đồ án tính toán thiết kế hệ thống cơ điện tử

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Khái lược lịch sử phát triển ngành điện tử Cơ điện tử thuật ngữ lĩnh vực khoa học công nghệ giao khí với kỹ thuật điện tử, điều khiển hệ thống công nghệ thông Từ điện tử tiếng anh mechatronics viết tắt từ ghép mechanics electronics người Nhật sử dụng vào năm 1975 việc điều khiển động điện máy tính Thuật ngữ sau trở nên phổ biến Nhật nhanh nhiều nước giới sử dụng Nhìn chung điện tử coi ngành thích hợp đối tượng tồn môn quan theo hình thức khác với truyền thống phát triển ngành học 1.2 Ứng dụng robot công nghiệp sản xuất tự động Từ đời hệ thống phân loại sản phẩm áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu sản xuất tăng rõ rệt Mục tiêu ứng dụng hệ thông phân loại san phẩm nhằm góp phần nâng cao xuất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh cũa sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động Đạt mục tiêu nhờ vào khả to lớn hệ thống phân loại sản phẩm Cánh tay robot làm việc dây chuyền sản xuất xe Ngày xuất nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm may CNC với Robot công nghiệp, dây chuyền đạt mức tự động hóa cao…ở máy Robot điều khiển hệ thống chương trình Ngoài phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật Robot đươc sử dụng việc vượt khả người phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, nâng cao xuất lao động, giảm nhẹ cho người công việc nặng nhọc lắp ráp oto, vận chuyển hang hóa tránh tieps xúc chất độc hại công nghiệp hàn sơn Hệ thống sản xuất đĩa CD công ty Bluray Nhà máy FORD đươc trang bị dây chuyền sơn linh hoạt tiên tiến giới tất cấu trúc xe sơn robot để dạt độ xác đồng cao Với thiết bị kiệm định phương pháp quản lí chất lượng đại Nhật Bản, kích cỡ thiêt bị gá lắp điều chỉnh để đảm bảo chất lượng tốt cho than xe ráp Tuy nhiên nhược điểm lớn Robot chưa linh hoạt người, dây chuyền tự động, có Robot bị hỏng cỏ thể làm ngưng hoạt động dây chuyền, Robot hoạt động giám sát 1.3 Giới thiệu đề tài Phân loại sản phẩm công đoạn phân biệt sản phẩm có đặc điểm khác hình dáng, kích thước, chiều cao, màu sắc,… từ loại sản phẩm không đạt yêu cầu để nâng cao chất lượng sản phẩm phân chia nhiều loại sản phẩm có đặc điểm khác vào chung chỗ dây chuyền sản xuất tự động công nghiệp để dễ vận chuyển đóng gói,… công đoạn sau Tuy nhiên, việc chọn phương thức phân loại cho sản phẩm lại phụ thuộc vào nhiệm vụ hệ thống nên trước thiết kế chế tạo mô hình cần phân tích xác định kỹ lưỡng nhiệm vụ toàn hệ thống phận 1.4 Nôi dung, ý nghĩa, mục đích đề tài Trong thưc tế, dây chuyền sản xuất tự động công nghiệp bao gồm nhiều khâu, công đoạn gồm nhiều thiết bị, cấu khác Tuy nhiên tốn nhiêu thời gian sản xuất việc đầu tư trang thiết bị nhiều gây tốn chiếm nhiều không gian nhà máy sản kiệm tối đa thời gian để hoàn thành sản phẩm Cho nên hệ thống phân loại sản phẩm cần thiết Cánh tay robot làm việc với băng chuyền máy tính.xuất Vấn đề đặt giảm khâu công đoạn sản xuất dây chuyền sản xuất tự động công nghiệp tiết Vì vậy, đề tài: Hệ thống cấp phôi lấy phân loại sản phẩm kim loại phi kim ví dụ kết hợp việc lấy phôi phân loại sản phẩm Đồng thời phối hợp làm việc robot với băng chuyền, qua thiết lập chương trình điều khiển để thay đổi hoạt động robot CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG: - Thiết kế lệnh paint window: Hình 2.1: Mô hình hóa hệ thống phân loại sản phẩm 1- Băng chuyền 2- Băng chuyền phụ 3- Cánh tay robot 4- Bộ phận điều khiển 5- Cảm biến từ 6- piston đẩy vật kim loại - Cảm biến vật thể 8- Thùng chứa vật kim