- Trang Trang Trang Trang
3.2. THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các loại vật liệu đơn chiếc và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cấu kiện nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lị trên các trạm thuỷ điện thì dùng để vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho, bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bao kiện, vật liệu hạt, hoặc một số sản phẩm khác; trong một số ngành cơng nghiệp nhẹ, cơng nghiệp thực phẩm, hố chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hồn thành và chưa hồn thành giữa các cơng đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm khơng sử dụng được.
Băng tải cĩ ưu điểm cấu tạo đơn giản, bền, cĩ khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp nằm ngang và nghiêng. Vốn đầu tư khơng lớn lắm cĩ thể tựđộng được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc khơng ồn ào, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác khơng lớn lắm.
Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế vì chúng cĩ độ dốc cho phép khơng cao (16-200, tuỳ theo tính chất vận chuyển) khơng đi theo đường cong được.
- TrangTrangTrangTrang 70707070 -
Cấu tạo chung của băng tải:
Hình 3.8: Cấu tạo chung của băng tải.
1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật 2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo
3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. 4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo
và các yếu tố làm việc.
5. Bộ phận đổi hướng cho bộ phận kéo.
Hiện nay cĩ rất nhiều loại băng tải để chúng ta lựa chọn. Chúng ta cĩ thể kể đến một số loại như sau:
Băng tải đai
(a) (b)
Hình 3.9: Băng tải đai.
(a):Băng tải đai; (b):Băng tải đai trong dây chuyền sản xuất.
β 3 L L1 L2 1 2 4 5 H
- TrangTrang 71TrangTrang 717171 -
Băng tải con lăn
Hình 3.10: Băng tải con lăn.
Ngồi ra cịn cĩ băng tải lá, băng tải thanh đẩy. Trong đồ án này quyết định chọn băng tải đai với những lý do sau:
Chi tiết dẫn động (khay đựng sản phẩm) được dẫn trực tiếp trên băng tải.
Tải trọng của băng tải khơng cần lớn. Dễ chế tạo, dễ thiết kế.
Giá thành rẻ. Vật liệu dễ kiếm.
- TrangTrang 72TrangTrang 727272 -
Hình 3.11: Mơ hình băng tải đai được sử dụng.
Băng tải gồm cĩ:
+ Đế gồm 2 thanh nhơm (25 x 50) đỡ băng tải. + Hai rulơ nhựa, bốn ổ bi.
+ Nhơm gá động cơ. + Tole mỏng đỡ dây đai. + Dây đai bằng vảida mịn.
+ Nhơm, ray dẫn hướng cho khay đựng sản phẩm chạy trên băng tải.
3.2.2. Chọn thiết bị dẫn động và phương pháp truyền động 3.2.2.1. Thiết bị dẫn động 3.2.2.1. Thiết bị dẫn động Băng tải dẫn động bằng động cơđiện DC. Cĩ 3 loại động cơđiện được đưa ra để lựa chọn đĩ là: Động cơ bước Hình 3.12: Động cơ bước. Động cơ servo Hình 3.13: Động cơ servo.
- TrangTrangTrangTrang 73737373 -
Động cơ một chiều
Hình 3.14: Động cơ 1 chiều.
Với yêu cầu khá đơn giản của băng tải như là:
Chỉ cần vận chuyển khay đựng sản phẩm trên băng tải.
Băng tải chạy liên tục, cĩ cảm biến và PLC ngắt cứng động cơ. Khơng địi hỏi độ chính xác cao, tải trọng nhẹ.
Dễđiều khiển, giá thành rẻ.
Với tất cả các lý do trên nên nhĩm đã quyết định chọn động cơ điện một chiều làm động cơ dẫn động cho băng tải. Động cơ được chọn cĩ momen lớn do yêu cầu làm việc của băng tải cĩ tải trọng.
3.2.2.2. Phương pháp truyền động
Yêu cầu:
• Truyền chuyển động quay từ trục này sang trục khác.
• Tốc độ chuyển động khơng đổi, ổn định…
- TrangTrangTrangTrang 74747474 -
Hình 3.15: Các loại truyền động quay.
Với yêu cầu của mơ hình là tốc độ của băng tải khơng cần nhanh, động cơ kéo khỏe, bộ truyền động khơng bị trượt, giá thành rẻ, dễ chế tạo và gá lắp nhĩm chọn phương pháp truyền động xích ống con lăn.
