1. Nhận xét về tinh thần thái độ làm việc và nghiên cứu của học viên:
2.1.1 Phương pháp thiết kế cánh tay robot
Cánh tay robot là một trong những robot phổ biến nhất trong thế giới sản xuất. Cánh tay robot công nghiệp, thường được làm bằng thép hoặc gang được chế tạo với các bộ phận bắt đầu từ chân đế, kết thúc bằng cổ tay và bất kỳ bộ phận đầu cuối nào cũng cần thiết để thực hiện nhiệm vụ nâng hạ của cánh tay.
Một bộ điều khiển robot quay động cơ được gắn vào mỗi khớp. Một số cánh tay lớn hơn, được sử dụng để nâng tải trọng lớn, được chạy bằng các nguồn thủy lực và khí nén.
Công việc của cánh tay phổ biến là di chuyển sản phẩm, linh kiện từ nơi này sang nơi khác - nhặt, nâng lên - đặt xuống, tháo ra hoặc hàn một bộ phận hoặc toàn bộ phần công việc. Những cánh tay robot này có thể được lập trình để làm một số công việc khác nhau hoặc một công việc cụ thể tùy theo yêu cầu trong các công đoạn theo ý đồ của con người.
o Ưu điểm:
+ Thao tác nhanh và tiết kiệm thời gian hơn con người. + Chuyển động là chính xác và lặp lại hoàn toàn giống nhau. + Có số bậc chuyển động cao.
+ Có khả năng thích nghi với môi trường hoạt động.
18
• Thiết kế cánh tay robot dẫn động bằng động cơ
Đầu tiên, các bộ phận cảm biến sẽ tiếp nhận các thông tin, đặc điểm của đối tượng cần tác động dựa trên các lập trình ban đầu. Chẳng hạn thông tin về màu sắc, trọng lượng, khoảng cách với đối tượng cần tác động.
Dựa vào các thông tin này, phần mềm của robot sẽ tiến hành tính toán các thông số, viết lệnh và gửi đến hệ thống điều khiển để tiến hành các thao tác bằng tay máy một cách chuẩn xác nhất.
Với nguyên lý hoạt động thông minh cùng cấu tạo chắc chắn và linh hoạt, những cánh tay robot 4 trục là thiết bị không thể thiếu trong hoạt động sản xuất hiện đại ngày nay.
o Ưu điểm:
+ Làm việc với động chính xác cao
+ Hoạt động linh hoạt, tốc độ di chuyển nhanh + Hoạt động với tiếng ồn nhỏ
o Nhược điểm:
+ Chi phí lắp đặt cao
+ Hệ thống điều khiển khá phức tạp
• Thiết kế cánh tay robot dẫn động bằng khí nén
Khi cánh tay nhận tín hiệu vào thông qua nút nhân, công tắc hoặc lệnh lặp trình, nó sẽ bắt đầu sử lý thông tin tín hiệu đầu vào theo quy định nhất định. Tiếp đến là các cơ cấu chấp hành: các xy lanh, động cơ theo lệnh cài đặt sẵn.
19
o Ưu điểm:
+ Có thể làm việc trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt với độ chính xác cao. Cánh tay robot khí nén có thể hoạt động trong môi trường có nhiệt độ từ -40 đến 120 độ C. Độ chính xác 2mm với độ lặp lại 0,02mm.
+ Làm giảm rủi ro và tăng tính an toàn lao động. Nếu có bất kì vấn đề gì xảy ra, bạn chỉ cần ngắt việc nén không khí vào cánh tay robot mà không cần phải ngắt nguồn điện cung cấp cho cả thiết bị.
+ Không yêu cầu bảo trì nhiều. Hơn nữa, công tác bảo trì thường dễ dàng. Xi-lanh khí nén dễ dàng thay thế nếu bị hỏng. Khi có hư hỏng cũng ít tốn chi phí để sửa chữa.
o Nhược điểm:
+ Việc kiểm soát tốc độ tối thiểu. Việc kiểm soát tốc độ di chuyển của những cánh tay robot này tương đối khó khăn.
+ Tuy hoạt động hiệu quả hơn những loại cánh tay robot khác. Nhưng đồng thời bạn sẽ phải bỏ ra chi phí nhiều hơn cho cánh tay robot khí nén khi chúng họa động lâu dài.
+ Dễ bị độ ẩm tấn công. Cánh tay robot khí nén dễ bị tích tụ độ ẩm bên trong máy nén khí. Về lâu dài sẽ gây hư hỏng các bộ phận của thiết bị này.
