ĐỒ án tốt nghiệp hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao và màu sắc

NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Table of Contents
LỜI NÓI ĐẦU_________________________________________________________________3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM__________________4
1.

Tìm hiểu chung về hệ thống phân loại sản phẩm_______________________________4
1.1.

Đặt vấn đề___________________________________________________________4

1.2.

Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm:__________________________________4

1.3.

Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người___________________5

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HÊ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO
CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC______________________________________________________7
1.

GIỚI THIỆU CHUNG____________________________________________________7

2.

THÀNH PHẦN CƠ BẢN__________________________________________________7
2.1.

Hệ thống cấp phôi_____________________________________________________7

2.2.

Băng tải_____________________________________________________________8

2.3.

Thiết bị dẫn động_____________________________________________________11

2.3.1.

Khái niệm máy điện một chiều_______________________________________11

2.3.2.

Nguyên lý làm việc________________________________________________11

2.4.

Cảm biến___________________________________________________________14

2.5.

Cơ cấu chấp hành____________________________________________________17

2.6.

Van điều khiển_______________________________________________________17

2.7.

ARDUINO__________________________________________________________18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM___________22
1.

Sơ đồ thuật toán và thông số đầu vào_______________________________________22

2.

Tính chọn chọn xylanh___________________________________________________26

3.

Tính toán bộ truyền đai___________________________________________________29
3.1.

Công suất thiết kế:____________________________________________________29

3.2.

Đường kính bánh đai_________________________________________________30
1


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

3.3.

Chiều dài dây đai l và khoảng cách tâm a_________________________________30

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN______________________________32
1.

2.

3.

Tính toán phân lạo sản phẩm______________________________________________32
1.1.

Phần cảm biến nhận tín hiệu___________________________________________32

1.2.

Phần xilanh phân loại_________________________________________________33

1.3.

Máng dẫn phôi_______________________________________________________33

Tính toán thiết kế điều khiển______________________________________________33
2.1.

Thành phần cơ bản___________________________________________________33

2.2.

Thiết kế mạch điện sử dụng phần mềm Festo Fluidsim______________________37

2.3.1.

Cách bố trí sơ đồ và các kí hiệu trong sơ đồ .___________________________37

2.3.2.

2. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ_____________________________________38

Arduino kết nối với hệ thống cảm biến và chấp hành__________________________40
3.1.

Arduino kết nối với màn hình LCD______________________________________40

3.1.1.

Các thông số cơ bản cua lcd_________________________________________40

3.1.2.

Kết nối giữa LCD và Arduino trong hệ thống phân loại sp_________________41

3.2.

Arduino kết nối với cảm biến tiệm cận____________________________________42

3.2.1.

Các thống số cơ bản của cản biến tiệm cận_____________________________42

3.2.2.

Kết nối giữa cảm biến tiệm cận với Arduino_____________________________42

3.3.

Arduino kết nối với cảm biến màu TS3200________________________________42

3.3.1.

Các thông số cơ bản của cảm biến màu TS3200_________________________42

3.3.2.

Kết nối giữa cảm biến TS3200 và Arduino______________________________43

3.4.

Cảm biến màu kết nối với rơ-le trung gian________________________________45

3.4.1.

Các thông số cơ bản của rơ-le trung gian______________________________45

3.4.2.

Kết nối giữa arduino với rơ-le và rơ-le với xilanh________________________45

2

NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao,
vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết. Tự động hóa trong
dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm
thiểu được nhân công lao động. Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao
năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng
ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công, chế biến
sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động
hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC,
robot công nghiệp. Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra
là hệ thống phận loại sản phẩm.
Đồ án “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo chiều cao và màu sắc”
được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên
thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực
tế. Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản
phẩm và phân loại sản phẩm. Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân
công đi kèm với giảm chi phí sản xuất.
Với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đã
tham khảo nhiều tài liệu. Khi thực hiện đồ án trong tính toán không thể tránh được những thiếu
sót hạn chế. Kính mong được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ Môn Cơ sở thiết kế máy và
robot và đặc biệt thầy đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và cho em nhiều kiến thức
quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này.
Em xin chân thành cảm ơn!

