SSCNET III:

- Tốc độ truyền dữ liệu điều khiển của mạng SSCNET III rất nhanh, giúp truyền tín hiệu gần như ngay lập tức ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 49

- Sử dụng cáp quang để truyền dữ liệu giúp loại bỏ các hạn chế và giới hạn vật lý trong việc truyền tín hiệu

- Việc đi dây trở nên ít phức tạp hơn, giảm đáng kể chi phí đi dây

- Khoảng cách đi dây tối đa của hệ thống có thể đạt tới 1600m

Nhược điểm của mạng SSCNET III:

- Giá thành đầu tư ban đầu cao

- Thời gian thu hồi vốn lâu

Hình 3.24 Hệ thống mạng SSCNET III [9]

Tính toán và lựa chọn động cơ Servo:

Nhóm sử dụng phương pháp cánh tay đòn để tính toán chọn động cơ phù hợp cho từng khớp Ta có sơ đồ khối cách sử dụng phương pháp cánh tay đòn như hình 3.25:

Hình 3.25 Sơ đồ khối phương trình cánh tay đòn Khớp 4

Khớp 4 nhiệm vụ chính là xoay nắp xăng nên chỉ cần chọn 1 động cơ servo nhỏ gọn và đáp ứng đủ lực để vặn, nên nhóm đã lựa chọn HG-KR13 để làm động cơ xoay nắp ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50

Dựa trên thiết kế từ bản vẽ 3D cho khớp 3, ta có:

- Khối lượng của cánh tay robot: m 3 = 5 kg

- Chọn động cơ servo HG-KR43 có:

- Hộp số: Tỷ lệ truyền 1:50

- Tỷ số truyền bánh răng: 1:3 (10T và 30T)

Tỷ số truyền bánh răng:

T Tỷ số truyền hôp số:

1 Ta tính tổng tỷ số truyền của hộp số và bánh răng:

Total Gear Ratio =  = Torque đầu ra của động cơ sau khi qua hộp số và bánh răng:

Mà ta quy đổi Nm về kg.m: 195Nm.9kg m tương ứng có thể kéo tải 19.9kg ở khoảng cách 1m Ta có chiều dài l 3 = 0.67 m và khối lượng m 3 =5kg, như vậy ta có công thức tính toán khối lượng có thể chịu được tại khớp 3 như sau:

= = Như vậy ta hoàn toàn có thể sử dụng động cơ servo HG-KR43 làm khớp 3 vì tổng khối lượng của m 3 = 5 kg  m load 3 = 29.7 kg Hệ thống này cung cấp đủ torque và công suất để đáp ứng các yêu cầu về lực và hiệu suất hoạt động

Khớp 2 là khớp vít me tịnh tiến, từ thiết kế ta có:

- Khối lượng của phần tịnh tiến và cánh tay robot: m 2 kg

- Chọn động cơ Servo HG-KR23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 51

- Thông số Vít me tịnh tiến:

• Bước vít me (lead): 5 mm (5mm=0.005m)

• Giả sử hiệu suất của vít me (η) là 0.9 (90%)

Tính Torque cần thiết cho vít me:

Vì  vitme  servo =0.09(Nm) 0.64( Nm), vậy chọn động cơ servo HG-KR23 là lựa chọn hợp lý cho robot có tổng khối lượng phần xoay và cánh tay khi sử dụng hệ vít me tịnh tiến Hệ thống này cung cấp đủ torque và công suất để đáp ứng các yêu cầu về lực và hiệu suất hoạt động

Khớp 1 là khớp cuối của cánh tay robot, theo thiết kế ta có:

- Khối lượng của phần đế xoay, tịnh tiến và cánh tay robot: m 1 kg

- Chọn động cơ servo HG-KR43 có:

- Hộp số: Tỷ lệ truyền 1:20

- Tỷ số truyền bánh răng: 1:3 (12T và 36T)

Tỷ số truyền bánh răng: 36 3

T Tỷ số truyền hộp số: 20 20

1 Ta tính tổng tỷ số truyền của hộp số và bánh răng:

Total Gear Ratio=  Torque đầu ra của động cơ sau khi qua hộp số và bánh răng: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 52

=  Ta quy đổi Nm về kg.m : 78Nm=7.9kg m tương ứng có thể kéo tải 7.9kg ở khoảng cách 1m Ta có chiều dài L=0.4m và khối lượng m 1 kg, như vậy ta có công thức tính toán khối lượng có thể chịu được tại khớp 1 như sau:

= = Như vậy ta hoàn toàn có thể sử dụng động cơ servo HG-KR43 kết hợp với hộp số

1:20 làm khớp 1 vì tổng khối lượng

1 18 load 1 19.75 m = kg  m = kg Hệ thống này cung cấp đủ torque và công suất để đáp ứng các yêu cầu về lực và hiệu suất hoạt động

Hệ thống sử dụng 3 loại servo với các thông số cụ thể, đó là các servo HG-KR13 hình 3.25, HG-KG23 hình 3.26 và HG-KR43 hình 3.27 tương ứng với 3 loại driver là MR-J4-10B bảng 3.1, MR-J4-20B bảng 3.2 và MR-J4-40B bảng 3.3

Thông số kỹ thuật của các động cơ Servo: [10]

❖ Động cơ Servo HG-KR13

Hình 3.26 Động cơ servo HG-KR13 [10] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 53

Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật của servo HG-KR13 [10]

Công suất của servo 0.1 [kW]

