Nghiên cứu thiết kế, và lập quy trình chế tạo một số chi tiết trên thân của thiết bị gắp sản phẩm trên máy ép nhựa

- Tính toán thiết kế đồ gá cho một nguyên công điển hình Kết quả dự kiến Phần này liệt kê các nội dung, kết quả chính cần đạt được của ĐA/KLTN và phải bám sát mục tiêu đề tài - Thuyết

Tên đề tài:

Nghiên cứu thiết kế, và lập quy trình chế tạo một số chi tiết trên thân của thiết bị gắp sản phẩm trên máy ép nhựa

Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu lý thuyết về thiết bị gắp sản phẩm trên máy ép nhựa

- Nghiên cứu kết cấu, nguyên lý hoạt động của thiết bị

- Thiết kế và lập quy trình chế tạo một số chi tiết trên thân của thiết bị

- Tính toán, tra chế độ cắt cho các nguyên công

- Tính toán thiết kế đồ gá cho một nguyên công điển hình

Kết quả dự kiến (Phần này liệt kê các nội dung, kết quả chính cần đạt được của

ĐA/KLTN và phải bám sát mục tiêu đề tài)

- Thuyết minh về thiết bị gắp sản phẩm trên máy ép nhựa

- Thiết kế, và lập quy trình chế tạo một số chi tiết trên thân thiết bị

- Tập bản vẽ lắp, bản vẽ phân rã, bản vẽ chi tiết về thiết bị

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH V

LỜI NÓI ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ GẮP SẢN PHẨM TRÊN MÁY ÉP NHỰA 8 1.1 Lịch sử và ứng dụng thiết bị gắp .8