2.1.2. Thiết kế cánh tay robot dẫn động bằng thủy lực
Hoạt động giống như cánh tay robot bằng khí nén nhưng cánh tay robot bằng thủy lực sử dụng nguồn cung cấp từ chất lỏng thủy lực.
o Ưu điểm:
+ Thiết bị có tuổi thọ cao, ít hư hỏng nên không đòi hỏi bảo dưỡng, bảo trì quá nhiều. + Rất phù hợp với những môi trường độc hại, tải trọng năng, công suất cao và hoạt động liên tục. Chính vì thế mà khách hàng thường yêu cầu xy lanh có độ chính xác gần như tuyệt đối.
o Nhược điểm:
+ Giới hạn nhiệt độ là vấn đề chính, dễ bị rò rỉ, vấn đề xử lý chất thải nghiêm trọng hơn.
20
➢ Dựa vào các ưu điểm làm giảm rủi ro và tăng tính an toàn lao động. Nếu có bất kì vấn đề gì xảy ra, ta chỉ cần ngắt việc nén không khí vào cánh tay robot mà không cần phải ngắt nguồn điện cung cấp cho cả thiết bị nên nhóm quết định chọn cánh tay robot dẫn
động bằng khí nén.
2.1.3. Cơ cấu truyền động đai
Truyền động đai được dùng để truyền động giữa các trục xa nhau. Đai được mắc lên hai bánh với lực căng ban đầu Fo, nhờ đó có thể tạo ra lực ma sát trên bề mặt tiếp xúc giữa đai và bánh đai và nhờ lực ma sát mà tải trọng được truyền đi. Nhờ có độ dẻo, bộ truyền làm việc êm, không ồn, thích hợp với vận tốc lớn.
Chỉ tiêu về khả năng làm việc của truyền động đai là khả năng kéo và tuổi thọ của đai.
Hình 2.3 Bộ truyền đai
Theo hình dạng tiết diệt đai được phân ra: đai dẹt (tiết diệt hình chữ nhật), đai hình thang (đai hình chêm), đai nhiều chêm (đai hình lược) và đai răng.
• Đai dẹt: trong công nghiệp sử dụng các loại đai dẹt như: đai da, đai vải cao su, đai vải bông, đai sợi len và đai sợi tổng hợp. Đai da có độ bền cao, chịu va đập tốt nhưng không dùng được ở nơi có axit hoặc ẩm ướt, giá thành lại đắt nên ít dùng. Đai vải cao su gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa được xếp vào từng lớp cuộc từng vòng kín hoặc cuộc xoắn ốc. Nhờ các đặc tính: bền, dẻo, ít bị ảnh hưởng của độ ẩm và sự thay đổi nhiệt độ, đai vải cao su được dùng khá rộng rãi. Đai sợi bông nhẹ mềm, thích hợp với bánh đai đường kính nhỏ và với vận tốc lớn nhưng khả năng tải và tuổi
21
thọ thấp. Đai sợi len nhờ có độ đàn hồi tốt nên chịu được tải trọng va đập, đồng thời cũng ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm, axit,… tuy nhiên khả năng tải lại thấp hơn các loại đai khác.
Hình 2.4 Đai dẹt da
Hình 2.5 Đai dẹt vải cao su
• Đai thang: loại đai này có tiết diện hình thang, bề mặt làm việc là hai mặt bên tiếp xúc với các rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai, nhờ đó hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt và do đố khả năng kéo cũng lớn hơn. Tuy nhiên cũng do ma sát lớn hơn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn đai dẹt. Có 3 loại đai thang: đai thang thường, đai thang hẹp và đai thang rộng.
• Đai thang rộng thường dùng trong các biến tốc đai, nhờ lớp sợi cơ độ bền cao hơn, tải trọng phân bố đều hơn trên chiều rộng của lớp chịu tải trong đai thang hẹp nên khả
22
năng tải của nó lớn hơn so với đai thang thường do đó với cùng một công suất cần truyền chi phí vật liệu làm đai và bánh giảm xuống khoảng 2 lần, đai thang hẹp có thể làm việc với vận tốc cao hơn 40 m/s, trong khi đai thang thường được sử dụng với vận tốc dưới 30 m/s. Do vậy bên cạnh đai thang thường được sử dụng phổ biến hiện nay, đai thang hẹp được sử dụng ngày càng nhiều.
