đồ án điều khiển tự động cánh tay robot gắp hàng

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ngày nay, tự động hoá
ngày càng đóng vai trò quan trọng vào mọi mặt của đời sống sản xuất. Cùng với sự
phát triển của công nghệ điện tử, nhu cầu điều khiển các dây chuyền sản xuất trong
công nghiệp đòi hỏi sự linh hoạt, nhanh chóng và gọn nhẹ . nên điều khiển điện khí
nén. Sự ra đời của nó và nhiều thiết bị điều khiển khác càng khẳng định sự phát triển
toàn diện về khoa học và công nghệ của con người.
Để thực hiện công việc một cách khoa học, nâng cao năng suất và chất lượng sản
phẩm, một trong những giải pháp khá hiệu quả mà các công ty, xí nghiệp sản xuất
thường sử dụng . Dây chuyền sản xuất tự động điều khiển bằng điện khí nén đáp ứng
được rất nhiều yêu cầu về công nghệ và hiệu quả công việc. Qua đồ án này, nhóm
chúng em sẽ giới thiệu về hệ thống điều kiển bằng điện khí nén cũng như ứng dụng
của nó khi thực hiện đề tài thiết kế mô hình cánh tay gắp sản phẩm.
Mô hình của nhóm chúng em được xây dựng dựa trên việc kết hợp từ nhiều
nguồn tài liệu và các mô hình tham khảo. Vì kiến thức còn hạn chế và thời gian tìm
hiểu có hạn nên đồ án của nhóm chúng em chưa thể phát huy hết ý tưởng vào trong mô
hình. Trong thực tế, các dây chuyền vận chuyển sản phẩm rất phức tạp về cơ khí và rất
khó để thực hiện. Chính vì vậy mà ở đồ án này nhóm chúng em chỉ đưa ra một mô
hình thu nhỏ để thể hiện một phần ứng dụng của hệ thống điện khí nén do đó mà hiệu
quả sẽ không cao. Rất mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo, đặc biệt là sự
giúp đỡ của thầy Trần Ngọc Hải đã hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!


TÓM TẮT
Đề tài này tập trung nghiên cứu , thiết kế và chế tạo mô hình cánh tay gắp sản
phẩm, cụ thể là đi sâu vào việc giới thiệu, giải thích công nghệ của mô hình, từ đó
đề ra phương án tính toán thiết kế xây dựng mô hình. Cấu trúc của nó gồm có các
chương sau:
Chương 1: Trình bày về các khái niệm liên quan đến dây chuyền sản xuất tự
động hóa kết hợp với giới thiệu chung về đề tài cần thực hiện bao gồm quy trình công

nghệ và sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống.
Chương 2: Phân tích, tính toán và chọn phương án thiết kế phần cứng của mô
hình. Chương này đưa ra những phương án từ đó tính chọn các linh kiện để tiến hành
lắp ráp hệ thống.
Chương 3: Thiết kế kết cấu.
Chương 4: Thiết kế điều khiển điện khí nén,. Dựa trên yêu cầu hoạt động của
mô hình để đưa ra lưu đồ giải thuật từ đó viết chương trình lập trình hệ thống.

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

 Giới thiệu: Trong chương này, chung em giới thiệu chung về công nghệ của
mô hình cũng như các thành phần sử dụng trong hệ thống.

1.1. Đặt vấn đề giới thiệu đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành kỹ thuật điện tử
mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong nhiều lĩnh vực.
Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả để góp phần
vào sự phát triển của nền kinh tế nước nhà. Một trong những khâu tự động trong dây
chuyền sản xuất tự động hóa đó là các sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận
chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp để vận chuyển. Tuy nhiên đối với những doanh
nghiệp vừa và nhỏ thì tự động hóa chưa hoàn toàn được áp dụng mà vẫn còn sử dụng
nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất chưa cao và hiệu quả sản xuất thấp.
Từ những điều đã được biết trong thực tế cuộc sống kết hợp với những kiến thức đã
học, chúng em quyết định thiết kế và chế tạo mô hình một mô hình cánh tay gắp sản


phẩm .

