4.2.1 Tay máy Kestrel
Tay máy Kestrel là dạng Castersian nên có hình dạng hình chữ nhật. Các cơ caassu khung được làm bằng thép nên tương đối chắc chắn. Do bốn chân của tay máy thấấ́p nên khi đểể̉ băng tải vào khung tay máy thì trục Z tay máy không hoạt động được nên việc đầu tiên là phải nâng độ cao cho bốn chân của tay máy lên khoảng 20cm bằng 2 thanh gỗỗ̃ và cố định 4 chân đó vào các thanh gỗỗ̃. Các trục dẫn động của robot sẽ được bố trí nằm dọc theo các phương XYZ. Đối với trục X và Y, đường kính của vít me là 3750 mm, còn của trục Z là 2300 mm. Đểể̉ tránh sức nặng làm cong trục chuyểể̉n động, ta sử dụng thêm 2 thanh dẫn hướng đặt song song các khung của tay máy, trục X và trục Y có 2 thanh dẫn hướng còn trục Z có 4 thanh dẫn hướng đểể̉ di chuyểể̉n đầu gắp một cách chính xác nhấấ́t.
Hình 4.1 : Hệ thống tay máy của đồ án
Và đểể̉ di chuyểể̉n được cơ cấấ́u thì 4 Servo được kết nối với vit me thông qua khớp nối mềm làm nhiệm vụ giảm chấấ́n. Giữa 2 trục có cơ cấấ́u gối đỡỗ̃ giúp nó cố định trên khung nhưng vẫn có khả năng quay quanh trục. Bên trên vit me là con trượt, con trượt sẽ chuyểể̉n động tịnh tiến theo trục vit me khi động cơ servo làm trục vit me quay
Hình 4.2 : Động cơ được trang bị cho tay máy
Toàn bộ cơ cấấ́u định vị trục Y và trục Z đều nằm trên trục X vì vậy trục X có phạm vi hoạt động lớn nhấấ́t trong ba trục. Hệ thống phân loại sản phẩm không cần trục xoay R nên nhóm đã lắp thêm cơ cấấ́u gắp nhả gắn trục tiếp với trục Z và được điều khiểể̉n bằng khí nén.
Mặc dù khi cài đặt tham số cho bộ điều khiểể̉n vị trí RD77MS2 ta đã cài đặt giới hạn dịch chuyểể̉n của các trục X, Y, Z. Tuy nhiên, đểể̉ đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và không bị lỗỗ̃i sau khi gắn các cơ cấấ́u chuyểể̉n động lên robot. Nhóm đã tiến hành lắp thêm các công tắc giới hạn hành trình chuyểể̉n động. Các đầu ra được gắn lên các đầu vào của biến tần servo trên panel điều khiểể̉n. Khi các trục đi quá giới hạn thì công tắc hành trình sẽ báo về bộ điều khiểể̉n và dừng hệ thống.
Hình 4.3 : Cổ tay của hệ
Các động cơ servo cũ sẽ được thay thế bằng động cơ HG-KR053B của Mitsubishi. Do kích thước bề mặt và chiều dài của động cơ HG-KR053B khác với động cơ cũ nên bốn tấấ́m bích đệm bằng nhôm phay được sử dụng đểể̉ ghép nối động cơ servo mới với khung cũ.
4.2.2 Hệ thống thiết bị điều khiển
Trong phòng thí nghiệm các thiết bị điều khiểể̉n phải được sắp xếp sao cho phù hợp và an toàn nhấấ́t vì vậy nhóm đã thiết kế một giá đỡỗ̃ có chiều dài là 70cm, chiều rộng là 70cm và bề dày là 20cm đểể̉ đặt các thiết bị điều khiểể̉n lên đó. Các thiết bị điều khiểể̉n được sắp xếp trên giá như hình 4.1.
Hình 4.4 : Panel chứa các thiết bị điều khiểể̉n
Về cơ bản, các thiết bị điều khiểể̉n được sắp xếp thành 3 vùng chính trên giá đỡỗ̃. Vùng trên cùng là aptomat, PLC iQ-R, module nguồn và các module mở rộng. Do tay máy Kestrel cần điều khiểể̉n 3 trục động cơ trong khi đó mỗỗ̃i module RD77MS2 chỉ điều khiểể̉n được 2 trục, vì vậy phải cần có 2 module đểể̉ điều khiểể̉n 3 trục của tay máy. Các module được ghép nối với nhau bằng đế base và cùng 1 bus dữ liệu. Trến đế base bao gồm 1 module nguồn, 1 module CPU R04EN, 2 module RD77MS2, 1 module đầu vào số RX42C4, 1 module đầu ra số RY42NT2P và 1 module đếm xung tốc độ cao RD62P2.
Ở phần giữa của giá đỡỗ̃ là panel giao tiếp servo và phần phía dưới cùng là 4 biến tần servo MR-J4-10B và các cầu đấấ́u đểể̉ phân nguồn hoặc đấấ́u các chân tín hiệu do trên panel không đủ chỗỗ̃. Mỗỗ̃i biến tần servo chỉ điều khiểể̉n được 1 trục động cơ của tay máy nên đểể̉ điều khiểể̉n 4 trục của tay máy cần 4 biến tần servo. Do hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng tay gắp điều khiểể̉n bằng khí nén nên trong đồ án này chỉ dùng 3 biến tần servo đểể̉ điều khiểể̉n 3 trục X, Y, Z.
