Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm

Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày càng đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN

LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

Người hướng dẫn : TS LÊ HOÀI NAM

Sinh viên thực hiện : NÔNG VĂN ĐỨC

Số thẻ sinh viên : 101140158

101140135

Lớp : 14CDT1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, tự động hóa ngày càng đóng một vai trò quan trọng Với tốc độ phát triển như hiện nay chúng ta không chỉ cần một lượng lao động khổng lồ mà còn đòi hỏi có trình độ, chất lượng tay nghề, kỹ thuật lao động và thiết bị sản xuất Mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng cao thì vấn đề tự động hoá ngày càng được chú trọng

Trong những năm gần đây, tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động kinh tế, xã hội Đặc biệt là trong ngành kinh tế mũi nhọn công nghiệp Các hệ thống từ động hóa làm việc một cách hiệu quả và liên tục, cắt giảm đáng kể lượng nhân công Nhờ vậy năng suất sản xuất ngày càng được nâng cao

Kết hợp xu thế phát triển của thời đại cũng những kiến thức quý báu được thầy cô truyền đạt Nhóm chúng em quyết định lựa chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm”

Trong thời gian làm đồ án, được sự chỉ bảo tận tình của thầy TS Lê Hoài Nam cùng

với sự cố gắng của hai thành viên nhóm đến nay đồ án đã hoàn thành Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm, kĩ năng còn thiếu, mặc dù có nhiều cố gắng song nhóm

em vẫn còn nhiều thiếu sót cần bổ sung, hoàn thiện Kính mong các thầy cô thông cảm và góp ý để đề tài của nhóm em hoàn thiện hơn và có thể phát triển, ứng dụng trong thời gian sắp tới

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 5 năm 2018 CÁC THÀNH VIÊN

Nông Văn Đức

Lương Đình Phước

1 Chương 1 Tổng quan

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày càng đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của mình Tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội, nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp Bởi vậy, trình độ tự động hoá của một quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó Chính vì lẽ đó mà việc phát triển tự động hoá là việc làm hết sức cần thiết Viêc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến Hầu như trong mọi lĩnh vực đều thấy có tự động hoá trong đó

Với đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm” Như đã trình bày ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế sức lao động của con người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Một trong những khâu

tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống đếm số lượng sản phẩm và đóng hộp Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được

áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính

vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả

Bởi vậy việc thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại và đóng gói sản phẩm rất cần thiết

Trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài còn một số điểm hạn chế:

• Thời gian thực hiện đề tài chỉ trong một học kỳ

• Kinh nghiệm thực tế chưa có nhiều

• Vật tư và linh kiện không đồng bộ

1.4 Nội dung đề tài

• Chương 4: Lập trình

• Chương 5: Kết luận

2 Chương 2 Thiết kế cơ khí

• Nếu sản phẩm không đạt yêu cầu: tay gắp gắp sản phẩm ra khỏi băng tải

• Nếu sẩn phẩm đạt yêu cầu: băng tải 1 tiếp tục hoạt động đưa sản phẩm đi tới Sản phẩm đi qua cảm biến tiệm cận 2, khi cảm biến tiệm cận 2 đếm được 2 sản phẩm, xy lanh đẩy ra vị trí tay kẹp khi cảm biến tiệm cậm 3 đếm đc 4 sản phẩm, tay kẹp kẹp sản phẩm đưa vào hộp Sau đó băng tải 2 đưa hộp chứa sản phẩm ra ngoài

2.3 Tính toán, chọn động cơ

• Tải trọng băng tải nhẹ

• Dễ điều khiển, giá thành rẻ

Vì vậy chỉ cần sử dùng loại động cơ 1 chiều có công suất nhỏ, khoảng 20 – 40 W, điện áp vào là 12 - 24 V

Chọn động cơ điện một chiều 24V- 40W

Hình 2.2 Động cơ điện một chiều 24V – 40W

Hình 2.3 Cánh tay gắp

2.4.2 Tay kẹp

Tay kẹp gồm một xylanh kết hợp với khung sắt có chức năng kẹp chai để đưa vào hộp

Hình 2.4 Tay kẹp

2.4.3 Băng tải

Hình 2.5 Băng tải

Hai băng tải sử dụng động cơ điện một chiều 24V

2.6 Mô hình thực của máy

3 Chương 3 Thiết kế điện – điện tử

3.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống mô hình phân loại và đóng gói sản phẩm

Hệ thống gồm 4 khối chính: Khối xử lý trung tâm (Arduino) nhận tín hiệu từ khối cảm biến và khối xử lý ảnh sau đó truyền tín hiệu điều khiển khối chấp hành, khối nguồn cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống Khối xử lý ảnh xác định các sản phẩm đạt yêu cầu Khối chấp hành thực hiện các lệnh do khối xử lý trung tâm truyền đến Ngoài ra còn có 1 công tắc nguồn để khởi động hệ thống hoạt động