1.2. Cơ sở lý thuyết ứng dụng
1.2.1. Vai trò của tự động hóa trong đời sống sản xuất
1.2.1.1. Vai trò của tự động hóa
- Tự động hóa các quá trěnh sản xuất cho phép giảm giá thŕnh vŕ nâng cao năng
suất lao động.
- Cải thiện điều kiện sản xuất.
- Đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại .
- Cho phép thực hiện chuyên môn hóa và hoán đổi sản xuất.
- Cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng điều kiện sản xuất.
1.2.2. Khái niệm dây chuyền sản xuất tự động hóa
 Dây chuyền sản xuất tự động hóa có đặc điểm :
- Là một hệ thống thiết bị để sản xuất một hay vài loại sản phẩm nhất định với
sản lượng lớn.
- Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ gia công theo quy trình
công nghệ đã định, chỉ cần người theo dõi và kiểm tra.
Nguyên liệu hay bán thành phẩm lần lượt dời chỗ theo nhịp sản xuất từ vị trí gia
công này đến vị trí gia công khác theo một cơ cấu chuyển động nào đó .

1.3. Giới thiệu về hệ thống nâng gắp sản phẩm cho đề tài thực hiện
1.3.1. Quy trình công nghệ của hệ thống


- Sơ đồ tổng thể toàn bộ hệ thống
1. Băng tải 2. Cảm biến 3. Pittong điều khiển xoay trục 4. Pittong nâng hạ cánh tay
5. Pittong thu và đẩy tay gắp 6. Pittong điều khiển cơ cấu gắp 7. Sản phẩm
8. Ngăn chứa sản phẩm

11. Nút ấn

Hệ thống gồm có 3 cơ cấu sau: Ngăn chứa sản phẩm, băng tải sản phẩm, cơ cấu

cánh tay robot gắp sản phẩm.
 Cơ cấu ngăn chứa sản phẩm: Gồm 1 ngăn chứa .
 Cơ cấu băng tải sản phẩm: Gồm một động cơ DC, băng tải, cảm biến phát
hiện vật có nhiệm vụ đưa sản phẩm vào để tiến hành gắp sản phẩm.
 Cơ cấu cánh tay robot: Gồm 4 pittong, pittong 1, pittong 2, pittong 3, pittong
4 được điều khiển bởi khí nén và 8 công tắc hành trình (1÷ 8). Cơ cấu này có nhiệm vụ
tiến hành gắp sản phẩm trên băng tải đưa vào các ngăn chứa sản phẩm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Khi nhấn nút START hệ thống khởi động, động cơ quay kéo băng tải hoạt động.
Băng tải đưa các sản phẩm lần lượt đi vào. Khi cảm biến có tín hiệu, băng tải sẽ dừng,
sản phẩm vào đúng vị trí gắp.
- Cánh tay robot gắp sản phẩm đặt vào ngăn chứa sản phẩm.
- Ngay khi cơ cấu gắp được reset thì lập tức cho băng tải hoạt động lại.
Hệ thống tự động hoạt động theo chu kì như trên cho đến khi nhấn STOP thì hệ
thống ngừng làm việc.


1.4. Giới thiệu chung về các phần tử hoạt động trong hệ thống
1.4.1. Hệ thống kết cấu cơ khí
 Băng tải và động cơ băng tải
 Giới thiệu băng tải.

- Băng tải.
- Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản 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 chuyến các cơ cấu nhẹ.
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các
hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. Vốn
đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng,
làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác

không lớn lắm.
- Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế do độ dốc cho phép của băng
tải không cao và không đi theo đường cong được.
 Cấu tạo chung của băng tải
- Một động cơ giảm tốc trục vít.
- Bộ con lăn truyền lực chủ động.
- Hệ thống khung đỡ con lăn.