loại 9- Thùng chứa vật phi kim - Nguyên lý làm việc: Vật thể chuyển băng chuyền Khi đến nơi chuyển tiếp, cảm biến xác nhận vật thể xác định vật, làm băng chuyền ngừng hoạt động Vật thể bị piston đẩy vào khu vực cảm biến từ để xác định vật kim loại hay phi kim Sau xác định xong ,nếu kim loại cánh tay robot đưa vật tới băng chuyền phụ, phi kim ném vật vào thùng chứa vật phi kim 2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC THÀNH PHẦN: Vật thể khối hình lập phương có kích thước cạnh a=3 cm 2.2.1 Tính toán băng chuyền: a) kích thước: đơn vị cm a1) Băng chuyền : Hình 2.2:sơ đồ kích thước băng chuyền a2) Băng chuyền phụ: b) Tính toán động học: Băng chuyền hoạt động nhờ lực kéo động , qua truyền đai b1) Tính truyền đai: D1: Đường kính bánh đai dẩn (cm) D2: Đương kính bánh đai bị dẩn (cm) Công thức tính truyền bánh đai: i: hệ số truyền động đai n1: số vòng quay động (vòng/phút) n2: Số vòng quay bánh đai bị dẩn (vòng/phút) b2) Tính vận tốc băng chuyền:(m/s) b2) Tính động dẩn động: - Ta chọn động KGC-3448 chiều nguồn 24v, tốc độ 48 vòng/phút, công suất 17w Momen xoắn cực đại 2.5N.m Khối lượng 250g, đường kính trục 6mm Hệ số giảm tốc 50:1 - Nguyên lý làm việc động cho điện áp chiều U vào hai chuổi điện A B, Trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư, dẩn có dong điện nằm từ trường nam châm vĩnh cửu chịu lực Fđt tác động làm cho roto quay Chiều lực xác đinh theo quy tắc bàn tay trái Phương trình điện áp : U=Eư+RưIư Trong đó: E:sức phản kháng điện I:dòng điện dây quấn phần ứng R:điện trở dây quấn phần ứng U:điện áp đưa vào Phương trình sức điện đọng động điện chiều : F= Trong đó: P:số đôi cực từ N:số dẩn tác dụng cuộn dây phần ứng :số đôi cực nhánh song song cuộn dây n:tốc độ quay (vòng/phút) :từ thông kích từ cự từ(Wb) Momen điện từ động cơ: Mdt = Động chiều 2.2.2 TÍNH TOÁN CÁNH TAY ROBOT: a) kích thước: đơn vị cm a1) kích thước cánh tay robot :(cm) Hình 2.3: sơ đồ cánh tay robot Nguyên lý hoạt động: sau cảm biến xác nhận vật liệu kim loại phi kim, cảm biến gửi tín hiệu cho vi điều khiển, vi điều khiển tác động rơ le đóng động kẹp vật động bước cánh tay robot đưa vật thể đến nơi chứa Khi đến nơi a2) cấu kẹp: Hình 2.4: sơ đồ cấu kẹp vật Trong : 1- động bước kẹp 2- cấu biến đổi 3- dây đàn hồi 4-tay kẹp vật 5- dây kẹp Nguyên lý làm việc: cấu chưa hoạt động dây đàn hồi giử tay kẹp trạng thái mở, có lệnh từ vi điều khiển Động kẹp xoay qua biến đổi kéo dây kẹp làm khép tay kẹp kẹp giử vật Khi cánh tay đến nơi thả vật, động kẹp quay ngược lại nhr vật a3) bậc tự robot: Là số khả chuyển động cấu (rotate / translate), để dịch chuyển vật thể không gian cấu chấp hành robot phải đạt số bậc tự Nhưng để đảm bảo robot hoạt động hệ cua robot phải cấu hở Theo giáo trình robot công nghiệp – ts Phạm đăng phước ta có công thức xác định số bậc tư robot là: W=6.n-∑i.pi Với: n: số khâu động Pi: số khớp loai i I: số bậc tự bị hạn chế Với cấu đươc nối vơi băng khớp tịnh tiến số bậc tự khâu động Với cấu hở số bậc tự tổng số bậc tự khớp vậy, để định vị, hướng khâu cấu chấp hành cuối không gian robot cần bâc tự do, với bậc để định vị, bậc để định hướng nhiên robot thực số chuyển động dơn giản yêu cầu số bậc tự Từ công thức ta xác định số bậc tự cho cánh tay robot sau: Cánh tay robot có n=2 khâu động Số bậc tự bị hạn chế khớp quay 5, để lại bậc tự quay quanh trục z Số bậc tự bị hạn chế khớp quay 5, để lại bậc tự tịnh tiến theo phương z Vì khớp khớp loại Ta có: pi=2; i=5 Nên số bậc tự cánh tay robot là: W=6.2-2.5=2 Do cánh tay robot có bậc tự b) tính động học: b1) truyền bánh răng: cấu tạo:- Gồm