Đồ án tốt nghiệp Công nghệ chế tạo máy: Thiết kế, chế tạo đài xoay 2 bậc tự do

Với việc có khá nhiều ứng dụng cho công nghiệp, logistic và nông nghiệp nên nhóm chúng em đã quyết định nghiên cứu và chế tạo đài xoay 2 bậc tự do vào việc phân loại hàng hoá theo khối l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

GVHD: NGUYỄN QUANG HIẾN SVTH: BÙI NGỌC SÁNG

NGUYỄN TẤN TIỀN NGUYỄN ĐỨC THIỆU PHONGTHIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐÀI XOAY 2 BẬC TỰ DO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN QUANG HIẾN

Sinh viên thực hiện: BÙI NGỌC SÁNG

i

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ II/ năm học 2023-2024

Giảng viên hướng dẫn: GV ThS Nguyễn Quang Hiến

Sinh viên thực hiện:

1 Bùi Ngọc Sáng MSSV:20143269 SĐT: 0911941120

2 Nguyễn Tấn Tiền MSSV:20143007 SĐT: 0967500976

3 Nguyễn Đức Thiệu Phong MSSV:20143263 SĐT:0386204225

1 Mã số đề tài: CKM-74

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo đài xoay 2 bậc tự do

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Nguyên liệu: Trái cây cần phân loại có khối lượng dưới 1kg

- Kích thước máy khoảng : 270x200x370 mm

3 Nội dung chính của đồ án:

- Thiết kế: Dùng phần mềm Solidwork, Inventor để thiết kế và mô phỏng 3D

- Chế tạo các chi tiết theo bản vẽ

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ

(GVHD ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: “Thiết kế và chế tạo đài xoay 2 bậc tự do ”

- GVHD: ThS Nguyễn Quang Hiến

- Họ tên sinh viên: Bùi Ngọc Sáng MSSV: 20143269

Nguyễn Tấn Tiền MSSV: 20143007 Nguyễn Đức Thiệu Phong MSSV: 20143263

- Số điện thoại liên lạc: 0911941120

- Email: 20143269@student.hcmute.edu.vn

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 3 năm 2024

Thay mặt nhóm sinh viên

Ký tên

iii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên nhóm chúng em xin lời cảm ơn đến cha, mẹ và những thành viên, người thân trong gia đình luôn là hậu phương vững chắc, luôn ủng hộ, quan tâm và động viên chúng em trong suốt 4 năm học tập cũng như trong suốt khoảng thời gian chúng em làm và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Nguyễn Quang Hiến đã không ngại dành thời gian quý báu quan tâm, hỗ trợ nhóm hết mình góp phần định hướng và tạo điều kiện để nhóm hoàn thành đề tài tốt nhất có thể

Đồng thời nhóm chúng em cũng cảm ơn chân thành trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh và các thầy cô đã đồng hành cùng nhóm chúng em trong suốt những năm học vừa qua và tạo điều kiện để nhóm hoàn thiện đề tài này, đây là cơ hội để nhóm vận dụng, rèn luyện những kiến thức đã học vào thực tế để và chuẩn bị cho bản thân những hành trang nghề nghiệp quý giá

Xin gửi lời cảm ơn đến công ty liên doanh CODIA đã chỉ dẫn tận tình và hỗ trợ giúp đưa các phương án thiết kế đề tài tối ưu nhất

Tuy nhiên trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong muốn nhận được sự góp ý chân thành từ thầy/cô cùng anh/chị và bạn

bè để có thêm kinh nghiệm và bài học để hoàn thiện đề tài này và ngày càng hoàn thiện bản thân

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nội dung công việc của đề tài gồm:

- Nghiên cứu về đài xoay 2 bậc tự do

- Nghiên cứu phân tích các mẫu của đài xoay 2 bậc tự do đã được ứng dụng

- Nghiên cứu và ứng dụng đài xoay vào việc phân loại sản phẩn theo khối lượng

- Thiết kế, đưa ra các phương án và lựa chọn phương pháp tối ưu

- Thiết kế và tính toán các thông số của máy

- Thiết kế các bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp

- Thực hiện gia công lắp đặt các chi tiết

- Thực nghiệm và khắc phục các sự cố có thể diễn ra

Sau khi hoàn thành việc chế tạo máy, chúng em đã thu lại được những kết quả khá tốt và đáp ứng được các yêu cầu đặt ra Tuy nhiên máy vẫn còn những hạn chế

và sai xót không mong muốn Chúng em kính mong quý thầy cô xem xét và góp ý

để sản phẩm của nhóm chúng em được hoàn thiện hơn

ABSTRACT

Today, rotating radio structures are used quite a lot in many different fields of industry such as machining and detailed inspection However, in applying the rotation structure to the field of research and learning and classifying products by volume, there are still many limitations

To solve the problem, our group carried out the project "DESIGN AND MANUFACTURING OF A 2-DEGREE OF FREEDOM ROTARY" applied to classifying products by volume to classify a variety of products (need to be classified by volume) in a flexible, accurate and highly stable manner, solving many problems in research, learning and labor

The work content of the project includes:

- Research on 2-degree-of-freedom rotating station

- Research and analysis of applied 2-degree-of-freedom rotating station samples

- Research and apply turntables to classify products by volume

- Design, propose options and choose the optimal method

- Design and calculate machine parameters

- Design detailed drawings and assembly drawings

- Carry out processing and installation of details

- Experiment and fix problems that may occur

After completing the machine manufacturing, we achieved quite good results and met the requirements However, the machine still has limitations and unwanted errors We respectfully hope that teachers will review and give suggestions to improve our group's products

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỜI CAM KẾT ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xv

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài 2

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Các phương pháp nghiên cứu 3

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận 3

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu 3

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ BÀI 4

2.1 Tổng quan về đài xoay 4

2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động đài xoay 5

2.2.1 Cấu tạo của đài xoay 5

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của đài xoay 6

2.3 Phân loại đài xoay 7

vi

2.3.1 Phân loại theo cơ cấu truyền động 7

a Sử dụng cơ cấu bánh răng 7

b Sử dụng dây đai 8

c Sử dụng trục vít 9

d Sử dụng xích và đĩa xích 10

e Sử dụng thuỷ lực khí nén 11

2.3.2 Phân loại theo phương thức điều khiển 11

2.3.3 Phân loại theo số bậc tự do 12

a Đài xoay 1 bậc tự do 12

b Đài xoay 2 bậc tự do 13

c Đài xoay 3 bậc tự do 14

d Đài xoay 4 bậc tự do và nhiều hơn 4 bậc 15

2.4 Ứng dụng của đài xoay 15

2.5 Tình hình phát triển trong và ngoài nước 17

2.5.1 Nghiên cứu và phát triển đài xoay trong nước 17

2.5.2 Nghiên cứu và phát triển đài xoay ngoài nước 19

2.6 Nghiên cứu về phân loại sản phẩm theo khối lượng 20

2.6.1 Vì sao cần phân loại sản phẩm theo khối lượng 20

2.6.2 Phương pháp phân loại sản phẩm theo khối lượng 21

a Phân loại sản phẩm theo mã vạch, mã QR code 21

b Phân loại sản phẩm theo khối lượng 23

c Phân loại sản phẩm theo màu sắc 23

d Phân loại sản phẩm theo kích thước 24

e Phân loại sản phẩm theo hình ảnh 25

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 27

3.1 Bậc tự do: 27

3.2 Cấu tạo của đài xoay 2 bậc tự do 30

3.2.1 Băng tải 30

3.2.2 Động cơ bước 31

a Cấu tạo 31

b Nguyên lý hoạt động 32

c Ứng dụng 32

d Tính toán chọn động cơ 33

3.2.3 Cảm biến cân nặng( Loadcell) 33

a Cấu tạo 33

b Nguyên lí hoạt động 34

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 36

4.1 Tổng quan về doanh nghiệp và yêu cầu của doanh nghiệp 36

4.1.1 Tổng quan về doanh nghiệp 36

4.1.2 Yêu cầu của doanh nghiệp 36

4.1.3 Khảo sát khối lượng trung bình của trái cây cần phân loại 37

4.1.4 Ý tưởng thiết kế 38

4.2 Nguyên lý hoạt động đài xoay 2 bậc tự do phân loại sản phẩm theo khối lượng 38

4.2.1 Bộ phận phễu đựng 40

4.2.2 Bộ phận truyền động 43

4.2.3 Bộ phận cảm biến trọng lượng ( loadcell) 46

4.2.4 Bộ phận đỡ trục 48

4.2.5 Bộ phận đế đài xoay 50

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 52

5.1 Băng tải 52

5.2 Thể tích của phễu đựng 53

5.3 Động cơ 54

5.3.1 Động cơ trục quay 54

5.3.2 Động cơ góc quay 56

5.4 Chọn trục và kiểm nghiệm 59

viii

5.4.2 Trục 2 61

5.5 Cảm biến cân nặng( Loadcell) 67

CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY 69

6.1.1 Chế tạo bộ phận đỡ đài xoay 69

6.1.2 Chế tạo các bộ phận đài xoay 70

6.1.3 Chế tạo bộ phận thanh đỡ 71

6.1.4 Chế tạo bộ phận tấm xoay 71

6.1.5 Chế tạo bộ phận gối đỡ 72

6.1.6 Chế tạo bộ phận tấm đỡ ổ bi 73

6.1.7 Chế tạo bộ phận tấm đỡ 73

6.1.8 Chế tạo bộ phận trục dẫn 74

6.1.9 Chế tạo bộ phận trục dẫn 75

6.1.10 Linh kiện khác 75

6.1.11 Một số hình ảnh lắp ráp máy 76

6.2 Hệ thống mạch điện 78

6.2.1 Hình ảnh khí cụ điện sử dụng 78

6.2.2 Mạch cấp nguồn 79

6.2.3 Mạch điều khiển [10] 82

6.2.4 Quy trình hoạt động 82

6.3 Lắp ráp máy và căn chỉnh 83

6.4 Kết quả và thực nghiệm 84

6.4.1 Hoàn thiện máy 84

6.4.2 Hạn chế các bậc tự do tại các vị trí của đài xoay 84

6.4.3 Thực nghiệm 88

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 97

1 Kết luận 97

2 Đề nghị 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

1 Trong nước 98

2 Nguồn khác 98PHỤ LỤC 99

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 Ưu, nhược điểm của phễu hình vuông 42