Momen xoắn định mức/ Momen tối đa 0.16 / 0.56 [Nm]

Tốc độ định mức / Tốc độ tối đa 3000 / 6000 [r/min]

Dòng điện hoạt động / Dòng tối đa 0.9 / 2.5 [A]

Số xung một vòng 4194304 [xung/ vòng] Độ phân giải encoder 22-bit

Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật của servo HG-KG23 [10]

Công suất của servo 0.2 [Kw]

Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật của servo HG-KR43 [10]

Công suất của servo 0.4 [kW]

❖ Hộp số giảm tốc Servo Vertex PHT DM Series:

Hình 3.29 Hộp số giảm tốc Vertex 1:50 Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật của hộp số giảm tốc Vertex 1:50

Kích thước 4.7 in x 2.5 in x 2.35 in

Khối lượng 1.4 KG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 56

❖ Hộp số giảm tốc Servo PLF

Hình 3.30 Hộp số giảm tốc PLF 1:20 Bảng 3.6 Thông số kĩ thuật của hộp số giảm tốc Servo PLF

Kích thước 4.8 in x 2.5 in x 2.35 in

Thông số kỹ thuật của các Servo Driver: [9]

Hình 3.31 Servo Driver MR-J4-10B [9] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 57

Bảng 3.7 Thông số kĩ thuật của driver MR-J4-10B [9]

TÊN THÔNG SỐ Điện áp và tần số hoạt động 3 phase hoặc 1 phase (200-240VAC, 50/60Hz) Nguồn cấp cho mạch điều khiển 1-phase 200-240VAC, 50/60Hz

Hệ thống điều khiển Điều khiển PWM sóng sine, điều khiển dòng

Hệ thống làm mát Làm mát tự nhiên, mở

Phanh động Có tích hợp

Nhiệt độ môi trường khi hoạt động / khi lưu trữ

0 đến 55 o C / -20 đến 65 0 C (không đóng băng) Độ ẩm môi trường khi hoạt động / khi lưu trữ

Dưới 90% RH (không ngưng tụ)

Hình 3.32 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J4-10B [9] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 58

Công suất đầu ra 200W Điện áp ngõ ra 3 phase 170VAC, 1.5A/ mỗi trục Điện áp hoạt động 3 phase hoặc 1 phase 200 đến 230VAC

Chu kỳ giao tiếp SSCNET III/H 0.222ms, 0.444ms, 0.888ms

Phanh động Có tích hợp

0 đến 55 o C / -20 đến 65 0 C (không đóng băng) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 59

Hình 3.34 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J4-20B [9]

Hình 3.35 Servo Driver MR-J4-40B [9] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 60

TÊN THÔNG SỐ Điện áp và tần số hoạt động 3 phase hoặc 1 phase (200-240VAC, 50/60Hz) Nguồn cấp cho mạch điều khiển 1-phase 200-240VAC, 50/60Hz

0 đến 55 o C / -20 đến 65 0 C (không đóng băng)

Phanh động Có tích hợp Độ ẩm môi trường khi hoạt động / khi lưu trữ

Dưới 90% RH (không ngưng tụ)

Hình 3.36 Sơ đồ nối dây Servo Amplifier MR-J4-40B [9] ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 61

❖ Động cơ bơm áp suất DP-521 12VDC 2A 0.48MPa:

Sơ đồ nối dây của hệ thống

Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống như hình 3.49

Hình 3.49 Sơ đồ kết nối tổng quan của hệ thống 3.4.1 Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống

Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống được biểu thị ở hình 3.50 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 72

Hình 3.50 Sơ đồ cấp nguồn cho hệ thống 3.4.2 Sơ đồ cấp nguồn cho Servo Driver và động cơ AC Servo

Sơ đồ cấp nguồn cho Servo Driver và động cơ AC Servo được biểu thị ở hình 3.51

Hình 3.51 Sơ đồ cấp nguồn cho Servo Driver và động cơ AC Servo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 73

3.4.3 Sơ đồ kết nối module RD77MS4 với Servo Amplifier, module RX42C4 và module RY42NT2P của hệ thống

Sơ đồ kết nối module RD77MS4 với Servo Amplifier hình 3.52

Hình 3.52 Sơ đồ nối dây Module RD77MS4 với Servo Amplifier

Sơ đồ nối dây của module Input RX42C4 hình 3.53 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74

Hình 3.53 Sơ đồ nối dây module RX42C4

Sơ đồ nối dây module output RY42NT2P hình 3.54 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 75

Hình 3.54 Sơ đồ nối dây module RY42NT2P

Sơ đồ kết nối tiếp điểm relay hình 3.55 và tiếp điểm relay động cơ bơm hình 3.56 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 76

Hình 3.55 Sơ đồ kết nối tiếp điểm relay

Hình 3.56 Sơ đồ kết nối tiếp điểm relay với động cơ bơm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 77

THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Thiết kế chương trình điều khiển

Dựa trên những yêu cầu chính xác, an toàn và hoạt động trơn tru của hệ thống bơm nhiêu liệu tự động thực tế, đề tài phải đạt được các yêu cầu sau:

- Quá trình nhận dạng các nắp xăng, mở nắp xăng, vận hành của hệ thống phải diễn ra một cách tự động và chính xác

- Có thể điều khiển bằng chế độ Manual khi hệ thống không hoạt động ở một khâu nào đó

- Chương trình phải được viết rõ ràng, rành mạch và bố trí thiết bị hệ thống gọn gàng để dễ quản lí và bảo trì

