Luanvan Nguyen Quang Hung 1411613

LỜI CẢM ƠN “Một năm khởi đầu từ mùa xuân, đời tuổi trẻ” (Hồ Chí Minh) Tuổi trẻ thời gian tươi đẹp người May mắn thay, tuổi trẻ em đầy kỉ niệm với ngơi trường có bề dày truyền thống miền Nam, trường Đại học Bách khoa TP.HCM Để đây, sau năm ngồi giảng đường, khoảng trời kỉ niệm khép lại Luận văn tốt nghiệp đại học với đề tài “Điều khiển tay máy bậc tự gắp hộp sữa” Thực tế cho thấy, khơng có thành công không gắn liền với giúp đỡ, hỗ trợ người khác, dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp Trong suốt khoảng thời gian học trường đến nay, đặc biệt giai đoạn thực đề tài luận văn này, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cơ, gia đình bạn bè xung quanh Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, đầu tiên, em xin gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường Đại học Bách khoa TP.HCM nói chung quý thầy thuộc mơn Cơ khí-Cơ điện tử nói riêng truyền đạt cho em kiến thức quý báu văn hóa sống làm việc khoa học Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Tiến sĩ Lê Thanh Hải, người thầy trực tiếp hướng dẫn có lời bảo tận tình để em hồn thành trọn vẹn đề tài Con xin cảm ơn ba mẹ bên, động viên lúc khó khăn Ba mẹ động lực, gương để phấn đấu vươn lên Con xin cảm ơn với thành tâm Cảm ơn bạn bè xung quanh, đặc biệt bạn phòng hỗ trợ, lỗi sai vẽ, thiết kế đề tài Cuối cùng, kiến thức kinh nghiệm thực tế hạn hẹp, thời gian gấp rút, luận văn khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót Rất mong q thầy đóng góp giúp em sửa chữa, hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12/2018 Nguyễn Quang Hưng i TĨM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, với phát triển khoa học kĩ thuật, tự động hóa cơng nghiệp ngày doanh nghiệp quan tâm Thực tế cho thấy việc lặp lặp lại công đoạn định thời gian dài khiến nhân công trở nên mệt mỏi không đảm bảo suất xác Do việc sử dụng máy móc tự động, đặc biệt tay máy cơng nghiệp để thay người trở nên phổ biến Luận văn tập trung nghiên cứu điều khiển tay máy gắp vật cố định, chọn hộp sữa, dùng cảm biến vật cản hồng ngoại để nhận diện Tìm hiểu điều khiển tay máy bậc tự do, sử dụng phận công tác bơm hút khí nén thay cho tay gắp để tăng độ cứng vững di chuyển Tiến hành di chuyển vật trường hợp thực tế đánh giá sai số thực nghiệm Luận văn tổ chức thành chương liệt kê đây: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phân tích lựa chọn phương án Chương 3: Thiết kế mơ hình khí tính tốn động học Chương 4: Thiết kế hệ thống điện Chương 5: Xây dựng giải thuật chương trình điều khiển Chương 6: Thực nghiệm đánh giá sai số Chương 7: Đánh giá kết hướng phát triển đề tài ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i TÓM TẮT LUẬN VĂN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan công đoạn xếp hộp sữa thành phẩm nhà máy : .1 1.2 Tổng quan robot công nghiệp: 1.2.1 Phân loại robot: 1.2.2 Đặc điểm