Bảng 4.2 Ưu, nhược điểm của phễu hình chóp 43

Bảng 4.3 Ưu, nhược điểm của truyền động gián tiếp qua hộp số 44

Bảng 4.4 Ưu, nhược điểm của truyền động gián tiếp qua bộ truyền xích 46

Bảng 4.5 Ưu, nhược điểm của loadcell dạng trụ 48

Bảng 4.6 Ưu, nhược điểm của tấm dạng vuông 49

Bảng 4.7 Ưu, nhược điểm của tấm dạng chéo cạnh 50

Bảng 5.2 Bảng chọn ổ lăn 67

Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật loadcell 67

Bảng 5.4 Bảng thông số đầu vào của PLC 81

Bảng 5.5 Bảng thông số đầu ra của PLC 81

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 2.1: Đài xoay 2 bậc tự do 4

Hình 2.2: Cấu tạo của đài xoay 5

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đài xoay 6

Hình 2.4 Đài xoay sử dụng cơ cấu bánh răng 7

Hình 2.5 Đài xoay sử dụng cơ cấu truyền dây đai 8

Hình 2.8 Đài xoay sử dụng thủy lực hoặc khí nén 11

Hình 2.9 Đài xoay 1 bậc tự do 12

Hình 2.10 Đài xoay 2 bậc tự do 13

Hình 2.11 Đài xoay 3 bậc tự do 14

Hình 2.11 Một số đài xoay 4 bậc tự do và nhiều hơn 4 bậc 15

Hình 2.12 Ứng dụng của đài xoay trong công nghiệp sản xuất 15

Hình 2.13 Ứng dụng của đài xoay trong Y tế và chăm sóc sức khỏe 16

Hình 2.14 Ứng dụng của đài xoay trong xây dựng và xây lắp 16

Hình 2.15 Ứng dụng của đài xoay trong cảng biển và logistics 17

Hình 2.16 Cánh tay robot chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển – Tự động (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) 18

Hình 2.17 Sản phẩm “ Bàn quay momen xoắn RCV” của công ty cổ phần CNC ECO VINA 18

Hình 2.18 Máy gia công nhiều trục chính của Kaihong Machinery 19

Hình 2.19 Máy phay CNC Mycenter 4Xid KITAMURA Nhật Bản 19

Hình 2.20 Sản phẩm CTX Beta 1250 4A của Công Ty DMG MORI 20

Hình 2.21 Phân loại sản phẩm theo mã vạch, mã QR code 22

Hình 2.22 Phân loại sản phẩm theo khối lượng 23

Hình 2.23 Phân loại sản phẩm theo màu sắc 24

Hình 2.24 Phân loại sản phẩm theo kích thước 25

Hình 2.24 Phân loại sản phẩm theo hình ảnh 26

Hình 3.1 Các bậc tự do trong không gian 27

Hình 3.2 Khống chế một bậc tự do tịnh tiến theo chiều Z[5] 28

Hình 3.3 Khống chế 2 bậc tự do (tịnh tiến theo chiều Z, xoay quanh trục OY)[5] 29

Hình 3.4 Khống chế 3 bậc tự do (tịnh tiến theo chiều Z, xoay quanh trục OX, xoay quanh trục OY)[5] 29