1.1.1 Lịch sử phát triển 8

1.1.1.1 Con Đường Hình Thành và Phát Triển Robot Hiện Đại 8

1.1.1.2 Lịch sử ra đời và phát triển của gripper 8

1.1.1.3 Sự phát triển của Gripper khởi đầu với các loại hình song song 10

1.1.1.4 Sự đơn giản hóa 10

1.1.1.5 Barrett Technology 11

1.1.1.6 Công nghệ Robot ngày càng tiến bộ 11

1.1.1.7 Sự lựa chọn thay thế Gripper: Các biến thể không dùng ngón tay 11

1.1.1.8 Cánh tay Robot 12

1.1.1.9 Gripper có chức năng kẹp và xoay 12

1.1.1.10 Cánh tay Stanford 13

1.1.1.11 Bộ giữ An Toàn 14

1.1.1.12 Bộ kẹp Schunk 15

1.1.1.13 Máy gắp không có ngón tay 16

1.1.1.14 Công nghệ Kẹp Gắp Robot được phát triển 17

1.1.1.15 Bước tiến mới công Nghệ Kẹp 17

1.1.1.16 Công nghệ kẹp gắp qua từng giai đoạn 18

1.1.2 Tay máy tọa độ vuông góc (Cartesian robot/ Gantry robot) 20

1.1.3 Tay máy máy tọa độ trục (cylindrical robot) 20

1.1.4 Tay máy tọa độ cầu(Spherical/polar robot) 21

1.1.5 Tay máy toàn khớp bản lề 21

1.2 Mục đích nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 22

1.2.1 Mục đích nghiên cứu 22

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu 23

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 23

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 23

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 23

1.4 Nghiên cứu bằng thực nghiệm: 25

1.5 Cấu trúc cơ bản hệ thống 25

1.6 Phân tích hệ thống 26

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT GẮP 29

2.1 Cấu trúc cơ bản hệ thống 29

2.2 Nguyên lý hoạt động 30

2.3 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí 33

2.3.1 Tính toán cụm trục quay 34

2.3.2 Thiết kế kết cấu cụm tay gắp 40

Tính toán piston xy lanh khí nén cho cụm tay gắp 41

2.4 Tổng quan về hệ thống điều khiển tự động 45

2.4.1.1 Biểu đồ trạng thái 56

2.4.1.2 Tính toán thời gian các bước công việc 57

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 59

3.1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết block trượt 59

3.1.1 Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết block trượt 59

A Phân tích chức năng 59

3.1.2 Phân tích công nghệ trong kết cấu 61

3.1.3 Xác định dạng sản xuất 61

3.1.3.1 Mục đích của việc xác định dạng sản xuất 61

3.1.3.2 Xác định dạng sản xuất 62

3.1.4 Xác định phương pháp chế tạo phôi .63

3.1.4.1 Xác định phương pháp chế tạo phôi 63

3.1.4.2 Thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi 64

3.1.5 Thiết lập quy trình công nghệ gia công chi tiết 66

3.1.6 Xác định đường lối công nghệ 66

3.1.7 Chọn phương pháp gia công 66

3.1.8 Lập thứ tự tiến trình công nghệ 67

3.1.9 Thiết kế nguyên công 69

3.2 Tính toán thiết kế đồ gá cho nguyên công phay mặt đế rãnh 102

3.2.1 Tính lực kẹp cần thiết 102

3.2 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT GỐI

TRƯỢT 108

3.2.2 Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết 108

3.2.3 Phân tích chức năng 108

3.2.4 Phân tích công nghệ trong kết cấu 109

3.2.5 Xác định dạng sản xuất 110

3.2.5.1 Mục đích của việc xác định dạng sản xuất 110

3.2.5.2 Xác định dạng sản xuất 110

3.2.6 Xác định phương pháp chế tạo phôi 112

3.2.7 Thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi 112

3.2.7.1 Xác định phương pháp chế tạo phôi 112

3.2.7.2 Thiết kế bản vẽ chi tiết lồng phôi 113

3.2.8 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết 114

3.2.9 Xác định đường lối công nghệ 114

3.2.10 Chọn phương pháp gia công 114

3.2.11 Lập thứ tự tiến trình công nghệ 115

3.3 Thiết kế nguyên công 116

• Kết quả đạt được 144

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 145

TÀI LIỆU THAM KHẢO 146

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cánh tay Stanford 9

Hình 1.2 Robot 4 trục (MPL) 13

Hình 1.3 Cánh tay Stanford 14

Hình 1.4 Bộ kẹp Schunk 16

Hình 1.5 Bàn tay robot 17

Hình 1.6 Robot chuyển động như con người 19

Hình 1.7 Tay máy tọa độ vuông góc (Cartesian Robot) 20

Hình 1.8 Tay máy tọa độ trụ 21

Hình 1.9 Tay máy tọa độ cầu 21

Hình 1.10 Tay máy toàn khớp bản lề 22

Phân tích thao tác lấy sản phẩm 29

Hình 2.1 sơ đồ di chuyển của sản phẩm 30

Hình 2.2 sơ đồ động học và sơ đồ nguyên lý của robot gắp 31

Hình 2.3 sơ đồ hệ trục robot gắp 32

Hình 2.4 Hình 3d tổng quan của base trục z và xy 33

Hình 2.5 Cơ cấu xoay trục z 34

Hình 2.6 Cơ cấu xoay 34

Hình 2.7 Xylanh trục z 36

Hình 2.8 khối trục z 37

Hình 2.9 Biểu đồ ứng suất giới hạn 37

Hình 2.19 Biểu đồ chuyển vị 38

Hình 2.11 Ổ bi UCP 206 38

Hình 2.12 Tay gắp 40

Hình 2.13 Bàn trượt trục x, y 41

Hình 2.14 Sơ đồ tính lực kẹp 41

Hình 2.15 Sơ đồ tính lực ma sát 42

Hình 2 16 Chọn xilanh SC-S 43

Hình 2.25 Thông số của xilanh 44

Hình 2.17 Sơ đồ lực của piston khí nén 44

Hình 2.18 Xylanh trục xy 45

Hình 2.19 Mạch Arduino 47

Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu gắp phôi 54

Hình 2.21 Sơ đồ GRAFCET 56

Hình 2.22 Thời gian đẩy tay gắp xuống và đi kẹp chi tiết 57

Hình 2.23 Thời gian đẩy chi tiết đến vùng an toàn và quay sang ngang 58

Hình 2.24 Thời gian đưa chi tiết về vị trí mong muốn 58

Hình 4.4 Mô hình thiết kế 3D 145

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, Robot gắp được xem là một phát minh mới lạ của nhân loại và được mọi người sử dụng trên toàn thế giới Robot gắp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, công nghiệp phụ trợ, gia công, …

Robot gắp một đột phá của nhân loại trong thời kì 4.0 và được coi là chìa khóa công nghệ cho tương lai Ở Việt Nam cũng đang dần tiếp cận công nghệ này Đã có một số công ty ở Việt Nam đã đi đầu trong việc nghiên cứu, chế tạo Robot gắp Việc tìm hiểu nghiên cứu chế tạo Robot gắp cũng là một đề tài đang được nhiều trường đại học cũng như các công ty chú ý và được coi như một lĩnh vực rất tiềm năng

Được sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn là, nhóm chúng em đã nhận đề tài

là:“ Nghiên cứu thiết kế, và lập quy trình chế tạo một số chi tiết trên thân của

thiết bị gắp sản phẩm trên máy ép nhựa ” ” Đây là một cơ hội nghiên cứu, thực

nghiệm và rèn luyện các kỹ năng, đồng thời bước vào môi trường làm việc thực tế Bên cạnh đó là một cơ hội để phát triển bản thân, trau dồi kinh nghiệm thực tế thì đây cũng là một thách thức không nhỏ với chúng em bởi thiếu kiến thức và kinh nghiệm thực tế

Ở Việt Nam hiện nay thì Robot gắp đang được phát triển rất mạnh mẽ, với nhiều dòng máy hiện đại và có tính ứng dụng cao trong đời sống Với mục tiêu là nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng Robot gắp vật liệu nhựa để phục vụ cho học tập, sản xuất thì phương pháp nghiên cứu là tiến hành nghiên cứu các tài liệu liên quan, tham khảo các mô hình thực tế, trên mạng internet và tiến hành thiết kế, mô phỏng mô hình của máy

Chúng em đã hoàn thành đề tài bằng sự cố gắng nỗ lực của nhóm và đặc biệt

là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của giảng viên Do thời gian làm đồ án có hạn và trình

độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô để đề tài này hoàn thiện hơn nữa Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ nhóm trong thời gian qua

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ GẮP SẢN PHẨM TRÊN

MÁY ÉP NHỰA 1.1 Lịch sử và ứng dụng thiết bị gắp

1.1.1 Lịch sử phát triển

1.1.1.1 Con Đường Hình Thành và Phát Triển Robot Hiện Đại

Robot hiện đại và bộ kẹp của chúng (một loại công cụ đầu cuối cánh tay hoặc thiết bị hiệu ứng cuối) Tương tự như bàn tay con người ở những điểm chúng sử dụng các cơ chế và điều khiển tích hợp Minh chứng là Schunk Robot không có cánh tay hoặc phương tiện để cầm và di chuyển đồ vật là gì?

