Thiết kế và chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: Thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho hộp cơm tự động Người hướng dẫn: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH Người duyệt: TS VÕ NHƯ THÀNH Sinh viên thực hiện: BÙI TRUNG HUY CAO ANH TUẤN Số thẻ sinh viên : 101150169 101150193 Lớp: 15CDT1 Đà Nẵng, 12/2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động Sinh viên thực hiện: Bùi Trung Huy Số thẻ SV: 101150169 Cao Anh Tuấn Số thẻ SV: 101150193 Lớp: 15CDT1 Giảng viên hướng dẫn : TS Đặng Phước Vinh Giảng viên duyệt : TS Võ Như Thành Nhu cầu thực tế đề tài Trong sống tại, kinh tế phát triển kèm theo áp lực công việc lớn, nhằm tiết kiệm thời gian, nhu cầu sử dụng thức ǎn chế biến sẵn người ngày tǎng cao Ðể làm cơm hộp thông thường người công nhân phải đưa loại thức ǎn khác vào hộp cách thủ công, gây tốn nhiều thời gian, nhân lực không gian làm việc dẫn đến nǎng suất thấp Dưới yêu cầu tài trợ công ty Sunfield – Nhật Bản, nhóm định chọn đề tài “thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động” Đây đề tài có tính thực tiễn cao hồn thiện giúp ích nhiều cho doanh nghiệp sản xuất Phạm vi nghiên cứu đề tài ✓ Đề tài nghiên cứu chế tạo phần gắp thức ăn tự động đặt vào hộp cơm để vị trí cho trước: • Yêu cầu đặt đề tài: Gắp mẫu thức ăn (gà rán, trứng chiên, cà chua, xúc xích) vào hộp đựng thức ăn với vị trí quy định trước • Đề tài yêu cầu khâu đưa thức ăn vào vị trí hộp cơm, khâu đặt thức ăn để gắp đặt tự vị trí mà tay gắp gắp khơng dùng khí nén để hút thức ăn • Tốc độ gắp đặt hồn thành chu trình gắp khơng q 24 giây ✓ Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC xử lý hình ảnh ứng dụng vào đề tài ✓ Nghiên cứu ứng dụng phần mềm thiết kế khí điện ứng dụng vào việc thiết kế chế tạo mơ hình có khả ứng dụng thực tế ✓ Xây dựng hệ thống cho phép lựa chọn thông số theo yêu cầu thực tiễn với độ xác cho phép ✓ Ứng dụng kiến thức học tìm hiểu bên ngồi vào việc thiết kế chế tạo hệ thống ✓ Thiết kế chế tạo mạch điều khiển, mạch cách ly ứng dụng vào hệ thống Nội dung đề tài thực ✓ Số trang thuyết minh: 60-70 trang ✓ Số vẽ: vẽ A0 ✓ Mơ hình: Kết đạt • Phần lý thuyết ✓ Nghiên cứu, ứng dụng lập trình điều khiển cấu gắp với chế độ dạy học xử lý hình ảnh thức ăn yêu cầu ✓ Thiết kế hệ thống phần mềm Solidwork, nghiên cứu mô lực gắp phần mềm Abaqus ✓ Lý thuyết loại xi lanh kẹp, van điều khiển đấu nối dây PLC với hệ thống gắp • Phần tính tốn, thiết kế ✓ Thiết kế chế tạo phần khí ✓ Thiết kế, mơ lực chế tạo ngón tay gắp mềm ✓ Đã thiết kế chế tạo thành công mơ hình, mơ hình hoạt động tương đối ổn định ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Bùi Trung Huy Số thẻ sinh viên: 101150169 Lớp: 15CDT1 Khoa: Cơ khí Ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Họ tên sinh viên: Cao Anh Tuấn Số thẻ sinh viên: 101150193 Lớp: 15CDT1 Khoa: Cơ khí Ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Tên đề tài đồ án: Thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động Đề tài thuộc diện: Không kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: • Các số liệu yêu cầu phạm vi hoạt động, tốc độ, chu kỳ hệ thống theo yêu cầu cơng ty Sunfield – Nhật Bản • Thơng số kỹ thuật hệ thống công ty Sunfield – Nhật Bản cung cấp • Các vật liệu: Nhơm định hình, inox, thép, nhựa Nội dung phần