robot: 1.2.3 Xu phát triển robot: 1.3 Mục tiêu, nhiệm vụ phạm vi đề tài: 1.3.1 Mục tiêu: 1.3.2 Nhiệm vụ: 1.3.3 Phạm vi thực hiện: 1.4 Tổ chức luận văn: CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 2.1 Thiết kế khí: 2.1.1 Kết cấu tay máy: 2.1.2 Hệ thống truyền động tay máy: .12 2.1.3 Bộ phận truyền động: .14 2.1.4 Cơ cấu công tác: .16 2.2 Phần điện: 17 2.2.1 Mạch điều khiển: 17 iii 2.2.2 Bộ phận tín hiệu: 19 2.3 Phần điều khiển: .22 2.3.1 Cấu trúc điều khiển: 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH CƠ KHÍ VÀ TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC .24 3.1 Thiết kế mô hình khí: 24 3.1.1 Thông số đầu vào tay máy: 24 3.1.2 Bậc tự tay máy: .24 3.1.3 Tính tốn lựa chọn kích thước khâu: 26 3.1.4 Tính tốn lựa chọn động cho khâu: .27 3.1.5 Bản vẽ tay máy hoàn chỉnh: .39 3.2 Tính tốn động học cho tay máy: 39 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN 45 4.1 Sơ đồ hệ thống điện: 45 4.2 Module điều khiển: 46 4.3 Khối động lực: .48 4.4 Khối chấp hành: .49 4.5 Khối tín hiệu: 50 4.6 Khối nguồn: 51 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 53 5.1 Xây dựng giải thuật điều khiển tay máy: .53 5.1.1 Hoạt động tay máy : 53 5.1.2 Giải thuật điều khiển tay máy: 53 5.2 Xây dựng chương trình điều khiển tay máy: 56 iv CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ SAI SỐ 59 6.1 Yêu cầu thực nghiệm : 59 6.2 Lắp ráp tay máy hoàn chỉnh: 59 6.3 Vận hành thử nghiệm: 60 6.4 Kiểm tra đánh giá sai số: 63 CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 64 7.1 Đánh giá kết đạt được: 64 7.2 Hướng phát triển đề tài 65 PHỤ LỤC 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 v DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cơng nhân xếp sữa nhà máy Hình 2.1 Robot kiểu tọa độ Đề Hình 2.2 Robot kiểu tọa độ trụ .8 Hình 2.3 Robot dạng tọa độ cầu .9 Hình 2.4 Tay máy kiểu SCARA .9 Hình 2.5 Tay máy kiểu Delta 10 Hình 2.6 Ứng dụng tay máy Delta công nghệ in 3D 10 Hình 2.7 Tay máy kiểu Palletizer 11 Hình 2.8 Robot kiểu tay người .11 Hình 2.9 Tay máy truyền động thủy lực 12 Hình 2.10 Tay máy sử dụng hệ thống truyền động khí nén 13 Hình 2.11 Tay máy truyền động điện 13 Hình 2.12 Động DC 14 Hình 2.13 Động bước .15 Hình 2.14 Động RC servo 15 Hình 2.15 Cơ cấu tay gắp .16 Hình 2.16 Cơ cấu đầu hút .17 Hình 2.17 Một số loại vi điều khiển thơng dụng 18 Hình 2.18 Các loại Arduino thông dụng .18 Hình 2.19 Một PLC phổ biến (S7-1200) 18 Hình 2.20 Cảm biến siêu âm (trái) cảm biến hồng ngoại (phải) 19 Hình 2.21 Hiện tượng Forecasting bề mặt vật khơng phẳng 20 Hình 2.22 Hiện tượng đọc chéo 20 Hình 2.23 Phương pháp Edge Detection 21 vi Hình 2.24 Phương pháp Floor Finder 22 Hình 2.25 Cấu trúc điều khiển tập trung .22 Hình 2.26 Cấu trúc điều khiển phân cấp .23 Hình 3.1 Mơ hình động học tay máy 25 Hình 3.2 Sơ đồ tay máy 26 Hình 3.3 Vị trí đặt đầu hút (miếng hút nằm ngang, lực thẳng đứng) 27 Hình 3.4 Bộ công