• Nguyên lý bộ truyền xích:
Hình 3.16:Bộ truyền xích.
Bộ truyền xích thực hiện truyền động từ bánh xích chủ động sang bánh xích bịđộng nhờ vào sựăn khớp giữa răng trên đĩa xích và các mắt xích. • Tỷ số truyền của bộ truyền xích: n h c h u d o n g n h b i d o n g b a b a S o r a n g c h u d o n g S o r a n g b i d o n g R i R = =
- TrangTrangTrangTrang 75757575 - • Phân loại: Loại Hình dáng Xích kéo: dược sử dụng chủ yếu trong các palang nâng hại các vật cĩ khối lượng lớn. Xích tải: sử dụng ở các băng tải nhằm vận chuyển hàng hĩa, hành lý hay các sản phẩm. Xích truyền động: sử dụng với mục đích truyền động, ta cĩ thể bắt gặp ở các bộ phận của xe đạp, xe máy... Bảng 3.2:Các loại truyền động xích và hình dạng. • Ưu nhược điểm của bộ truyền xích:
- TrangTrangTrangTrang 76767676 -
Ưu điểm Nhược điểm
-Khơng cĩ hiện tượng trượt như bộ truyền đai, cĩ thể làm việc khi quá tải đột ngột, hiệu suất cao.
- Khi xích bị chùn vẫn cĩ thể truyền động được.
-Kích thước bộ truyền nhỏ hơn các bộ truyền khác nếu cùng cơng suất. -Gĩc ơm khơng cĩ ý nghĩa nhiều như bộ truyền đai nên cĩ thể truyền cho nhiều bánh xích bị dẫn.
-Bản lề xích bị mịn gây nên tải trọng phụ và gây nên tiếng ồn.
-Phải bơi trơn thường xuyên và cĩ bánh điều chỉnh xích.
-Nhanh mịn trong điều kiện cĩ nhiều bụi và bơi trơn khơng tốt.
Bảng 3.3:Ưu nhược điểm của bộ truyền xích.
Truyền động bánh xích là một loại truyền động hiệu suất cao và được sử dụng cho những chuyển động với vận tốc vừa và nhỏ (n<500rpm), lắp đặt đơn giản khơng cần độ chính xác cao,thực tế đây là loại truyền động phổ biến trong các ứng dụng kéo tải<100kW.
Hình ảnh truyền động xích khi được lắp vào băng tải:
Hình 3.17:Truyền động xích được lắp vào băng tải.
3.2.3. Cảm biến phát hiện khay đựng sản phẩm
Cĩ rất nhiều cảm biến để phát hiện vật thể trong phạm vi gần khơng tiếp xúc như cảm biến tiệm cận (proximity), cảm biến Hall, cảm biến quang, cảm biến vật thể... Trong đồ án này nhĩm chọn sử dụng cảm biến quang E3JK-DS30MM1 US
- TrangTrang 77TrangTrang 777777 -
của OMRON với nguồn nuơi 24VDC chuẩn cơng nghiệp, rất thuận tiện lợi trong lập trình và điều khiển.
Hình 3.18:Cảm biến quang E3JK-DS30MM1 US của OMRON.
Sau khi tính tốn và chọn được các thiết bị, tiến hành chế tạo và lắp ghép lại ta được mơ hình băng tải vận chuyển các khay đựng sản phẩm như sau:
Hình 3.19: Mơ hình băng tải hồn thiện.
3.2.4. Chế tạo các khối sản phẩm và khay đựng sản phẩm 3.2.4.1. Chế tạo các khối sản phẩm 3.2.4.1. Chế tạo các khối sản phẩm
- TrangTrangTrangTrang 78787878 -
Hình 3.20:Khối sản phẩm.
3.2.4.2. Chế tạo các khay đựng sản phẩm
Các khay đựng sản phẩm được làm từ gỗ tấm dày 50mm. Cĩ kích thước 140 x 120. Trên đĩ ta khoét các lỗ cĩ kích thước 40 x 35(mm), sâu khoảng 30mm để các khối sản phẩm khơng rớt khi robot vận chuyển hoặc khi chạy trên băng tải. Trên đĩ ta làm thêm một thanh chữ U để làm quai cho cánh tay robot gắp khay.