- Dừng hệ thống khi phát hiện lỗi

4.1.2 Mô tả chương trình điều khiển

Sau khi bật nguồn lên, bấm nút START SYSTEM trên màn hình HMI để khởi động hệ thống Sau đó nhấn nút SERVO ON để khởi động các servo Tiếp đến bấm nút HOME để tất cả cơ cấu trở về home và bấm Set home để các giá trị xung Encoder mà PLC đọc sẽ reset về giá trị 0 Hệ thống có hai chế độ điều khiển chính đó là Manual và Auto, để chọn chế độ vận hành ta bấm gạt nút MODE SWITCH

- Khi hệ thống đang chạy ở chế độ Manual thì chế độ Auto sẽ bị vô hiệu hoá Ở chế độ này thì ta có thể điều khiển servo của các trục của robot xoay, tịnh tiến Đồng thời có thể đóng, mở các van khí nén, chân không và bơm

- Khi đang chạy ở chế độ Auto thì chế độ Manual bị vô hiệu hoá Trước khi bắt đầu hoạt động thì người dùng phải lựa chọn loại nhiên liệu và số lít cần bơm tương ứng, sau khi đã xác nhận bơm thì hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động Lúc này camera 1 sẽ nhận dạng viền của nắp xăng ngoài, sau khi nhận dạng chính xác nắp xăng ngoài 5 lần thì chương trình sẽ bắt đầu tính toán các giá trị theta tương ứng để điều khiển 2 động cơ servo 1 và 2 xoay và thay đổi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 78 chiều cao đến vị trí nắp xăng ngoài của xe ô tô Lúc này xi lanh 1 sẽ hoạt động, đẩy đầu giác hút đến nắp xăng ngoài và hút chân không, sau khi hút khoảng 2s thì xi lanh 1 này sẽ thu về Khi xi lanh 1 thu về, camera 2 sẽ thực hiện việc nhận dạng góc nghiêng của viền nắp xăng trong so với phương nằm ngang để tính toán hướng kẹp chính xác, sau khi đã điều chỉnh góc xoay xong thì xi lanh 2 sẽ hoạt động, đẩy cơ cấu thứ 2 (bao gồm: servo 4 và xi lanh kẹp), khi đã chạm đến nắp xăng trong thì dừng lại, lúc này xi lanh kẹp sẽ kẹp nắp xăng trong đồng thời động cơ servo 4 cũng sẽ xoay khoảng

2 vòng để mở nắp xăng trong, sau khi xoay xong thì xi lanh 2 sẽ thu về Lúc này servo 3 sẽ xoay lên để nâng vòi bơm ngang vòi miệng của thùng nhiên liệu, khi đã nâng lên đúng vị trí thì xi lanh 4 sẽ đẩy vòi bơm, khi đi hết hành trình xi lanh thì bơm sẽ bắt đầu hoạt động Bơm sẽ hoạt động dựa trên số lít mà người dùng nhập Khi đã bơm đủ số lít thì bơm sẽ ngưng, xi lanh 4 thu về, servo 3 sẽ xoay xuống để hạ vòi bơm xuống, cơ cấu thứ 2 về vị trí ban đầu, xi lanh 2 đẩy ra đưa nắp xăng trong vào lỗ và tiến hành xoay ngược lại để vặn nắp xăng vào bên trong lỗ Khi nắp xăng đã được vặn xong xong thì xi lanh kẹp nhả ra và đồng thời xi lanh 2 thu về Lúc này servo 1 sẽ xoay sang phải để gạt và hút chân không hút vào nắp ngoài, khi đã hút thì xi lanh

1 sẽ đẩy nắp xăng vào lại vị trí ban đầu rồi thu về Kết thúc quá trình bơm

- Trong quá trình hoạt động có thể nhấn nút EMERGENCY để dừng khẩn cấp Muốn hệ thống hoạt động trở lại, ta phải nhấn nút RESET sau đó bấm nút vị trí home ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 79

4.1.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển

Hình 4.1 Lưu đồ chương trình PLC điều khiển hệ thống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 80

Hình 4.2 Lưu đồ điều khiển Auto mode ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 81

Hình 4.3 Lưu đồ điều khiển Manual Mode ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 82

4.1.4 Xây dựng chương trình điều khiển vị trí

Do nhóm dùng CPU iQ-R của Mitsubishi nên sử dụng phần mềm Gx Works3 để lập trình PLC hình 4.4.

Hình 4.4 Phần mềm lập trình GX Works3

Trước hết ta cần khai báo các module sử dụng trong hệ thống ở mục Module Configuration như hình 4.5

Hình 4.5 Khai báo module sử dụng cho hệ thống trên Gx Works3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 83 Đối với bài toán bơm nhiên liệu này, việc điều khiển vị trí chính xác được đặt lên rất cao do đây là yếu tố quyết định đến tính an toàn, ổn định và thời gian hoạt động tối ưu cho cả hệ thống Việc nhận dạng nắp xăng thông qua xử lý ảnh phải chính xác và phần chương trình PLC điều khiển vị trí phải đảm bảo liên kết chặt chẽ đến phần xử lý ảnh trên để điều khiển chính xác vị trí một cách hoàn hảo Để thực hiện việc điều khiển vị trí cho hệ thống, nhóm sử dụng Module RD77MS4 để điều khiển vị trí cho 4 động cơ servo Ta tiến hành khai báo các servo được sử dụng như hình 4.6 và hình 4.17