Về mặt kỹ thuật, robot đã tồn tại ít nhất 100 năm Chuyển động cơ học thô sơ của chúng tương đối dễ tạo ra Đặc biệt với động cơ điện hoặc khí nén Sau đó chỉ trong hơn 40 năm, độ chính xác của chuyển động cơ học, điều khiển, cảm biến và truyền tín hiệu phản hồi nâng cao Để tinh chỉnh khả năng xử lý của robot đến mức không thể thiếu Không giống như các liên kết động học cơ bản hơn, về lý thuyết, các cánh tay robot Gồm nhiều bậc tự do mà tất cả đều phải được dẫn hướng đồng bộ trong một loại ballet cơ điện (hoặc servofluidic)

Trên thực tế, khả năng phản hồi là yếu tố cần thiết để kích hoạt các bộ gắp robot linh động Những bộ kẹp ra đời nhằm đáp ứng đầy đủ để sử dụng thực tế Đây chính là một khả năng mới Từ đó, bộ gắp robot thực tế đầu tiên được đưa vào sản xuất ứng dụng công nghiệp chỉ trong vòng hơn 25 năm

1.1.1.2 Lịch sử ra đời và phát triển của gripper

Câu chuyện bắt đầu vào năm 1969 Sau nhiều nỗ lực trong phòng thí nghiệm máy tính của trường, sinh viên kỹ thuật cơ khí của Đại học Stanford, Victor Scheinman Đã phát triển cánh tay Stanford của mình Một robot đầu tiên được biết đến như một bộ gắp có thể điều khiển dễ dàng.

Cánh tay Stanford hoạt động tốt hơn cánh tay Stanford thủy lực (ít kiểm soát hơn) Đó là lý do tại sao nó là công cụ thúc đẩy sự phát triển robot thế hệ mới – Scheinman / Stanford CSD Robotics

Nhiều yếu tố thiết kế và điều khiển của nó được sử dụng trong máy gắp ngày nay Cánh tay Stanford thủy lực rất hiệu quả và nhanh chóng Nhưng các cánh tay này cũng khá khó kiểm soát và chưa đảm bảo độ an toàn nhất định

Tuy nhiên, cánh tay Stanford hoạt động tốt hơn của Scheinman có thể được các máy tính trong phòng thí nghiệm Stanford thực hiện ở sáu bậc tự do đầy đủ Động

cơ điện một chiều với bộ giảm tốc và bộ truyền động điều hòa tạo ra chuyển động của nó Vào đầu những năm 1980, các thiết kế gắp thô hơn lấy cảm hứng từ cánh tay Stanford (Các loại này vẫn có thể thực hiện được với các vi mạch ngày càng mạnh mẽ) Đã được sản xuất hàng loạt và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nặng

Hình 1.1 Cánh tay Stanford

Mặc dù nhiều thành phần điều khiển và khả năng phản hồi của cánh tay Stanford đã được sao nguyên tính năng (Máy đo tốc độ phản hồi và chiết áp truyền tốc độ và vị trí đến bộ điều khiển) Hầu hết các cánh tay công nghiệp ban đầu đều chạy bằng không khí và được sử dụng cho sản xuất ô tô Di sản đó vẫn tồn tại Nhiều cải tiến mới nhất của bộ kẹp đến từ lĩnh vực năng lượng chất lỏng và phần lớn bộ kẹp vẫn là khí nén

1.1.1.3 Sự phát triển của Gripper khởi đầu với các loại hình song song

Theo như chia sẻ của Giám đốc sản phẩm của các bộ phận tự động hóa tại Schunk Inc., Morrisville, N.C – Jesse Hayes Cánh tay ban đầu của Stanford bao gồm một bộ kẹp song song Thiết kế này vẫn còn phổ biến cho đến ngày nay Chúng bao gồm hai ngón tay thanh thẳng được kích hoạt để trượt lại với nhau Hoặc di chuyển

ra xa nhau để cầm và thả vật thể Dụng cụ kẹp hai ngón tay được sử dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp ngày nay Vì tính linh hoạt trong hành trình của chúng”.

1.1.1.4 Sự đơn giản hóa

Một biến thể khác là kẹp góc hai ngón đã ra đời vào cuối những năm 1970 Một trong hai ngón tay trong thiết kế này xoay trên một điểm trục Đóng lại giống như một cánh cổng trên các đối tượng mục tiêu Sự khác biệt giữa hành động song song và và hành động tiếp góc? Hành động hàm song song giúp đơn giản hóa thiết

kế ngón tay Và lực vẫn giữ nguyên trong suốt hành trình Không giống như một số dụng cụ kẹp góc hai ngón tay.

Thiết kế song song cũng cung cấp các tùy chọn thiết kế khác biệt: Bộ kẹp với piston và nêm tác động trực tiếp cho phép hành trình ngắn hơn và lực bám cao, lên đến 10.000 lbf Để so sánh, bộ gắp piston thẳng trực tiếp tạo ra lực nhỏ hơn một chút Nhưng cung cấp hành trình dài hơn, đến 24 in

Trong một số trường hợp Hayes cho biết thêm rằng ông ước tính rằng 60 đến 70% ứng dụng kết thúc bằng cách sử dụng bộ kẹp song song Nhiều đơn vị trong số này cũng sử dụng năng lượng chất lỏng Mặc dù một số bộ kẹp được cung cấp ở cả phiên bản khí nén và điện cơ Sự đổi mới tiếp theo về tay kẹp xuất hiện vào cuối

những năm 1980 Loại hình một tay nắm ba ngón tay được phát triển tại Viện Công nghệ Massachusetts Đã được cấp phép cho công ty sản xuất Barrett Technology Inc., Cambridge, Mass

1.1.1.5 Barrett Technology

Vào năm 1990, Thiết kế ( hiện nay được gọi là bàn tay Barrett) nhúng bộ điều khiển servo, phần mềm, giao tiếp và bốn động cơ không chổi than Hai ngón tay có thêm một mức độ tự do, với khả năng di chuyển theo chiều đồng bộ 180 ° cho nhiều cách để nắm bắt Hãy nhớ rằng bộ gắp bằng hai ngón tay hoạt động tốt nhất khi được dành riêng cho một nhiệm vụ cụ thể Và phải được hoán đổi cho bộ gắp khác trên tháp pháo nếu các bộ phận hoặc hình dạng mục tiêu thay đổi Ngược lại, tay Barrett dòng BH8 mới nhất thực hiện các chức năng của một số gắp song song tùy chỉnh Giao diện người dùng BHControl dựa trên hệ Windows cùng với Thư viện chức năng

C Giúp người dùng thích nghi với các tình huống mới.

