Hiện nay ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã áp dụng tự động hóa vào sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm của toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng. Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm chúng em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc”.Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng cảm biến màu để xác định màu sắc của sản phẩm, sau đó sẽ phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau đến các kho hàng định trước.
1 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM I Thơng tin chung Tên lớp: ME6061.4 Khóa: 13 Tên nhóm: Nhóm 16 Họ tên thành viên: II Nội dung học tập Tên chủ đề: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hoạt động sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ - Xác định vấn đề - Thiết lập cấu trúc chức - Phát triển cấu trúc làm việc Nội dung 3: Thiết kế cụ thể - Xây dựng bước thiết kế cụ thể - Tích hợp hệ thống - Phác thảo sản phẩm phần mềm CAD và/hoặc vẽ phác Áp dụng cơng cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch tập lớn III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành tập lớn theo thời gian quy định (từ ngày 29/03/2021 đến ngày 02/05/2021) Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống điện tử tài liệu tham khảo Phương tiện, nguyên liệu thực tiểu luận, tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính KHOA/TRUNG TÂM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG LỜI CẢM ƠN Trong trình thực hồn thành báo cáo “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” bên cạnh nỗ lực cố gắng nhóm cịn có hướng dẫn nhiệt tình giảng viên Khoa Cơ khí Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội, thầy giáo trực tiếp giảng dạy môn học Thiết kế hệ thống Cơ điện tử học giúp chúng em học tập, nghiên cứu thực báo cáo Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nhữ Quý Thơ hướng dẫn, động viên giúp đỡ chúng em trình nghiên cứu viết báo cáo Những nhận xét, đánh giá thầy, đặc biệt gợi ý hướng giải vấn đề suốt trình viết báo cáo, thực học vô quý giá chúng em khơng q trình viết báo cáo mà hoạt động nghiên cứu chuyên môn sau Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn đến gia đình người thân yêu hỗ trợ cho chúng em nhiều trình học tập, nghiên cứu thực báo cáo cách hoàn chỉnh Chúng em xin trân thành cảm ơn! Những người thực GIỚI THIỆU CHUNG Hiện ngành công nghiệp ngày phát triển cơng ty xí nghiệp áp dụng tự động hóa vào sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền sản phẩm toàn hệ thống cách hợp lý yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm nhiều thời gian quản lý cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm chúng em tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế thi công mô hình “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động nguyên lý dùng cảm biến màu để xác định màu sắc sản phẩm, sau phân loại sản phẩm có màu sắc khác đến kho hàng định trước Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho lớn, cụ thể như: • Giảm sức lao động, tránh nhàm chán công việc, cải thiện điều kiện làm việc người, tạo cho người tiếp cận với tiến khoa học kỹ thuật làm việc môi trường ngày văn minh • Nâng cao suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, thay đổi mẫu mã cách nhanh chóng • Giúp cho việc quản lý