tác đầu hút gồm bơm, van, đầu hút ống dẫn .31 Hình 3.5 Khâu 31 Hình 3.6 Sơ đồ phân bố lực khâu 32 Hình 3.7 Động MG996R 33 Hình 3.8 Khâu 34 Hình 3.9 Sơ đồ phân bố lực khâu khâu .34 Hình 3.10 Khâu 35 Hình 3.11 Sơ đồ lực phân bố khâu .36 Hình 3.12 Khâu 37 Hình 3.13 Sơ đồ lực phân bố khâu khâu 37 Hình 3.14 Bản vẽ tay máy 39 Hình 3.15 Sơ đồ trục tọa độ tay máy 40 Hình 3.16 Sơ đồ cấu tay máy 43 Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống điện tay máy 45 Hình 4.2 Board arduino UNO R3 46 Hình 4.3 Sơ đồ chân Arduino UNO Chip ATmega328 48 Hình 4.4 Module 16 kênh PWM PCA9685 49 Hình 4.5 Module relay kênh 49 Hình 4.6 Module vật cản hồng ngoại 50 vii Hình 4.7 Nguyên lý truyền nhận tia hồng ngoại 51 Hình 4.8 Module XL4005 51 Hình 4.9 Nguồn tổ ong 5V/40A 52 Hình 5.1 Sơ đồ giải thuật điều khiển tay máy 54 Hình 5.2 Dừng chương trình xử lý lỗi .55 Hình 5.3 Các module sử dụng 56 Hình 5.4 Mơi trường IDE Arduino 56 Hình 5.5 Sơ đồ giao tiếp I2C 57 Hình 5.6 Sự truyền thay đổi liệu xung clock 58 Hình 5.7 Điều kiện bắt đầu kết thúc truyền liệu 58 Hình 6.1 Tay máy sau lắp ráp hồn chỉnh 59 Hình 6.2 Hệ thống điện tay máy 60 Hình 6.3 Định vị vị trí tay máy .61 Hình 6.4 Đưa tay máy vị trí chờ 61 Hình 6.5 Xoay hộp sữa 900 62 Hình 6.7 Đưa hộp sữa vị trí xác định nhả 62 viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng lực nâng lý thuyết miếng hút 28 Bảng 3.2 Lưu lượng cần thiết bơm theo đường kính miếng hút 29 Bảng 3.3 Thông số bơm SC3704PM .30 Bảng 3.4 Thông số van điện từ 0520F 30 Bảng 3.5 Bảng thông số D-H tay máy 40 Bảng 4.1 Thông số làm việc 47 Bảng 6.1 Bảng sai số tay máy 63 ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trong thập niên trở lại đây, với yêu cầu cao thị trường số lượng chất lượng sản phẩm , trình sản xuất nhà máy phải đạt suất độ xác cao Để giải vấn đề này, việc áp dụng tự động hóa vào sản xuất thay lao động thủ công dần trở nên rộng rãi, kể doanh nghiệp vừa nhỏ Trong đó, đa số phải kể đến đóng góp to lớn robot công nghiệp 1.1 Tổng quan công đoạn xếp hộp sữa thành phẩm nhà máy : Xếp sữa thành phẩm thành lốc xếp vào thùng cơng đoạn quy trình sản xuất sữa nhà máy Xếp sữa thành lốc tiết kiệm khơng gian chứa mà cịn giúp kiểm sốt sản lượng sản xuất Ngoài việc xếp hướng cịn tăng độ thẩm mỹ, kích thích nhu cầu sử dụng sản phẩm người tiêu dùng Trên thực tế nay, công đoạn xếp sữa thường công nhân thực thủ công Việc lặp lặp lại chu trình cơng việc thời gian dài khiến công nhân dễ tập trung nhầm lẫn Do việc sử dụng robot thay giúp tăng suất độ xác sản xuất Hình 1.1 Cơng nhân xếp sữa nhà máy 1.2 Tổng quan robot công nghiệp: Ngay từ xa xưa, người có mong muốn chế tạo cỗ máy mơ giống để phục vụ cho thân ... phục vụ cho thân CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Trải qua trình nghiên cứu phát triển , ý tưởng robot nói chung robot cơng nghiệp nói riêng dần bổ sung hồn thiện Năm 1961, robot công nghiệp xuất lần đầu