Vào cuối năm 2009, Barrett Technology cũng đã cho trình làng tay nắm SDM Hand Dựa trên polyme được phát triển bởi Robert D Howe và Aaron Dollar thuộc Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng của Đại học Harvard Cánh tay robot này có các ngón tay với các khớp linh hoạt Vì vậy, nó có thể điều chỉnh và nắm chặt các vật thể có hình dạng và khối lượng Mà không cần quá nhiều lực hoặc yêu cầu vị trí chính xác đến hoàn hảo

1.1.1.6 Công nghệ Robot ngày càng tiến bộ

Trên thực tế, mặc dù máy gắp ba ngón đã tồn tại một thời gian Đến bây giờ, chúng mới được ứng dụng rộng rãi hơn Hayes – một thành viên kỳ cựu của Schunk chia sẻ: “Khi hoạt đông lắp ráp và công nghệ robot trở nên tiến bộ linh hoạt hơn Có thể xử lý nhiều bộ phận hơn mà không cần chuyển đổi dụng cụ Các kỹ sư thực sự sẽ bắt đầu thấy các sản phẩm như bàn tay SDH của chúng tôi có vai trò lớn hơn”.

1.1.1.7 Sự lựa chọn thay thế Gripper: Các biến thể không dùng ngón tay

Trên một số mô-đun quay Schunk, góc quay có thể được điều chỉnh; Độ chính xác của hai piston là ± 0,05 ° và một lỗ khoan ở giữa giúp loại bỏ cáp điện xoay Cảm

biến tích hợp giám sát các vị trí cuối Thay vào đó, dụng cụ kẹp chạy bằng khí không phải là loại có ngón Hoặc ít nhiều được mô phỏng theo bàn tay con người Thường

sử dụng lực hút và cốc dẻo để cầm nắm Và thường xử lý các vật rất dễ vỡ hoặc mỏng manh.

Trường hợp điển hình: Bộ gắp SCG linh hoạt của Schmalz Inc., Raleigh, sử dụng dòng khí hút để tách các tấm giấy bạc siêu mỏng Ngay cả trước khi bộ kẹp tiếp xúc với chúng Mỗi chu kỳ chỉ có một lớp trung gian Đối với ghi nhãn trong khuôn, ngay cả những lá mỏng hơn 0,0012 inch cũng có thể được gắn vào bao bì sản phẩm

Mà vẫn giữ nguyên hình dạng của chúng Tại đây, bề mặt tiếp xúc lớn của bộ kẹp ngăn không cho các phôi nhạy cảm bị hút vào

1.1.1.8 Cánh tay Robot

Ngoài ra, tính năng tạo chân không tích hợp tăng cường lưu lượng thể tích để kẹp chặt các vật liệu thậm chí là xốp Bộ gắp hút được lắp đặt ở đầu các cánh tay robot Thông thường khi chúng xử lý các vật dụng như kính chắn gió ô tô Mặt khác, chúng được lắp đặt ở dưới cùng của robot delta gắn trên trần nhà Thiết kế hình bình hành spideresque nhẹ được phát hành trong những năm gần đây Các dây đai được trang bị bộ kẹp hút thực hiện các công việc tinh vi Chẳng hạn như đóng gói bánh quy, di chuyển chip bán dẫn và thực hiện các nhiệm vụ y tế.

1.1.1.9 Gripper có chức năng kẹp và xoay

Trường hợp bộ kẹp điện bằng khí nén với xi lanh cổ điển thường yêu cầu nhiều nguồn cung cấp khí thay vì hút Điều này chắc chắn đúng với các thiết bị chuyển động kép vừa xoay vừa bám Một bước phát triển khác trong vài năm qua.

Hình 1.2 Robot 4 trục (MPL)

Cánh tay robot 4 trục này bao gồm một cổ tay rỗng cho cáp và ống mềm Trước đây, điều này là một vấn đề bảo trì đối với robot công nghiệp Một đường dẫn cũng cho phép cài đặt cáp để điều khiển qua DeviceNet, Profibus, Ethernet I / P hoặc mạng cấp thiết bị khác Ví dụ, Robot MPL-series Master Palletizing của Motoman Inc., Dayton, Ohio, chịu được từ 80 đến 800 kg Và xếp hạng mômen quán tính cổ tay cho phép cao nhất Vỏ bọc 360 ° chứa được băng tải nhiều nguồn cấp dữ liệu và kết cấu pallet

Một ví dụ khác, các mô-đun song song DGP404 được sản xuất bởi Sommer Automatic, New Hyde Park, NY Các bộ phận kẹp và xoay – xoay 90 ° hoặc

Techno-180 ° (với thanh dẫn rãnh chữ T hấp thụ lực và mômen) Trong khi kết nối khí nén riêng biệt sẽ kích hoạt ngón tay -hành động tích cực Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả, một bộ giữ cơ khí giữ cố định sau khi khí nén thiết lập độ bám ban đầu

1.1.1.10 Cánh tay Stanford

Có thể nói, sức ảnh hưởng của cánh tay Stanford vẫn còn hiển hiện ở đây Trong thiết kế đột phá cũ, phanh cơ điện và ly hợp trượt đã giữ các khớp ở vị trí (khi

bộ điều khiển thế hệ đầu liên tục chỉ đạo các liên kết khác) và ngăn ngừa thiệt hại do

va chạm.

