ĐỒ ÁN HT CDT HT LẮP RÁP TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU. ............................................................................................................................. 3
CHƢƠNG 1: ......................................................................................................................................... 4
TỔNG QUAN VỀ HỆ TH ỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG . .......................................................... 4
1.1. Sản xuất tự động trong Công Nghiệp : ............................................................................ 4
1.2. Sơ lƣợc quá trình phát triển của Robot công nghiệp (IR : Industrial Robot). .......... 6
1.3. Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất: ................................................................... 7
1.4. Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng robot ở Việt Nam..................................... 9
1.5. Nội dung, ý nghĩa và mục đích của đề tài. ...................................................................... 11
CHƢƠNG 2: ....................................................................................................................................... 12
THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LẮP RÁP TƢ̣ ĐỘNG . ................................................... 12
2.1. Giới thiê ụ hê ̣thố ng lắ p ráp tƣ̣ đô ̣ng . ................................................................................. 12
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu. .................................................................................................... 12
2.3. Nhiê m
̣ vu ̣ hệ thống ................................................................................................................. 12
2.4. Yêu cầu khi thiết kế............................................................................................................... 13
2.5. Phân tích các lựa chọn . ......................................................................................................... 13
2.5.1. Lƣ̣a cho ̣n phƣơng án truyền dẫn đô ̣ng . .................................................................... 13
2.5.2 Ứng dụng khí nén trong hệ thống: .............................................................................. 17
2.5.3. Lƣ̣a cho ̣n loa ̣i hi n
̀ h Robot : ........................................................................................... 23
2.6. Kế t luâ ̣n phƣơng án xây dƣ̣ng hê ̣thố ng . .......................................................................... 24
CHƢƠNG 3: ....................................................................................................................................... 25
MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỀ TÀI........................................................................................... 25
3.1. Mô tả cách làm việc của hệ thống: ..................................................................................... 25
3.2. Sơ đồ thuâ ̣t toán :.................................................................................................................... 27

CHƢƠNG 4: ....................................................................................................................................... 28
TÍNH TOÁ N ĐỘNG HỌC CỦA HỆ THỐNG . .......................................................................... 28
4.1. Giới thiệu chung về mô hình cánh tay Robot: ................................................................ 28
4.2. Bâ ̣c tƣ̣ do của Robot :............................................................................................................. 29
4.3. Thiết lập phƣơng trình động học cho Cánh tay Robot: ................................................ 30
4.5. Nhiệm vụ băng tải: ................................................................................................................ 33
4.6. Vị trí đặt băng tải. ................................................................................................................. 34
4.7. Thông số động học chủ yếu. ................................................................................................ 34
CHƢƠNG 5: ....................................................................................................................................... 40
TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ NGÔN NGỮ LẬP .......................................................................... 40
TRÌNH. ................................................................................................................................................ 40
5.1. Giới thiệu chung: ................................................................................................................... 40
5.2. Khái niệm, qui ƣớc và đặc điểm lập trình........................................................................ 44
5.3. Ngôn ngữ lập trình: ............................................................................................................... 45
5.4. Phân loại lệnh: ........................................................................................................................ 47
5.5. Phần mềm Step 7 – Micro/Win: ......................................................................................... 48
5.6. Vòng quét................................................................................................................................. 49
Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 1 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

5.7. Bộ nhớ dữ liệu và cách định địa chỉ ................................................................................... 51
5.8 Giới thiệu về mạch đếm sản phẩm: .................................................................................... 59
CHƢƠNG TRÌNH PLC................................................................................................................... 64
TỔNG KẾT: ....................................................................................................................................... 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................... 69

  

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 2 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

LỜI NÓI ĐẦU.
======
Trong hệ thống sản xuất tự động, Robot là một thiết bị không thể thiếu, nó cho phép
nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống. Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các hệ
thống tự động trong sản xuất là xu hướng phát triển của nền công nghiệp Việt Nam. Ở
nước ta, mặc dù ứng dụng robot là lĩnh vực còn khá mới mẻ, tuy nhiên nó là xu hướng tất
yếu khi chúng ta cần giải phóng con người ra khỏi những công việc nặng nhọc, những
công việc nhàm chán, có tính lặp đi lặp lại và những công việc trong môi trường độc hại
...
Robot là một lĩnh vực khoa học có liên quan đến nhiều phạm trù kiến thức của nhiều
nghành khoa học khác nhau, trong đó dễ nhận thấy nhất là các ngành cơ học, kỹ thuật cơ
- điện tử, và điều khiển học. Thực hiện đề tài “Thiết kế chế ta ̣o mô hình lắp ráp tự động
dùng cánh tay Robot” là một điều kiện tốt để chúng em có thể học hỏi và kiểm nghiệm
những kiến thức đã được học trong nhà trường. Chắc chắn trong quá trình thực hiện đề tài
không tránh khỏi những thiếu sót, khuyết điểm; vì vậy, em rất mong nhận được những
chỉ bảo tận tình từ các thầy để đề tài thêm hoàn thiện.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện của ba mẹ, thầy cô