Hình 4.6 Cài đặt số lượng servo kết nối với module RD77MS4

Hình 4.7 Cài đặt thông số điều khiển servo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 84

Hệ thống sử dụng 4 động cơ servo Mitsubishi để điều khiển Ở động cơ servo 1 và

3 chọn đơn vị điều khiển theo “độ”, động cơ servo 2 điều khiển theo “mm” và động cơ

Sau khi camera 1 nhận dạng được nắp xăng ngoài, chương trình sẽ tính ra các giá trị góc theta1 và chiều cao tịnh tiến d2 dựa trên phần động học nghịch robot Camera 2 được sử dụng để nhận dạng được góc nghiêng của nắp xăng trong so với mặt phẳng nằm ngang để tính toán giá trị xung nhằm mục đích điều chỉnh vị trí kẹp nắp trong của hệ thống chính xác nhất

Tiếp theo đó, tiến hành khai báo các thông số cần thiết cho động cơ Servo như chiều quay, có sử dụng phanh khẩn cấp, chọn phương pháp điều khiển tương đối hay tuyệt đối, trên phần mềm MR Configurator 2 như hình 4.8 dưới đây Ở mục PA03, do nhóm sử dụng pin dự phòng để điều khiển vị trí theo phương pháp tuyệt đối nên sẽ khai báo mục PA03 là “1”

Hình 4.8 Cài đặt thông số động cơ servo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 85

Hình 4.9 Khai báo chế độ điều khiển vị trí tuyệt đối cho servo

Tiếp theo đó là việc lập trình điều khiển Servo trên phần mềm Gx Works3, để biết được các vị trí thanh ghi cần điều khiển vị trí và tốc độ điều khiển Jog, vị trí, ta sẽ chọn phần Buffer Memory Address list như hình 4.10 để xác định các thanh ghi cần điều khiển chính xác

Hình 4.10 Buffer Memory Address list của module RD77MS4

Thiết kế chương trình Xử lý ảnh

Nhóm đã thiết kế chương trình chạy xử lý ảnh chung với giao diện SCADA , lúc này người vận hành có thể dễ dàng vận hành và giám sát toàn bộ hệ thống Chương trình xử lý ảnh với có các chức năng như sau:

- Thu nhập dữ liệu vị trí nắp xăng ngoài để có thể gửi tọa độ về cho cánh tay robot để có thể thực hiện đưa cơ cấu giác hút thuộc cơ cấu cuối của robot đến với vị trí mở nắp xăng ngoài

- Sau khi xử lý xong nắp xăng ngoài, chương trình xử lý ảnh bắt đầu thực hiện quét nắp xăng trong, xác định được độ lệch góc so với phương ngang của nắp xăng trong, lúc này sẽ gửi tín hiệu cho PLC để có thể điều khiển servo cơ cấu cuối

4.2.2 Mô tả chương trình điều khiển Đầu tiên của chương trình xử lý ảnh là thực hiện kết nối 2 Webcam và kết nối PLC, khi có tín hiệu xe vào lúc này PLC sẽ gửi tín hiệu qua bên C# lúc này Webcam thứ nhất sẽ được bật để bắt đầu chuẩn bị thực hiện xử lý vị trí nắp xăng ngoài, khi nhận tín hiệu của người dùng từ SQL SERVER gửi về sau khoảng thời gian 5 giây lúc này tọa độ của nắp xăng sẽ được lưu vào một mảng gồm 5 phần tử Nhóm sử dụng thuật toán sẽ đọc nhiều lần vị trí của nắp xăng sau mỗi khoảng thời gian 2 giây để đảm bảo sai số càng ít càng tốt Sau khi có được tọa độ của nắp xăng ngoài trong hệ tọa độ camera, lúc này tọa độ này sẽ được chuyển đổi sang so với hệ tọa độ gốc robot, sau khi có được tọa độ này sẽ được tính toán thêm một lần nữa để phù hợp với việc gửi dữ liệu qua cho PLC để điều khiển servo chạy đúng tọa độ của nắp xăng ngoài Sau khi gửi xong tọa độ nắp xăng ngoài, nhóm set timer bắt đầu quét tín hiệu sau khi đã mở nắp xăng ngoài PLC sẽ gửi tín hiệu về bên cho C# để bắt đầu bật camera thứ hai xử lý nắp xăng trong Chương trình xử lý ảnh của camera thứ hai có chức năng đo góc lệch của viền đen nắp xăng trong so với phương ngang để chỉnh góc quay của servo cơ cấu cuối sao cho phù hợp để thực hiện thao tác mở nắp xăng trong, yêu cầu độ chính xác cao Để sai số ít nhất có thể, nhóm sẽ quét nhiều lần góc lệch của nắp trong một khoảng thời gian , sau đó tính toán giá trị trung bình gửi về cho PLC Góc lệch này sẽ được chuyển về số xung sau đó mới gửi qua cho bên PLC Sau khi thực hiện xong quá trình bơm nhiên liệu, PLC sẽ gửi cho C# xử lý ảnh một tín hiệu ,lúc này C# sẽ gửi lại SQL SERVER để thông báo với người dùng rằng đã hoàn tất quá trình bơm nhiên liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 87

4.2.3 Lưu đồ giải thuật điều khiển

Hình 4.11 Lưu đồ chương trình xử lý ảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 88

Thiết kế chương trình Web Application

Nhằm hỗ trợ cho hệ thống điều khiển tự động, là một trong những nguồn đầu vào của chương trình điều khiển với yêu cầu chức năng:

− Xây dựng web application cho phép người dùng có thể dễ dàng nhập số lượng nhiên liệu cần thiết cho xe với thiết bị không dây (smartphone, tablet, laptop, )

− Ngoài ra, người dùng có thể dễ dàng theo dõi trạng thái bơm của robot khi đang trong xe, biết được khi nào robot thực hiện bơm nhiên liệu hoàn tất

Hình 4.12 Sơ đồ mô tả Web Application

Web application được thiết kế thông qua mô hình client - sever, giao tiếp thông qua các API:

− Client: Sử dụng ReactJS, đó là một thư viện JavaScript front-end mã nguồn mở Để xây dựng giao diện người dùng dựa trên các thành phần UI riêng lẻ

− Sever: Bao gồm bộ API thực hiện giao tiếp với front-end Để tạo mới, cập nhật, lưu trữ dữ liệu vào DB, và DB được sử dụng là MSSQL ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 89

Bảng thông tin màn hình và chức năng của thiết kế client như bảng 4.13 và hình 4.13

Bảng 4.1 Bảng thông tin màn hình và chức năng

Tên màn hình Chức năng màn hình

Login Màn hình đăng nhập

Màn hình phép người dùng đăng nhập vào ứng dụng thông qua [Mã Khách Hàng] được cấp bởi Admin.

Main Màn hình nhập thông tin nhiên liệu

Màn hình cho phép người dùng chọn loại nhiên liệu phù hợp với phương tiện và lượng nhiên liệu cần bơm

• Loại nhiên liệu được lấy từ cơ sở dữ liệu của ứng dụng, đã được quy định trước

• Loại nhiên liệu được người dùng nhập trực tiếp thông qua bàn phím thiết bị Số được nhập ở đây tối đa 10 lít

Popup Error: Ứng dụng sẽ kiểm tra hệ thống có đang thực hiện bơm nhiên liệu trước đó hay không, nếu có sẽ hiển thị popup với nội dung:

“HIỆN TẠI ROBOT ĐANG THỰC HIỆN QUY

TRÌNH BƠM VUI LÒNG ĐỢI MỘT LÚC VÀ THỬ LẠI!”

Popup Confirm: Popup sẽ hiển thị thông tin lượng nhiên liệu ứng với số tiền người dùng sẽ thanh toán sau khi thực hiện bơm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 90

Process Màn hình thực hiện tiến trình bơm.

Màn hình yêu cầu người dùng vui lòng đợi khi hệ thống đang thực hiện quy trình bơm.

Success Màn hình bơm nhiên liệu thành công.

Màn hình hiển thị trạng thái bơm thành công cho người dùng.

Error Màn hình bơm nhiên liệu thất bại.

Màn hình báo lỗi bơm thất bại cho người dùng Nếu hệ thống gặp sự cố.

Hình 4.13 Thông tin và chức năng của client Thiết kế sever

Bảng chức năng của AIP và sơ đồ quan hệ của database như bảng 4.2 và hình 4.14

Bảng 4.2 Bảng chức năng của API

Tên API Chức năng API ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 91

GET /login API với chức năng lấy thông tin khách hàng cho phép người dùng đăng nhập vào ứng dụng.

GET /fuelinformationLastestStatus API với chức năng lấy thông tin trạng thái để kiểm tra trạng thái của robot.

GET /mfuel API với chức năng lấy thông tin nhiên liệu để hiện thị lên màn hình Main.

GET /fuelinformation/ API với chức năng kiểm tra trạng thái bơm của robot.

POST /fuelinformation API với chức năng cập nhật thông tin bơm của khách hàng đến DB.

Hình 4.14 Sơ đồ quan hệ của database

Thiết kế giao diện SCADA

Giao diện màn hình SCADA của nhóm được thiết kế trên phần mềm Visual Studio

Nhóm thiết kế màn hình SCADA thực hiện 2 chức năng quan trọng , đó là giám sát hệ thống như bên màn hình HMI , đồng thời thực hiện xử lý ảnh để gửi tọa độ về PLC điều khiển cánh tay robot Màn hình SCADA khi thiết kế cần phải đạt các yêu cầu sau:

- Được phân quyền truy cập

- Giám sát được quá trình bơm nhiên liệu, khi có các sự cố trong quá trình bơm sẽ được hiển thị lên màn hình SCADA

- Đảm bảo được tính an toàn khi hệ thống gặp vấn đề , màn hình SCADA có các nút nhấn có thể tác động làm cho hệ thống dừng khi bị lỗi

- Có thể quan sát được các DATABASE từ cơ sở dữ liệu SQL SERVER, như hiển thị tên người dùng , số lít xăng đã đổ

4.4.2 Thiết kế màn hình đăng nhập SCADA

Người dùng cần có tài khoản để đăng nhập vào để có thể giám sát và vận hành hệ thống như hình 4.15 Các tài khoản này sẽ được ở cơ sở dữ liệu SQL SERVER

Hình 4.15 Bảng tài khoản người dùng trong SQL Server ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 93

Hình 4.16 Màn hình đăng nhập SCADA 4.4.3 Thiết kế màn hình chính của SCADA Đây là màn hình sẽ có hầu hết các chức năng để có thể điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống robot bơm nhiên liệu tự động, trong màn hình chính này bao gồm có các bảng như bảng cài đặt các kết nối giữa máy tính và PLC, Webcam, bảng nút nhấn stop, reset, 2 khung hình được ghi lại từ 2 webcam và còn nhiều bảng khác giúp người dùng có thể dễ dàng giám sát hệ thống như hình 4.17