Một bộ kẹp xoay khác là một bộ phận thu nhỏ của Schunk Đơn vị RP của Schunk sản xuất và lắp ráp các thành phần nhỏ Mô-đun quay Schunk RM được kết hợp với một bộ kẹp song song khí nén Có thể được trang bị các thiết bị an toàn lực bám ID hoặc OD khác nhau, cho các thiết kế bán tùy chỉnh Việc kết hợp thao tác xoay (“cổ tay”) với tay nắm yêu cầu phải sửa đổi thiết kế cơ học Trong một số trường hợp, bộ truyền động kẹp được lắp với các thanh piston dài hơn để hoạt động trên các mô-đun quay

Hình 1.3 Cánh tay Stanford

1.1.1.11 Bộ giữ An Toàn

Thiết bị vận chuyển mẫu y tế yêu cầu tự động hóa lấy và đặt nhanh chóng để duy trì năng suất Điều đó phản ánh rằng các mẫu sinh học tinh vi cũng phải được lưu

trữ và chuyển giao một cách an toàn Vì vậy, một số nhà sản xuất thiết bị mẫu y tế kết hợp ba thiết bị truyền động MTB chính xác từ PBC Linear, Rockford, Ill., Để tạo thành các giàn Cartesian XYZ Bộ truyền động MT được dẫn động bằng dây đai thời gian được gia cố bằng thép để tăng tốc và di chuyển cao Đồng thời bao gồm vỏ và hộp đựng bằng nhôm anod.

Trọng tâm của thiết kế là bộ truyền động mini PBC ML di chuyển bộ kẹp mẫu vào và ra khỏi vị trí Bên cạnh cánh tay robot và robot delta Một tùy chọn lắp thứ ba cho bộ kẹp là trên giàn Descartes Thiết lập này phổ biến hơn với bộ kẹp ngón

1.1.1.12 Bộ kẹp Schunk

Để dễ dàng lắp đặt, các trục quay của Schunk có các mẫu lỗ tiêu chuẩn hóa để kết nối với các tấm bộ điều hợp và mô-đun Gemotec Các sản phẩm của một nhà sản xuất mà Schunk đã mua lại vào năm 2006 Điều này giúp việc kết hợp bộ kẹp với các đơn vị tuyến tính dễ dàng hơn Để nhanh chóng xây dựng dựa trên chọn và đặt giàn

và các đơn vị chức năng hoàn chỉnh.

Cho đến nay, việc sử dụng bàn tay robot trong sản xuất công nghiệp đã bị hạn chế đối với các loại máy gắp hai và ba ngón chắc chắn Tuy nhiên, Festo Corp., Hauppauge, NY, đang đưa nó lên một tầm cao mới Cơ điện tử và sinh học kết hợp trong cánh tay Airic của công ty với 30 cơ khí nén tận dụng polyamide Và bán kính nhân tạo, kết hợp bằng laze, phần vai, cổ tay và ngón tay (Festo đã sản xuất các cơ lỏng cho các ứng dụng trong thực tiễn)

Hình 1.4 Bộ kẹp Schunk

1.1.1.13 Máy gắp không có ngón tay

Một số máy gắp không có ngón tay nào cả Trong ngành công nghiệp dược

phẩm, SCG của Schmalz Inc xử lý các lá Tyvek mỏng Và xốp được sử dụng để bọc

các bồn chứa đầy Một mô-đun xả hơi tùy chọn tạo điều kiện thay đổi bề mặt hút

nhanh chóng trong đường kính 40 và 60 mm Khi các ống đàn hồi này (với các sợi

aramide tích hợp) được chứa đầy khí nén Đường kính sẽ tăng lên và chiều dài ngắn

lại để thực hiện công việc.

Một ưu điểm so với thí điểm mô phỏng bằng con người: Các cơ không cần

năng lượng để giữ trọng lượng tại chỗ sau khi di chuyển Cảm biến áp suất và chiều

dài giám sát lực kéo và độ co Một bộ điều chỉnh cơ điện tử phân phối áp suất để lập

mô hình động học của con người, tốc độ nhanh, lực và sự tinh chỉnh Một thiết kế nhỏ

hơn nhưng tương tự được thực hiện bởi Shadow Robot Co Ltd Một công ty khởi

nghiệp mới hơn có trụ sở tại London Bàn tay hoạt động dựa trên cơ và động cơ nhỏ hơn của họ đã được bán cho một số chính phủ và tổ chức nghiên cứu

1.1.1.14 Công nghệ Kẹp Gắp Robot được phát triển

Trong khi đó, những phát triển ở cấp độ nghiên cứu khác vẫn tiếp tục Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức (DLR), nơi phát triển các ý tưởng bàn tay robot, hợp tác với Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân (HIT) Gần đây đã phát triển một bàn tay robot với sức mạnh và sự khéo léo của bàn tay con người Ba ngón tay nắm được các phần hình nón và một ngón tay cái hỗ trợ Bốn khớp của ngón tay có ba bậc tự do, và ngón cái

có bốn bậc.

Hình 1.5 Bàn tay robot

1.1.1.15 Bước tiến mới công Nghệ Kẹp

12 động cơ servo một chiều không chổi than Faulhaber 16 mm được sản xuất bởi MicroMo Electronics, Inc Di chuyển bàn tay robot bốn ngón này để tạo ra tay

cầm chắc chắn cùng với các chuyển động phức tạp và tinh tế Động cơ kết nối với hệ thống bánh răng hành tinh 159: 1 hoàn toàn bằng kim loại có cùng đường kính.