giáo, nhà trường và bạn bè trong thời gian thực hiện đề tài. Đặc biệt, qua đây em xin gửi
đến thầy giáo Ngô Thanh Nghị lòng biết ơn chân thành về sự hướng dẫn nhiệt tình và tận
tụy của các thầy để chúng em hoàn thành tốt đề tài này.
  

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 3 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TƢ̣ ĐỘNG.

1.1.

Sản xuất tự động trong Công Nghiệp :
Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống

tự động hoá ở mức cao. Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm,
nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất, gải phóng người lao động ra khỏi
những vị trí độc hại … Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát quy
trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các hệ thống tự
động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thông số công nghệ nói riêng và điều khiển
toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung .Hệ thống tự động hoá
đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết và đảm bảo nhịp độ sản
xuất mong muốn của từng công đoạn trong quy trình công nghệ. Chất lượng của sản

phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc
rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này. Để phát triển sản xuất,
ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quy trình công nghệ hoặc ứng dụng công nghệ mới,
thì một hướng nghiên cứu không kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá
các quy trình công nghệ. Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử và công
nghệ chế tạo cơ khí chính xác, các thiết bị đo lường và điều khiển các quy trình công
nghệ càng được chế tạo tinh vi, làm việc tin cậy và chính xác.
Tuy nhiên các hệ thống còn phụ thuộc rất lớn vào khả năng vận hành sử dụng hệ
thống này của đội ngũ kỹ sư, kỹ thuật viên làm việc trực tiếp ở các nhà máy, xí nghiệp.
Mặc dù việc vận hành sử dụng hệ thống thiết bị tự động hoá là nhiệm vụ của các kỹ sư và
các kỹ thuật viên được đào tạo trong lĩnh vực điều khiển tự động, nhưng các kỹ sư công
nghệ cũng cần tiếp cận tốt các hệ thống này để theo dõi, nghiên cứu các diễn biến của các
Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 4 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

quá trình công nghệ. Các hệ thống tự động hoá là phương tiện tốt nhất để các kỹ sư có thể
đi sâu nghiên cứu các quá trình công nghệ, từ đấy có thể đưa ra những giải pháp nâng cao
chất lượng của quy trình công nghệ.
Bên ca ̣nh yế u tố đầ u tư cho khâu thiế t kế

, chế ta ̣o và lắ p ráp hê ̣ thố ng sản xuấ t tự đô ̣ng

mấ t không ít thời gian , công sức và kinh phí t

a có thể thấ y đươ ̣c các ưu điể m của hê ̣

thố ng sản xuấ t tự đô ̣ng như sau :

-

Năng suấ t làm việc cao.

-

Nâng cao đô ̣ chiń h xác làm viê ̣c .

-

Có thể làm việc ở cường độ cao .

-

Giảm được số lượng công nhân.

-

Giảm giá thành sản phẩm .

-

Hiê ̣u quả kinh tế cao .

Hình 1.1: Mô hin
̀ h xả băng thép – cuộn thép tự động

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 5 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

1.2. Sơ lƣợc quá trình phát triển của Robot công nghiệp (IR : Industrial Robot).
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng cộng hoà Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là
công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum‟s Universal Robots của Karel Capek, vào năm
1921. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơ cấu, máy
móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công
nghiệp” (Industrial Robot). Ngày nay người ta lắp đặt tên người máy công nghiệp (hay
Robot công nghiệp) cho những loại thiết bị có dáng dấp và một vài chức n ăng như tay
người được điều khiển tự động để thực hiện một số thao tác sản xuất.
Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh vực
kỹ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các máy
công cụ điều khiển số (NC - Numerically Controlled machine tool). Các cơ cấu điều
khiển từ xa (hay các thiết bị chủ - tớ) đã phát triển mạnh trong chiến tranh thế giới lần thứ
hai nhằm nghiên cứu các vật liệu phóng xạ. Người thao tác được tách biệt khỏi khu vực
phóng xạ bởi một bức tường có một hoặc vài cửa quan sát để có thể nhìn thấy được công
việc bên trong. Các cơ cấu điều khiển từ xa thay thế cho cánh tay của người thao tác; nó
gồm có một bộ kẹp ở bên trong (tớ) và hai tay cầm ở bên ngoài (chủ). Cả hai, tay cầm và
bộ kẹp, được nối với nhau bằng một cơ cấu sáu bậc tự do để tạo ra các vị trí và hướng tùy
ý của tay cầm và bộ kẹp. Cơ cấu dùng để điều khiển bộ kẹp theo chuyển động của tay

