Các thành phần của mô hình chiết rót cà phê:
Bảng 3.5. Các thành phần trong mô hình chiết rót, đóng nắp và đóng hộp cà phê
ST T Tên Thiết bị Số lượng Mô Tả Hình ảnh 1 Băng tải
4 + Tải trọng tối đa: 16 kg + Chiều dài: 1500 mm + Chiều rộng khung RB: 50mm + Tốc độ băng tải: 3 - 50 m / phút 50mm/s-800mm/s + Tùy chọn: có thể điều chỉnh bằng bộ chuyển đổi tần số
+ Thiết kế đai: được điều chỉnh riêng cho từng ứng dụng tương ứng
+ Nhà sản xuất BOMA
+ Vận chuyển sản phẩm qua các trạm
2 Robot SCAR A
1 +Nhà sản xuất Mitsubishi Electric Europe B.V.
+Mô tả Robot SCARA: ứng dụng siêu chính xác và cực nhanh, Dòng RH-F, 4 bậc tự do, +Tải trọng: 6kg +Khối lượng: 37kg +Phạm vi nhiệt độ hoạt động: 0-40 ° C +Bậc tự do (số trục): 4 +Tư thế lắp đặt: Lắp đặt sàn +Cấu trúc: Kiểu nhiều khớp nằm ngang +Trục 1,2 +Loại trục: angular +Tốc độ: 20°/𝑠2 +Trục 3 +Loại trục: tuyến tính +Tốc độ: 40mm/s +Gắp và ép nắp chai vào bình cà phê 3 Robot 6 DOF 1 +Tải trọng: 6kg +Khối lượng: 40kg
+Điểm tiếp cận tối đa: khớp 1-5: 920mm +Tốc độ quay của các trục: J1: 166 o/s J2: 122 o/s J3: 141 o/s J4: 188 o/s J5: 297 o/s J6: 293 o/s + Góc quay giới hạn
Trục 1: 10o-370o
Trục 2: 25o-250o
Trục 3: -10o-231o
Trục 4: không giới hạn quay 360o Trục 5: 55o-305o
Trục 6: không giới hạn quay 360o + Kiểm tra nắp của sản phẩm: Nếu sản phẩm đạt yêu cầu thì sản phẩm đi đến trạm 3 để đóng gói; nếu sản phẩm không đạt yêu cầu thì đưa đến thùng phế phẩm 4 Tay Gắp 1 + Kẹp và gắp sản phẩm từ băng tải vào thùng sản phẩm 5 Thanh Ray 3 + Kết hợp với bộ khung trạm đóng gói tạo thành quỹ đạo chuyển động cho tay gắp
6 Thanh Trượt
3 + Giúp tay gắp trượt trên thanh ray nhôm
7 Thùng chứa sản phẩm
8 Bình cà phê
1 + Mô phỏng bình cà phê
9 Bàn Xoay
1 + Vận chuyển bình cà phê từ băng tải 1 đến máy rót cà phê, robot SCARA và băng tải 2
10 Máy Rót Cà Phê
1 + Máy rót cà phê tự động mô phỏng quá trình rót cà phê tự động 11 Băng tải chuyển nắp 1 + Vận chuyển nắp bình đến vị trí đã xác định 12 Thanh Điều Hướng
2 + Điều hướng chuyển động của sản phẩm trên băng tải
13 Bộ khung trạm đóng gói
1 + Nâng đỡ tay gắp giúp tay gắp di chuyển đến các vị trí đã cài đặt 14 Bộ chuyển hướng di chuyển của tay gắp
1 + Chuyển hướng di chuyển tay kẹp
15 Băng tải trạm đóng gói 1 + Vận chuyển sản phẩm đến cho tay gắp 16 Cảm biến
23 + Giám sát và điều khiển hoạt động của hệ thống
Chu trình hoạt động của hệ thống trên NX MCD:
Hình 3.41. Mô hình hệ thống sau khi thiết lập vị trí các bộ phận
Dây chuyền sản xuất được thiết kế dựa trên hoạt động của một hệ thống chế biến cà phê hòa tan. Do đó, dây chuyền được tạo thành từ ba module làm việc được phân biệt rõ ràng, tương ứng 3 công đoạn: chiết rót và đóng nắp, kiểm tra và đóng gói.
Trạm chiết rót và đóng nắp.
Hình 3.42. Trạm 1: Chiết rót và đóng nắp bình cà phê
Trạm 1 tập trung vào việc đổ đầy bình cà phê. Tại đây, các bình rỗng sẽ đến, và thông qua chuyển động của bàn xoay, sẽ quay qua các vị trí khác nhau của quá trình chiết rót. Vị trí đầu tiên trong số những vị trí này tương ứng với vị trí rót, nơi một nguồn vật thể rơi ra một thân hình trụ nhỏ mô phỏng cà phê được rót vào bình.