giám sát trở nên đơn giản, khơng thay đổi điều kiện làm việc cơng nhân mà cịn giảm số lượng công nhân đến mức tối đa Hình1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc PHẦN DANH SÁCH YÊU CẦU Những thay đổi D Yêu cầu W Các loại tín hiệu: D Màu sắc sản phẩm D Vị trí sản phẩm D Tín hiệu điều khiển An tồn cơng thái học: W Dễ dàng vận hành D Tiếng ồn vận hành < 80dB D Loại bỏ cạnh sắc máy D Cách điện tốt Hình học: D Phơi có kích thước nhỏ 200 D Kích thước tổng thể: Chiều dài: 3-4m Chiều rộng: 0.5-1m Chiều cao: 1-2m D Kích thước băng chuyền: Chiều dài: 2-3.5m Chiều rộng: 0.5-1.5m Vật liệu: D Khung làm thép chống gỉ, có đế cao su chân Năng suất: D Phân loại > 200 sản phẩm/phút Phân loại: Trách nhiệm D Phân loại loại màu sắc D Tỉ lệ phân loại xác: >99% D Hệ thống phải đảm bảo độ xử lý nhận màu xác tốc độ sản phẩm qua Vận hành bảo dưỡng: W Có thể vận hành lao động phổ thông D D Hệ thống thiết kế theo dạng module, tháo rời, di chuyển lắp ráp lại (cho việc di chuyển nhà xưởng v v) Tuổi thọ làm việc tối thiểu 10 năm điều kiện làm việc tiêu chuẩn hệ thống, bảo dưỡng định kì hạn Phụ tùng thay mua ngồi W (không cần mua nhà sản xuất) Sử dụng phụ tùng bản, thống số mặc định D Điều khiển: D Có hình, bàn phím nút bấm để nhập số liệu điều khiển D Giao diện dễ sử dụng Năng lượng: D Sử dụng nguồn điện pha 5kW/380V Cảnh báo: D Cảnh báo chuông đèn khơng có sản phẩm qua (trong vịng 10 phút) PHẦN TÓM TẮT ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN Bước + 2: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua u cầu khơng ảnh hưởng trực tiếp đến chức ràng buộc cần thiết 10 Thông số kỹ thuật: Điện áp tối đa 600V Dòng tối đa 10A Nhiệt độ hoạt động -25 đến 70 độ C Tiếp điểm 1NO+1NC Bảng 6.3.7 Thông số kỹ thuật Emergency Stop 6.4 Di chuyển sản phẩm 6.4.1 Chuyển đổi điện – Để dây chuyền hoạt động cách ổn định tiêu tốn lượng cách hợp lý tính để chọn động quan trọng Tính chọn động cơ: Bước 1: Tính cơng suất cần thiết ( - Trọng lượng tối đa băng tải là: 54kg F=540(N) V= 2,73 (v/p) � = �ol �ol �ol �k �br �đ = 0,99.0,99.0,99.0,99.0,97.0,95=0,89 Plv : Công suất làm việc trục máy công tác Pct : Công suất cần thiết �ol : Hệ số truyền ổ lăn �k : Hệ số truyền khớp nối �br : Hệ số truyền bánh �đ : Hệ số truyền đai Bước 2: Tính nsb Trong đó: Tỉ số truyền đai: = Tỉ số truyền D: Đường kính pulley V: Vận tốc băng tải = 1* Số vòng quay sơ là: => Chọn số vòng quay: nsb >=2234,55 vg/phút Tên sản phẩm: Động điện pha 2,2kW 3hp Hình 6.14 Động điện pha 2,2kW 3hp Thông số kỹ thuật: Type 3K100S2 Cơng suất 2,2kW Tốc độ 2860 vịng/phút Điện áp 380V Dịng điện 4,7A Bảng 6.4.8 Thơng số kỹ thuật động điện pha 2,2kW 3hp 6.4.2 Dẫn động a) Điều khiển tốc độ Muốn điều khiển tốc độ cách ổn định ta cần dùng đến hộp số bánh (Hộp số giảm tốc) Hộp số giảm tốc hệ bánh lắp ghép với theo quy tắc tăng tỉ số truyền với làm giảm tốc độ quay trục dẫn động nhờ vào khác đường kính số cặp bánh ăn khớp hộp số giảm tốc Tên sản phẩm: Hộp số giảm tốc ZQ Hình 6.15 Hộp số giảm tốc ZQ Thơng số kỹ thuật: Dịng sản phẩm Tỉ số truyền Dải cơng suất Tốc độ trục Kiểu trục Hộp giảm tốc bánh trụ cấp Lớn, i=65 đến 317 Đến 200Kw ≤3000 vòng/phút Trục kiểu trụ tròn trục kiểu bánh Bảng 6.4.9 Thông số kỹ thuật hộp số giảm tốc ZQ b) Truyền động Áp dụng truyền động đai Nguyên lý hoạt động: Dựa nguyên lý ma sát công suất từ bánh chủ động truyền