Các phiên bản động cơ 12 và 24 V, công suất 11-W, và mô-men xoắn liên tục tối đa đến 2,6 mNm.Đảm bảo phản ứng động lực học tốt, ngay cả khi thay đổi vòng quay Ổ bi ứng suất trước duy trì độ chính xác Cảm biến Analog Hall báo hiệu vị trí chính xác và cung cấp thông tin phản hồi với độ phân giải 8-bit hoặc tốt hơn Cảm biến Hall cộng với động cơ tạo thành một đơn vị 31 g với chiều dài chỉ 28 mm Động

cơ không tải ở 29,900 vòng / phút; mô men xoắn cho phép là 450 mNm

Mỗi khớp cũng có cảm biến góc và mô-men xoắn không tiếp xúc yêu cầu độ phân giải cao Và so sánh nhanh chóng với các mảng cổng có thể lập trình hiện trường (FPGA) về điểm đặt và giá trị thực Vì vậy, một bus tốc độ cao 25 Mbps có khả năng thời gian thực được nhúng vào bàn tay robot chuyển dữ liệu đó Việc kiểm soát tất cả các liên kết này cũng thuộc về xe buýt Bộ vi xử lý tốt hơn mang lại lợi ích cho thiết

kế mới

1.1.1.16 Công nghệ kẹp gắp qua từng giai đoạn

Năm 1969, lập trình cánh tay ở Stanford đã đơn giản hóa các liên kết và quỹ đạo để tăng tốc độ tính toán điều khiển Ngược lại, chỉ có ba dây dẫn nối tiếp bên ngoài kết nối bàn tay với bộ xử lý điều khiển HIT-DLR Ngoài ra, Các ngón tay robot ban đầu đã được di chuyển bằng cách sử dụng kéo cáp Nhưng bàn tay HIT- DLR có động cơ được lắp trực tiếp vào các ngón tay

Tóm lại, 12 cảm biến Hall tương tự và động cơ một chiều chuyển mạch điện

tử (động cơ Faulhaber EC) MicroMo Electronics, Inc., Clearwater, Fla., chế tạo được lắp đặt bằng tay Các nhà phát triển HIT-DLR cũng hy vọng rằng bàn tay sẽ sớm được sử dụng rộng rãi hơn Vì vậy, một bộ xử lý tín hiệu trên thẻ PCI cắm vào được tích hợp cho một PC tiêu chuẩn Do đó, bàn tay có thể được điều khiển từ cửa sổ phần mềm Dữ liệu cảm biến được hiển thị trên màn hình Kết nối tay với máy tính cũng được tối ưu hóa để sử dụng trong công nghiệp

Hình 1.6 Robot chuyển động như con người

Các chuyển động giống như con người đòi hỏi sự điều chỉnh nặng nề do máy tính hỗ trợ Festo’s Airic đã điều khiển bằng cánh tay với chip nhúng, máy ảnh và cảm biến xúc giác Trong tương lai, nó có thể thực hiện các nhiệm vụ tinh vi nguy hiểm thay thế cho con người

1.1.2 Tay máy tọa độ vuông góc (Cartesian robot/ Gantry robot)

Robot hoạt động trong hệ tọa độ này được

minh họa như hình vẽ gồm ba chuyển động định vị

X,Y,Z theo các trục tọa độ vuông góc:

Loại robot này thích hợp với công việc gắp vật

thể và đặt chúng vào vị trí khác Các ứng dụng

có thể là đóng gói, lắp ráp máy móc, cầm nắm

các máy công cụ hoặc hàn theo hình cung Đối

với loại robot này, cánh tay được tạo thành từ

3 khớp trượt mà trục của chúng trùng với hệ

trục tọa độ Đê-các

Hình 1.7 Tay máy tọa độ vuông góc (Cartesian Robot)

Ưu điểm:

- Không gian làm việc lớn, cotheer dài đến 20m

- Đối với loại gắn trên trần sẽ dành diện tích sàn lớn cho các công việc khác

- Hệ thống điều khiển đơn giản

Hạn chế việc them vào các loại cần trục hay các loại thiết bị vận chuyển vật liệu khác trong không gian làm việc cảu robot không thích hợp lắm việc duy trì vị trí của các cơ cấu dẫn động và các thiết bị dẫn động đối với loại trên đều gặp nhiều trở ngại

1.1.3 Tay máy máy tọa độ trục (cylindrical robot)

Trong ba chuyển động chính, robot trang bị hai chuyển động tịnh tiến và một chuyển động quay.Sử dụng trong công nghệ lắp ráp, cầm nắm máy công cụ, hàn điểm, robot này có hệ tọa độ dạng trục

Hình 1.8 Tay máy tọa độ trụ

Ưu điểm:

- Có khả năng chuyển dộng ngang và sâu vào trong các máy sản xuất

- Cấu trúc theo chiều dọc máy để lại nhiều khoảng chống chó sàn

- Kết cấu vững chắc có khả năng mang tải lớn

- Khả năng lặp lại tốt

Nhược điểm duy nhất là giới hạn về phía trái và phía phải do kết cấu khí và giới hạn các kích thước của cơ cấu tác dộng theo chiều ngang

1.1.4 Tay máy tọa độ cầu(Spherical/polar robot)

Robot này được bố trí có ít nhất hai loại

chuyển động quay trong 3 loại chuyển động định

vị Dạng robot này là sử dụng điều khiển servo

sớm nhất.Được sử dụng để cầm nắm các dụng cụ,

hàn điểm, đánh bóng Trục cảu robot tạo thành hệ

tọa độ hình cầu

Hình 1.9 Tay máy tọa độ cầu

1.1.5 Tay máy toàn khớp bản lề

Loại cấu hình dễ thực hiện nhất được ứng dụng cho robot là dạng khớp lối bản lề lề và kế đó là dạng ba trục thẳng,

gọi tắt là dạng SCARA (Selective

Compliance Assembly Robot Arm) Dạng

này và dạng tọa độ trụ là phổ cập nhất

trong ứng dụng công nghiệp bởi vì

chúng cho phép các nhà sản xuất robot

sử dụng một cách trực tiếp và dễ dàng

các cơ cấu tác động quay như các động

cơ điện, động cơ dầu ép, khí nén

Hình 1.10 Tay máy toàn khớp bản lề

Được sử dụng để gắp nhả vật, đóng gói, lắp ráp hay cầm nắm máy công cụ Robot có 2 khớp xoay song song với nhau cho phép thao tác trên mặt phẳng Ứng dụng cho robot là dạng khớp nối bản lề và kế đó là dạng ba trục thẳng, gọi tắt là

dạng SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

1.2 Mục đích nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Mục đích nghiên cứu

- Thiết kế, mô phỏng Robot gắp sản phẩm từ máy ép nhựa ra thùng chứa, cơ cấu di chuyển theo 2 trục với độ chính xác vị trí là 0,1 mm