Hình 2.6 Đai thang
• Đai răng: là loại đai dẹt được chế tạo thành vòng kín, có răng ở mặt trong. Khi vào tiếp xúc với bánh đai, các răng sẽ ăn khớp với các răng trên bánh đai. Do truyền lực bằng ăn khớp. truyền động đai răng có nhiều ưu điểm: không có trượt, tỉ số truyền lớn (u ≤ 12, đôi khi ≤ 20), hiệu suất cao, không cần lực căn ban đầu lớn, lực tác dụng lên trục và lên ổ nhỏ. Đai răng được chế tạo từ cao su trộn với nhựa hoặc được đúc từ cao su. Lớp chịu tải chủ yếu là dây thép, sợi thủy tinh.
23
Hình 2.7 Đai răng
o Ưu điểm
+ Có thể truyền động giữa các trục xa nhau.
+ .Làm việc êm và không ồn nhờ vào độ dẻo của đai, do đó có thể truyền động với vận tốc lớn.
+ Tránh cho các cơ cấu không có sự dao động lớn sinh ra do tải trọng thay đổi nhờ vào tính đàn hồi của đai.
+ Đề phòng sự quá tải của động cơ nhờ vào sự trượt trơn của đai khi quá tải. + Kết cấu vận hành đơn giản.
o Nhược điểm
+ Kích thước bộ truyền lớn.
+ Tỷ số truyền khi làm việc thay đổi do hiện tượng trượt đàn hồi của đai và bánh đai.
+ Tải trọng tác động lên trục và ổ lớn. + Tuổi thọ thấp (từ 1000-5000 giờ).
2.1.3 Cơ cấu truyền động xích
Truyền động xích bao gồm xích 1 dãy và các đĩa xích dẫn 2, bị dẫn 3. Xích truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn động sang trục bị dẫn nhờ vào sự ăn khớp giữa các mắt xích với răng của đĩa xích. Các trục của bộ truyền xích song song nhau, có thể trong bộ truyền có nhiều bánh xích bị dẫn. Ngoài ra, trong bộ truyền xích có thể bộ phận căng xích, bộ phận che chắn và bộ phận bôi trơn.
24
Hình 2.8 Bộ truyền xích
Theo công dụng, người ta chia xích làm ba nhóm: xích kéo, xích tải và xích truyền động: o Đối với xích truyền động có thể chia là:
+ Xích con lăn: có thể là một dãy, hai dãy, hoặc bốn dây. Các má ngoài 2 lắp chặt với chốt 3, các má trong 1 lắp chặt ống 4. Ống 4 lắp có khe hở với chốt 3 tạo thành bản lề, nhờ đó khi xích vào khớp các má ngoài 2 lắp chặt với chốt 3 sẽ xoay tương đối với các má trong 1 lắp chặt ống 4.Sự ăn khớp của xích với răng 6 của đĩa xích thực hiện qua con lăn 5. Vì có con lăn 5 lăn trên bề mặt răng của đĩa xích, do đó ma sát sinh ra trên bề mặt răng một phần là ma sát lăn và làm giảm độ mài mòn cho răng. Dùng loại xích này khi vận tốc v ≤ 20 m/s.
25
Xích răng: gồm nhiều má xích hình răng xếp xen kẽ và nối với nhau bằng bản lề. Các má xích 1 ăn khớp với bề mặt răng của đĩa xích bởi 2 mặt phẳng đầu má xích, các má xích nối với nhau bằng bản lề. Các bề mặt răng làm việc tạo thành một góc α = 600. Xích răng làm việc êm, ít ồn, truyền được tải trọng cao hơn. Loại xích này có thể làm việc khi vận tốc v ≤ 35m/s.
Hình 2.10 Cấu tạo xích răng
+ Xích ống: kết cấu giống như xích con lăn nhưng không có con lăn 5. Vì không có con lăn nên bề mặt răng của đĩa xích mài mòn nhanh hơn, nhưng khối lượng xích và giá thành xích con lăn thấp hơn xích con lăn.
o Ưu điểm
+ Có thể làm việc khi quá tải đột ngột, hiệu suất cao hơn, không có hiện tượng trượt. + Không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ hơn.
+ Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và số vòng quay.
+ Bộ truyền xích truyền công xuất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và đĩa nhông, do đó góc ôm không có vị trí quan trọng nhu trong bộ truyền đai và do đó có thể truyền công suất và chuyển động cho nhiều đĩa xích đồng dẫn.
o Nhược điểm
+ Bộ truyền xích với hệ thống nhông đĩa xích và xích có nhược điểm theo nguyên lý cấu tạo là sự phân bổ của các điểm bố trí xích - nhánh xích trên hệ thộng truyền động xích với đĩa xích không theo đường tròn ( với hệ thống 3 nhông đĩa xích trở lên). Do đó, khi vào khớp và ra khớp, các mắt xích xoay tương đối với nhau và bản lề xích bị
26
mòn, gây nên tải trọng phụ thụ động, ồn khi làm việc, có tỷ số truyền tức thời thay đổi nên vận tốc tức thời của xích và bánh xích bị dẫn thay đổi, cần phải bôi trơn thường xuyên và phải có bộ phận điều chỉnh xích.