- Hệ thống dây băng hoặc con lăn.
 Phân loại
Băng tải có nhiều loại, mỗi loại dùng để tải những vật liệu khác nhau. Tùy vào
mục đích sử dụng và vật cần tải mà ta chọn băng tải cho phù hợp.
Các loại băng tải:
- Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn.
- Băng tải xích: Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững
chắc.
- Băng tải con lăn: Gồm băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC,
băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor.
- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa theo phương hướng lên thẳng đứng.
- Băng tải PVC : Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế
- Băng tải linh hoạt: Di chuyển
- Băng tải góc cong: Chuyển hướng sản phẩm 30 đến 180 độ.
Băng tải được dẫn động bởi động cơ điện DC.
 Xi lanh khí nén
Xilanh có nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng hay động năng của lưu chất
thành năng lượng cơ học - chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay (góc quay <
360o).
Thông thường xilanh được lắp cố định còn pittong chuyển động. Một số trường
hợp có thể pittong cố định, xilanh chuyển động.

Hình 1.8- Xilanh.


Pittong bắt đầu chuyển động khi lực tác dụng vào 1 trong 2 phía của nó (lực áp
suất, lò xo hoặc cơ khí) lớn hơn tổng các lực cản có hướng ngược lại chiều chuyển
động (lực ma sát, phụ tải, lò xo, thủy động, lực ì...).
Xilanh được chia làm 2 loại xilanh lực và xilanh quay. Trong xilanh lực, chuyển
động tương đối giữa pittong và xilanh là chuyển động tịnh tiến. Trong xilanh quay,
chuyển động giữa pittong và xilanh là chuyển động quay. Góc thường nhỏ hơn 360o.
Xilanh lực bao gồm: Xilanh tác dụng đơn, xilanh màng và xilanh tác dụng kép.
 Xilanh tác dụng đơn (xilanh tác dụng một chiều): Áp lực tác động vào xilanh
chỉ một phía, phía còn lại do lò xo hay ngoại lực tác động.
 Xilanh màng: Hoạt động tương tự như xilanh tác dụng đơn và chỉ được sử
dụng trong điều khiển khí nén.
 Xilanh tác dụng kép (xilanh tác dụng hai chiều):
Nguyên lý hoạt động của xilanh tác dụng hai chiều là áp suất được dẫn từ cả hai
phía.

1. Pittong 2. Đệm kín pittong 3. Trục pittông 4.Dẫn hướng trục 5. Đệm kín trục
6. Vòng chắn 7. Nắp xilanh 8. Cửa lưu chất 9. Thân xi lanh 10. Buồngtrục
11. Buồng pittong 12. Đế xilanh 13. Cửa lưu chất
- Xi lanh tác dụng 2 chiều
 Thanh ray trượt
Thanh ray trượt là cơ cấu gồm 2 thanh ray trượt trên nhau tạo ra chuyển động
tịnh tiến. Thanh trượt này là loại thanh trượt được dùng nhiều trong các máy in, máy
công nghiệp.... Kết cấu thanh trượt khá đơn giản, phần di động được ăn khớp với phần
cố định và bên trong mối ăn khớp này là những viên bi nhỏ được làm bằng thép chống
ăn mòn do phải làm việc trong môi trường ma sát cao, giúp cho thanh trượt mịn,
không rơ và trượt với độ chính xác cao.

Hình 1.10- Thanh ray
1.4.2. Hệ thống điều khiển
 Cảm biến phát hiện sản phẩm

- Cảm biến quang.
Cảm biến được giới thiệu như một thiết bị để biến đổi các đại lượng vật lí và các
đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được. Nó là thành phần
quan trọng của các thiết bị đo hay trong một hệ điều khiển tự động.
Cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na, thực
chất chúng là do các linh kiện điện tử quang điện tạo thành. Khi có ánh sáng thích hợp
chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất. Tín hiệu quang
được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode)
khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.
Thông số kỹ thuật
+Loại cảm biến :EX-11P của hãng panasonic.
-Nguồn cung cấp 12-24V DC.
 Rơ le