- Tối ưu các thông số của máy (tốc độ di chuyển )

- Đánh giá rung động máy

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết nguyên lý, ứng dụng griper

+ Tìm hiểu các tài liệu trên mạng, đặc điểm công nghệ kẹp sản phẩm

- Tìm hiểu các phương pháp, phần mềm điều khiển máy: các phần mềm liên quan đến lập trình để điều khiển Robot gắp; các phần mềm thiết kế mô hình như Solidworks, Inventor, …

- Tham khảo mô hình Robot gắp thực tế, trên mạng internet để tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý của các bộ phận trong máy

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là “ Robot gắp phối màu vật liệu nhựa”

+ Driver điều khiển động cơ servo

+ Cảm biến cơ học và cảm biến nhiệt độ, nhiệt điện trở

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu các chức năng cơ bản và có tính ứng dụng cao của các module chức năng Và áp dụng chúng vào một sản phẩm thực tế và có tính ứng dụng cao

- Phần cứng: Thiết kế toàn bộ khung máy, các chi tiết của máy, gia công các chi tiết cơ khí

- Phần mềm:

+ Lập trình Adruino IDM

+ Sử dụng phần mềm Inventor để tạo mẫu 3D

 Kết cấu máy được thiết kế với kết cấu như hình bên dưới:

Nguyên lý hoạt động của máy : Khi sản phẩm được ép xong tay gắp sẽ dựa vào các chuyển động của xi lanh đi đến đúng vị trí gắp và gắp sản phẩm ra, tiếp theo xi lanh sẽ đưa tay gắp đến vị trí thùng chứa sản phẩm và nhả ra

Hình 1.11 Mô hình máy thực tế

1.4 Nghiên cứu bằng thực nghiệm:

Thông qua mô hình tay gắp thử nghiệm thực tế, các phiên bản, khảo sát cách

thức thiết kế, chế tạo, hoạt động của các loại tay gắp khác, giúp chúng ta có cái nhìn

khách quan hơn về đề tài, dễ dàng hơn trong việc tối ưu hóa thiết kế cũng như phát

triển hệ thống tay gắp robot lên tầm cao mới

Do giữa lý thuyết và kết quả thực tế luôn có sự sai lệch nên sau khi chế tạo hệ

thống tay gắp cần phải được thực nghiệm để kiểm tra, đánh giá lấy kết quả so sánh

với mục tiêu ban đầu của đề tài Đồng thời dựa vào kết quả của thực nghiệm để tiến

thành hoàn thiện phần điều khiển robot sao cho chính xác nhất

1.5 Cấu trúc cơ bản hệ thống

1.6 Phân tích hệ thống

Bài toán của chúng ta ở đây là lấy các sản phẩm đúc, vật liệu nhôm trên máy

đúc áp lực nằm ngang

Phân tích thao tác lấy sẩn phẩm

-Đê thực hiện việc lấy sản phẩm ra khỏi máy người thợ phải trải qua các bước cơ bản

như sau

Bước 1: tác sản phẩm ra khỏi khuôn

Bước 2: Đưa ra khỏi vùng làm việc của máy

Bước 1 Tay gắp tịnh tiến theo phương -Z đi xuống

Bước 2 Tay gắp tịnh tiến theo phương -X để tiếp cận sản phẩm

Bước 3 Xi lanh kẹp tịnh tiến theo phương -Y để kẹp sản phẩm

Bước 4 Tay gắp sẽ tịnh tiến theo phương X để đưa sản phẩm ra vùng an toàn

Bước 5 Tay gắp tịnh tiến theo phương Z

Bước 6 Tay gắp sẽ quay 90 0 quanh trục X để đưa sản phẩm tới thùng chứa

Bước 7 Tay gắp sẽ đi xuống

Bước 8 Xi lạnh kẹp sẽ nhả kẹp

Bước 9 Tay gắp sẽ thu về

Bước 10 Tay gắp quay 90 0 để về vị trí ban đầu

Vậy từ đó tay suy ra hệ thống của chúng ta cần 3 chuyển động tịnh tiến và 1 chuyển động quay để có thể hoạt động được

Yêu cầu chung:

-Cơ cấu đơn giản dễ chế tạo song vẫn phải đám đứng được khả năng làm việc -Giá thành rẻ, vật liệu chế tạo dễ kiếm

-Hoạt động ổn định

-Tối đa hóa thời giản, nâng cao năng xuất làm việc cũng như tối đa hóa giá thành cho sản phẩm

Kết luận chương: Trong chương này, nhóm đã đưa ra ưu, nhược điểm của một số

loại robot hiện nay và ứng dụng của các phương pháp Từ đó nhóm đã lựa chọn

“Robot gắp vật liệu nhựa

1 Công nghệ gắp Dùng xi lanh khí có chức năng kẹp

2 Kết cấu máy Dùng xi lanh khí có chức năng kẹp

Các trục sử dụng Các ray dẫn hướng

và xi lanh khí

Bảng 1.1 Bảng tổng kết chương 1

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ROBOT GẮP

2.1 Cấu trúc cơ bản hệ thống

Phân tích điều kiện và yêu cầu làm việc

Bài toán của chúng ta ở đây là lấy các sản phẩm ép được gắn với cán dài 30mm hình trụ bán kính 3mm, khối lượng sản phẩm 0,1- 1kg