cầm.
Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia
công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những robot đầu tiên thực chất là sự nối

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 6 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công
cụ điều khiển số. Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot
Versatran của công ty AMF, Mỹ. Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại
robot Unimate -1990 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô. Tiếp theo Mỹ, các nước khác
bắt đầu sản xuất robot công nghiệp : Anh - 1967, Thụy Điển và Nhật - 1968 theo bản
quyền của Mỹ; CHLB Đức - 1971; Pháp - 1972; ở Ý - 1973 .
1.3. Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất:
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ
thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và hiệu
quả sản xuất tăng lên rõ rệt. Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng
cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng
cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu
trên là nhờ vào những khả năng to lớn của robot như: làm việc không biết mệt mỏi, rất dễ
dàng chuyển nghề một cách thành thạo, chịu được phóng xạ và các môi trường làm việc
độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” được cả từ trường và nghe được cả siêu âm...Robot
được dùng thay thế con người trong các trường hợp trên hoặc thực hiện các công việc tuy
không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn.Trong ngành cơ khí, robot

được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun phủ kim
loại, tháo lắp vận chuyển chi tiết, lắp ráp sản phẩm...
Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với
Robot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hóa cao, mức độ linh hoạt cao...
ở đây các máy và robot được điều khiển bằng cùng một hệ thống chương trình. Ngoài các
phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng
trong việc vượt hơn khả năng của con người; do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự
động hóa, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng
nhọc và độc hại. Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người, trong

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 7 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

dây chuyền tự động, nếu có một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây
chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới dự giám sát của con người.
1 số hiǹ h ảnh về ứng du ̣ng Robot Công Nghiê ̣p trên thế giới :

Hình 1.2 Robot Hàn tự động trong CN

Hình 1.3 Robot Khoan tự động

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 8 -

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Hình 1.4 Robot gắ p hàng điề u khiể n bằ ng tay .

1.4. Tình hình nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng robot ở Việt Nam.
Việc nghiên cứu, chế tạo và ứng dụng robot đã có từ lâu trên thế giới. Tuy nhiên,
đối với Việt Nam thì đây một ngành công nghiệp mới mẻ và còn rất lâu nữa ngành công
nghiệp chế tạo robot ở Việt Nam mới thực sự hoàn chỉnh. Mặc dù vậy, trong một vài năm
trở lại đây, Việt Nam cũng đã có những đề tài nghiên cứu, chế tạo robot thành công và
trong đó một vài đề tài đã được ứng dụng trong thực tế. Hơn nữa, cuộc thi sáng tạo robot
Châu Á - Thái Bình Dương hàng năm đã thu hút rất đông sinh viên các trường Đại học
Việt Nam tham gia và với thành tích hai lần vô địch sinh viên Việt Nam đã chứng tỏ
được khả năng nghiên cứu, chế tạo robot của mình.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 9 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Sáu robot đó là: robot vạn năng, robot hàn, robot crane, robot camera crane, tay máy dây
chuyền sản xuất và tay máy lấy sản phẩm. Tại nhiều cơ sở nghiên cứu như Đại học Bách
Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, viện Cơ học, viện Công nghệ thông

tin... đã chế tạo được một số robot mẫu ứng dụng trong công nghiệp như robot lấy sản
phẩm chi tiết chai nhựa PET; robot MSR 50 bốc dỡ và vận chuyển vật liệu rời.... đặc biệt
nhóm nghiên cứu viện Cơ học Việt Nam vừa chế tạo thành công robot song song sáu
chân có tên là Hexapod PR6-01 làm
đồ gá vạn năng lắp trên máy công cụ, giúp nâng cao khả năng sử dụng của các máy này.