- TrangTrangTrangTrang 79797979 -
3.2.4.3. Chế tạo các tấm sàn để gá băng tải, làm kho chứa các khối sản phẩm và khay đựng và khay đựng
Để chế tạo các tấm sàn để gá băng tải, làm khay đựng các khối sản phẩm cũng như làm nơi chứa các khay đựng sau khi cánh tay robot xử lý xong, nhĩm dùng những tấm ván dày 5mm cĩ chiều rộng 458mm để ghép lại với nhau tạo nên các tấm cĩ kích thước 458 x 760(mm). Kích thước này được lấy theo kích thước chuẩn của hai module ATM (Auto Training Module) và BCM (Basic Conveyor Module) kèm theo cánh tay robot của nhà sản xuất.
Hình 3.22:Bản vẽ 2D của hai tấm sàn và khay đựng sản phẩm.
Trên một tấm ta khoét các lỗ sao cho vừa với các khối sản phẩm và các khay đựng sản phẩm sau khi xử lý xong.
- TrangTrang 80TrangTrang 808080 -
Hình 3.23:Bố trí tổng thể trên 2 tấm sàn.
- TrangTrangTrangTrang 81818181 -
3.3. MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN THƠNG
Vì cánh tay robot khơng thể truyền thơng trực tiếp với máy tính qua phần mềm Matlab nên sẽ chọn thêm một Vi Điều Khiển(VĐK) nữa để làm trung gian giao tiếp. Vi điều khiển sẽ truyền thơng nối tiếp với máy tính thơng qua Matlab (làm nhiệm vụ xử lý ảnh) rồi từđĩ Out tín hiệu ra mạch cơng suất đưa vào các đầu vào ra của cánh tay robot để giao tiếp. Nhiệm vụ của VĐK lúc này khá đơn giản, do đĩ nhĩm chọn VĐK ATMega32 để là VĐK trung gian.
Phần giao tiếp trung gian này gồm những khối chính sau:
a. Khối nguồn nuơi
Hình 3.25:Khối nguồn nuơi.
Nguồn cung cấp 24VDC từ cánh tay robot qua diode và hai IC ổn áp 7812 và 7805 tạo điện áp 5V chuẩn để nuơi tồn bộ mạch điều khiển. Các tụ lọc nhằm giúp san phẳng các điện áp cịn nhấp nhơ. Cĩ LED báo nguồn để chúng ta biết được cĩ nguồn hay khơng.
- TrangTrangTrangTrang 82828282 -
b. Khối Vi Điều Khiển chính
Hình 3.26:Sơ đồ nguyên lý chân của VĐK ATmega32.
Vi điều khiển ATMega32 thuộc họ AVR là họ Vi điều khiển 8 bits theo cơng nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo cơng nghệ RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hĩa), nĩ mạnh ngang hàng với các họ Vi điều khiển 8 bits khác như PIC, Picsoc. Do ra đời muộn hơn nên họ Vi điều khiển AVR cĩ nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng. So với họ 8051, 89xx thì nĩ cĩ độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và tiện lợi hơn rất nhiều.
Một số đặc tính của ATmega32:
+ Bộ nhớ 32K (flash).
- TrangTrang 83TrangTrang 838383 -
+ Bộ nhớ 2K (SRAM).
+ Đĩng vỏ 40 chân, trong đĩ cĩ 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT A,B,C,D. Các chân này đều cĩ chếđộđiện trở treo (pull_up resistors). + Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được.
+ Giao tiếp SPI. + Giao tiếp I2C.
+ Cĩ 8 kênh ADC 10 bits. + Một bộ so sánh analog. + Ba kênh băm xung PWM.
+ Hai bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit . + Một bộđịnh thời Watchdog.
+ Một bộ truyền nhận UART lập trình được.
+ Giao thức SPI đồng bộ. + Một bộ so sánh analog.
+ Các chếđộ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by..vv. + Điện áp hoạt động từ 2,7 – 5,5 V.
c. Khối IC giao tiếp UART với máy tính
Đểđồng bộ hĩa mức logic giữa máy tính và VĐK , nhĩm sử dụng IC chuyên dụng PL2303 là IC chuyển từ giao tiếp USB sang giao tiếp nối tiếp(USB to Serial). IC này khi được cài driver sẽ tạo ra một cổng nối tiếp ảo trên máy tính, kết nối với VĐK bằng 3 dây: Rx, Tx, Mass(0V). Rất thuận tiện trong sử dụng, chuyển đổi linh hoạt giữa các boar VĐK với nhau.