cho bánh bị động nhờ ma sát sinh dây đai bánh đai Từ áp dụng vào băng chuyền, bánh chủ động trục động bánh bị động lăn băng tải Hình 6.16 Truyền động đai c) Dẫn lực Cấu tạo: Gồm hệ thống lăn băng tải dẹt Nguyên lý hoạt động: Khi lăn chủ động hoạt động tạo lực ma sát tác dụng vào đai từ lơi đai hoạt động lăn khác lăn theo để giảm lực kéo phải chịu lăn chủ động, bang tải hoạt động theo yêu cầu Hình 6.17 Hệ thống lăn băng tải dẹt 6.5 Xử lý điều khiển tín hiệu Trong hệ thống thơng minh ngồi phận hoạt động cần đến não điều khiển tín hiệu, khơng ngoại lệ với hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Có thể sử dụng điều khiển Arduino Bộ điều khiển Adruino nhận, xử lí tín hiệu sau đưa tín hiệu điều khiển cho thiết bị hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc cịi báo động, servo gạt phơi Khi nhận tín hiệu màu sắc sản phẩm vị trí sản phẩm, Adruino xử lí tín hiệu đưa tín hiệu điều khiển cho servo gạt phơi từ băng tải vào nơi yêu cầu Tên sản phẩm: Arduino Uno R3 Hình 6.18 Arduino Uno R3 Thơng số kỹ thuật: Vi điều khiển Điện áp hoạt động Tần số hoạt động Dòng điện tiêu thụ Chiều dài Chiều rộng ATmega328 họ 8bit 5V DC 16MHz Khoảng 30mA 68.6mm 53.4mm Trọng lượng 25g Bảng 6.5.10 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 6.6 Nhận biết màu sắc sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc quan trọng thiếu phải nhận dạng màu sắc, thường màu sắc nhận dạng sản phẩm đơn giản nên dùng cảm biến nhận dạng màu sắc tối ưu mặt Tên sản phẩm: Cảm biến màu sắc TCS3200 Cảm biến màu sắc TCS3200 sử dụng để nhận biết màu sắc cách đo phản xạ màu sắc từ vật thể đỏ, xanh xanh dương từ xuất tần số xung tương ứng với màu qua chân tín hiệu, đo tần số xung qua vài bước chuyển đổi định ta có đươc thơng tin màu sắc vật thể cần đo Hình 6.19 Cảm biến màu sắc TCS3200 Thơng số kỹ thuật: Hình 6.20 Sơ đồ nguyên lý cảm biến màu sắc TCS3200 • Điện áp hoạt động: 2.7 đến 5.5 VDC • Ngõ ra: tần số xung tương ứng màu đỏ, xanh dương xanh GND: GND • OE: Enable (Mức thấp) • OUT: Đầu tín hiệu tần số • S0,S1: Dùng để lựa chọn tỷ lệ tần số • S2,S3: Dùng để lựa chọn kiểu photodiod 6.7 Nhận biết vị trí sản phẩm để phân loại Để xác định vị trí sản phẩm có nhiều cách để xác định để xác ta dùng cảm biến hồng ngoại Tên sản phẩm: Cảm biến vật cản hồng ngoại HW-488 Cảm biến vật cản hồng ngoại HW-488 có khả thích nghi với mơi trường ánh sáng mạnh giúp giảm nhiễu ánh sáng Sản phẩm thiết kế nhỏ gọn dễ dàng tích hợp vào board mạch, có cặp truyền nhận tia hồng ngoại Tia hồng ngoại phát tần số định, phát hướng truyền có vật cản phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau so sánh đèn sáng lên, đồng thời cho tín hiệu số ngõ Khoảng cách làm việc hiệu từ 230cm, điện áp làm việc từ 3.3-5V Độ nhạy khoảng cách phát cảm biến điều chỉnh chiết áp mạch Hình 6.21 Cảm biến vật cản hồng ngoại HW-488 Thông số kỹ thuật: Nguồn cấp 12-24 VDC Phạm vị hoạt động 25-200mm(điều chỉnh núm vặn) Ngõ PNP Thời gian đáp ứng 1ms Cấp bảo vệ IP67 Kích thước 20x10.8x35.1 mm Dịng điện tiêu thụ 100mA Bảng 6.7.11 Thông số kỹ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại HW-488 6.8 Đưa sản phẩm vào nơi yêu cầu Để đưa sản phẩm vào nơi u cầu có nhiều cách dùng cánh tay robot, dùng xi lanh Nhưng sản hệ thống dùng servo để gạt sản phẩm vào nơi chứa Tên sản phẩm: Động Digital RC Servo LD-27MG - 79C6 Động