Hình 1.5 Robot Hexapod PR6-01.
Hiện nay, tại một số khu công nghiệp lớn đã có một số nhà máy sản xuất các thiết bị
vận hành robot và tương lai sẽ hứa hẹn những bước phát triển thành công trong lĩnh vực
này như công ty Rorze Robotech đặt tại khu công nghiệp Nomura, Hải Phòng đang có kế
hoạch xuất khẩu sản phẩm robot sản xuất tại Việt Nam sang thị trường Mỹ và Châu Âu.
Một nhà máy chuyên sản xuất các thiết bị vận hành robot bằng công nghệ cao có tên

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 10 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Vina-Bingo sẽ được xây dựng tại khu công nghiệp Nomura, nhằm nâng cao chất lượng
cho sản phẩm robot sản xuất tại Việt Nam.
Mặc dù, chúng ta đã có những bước khởi đầu khả quan tuy nhiên chế tạo robot cần
có một nền công nghiệp hoàn chỉnh và đó là một khó khăn rất lớn đối với Việt Nam. Do
vậy, trước mắt Việt Nam sẽ đi vào thiết kế phát triển phần hệ thống điều khiển của robot
và nhập các phần cứng của nước ngoài. Có như thế Việt Nam mới kịp đưa ra những robot
gần bằng trình độ hoặc tương đương với thế giới.
1.5. Nội dung, ý nghĩa và mục đích của đề tài.

Trong thực tế, Robot phải làm việc với rất nhiều thiết bị và cơ cấu khác nhau như
máy tính, băng chuyền .v.v...Do đó, việc điều khiển robot sẽ trở nên rất phong phú và đa
dạng tuỳ vào từng hoàn cảnh cụ thể. Vấn đề đặt ra là “Cùng với một robot, làm sao có thể
thay đổi các hoạt động khác nhau trong một thời gian ngắn để robot không chỉ làm một
việc nhất định và làm sao có thể phối hợp hoạt động của robot với các thiết bị, cơ cấu
khác nhau?”.
Vì vậy, đề tài “Thiết kế mô hình lắp ráp tự động dùng cánh tay máy” là một ví dụ
về sự phối hợp làm việc của robot với các băng chuyền và qua đó thiết lập được một
chương trình điều khiển để thay đổi hoạt động của robot. Đề tài sẽ bao gồm việc thiết kế
hệ thống băng tải, lập trình thiết kế một phần mềm điều khiển robot, tính toán các thông
số động học từ đó lập trình phối hợp giữa băng chuyền và robot để tạo nên 1 mô hình lắp
ráp sản phẩm tự động 1 cách linh hoạt.
Đề tài “Thiết kế mô hình lắp ráp tự động dùng cánh tay máy” giúp tiết kiệm thời
gian trong sản xuất đồng thời làm cho robot trở nên linh hoạt hơn với các môi trường làm
việc khác nhau. Đây là yếu tố cần thiết trong việc nâng cao hiệu quả và giảm chi phí
trong quá trình sản xuất.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 11 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

CHƢƠNG 2:
THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LẮP RÁP TƢ̣
ĐỘNG.

2.1. Giới thiê ụ hệ thống lắp ráp tự động .
Lắ p ráp là công đoa ̣n để ta ̣o ra sản phẩ m hoàn chin̉ h từ những chi tiế t nhỏ hơn có sẵn
hoă ̣c đươ ̣c chế ta ̣o trước đó . Như ta đã biế t , khố i lươ ̣ng công viê ̣c và chi phí cho viê ̣c lắ p
ráp sản phẩm là rất lớn , đòi hỏi tiń h ổ n đinh
̣ , linh hoa ̣t và đô ̣ chính xác của hệ thống . Vì
thế nên viê ̣c nghiên cứu và chế ta ̣o ra 1 hê ̣ thố ng lắ p ráp tự đô ̣ng đươ ̣c nghiên cứu
nghiêm túc và kỹ lưỡng nhằ m nâng cao hiê ̣u

1 cách

quả của quá trình sản xuất .