thuyết minh thiết kế: • Chương 1: Tổng quan • Chương 2: Thiết kế hệ thống tay gắp thức ăn • Chương 3: Thiết kế hệ thống truyền động • Chương 4: Xử lý ảnh điều khiển • Chương 5: Kết luận Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): • Bản vẽ sơ đồ đấu nối mạch điện : 1A0 • Bản vẽ sơ đồ tổng quát hệ thống : 1A0 • Bản vẽ lưu đồ thuật tốn lập trình : 1A0 • Bản vẽ tổng qt hệ thống : 1A0 • Bản vẽ tay gắp đồ gá tay gắp : 1A0 Họ tên người hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 26/08/2019 Ngày hoàn thành đồ án: 02/12/2019 Đà Nẵng, ngày 26 tháng năm 2019 Trưởng mơn Người hướng dẫn TS Đặng Phước Vinh LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước đà phát triển mạnh mẽ, ngành công nghiệp ngày tự động hóa sản xuất, địi hỏi trình độ khoa học kỹ thuật cao Nhu cầu nhà sản xuất nhà tiêu dùng tăng không ngừng Đây hội thách thức cho ngành điện tử, với việc ứng dụng thành tựu nhân loại để phục vụ nhu cầu xã hội Robot ứng dụng thiết thực nhất, từ cỗ máy đơn giản đến phức tạp nhất, góp mặt vào lĩnh vực đời sống sản xuất người Các robot trở thành công cụ lao động thông minh, bước thay người hoạt động sản xuất Nhờ có robot mà suất chất lượng lao động ngày cải thiện tiệm cận hoàn hảo Trong học phần này, chúng em thực đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động Với mục tiêu tạo sản phẩm hoạt động linh hoạt có khả ứng dụng thực tế mang lại hiệu kinh tế cao Các nhiệm vụ cần thực đề tài bao gồm: • Xác định phương án thiết kế thiết kế tay gắp • Nghiên cứu điều khiển hệ thống • Xử lý ảnh xác định vật thể kết hợp với lập trình PLC Để đồ án đạt kết tốt đẹp, nhóm nhận hổ trợ, giúp đỡ nhiều quan, cá nhân Với tình cảm sâu sắc trước hết chúng tơi gửi tới thầy Khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa Đại học Đà Nẵng lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy truyền đạt kiến thức để chúng tơi hồn thành đề tài Đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo – TS Đặng Phước Vinh quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn hoàn thành tốt đề tài thời gian qua Không thể không nhắc tới hổ trợ truyền đạt kinh nghiệm anh lớp 14CDT bạn tập thể lớp 15CDT Tuy nhiên kiến thức kinh nghiệm cịn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận thơng cảm đóng góp ý kiến thầy bạn sinh viên để đồ án hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, ngày 17 tháng 12 năm 2019 Người thực đề tài Cao Anh Tuấn i Bùi Trung Huy CAM ĐOAN Kính gửi khoa Cơ Khí – Trường đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng Chúng em xin cam đoan đồ án tuân thủ tốt quy định liêm học thuật: - - Khơng sử dụng hình thức gian dối việc trình bày thể hoạt động học thuật kết từ q trình học thuật Khơng bịa đặt, đưa thông tin sai lệch so với nguồn gốc trích dẫn Khơng ngụy tạo số liệu q trình khảo sát, thí nghiệm, thực hành, thực tập hoạt động học thuật khác Không đạo văn, sử dụng từ ngữ, cách trích dẫn, diễn đạt người khác thể mình, trình bày, chép, dịch đoạn, nêu ý tưởng người khác mà khơng có trích dẫn Khơng tự đạo văn, sử dụng lại thơng tin nghiên cứu mà khơng có trích dẫn phân mảnh thông tin kết nghiên cứu để cơng bố nhiều ấn phẩm Sinh viên thực Bùi Trung Huy ii Cao Anh Tuấn MỤC LỤC Lời nói đầu .i Cam đoan ii Mục lục iii Danh sách hình vẽ v Danh sách bảng biểu sơ đồ vii Danh sánh chữ viết