- Rơ le trung gian
Trong hệ thống điện tự động thì rơ le là một thiết bị không thể thiếu. Rơ le được
dùng để cấp nguồn cho hệ thống hoạt động thông qua tín hiệu đầu vào nhận từ thiết bị
điều khiển. Ngoài ra, rơ le còn dùng để đảo cực tính của dòng điện một chiều. Vì vậy
ứng dụng thực tế của rơ le rất rộng rãi trong các hệ thống tự động.
 Cấu tạo rơ le
- Mạch từ: Có tác dụng dẫn từ, đối với rơ le điện từ một chiều, gông từ được
chế tạo từ thép khối thường có dạng hình trụ tròn (vì dòng điện từ không gây dòng
điện xoáy nên không gây phát nóng từ ). Đối với rơ le điện từ xoay chiều, mạch từ

thường chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại (để giảm dòng điện xoáy Fucô phát
nóng).
- Cuộn dây: Được quấn trên lõi thép, dây quấn làm bằng đồng bên ngoài có lớp
sơn cách điện.
- Lò xo: Dùng để giữ nắp.
- Tiếp điểm: Thường có 1 hay nhiều cặp tiếp điểm, cặp 0-1 là tiếp điểm thường
mở, cặp 0-2 là tiếp điểm thường đóng.

Cấu tạo rơ le
- Nguyên lí làm việc:


Khi chưa cấp điện vào hai đầu A và B, lực hút điện từ bằng 0. Khi cho dòng điện
đủ lớn vào hai đầu A và B, dòng điện chạy qua cuộn dây sinh ra từ trường tạo ra lực
hút điện từ. Nếu lực của lực hút điện từ thắng lực kéo của lò xo thì nắp của mạch từ
được hút xuống, tiếp điểm 0-1 mở ra, tiếp điểm 0-2 đóng lại. Nếu không cấp điện vào
hai đầu A và B thì các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
 Công tắc hành trình
Công tắc hành trình là một trong những linh kiện không thể thiếu trong một hệ
thống tự động. Công tắc hành trình được dùng nhiều trong ngành xây dựng, khai thác
mỏ, cảng, công nghiệp nặng, trong các dây chuyền tự động, thiết bị nâng, băng tải để
kiểm soát chuyển động, hành trình, tốc độ, an toàn…Các công tắc hành trình có thể là
các nút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 tiếp điểm, và cả công tắc
quang...

- Công tắc hành trình
Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch
điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác. Người ta có thể dùng
công tắc hành trình vào các mục đích như:
- Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí giới hạn tác động vào công tắc sẽ

làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn).
- Hành trình tự động: Kết hợp với các rơle, để khi cơ cấu đến vị trí định trước sẽ
tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó).


Cấu tạo công tắc hành trình dạng cơ khí
Công tắc hành trình có 2 loại: dạng cơ khí và dạng nam châm. Dạng cơ khí có
cấu tạo được trình bày như trên hình 1.16.
Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình dạng này như sau:
Khi con lăn bị tác động, ép lò xo (1) làm tấm lò xo (6) di chuyển xuống phía dưới
đến khi tác động lên cần đẩy (3) và nâng trục dẫn hướng (9) lên phía trên. Trên thân
(2) có gắn tiếp điểm (4) và (5), trên trục dẫn hướng (9) gắn tiếp điểm (8). Khi trục dẫn
hướng bị di chuyển lên phía trên thì tiếp điểm (4) mở sẽ thành tiếp điểm đóng và tiếp
điểm đóng (5) thành tiếp điểm mở.
 Các phần tử khí nén
 Máy nén khí
Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ
điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.

Máy nén khí
 Phân loại theo áp suất:
-

Máy nén khí áp suất thấp p <=15bar.

-

Máy nén khí áp suất cao p >=15bar.

-

Máy nén khí áp suất rất cao p >=300 bar.

 Phân loại theo nguyên lí hoạt động:
-

Máy nén theo nguyên lí trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểu pittong, máy khí

kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
- Máy nén khí tuabin: Máy nén khí li tâm và máy nén khí theo chiều trục.
 Van đảo chiều 5/2
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay
chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng.
Van đảo chiều xung 5/2 tác động bằng dòng khí nén điều khiển đi ra từ 2 phía
nòng van: Nguyên tắc hoạt động tương tự van đảo chiều 4/2 tác động bằng dòng khí
nén điều khiển đi ra từ 2 phía của nòng van

A

B
Y

X

S P R
Ký hiệu van
: Van xoay đảo chiều xung 5/2 tác động bằng dòng khí nén đi ra

- Tín hiệu tác động của van đảo chiều có 4 loại là: Tác động bằng tay, tác động

bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện.

