Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài nghiên cứu và chế tạo tay máy gắp sản phẩm truyền động bằng khí nén phục vụ trong các dây chuyền sản xuất tự động. Tay máy thay thế cho con người trong hệ thống sản xuất, giúp nâng cao độ tin cậy, năng suất của dây chuyền, và giảm thiểu tai nạn lao động.
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN ỨNG DỤNG CHO DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG Nguyễn Thị Xuân Thuỳ, Nguyễn Thị Mai Hƣơng* *Viện Kỹ thuật HUTECH, trƣờng Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu chế tạo tay máy gắp sản phẩm truyền động khí nén phục vụ dây chuyền sản xuất tự động Tay máy thay cho ngƣời hệ thống sản xuất, giúp nâng cao độ tin cậy, suất dây chuyền, giảm thiểu tai nạn lao động Tay máy có bậc tự Tay máy gồm chuyển động lần lƣợt xoay, trƣợt, trƣợt Mỗi chuyển động đƣợc truyền động xylanh khí nén Hoạt động tự động tay máy đƣợc điều khiển chip vi điều khiển ATMega Tay máy sau đƣợc tính tốn, thiết kế, chế tạo đƣợc lắp ráp hoạt động tốt GIỚI THIỆU Tay máy gắp sản phẩm đƣợc sản xuất nhiều giới giá thành cao, đề tài thực việc thiết kế chế tạo tay máy với giá thành thấp nhiều chủ động phát triển công nghệ nƣớc Việt Nam Tay máy robot đƣợc nghiên cứu ứng dụng dây chuyền tự động [1-8] Ƣu điểm tay máy khả định vị xác, lặp lại xác thay đổi chƣơng trình cho phù hợp với dòng sản phẩm dây chuyền sản xuất Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, kết cấu khí robot, cảm biến trang bị, chƣơng trình đƣợc thiết kế tƣơng ứng phù hợp Trong ứng dụng gắp đặt đơn giản, tay gắp robot truyền động khí nén đƣợc sử dụng rộng rãi nhờ ƣu điểm dễ chế tạo, đáp ứng nhanh, đơn giản giá thành rẻ phù hợp ứng dụng đơn giản [5-7] Có nhiều kiểu thiết kế cấu trúc khí tay gắp robot đƣợc nghiên cứu trình bày tài liệu [3] Tay gắp bậc tự có vùng khơng gian làm việc khối hình hộp cấu trúc kiểu toạ độ trụ Tuỳ ứng dụng mà cấu trúc khí đƣợc thiết kế cho phù hợp [3] Hƣớng nghiên cứu chế tạo tay máy khí nén gắp sản phẩm đƣợc nghiên cứu nhiều trƣờng đại học ứng dụng cho dây chuyền ép nhựa công ty sản xuất sản phẩm nhựa Chế tạo, điều khiển tay máy sản phẩm nhựa PLC, kết hợp truyền động điện khí nén đƣợc thực nhóm nghiên cứu TS Lê Hoài Quốc ĐH Bách Khoa TP.HCM năm 2003 Chế tạo điều khiển PLC tay gắp sản phẩm nhựa đƣợc thực trƣờng ĐH Bách Khoa ThS Võ Anh Huy chủ trì năm 2002 Năm 2007, đề tài ―Ứng dụng camera điều khiển tay máy gắp sản phẩm nhựa‖ đoạt giải ba giải thƣởng Vifotec năm 2006, giải ba giải thƣởng SV nghiên cứu khoa học Bộ Giáo dục - đào tạo TS Bùi Thanh Luân hƣớng dẫn THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Định hƣớng ứng dụng tay máy dùng để gắp thành phẩm sản xuất công nghiệp nhƣ sản phẩm đƣợc làm từ khuôn nhựa, sản phẩm sau đƣợc đúc đƣợc tay máy gấp chuyển trực tiếp vào thùng chứa Cánh tay robot đƣợc ứng dụng rộng rãi sản xuất cơng nghiệp, giúp giảm bớt việc sử dụng sức lao động ngƣời vào trình sản xuất, cao suất hiệu công việc 1085 Nguyên lý hoạt động: tay máy bậc tự đƣợc truyền động xylanh khí nén (xem hình 1): xylanh 8, xylanh 