Thiết kế hệ thống cấp bàn chải tự động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRỊNH HOÀI NAM THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP BÀN CHẲI TỰ ĐỘNG DESGIGN THE TOOTHBRUSHES AUTO LOADER SYSTEM Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Mã số: 60520114 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán huớng dẫn khoa học :PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Võ Tường Quân (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS Vố Hoàng Duy (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCMngàyil tháng 12 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hộỉ đồng chấm bảo vệ luận vằn thạc sĩ) PGS TS Nguyên Duy Anh TS Lê Thanh Hải TS Đoàn Thế Thảo PGS TS Vố Tường Quân TS Võ Hoàng Duy Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu cố) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trịnh Hoài Nam MSHV: 1570628 Ngày, tháng, năm sinh: 17/3/1992 .Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số : 60520114 I TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống cấp bàn chải tự động Design the toothbrushes auto loader system NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mục tiêu : Nghiên cứu giải pháp cấp bàn chải tự động cho máy đóng gói Nội dung: - Tìm hiểu tổng quan bàn chải hệ thống đóng gói tự động - Tìm hiểu phương pháp cấp bàn chải khả thi từ xác định nguyên lý cấp - Thiết kế mô giải pháp đề nghị - Thực nghiệm mô giải pháp đề nghị II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài): 10/7/2017 III.NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài): 03/12/2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ vào trang tập thuyết minh LV LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành điện tử với đề tài “Thiết kế hệ thống cấp bàn chải tự động” kết trình cố gắng thân đuợc sụ giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè đồng nghiệp nguời thân Qua trang viết em xin gửi lời cảm ơn tới người giúp đỡ thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua Em xin tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp kiến thức thực tế để để em hồn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp ban lãnh đạo công ty Colgate Palmolive, chi nhánh Mỹ Phước 3, Bình Dương tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học TÁC GIẢ Trịnh Hồi Nam TĨM TẮT LUẬN VĂN Tự động hóa nhu cầu thiết công nghiệp Việt Nam Xuất phát từ nhu cầu thục tế nhà máy Colgate Palmolive Việt Nam, luận văn tập trung giải vấn đề cấp bàn chải tự động cho máy đóng vỉ Đầu kĩ thuật cụ thể cho nghiên cứu đuợc đề xuất dụa khảo sát hệ thống cấp phôi thông dụng, kết hợp với yêu cầu thục tế dây chuyền sản xuất công ty đuợc trình bày phần tổng quan Dụa kết mô phuơng án khả thi, sơ đồ nguyên lý máy đuợc xây dụng Từ toán thiết kế đuợc thục cho phần cơ, điện, điều khiển Thục nghiệm đuợc tiến hành cho phận tách phơi nhằm kiểm chúng tính khả thi giải pháp đề nghị Từ kết thục nghiệm, thiết kế đuợc hiệu chỉnh để đảm bảo mục tiêu đề Kết nghiên cứu đề tài chúng minh tính khả thi giải pháp đuợc đề nghị ABSTRACT Nowadays factory automation is the need of the Vietnam production From the actual demand at the packaging area of the Colgate Palmolive Vietnam factory, the thesis focus on finding solution to design the toothbrushes auto loader system to replace manual human works The requữements, which was given base on researches on common auto feeder system and actual production situation at factory, was written in the Overview chapter After using computer simulation, the machine principle was build and after that, we design the detail 3D mechanism, electrical system and control The experiment was conducted in toothbrush separating and feeding system to ensure the possibility of the design With the simulation result, we remodeling the 3D design to make sure that the machine meets all requữements The result