Van đảo chiều 5/2 tác động bằng nam châm điện từ


 Van tiết lưu
un tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa

Cấu tạo van tiết lưu một chiều
- Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc
vào sự thay đổi tiết diện.
- Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: lưu lượng dòng chảy qua van thay đổi được
nhờ vào một vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở.

Van tiết lưu


Ống khí

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

- Ống khí
 Nút nhấn
- Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở, thường đóng và


vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn
tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
- Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. các loại nút

ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp định mức là 400V, tuổi thọ điện
đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt. Nút ấn màu đỏ thường
dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.

- Nút nhấn
 Đèn báo

- Đèn báo hiệu.
- Đèn báo hiệu có tác dụng báo hiệu tình trạng làm việc của hệ thống.
- Trong hệ thống ta thường sử dụng hai đèn báo chủ yếu:
+ Đèn xanh: Hệ thống đang hoạt động, đèn này báo hiệu khi ta nhấn nút
START.
+ Đèn đỏ: Dừng hoạt động của hệ thống, đèn này báo hiệu khi ta nhấn nút
STOP.
 Bộ nguồn
Nguồn là một bộ phận hết sức quan trọng trong hệ thống. Nó có nhiệm vụ


cung cấp năng lượng và ổn định hoạt động của bộ điều khiển cũng như các cơ cấu
chấp hành. Một nguồn chất lượng kém, không cung cấp đủ công suất hoặc không
ổn định sẽ có thể gây nên sự mất ổn định của hệ thống máy tính (cung cấp điện áp
quá thấp cho các thiết bị, có nhiều nhiễu cao tần gây sai lệch các tín hiệu trong hệ
thống), hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ các thiết bị (nếu cung cấp điện áp đầu ra
cao hơn điện áp định mức).
 Kết luận: Chương 1 đã giới thiệu xong về quy trình công nghệ cũng như những
thành phần của mô hình. Đây là cơ sở để thực hiện việc tính toán thiết kế mô hình.

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN
TRONG HỆ THỐNG VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
 Giới thiệu: Trong chương này đi sâu vào phần tính chọn phương án tính toán thiết

kế mô hình.

2.1. Ý tưởng thiết kế
2.1.1. Ý tưởng thiết kế
 Thiết kế băng tải vận chuyển sản phẩm.
 Thiết kế cánh tay robot để gắp sản phẩm đặt vào ngăn chứa.
 Thiết kế ngăn chứa sản phẩm.
2.1.2. Phạm vi và nội dung thiết kế hệ thống
 Phạm vi:
- Dựa vào những môn học cơ sở chuyên ngành như: Điều khiển điện khí nén,
Truyền động điện…Trên tình hình thực tế hiện nay, đưa ra các phương pháp thiết kế
trên lý thuyết, ta chọn phương pháp có hiệu quả nhất.


 Nội dung:
- Tính toán và lưạ chọn các cơ cấu, thiết kế kết cấu và xây dựng mô hình.
- Xây dựng mạch điều khiển điện khí nén.
- Lắp ráp mô hình thiết kế và vận hành.

2.2. Phân tích, tính toán và chọn phương án thiết kế
2.2.1. Thiết kế hệ thống băng tải
Cụm chi tiết băng tải bao gồm 1 cảm biến quang cùng với hệ thống băng tải
nhằm phát hiện, dừng và đặt sản phẩm vào vị trí gắp của cánh tay robot.
Ta chọn phương án dùng băng tải xích là phù hợp với yêu cầu đặt ra.

Sơ đồ băng tải.
Băng tải gồm có:
 2 rulô nhựa, 4 ổ bi.
 2 puli (bánh dẫn) , 1 gắn đồng trục với 1 rulô, 1 gắn vào trục động cơ.
 Gá động cơ

 Dây truyền động giữa hai bánh dẫn.
 Dây đai làm mặt băng tải.
 Sắt V lỗ làm khung băng tải.


2.2.1.1. Thiết kế kích thước tổng quan và các chi tiết gia công của băng tải
Băng tải dùng để vận chuyển sản phẩm có kích thước 80, Φ60 mm, khối lượng
trung bình của mỗi sản phẩm là 0.1kg, vận tốc di chuyển v = 0.2m/s.