Hình 4.17 Màn hình chính của SCADA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 94

4.4.4 Thiết kế màn hình đọc dữ liệu từ SQL Server

Màn hình này có chức năng để giám sát thông tin người dùng , ở bảng bên trái là thông tin người dùng, tạo tài khoản cho người dùng Ở bảng bên phải là hiển thị thông tin người vận hành và có cả chức năng tạo tài khoản cho người vận hành Thông tin người dùng được hiển thị lên màn hình này bao gồm tên mã khách hàng, loại nhiên liệu được bơm, số lít, giá tiền và cả ngày giờ bơm như hình 4.18

Hình 4.18 Màn hình đọc dữ liệu từ SQL Server

Thiết kế giao diện HMI

Giao diện màn hình HMI của nhóm được thiết kế trên phần mềm GT Designer 3

4.5.1 Yêu cầu thiết kế Để có thể tinh chỉnh và giám sát quá trình vận hành của hệ thống một cách chi tiết, cần phải có một màn hình HMI Màn hình HMI khi thiết kế cần phải đạt các yêu cầu sau:

- Giám sát được quá trình xe đỗ vào vị trí, nhận diện nắp xăng ngoài , trong cũng như lúc robot đang bơm nhiên liệu

- Nhập được số lượng nhiên liệu cần bơm

- Hiển thị được các cảnh báo cho người vận hành mỗi khi lỗi, không nhận diện được nắp xăng xe hoặc khi xuất hiện lỗi hệ thống

- Vận hành được từng thiết bị riêng lẻ trong chế độ manual ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 95

- Được phân quyền truy cập

4.5.2 Thiết kế màn hình đăng nhập HMI

Tại màn hình này, người vận hành cần nhập tài khoản để đăng nhập vào hệ thống để có thể vận hành và giám sát hệ thống Bên cạnh đó còn có thể chuyển đổi ngôn ngữ giữa tiếng Việt và tiếng Anh như hình 4.18

Hình 4.19 Màn hình đăng nhập HMI

Hình 4.20 Màn hình nhập mật khẩu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 96

4.5.3 Thiết kế màn hình HMI tổng quan

Màn hình tổng quan (hình 4.25) chứa các đèn báo trạng thái hoạt động của hệ thống như trạng thái On hệ thống, ON Servo, lỗi, , Ngoài ra còn chứa các nút điều hướng và các nút dùng để vận hành hệ thống như Homing để hệ thống về home, mode switch để chuyển chế độ vận hành giữa Auto và Manual

Hình 4.21 Màn hình HMI tổng quan 4.5.4 Thiết kế màn hình HMI chế độ Auto

Màn hình chế độ Auto (hình 4.27) sẽ hiển thị các giai đoạn mà hệ thống đang thực hiện như: Xác định xe vào vị trí, Đã xác nhận bơm, Mở nắp xăng ngoài, Mở nắp trong, để cho người vận hành có thể dễ dàng quan sát và có thể dễ dàng tìm ra các vấn đề đang gặp phải khi phát sinh lỗi Khi hoàn tất quá trình bơm nhiên liệu, đèn ở mục “ Hoàn tất quá trình bơm nhiên liệu” sẽ nhấp nháy để báo kết thúc quá trình bơm nhiên liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 97

Hình 4.22 Màn hình HMI chế độ Auto 4.5.5 Thiết kế màn hình HMI chế độ Manual Ở chế độ Manual, màn hình sẽ có 2 khu vực chính đó là vận hành Servo và vận hành các xi lanh, bơm Để vận hành Servo, ta có thể nhấn và giữ các nút FOR hoặc REV đến vị trí mong muốn Đối với xi lanh cũng tương tự, ta sẽ nhấn và giữ nút ON để kích hoạt các xi lanh tương ứng hoạt động Đối với bơm, đầu tiên nhân viên vận hành sẽ chọn số lít nhiên liệu cần bơm, sau đó sẽ nhấn nút ON để tiến hành Sau khi đã đủ số lít, cảm biến lưu lượng sẽ trả tín hiệu và lúc này thì bơm sẽ ngừng hoạt động Kết thúc quá trình bơm nhiên liệu bằng tay ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 98

Hình 4.23 Màn hình HMI chế độ Manual

Ngoài ra, nhóm còn thiết kế thêm 1 màn hình Monitor để giám sát trạng thái các thiết bị

Hình 4.24 Màn hình HMI chế độ Monitor ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 99

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Mô hình

5.1.1 Kiểm chứng động học thuận

Kết hợp với phương trình động học thuận đã được tính ở công thức số (10):

Dựa vào tính toán động học thuận ở mục 2.10.2, ta xây dựng được chương trình matlab kiểm chứng các lý thuyết vừa tính toán được Để dễ quan sát hơn thì nhóm sử dụng lệnh plot3 trên công cụ matlab để thể hiện vị trí các khớp của robot

Dựa vào kết quả chương trình và phương pháp hình học, ta có các kết quả mô phỏng cánh tay robot theo trục x, y và z với nhiều trường hợp, cụ thể như hình 5.1, 5.2 và 5.3: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 100

Hình 5.2 Với  1 = 90 , 3 = − 90 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 101