of the research proves that the solution was feasibility LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng thực nghiệm cách khách quan trung thực Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan Các kết chưa công bố nghiên cứu khác HỌC VIÊN Trịnh Hoài Nam MỤC LỤC 2.4.1 Các phương án gắp bàn chải 42 DANH SÁCH HÌNH ẢNH 4.3.2.2 Giải thuật điều khiển băng tải cấp cán đầu vào Hình 4.49 Giải thuật điều khiển băng tải cấp cản đầu vào Bước 1: Kiểm tra động bang tải cố bị tải Đước 2: Kiểm tra động chổi gạt có bị tải Nếu động bị q tải dùng máy, báo còi đèn đò Đước 3: Kiểm tra lượng bàn chải lại phễu, lượng lại mức quy định báo còi đèn vàng phút Sau phút cho dừng máy, báo còi đèn đỏ Đước 4: Nếu khơng cố bàn chải đầu vào Cơ cấu bước băng tải cấp đủ gàu chứa bàn chải sau đố dừng lại chờ 4.3.2.3 Giải thuật điều khiển Ctf cấu step feeder Lưu đồ giải thuật trình bày bên Hình 4.50 ơiảỉ thuật điều khiển Cơ cấu Step feeder Bước 1: Kiểm ưa động có bị tải Bước 2: Kiềm ưa cấu bước có vượt giới hạn hành trình Neu động bị tải hay cấu vuợt giới hạn hành trình dừng máy, báo còi đèn đỏ Buớc 3: Nếu cảm biến báo buớc hên bị thiếu bàn chải sau giây, động cần tăng tốc để cấp thêm bàn chải Nếu luợng bàn chải đuợc trì ổn định động chạy tốc độ thuờng 4.3.2.4 Giải thuật điều khiển Picker robot Buớc 1: Kiểm tra động servo có bị tải Buớc 2: Kiểm tra động servo có vượt giới hạn hành trình Nếu động bị tải hay cấu vượt giới hạn hành trình dừng máy, báo còi đèn đỏ Bước 3: Kiểm tra động servo Home hay chưa Nếu chưa Picker robot phải Home Bước 4: Di chuyển đến bánh Star wheel để lấy bàn chải Bước 5: Khi bánh Star wheel quay đủ góc, dựa vào tín hiệu từ Encoder lắp trục bánh Star wheel, Picker robot đến lấy bàn chải Bước 6: Mang bàn chải sang Băng tải định hướng Bước 7: Khi động servo Băng tải định hướng dừng lại đưa tín hiệu cho Picker robot Lúc Picker robot đặt bàn chải xuống vấu định vị băng tải Hình 4.51 Giải thuật điều khiển Picker robot 4.3.2.5 Giải thuật điều khiển Loader robot Bước 1: Kiểm tra động servo có bị tải Bước 2: Kiểm tra động servo có vượt giới hạn hành trình Nếu động bị tải hay cấu vượt giới hạn hành trình dừng máy, báo còi đèn đỏ Bước 3: Kiểm tra động servo Home hay chưa Nếu chưa Loader robot phải Home Bước 4: Di chuyển đến bánh Trạm định vị cuối (của Băng tải định hướng) để lấy bàn chải Bước 5: Sau định vị xong bàn chải, Trạm định vị cuối đưa tín hiệu cho Loader robot, lúc robot tiến hành lấy bàn chải Bước 6: Mang bàn chải sang máy đóng gói Bước 7: Khi máy đóng gói dừng lại đưa tín hiệu cho Loader robot Lúc Loader robot đặt bàn chải vào vỉ form Hình 4.52 Giải thuật điều khiển Loader robot 4.3.2 Ố Giải thuật điều khiển băng tải đỉnh hướng Đước 1: Kiểm tra động servo có bị tải Nếu động bị q tải dùng máy, báo còi đèn đò Bước 2: Kiểm tra động servo vị trí Home Nếu chưa Đăng tải định hướng cần Home Đước 3: Bằng tải di chuyển 100 mm mang theo bàn chải qua Ưạm chức Bước 4: Khi băng tải dửng cố tín hiệu PLC, trạm chức nằng hoạt động Hình 4.53 Giải thuật điều khiển băng tải định hướng Các trạm chức cố lưu đồ giải thuật sau Xét Trạm phát bàn chải nằm ngược Trạm phát bàn chải nằm úp (do trạm lưu đồ giải thuật giống nhau) Hình 4.54 Giải thuật xác định chiều bàn chải Bước 1: Khi động servo băng tải dừng, xi lanh mang cấu đầu dò xuống để chạm vào bàn chải Bước 2: Khi sensor vị trí phát xi lanh vị trí dưới, đầu dò chạm vào bàn chải can delay khoảng 0,25s để sensor nhận tín hiệu Bước 3: Sau delay, xi lanh lên Bước 4: Khi sensor vị trí phát xi lanh vị trí trên, PLC nhận tín hiệu sẵn sàng để băng tải chuyển động mà không bị va chạm với đầu dò Xét Trạm xoay bàn chải nằm xuôi Bước 1: Khi động servo băng tải dừng, xi lanh nâng lên nâng bàn chải khỏi vấu định vị băng tải Bước 2: Khi sensor vị trí phát xi lanh nâng vị trí trên, xi lanh kẹp giữ bàn chải Bước 3: Khi sensor ngàm kẹp ON, q trình kẹp hồn tất Xi lanh bàn xoay