Digital RC Servo LD-27MG - 79C6 dòng thiên tốc độ phản ứng nhanh lực kéo mạnh có lực kéo mạnh, khớp bánh làm hoàn toàn kim loại nên có độ bền cao, động tích hợp sẵn Driver điều khiển động bên theo chế phát xung- quay góc nên dễ sử dụng đặc tính vượt trội Digital RC Servo so với loại Analog RC Servo truyền thống MG995, MG996: lực kéo khỏe hơn, phản ứng nhanh hơn, chạy mượt hơn, Hình 6.22 Động Digital RC Servo LD-27MG - 79C6 Thông số kỹ thuật: Điện áp làm việc 4.8-6.8DC Dịng tiêu thụ khơng tải 100mA, có tải >1500mA Tốc độ 0.16sec / 60 ° 7VDC Lực kéo moment 20Kg.cm 6.6VDC - 2.5A Trọng lượng 60g Kích thước 40 x 20 x 40.5mm Bảng 6.8.12 Thông số kỹ thuật động Digital RC Servo LD-27MG 79C6 6.9 Bộ chuyển đổi Do có thiết bị hệ thống sử dụng dòng điện với hiệu điện thấp nên cần đến chuyển đổi dòng điện Tên sản phẩm: Bộ chuyển đổi AC 220V sang DC 0-48V 10A Hình 6.23 Bộ chuyển đổi AC 220V sang DC 0-48V 10A Thông số kỹ thuật: Điện áp vào AC 220V Điện áp DC 0-48V (điều chỉnh) Khối lượng 0.95kg Kích thước 200mm x 110mm x 50mm Bảng 6.9.13 Thông số kỹ thuật chuyển AC sang DC PHẦN PHÁC THẢO SẢN PHẨM 3D VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG 7.1 Phác thảo hệ thống 3D 7.1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hình 7.24 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 7.1.2 Bản vẽ lắp Hình 7.25 Bản vẽ lắp hệ thống 7.2 Tích hợp hệ thống Hệ thống kết hợp hệ thống khí vẽ hệ thống điện điều khiển Hệ thống điện điều khiển: Bắt đầu Sản phẩm Servo gạt Sản phẩm qua băng chuyển Cảm biến màu sắc phát màu sắc sản phẩm Hình 7.26 Hệ thống điện nhận dạng sản phẩm Hình 7.27 Lưu đồ thuật tốn KẾT LUẬN Qua thời gian thực tập lớn với đề tài: “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” chúng em nhận thấy hoàn thành tốt yêu cầu đặt Tuy nhiên, thời gian có hạn giai đoạn nghiên cứu tìm hiểu nên tập lớn nhóm em cịn nhiều thiếu sót hạn chế Mong q thầy góp ý dẫn cho chúng em nhiều Các mặt làm được: - Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống phân loại sản phẩm - Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống điều khiển - Thiết kế thành cơng mơ hình hệ thống Các mặt hạn chế: - Hệ thống chưa phân biệt nhiều màu, tơc độ xử lý cảm biến cịn hạn chế - Chưa xác định chuẩn trọng số việc lựu chọn giải pháp thiết kế cho chức cụ thể TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Quang Huy, Giáo trình thiết kế khí Solidwords, NXB Thanh Niên, 2019 [2] Lê Chí Kiên, Giáo trình đo lường cảm biến, NXB Khoa Học Kĩ Thuật, 2013 [3] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí, NXB Giáo dục, 2006 [4] Nguyễn Tuấn Linh, Giáo trình chi tiết máy, NXB Giáo dục, 2013 [5] Đỗ Ngọc Tú, Vật liệu học, NXB Giáo dục, 2012 ... thảo hệ thống 3D 7.1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hình 7.24 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 7.1.2 Bản vẽ lắp Hình 7.25 Bản vẽ lắp hệ thống 7.2 Tích hợp hệ thống Hệ thống kết... học Thiết kế hệ thống Cơ điện tử học giúp chúng em học tập, nghiên cứu thực báo cáo Xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nhữ Quý Thơ hướng dẫn, động viên giúp đỡ chúng em trình nghiên cứu viết báo cáo. .. kết hợp hệ thống khí vẽ hệ thống điện điều khiển Hệ thống điện điều khiển: Bắt đầu Sản phẩm Servo gạt Sản phẩm qua băng chuyển Cảm biến màu sắc phát màu sắc sản phẩm Hình 7.26 Hệ thống điện nhận