3

NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1. Tìm hiểu chung về hệ thống phân loại sản phẩm
1.1.

Đặt vấn đề

Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa công tác quản lí, giám sát và điều khiển các hệ
thống tự động nhằm năng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh rủi ro tiết kiệm được chi phí.
Và hạn chế là một hướng tất yếu của quả trình sản xuất nào cũng không thể tránh khỏi, do thời
gian cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ như hiện nay. Cùng với sự phát triển vượt
bậc của kĩ thuật vi điện tử , kĩ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua.
Và lĩnh vực điều khiển tự động đã ra đời, phát triển càng ngày đa đạng đáp ứng được các yêu cầu
trong cuộc sống, đòi hỏi quá trình tự động trong các lĩnh vực công nghiệp. Chính vì vậy phải lựa
chọn quá trình điều khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra cho ngành. Đảm bảo điều
kiện cơ sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo
trì và sửa chữa hệ thống khi có sự cố.
Thực tiễn đó đã đặt ra làm sao để quản lí các nhà máy sản xuất một cách linh hoạt ổn
định và phù hợp nhất, tiết kiệm nhất và phải an toàn. Trước thời cơ và thách thức của thời đại, do
đó sự nhận biết nắm bắt và vận dụng các thành tựu một cách có hiệu quả nền khoa học kĩ thuật
thế giới nói chung và kĩ thuật điều khiển tự động nói riêng. Sự áp dụng kĩ thuật điều khiển tự
động đã được ứng dụng rộng rãi ở các nghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn một cách nhanh
chóng bên cạnh đó những doanh nghiệp vừa và nhỏ quy mô sản xuất thì ngược lại hoàn toàn
chưa được áp dụng đặc biệt ở khâu cân sản phẩm và đóng gói bao bì, vẫn còn sử dụng sức
người, chính vì vậy cho năng suất chưa hiệu quả. Trên cơ sở thực tế khách quan, yêu cầu của
xã hội của thế giới cũng như trong nước, đề tài này có nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng
và khai thác một cách khả thi nhất tốt nhất có thể. Việc ứng dụng kĩ thuật điều khiển vào

“quá trình phân loại sản phẩm” là một trong những thành tựu đáng kể làm thay đổi một nền
sản xuất cũ mang nhiều hạn chế. Làm thay đổi cục diện của nền công nghiệp mạnh mẽ.
Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú đầy tiềm năng cho chúng em tìm hiểu xây
dụng thiết kế cải tiến góp phần vào sự hoàn thiện và phát triển sâu, rộng của nó hơn nữa trong
đời sống sản xuất của con người.
1.2.

Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm:

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm chia
4


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay loại bỏ sản phẩm
hỏng.
- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm.
- Ví dụ :


Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có

sự tham gia của con người hay không mức độ đến đâu, điều khiển bằng PLC, vi xử lí.


Theo màu sắc: ( đỏ, vàng, xanh, cam…) màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết

chuyển sang tín hiệu điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí.


Theo trọng lượng: Trọng lượng của vật sẽ tiếp nhận qua cân thông qua cảm biến

gắn kèm để gửi phản hồi về bộ vi xử lí


Theo mã vạch: Mã vạch của phôi hoặc sản phẩm được đọc bởi một máy quét

sau đó gửi phản hổi về bộ vi xử lý


Theo chiều cao: Cảm biến sẽ phát hiện vật gửi phản hồi về vi xử lý phân loại

theo chiều cao được đặt sẵn theo độ cao của cảm biến


Theo hình dạng: Cảm biến nhận biết hình dạng ,phát hiện lỗi sản phẩm để phân

chia the từng mục đích
1.3.

Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người

Hệ thống phân loại sản phẩm ra đời và phát triển trong giai đoạn kinh tế của thế giới nói
chung và của đất nước như hiện nay đã đánh dấu thêm những bước ngoặt quan trọng cho sự tiến
bộ của khoa học - công nghệ kĩ thuật thực tế đã ứng dụng một cách tốt nhất cho những mục đích
cao, khó của con người. Có một tầm quan trọng ảnh hưởng lớn đến nền công nghiệp đặc biệt là
đối với tình hình nước Việt Nam ta hiện nay làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho lại đáng kể cho
cuộc sống cũng như sự phát triển kinh tế của con người hứa hẹn một sự phát triển vững mạnh và
ổn định lâu dài. Đồng thời cũng là nền tảng cho sự phát triển các tập đoàn kinh tế trên thế giới.

Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển cung cấp phân phối
sản phẩm tới con người một cách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn. Vấn đề
số lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóa và đa dạng về
mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp
ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảo nhất. Từ đây sự thay thế của máy móc của
các thiết bị hiện đại, đã giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng
như trong các qua trình khác để tạo ra sản phẩm. Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những công
5


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

việc khó khăn phức tạp đã được thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉ
cần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều khiển riêng biệt. Nhờ vậy mà
sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện một cách rõ rệt.
Không những vậy kể từ khi ra đời thì các vấn đề về sinh thái, sự ô nhiễm môi trường
sống đang ở mức báo động, hay những biến đổi khí hậu của thiên nhiên đã có sự hình thành
nhanh chóng gây ra những hậu quả vô cùng nguy hiểm. Lâu dài nó sẽ làm cho sự tồn tại của con
người không được bền lâu. Bởi vậy, hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng trong nhiều hệ thống
tự động khác có ý nghĩa hơn vào thế kỉ này. Do con người không thể tác động trực tiếp những tác
hại và hậu quả gây ra và giải pháp tối ưu cho các hệ thống tự động cho những công việc khó
khăn phức tạp nhiều nguy hiểm tiềm tàng.

6


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HÊ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC

1. GIỚI THIỆU CHUNG
Đây là hệ thống phân loại tích hợp cảm biến và vi xử lý để phân loại sản phẩm, phôi theo
cả chiều cao lẫn màu sắc để phục vụ nhu cầu tự động hóa ngày càng đa dạng của cuộc sống.
1.

Hệ thống phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau ,cụ thể là ba màu xanh lục ,

đỏ và vàng đồng thời giám sát và đếm được số sản phẩm phân loại hiển thị ra màn led.
2.

Hệ thống phân loại sản phẩm có kích thước cao thấp khác nhau cụ thể là ba kích

thước cao thấp khác nhau ở đề tài là các chiều cao cho trước để phù hợp vs cách thiết kế và đếm
sản phẩm phân loại hiển thị ra màn led.
2. THÀNH PHẦN CƠ BẢN
2.1.

Hệ thống cấp phôi

Hiện nay, các quá trình sản xuất các sản phẩm trong các ngành công nghiệp nói chung
đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao.Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn
định và nhanh chóng thì cần thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không
gian theo đúng nhịp (cấp đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt động của dây chuyền một cách
tin cậy.
Vì vậy, quá trình cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết cần phải được nghiên cứu
và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm nâng cao năng suất lao động và chất
lượng sản phẩm. Hệ thống cấp phôi tự động phải cung cấp phôi một cách kịp thời, chính xác, số
lượng.
Là một cơ cấu cấp phôi, sản phẩm vào và căn cứ vào hình dạng phôi người ta chia làm
các loại:

- Loại cấp phôi dạng rời từng chiếc.phù hợp với năng suất cho băng tải, sản phẩm xuất ra
được chia đều,từng sản phẩm một và các sản phẩm đi ra cách nhau một khoảng thời gian nhất
định sao cho
- Loại cấp phôi dạng thanh hoặc dạng tấm.
và vận tốc băng tải. Đóng vài trò quan trọng cho quá trình bắt đầu của hệ thống.
- Loại cấp phôi dạng cuộn.
7


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Nhận xét: Mỗi kiểu cấp phôi trên mang tính đặc thù riêng và bản thân trong mỗi kiểu
cũng đã bao hàm nhiều dạng khác nhau. Tùy theo công nghệ sản xuất mà người ta bố trí cấp phôi
liên tục hay dán đoạn theo chu kì hoặc cấp phôi theo lệnh.
Trong đồ án này em dùng hệ thống cấp phôi gián đoạn theo chu kì.

Hình 2.1: Mô hình thiết bị cấp phôi
Hình ảnh thực thế hệ cấp phôi theo chu kỳ
( chụp choẹt đã )
Ưu điểm của hệ cấp phôi:
+ Phôi được sắp xếp và số lượng được chuẩn bị sẵn trong thùng cấp phôi
+ Dễ thiết kế,dễ điều chỉnh,sử dụng rộng rãi trên thực thế
+ Năng suất cao
Nhược điểm :
+ Các sản phẩm phôi có ma sát trong quá trình xi lanh đẩy phôi, khi lực đẩy phôi lớn có
thể làm phôi lệch ra khỏi dây chuyển hoặc băng tải
+ Đối với các phôi có khối lượng nặng hay kích thước lớn thì khó có thể sử dụng
2.2.

Băng tải

Đây là thành phần không thể thiếu của hệ thống phân loại sản phẩm. Nó có nhiệm vụ vận
chuyển phôi tới vị trí thao tác, bên dưới có trang bị hệ thống con lăn. Nguồn động lực chính của
băng tải chính là đông cơ điện: động cơ một chiều, động cơ 3 pha lồng sóc hay servo… tùy vào
yêu cầu hệ thống. Để tạo ra momen đủ lớn cho băng tải cần nối trục động cơ với hộp giảm tốc rồi
8


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

mới ra tải. Hai đầu băng tải có puli băng tải là vòng kín quấn quanh puli này. Băng tải làm từ vật
liệu nhiều lớp, thường là hai có thể là caosu. Lớp dưới là thành phần chịu kéo và tạo hình cho
băng tải, lớp trên là lớp phủ.
Ưu điểm của băng tải.
- 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.
Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn
một số loại băng tải sau:

Bảng 1.1: Danh sách các loại băng tải
Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển.Tuy
nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt.
- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn. Năng suất của băng tải loại này có thể
đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s. Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong
phạm vi kéo là 10kN.
- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo:

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn. Năng
9


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1
có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ
phân phối chuyển động.
Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng.
Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài. Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận
chuyển sản phẩm nên trong đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau đây:
- Tải trọng băng tải không quá lớn.
- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp.
- Dễ dàng thiết kế chế tạo.
Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như: độ chính xác khi vận chuyển
không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh
hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm , có hiện tượng trượt giữa băng tải và con lăn
Hình ảnh thực tế :

10


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

2.3.

Thiết bị dẫn động

Là động cơ:
 Động cơ điện một chiều.
 Động cơ điện xoay chiều
 Động cơ bước.
 Động cơ servo.
Động cơ chọn trong hệ thống: Động cơ điện một chiều. Vì: kết cấu đơn giản, giá thành
tương đối , dễ bảo quản, ổn định
2.3.1. Khái niệm máy điện một chiều
Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết điện từ quay, làm
việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua
dây dẫn làm cuộn dây chuyển động. Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng.
2.3.2. Nguyên lý làm việc
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam
châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng
khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong
khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và
một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
11