Hình 3.5 Hình ảnh băng tải 30

Hình 3.6 Cấu tạo động cơ giảm tốc AC [6] 32

xii

Hình 3.7 Cấu tạo của Loadcell [7] 34

Hình 3.8 Sơ đồ hoạt động [8] 35

Hình 4.1 Công ty TNHH Giải Pháp Công Nghiệp CODIA 36

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lí hoạt động 38

Hình 4.3 Sơ đồ động học đài xoay 2 bậc tự do 39

Hình 4.4 Các bộ phận đài xoay phân loại sản phẩm 40

Hình 4.5 Phễu đựng hình hộp vuông 41

Hình 4.6 Phễu đựng hình chóp 42

Hình 4.7 Bộ truyền gián tiếp thông qua hộp số 43

Hình 4.8 Truyền gián tiếp thông qua bộ truyền xích 45

Hình 4.9 Loadcell dạng thanh 47

Hình 4.10 Loadcell dạng trụ 47

Hình 4.11 Tấm dạng vuông 49

Bảng 4.6 Ưu, nhược điểm của tấm dạng vuông 49

Hình 4.12 Tấm vát chéo cạnh 49

Bảng 4.7 Ưu, nhược điểm của tấm dạng chéo cạnh 50

Hình 4.13 Đế dạng lăng trụ tròn 50

Hình 4.14 Đế dạng hình hộp 51

Hình 5.1: Thể tích của phễu đựng 53

Hình 5.2 Thông số đầu vào chọn động cơ cụm điều khiển trục quay 54

Hình 5.3 Momen quán tính của trục quay được tính bằng phần mềm 55

Hình 5.4 Catalog động cơ [6] 56

Hình 5.5 Thông số đầu vào chọn động cơ cụm điều khiển góc quay 57

Hình 5.6 Momen quán tính của phễu và bưởi được tính bằng phần mềm 58

Hình 5.7 Catalog động cơ [7] 59

Hình 5.8 Sơ đồ nội lực trục 1 60

Hình 5.9 Ổ bi đỡ một dãy 6202 Ball Bearing Dimensions 66

Bảng 5.2 Bảng chọn ổ lăn 67

Hình 5.10 Hình ảnh Loadcell YZC-133[9] 67

Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật loadcell 67

Hình 6.1 Cụm chi tiết máy 69

Hình 6.2 3D và thực tế đế đài xoay 70

Hình 6.3 3D và thực tế cụm đài xoay 70

Hình 6.4 3D và thực tế thanh đỡ 71

Hình 6.5 3D và thực tế tấm xoay 72

Hình 6.6 3D và thực tế gối đỡ 72

Hình 6.7 3D và thực tế tấm đỡ ổ bi 73

Hình 6.8 3D và thực tế tấm đỡ 74

Hình 6.9 3D và thực tế trục dẫn 74

Hình 6.10 3D và thực tế cái phễu 75

Hình 6.11 Hình ảnh motor và hộp số 75

Hình 6.12 Hình ảnh cữ xét máy và cảm biến quang 76

Hình 6.13 Lắp ráp cữ xét máy 76

Hình 6.15 Lắp ráp khung đỡ trái cây 77

Hình 6.16 Lắp ráp dây điện vào nguồn 77

Hình 6.17 Nút E-Stop, đèn tín hiệu và cầu dao tự động 78

Hình 6.19 Driver, PLC và Relay 78

Hình 6.20 Sơ đồ lưu thuật 79

Hình 6.21 Mạch cấp nguồn 80

Hình 6.24 Hình ảnh PLCN FX3U-24MT-6AD2DA 82

Hình 6.25 Căn chỉnh máy 84

Hình 6.25 Máy sau khi hoàn thiện 84

Hình 6.26 Trái cây dùng được làm thực nghiệm 89

Hình 6.27 Quả cà chua có khối lượng lớn hơn 70g 90

Hình 6.28 Quả cà chua có khối lượng nhỏ hơn 70g 90

Hình 6.29 Hình ảnh sau khi phân loại quả cà chua 90

Hình 6.30 Quả cam có khối lượng lớn hơn 100g 91

Hình 6.31 Quả cam có khối lượng nhỏ hơn 100g 91

Hình 6.32 Hình ảnh sau khi phân loại quả cam 92

Hình 6.33 Hình ảnh quả mận có khối lượng nhỏ hơn 25g 92

Hình 6.33 Hình ảnh quả mận có khối lượng lớn hơn 25g 93

Hình 6.34 Hình ảnh sau khi phân loại quả mận 93

Hình 6.35 Hình ảnh quả chanh có khối lượng nhỏ hơn 35g 94

Hình 6.36 Hình ảnh quả chanh có khối lượng lớn hơn 35g 94

Hình 6.37 Hình ảnh quả chanh sau khi phân loại 94

Hình 6.38 Hình ảnh quả táo có khối lượng nhỏ hơn 35g 95

Hình 6.39 Hình ảnh quả táo có khối lượng lớn hơn 35g 95

Hình 6.40 Hình ảnh quả táo có khối lượng lớn hơn 35g 96

xiv Mạch điều khiển [10] 103

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

UAV Unmanned Aerial Vehicle

CNC Computerized Numerical Control

CAD Computer Aided Design

AGV Automation Vehicle Guide

PLC Programmable Logic Controller

1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngành phân loại sản phẩm đóng góp rất nhiều cho ngành công nghiệp và ngành cơ khí bằng cách cung cấp các giải pháp và công nghệ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm và tăng hiệu suất

Phân loại sản phẩm có thể cung cấp các hệ thống tự động hóa và máy móc giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thời gian và chi phí lao động, cũng như tăng năng suất

Các hệ thống phân loại sản phẩm có khả năng kiểm tra chất lượng sản phẩm với độ chính xác cao, giúp ngăn chặn sự cố và lỗi sản xuất, từ đó cải thiện uy tín của sản phẩm

Các công nghệ phân loại sản phẩm tiên tiến giúp tăng cường hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong quy trình sản xuất, nhờ việc loại bỏ hoặc giảm thiểu lãng phí

Ngành phân loại sản phẩm cung cấp các giải pháp linh hoạt và đa dạng, từ các

hệ thống phân loại tự động đến phần mềm điều khiển, giúp các doanh nghiệp thích nghi và đáp ứng được yêu cầu thị trường đa dạng

Các công nghệ phân loại sản phẩm có thể giúp tăng cường an toàn lao động và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường trong quy trình sản xuất

Đài xoay 2 bậc tự do có nhiều ứng dụng vào máy móc công nghiệp như CNC, UAV và sử dụng ngày càng nhiều cho ngành phân loại và cung ứng hàng hoá sản phẩm logistic

Ngoài ra cơ cấu phân loại còn ứng dụng khá nhiều vào lĩnh vực sản xuất nông nghiệp như phân loại hoa quả, hạt

Với việc có khá nhiều ứng dụng cho công nghiệp, logistic và nông nghiệp nên nhóm chúng em đã quyết định nghiên cứu và chế tạo đài xoay 2 bậc tự do vào việc phân loại hàng hoá theo khối lượng bởi sự phù hợp trong ứng dụng thực tế của nó

và ứng dụng vào việc phân loại hàng hoá theo khối lượng

1.2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

- Mở rộng kiến thức giúp sinh viên sẽ có cơ hội học hỏi và hiểu sâu hơn về công nghệ và tự động hóa trong ngành phân loại