Nhận xét: Thông qua kiểm chứng động học thuận của robot dưới điều kiện lý tưởng trên matlab, nhóm nhận thấy các góc   1 , 3 hoạt động đúng với chiều xoay và góc của các khớp Các kết quả hình học của Robot đúng với lý thuyết Với các ngõ vào là các biến khớp, ngõ ra bao gồm hướng và vị trí tọa độ điểm đầu cuối của Robot là chính xác theo lý thuyết đã tính toán

5.1.2 Kiểm chứng động học nghịch

Trước hết ta sẽ chọn điểm kiểm chứng trong vùng không gian làm việc của robot để kiểm chứng như hình 5.4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 102

Hình 5.4 Vị trí điểm cần kiểm chứng động học nghịch Bảng 5.2 Tọa độ điểm cần kiểm chứng động học nghịch x`7.4 yb9 z

Cùng các công thức tính động học nghịch từ phần lý thuyết 2.10.3, ta xây dựng được chương trình Matlab, thu được 1 bộ nghiệm:

Bảng 5.3 Bộ nghiệm thu được

Theta1 = 46.0009 Theta3 = -46.0052 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 103

Kiểm tra lại vị trí điểm đầu cuối với 2 bộ nghiệm vừa chọn (cho ra vị trí x, y và z như mong muốn) bằng Matlab:

Hình 5.5 Kết quả với bộ nghiệm  1 = 46.0009 , 0  3 = − 46.0052 0

Nhận xét: Qua kiểm chứng bằng Matlab, ta thu được bộ nghiệm

 =  = − cho ra kết quả chính xác như tính toán lý thuyết Bằng các bộ nghiệm thu được, ta thay thế vào chương trình vẽ mô phỏng vị trí của Robot theo trục Oxyz, thu được các kết quả hướng và vị trí điểm đầu cuối chính xác

Hệ thống “ ROBOT BƠM NHIÊN LIỆU TỰ ĐỘNG ” được hoàn thiện phần cứng như hình 5.6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 104

Hình 5.6 Robot sau khi được hoàn thiện

Hình 5.7 và Hình 5.8 là hình ảnh bên ngoài và bên trong sau khi hoàn thành đấu nối tủ điện của hệ thống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 105

Hình 5.7 Hình ảnh bên ngoài tủ điện

Hình 5.8 Hình ảnh bên trong tủ điện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 106

Các thiết bị trong tủ điện đều được bấm tag name và cos dây điện đầy đủ như hình 5.9, hình 5.10 và hình 5.11

Hình 5.9 Hình ảnh của CB và PLC trong tủ điện

Hình 5.10 Hình ảnh các ngõ vào và ngõ ra của robot ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 107

Hình 5.11 Tiếp điểm Relay của robot

Xử lý ảnh

Phần xử lý ảnh đã được thêm vào trong giao diện SCADA để có thể dễ dàng giám sát Nắp xăng được nhóm thiết kế như hình 5.12 và hình 5.13

Hình 5.12 Hình ảnh nắp xăng ngoài ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 108

Hình 5.13 Hình ảnh nắp xăng trong

Dưới đây là kết quả xử lý đọc tọa độ của nắp xăng ngoài

Hình 5.14 Kết quả đọc tọa độ nắp xăng ngoài ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 109

Giá trị x và y được hiển thị lên khung hình là tọa độ của nắp xăng trong hệ tọa độ của camera có đơn vị là mm

Hình 5.15 Kết quả của tính toán tọa độ nắp xăng ngoài

Các giá trị X.Pos, Y.Pos, Z.Pos là tọa độ của nắp xăng ngoài trong hệ tọa độ của robot sau khi được tính toán bằng các ma trận chuyển đổi Các kết quả như theta1 và d2 sẽ được gửi sang PLC để đưa cơ cấu cuối của cánh tay đến với vị trí nắp xăng Kết quả xử lý ảnh nắp xăng trong như hình 5.16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 110

Hình 5.16 Kết quả đọc tọa độ góc nắp xăng ngoài

Trong khung hình webcam thứ 2 sẽ hiển thị góc lệch của viền nắp xăng so với phương ngang Góc này sẽ được tính toán sang xung để gửi cho PLC điều khiển servo.

Giao diện HMI

Người vận hành phải đăng nhập vào hệ thống như hình 5.17 Tránh trường hợp người ngoài tự ý xâm nhập và điều khiển hệ thống ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 111

Hình 5.17 Màn hình đăng nhập 5.3.2 Màn hình vận hành của hệ thống

Hệ thống khi về home

Trước khi tiến hành các quy trình của hệ thống, các trục robot home để đảm bảo hoạt động chính xác Khi robot đã về home thì đèn home sẽ sáng Khi đèn Homed sáng lên có nghĩa là các cơ cấu đã vào vị trí sẵn sàng cho hệ thống hoạt động Màn hình HOME hiển thị các kết nối của hệ thống với camera và webapp để thực hiện việc bơm nhiên liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 112

Hình 5.18 Màn hình HOME của hệ thống

Hệ thống khi hoạt động ở chế độ Auto

Khi hệ thống hoạt động ở chế độ auto thì người vận hành có thể quan sát được quy trình hệ thống đang vận hành qua các bước như: Xác định xe đã vào vị trí, Nhận dạng các nắp xăng trong và ngoài, Mở nắp xăng trong và ngoài, Đang bơm nhiên liệu và Hoàn tất quá trình bơm Sau khi bơm nhiên liệu xong thì hệ thống sẽ nháy đèn ở trạng thái này để báo cho người vận hành cũng như người theo dõi dễ dàng nhận biết

Hình 5.19 Màn hình ở chế độ Auto ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 113