Kích thước sản phẩm
- Từ kích thước sản phẩm ta chọn kích thước đai băng tải rộng 100mm. Đai làm
bằng vải nhám, mịn.

- Sơ đồ thiết kế
- Khung băng tải có chiều dài 650mm, rộng 125mm, chiều cao từ sàn đến mặt
băng tải là 150mm.
Chọn bộ truyền dẫn động cho băng tải
 Các loại bộ truyền cơ khí thường gặp như:
- Bộ truyền bánh răng.
- Bộ tuyền trục vít-bánh vít.
- Bộ truyền vít me-đai ốc.
- Bộ truyền xích
- Bộ truyền đai.
 Với yêu cầu của đề tài, ta chọn bộ truyền xích để truyền động cho băng tải bởi
vì bộ truyền xích có những ưu điểm sau:
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m).
- Tải trọng truyền động lớn,hiệu suất cao hơn bộ truyền đại.
- Không yêu cầu lực căn ban đầu.

- Do không trượt nên tỉ số truyền trung bình không đổi.
Nhược điểm :
- Có nhiều tiếng ồn khi làm việc do va đập khi vào ăn khớp.
- Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định.
- Kết cấu phức tạp, chi phí chế tạo cao hơn bộ truyền đai.
Chọn đường kính bánh dẫn d1 = 58mm, bánh bị dẫn d2 =58mm, đường kính rulô
d = 36mm, khoảng cách 2 trục của bộ truyền xích a = 110mm.

Bộ truyền xích

Bản vẽ chi tiết rulô
Chi tiết rulô làm bằng nhựa trắng cứng, được gia công trên máy tiện 1k62. Lỗ
tâm được khoan trên máy tiện để đảm bảo độ đồng tâm. Gia công từ phôi nhựa 40 ta
tiến hành khỏa mặt đầu, khoan lỗ tâm, cắt đứt chi tiết. Bề mặt của rulô được gia công
có độ nhám cao để dây đai có thể bám được trên bề mặt của rulô.
Lỗ rulô được lắp với trục dẫn động nên lỗ được gia công với kích thước dung sai
dưới đảm bảo khi lắp với trục là lắp vừa.


2.2.2. Thiết kế hệ thống cánh tay gắp
2.2.2.1. Yêu cầu
Trong mô hình này cánh tay gắp có vai trò quan trọng. Nó thực hiện nhiệm vụ
gắp các sản phẩm có kích thước khác nhau và đặt vào các vị trí khác nhau. Do đó cánh
tay phải được thiết kế đảm bảo một số yêu cầu về mặt kĩ thuật như sau:
- Cánh tay gắp phải được thiết kế một cách chắc chắn, có độ chính xác cao.
- Chịu được lực lớn trong quá trình nâng hạ, gắp sản phẩm.
- Hệ thống nâng hạ, gắp sản phẩm phải có lực đủ lớn.
- Cánh tay không bị ngã hay lệch trong khi di chuyển.
- Đảm bảo yêu cầu về mặt thẩm mỹ.
2.2.2.2. Thiết kế tổng thể

 Thiết kế khung cánh tay gắp
Cánh tay gắp là phần chịu tải trọng lớn nhất trong mô hình cơ khí. Khung cánh
tay phải chịu lực và chịu va đập nếu có sự cố xảy ra, chịu tải trọng của thanh trượt, hệ
thống các xilanh và các phần tử khác trong quá trình làm việc. Thiết kế khung cánh tay
tốt giúp cho hệ thống làm việc ổn định, hiệu quả hơn cũng như đảm bảo yêu cầu vềmặt
thẩm mỹ của mô hình. Khung cánh tay robot được làm bằng sắt vuông,thép V bắt vít
chắc chắn.
Cánh tay có ba bậc tự do trong đó gồm một bậc xoay, một bậc tịnh tiến lên xuống
và một bậc chuyển động tịnh tiến vào ra để gắp và nhả sản phẩm.
 Hệ thống di chuyển tịnh tiến lên xuống, vào ra:
Hệ thống di chuyển lên xuống là hệ thống đòi hỏi phải có độ chính xác khá cao
và tốc độ hợp lí. Sử dụng thanh trượt để cánh tay tịnh tiến lên xuống một cách dễ dàng
được điều khiển bởi pittong 2 như trên hình 2.8.
Hệ thống di chuyển vào ra của cánh tay cũng sử dụng thanh trượt để hạn chế ma
sát trong quá trình di chuyển, điều khiển bởi pittong 3.
 Hệ thống xoay trục.
Hệ thống xoay trục cánh tay sử dụng 2 ổ bi gắn ở 2 đầu trục được điều khiển
xoay qua lại giữa hai vị trí gắp và nhả sản phẩm bởi pittong 1.
 Cơ cấu gắp nhả sản phẩm.