- Sinh viên sẽ có cơ hội áp dụng những kiến thức đã học vào thực tế qua việc thiết kế và chế tạo đài xoay

- Sinh viên sẽ phát triển các kỹ năng thiết kế, chế tạo, và lập trình tự động, từ đó nâng cao khả năng áp dụng và thích ứng với công nghệ mới

- Kinh nghiệm thực tế từ việc tham gia vào dự án này sẽ giúp sinh viên tăng cơ hội tìm kiếm việc làm sau khi tốt nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa và cơ khí đang ngày càng phát triển

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Thiết kế, chế tạo ra đài xoay 2 bậc tự do, có khả năng phân loại sản phẩm dựa theo khối lượng một cách tự động và chính xác

- Tạo ra giải pháp tự động hóa trong việc phân loại sản phẩm, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng suất, giảm giá thành sản phẩm

- Đảm bảo rằng sau khi phân loại sản phẩm vẫn giữ được chất lượng tốt, đồng nhất và chính xác theo từng nhóm khối lượng, từ đó nâng cao giá trị thương hiệu sản phẩm

- Giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công trong quy trình phân loại hàng hoá, từ đó giảm chi phí và giảm giá thành

- Có khả năng áp dụng trong dây chuyền sản xuất tự động hóa và kinh doanh

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

“Đài xoay 2 bậc tự do phân loại trái cây theo khối lượng”

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu về cơ cấu đài xoay 2 bậc tự do có thể bao gồm các khía cạnh kỹ thuật, công nghệ và ứng dụng Dưới đây là một số phạm vi cụ thể mà nghiên cứu này tập trung vào

3

1.5 Các phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Tiến hành nghiên cứu và phân tích các yêu cầu cụ thể của quy trình phân loại sản phẩm theo khối lượng bao gồm yêu cầu về tốc độ, chính xác và khả năng tích hợp vào quy trình sản xuất hiện tại

Phát triển mô hình 3D và mô phỏng để thiết kế đài xoay 2 bậc tự do và hệ thống phân loại sản phẩm Sử dụng phần mềm CAD, Inventor, mô phỏng để tạo ra các mô hình chính xác và hiệu quả

Tiến hành chế tạo các thành phần và linh kiện của đài xoay 2 bậc tự do và hệ thống phân loại sản phẩm theo thiết kế đã được xác định Sau đó, lắp ráp các thành phần này thành một bộ máy hoàn chỉnh

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu

Tiến hành các thử nghiệm và kiểm tra để đảm bảo rằng đài xoay 2 bậc tự do và

hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động đúng như mong đợi

Dựa trên kết quả kiểm tra, tiến hành các điều chỉnh và tối ưu đài xoay 2 bậc tự

do và hệ thống phân loại để đạt được hiệu suất tốt nhất

1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương:

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài

Chương 3: Cơ sở lý thuyết

Chương 4: Phương án thiết kế

Chương 5: Tính toán, thiết kế

Chương 6: Chế tạo thử nghiệm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ BÀI

2.1 Tổng quan về đài xoay

Đài xoay là một thiết bị cơ khí quan trọng và có nhiều ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, thương mại, khoa học, và thậm chí trong cuộc sống hàng ngày Đặc biệt không thể thiếu trong ngành công nghiệp cơ khí hiện đại nói chung và ngành gia công cơ khí chính xác nói riêng, nó giúp xoay chi tiết hoặc

bộ phận máy móc xung quanh một trục cố định để thực hiện các thao tác gia công hoặc kiểm tra từ nhiều góc độ khác nhau Đóng góp vào việc nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất sản xuất, và mở rộng khả năng gia công Việc hiểu rõ và tận dụng hết các lợi ích của đài xoay cơ khí sẽ giúp các doanh nghiệp cơ khí đạt được hiệu quả sản xuất cao nhất và đáp ứng tốt hơn các yêu cầu kỹ thuật ngày càng khắt khe

Hình 2.1: Đài xoay 2 bậc tự do

5

2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động đài xoay

2.2.1 Cấu tạo của đài xoay

Hình 2.2: Cấu tạo của đài xoay

Trục xoay có cơ chế để điều khiển góc quay và đảm bảo độ chính xác trong quá trình gia công, kiểm tra đo lường sản phẩm

- Vòng bi

Để đảm bảo bàn xoay quay mượt mà và giảm ma sát, các vòng bi thường được

sử dụng Vòng bi giúp giảm lực cản và tăng độ bền cho hệ thống

- Cơ cấu điều khiển

Đài xoay có thể được điều khiển bằng tay hoặc bằng động cơ

Đối với đài xoay bằng tay, người sử dụng có thể dễ dàng xoay bàn xoay để điều chỉnh vị trí và góc quay của chi tiết

Đối với đài xoay bằng động cơ, có thể tích hợp với hệ thống CNC để tự động hoá quá trình gia công, từ đó tăng độ chính xác và hiệu suất sản xuất