2.2. Tính toán thành phần hệ thống
2.2.1 Nguyên lý hút chân không bằng khí nén
Bơm hút chân không khí nén (còn được gọi là van hút chân không khí nén) hoạt động dựa trên Hiệu ứng vật lý Venturi. Hiệu ứng được phát hiện bởi nhà vật lý người Ý Venturi .Vận tốc của chất lỏng không nén được (hoặc khí) phải tăng khi nó đi qua một điểm thắt theo nguyên tắc khối lượng liên tục. Mặt khác áp suất tĩnh của nó phải giảm theo nguyên tắc bảo toàn năng lượng cơ học (nguyên lý Bernoulli).
Mô tả nguyên lý hoạt động
Hình 2.11 Mô tả hiệu ứng vật lý Venturi
Sự khác biệt áp suất thu được bằng phương trình Bernoulli: khi vận tốc của chất lỏng (chất khí) tăng lên, áp suất của nó giảm và ngược lại.
• Bơm hút chân không bằng khí nén (ejector vacuum pump) hoạt động bằng cách tăng tốc dòng áp suất cao qua vòi phun, chuyển năng lượng áp suất thành vận tốc.
27
• Xung quay đầu vòi phun (vị trí vận tốc cao nhất), một vùng áp suất thấp được tạo ra. Đây thường được gọi là buồng hút của thiết bị.
• Đầu vào bên của van hút chân không dùng khí nén được thiết kế một cổng hút, thường được gọi là nhánh hút.
• Khi vùng áp suất thấp tạo ra ở đầu buồng hút (thấp hơn áp suất của vùng không khí cần hút), không khí từ vùng cần hút sẽ bị cuốn và hút vào bên trong buồng hút qua nhánh hút.
• Sau đó 2 dòng khí di chuyển qua phần khuếch tấn của bơm hút chân không, nơi vận tốc giảm do cấu trúc phân kỳ của van hút, áp suất được lấy lại.
Bạn có thể theo dõi những thay đổi về vận tốc và áp suất của nguyên lý bơm hút chân không dùng khí nén qua biểu đồ sau:
28
Hình 2.13 Mô tả sự thay đổi áp suất của van chân không khí nén
Có thể thấy, cùng thuộc dòng bơm hút chân không nhưng bơm chân không khí nén có cấu tạo và nguyên lý hoàn toàn khác so với đặc điểm cấu tạo và nguyên lý bơm chân không vòng dầu hay bơm chân không vòng nước.
2.2.2 Ưu điểm của bơm hút chân không bằng khí nén
Vừa rồi là đặc điểm cấu tạo và nguyên lý van hút chân không bằng khí nén. Nhờ vậy mà các sản phẩm bơm hút chân không này có được những tính năng vượt trội. Các thiết bị này được ưa chuộng sử dụng và được đánh giá tốt với nhiều ưu điểm: • Thiết kế nhỏ gọn, khối lượng nhẹ, di chuyển và lắp đặt linh hoạt
• Bơm hút chân không khí nén dễ cài đặt, thời gian khởi động và xử lý nhanh chóng
• Hoạt động yên tĩnh, hiệu suất làm việc cao • Có thể tận dụng nguồn khí nén có sẵn • Giá thành tốt, tiết kiệm chi phí vận hành
29
• Khả năng vượt trội trong nhiều hệ thống tự động hóa
Hình 2.14 Van hút chân không dùng khí nén VMECA
2.2.3 Những ứng dụng của van hút chân không bằng khí nén
Máy bơm hút chân không dùng khí nén được sử dụng trong nhiều ngành sản xuất khác nhau. Chúng được kết hợp với giác hút chân không để ứng dụng cho các ngành sản xuất: bao bì, sản xuất gỗ, thủy tinh, nhựa dẻo, kim loại tấm, thiết bị điện tử… Chúng ta cùng điểm qua một số ứng dụng cụ thể của sản phẩm này.
• Thiết bị được sử dụng để lựa chọn và đặt các sản phẩm đóng gói dạng túi • Ứng dụng mở và chuyển túi nhựa
• Chuyển tấm trượt để đóng gói sản phẩm…
• Nâng hạ, vận chuyển sản phẩm: Bơm chân không dùng khí nén sử dụng để hút, giữ và di chuyển các sản phẩm. Việc di chuyển sản phẩm đảm bảo hơn nhờ độ