Đầu tiên để đưa vỏ bình vào và ra khỏi bàn xoay cần sử dụng hai băng tải nhỏ 1a, và 1b.
Hình 3.43. Băng tải 1a và băng tải 1b
Tạo chuyển động cho băng tải bằng cách sử dụng công cụ Transport Surface.
Hình 3.45. Tốc độ băng tải khi chuyển động
Tốc độ băng tải khi chuyển động :100mm/s.
Tạo chuyển động quay và điều khiển tốc độ của mâm quay. Sử dụng công cụ Speed Control.
+Đối tượng chọn: mâm quay. +Tốc độ ban đầu: 0 rad/s.
+Tốc độ khi chuyển động: 30 rad/s.
Tốc độ mâm quay khi chuyển động.
Hình 3.47. Mâm quay
Khi phôi được đưa đến vị trí rót cần tạo vật thể rơi vào bình để mô phỏng chuyển động cà phê được rót vào bình.
Sử dụng công cụ Object Source. +Đối tượng: Phôi cafe.
+Phương thức kích hoạt: Cấp 1 phôi cho một lần nhấn.
Hình 3.49. Cấp cà phê tự động
Băng tải vận chuyển nắp bình đến vị trí quy định để cho Robot Scara có thể hút nắp. Sử dụng công cụ Transpoort Surface để tạo chuyển động cho bề mặt của băng tải: +Đối tượng: bề mặt trên của băng tải.
+Tốc độ ban đầu: 0mm/s.
+Tốc độ khi có tín hiệu khởi động: 50mm/s.
Hình 3.51. Tốc độ băng tải khi chuyển động
Ngoài ra cần tạo một nguồn để cung cấp nắp bình tự động. Sử dụng công cụ Object Source:
+Đối tượng: nắp bình.
+Phương thức kích hoạt: Cấp 1 phôi cho một lần nhấn.
Hình 3.52. Cấp nắp bình tự động
Sau đó, mâm quay sẽ quay một góc 90o, bình sẽ di chuyển đến vị trí của robot SCARA, robot này sẽ nhặt nắp bình bằng cách sử dụng thông số Sticky và đặt trên đầu bình cà phê rồi quay lại vị trí ban đầu.
Hình 3.53. Robot Scara hút và đóng nắp bình
Chu trình hoạt động của robot Scara:
Hình 3.54. Chu trình hoạt động của robot Scara
B1: Khớp giữa đế và thân robot quay đến vị trí 309o với tốc độ 40o/s. Khớp giữa thân và cánh tay robot quay đến vị trí 329o với tốc độ 80o/s. B2: Trục robot di chuyển xuống vị trí để hút nắp(-92mm) với tốc độ 40mm/s. B3: Trễ 3s.
Tay hút được bật bằng thông số sticky.
B4: Trục robot di chuyển lên sau khi hút nắp đến vị trí -20mm với tốc độ 40mm/s. B5: Khớp giữa đế và thân robot quay đến vị trí 0o với tốc độ 35o/s.
Khớp giữa thân và cánh tay robot quay đến vị trí 0o với tốc độ 30o/s.
B6: Trục robot di chuyển xuống vị trí để đóng nắp(-92mm) với tốc độ 40mm/s. B7: Tay hút tắt nắp chai được thả ra.
B8: Các khớp của robot trở về vị trí ban đầu. Trạm kiểm tra:
Các bình cà phê sau khi rời khỏi mâm quay và đi đến trạm thứ hai qua băng tải. Đây là giai đoạn kiểm tra, có thể chọn để một sản phẩm được kiểm tra bởi một cánh tay rô bốt được lập trình với chuyển động học nghịch đảo.
Sau đó, những bình không qua kiểm tra chất lượng sẽ bị loại bỏ (đựng trong thùng màu đỏ), phần còn lại được đưa đến trạm đóng gói.
Hình 3.55. Trạm 2: Kiểm tra sản phẩm
Khi sản phẩm được băng tải đưa đến vị kiểm tra băng tải sẽ dừng hoạt động cho đến khi sản phẩm được kiểm tra xong.
Để robot có thể di chuyển tới vị trí sản phẩm để kiểm tra cần tạo ra một quy đạo chuyển động cho robot.
Quỹ đạo chuyển động của Robot được vẽ bởi 1 đường cong dựa trên 4 điểm đã chọn sao cho phù hợp với vị trí của sản phẩm cần kiếm tra.
Tọa độ các điểm:
Bảng 3.6. Bảng tọa độ các điểm tạo thành quỹ đạo chuyển động của Robot 6DOF
Trục Điểm x y z 0 -1290 -1807 782 1 -1290 -2040 586 2 -1290 -2043 307 3 -1290 -1918 302
Hình 3.56. Quỹ đạo chuyển động của Robot 6DOF
Chu trình hoạt động của Robot 6DOF.
B1: Điểm check của robot sẽ di chuyển tới điểm cuối của quỹ đạo. B2: Sau đó robot sẽ quay trở lại vị trí ban đầu ngược chiều quỹ đạo.