bánh chủ động bánh bị động hoạt động nguyên lý ăn khớp - truyền động bánh thược truyền chuyển động hay biến đổi chuyển động nhờ ăn khớp bánh - Tỉ số truyền bánh răng: u -hiệu suất truyền động Trong đó: - n1,n2 số vòng quay hai bánh (vòng/ phút) - d1, d2 kích thước bán kính (cm) - p1,p2 lần lược công suất trục dẩn, trục bị dẩn(W) b2) truyền trục vít bánh vít: cấu tạo: -gồm có trục vít bánh vít, dùng để truyền chuyển động tải trọng hai trục chéo nhờ ăn khớp ren trục vít với bánh vít Trục vít trục dẩn bánh vít bánh bị dẩn - tỷ số truyền, kí hiệu u, u Trong đó: -n1:số vòng quay trục vít,n2 số vòng quay bánh Vít(V/phút) - Hiệu suất truyền động :góc nâng ren trục vít;góc ma sát bề mặt tiếp xúc b3) tính toán động bước ta chọn động lưỡng cực,có đầu ra, mổi cuộn nối cuộn hoạt động nguyên tắc đảo chiều dòng diện qua cuộn dây a,b - Nguyên lý hoạt động: ta đóng dòng điện hai điện cực đối thì, hai điện cực tạo điện trường trái dấu kéo nam châm vinh cửu roto quay - Đổi chiều quay cách lập trình: Nếu dịch bước từ trái sang phải động quay sang phải Nếu dich bước từ phải sang trái động quay sang trái - đổi chiều phần cứng Hinh2.5: mô hình động bước lưỡng cực + điều khiển tốc độ động cơ: • • Trong đó: v- vận tốc động bước(vòng/giây) n-số lần dịch bước t- thời gianđộng thực n lần dịch bước (giây) f- tần số dich bước(Hz) -góc bước dộng cơ(độ) Điều khiển motor lưỡng cực với cầu H: Motor bước lưỡng cực cuộn dây khôn có điểm nên đảo chiều động gặp khó khăn Để đảo chiều từ trường cuộn dây (cũng có nghĩa đảo chiều dòng điện)Phải dùng cấu trúc gọi cầu h Thông thường L1,R1 đóng chế độ thuận l2,R2 đóng chế độ nghịch CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN ĐIÊU KHIỂN 3.1 Sơ lược vi điều khiển Chíp 8051 phổ biến có ROM chíp dạng nhớ Flash Điều lý tưởng phát triển nhanh nhớ Flash xoá vài giây tương quan so với 20 phút mà 8751 yêu cầu Vì lý mà AT89C51 để phát triển hệ thống dựa vi điều khiển yêu cầu đốt ROM mà có hỗ trợ nhớ Flash Tuy nhiên lại không yêu cầu xoá ROM Lưu ý nhớ Flash ta phải xoá toàn nội dung ROM nhằm để lập trình lại cho Việc xoá nhớ Flash thực đốt PROM lý lại không cần đến xoá Để loại trừ nhu cầu đốt PROM hãng Atmel nghiên cứu phiên AT 89C51 lập trình qua cổng truyền thông COM máy tính IBM PC Số kiện linh ROM RAM Châ Timer Ngắt Vcc Đóng n I/O vỏ AT89C51 4K 128 32 5V 40 AT89LV51 4K 128 32 3V 40 AT89C1051 1K 64 15 3V 20 AT89C2051 2K 128 15 3V 20 AT89C52 8K 128 32 5V 40 AT89LV52 8K 128 32 3V 40 Bảng 3: Các phiên 8051 từ Atmel (Flash ROM) Chữ C ký hiệu AT89C51 CMOS Cũng có phiên đóng vỏ tốc độ khác sản phẩm Xem bảng 1.6 Ví dụ để ý chữ “C” đứng trước số 51 AT 89C51 -12PC ký hiệu cho CMOS “12” ký hiệu cho 12 MHZ “P” kiểu đóng vỏ DIP chữ “C” cuối ký hiệu cho thương mại (ngược với chữ “M” quân ) Thông thường AT89C51 - 12PC lý tưởng cho dự án học sinh, sinh viên AT89C5112PC Tốc độ Số chân Đóng vỏ Mục đích 42MHZ 40 DTP Thương mại Bảng 4: Các phiên 8051 với tốc độ khác Atmel  ... dụ kết hợp việc lấy phôi phân loại sản phẩm Đồng thời phối hợp làm việc robot với băng chuyền, qua thiết lập chương trình điều khiển để thay đổi hoạt động robot CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ... 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG: - Thiết kế lệnh paint window: Hình 2.1: Mô hình hóa hệ thống phân loại sản phẩm 1- Băng chuyền 2- Băng chuyền phụ 3- Cánh tay robot 4- Bộ phận... trái Phương trình điện áp : U=Eư+RưIư Trong đó: E:sức phản kháng điện I:dòng điện dây quấn phần ứng R :điện trở dây quấn phần ứng U :điện áp đưa vào Phương trình sức điện đọng động điện chiều : F=