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của đài xoay

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đài xoay

7

Bộ điều khiển sau khi được cấp điện, sẽ truyền tín hiệu đến động cơ, động cơ hoạt động truyền tỉ số truyền đến bộ truyền động, bộ truyền động làm xoay trục xoay, trục xoay làm đài xoay hoạt động

2.3 Phân loại đài xoay

2.3.1 Phân loại theo cơ cấu truyền động

a Sử dụng cơ cấu bánh răng

Hình 2.4 Đài xoay sử dụng cơ cấu bánh răng

Bàn xoay cơ khí sử dụng cơ cấu truyền động bánh răng là một thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau nhờ vào khả năng điều khiển chính xác chuyển động quay Bánh răng chủ động và bánh răng bị động ăn khớp với nhau, truyền chuyển động quay một cách chính xác và đồng bộ Tỉ

số truyền động giữa các bánh răng có thể được thiết kế để đạt được tốc độ và lực quay mong muốn

Chuyển động quay từ bánh răng bị động được truyền đến trục quay và từ đó truyền đến bàn xoay Điều này cho phép bàn xoay di chuyển theo hướng mong muốn với độ chính xác cao

- Ưu điểm

+ Cơ cấu bánh răng đảm bảo rằng chuyển động quay được truyền một cách chính xác, giúp điều khiển vị trí của bàn xoay một cách hiệu quả

+ Hệ thống bánh răng có khả năng chịu được tải trọng lớn, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu lực quay cao

+ Các thành phần làm từ vật liệu chất lượng độ cứng cao giúp hệ thống hoạt động bền bỉ và ít hỏng hóc

Hình 2.5 Đài xoay sử dụng cơ cấu truyền dây đai

Đài xoay sử dụng bộ truyền dây đai là một giải pháp phổ biến trong các ứng dụng cần truyền động linh hoạt và hiệu quả Bộ truyền dây đai có một số ưu điểm như khả năng giảm chấn động, hoạt động êm ái và dễ dàng bảo trì bảo dưỡng lắp đặt

- Ưu điểm

9

+ Dây đai có khả năng giảm chấn động và hoạt động êm hơn so với các loại truyền động cứng như bánh răng

+ Dây đai và puli dễ dàng thay thế và bảo trì

+ Dây đai có thể điều chỉnh để phù hợp với các khoảng cách trục khác nhau + Đặc biệt khi sử dụng dây đai răng

- Nhược điểm

+ Dây đai có thể bị mài mòn theo thời gian và cần phải thay thế định kỳ

+ Dây đai cần được căng đúng cách để tránh trượt và giảm hiệu suất

+ Dây đai không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền tải cao hoặc chính xác tuyệt đối

c Sử dụng trục vít

Hình 2.6 Đài xoay sử dụng bộ truyền bánh vít

Đài xoay sử dụng bộ truyền bánh vít là một thành phần cơ khí thường được sử dụng trong các máy công cụ và thiết bị yêu cầu điều khiển vị trí chính xác và khả năng chịu tải lớn

- Ưu điểm

+ Khả năng tự khóa tốt

+ Tỉ số truyền lớn, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu điều khiển chính xác và tốc độ chậm

- Nhược điểm

+ Hiệu suất không cao do ma sát lớn

+ Yêu cầu bôi trơn tốt và bảo dưỡng thường xuyên

d Sử dụng xích và đĩa xích

Hình 2.7 Đài xoay sử dụng xích và đĩa xích

Đài xoay sử dụng xích và đĩa xích là một loại cơ cấu xoay trong các hệ thống

cơ khí, trong đó xích và đĩa xích được sử dụng để truyền chuyển động quay Loại cơ cấu này thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tải trọng lớn và độ bền cao

11

+ Nếu không được điều chỉnh đúng cách, xích có thể trượt trên đĩa xích, làm giảm hiệu suất truyền động

e Sử dụng thuỷ lực khí nén

Hình 2.8 Đài xoay sử dụng thủy lực hoặc khí nén

Đài xoay sử dụng thủy lực hoặc khí nén là một loại cơ cấu xoay trong công nghiệp được sử dụng rộng rãi để cung cấp chuyển động xoay một cách chính xác và điều khiển được trong các ứng dụng công nghiệp Cơ cấu này thường được áp dụng trong các hệ thống tự động hóa và các ứng dụng yêu cầu khả năng nâng hạ hoặc xoay một góc lớn

- Ưu điểm

+ Tạo ra lực quay mạnh mẽ và chính xác

+ Hoạt động ổn định và hiệu suất cao

+ Khả năng điều chỉnh lực quay dễ dàng

- Nhược điểm

+ Cần hệ thống bơm và đường ống phức tạp

+ Có thể bị rò rỉ dầu gây ô nhiễm môi trường

+ Chi phí bảo trì và vận hành cao

2.3.2 Phân loại theo phương thức điều khiển

Điều khiển hở: Trong hệ thống không có hồi tiếp các thông số làm việc của đài xoay Cơ cấu truyền động trong loại điều khiển này được truyền động theo bước Các

