Với mục đích giúp cho cánh tay robot có thể gắp vật cao hơn, do chiều cao của băng tải và giúp cho cánh tay robot cố định chắc chắn.
Chân đỡ được thiết kế:
- Năm chân đỡ với chiều cao mỗi chân là 14 cm - Mặt nhôm với độ dày 1 cm
- Chiều dài: 31 cm - Chiều rộng: 21 cm
17
Hình 3.3:Chân đặt cánh tay robot
3.1.4 Bàn đặt vật
Bàn đặt vật là nơi để robot xếp vật khi đã gắp từ băng tải
Bàn đặt vật được thiết kế:
- Có 2 chân đỡ với chiều cao 32 cm
- Mặt bàn bằng nhôm với chiều dày 0.8 cm - Chiều dài: 30 cm
- Chiều rộng: 30 cm
18
3.1.5 Băng tải
Kích thước băng tải: - Chiều cao: 27cm
- Chiều dài khung: 92 cm - Chiều dài băng tải: 82 cm - Độ rộng khung:14.5 cm - Độ rộng băng tải: 10 cm
Hình 3.5: Băng tải Cơ cấu truyền động của băng tải:
19
3.1.6 Cánh tay robot
3.1.6.1 Đế robot (khớp xoay thứ nhất)
Kích thước của đế robot: - Chiều dài: 30 cm - Chiều rộng: 20.5 cm - Chiều cao: 12 cm Đế robot Thân robot Cánh tay 1 Cánh tay 2 Tay gắp
20
Hình 3.7: Chiều dài của đế Hình 3.8: Bề ngang của đế Tỉ số truyền của các bánh răng dây đai:
Hình 3.9: Bánh răng puly động cơ Hình 3.10: Bánh răng puly trung gian
21
3.1.6.2 Thân robot (trục vít me)
Thân robot giúp cho cánh tay có thể di chuyển lên xuống. Cơ cấu chuyển động sử dụng vít me.
Kích thước cánh tay: - Chiều cao: 58 cm - Đường kính: 16 cm
22
Thông số vít me:
- Bước ren di chuyển: 10mm/vòng. - Đường kính: 1.55 cm
- Chiều dài: 51 cm
Cơ cấu truyền động qua trục vít me:
Hình 3.14: Tỷ số truyền của puly
3.1.6.3Cánh tay 1
Đây là bộ phận nối giữa khớp xoay 1 (khớp xoay của thân) và khớp xoay 2 (khớp xoay cánh tay 2).
23 - Chiều dài: 32.5 cm
- Độ dày: 12 cm
Hình 3.15: Khớp tay thứ nhất
Cơ cấu truyền động trong cánh tay 1, đây là cơ cấu để làm di chuyển cánh tay 2:
24 Mặt bích để cố định động cơ. Động cơ sẽ truyền động cho puly trung gian qua dây dai.
Hình 3.17: Mặt dưới của cánh tay 1
Từ puly trung gian sẽ truyền động cho puly gắn với cánh tay 2 qua dây đai. Từ đó có thể xoay được cánh tay 2.
3.1.6.4 Cánh tay thứ hai
Đây là bộ phận nối giữa cánh tay và tay gắp.
Kích thước của cánh tay 2: - Chiều dài: 26.5 cm - Độ dày: 10 cm
25
3.1.6.5 Tay gắp vật
Cơ cấu gắp được sử dụng khí nén. Tay gắp được sử dụng một động cơ servo để có thể xoay tay kẹp.
Tay kẹp có độ rộng 6 cm. Khi kẹp lại có độ rộng 4 cm. Chiều cao tay gắp 19 cm.