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Pha 1: Từ trường của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ

cùng cực với stator, nhau tạo

đổi cực sao cho sẽ đẩy từ

ra chuyển động quay của rotor

trường giữa stator và rotor

cùng dấu, trở lại pha 1
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt
động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive
force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản
điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên
ngoài đặt vào động cơ.Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được
sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo
trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài).Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành
phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng.
Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:
E= K.Ω

(1)

V= E+Rư.Iư

(2)

M= K Φ Iư

(3)

Với:
- Φ: Từ thông trên mỗi cực (Wb)
12


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

- Iư: dòng điện phản ứng (A)
- V: Điện áp phản ứng (V)
- Rư: Điện trở phản ứng (Ohm)
- Ω: tốc độ động cơ (rad/s)
- M: moment động cơ (Nm)
- K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ
Thực tế chúng ta đã biết động cơ một chiều hay xoay chiều thì tốc độ quay rất lớn
nhưng mô men xoắn lại nhỏ ,mà nhu cầu thực tế lại không cần tốc độ quay quá lớn

của

động cơ nên động cơ giảm tốc được sinh ra để giảm số vòng quay và tang mô men xoắn của trục
phù hợp với máy móc và phục vụ nhu cầu công nghiệp thực tế
Trong đồ án chúng em chọn động cơ 1 chiều là mô tơ giảm tốc DC 12v _50W
Động cơ này cố định tỷ số truyền: 60/7

Cấu tạo như sau

13

NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

2.4.

Cảm biến

Đây chính là hệ thống thu nhận thông tin từ phôi cho bộ điều khiển. Các loại cảm biến
thường được sử dụng là cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận.Cảm biến thực hiện
chức năng biến đổi các đại lượng không điện (các đại lượng vật lí, hóa học…) thành các đại
lượng điện. Ví dụ áp suất nhiệt đô lưu lượng vận tốc…thành tín hiệu điện (mV, mA…)
Theo nguyên lí của cảm biến có:
- Cảm biến điện trở
- Cảm biến điện từ
- Cảm biến tĩnh điện
- Cảm biến hóa điện
- Cảm biến nhiệt điện
- Cảm biến điện tử và ion
-…
Theo tính chất nguồn điện:
14


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

- Cảm biến phát điện
- Cảm biến thông số
Theo phương pháp đo:
- Cảm biến biến đổi trực tiếp
- Cảm biến bù
Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng trong đồ án này em dùng cảm

biến quang để phân loại sản phẩm. Sản phẩm chạy trên băng truyền, kích hoạt cảm biến quang
thứ nhất được phân loại là vật cao q, kích hoạt cảm biến uang thứ hai là vật được phân loại là vật
trung bình, còn sản phẩm không kích hoạt cảm biến nào thì là vật thấp. Cảm biến quang sử dụng
ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy bằng mắt thường. Nó gồm một nguồn phát quang và một
bộ thu quang. Nguồn quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy
tùy theo bước sóng. Ở đồ án này ta sử dụng nguồn LASER. Một bộ thu quang sử dụng diode
hoặc transitor quang. Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản
xạ ánh sáng khi vật xuất hiện. Ánh sáng do LASER phát ra tác động đến transitor thu quang. Nếu
có vật che chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến bộ thu được. Sóng dao động dùng để bộ thu
loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng. Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp
với điện áp của mạch điều khiển. Do cảm biến kết nối với mạch điều khiển nên điện áp của cảm
biến là 24 VDC.

Hình 2.2: Cảm biến quang
Cảm biến màu sắc
Trong mô hình em chọn dùng con TSC 3200

15


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Cảm biến TCS3200 có bộ lọc màu,nó chỉ cho phép nhận biết một màu và các màu khác
sẽ bị chặn lại
vd: khi lựa chọn các bộ lọc màu đỏ, Chỉ có ánh sáng tới màu đỏ có thể được thông qua,
màu xanh và màu xanh lá cây sẽ được ngăn chặn,nên chúng ta nhận được ánh sáng đỏ,và tương
tự các màu khác cũng vậy
Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi nó thành tần số nhất định. sau đó tần số này
được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số
Tần số được tạo ra, tương ứng với màu sắc của ánh sáng, tạo ra một tần số nhất định. tần

số đầu ra này sau đó sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được. Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã
được chuyển đổi thành một tần số. Mỗi màu sắc có tần số riêng của nó. Vì vậy, đây là cách cảm
biến này có thể phân biệt giữa các màu sắc.