Hệ thống khi hoạt động ở chế độ Manual

Khi vận hành ở chế độ manual thì đèn “MANUAL” sẽ sáng, người vận hành có thể điều khiển hệ thống thông qua các nút nhấn trên màn hình HMI Người vận hành có thể vận hành Servo chạy theo chiều thuận hoặc nghịch bằng cách nhấn nút FOR và REV Đối với xi lanh, người vận hành có thể điều khiển bằng cách nhấn nút ON và giữ để điều khiển xi lanh hoạt động như hút nắp ngoài, kẹp nắp, Đối với bơm, trước khi bơm thì người vận hành phải nhập số lít cần bơm, sau khi đã bơm đủ thì cảm biến lưu lượng sẽ báo và dừng bơm, kết thúc quá trình bơm nhiên liệu Manual

Hình 5.20 Màn hình ở chế độ Manual

Giao diện SCADA

5.4.1 Màn hình SCADA tổng quát

Khi hệ thống hoạt động người giám sát có thể giám sát toàn bộ các quy trình của hệ thống trên màn hình này Màn hình SCADA ngoài ra còn thực hiện chức năng xử lý ảnh nắp xăng ngoài và trong, sau khi xử lý xong thì sẽ gửi tín hiệu điều khiển cho PLC như hình 5.21 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 114

Hình 5.21 Màn hình SCADA tổng quát 5.4.2 Màn hình quản lý Cơ sở dữ liệu trên SCADA

Bên trang User của màn hình SCADA cho phép người vận hành truy vấn cơ sở dữ liệu SQL SERVER trả về, trong màn hình User sẽ có 2 bảng là thông tin người dùng và người vận hành, ngoài ra người vận hành có khả năng tạo tài khoản người dùng như hình 5.22

Hình 5.22 Màn hình quản lý cơ sở dữ liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 115

Giao diện Web Application

Khách hàng truy cập vào browser bất kỳ trên thiết bị không dây như Google Chrome, Safari, Firefox, Cốc Cốc, với đường dẫn: http://autopumpfuel.zapto.org:3001/login hoặc quét mã QR sau:

Hình 5.23 QR để khách hàng quét 5.5.1 Màn hình đăng nhập

Màn hình Login cho phép người dùng đăng nhập vào ứng dụng với Mã khách hàng được cấp bởi Admin

Khi khách hàng nhập một Mã khách hàng không tồn tại trong hệ thống, ứng dụng sẽ báo lỗi như hình sau

Hình 5.24 Màn hình đăng nhập ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 116

5.5.2 Màn hình nhập thông tin nhiên liệu

Sau khi đăng nhập thành công, người dùng có thể thấy tên của mình được hiển thị trên màn hình, và được chọn loại nhiên liệu, lượng nhiên liệu sẽ bơm cho xe của mình tương ứng với giá đã được niêm yết trong hệ thống như hình 5.25

Hình 5.25 Màn hình nhập thông tin nhiên liệu

Sau khi chọn nhiên liệu và nhập số lượng mong muốn, ứng dụng sẽ hiển thị popup Confirm như hình 5.26 , để xác nhận lại thông tin đã nhập cũng như số tiền khách hàng phải trả sau khi tiến trình bơm hoàn tất

Hình 5.26 Màn hình hiển thị cửa sổ xác nhận ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 117

Và đây là Popup Error khi robot đang thực hiện bơm cho một xe khác, người dùng phải đợi 30s để có thể thử lại Ngoài ra khi người dùng nhập sai format hoặc vượt quá số lượng nhiên liệu robot có thể bơm thì cũng sẽ có popup cảnh báo như hình 5.27

Hình 5.27 Màn hình hiển thị cửa sổ lỗi 5.5.3 Màn hình tiến trình bơm và hiển thị kết quả

Sau khi người dùng xác nhận bơm, sẽ chuyển đến màn hình Process để đợi robot thực hiện công việc bơm nhiên liệu tự động như hình 5.28

Hình 5.28 Màn hình hiển thị quá trình robot đang thực hiện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 118

Màn hình Success được hiển thị khi robot bơm hoàn tất, và ngược lại là Error khi có lỗi bất kỳ xảy ra Và người dùng có thể quay lại màn hình Main với link “Nhấp vào đây” khi có nhu cầu cần bơm thêm nhiên liệu như hình 5.29

Hình 5.29 Màn hình hiển thị bơm hoàn tất hoặc xảy ra lỗi

Đánh giá kết quả thực nghiệm

XỬ LÝ MỞ NẮP XĂNG TRONG

- Trung bình thời gian từ lúc khách hàng nhập nhiên liệu tới lúc bắt đầu bơm nhiên liệu là 110 giây (chưa tính thời gian bơm)

- Thời gian xử lý mở nắp xăng ngoài và trong phụ thuộc vào vị trí nắp xăng

- Thời gian bơm phụ thuộc vào số lượng nhiên liệu mà khách hàng nhập trên Web application

- Trong 6 lần thực nghiệm thì có 1 lần hệ thống lỗi – không kẹp được chính xác nắp xăng trong => Tỉ lệ lỗi 16.6% ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 120

Tiêu đề	ROBOT BƠM NHIÊN LIỆU TỰ ĐỘNG
Tác giả	Nguyễn Hoàng Long, Mã Hiền Khoa, Nguyễn Minh Trường
Người hướng dẫn	Th.S Nguyễn Tấn Đời
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	153
Dung lượng	11,37 MB