tắt ký hiệu viii Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan robot 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.2 1.3 1.4 Đặt vấn đề Yêu cầu đồ án Cấu trúc đồ án 10 Chương 2: 2.1 2.2 2.3 2.4 Giá đỡ trục dọc 16 Giá đỡ cấu gắp 16 Cơ cấu gắp nhả thức ăn 17 2.5.1 2.5.2 2.5.3 Chương 3: 3.1 3.2 3.3 Thiết kế hệ thống tay gắp thức ăn 11 Tổng quan hệ thống 11 Tính toán động học cho cánh tay 12 Cơ cấu truyền động 14 Giá đỡ 16 2.4.1 2.4.2 2.5 Giới thiệu chung robot Phân loại robot Ứng dụng Hệ thống găp thức ăn tự động Khớp xoay cấu 17 Cơ cấu gắp, thả vật 19 Ngón gắp mềm 21 Thiết kế hệ thống điều khiển truyền động 28 Sơ đồ khối hệ thống 28 Hệ thống truyền động 29 Hệ thống điều khiển 29 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 Bộ điều khiển công suất 30 Bộ điều khiển lập trình PLC 33 Module CC-Link FX3U-16CCL-M 37 Bộ điều khiển Arduino 41 Module điều khiển động bước TB660 42 iii 3.3.6 3.3.7 3.4 Thiết kế hệ thống điện 46 Chương 4: 4.1 Điểm ảnh 48 Độ phân giải ảnh 48 Mức xám ảnh 48 Cấu trúc lưu liệu 48 Quy trình xử lý ảnh 49 Lập trình điều khiển hệ thống truyền động 56 Chương 5: 5.1 5.2 5.3 Điều khiển xử lý ảnh 48 Các khái niệm chung liên quan đến xử lý ảnh 48 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 4.3 Van Solenoid 5/3 43 Camera xử lý ảnh 44 Kết luận 66 Kết đạt 66 Hạn chế 66 Hướng phát triển 66 Tài liệu tham khảo 67 Phụ lục iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1.1 Robot xếp bao Kuka 1.2 Robot kiểu tọa độ Descarte 1.3 Robot kiểu hệ tọa độ 1.4 Robot kiểu tọa độ cầu 1.5 Robot kiểu Scar 1.6 Robot kiểu tay người 1.7 Robot đầu bếp 1.8 Robot đưa vào thu hoạch nông nghiệp 1.9 Công nhân làm cơm hộp Yamagata, Nhật Bản 1.10 Tay gắp thức ăn phiên (ĐATN lớp 14CDT) 1.11 Hộp thức ăn mẫu phía cơng ty Sunfield cung cấp 10 2.1 Tổng quan hệ thống tay gắp 11 2.2 Hệ tọa độ gắn lên khâu cánh tay 12 2.3 Cấu tạo cấu truyền động 14 2.4 Các thơng số hình học cấu chuyển động 15 2.5 Giá đỡ trục dọc 16 2.6 Giá đỡ cấu gắp 17 2.7 Tổng quan khớp quay cấu 18 2.8 Động Nema 23 18 2.9 Cơ cấu gắp phiên 19 2.10 Cơ cấu gắp xi lanh 20 2.11 Xi lanh kẹp MHF2-16D2 20 2.12 Kích thước chi tiết xi lanh MHF2-12D2 21 2.13 Ngón tay gắp thiết kế 21 2.14 Ngón tay chưa tác dụng sau tác dụng lực 22 2.15 Nhựa nhiệt dẻo TPU 23 2.16 Các mặt phẳng tác động lực 24 2.17 Kết sau mô lực mặt phẳng 24 2.18 Kết sau tác dụng 1/3 ngón gắp phiên 25 2.19 Kết tác dụng lực lên ngón gắp phiên 25 2.20 Máy in 3D 26 2.21 Các mẫu ngón gắp sau in 3D 26 2.22 Ảnh chụp hệ thống thực tế 27 3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 28 3.2 Các phần hệ thống truyền động 29 3.3 Hệ thống điều khiển 29 3.4 Cấu trúc PCON – CB/CFB 30 3.5 Sơ đồ đấu nối phận truyền động 31 v ... 10 Thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TAY GẮP THỨC ĂN 2.1 Tổng quan hệ thống Hệ thống thiết kế phằng phần mềm Solidworks Hình 2.1 Tổng quan hệ. ..ng dẫn: TS Đặng Phước Vinh 45 Thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động 3.4 Thiết kế hệ thống điện Sơ đồ mạch điện hệ thống Hình 3.24 Sơ đồ mạch điện hệ thống Sinh viên thực hiệ... đưa vào thu hoạch nơng nghiệp Sinh viên thực hiện: Bùi Trung Huy Cao Anh Tuấn Hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh Thiết kế chế tạo hệ thống gắp thức ăn cho cơm hộp tự động 1.1.4 Hệ thống găp thức ăn tự