7, xylanh Xylanh duỗi truyền động khung xoay quanh trục Xylanh duỗi đƣa phận tay kẹp tác động cuối xuống Xylanh điều khiển cụm xylanh di chuyển qua trái - phải Chuyển động xylanh đƣợc điều khiển van khí nén tác động cuộn từ Sơ đồ mạch khí nén đƣợc thể hình (Phải) Một ứng dụng điển hình gắp sản phẩm đƣợc thể biểu đồ trạng thái hoạt động hệ thống nhƣ hình (Trái) Kích thƣớc bao tay gắp theo chiều dài x rộng x cao lần lƣợt 485 x 160 x 563 (mm) Hình Bản vẽ lắp tay máy robot Hình Biểu đồ trạng thái, bảng tín hiệu, mạch khí nén điều khiển xilanh tay máy Sơ đồ khối kết nối hệ thống tay máy đƣợc thể hình Cụm nguồn cung cấp điện cho tồn hệ thống hoạt động, điều khiển Arduino bật tắt relay tƣơng ứng để đóng ngắt valve khí nén điều khiển hoạt động cấu chấp hành xylanh khí nén Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 1086 Kết cấu tay máy đƣợc thiết kế 3D sử dụng phần mềm Solidwork Hình mơ tả mơ hình 3D tay máy Hình Hình thiết kế 3D tay máy KẾT QUẢ THI CÔNG SẢN PHẨM TAY MÁY ROBOT: GIA CÔNG, LẮP RÁP, LẬP TRÌNH Kết gia cơng chế tạo sản phẩm thực tế nhƣ thể hình Vật liệu chế tạo chi tiết khí thép Hình Hình ảnh thực tế tay máy hoàn chỉnh Chi tiết kết nối đầu mạch Arduino mạch module relay nhƣ sau: Modul relay kênh (kích mức 0) Chân VCC relay đƣợc nối với chân V Arduino Chân GND relay nối với chân GND Arduino Các chân để xuất tín hiệu điều khiển từ mạch Arduino sang Module relay đƣợc xếp theo thứ tự nhƣ sau (Hình 6,7): 1087 Hình Cấu trúc vi điều khiển Arduino Mega 2560 Hình Kết nối vi điều khiển relay Chân số 13 Arduino nối với chân IN1 Module relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chân số 12 Arduino nối với chân IN2 Module relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chân số 11 Arduino nối với chân IN3 Module relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chân số 10 Arduino nối với chân IN4 Module relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chân số Arduino nối với chân IN5 Module relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chân số Arduino nối với chân IN6 Module relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chân số Arduino nối với chân IN7 Modul relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chân số Arduino nối với chân IN8 Modul relay để điều khiển cuộn coid Valve số Chƣơng trình điều khiển hoạt động tay máy đƣợc viết dựa ngơn ngữ lập trình C máy tính Sau nạp vào chip vi điều khiển Chƣơng trình chip vi điều khiển vận hành hoạt động tay máy KẾT LUẬN Đề tài thực việc tính toán, thiết kế chế tạo tay máy gắp sản phẩm truyền động khí nén Tay máy có bậc tự do, bậc tự đƣợc truyền động xylanh khí nén Hoạt động tay máy đƣợc điều khiển mạch Arduino (chip vi điều khiển ATmega) Tay máy sau đƣợc chế tạo lắp ráp hoạt động yêu cầu thiết kế Tốc độ chuyển động điều chỉnh đƣợc cho phù hợp với ứng dụng công nghiệp 1088 1089 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M VukobratovićD Stokić, Application of robots in assembly automation, Journal of Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Volume 4, Issues 1-2, 