Hình 3.19: Tay gắp
3.2 Thiết kế mạch điều khiển 3.2.1 Thiết bị sử dụng 3.2.1 Thiết bị sử dụng
3.2.1.1 Module nguồn
Thông số kĩ thuật:
- Điện áp cấp vào: 100 đến 240 VAC - Tần số: 50/60 Hz
26 - Giá trị dòng ngõ ra 5 VDC hoặc 24 VDC: 6A
- Bảo vệ quá dòng: 6.6 đến 7.9A - Bảo vệ quá áp: 5.5 đến 6.5 V Hình ảnh thực tế: Hình 3.20: Module nguồn Q61P 3.2.1.1 CPU 3.1.1.1.1 Giới thiệu về PLC a. PLC là gì?
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có
27 nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell...
b. Nguyên lý hoạt động PLC
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau. Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
c. Ưu điểm của PLC
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
28 - Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng,
các môi Modul mở rộng. - Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian.Tuy nhiên,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn.
d. Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng.
RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOS-RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy,
29 đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là có giới hạn.
Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài.
Kích thước bộ nhớ:
- Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo.
- Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả năng chứa từ 2.000 - 16.000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM. 3.1.1.1.2 Giới thiệu PLC dòng Q của Mitsubishi
a. Dạng module
PLC họ Qn là bộ điều khiển lập trình mạnh nhất của Mitsubishi tại thời điểm hiện nay.
Bộ PLC dòng Q ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu mở rộng không ngừng của các hệ thống sản xuất tích hợp các kỹ thuật mới, các nhu cầu về truyền thông nhằm phá bỏ hạn chế của các bộ lập trình truyền thống .
Phát triển từ dòng sản phẩm trước đó, họ AnSH, họ Q cho phép người dùng pha trộn và lựa chọn sự phối hợp tốt nhất giữa CPU, dụng cụ truyền tin, module điều khiển chuyên biệt và I/O trên cùng một nền.
Điều này cho phép người dùng cấu hình hệ thống theo những gì mình cần, khi nào mình cần, nơi mình cần.
b. Khả năng đa dạng
Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản và nâng cao), motion, process controllers và ngay cả PC vào trong một hệ thống duy nhất lên đến 4 CPU khác nhau. Điều này cung cấp cho người sử dụng sự chọn lựa phương hướng điều khiển, quan điểm lập trình, ngôn ngữ lập trình – tất cả cùng chung trên một nền tảng duy nhất.
30 Điểm nổi bật của PLC dòng Q là kỹ thuật multi_Processor , cho phép tại một thời điểm 4 CPU cùng tham gia xử lý các quá trình điều khiển máy móc , điều khiển vị trí, truyền thông … do đó tính năng thời gian được tăng cường , thời gian quét vòng chương trình giảm xuống chỉ còn 0,5 – 2ms.
Linh động và phân cấp là đặc tính thiết kế chủ chốt làm cho dòng Q thực sự là một nền tảng tự động hóa duy nhất. Người dùng có thể ứng dụng để điều khiển đơn giản máy móc riêng lẻ hoặc quản lý toàn bộ thiết bị tất cả cùng trên một nền tảng phần cứng.
c. Tính năng
- Bộ A/D-D/A chính xác cao, ứng dụng điều khiển nhiệt độ, điều khiển vị trí.
- Ngõ vào Chanel Isolated Pulse, bộ đếm xung tốc độ cao. - Điều khiển tiến trình.
- Các ứng dụng Redundant/ Remote Maintenance
- Hỗ trợ hoàn toàn cho các ứng dụng phần mềm MELSOFT - Đầy đủ các ứng dụng mạng : MELSECNET-H, CC-link, … - Khả năng mở rộng đến 4,096 I/Os ( max 8,192 I/O ).
- Bước lập trình đến 252K steps. - Lập trình online.