Hình 2.3: Cảm biến màu sắc TSC3200
Một cảm biến màu sắc là một thiết bị rất hữu ích. Hiện nay các xe tự động đang được
phát triển, có thể chạy tự động, xe hơi không người lái, và cảm biến là một cách để có thể phát
hiện màu sắc ở những nơi như dấu hiệu dừng lại màu đỏ và đèn giao thông, màu xanh lá cây để
đi và đỏ dừng lại.
Một thiết bị cảm biến màu sắc có thể được tích hợp vào là robot. Càng nhiều khả năng
mà một robot có,và thông minh hơn. Nếu một robot có thể phân biệt màu sắc, nó có nhiều khả
năng. Hãy tưởng tượng nếu bạn có một robot có thể nói sự khác biệt giữa một chiếc khăn màu
16


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

xanh lá cây và một chiếc khăn màu đỏ. Nếu bạn biết bạn có một chiếc khăn màu xanh lá cây và
một người khác có một chiếc khăn màu đỏ, các robot có thể sắp xếp nó một cách thích hợp
Các ứng dụng khác bao gồm đọc truyện, cảm biến ánh sáng xung quanh và hiệu chuẩn,
và màu sắc phù hợp.
Vì vậy cảm biến màu sắc sẽ được ứng dụng nhiều trong tương lai
2.5.

Cơ cấu chấp hành

Có thể sử dụng cơ cấu sinh lực bằng khí nén, bằng dầu ép, bằng lực ly tâm,..
Trong đồ án này ta chọn cơ cấu sinh lực bằng khí nén để tạo ra lực đẩy phôi.
Ta chọn cơ cấu xilanh khí nén vì nó có ưu điểm:
- Giá thành rẻ

- Lực kẹp đủ lớn, đều có thể kiểm tra, điều chỉnh dễ dàng trong quá trình làm việc
- Sử dụng đơn giản với sinh viên
- Dễ tìm mua trên thị trường

Hình 2.4: Xilanh khí nén
2.6.

Van điều khiển

Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay
chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng đi của dòng năng lượng.
Van điều khiển ta chọn van 5/2 tác động nam châm điện và lò xo. Chọn van 5/2 có ký
hiệu như hình vẽ.Các thông số của van là:
17


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Hoạt động của van như sau: Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14, dưới tác dụng của
lực lò xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa 4 thông với
cửa 5, cửa số 3 bị chặn. Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa 1
thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn.

Hình 2.5: Ký hiệu van khí nén 5/2
Áp suất làm việc: 0,15 – 0,7 MPa
Ta cấp khí vào cửa P(1) rồi lấy khí ra cửa A(4) và B(2) để đưa vào 2 đầu của xilanh.
Ở đầu ra 3 và 5 của van ta sử dụng van tiết lưu một chiều để điều chỉnh lưu lượng ra của
xylanh, tức là điều chỉnh lực đẩy phôi ra khỏi băng tải

2.7.

ARDUINO

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau
hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được
thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit
18


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường
xung quanh với:


Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận

tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim
loại, khí độc,…)


Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…).



Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc

các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…)


Định vị GPS, nhắn tin SMS,

……………………………………………………………
Trong mô hình này chúng em sử dụng Arduino MEGA 2560

Hình ảnh thực tế MEGA 2560

19


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Hình ảnh chi tiết MEGA 2560
Arduino Mega2560 là một vi điều khiển bằng cách sử dụng ATmega2560.
Bao gồm:


54 chân digital (15 có thể được sử dụng như các chân PWM)



16 đầu vào analog,



4 UARTs (cổng nối tiếp phần cứng),



1 thạch anh 16 MHz,



1 cổng kết nối USB,



1 jack cắm điện,



1 đầu ICSP,



1 nút reset.