1988, Pages 175-180 [2] KeshengWangTerje K.Lien , The structure design and kinematics of a robot manipulator—I Theory, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Volume 5, Issues 2–3, 1989, Pages 153-158 [3] Craig, J.J., "Introduction to Robotics, Mechanics and Control", 2^ Edition, AddisonWesley, 1989 [4] Sciavicco, L., and Siciliano, B., "Modeling and Control of Robot Manipulators"-2nd Edition, McGrawHill, 1996 [5] Mohd Aliff, Shujiro Dohta, Tetsuya Akag,i Hui Li, Development of a Simple-structured Pneumatic Robot Arm and its Control Using Low-cost Embedded Controller, Sciencedirect, Procedia Engineering, Volume 41, 2012, Pages 134-142 [6] S Maeda, N Tsujiuchi, T Koizumi, M Sugiura and H Kojima, "Development and control of pneumatic robot arm for industrial fields," IECON 2011 - 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Melbourne, VIC, 2011, pp 86-91 [7] G Carducci Mario, Massimo Foglia ,Angelo Gentile ,Nicola Ivan, Giannoccaro A Messina, ―Pneumatic robotic arm controlled by on-off valves for automatic harvesting based on vision localization‖ ,January 2005 [8] Swapnil Gurav, Chetan Bagul, Rahul Ramole, Pukhraj Patil, Prof Sneha Bire , ― Review on design and fabrication of pneumatic gripper for material handling‖, Feb 2008 [9] Milind R Shinde, V N Bhaiswar, B G Achmare ,―Designing a suitable robotic arm for loading and unloading of material on lathe machine using workspace simulation software‖ ,Jan-2016 [10] S Premkumar,a, K.Surya Varman,b, R.Balamurugan, ―Design and Implementation of multi handling Pick and Place Robotic Arm‖, March 2016 [11] Rakesh.N, Pradeep Kumar.A, Ajay.S, Design and Manufacturing of Low Cost Pneumatic Pick And Place Robot, International Journal of Scientific & Technology Research Volume 2, Issue 8, August 2013 [12] M Kostadinović, M Stojčev, Z Bundalo and D Bundalo, 2010 ‗Simulation model of DC servo motor control,‘ Proceedings of 14th Int Power Electronics and Motion Control Conf EPE-PEM, Ohrid, pp: T7-10 -T7-14 [13] Wang Z., Chen Z., Zhang J 2012 ‗Servo Motor Position Control Based on DSP,‘ In: Zhang T (eds) Mechanical Engineering and Technology Advances in Intelligent and Soft Computing, vol 125 Springer, Berlin, Heidelberg [14] M Md Kamal and N Mamat, 2009 ‗Controller design for servo motor,‘ IEEE Symposium on Industrial Electronics & Applications, Kuala Lumpur, pp 926-929 [15] Mạch vi điều khiển Arduino Mega: https://www.arduino.cc/ 1090 ... kế chế tạo tay máy gắp sản phẩm truyền động khí nén Tay máy có bậc tự do, bậc tự đƣợc truyền động xylanh khí nén Hoạt động tay máy đƣợc điều khiển mạch Arduino (chip vi điều khiển ATmega) Tay máy. .. khí nén Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 1086 Kết cấu tay máy đƣợc thiết kế 3D sử dụng phần mềm Solidwork Hình mơ tả mơ hình 3D tay máy Hình Hình thiết kế 3D tay máy KẾT QUẢ THI CÔNG SẢN PHẨM... PHẨM TAY MÁY ROBOT: GIA CƠNG, LẮP RÁP, LẬP TRÌNH Kết gia công chế tạo sản phẩm thực tế nhƣ thể hình Vật liệu chế tạo chi tiết khí thép Hình Hình ảnh thực tế tay máy hoàn chỉnh Chi tiết kết nối