- TrangTrang 84TrangTrang 848484 -
Hình 3.27:Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển từ USB2COM. Mạch in và lắp linh kiện PL2303(sử dụng IC dán nhỏ gọn):
Hình 3.28:Mạch PL2303 đã thi cơng. d. Khối cơng suất
Phần cơng suất khá đơn giản, làm nhiệm vụđưa các mức logic điện áp đến các module đầu vào của cánh tay robot nên nhĩm sử dụng Opto PC817 để cách ly phần VĐK và phần cơng suất. Sử dụng các Tranzitor NPN để kích các cuộn dây của Relay. Phần Relay một chân đấu sẵn nguồn, một chân đưa đến các đầu vào của cánh tay robot. Cĩ sử dụng thêm các LED để báo hiệu Relay nào đang hoạt động.
- TrangTrangTrangTrang 85858585 -
Hình 3.29:Sơ đồ nguyên lý của phần mạch cơng suất.
- TrangTrang 86TrangTrang 868686 -
Hình 3.30: Mạch giao tiếp trung gian chế tạo hồn thiện.
3.4. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN
Trong đĩ:
Vị trí PSAVE là một vị trí bất kỳ do chúng ta tạo ban đầu để cánh tay robot di chuyển đến.
SP: là biến chứa giá trị của số vị trí của số sản phẩm trên khay đựng sản phẩm (cĩ 4 vị trí).
KSP: là biển chứa số giá trị ơ chứa sản phẩm trong kho dự trữ(12 vị trí). KD: số vị trí chứa các khay đựng sản phẩm sau khi xử lý xong (3 vị trí).
- TrangTrangTrangTrang 87878787 -
- TrangTrang 88TrangTrang 888888 -
CHƯƠNG 4:
ỨNG DỤNG CÁNH TAY ROBOT RV-2AJ ĐỂ KHOAN MẠCH IN (PCB).
- TrangTrang 89TrangTrang 898989 -
Printed Circuit Board(PCB): là board mạch in tích hợp trên đĩ các linh kiện được nối với nhau bằng các đường dây nhỏ gọn và tinh vi. Với cơng nghệ ngày càng phát triển các đường mạch ngày càng nhỏ gọn, phức tạp thậm chí mắt thường khĩ cĩ thể nhận biết được. Đi kèm với đĩ là số lớp mạch in trên một board cũng ngày càng tăng, ví dụ như các board mạch của main máy tính cá nhân cĩ đến 3, 4 lớp mạch in trên một board. Các linh kiện liên kết với board bằng mối hàn chì. Các đường dây chạy trên mạch thường là đường đồng, phần đồng thừa đã được bỏđi thơng qua thao tác rửa mạch, lúc này phần đồng thừa được ăn mịn bởi một dung dịch thích hợp (thường là FeCl3 pha với nước ấm), chỉ cịn giữ lại những đường mạch cần thiết cho board.
(a) (b)
Hình 4.1:Một mạch in(PCB). (a): Các linh kiện được gắn ở mặt trên board.
(b): Các linh kiện được hàn ở mặt dưới board bằng mối hàn chì.
4.1. Các cơng đoạn chế tạo mạch in
Ngày nay máy mĩc và cơng nghệ hiện đại đã giúp ích cho con người trong rất nhiều lĩnh vực. Việc chế tạo mạch in cũng vậy, các máy mĩc chính xác đã giúp cho việc chế tạo mạch in rất nhanh chĩng chính xác, hiện đại và rất thẩm mĩ, nhưng ngược lại giá thành hơi cao. Với mục đích phục vụ học tập và nghiên cứu của sinh viên, nhĩm chỉ nghiên cứu việc làm mạch in thủ cơng bằng tay. Việc chế tạo mạch in cĩ thể bao gồm các cơng đoạn chính sau:
4.1.1. Thiết kế và vẽ mạch in
Việc này chúng ta thường làm trên máy tính với sự hỗ trợ rất mạnh của các phần mềm như thiết kế và vẽ mạch in như: Orcad, Proteus, Eagle, Altium designe, Protel, Splan…..Trong đồ án sử dụng phần mềm Orcad để vẽ sơ đồ nguyên lý mạch in.
- TrangTrang 90TrangTrang 909090 -