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.
Phương pháp chính để thực hiện đề tài này là nghiên cứu, kết hợp giữa lý thuyết và thực
tế, bắt đầu từ việc nghiên cứu lý thuyết về động học robot và đo các giới hạn góc quay
của robot. Đây là cơ sở cho việc xây dựng một chương trình lập trình điều khiển hoạt
động robot. Từ đó thiết kế hệ thống băng tải làm việc sao cho phù hợp với kích thước
cũng như vùng hoạt động của robot và lập trình phối hợp hoạt động giữa hai đối tượng
nói trên.
2.3. Nhiê m
̣ vu ̣ hệ thống.
Hệ thống làm nhiệm vụ lắp ráp sản phẩm trong dây chuyền sản xuất, vì vậy hệ thống
cần có 1 băng tải làm nhiệm vụ mang chi tiết 1 đến vị trí cần thiết cho Robot gắp hàng, và
1 băng tải mang sản phẩm 2 đến c uối hành trình cua bẳng tải này. Robot có nhiệm vụ gắp
hàng từ băng tải 1 đến lắp vào sản phẩm đang nằm trên băng tải 2.Khi đã lắp xong thì
pitông sẽ đẩy sản phẩm sang băng tải 3, băng tải 3 sẽ
Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 12 -

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

tiếp tục đưa sản phẩm sau khi được lắp ráp đến cuối hành trình, tại đây có cảm biến để
đếm số lượng sản phẩm đã lắp ghép xong được hiển thị qua led 7 đoạn
2.4. Yêu cầu khi thiết kế.
Khi xây dựng phương án bố trí cho hệ thống ta cần đảm bảo các điều kiện như:
- Hệ thống đơn giản, dễ điều khiển và đáng tin cậy.
- Hệ thống phải hoạt động linh hoạt, giảm tối đa thời gian chờ đợi hàng…
- Đảm bảo tính kinh tế, thẫm mĩ, và an toàn.
2.5. Phân tích các lựa chọn.
2.5.1. Lƣ̣a cho ̣n phƣơng án truyền dẫn đô ̣ng .
a.

Bộ truyền trục vit bánh vit:

Cấu tạo :

- Gồm trục vít chủ động 1, bánh vít bị động 2 để thực hiện truyền
động giữa hai trục chéo nhau
- Trục vít được chế tạo từ hợp kim có tính chịu mòn cao. Bánh vít
có dạng hình bánh răng xiên.

1: Trục vit.
2: Bánh vit
θ: Góc nghiêng
của răng.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 13 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Hình 2.1: Bộtruyền trục vit

Ưu điểm:

- Làm việc êm, không ồn.
- Có khả năng tự hãm.
- Tỉ số truyền cao nên rất chính xác.

Khuyết điểm :

- Hiệu suất truyền động không cao do ma sát lớn.
- Truyền động chậm
- Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

Phạm vi sử dụng :
- Sử dụng trong trường hợp đảo chiều quay
- Dùng trong các cơ cấu xoay cần trục hoặc trong ổ truyền động trung ương của xe ôtô.

b.Truyền động bánh răng:
- Đó là những bộ truyền bánh răng trụ để truyền động giữa hai trục song song và qu ay
ngược chiều.

- Người ta còn dùng truyền động bánh răng nón để truyền động giữa hai trục vuông góc
với nhau.
- Trong đó Z1,Z2 là số răng của bánh răng chủ động và bị động.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 14 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Hình 2.3: Bộ truyền bánh răng.

Cấu tạo:

1- bánh răng chủ động
2- bánh răng bị động

Ưu điểm : - Gọn nhẹ, chịu tải cao, bền chắc
- Tỉ số truyền ổn định
- Truyền lực vô cùng bé 10-6 N hoặc vô cùng lớn 106 N.
- Dùng để thay đổi tốc độ quay trong hộp giảm tốc hay đều chỉnh số
của xe máy, ôtô.
Khuyết điểm : - Gây ồn
- Chịu va đập kém
Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 15 -

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

- Chế tạo phức tạp.
Phạm vi sử dụng :
Trong đồng hồ, các cơ cấu nâng tải, ôtô, máy kéo, hộp giảm tốc, hộp số, truyền động.
c.Bô ̣ truyền đai :
Cấu tạo:

Hình 2.5: Bộ truyền đai
1- Bánh đai chủ động ( dẫn )
2- Bánh bị động ( bị dẫn )
3- Dây đai
Đai được làm bằng vải, cao su, len hoặc bằng da. Đai có thể bắt chéo để hai bánh quay
ngược nhau.
Theo tiết diện ngang đai có ba loại:
- Dẹt : sử dụng khi yêu cầu có trượt
- Đai thang dùng khi tránh trượt
- Đai tròn dùng trong các cơ cấu nhẹ.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 16 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Ưu điểm
- Êm, đơn giản, không ồn.
- Chịu được quá tải vì có trượt.
- Rẻ tiền, dể bảo quản, chăm sóc.
- Truyền lực giữa hai trục xa.
Khuyết điểm :
- Tỉ số truyền không ổn định do trượt.
- Bộ truyền cồng kềnh, lực tác dụng lên ổ đỡ lớn.
- Đai mau mòn, mau chùng nên phải có thiết bị căng đai.
Phạm vi sử dụng :
- Dùng trong máy nghiền đá, máy trộn bê tong.
1.1.1
2.5.2 Ứng dụng khí nén trong hệ thống:
2.5.2.1. Sơ lƣợc các loại pittong
Gồ m có pittong xylanh thủy lực và khí né n , thực chất đây là một loại động cơ thủy
lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén ) thành cơ năng , thực hiện
chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục

. pittong xylanh đươ ̣c dùng rất

phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về. xylanh thủy lực
có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn, làm việc ổn định và
giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản . So với hê ̣ thố ng thủy lực , hê ̣ thố ng khí
nén có công suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như :
Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn
thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa khí nén rất
thuận lợi.

Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải ra ngược trở
lại bầu khí quyển.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 17 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống dẫn, do đó
không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén

, bởi vì phần lớn trong

các xí nghiệp , nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá
trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic, và
do đó được sử dụng để điều khiể n trình tự phức tạp và các máy móc phức hợp.
2.5.2.2.Máy nén khí – Thiết bị phân phối khí nén
a) Máy nén khí:
-

Khái niệm: máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động
cơ điện được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

-

Phân loại:

+ Theo áp suất:
 Máy nén khí áp suất thấp:

P<= 15 bar

 Máy nén khí áp suất cao:

P>= 15 bar

 Máy nén khí áp suất rất cao:

P>= 300 bar

+ Theo nguyên lý hoạt động:
 Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittông, máy nén
khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
 Máy nén khí tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khí theo chiều trục.
b) Bình trích khí chứa khí nén:
-

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu trữ
để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy nén
khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 18 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ
-

GVHD:

Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu
thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử
dụng : ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn.
Ký hiệu:

c) Mạng đƣờng ống dẫn khí nén:
-

Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến bình
trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành.

-

Mạng đường ống dẫn khí nén có thể phân làm hai loại:

+ Mạng đường ống được lắp ráp cố định ( mạng đường ống trong nhà máy ).
+ Mạng đường ống được lắp ráp di động (Mạng đường ống trong dây chuyền hoặc trong
máy móc thiết bị ).
+ Trong bộ thí nghiệm, đường ống dẫn khí nén được trang bị cho phép tháo lắp dễ dàng và
nhanh chóng. Nối hệ thống đến các thiết bị bằng cách đơn giản là đẩy ống vào các cổng
vào ( in-let ) hay cổng ra ( out-let ). Tháo ống ra bằng cách một tay đè vào vành tỳ, tay kia
kéo ống ra.

Các phần tử trong hệ thống điều khiển
Một hệ thống điều khiển bao gồm ít nhất là một mạch điều khiển vòng hở với các phần tử
sau:
-

Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng vào, là các
phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ van đảo chiều, rơle áp suất.

-

Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo một quy tắc logic nhất định, làm
thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: van đảo chiều, van tiết lưu, van logic
OR hoặc AND.

-

Cơ cấu chấp hành: thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của
mạch điều khiển. Ví dụ: Xilanh, động cơ khí nén.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 19 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

2.5.2.3Các loại van đảo chiều
a)Giới thiệu về van đảo chiều:

Van đảo chiều có nhiêm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi
vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.
* Ký hiệu van đảo chiều:
- Vị trí của các nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền kề nhau với các chữ
cái o, a, b, c,… hay các chữ số 0,1,2,…

a

o

b

a

b

Ký hiệu chuyển đổi vị trí của nòng van
Vị trí „không‟ là vị trí mà van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào. Đối với van có 3 vị
tr, thì vị trí ở giữa ký hiệu là „o‟ là vị trí „không‟. Đối với van có 2 vị trí thì vị trí „không‟ có
thể là a hoặc b.
- Cửa nối van được ký hiệu như sau : ISO 5599
+ Cửa nối với nguồn(từ bộ lọc khí) 1

ISO 1219

P

+ Cửa nối làm việc: 2, 4, 6,…

A , B , C ,…

+ Cửa xả khí: 3 , 5 , 7,…

R , S , T,…

+ Cửa nối tín hiệu điều khiển

12,14…

Bên trong ô vuông của mối vị trí là các mũi tên biểu diễn hướng chuyển động của dòng khí
nén qua van. Khi dòng bị chặn thì biểu diển bằng dấu gạch ngang.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 20 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

* Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều:
- Van đảo chiều 5/2 là van có 5 cửa vào và ra, 2 vị trí thay đổi. chiều của khí nén.
- Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2
Van tiết lƣu

a)

Van tiết lưu có nhiêm vụ thay đổi dòng khí nén, có nghĩa là thay đổi vận tốc của cơ cấu
chấp hành.
* Van tiết lưu có tiết diện không đổi làm cho dòng chảy của khí qua van là không
đổ.