- Tốc độ xử lý lên đến 34ns/LD. d. Dãy sản phẩm
QCPU cơ bản:
Kiểu CPU Bộ nhớ CT Số điểm vào/ra
Q00JCPU 8k steps 256 points Q00CPU 8k steps 1024 points Q01CPU 14k steps 1024 points
CPU khác:
Kiểu CPU Bộ nhớ CT Số điểm vào/ra
QCPU tính năng mạnh
Q02CPU 28k steps 4096 points
Q02HCPU 28k steps 4096 points
Q06HCPU 60k steps 4096 points
31
Q25HCPU 252k steps 4096 points
CPU dùng cho xử lý quá trình
Q12PHCPU 124k steps 4096 points
Q25PHCPU 252k steps 4096 points
Q12PRHCPU 124k steps 4096 points
Q25PRHCPU 252k steps 4096 points
CPU điều khiển chuyển động
Số trục
Q172HCPU(-T) 8
Q173HCPU(-T) 32
Q172CPUN(-T) 8
Q173CPUN(-T) 32
Nhóm quyết định chọn CPU Q06H vì tốc độ xử lý nhanh, đáp ứng được yêu cầu đề tài và có sẵn để sử dụng.
3.1.1.1.3 Module Q06H CPU
Một số tính năng của module Q06H: - Số điểm vào/ra lớn: 4096 điểm. - Bộ nhớ chương trình lớn: 60k bước. - Tốc độ xử lý cao: 34ns.
- Tăng hiệu quả gỡ lỗi thông qua giao tiếp tốc độ cao với GX Works2. - Tiết kiệm không gian.
- Có thể kết nối nhiều đế cắm module. - Mở rộng bộ nhớ bằng thẻ nhớ.
- Có thể bật/tắt cưỡng bức thiết bị ngoại vi. - Hỗ trợ kết nối nhiều CPU.
- Hỗ trợ cung cấp điện dự phòng. - Kết nối trực tiếp qua Ethernet.
32
Hình ảnh thực tế:
Hình 3.21: Mặt trước CPU
33
Bảng 3.1: Chú thích module Q06H CPU
STT Tên Ứng dụng
1 Chốt cố định Cố định module vào đế.
2 MODE LED Cho biết chế độ của Module CPU. Bật: chế độ Q.
Nhấp nháy:
- Trong quá trình kiểm tra thiết bị.
- Trong quá trình thực hiện chức năng cưỡng bức ngõ I/O.
- Module thay đổi chức năng với thẻ nhớ đang được xử lý.
3 RUN LED Cho biết trạng thái hoạt động của CPU
Bật: Khi công tắc (RUN/STOP/RESET) gạt về RUN. Tắt:
- Khi công tắc (RUN/STOP/RESET) gạt về STOP - Khi phát hiện lỗi dừng hoạt động
Nhấp nháy: Thông số hoặc chương trình được ghi khi chuyển đổi RUN / STOP / RESET
được đặt thành "STOP", sau đó công tắc (RUN / STOP / RESET) được đặt từ "STOP" thành "CHẠY"
Để bật đèn RUN LED sau khi viết chương trình, thực hiện như sau:
- Đặt công tắc (RUN / STOP / RESET) "RUN" → "STOP" → "RUN".
- Reset module CPU bằng công tắc RUN / STOP / RESET.
- Bật lại bộ điều khiển.
Để bật đèn RUN LED sau khi ghi các thông số, hãy thực hiện:
- Đặt lại module CPU bằng công tắc RUN / STOP / RESET.
34 - Khi công tắc RUN / STOP / RESET được đặt thành
"RUN" → "STOP" → "CHẠY" sau khi các tham số được thay đổi, tham số mạng.
4 ERR LED Bật: Khi xảy ra lỗi tự chẩn đoán không dừng hoạt động ngoại trừ lỗi pin được phát hiện (Khi hoạt động được tiếp tục phát hiện lỗi trong cài đặt tham số)
Tắt: Bình thường. Flash:
- Khi phát hiện thấy lỗi dừng hoạt động
- Khi thao tác reset trở nên hợp lệ với công tắc RUN / STOP / RESET
5 USER LED Bật: Khi công cụ báo cáo (F) bật Tắt: Bình thường.
6 BAT. LED Bật (màu vàng): Khi xảy ra lỗi do sụt điện áp pin của thẻ