động cơ DC thường, động cơ thủy lực, khí nén,… thường được dùng trong điều khiển

2.3.3 Phân loại theo số bậc tự do

Các loại đài xoay cơ khí có thể được phân loại theo bậc tự do (Degrees of Freedom - DOF) là một cách để mô tả khả năng xoay của chiếc đài xoay quanh các trục khác nhau Dựa trên số bậc tự do, chúng ta có thể chia đài xoay thành các loại

a Đài xoay 1 bậc tự do

Hình 2.9 Đài xoay 1 bậc tự do

Đài xoay cơ khí 1 bậc tự do là một thiết bị cơ khí cho phép chuyển động quay theo một trục duy nhất Đây là một phần quan trọng trong các hệ thống tự động hóa và trong gia công cơ khí, nơi nó được sử dụng để xoay và vị trí hoá các chi tiết để gia công một cách chính xác và hiệu quả

13

+ Chỉ có thể định vị và gia công các chi tiết theo một trục duy nhất

+ So với các loại đài xoay đa bậc tự do, nó có hạn chế trong khả năng gia công

+ Chỉ có thể định vị và gia công các chi tiết theo một trục duy nhất

+ So với các loại đài xoay đa bậc tự do, nó có hạn chế trong khả năng gia công

từ nhiều góc độ khác nhau

c Đài xoay 3 bậc tự do

Hình 2.11 Đài xoay 3 bậc tự do

Đài xoay cơ khí 3 bậc tự do là một thiết bị cơ khí cho phép chuyển động xoay theo ba trục độc lập nhau Đây là một công cụ quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công và sản xuất, nơi nó được sử dụng để vị trí hoá và gia công các chi tiết từ nhiều góc độ khác nhau

- Ưu điểm

+ Cho phép gia công các chi tiết từ nhiều góc độ khác nhau, nâng cao hiệu suất sản xuất

+ Đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình gia công

+ Giảm thiểu thời gian chuyển đổi và tối đa hóa năng suất

- Nhược điểm

+ Có thể đắt đỏ do tính năng và độ chính xác cao

+ Để vận hành và bảo trì hiệu quả

15

d Đài xoay 4 bậc tự do và nhiều hơn 4 bậc

Hình 2.11 Một số đài xoay 4 bậc tự do và nhiều hơn 4 bậc

Đài xoay cơ khí 4 bậc tự do và nhiều hơn 4 bậc là một thiết bị phức tạp trong các

hệ thống công nghiệp, cho phép chuyển động quay và điều chỉnh theo bốn trục hoặc nhiều hơn, hoạt động độc lập nhau Điều này mang lại khả năng vị trí hóa và gia công các chi tiết từ nhiều góc độ và vị trí khác nhau, nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt trong sản xuất

2.4 Ứng dụng của đài xoay

Hình 2.12 Ứng dụng của đài xoay trong công nghiệp sản xuất

Công nghiệp sản xuất: Trong ngành công nghiệp sản xuất, cơ cấu đài xoay có thể được sử dụng để tăng cường linh hoạt và hiệu suất trong việc lắp ráp sản phẩm Các

robot hoặc máy móc có thể được gắn trên các cơ cấu xoay này để di chuyển tự do và thực hiện các tác vụ như lắp ráp, hàn, hoặc kiểm tra chất lượng

Hình 2.13 Ứng dụng của đài xoay trong Y tế và chăm sóc sức khỏe

Trong lĩnh vực y tế, cơ cấu đài xoay có thể được sử dụng trong các thiết bị hỗ trợ như máy CT hoặc máy MRI để điều chỉnh vị trí của bệnh nhân một cách chính xác và linh hoạt Điều này giúp cải thiện chẩn đoán và điều trị cho bệnh nhân

Hình 2.14 Ứng dụng của đài xoay trong xây dựng và xây lắp

17

Đài xoay được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng công trình như tòa nhà, cầu đường, và các công trình dân dụng và công nghiệp khác Chúng giúp di chuyển và nâng các vật liệu nặng, máy móc và thiết bị trong quá trình xây dựng

Hình 2.15 Ứng dụng của đài xoay trong cảng biển và logistics

Tại các cảng biển và các khu vực logistics, đài xoay được sử dụng để xếp dỡ và vận chuyển, phân loại hàng hóa sản phẩm theo khối lượng từ dây chuyền sản xuất nhập liệu vào nhà kho bến bãi, tàu ra bờ và ngược lại Đây là một phần quan trọng của quá trình vận chuyển lưu trữ hàng hóa quốc tế và nội địa

2.5 Tình hình phát triển trong và ngoài nước

2.5.1 Nghiên cứu và phát triển đài xoay trong nước

Nhìn chung, nghiên cứu và ứng dụng đài xoay ở Việt Nam vẫn còn nhiều hạn chế, nổi bật là những vấn đề sau:

Ở Việt Nam hiện nay, vấn đề nghiên cứu thiết kế, chế tạo và điều khiển đài xoay đặc biệt là đài xoay hạn chế 2 bậc tự do còn đang gặp rất nhiều khó khăn, hạn chế do

sự tiếp cận nền khoa học công nghệ muộn hơn so với các nước phát triển, bên cạnh đó

do nguồn vật liệu cũng như trình độ gia công chế tạo ở nước ta chưa có độ chính xác cao nên rất khó cho việc chế tạo ra đài xoay hoàn chỉnh chạy với tốc độ cao