Ký hiệu:
* van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Lưu lượng dòng chảy qua van có thể thay đổi
được bằng cách vặn một vít điều chỉnh, làm thay đổi vận tốc của cơ cấu chấp hành.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 21 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Ký hiệu:

* Van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng tay: van tiết lưu một chiều điều chỉnh bằng
tay tương tự như van tiết lưu, tuy nhiên dòng khí nén chỉ có thể di chuyển một
chiều từ A qua B, và chặn chiều ngược lại.
Ký hiệu:

2.5.2.4.Cơ cấu chấp hành
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ
học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng như xilanh hoặc

chuyển động quay như động cơ khí nén.
* Xilanh:
Xilanh có tác dụng đơn một chiều : áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một phía của
xilanh, phía còn lại là do ngoại lực hay lò xo tác dụng.
Ký hiệu:

a. là xilanh có chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực
b. Chiều tác dụng ngược lại do lò xo
-

Xilanh tác dụng hai chiều (xilanh có tác dụng kép): áp suất khí nén được dẫn vào 2 phía
của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh sẽ đi vào hay đi ra tuỳ thuộc vào áp lực khí
nén phía nào.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 22 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

Ký hiệu :

`
Xilanh tác dụng kép
2.5.3. Lƣ̣a cho ̣n loa ̣i hi n
̀ h Robot:
a. Hê ̣to ̣a đô ̣ tru :̣

Robot làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ tru ̣ có thể chuyể n đô ̣ng theo các bâ ̣c tự do : trên thân đế có
thân tru ̣ quay quanh tru ̣c Z , chuyể n đô ̣ng tinh
̣ tiế n lên – xuố ng theo tru ̣c Z và chuyể n
đô ̣ng hướng kính R . Ngoài ra phầ n cổ tay đươ ̣c thiế t kế thực hiê ̣n các góc quay α, β, γ
xung quanh 3 trục vuông góc . Như vâ ̣y tùy vào từng điề u kiê ̣n mà cho ̣n số bâ ̣c tự do cho
cánh tay Robot được hợp lý .
b. Hê ̣to ̣a đô ̣ cầ u :
Robot làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ cầ u có thể chuyể n đô ̣ng thao tác theo các bâ ̣c tự do sau :
Quay quanh tru ̣c Z , nâng nghiêng 1 góc θ, và tịnh tiến hướng kính . Ngoài ra còn 2
chuyể n đô ̣ng với góc quay α và β ở cổ tay.
c. Hê ̣to ̣a đô ̣ vuông góc :
Đối với loại Robo t hoa ̣t đô ̣ng theo hê ̣ to ̣a đô ̣ vuông góc các chuyể n đô ̣ng cơ bản là các
chuyể n đô ̣ng tinh
̣ tiế n theo các tru ̣c to ̣a đô ̣ X , Y, Z. Ngoài các chuyển động cơ bản này ,
khâu tác đô ̣ng cuố i có thể quay với góc quay α quanh 1 trục lệch tâm và có thể xoay
nghiêng 1 góc β.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 23 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

d. Hê ̣to ̣a đô ̣ góc ( Hê ̣to ̣a đô ̣ phỏng sinh ):
Robot thiế t kế làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ phỏng sinh thường đươ ̣c dùng rô ̣ng raĩ . 3 chuyể n
đô ̣ng cơ bản đầ u tiên đề u thực hiê ̣n các góc xoay , tức là các chuyển động cơ bản được
xác định bằng 3 góc xoay trong hệ tọa độ góc . Ngoài thân quay với góc α, phầ n cò n la ̣i là

các cánh tay , bao gồ m cánh tay trên quay với góc β, cánh tay dưới góc quay γ, góc lắc
bàn tay ε và 2 góc cổ tay θ và ψ. Ưu điể m của loa ̣i này là tấ t cả các phầ n tử của cánh tay
đều nằm trên 1 mă ̣t phẳ ng thẳ ng đứng nên các tiń h toán cơ bản đề u là bài toán phẳ ng