Hệ thống nguồn chia làm 2 phần chính:
- Nguồn AC cung cấấ́p cho module nguồn của PLC, nguồn mạch lực và mạch điều khiểể̉n của biến tần servo
Các tín hiệu vào ra của PLC gồm có: Tín hiệu đầu vào RX42C4, tín hiệu đầu ra RY42NT2P, tín hiệu truyền thông cáp quang từ RD77MS2 tới các biến tần servo. Các tín hiệu vào ra của biến tần servo qua giắc cắm CN3 được sử dụng gồm:
- Tín hiệu dừng khẩn EM2.
- Tín hiệu điều khiểể̉n phanh động cơ MBR.
- Tín hiệu công tắc hành trình cận trên (FLS) tương ứng với DI1 và cận dưới (RLS) tương ứng với DI2
4.2.3 Thiết kế hệ thống băng tải, cảm biến và camera xử lý ảnh
a) Băng tải có encoder:
Băng tải được sử dụng trong đồ án là băng tải do nhóm thiết kế và lắp ráp, có chiều dài là 62cm, chiều rộng là 18cm và chiều cao là 15cm, cấấ́u tạo gồm:
- Động cơ: động cơ 1 chiều hộp giảm tốc vuông góc, dùng đểể̉ truyền động cho băng tải.
- Tang chủ động: được truyền đông từ động cơ bằng puli dây đai răng (hệ băng tải thực tế thường dùng xích)
- Tang bị động: được kéo bởi băng tải, nếu băng tải đủ căng thì tốc độ tang bị động tỷ lệ (bằng khi khi cung đường kính). Nếu băng tải không đủ căng hoặc chấấ́t lượng kém thì có hiện tượng trượt và tốc độ tang bị động nhỏ hơn tang chủ động.
- Encoder: được nối với tang bị động đểể̉ đo tốc độ, vị trí băng tải.
Hình 4.5 : Băng tải sử dụng trong đồ án
Encoder dùng trong băng tải là E6B2-CWZ5B của OMRON được thểể̉ hiện dưới hình 4.11.
Thông số Encoder:
- Số xung: 600xung/vòng - Nguồn: 12-24VDC - Xung: A, B, Z
- Kiểể̉u đầu ra: NPN hở collector.
Sơ đồ tổng quan ghép nối encoder với đầu vào highspeed counter như hình. Trên panel PLC thiết kế cho phép ghép nối nguồn và tín hiệu cho 1 encoder 2 xung A, B.
Hình 4.7 : Sơ đồ ghép nối encorder b) Cảm biến tiệm cận E3F-DS10C4
Cảm biến tiệm cận được gắn trên băng tải được dùng đểể̉ phát hiện vật, phát tín hiệu đểể̉ bộ đếm xung tốc độ cao RD62P2 bắt đầu đếm xung mà encoder phát ra và khi vật được quét hoàn toàn thì cảm biến phát tín hiệu dừng đếm xung.
Hình 4.8 : Cảm biến tiệm cận
Thông số kỹ thuật cơ bản của cảm biến: - Nguồn điện cung cấấ́p: 6 – 36 VDC - Khoảng cách phát hiện: 5 – 30cm - Dòng kích ngõ ra: 300mA
- Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra - Kích thước: 1.8cm x 7.0cm
Hình 4.9 : Bố trí cảm biến tiệm cận trên băng tải 4.3 Mô hình phân loại sản phẩm
CHƯƠNG 5. CHƯƠNG TRÌNH XỬỬ̉ LÝÝ́ ẢỬ̉NH 5.1 Đặt vấn đề
Công nghiệp phải ngày càng chính xác và nhanh chóng đểể̉ đáp ứng được xu thế hiện đại hóa. Các ngành công nghiệp đóng gói, dược phẩm cũng như trong lĩnh vực điện, điện tử là những ngành đòi hỏi sự chính xác trong kiểể̉m tra đầu ra, và đểể̉ thay thế con người trong việc kiểể̉m tra thành phẩm với một tốc độ và sự chính xác cao, công nghệ xử lý ảnh ra đời và không ngừng phát triểể̉n đểể̉ ngày càng hoàn thiện hơn.
Tùy vào từng ứng dụng cụ thểể̉ mà chúng ta sẽ có những hệ thống xử lý ảnh khác nhau. Một số ví dụ cho thấấ́y xử lý ảnh được ứng dụng trong công nghiệp:
- Trong công nghiệp đóng gói, người ta sử dụng hệ thống xử lý ảnh đểể̉ kiểể̉m tra xem các sản phẩm đã được dán nhãn chưa hoặc kiểể̉m tra nhãn hiệu bao bì có đúng với thành phần chuẩn bị được đóng gói không.
- Trong công nghiệp dược phẩm, áp dụng hệ thống xử lý ảnh đểể̉ kiểể̉m tra số lượng viên thuốc có trong vỉ thuốc.
- Trong lĩnh vực điện, điện tử xử lý ảnh dùng đểể̉ phát hiện sự thiếu sót các mối hàn sau khi hàn các chân linh kiện vào board mạch. - Ở phạm vi đồ án này sẽ giới thiệu phương pháp phân loại sản phẩm
dựa trên kích thước của vật. Yêu cầu đặt ra như sau:
- Sử dụng camera chuyểể̉n động gắn trên trục Y của tay máy đểể̉ chụp ảnh và nhận dạng sản phẩm.
- Xử lý ảnh sau khi chụp đểể̉ xác định tâm, góc lệch so với phương ngang và kích thước của ảnh trên vật.
- Gửi tín hiệu sau khi xử lý ảnh (tâm, tọa độ, góc lệch) xuống PLC đểể̉ điều khiểể̉n tay máy gắp vật cần phân loại.