Cơ cấu gắp nhả được điều khiển mở ra và khép lại nhờ hành trình thu vào và đẩy
ra tương ứng của pitong 4.

- Sơ đồ thiết kế tổng thể cánh tay robot

Sơ đồ mặt bằng cánh tay
 Công tắc hành trình
Có 8 công tắc hành trình được gắn vào cánh tay ở các vị trí đầu và cuối hành
trình vào ra của các pittong.

Ta chọn công tắc hành trình kiểu cần gạt phù hợp với các cơ cấu chuyển động


thiết kế trong hệ thống. Khi công tắc hành trình bị tác động sẽ đưa tín hiệu đầu vào để
điều khiển hệ thống cánh tay robot.

- Công tắc hành trình kiểu cần gạt
 Dùng xilanh khí nén có những ưu và nhược điểm sau:
 Ưu điểm:
- Tuổi thọ cao, chịu quá tải tốt, thiết kế đảo chiều dễ dàng.
- Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động.
- Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng, ít giật cục gây ứng suất động.
 Nhược điểm:
- Có thời gian trễ lớn hơn cơ khí.
- Giá thành cao, chế tạo đòi hỏi chính xác cao.
- Mức độ an toàn không cao khi vận hành.
- Hiệu suất không cao do sự rò rỉ khí, mất mát từ ống dẫn khí.
2.2.3. Thiết kế ngăn chứa sản phẩm phân loại
Ngăn chứa sản phẩm được thiết kế gồm 2 tầng
- Khung ngăn chứa được làm từ sắt vuông bắt vít chắc chắn cố định trên nền gỗ.
- Chiều cao ngăn chứa sản phẩm 250 mm.

- Sơ đồ thiết kế ngăn chứa


 Kết luận: Chương 2 đã hoàn thành việc tính toán thiết kế phần cứng, ở chương 3
chúng ta sẽ tiến hành thiết kế điều khiển hệ thống trước khi đưa vào vận hành.

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ KẾT CẤU

3.1 Tính toán cơ cấu chấp hành của máy
Với áp suất khí nén đầu vào không thay đổi thì lực tác dụng của xilanh phụ thuộc
vào đường kính trong của xilanh. Nên ta phải chọn xilanh có đường kính thích hợp.
 PITTONG A: Giúp cánh tay xoay quanh trục.
Xi lanh xoay trục khi hoạt động cần cung cấp 1 lực đẩy tối thiểu 10N. Nếu bỏ
qua lực ma sát và trọng lượng của trục pittong ta có công thức:
F = P*A

(2.7)

Trong đó:
P là áp suất khí nén tác dụng lên xi lanh:
P = 2 bar = 0.2 (N/mm2)
A là diện tích làm việc của cần pittong.
 A=

𝐹
𝑃

=

10
0.2

= 50 (mm2)

(2.8)

 Đường kính trong của xilanh:
𝐴

50

π

π

d = 2 √ = 2√

= 8 (mm)

(2.9)

 PITTONG B: Giúp nâng hạ cánh tay lên xuống theo phương phương thẳng
đứng.
Xi lanh nâng hạ khi hoạt động cần cung cấp 1 lực đẩy tối thiểu 40N.
Diện tích làm việc của cần pittong
 A=

𝐹
𝑃

=

40
0.2

= 200 (mm2)

 Đường kính trong của xilanh:
𝐴

200

π

π

r = 2 √ = 2√

= 16 (mm)