. Khi

mă ̣t phẳ ng này quay đi 1 góc Ω, bàn kẹp có thể đạt đến bất kỳ vị trí làm việc nào trong
vùng làm việc . Ngoài ra loại robot này còn có ưu điểm là gọn nhẹ , tức vùng thao tác
tương đố i lớn so với kích cỡ bản thân Robot . Robot làm viê ̣c theo hê ̣ to ̣a đô ̣ gó c thường
có 2 loại là tay má y phỏ ng sinh tru ̣c ngang và tay máy phỏng sinh tru ̣c đứng

, trong đó

loại trục ngang dễ bố trí nguồn động lực , đô ̣ cơ đô ̣ng cao, hê ̣ số phu ̣c vu ̣ lớn , điề u khiể n
dễ dàng…
2.6. Kế t luâ ̣n phƣơng án xây dƣ̣ng hê ̣thố ng .
Sau khi phân tích các ưu nhược điểm của các cơ cấu truyền động và các loa ̣i hình Robot
ta có thể tổ ng hơ ̣p la ̣i phương án xây dựng hê ̣ thố ng như sau
a.

:

Đối với băng tải:

Băng tải có nhiệm vụ di chuyển hàng đến vị trí xác định
Băng tải với bộ phận mang tải có thể làm từ vải, cao su hoặc vật liệu có độ bền tốt.
Băng tải di chuyển được là nhờ vào vào động cơ hoạt động ở mức điện áp 24VDC thông
qua bộ truyền đai(dây đai răng), trục vit – bánh vit,bộ truyền bánh răng.
b.

Đối với Robot:

Robot được thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả, với 2 chuyển động chính là quay và tịnh
tiến ( R- T ),làm việc trong hệ tọa độ trụ làm nhiệm vụ gắp sản phẩm từ băng chuyền 1
đến lắp vào sản phẩm ở băng chuyền 2.
*Cánh tay Robot quay được nhờ vào bộ truyền trục vit – bánh vit, động cơ hoạt động ở
điện áp 24VDC.

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 24 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ

GVHD:

*Cơ cấu chuyển động tịnh tiến lên xuống để gắp hàng nhờ vào pittông(có hành trình
10cm), pittông hoạt động nhờ khí nén thông qua van điện từ 5/2 điều khiển dùng điện
24VDC
*Tay gắp gắp hàng dùng van hút chân không nén thông qua van điện từ 5/2 điều khiển
dùng điện 24VDC.

CHƢƠNG 3:
MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỀ TÀI.
3.1. Mô tả cách làm việc của hệ thống:
Chi tiết 1 và 2 sẽ được cấp lên băng chuyền 1 và 2, băng chuyền 1 và 2 bắt đầu
chuyển động đưa chi tiết 1 và 2 di chuyển, ở 1 đầu đối diện của băng chuyền 1 được đặt 1
công tắc hành trình làm nhiệm vụ xác định điểm dừng của chi tiết 1 trên băng chuyền 1, ở
đầu đối diện của băng chuyền 2 đặt 1 cảm biế n để xác định điểm dừng của chi tiết 2 trên

băng chuyền 2. Khi chi tiết 1 chạm vào công tắc hành trình này lập tức băng chuyền 1
ngưng hoạt động, đồng thời khi cảm biến cảm nhận được vị trí của chi tiết 2 thì băng
chuyền 2 ngưng hoạt động.
Cánh tay Robot nhận nhiệm vụ quay đến vị trí chi tiết 1, tay máy di chuyển xuống
vị trí được xác định trước bởi hành trình của pittông( đảm bảo khoảng cách để gắp được
chi tiết ), lúc này tay máy dừng di chuyển và cơ cấu hút sẽ hút vật, sau đó tay máy di
chuyển lên trên vị trí ban đầu và dừng lại, đồng thời cánh tay Robot sẽ di chuyển sang
băng chuyền 2, đến vị trí được xác định sẵn rồi tay máy di chuyển xuống đưa chi tiết 1
thả đúng vào lỗ trên chi tiết 2, khi 2 chi tiết đã được lắp vào nhau thì pittông sẽ đẩy sản
phẩm đươc lắp ghép xuống băng chuyền 3. Đồng thời lúc này, cánh tay Robot quay sang
băng chuyền 1 để gắp hàng tiếp theo, và thao tác được lặp lại chỉ khác ở chổ, khi cả 2 chi

Thiế t kế mô hình lắp ghép chi tiết tƣ̣ đô ̣ng

Trang - 25 -