xoay bàn chải 180 độ Bước 4: Khi sensor cuối hành trì xoay ON, q trình xoay hồn tất Xi lanh kẹp mở ngàm kẹp Bước 5: Khi sensor mở ngàm kẹp ON Xi lanh nâng hạ bàn chải xuống vấu định vị băng tải Bước 6: Khi sensor vị trí phát xi lanh nâng vị trí Lúc bàn chải nằm vấu định vị băng tải Bước 7: PLC nhận tín hiệu sẵn sàng để băng tải chuyển động mà không bị va chạm —T~ Xi lanh nâng lên ùa xi lanh nâng o Xi lạnh kẹp giữ bàn chải ensor ngàm kẹp đóng Xi lanh bàn xoay xoay góc 180 độ No Xi lanh kẹp giữ bàn chải Sensor ngàm kẹp mở rẽnsor hành trình dữ' nân Xe? '0 Xi lanh nâng xuống Phát tín hiệu sẵn sàng PLC ' /Tin hiệu dừng má Hình 4.55 Giải thuật xoay xi bàn chải Xét Trạm lật bàn chải nằm úp Bước 1: Khi động servo băng tải dừng, xi lanh kẹp vào để định vị bàn chải Bước 2: Khi sensor hành trình kẹp ON, q trình kẹp hồn tất Tùy vào vị trí bàn chải cần lật úp mà xi lanh xoay vị trí xoay bàn chải 180 độ nằm úp lại Bước 3: Khi sensor hành trình xoay ON, q trình xoay hồn tất Xi lanh kẹp lui Bước 4: Khi sensor hành trình mở ngàm kẹp ON, PLC nhận tín hiệu sẵn sàng để băng tải chuyển động mà không bị va chạm Start Xi lanh kẹp vào Xi lanh xoay xoay 180 độ Hình 4.56 Giải thuật xoay úp bàn chải Xét Trạm định vị bàn chải cuối băng tải Bước 1: Khi động servo băng tải dừng, xi lanh nâng nâng bàn chải khỏi vấu định vị băng tải Bước 2: Khi sensor vị trí phát xi lanh nâng vị trí trên, xi lanh kẹp giữ bàn chải Bước 3: Khi sensor hành trình kẹp ON, trình định vị hoàn tất Xi nâng xuống Khi sensor vị trí phát xi lanh nâng vị trí PLC nhận tín hiệu sẵn sàng để băng tải chuyển động mà không bị va chạm Tùy theo cách đặt chương trình mà bàn chải có cần xoay 90 độ hay khơng Neu có xi lanh xoay xoay bàn chải 90 độ lúc Bước 4: Khi sensor hành trình xoay ON, q trình xoay hồn tất PLC đưa tín hiệu cho Loader robot đến lấy bàn chải Bước 5: Khi Loader robot lấy bàn chải xong đưa tín hiệu PLC, lúc ngàm kẹp r =3 Start Xỉ lanh Ji nâng lên 7F ^. -'Sensor hành trình trên'1 q ■■-•-Gụa xi lanh nâng ƠN '" ■ "Tỹgy Xỉ lanh kẹp vào Z7 kẹp ON Kes ~~~~~ Cần xoay bàn chải 90 đợ _l ——, Phát tín hiệu sẵn sàng cho e Nhận tín hiệu giữ bàn-— No -chải từ Loader robot- - " Xi lanh kẹp Xi lanh xoay Key ensor hành trình' xoay ON Xỉ lanh nâng xuống Á - Sensor hành trinh dữỞT' ., •-Cjỉa xi lanh nâng ON" Phát tín hiệu sẵn sàng PLC -'-.Tín hiệu dừng máỵ_ End J' Hình 4.57 Giải thuật trạm định hướng cuối KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐÈ TÀI 5.1 - Kết luận Đề tài thực tìm hiểu, phân tích câu ưu, nhược điểm hệ thống cấp bàn chải cấp cán bàn chải nước - Đề tài đưa phương án thiết kế hệ thống tách bàn chải tự động đáp ứng suất 25 nhịp máy đóng gói / phút - Tiến hành mơ làm mơ hình thực nghiệm mica để kiểm chứng tính khả thi phương án thiết kế cụm tách bàn chải dùng Step feeder - cụm quan trọng toàn hệ thống - Thiết kế mơ hình 3D hồn chỉnh hệ thống - Tính tốn đồng hóa tốc độ cấu tính bền số cấu quan trọng (trong phần phụ lục) - Đưa giải thuật điều khiển cho hệ thống 5.2 - Hướng phát triển đề tài Cần làm mơ hình thực tế với kích thước thật để kiểm chứng mơ q trình sử dụng máy sản xuất thật cho cụm Step feeder, Loader Picker robot - Thiết kế thêm hệ thống trữ bàn chải để hệ thống cấp bàn chải bị lỗi nhỏ, máy đóng gói bàn chải để sử dụng, không bị dừng dây chuyền ... tả module cần có hệ thống máy cấp phôi bàn chải 2.1 Hệ thống tách bàn chải Hệ thống cấp bàn chải gồm khâu: - Khâu 1: Ngăn chứa bàn chải đầu vào (Hopper) Hình 2.2 Ngăn chứa bàn chải (Hopper) -... hiểm, phụ cấp, Hình 1.18 Cơng nhân cấp bàn chải vào blister Hình 1.19 Vị trí làm việc cơng nhân hệ thống Nhằm giải vấn đề trên, yêu cầu đặt cần thiết kế hệ thống cấp phôi bàn chải tự động đề giảm... RA CẰN PHẢI GIẢI QUYẾT Từ nhu cầu tự động hóa khâu cấp bàn chải cho hệ thống đóng gói nhằm tăng suất độ tin cậy, nhà máy yêu cầu thiết kế hệ thống cấp phôi tự động nhằm giảm số lượng công nhân