Sau khi hoàn thành chu trình robot sẽ dánh gia sản phẩm có đạt chất lượng hay không thông việc kiểm tra nắp của bình cafe.
Trường hợp đạt chất lượng hoặc không đạt chất lượng của sản phẩm được điều khiển qua HMI.
Hình 3.58. Giao diện HMI kiểm tra chất lượng sản phẩm
Nếu sản phẩm không đạt chất lượng thanh điều hướng ở cuối băng truyền sẽ mở ra, bình sẽ đi vào thùng sản phẩm lỗi.
Hình 3.59. Thanh điều hướng mở ra khi sản phẩm lỗi
Nếu sản phẩm đạt chất lượng thanh điều hướng sẽ đóng lại đưa sản phẩm ra ngoài băng truyền và đến trạm đóng gói.
Để có thể điều khiển thanh điều hướng mở ra hoặc đóng vào cần Tạo thuộc tính điều khiển vị trí Position Cotrol.
Hình 3.60. Thuộc tính điều khiển thanh điều hướng 2
Chọn đường dẫn: đi theo con đường ngắn nhất (Follow Shortest Path). Góc khi đóng:0o
Góc sau khi mở:40o
Tốc độ :20o/s
Trạm đóng gói: Ở trạm cuối cùng này, một tay gắp trên thanh dẫn bằng nhôm có nhiệm vụ đặt các bình vào hộp. Các bề mặt tiếp xúc với sản phẩm của tay gắp này đã được xác định từ một vật liệu chống mài mòn mới để cải thiện tính chất ma sát của tay gắp. Ngoài ra, từ HMI, có thể chọn vị trí tay gắp để đặt bình cà phê, kết thúc quá trình.
Hình 3.61. Trạm 3: Đóng hộp sản phẩm
Để vận chuyển sản phẩm đến vị trí tay kẹp cần sử dụng 2 băng truyền 3a và 3b.
Hình 3.62. Băng truyền 3a, 3b
Để tạo chuyển động cho 2 băng truyền sử dụng công cụ Transport Surface. Đối tượng: Bề mặt 2 băng tải 3a, 3b.
Chiều chuyển động: +Xc Tốc độ: +băng tải 3a: 80mm/s
Hình 3.63. Transport surface 3a
Để tay kẹp có thể di chuyển đến vị trí gắp và thả sản phẩm cần tạo các khớp trượt theo 2 chiều trục X, Y.
Hình 3.65. Khớp trượt theo trục Y
Đối tượng chuyển động: 2 thanh trượt. Đối tượng cố định :2 khung thanh ray.
Giới hạn trượt theo trục x: -650 mm đến 0 mm. Giới hạn trượt theo trục y: -700 mm đến 0 mm.
Tiếp đến cần tạo các bộ điều khiển vị trí để có thể điều khiển tay kẹp đến các tọa độ mong muốn.
Gắn với 2 khớp trượt theo 2 trục X, Y sẽ thiết lập 2 bộ điều khiển vị trí tương ứng.
Hình 3.66. Bộ điều khiển vị trí khớp trượt
Đối tượng: 2 khớp trượt theo trục x,y. Tốc độ: 80 mm/s.
Cảm biến phát hiện sản phẩm ở vị trí gắp.
Hình 3.67. Cảm biến phát hiện sản phẩm
Hình 3.68. Tay kẹp đến vị trí kẹp sản phẩm
Thiết lập 1 cảm biến nhận biết vật thể cuối băng tải 3b ở vị trí gắp sản phẩm. Khi bình cà phê đi đến cuối băng tải cảm biến sẽ phát tín hiệu cho tay kẹp di chuyển từ vị trí nghỉ đến vị trí gắp sản phẩm.
Cơ cấu gắp thả sản phẩm:
Hình 3.69. Tay kẹp ở trạng thái mở và đóng
Để tay kẹp có thể gắp thả sản phẩm cần tạo khớp trượt và bộ điều khiển vị trí cho trục của tay kẹp.
Đối tượng chuyển động: trục của tay kẹp. Đối tượng cố định :Thân tay kẹp.
Giới hạn chuyển động: -25mm đến 0m.
Hình 3.71. Bộ điều khiển vị trí để đóng mở tay kẹp
Bộ điều khiển vị trí trục của tay kẹp. Đối tượng: Khớp trượt của trục tay kẹp. Tốc độ: 20mm/s.
Cách thức hoạt động:
Khi trục tay kẹp ở vị trí 0mm tay kẹp sẽ ở trạng thái mở.
Khi trục tay kẹp di chuyển xuống vị trí -25mm tay kẹp sẽ ở trạng thái đóng. Thiết lập tọa độ các vị trí đặt sản phẩm.
Các cảm biến được tích hợp trong hộp để phát hiện các vị trí đã được sử dụng. Điều này tránh việc đặt 2 bình cà phê vào cùng một vị trí.