3.1.1 Arduino

Arduino có vai trò là đầu não hoạt động của toàn bộ hệ thống Ở đây các tín hiệu từ khối cảm biến, khối xử lý ảnh sẽ được nhận và xử lý Dựa vào các tín hiệu đầu vào mà bộ xử lí trung tâm sẽ điều khiển các hoạt động của khối chấp hành gồm cánh tay gắp, động cơ băng tải và các xylanh chấp hành

Trên thị trường, có rất nhiều loại arduino như: Arduino Mega, Arduino Leonardo,

Arduino Redboard,… Hệ thống sử dụng Arduino Uno R3 vì lý do: Đảm bảo được số chân dùng trong mô hình và tốc độ xử lý cần thiết

Hình 3.2 Arduino Uno R3 a) Thông số kỹ thuật

Bảng 3.1 Thông số cơ bản của Arduino Uno

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

lên màn hình LCD,…

c) Nguồn

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá

ngưỡng giới hạn trên, sẽ hỏng Arduino UNO

Các chân nguồn:

• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO

• 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.3

• 3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

• Vin (Voltage Input: để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO

• IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Và luôn là 5V

• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

d) Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng :

• 32 KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash

của vi điều khiển

• 2 KB cho SRAM (Static Random Access Memory) : giá trị các biến khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM

Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện

áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite () Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

• Arduino UNO có 6 chân analog (A0-A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10 bit để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V-5V Với chân AREF trên board, có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V-2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

• Chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

3.1.2 Cảm biến

Cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nhà máy công nghiệp để phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng, Đặc biệt tại một số vị trị trong dây truyền, cảm biến quang là một lựa chọn không thể thay thế Cảm biến quang thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào Từ đó cảm biến sẽ đưa ra đầu ra để tác động theo yêu cầu công nghệ

Trong mô hình sử dụng 3 cảm biến tiệm cận E3F-DS10C4 của Omoron để xác định và đếm

số lượng sản phẩm, sau đó truyền tín hiệu về khối xử lý trung tâm

Hình 3.3 Cảm biến E3F-DS10C4 của Omoron

Thông số cảm biến :

• Khoảng cách phát hiện là 100 mm

• Đặc tính trễ: tối đa 20% khoảng cách phát hiện

• Đầu ra: DC 3 - dây NPN NO

Nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bởi mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung

a) Nguồn 24VDC

Hình 3.4 Nguồn tổ ong 24V Thông số kỹ thuật:

• Điện áp đầu vào: AC 220V (Chân L và N)

• Điện áp đầu ra: DC 24V 5A (Chân dương V+, Chân Mass-GND: V-)

• Công suất: 120W

• Điện áp ra điều chỉnh: ±10%

• Phạm vi điện áp đầu vào: 85-132VAC / 180-264VAC

• Dòng vào: 2.6A / 115V, 1.3A / 230V

• Rò rỉ: <1mA / 240VAC

• Bảo vệ quá tải

• Bảo vệ quá áp

• Bảo vệ nhiệt độ cao

• Khả năng chống sốc:10 ~ 500Hz, 2G 10min./1 chu kỳ

Hình 3.5 Nguồn 5VDC

• Điện áp ngõ vào: 220 VAC ± 15%

• Điện áp ngõ ra: 5 VDC / 40A

• Sai số điện áp đầu ra: 1-3 %

• Công suất thực tế :88 %

• Nhiệt độ làm việc :0-70 độ C

c) Nguồn 12V

Hình 3.6 Nguồn 12VDC

Thông số kỹ thuật:

• Điện áp ngõ vào: 110/220VAC ±15%

• Điện áp ngõ ra: 12VDC/10A

3.2.1 Sơ đồ điện khối động cơ

Hình 3.8 Sơ đồ điện khối động cơ

3.2.2 Sơ đồ điện khối cảm biến

Hình 3.9 Sơ đồ điện khối cảm biến

3.2.3 Sơ đồ điện cánh tay gắp

3.2.4 Sơ đồ điện

Hình 3.11 Sơ đồ điện Xy lanh chấp hành

4 Chương 4 Lập trình

4.1 Lưu đồ thuât toán

4.1.1 Lưu đồ thuật toán xử lý ảnh

4.1.2 Lưu đồ thuật toán Arduino

4.2 Giản đồ trạng thái

4.3 Code

4.3.1 Code xử lý ảnh

4.3.2 Code Arduino

5 Chương 5 Kết luận