 PITTONG C: Giúp cánh tay chuyển động ra vào theo phương ngang.
Xilanh đẩy vào ra khi hoạt động cần cung cấp lực tối thiểu 5N.
Diện tích làm việc của cần pittong
𝐹

 A=

𝑃

=

5

= 25 (mm2)

0.2

 Đường kính trong của xilanh:
𝐴

25

𝜋

𝜋

r = 2√ = 2√

= 5.6 (mm)

 PITTONG D: Giúp cánh tay gắp được sản phẩm.
Xilanh điều khiển tay gắp khi hoạt động cần cung cấp 1 lực tối thiểu 3N.
Diện tích làm việc của cần pittong:
𝐹

 A=

𝑃

=

3

= 15 (mm2)

0.2

 Đường kính trong của xilanh:
𝐴

15

𝜋

𝜋

r = 2 √ = 2√

= 4.4 (mm)

Tính công suất động cơ.

Công suất động cơ cần thiết:
Pdc =

Pct
ηch

=

1
0,9

= 1.1 (W)

Tỉ số truyền giữa động cơ và băng tải là :
i=

𝑑1
𝑑2

=

58
58

=1

Tốc độ quay của băng chuyền:
nbc=

v

×60 =

d×π

200

×60 = 106 (vòng/phút)

36×π

Tốc độ quay của động cơ:
ndc =

nbc
𝑖

=

106
1

= 106 (vòng/phút)


CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN
KHÍ NÉN

 Giới thiệu: Trong chương này sẽ tiến hành phân tích sâu hơn về công nghệ
của mô hình từ đó đề ra phương án thiết kế điều khiển hệ thống.
4.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN.

Điều khiển là quá trình của một hệ thống, trong đó dưới tác động của một hay nhiều
đại lượng vào, những đại lượng ra được thay đổi theo một quy luật nhất định của hệ
thống đó. (Theo tiêu chuẩn DIN 19266- Cộng hòa Liên Bang Đức).
Một hệ thống điều khiển bao gồm: thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển
Tín hiệu nhiễu
Đối tượng điều khiển

Dây chuyền sản xuất

Tín hiệu điều khiển

X1
X2

Thiết bị điều khiển
Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển

- Đối tượng điều khiển là các thiết bị máy móc trong kỹ thuật
- Thiết bị điều khiển(mạch điều khiển) bao gồm: phần tử đưa tín hiệu vào, phần
tử xử lý và điều khiển, cơ cấu chấp hành
- Tín hiệu điều khiển: là đại lượng ra của thiết bị điều khiển và đai lượng vào
của đối tượng điều khiển
Phần tử xử lý và điều

.
Phần tử đưa tín hiệu

Cơ cấu chấp hành

khiển
Ví dụ: - Van đảo chiều

Ví dụ:- Công tắc, nút ấn
- Công tác hành trình
- Cảm biến bằng tia

Ví dụ: - Xy lanh

- Van chặn

- Van tiết lưu
- Van áp suất
- Phần tử khuêch đại

Hình 5.2: Các phần tử của mạch điều khiển

- Động cơ khí nén


4.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN.

4.2.1 Thiết kế biểu đồ trạng thái
- Biểu đồ trạng thái biểu diễn trạng thái các phần tử trong mạch, mối liên hệ
giữa các phần tử và trình tự chuyển mạch của các phần tử.
- Trục tọa độ thẳng dứng biểu diễn trạng thái (hành trình chuyển động, góc
quay, áp suât..).
- Trục tọa độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc là thời gian hành
trình.
- Hành trình làm việc được chia thành các bước. Sự thay đổi trạng thái trong
các bước được được biểu diễn bằng nét đậm. Sự liên kết các tín hiệu được biểu diễn
bằng đường nét nhỏ và chiều tác động biểu diễn bằng mũi tên

So

+

0

1

2

3

4


XILANH
A=B _



+



c1

5

7

6

a1=b1

a1=b1

ao=bo







8



ao=bo 

c1

XILANH C
_
+



co









d1

XILANH D
_

do
D



d1



C+1

+



C1-

+

+

A =B

C+2

Biểu đồ trạng thái

Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

co

-

D

do

C2-

A-=B-

9=1