- Khoảng cách từ nơi đặt tay gắp theo chiều ngang tới sản phẩm cần gắp là 516mm

Phân tích dạng thao tác lấy sẩn phẩm

Bước 1: tách sản phẩm ra khỏi khuôn

Bước 2: Đưa ra khỏi vùng làm việc của máy

Bước 3: Để sản phẩm về vị trí quy định

Chúng ta có thể biểu sơ bộ đường di chuyển của sản phẩm như sau

Hình 2.1 sơ đồ di chuyển của sản phẩm

2.2 Nguyên lý hoạt động

Để giải quyết bài toán này chúng ta có hệ thống tay gắp cơ bản hoạt động như sau

Hình 2.2 sơ đồ động học và sơ đồ nguyên lý của robot gắp

Khớp 1 là khớp quay sẽ quay 90 độ miền làm việc theo yêu cầu , khớp 2 là khớp tịnh tiến và sẽ đi ngang miền làm việc, như vậy với 2 khớp trên ta đủ để xác định vị trí của một điểm trên mặt phẳng thao tác Khớp 3 là khớp tịnh tiến để điều chỉnh độ cao của tay gắp so với khuân Khâu 3 và khâu 2 sẽ dùng xylanh và ray trượt vì cùng là tịnh tiến Khâu 1 dùng ổ lăn và xylanh Phần tính chọn xylanh, ổ bi

và các thông số chi tiết cho kết cấu sẽ được trình bày kĩ trong phần thiết kế cơ khí

và tính chọn bên dưới Với kết cấu như trên theo nhóm em là phù hợp với yêu cầu của đề tài

W1

X2

X3

SP X4

x

z

o y

a b

1 2

3

Yêu cầu chung:

-Cơ cấu đơn giản dễ chế tạo song vẫn phải đám đứng được khả năng làm việc -Giá thành rẻ, vật liệu chế tạo dễ kiếm

-Hoạt động ổn định

-Tối đa hóa thời giản, nâng cao năng xuất làm việc cũng như tối đa hóa giá thành cho sản phẩm

a Base trục z (b) trục xy Hình 2.4 Hình 3d tổng quan của base trục z và xy

Cách thước Hoạt đông

Khi gia sản phẩm được đúc xong xylanh 1 di chuyển tay gắp xuống vị trí sản phẩm

- Xylanh gắp kẹp vào sản phẩm

- Xylanh khâu 2 hoặt động đưa sản phẩm ra khỏi khuân

- Xylanh 1 quay góc 900

- Xi lanh khâu 3 đưa sản phẩm tiến về vị trí đặt sản phẩm, tay gắp nhả sản phẩm

ra xylanh các khâu quay về vị trí ban đầu

Kết thúc 1 tiến trình gắp sản phẩm

2.3 Tính toán, thiết kế hệ thống cơ khí

Hình 2.5 Cơ cấu xoay trục z

Sau khi đã gắp sản phẩm ra khỏi khuân cơ cấu này xoay góc 90 từ vị trí gắp phôi theo chiều kim đồng hồ đưa cụm tay gắp trục x,y có chứa sản phẩm ra khỏi khỏi

khu vực làm việc của máy đến vị trí thả sản phẩm

2.3.1 Tính toán cụm trục quay

Nhóm em tập trung vào tính toán phần tay trục Z của máy và kết cấu máy

bên em đưa ra như trên : Trục X và trục Y mỗi trục đều dùng xi lanh để tạo ra

chuyển động như hình

Sơ đồ cơ cấu xoay

Hình 2.6 Cơ cấu xoay

B

Dựng kết cấu khung máy:

Ta có: Kích thước chi tiết tối đa: A x B x H = 600x300x1000

Từ đó, chọn kích thước không gian làm việc : A x B x H= 410x300x230

Phương pháp gia công và lắp ráp khung máy

Khung máy là bộ phận quan trọng, chịu lực lớn nhất và đảm bảo độ chính xác của máy nên yêu cầu độ chính xác khi gia công cao

• Kiểm bền trục z sử dụng phần mềm

Ta có kết cấu kiểm bền : Với lúc ở đây là trọng lực trục Z , mZ=25 kg

Hình 2.8 khối trục z

Sau khi sử dụng phần mềm để tính toán , ta đưa ra các kết quả thu được:

Hình 2.9 Biểu đồ ứng suất giới hạn

Hình 2.19 Biểu đồ chuyển vị

 Từ các biểu đồ trên , ta thu được các kết quả :

Smax= 70,55 Mpa < 216 Mpa ( ứng suất giới hạn của Aluminum 6061)

Dmax= 0.08429 mm <0,2 mm ( sai số này có để được bù trên phần mềm điều khiển )

Theo đó, ta thấy kết cấu đủ bền và có thể đưa vào sử dụng trong thực tế

Chọn ổ lăn cho trục quay của cơ cấu

Hình 2.11 Ổ bi UCP 206

Ta có số vòng quay của trục II:

Do trục chịu lực dọc trục F a = 0 Nên chọn ổ lăn là ổ bi đỡ 1 dãy kiểu 206 chịu được tải trọng lớn và tải trọng va đập tốt

Tuổi thọ của ổ với m = 3

Tuổi thọ của ổ lăn:

L = L h n 2 60.10 -6 = 16000 30.60.10 -6 = 28.8 (triệu vòng)

Hệ số khả năng tải động

Cd = 725 √28.8 3 = 2222 (N)

⇒ Loại ổ lăn này thoả mãn điều kiện tải tĩnh

2.3.2 Thiết kế kết cấu cụm tay gắp