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là một trong những đơn vị hàng đầu tại Việt Nam trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển công nghệ Trong đó, các dự án nghiên cứu về đài xoay là một phần quan trọng, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu suất

của các hệ thống cơ khí chính xác Dưới đây là một số thông tin về các dự án nghiên cứu đài xoay của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội:

Hình 2.16 Cánh tay robot chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển – Tự động (Trường Đại

19

2.5.2 Nghiên cứu và phát triển đài xoay ngoài nước

Các nước phát triển đã đạt được nhiều thành tựu nổi bật trong lĩnh vực nghiên cứu và chế tạo đài xoay, đặc biệt là trong việc ứng dụng công nghệ tiên tiến để nâng cao hiệu suất và độ chính xác Những ứng dụng áp dụng nhiều cho ngành chế tạo máy CNC:

Ở Đài Loan, hiện Đài Loan là một quốc gia sản xuất máy công cụ nổi tiếng thế giới, "Đài Loan không chỉ cung cấp dịch vụ theo yêu cầu 24 giờ chất lượng và hiệu quả về mặt chi phí mà còn hợp tác với khách hàng để giải quyết nhiều vấn đề khác nhau có thể phát sinh hiện tại và trong tương lai Với sự kết hợp nhiều trục chính Đài Loan có thể gia công 1 chi tiết với hình dạng phức tạp với một thời gian ngắn với độ chính xác cao

Hình 2.18 Máy gia công nhiều trục chính của Kaihong Machinery

Ở Nhật Bản, máy sử dụng cơ cấu đài xoay được chế tạo bởi thân đúc bằng gang cao cấp nhất, các bề mặt lắp ghép được cạo rà bằng tay kỹ lưỡng giúp hấp thụ rung động tốt, cứng vững, bền bỉ và độ chính xác cao được duy trì lâu dài

Hình 2.19 Máy phay CNC Mycenter 4Xid KITAMURA Nhật Bản

Ở Đức, DMG Mori là một trong những tập đoàn hàng đầu thế giới trong lĩnh vực sản xuất máy công cụ, đặc biệt là máy tiện và máy phay CNC có hệ thống điều khiển CNC tiên tiến, kết hợp với phần mềm của Siemens để tạo ra các đài xoay có khả năng

tự động hóa cao, giảm thiểu sự can thiệp của con người

Hình 2.20 Sản phẩm CTX Beta 1250 4A của Công Ty DMG MORI

2.6 Nghiên cứu về phân loại sản phẩm theo khối lượng

2.6.1 Vì sao cần phân loại sản phẩm theo khối lượng

Phân loại các sản phẩm mặt hàng theo khối lượng là một yếu tố quan trọng trong quản lý kho hàng, logistics, và kinh doanh Giúp các công ty doanh nghiệp quản lý không gian kho hiệu quả

Sắp xếp các sản phẩm theo khối lượng giúp tối ưu hóa không gian kho, đảm bảo không gian được sử dụng một cách hợp lý, đặc biệt là khi lưu trữ các mặt hàng có khối lượng lớn và nhỏ trong cùng một kho

Đảm bảo an toàn, phân loại theo khối lượng giúp đảm bảo an toàn trong kho, tránh việc xếp chồng các sản phẩm nặng lên sản phẩm nhẹ, gây hỏng hóc hoặc nguy hiểm cho nhân viên

Giảm chi phí vận chuyển, giúp lựa chọn phương tiện vận chuyển phù hợp, tối ưu hóa việc sử dụng không gian trên các phương tiện vận tải và giảm chi phí vận chuyển Tăng hiệu quả xử lý, nhân viên kho có thể dễ dàng nhận biết và xử lý các mặt hàng dựa trên khối lượng, giúp tăng hiệu quả trong các công đoạn như nhận hàng, xếp

2.6.2 Phương pháp phân loại sản phẩm theo khối lượng

 Phân loại bằng phương pháp thủ công

Phương pháp phân loại thủ công là dùng cân để cân khối lượng sản phẩm, từ đó biết các sản phẩm không đạt khối lượng và đạt khối lượng sau đó phân loại thành từng khu riêng biệt việc làm này tốn rất nhiều thời gian và nhân lực qua đó gây thiệt hại về kinh tế cho doanh nghiệp

 Phân loại sản phẩm bằng phương pháp tự động

a Phân loại sản phẩm theo mã vạch, mã QR code

Phân loại sản phẩm theo mã vạch được sử dụng rất phổ biến hiện nay Dây chuyền sorting được sử dụng để phân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dán mã vạch barcode, mã QR

Với các thông tin lưu trữ trên mã vạch dán trên sản phẩm, hệ thống có thể dễ dàng sàng lọc và lựa chọn, gom sản phẩm vào các vị trí tập kết (hub) theo yêu cầu đặt

ra như:

Sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo lô sản xuất, ngày sản xuất, model Bưu phẩm, bưu kiện đơn hàng chuyển phát nhanh: phân loại theo ngày lên đơn, cách thức đóng gói, địa điểm giao hàng, hàng chuyển nhanh hay tiêu chuẩn

Sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm…

Các hộp, thùng hàng được đặt lên băng tải phân loại bởi công nhân hoặc cánh tay robot cộng tác, robot xếp hàng lên pallet từ băng tải cấp hoặc xe tự hành AGV trong các nhà máy thông minh