20


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip
điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình
như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB.

21


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1. Sơ đồ thuật toán và thông số đầu vào

START
Xilanh cấp phôi
CẢM BIẾN
Màu sắc

ARDUINO
CẢM BIẾN
TIỆM CẬN 1

XI LANH ĐẨY 1

CẢM BIẾN TIỆM
CẬN 2

XI LANH ĐẨY 2

22


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ : Khi cấp nguồn cho động cơ và cấp khí cho xi lanh , xi lanh cấp
phôi đẩy sản phẩm vào băng tải , băng tải chạy đưa phôi qua vị trí cảm biến màu sắc , sau đó đưa
tiếp qua vị trí cảm biến tiệm cận .Vi xử lý arduino cho phép cảm biến tiệm cận nhận biết phôi
theo màu và cho phép xi lanh tương ứng đẩy sản phẩm sau khi đẩy sản phẩm vi xử lý cho phép
xi lanh cấp phôi tiếp tục đẩy tạo thành chu trình tuần hoàn , sau mỗi sản phẩm màn hình LCD sẽ

hiển thị số sản phảm tương ứng đã phân loại được

Thông số đầu vào
- Hệ thống cấp phôi tự động
- Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: khí nén
- Nguồn lực quay băng tải: động cơ điện
- Chiều dài băng tải: L= 60 mm
23


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

-Thông số hình học phôi: phôi hộp
Cao D= 100 mm
Đáy 70*70mm
- Trọng lượng phôi: Pmin =0,5Kg; Pmax=7.5Kg
- Năng suất làm việc: N = 28 sp/phút
Nếu gọi :


n là số sản phẩm nằm trên băng tải tại một thời điểm



v là vận tốc băng tải



t là thời gian 1 sản phẩm chạy trên băng tải



x là khoảng cách giữa các phôi

Thì x phụ thuộc vào n theo phương trình sau:
L = n×d + (n-1)×x
+Theo đề bài ta có chiều dài băng tải là 600 mm.
ta có:

60n + x(n-1) = 600

(x là hệ số)

+Lại có ; L = v x t
n=Nxt
n<

= 60/6= 10 ; n > 1

Ta có bảng sau :
Bảng 1
n (sp)
x (cm)

2
3
4
5
6
7

8
40,0 17,00
9,33
5,50
3,20
1,67
0,57

t (s)
v (cm/s)

0
6,67
7,80

10,00
5,20

13,33
3,90

16,67
3,32

20,00
2,60

23,33
2,23

26,67
1,95

Ta lại có:
 t1 là khoảng thời gian sản phẩm đi hết quãng đường bằng khoảng cách
giữa các sản phẩm
 t2 là khoảng thời gian hành trình của xi lanh (cả đi cả về)
 v1 là tốc độ của xi lanh
24


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Y 2(W  M )
x  d 22
x  6 22

�

�

 t2
v
v1
v
v1
v
v1

V1 là vận tốc xi lanh ta chọn theo hãng FESTO

Ta dựa vào catalog của hãng ta có đồ thị sau:

v1 = 0,3m/s = 30 cm/s
t2 = 22/30

= 0,73 s

Áp suất làm việc của xilanh: 6 Bar = 6,1183 kgf/cm2.
Ta chọn được xilanh loại : DSNU-125*M16 của hãng Festo.
Theo đó ta chọn được:




Số sản phẩm tối đa trên băng tải tại thời điểm tức thời n = 3
Khoảng cách giữa các sản phẩm x = 17 cm
Thời gian một sản phẩm đi hết băng tải t= 10 s

25