Đồ án thiết kế cánh tay robot khí nén phân loại theo màu sắc sử dụng PLC S71200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ
-----  -----

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TƯ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM BẰNG MÀU SẮC SƯ DỤNG PLC S7-1200
VÀ CÁNH TAY ROBOT KHÍ NÉN

Sinh viên thực hiện:

1. Lê Viết Tâm Đức
2. Lê Công Minh Đức
3. Quảng Đồng Lộc
4. Trương Đình Nhân
5. Võ Tuấn Vũ

Lớp:

Kỹ thuật cơ điện tử 49

Giáo viên hướng dẫn: TS. Khương Anh Sơn
Bộ môn:

Điều khiển và Tự động hóa

Thừa Thiên Huế, 12/2018

LỜI CẢM ƠN
Là nhóm sinh viên thực hiện đồ án môn học “Đồ án thiết kế hệ thống Cơ Điện tử”, lời đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường
Đại học Nông Lâm – Đại học Huế đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em được
học tập và rèn luyện.
Chúng em xin cảm ơn Ban lãnh đạo và quý Thầy Cô trong Khoa Cơ khí –
Công nghệ đã tận tình giúp đỡ chúng em, luôn tạo cho chúng em một môi
trường học tập và thực hành tốt nhất.
Chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô trong Bộ môn Kỹ thuật Điều khiển –
Tự động hóa là Bộ môn hướng dẫn chúng em, đã trực tiếp dạy dỗ và giúp đỗ
chúng em và đặc biệt chúng em gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Khương Anh Sơn,
là giáo viên hướng dẫn đã trực tiếp hướng dẫn chúng em, đã luôn tạo điều kiện
và giúp đỡ cho nhóm sinh viên chúng em được thực hiện đề tài, giúp chúng em
làm quen với việc nghiên cứu khoa học. Thầy luôn quan tâm giúp đỡ chúng em
và là người truyền động lực cho nhóm, giúp nhóm hoàn thành tốt đề tài nghiên
cứu.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
Phần 1. ĐẶT VẤN ĐỀ.........................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài..............................................................................1
1.2. Mục tiêu đề tài.............................................................................................1
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.....................................................................2
Phần 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU.............................................................4
2.1. Cơ sở lí luận................................................................................................4
2.1.1. Lí thuyết về điều khiển..........................................................................4
2.1.2. Lí thuyết về khí nén..............................................................................5
2.1.3. Lí thuyết về cảm biến..........................................................................10
2.2. Cơ sở thực tiễn..........................................................................................14
2.2.1. Dây chuyền phân loại sản phẩm.........................................................14

2.2.2. Công nghệ robot..................................................................................14
2.3. Đề xuất nguyên lí hoạt động dây chuyền phân loại sản phẩm bằng cánh
tay robot:...................................................................................................15
Phần 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....16
3.1. Đối tượng..................................................................................................16
3.2. Phạm vi nghiên cứu...................................................................................16
3.3. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................16
Phần 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................17
4.1. Lựa chọn nguyên lí hoạt động...................................................................17
4.1.1. Nguyên lí chung..................................................................................17
4.1.2. Nguyên lí về hoạt động của cánh tay robot.........................................17
4.1.3. Nguyên lí hoạt động phân loại màu sắc..............................................19
4.1.4. Nguyên lí về điều khiển......................................................................19
4.2. Thiết kế chung của mô hình......................................................................21
4.3. Thiết kế phần cơ khí..................................................................................21
4.3.1. Phần khung..........................................................................................21
4.3.2. Cánh tay robot.....................................................................................22
4.3.3. Băng tải...............................................................................................23


4.4. Thiết kế phần điều khiển...........................................................................24
4.5. Thiết kế thuật toán cho PLC S7-1200.......................................................25
4.6. Thiết kế hệ thống giám sát HMI................................................................35
4.7. Một số linh kiện được sử dụng cho mô hình.............................................36
4.8. Hoàn thiện mô hình...................................................................................41
Phần 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................43
5.1. Kết luận.....................................................................................................43
5.2. Kiến nghị...................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................44
PHỤ LỤC...........................................................................................................45

Phần 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Cuộc cách mạng 4.0 sẽ làm thay đổi toàn diện nền kinh tế, trong đó việc áp
dụng robot thay thế cho con người trong sản xuất sẽ giúp nâng cao nền kinh tế
của đất nước, hạn chế những rủi ro trong sản xuất và làm việc một cách chính
xác và hiệu quả hơn.
Mục tiêu ứng dụng robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất
dây
chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh sản phẩm,
đồng thời cải thiện điều kiện lao động.
Sự ra đời của bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller) đã thay
thế được những hệ thống cồng kềnh bằng role và các dây nối. Với nhiều ưu
điểm nổi bật, ngày nay hệ thống điều khiển PLC đã trở nên ưu việt và được sử
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Vì vậy, việc nghiên cứu và
ứng dụng PLC là rất cần thiết.
Với những ưu điểm như vậy nhóm chúng em đã thiết kế và chế tạo mô hình
dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC 1200 và cánh tay
robot khí nén với mô hình đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng, dễ vận hành. Với
những mô hình như vậy rất cần thiết cho sinh viên kỹ thuật cơ điện tử vận
dụng những kiến thức đã học được vào trong việc chế tạo ra những mô hình có
tính thực tế và có thể vận dụng trong đời sống. Nhằm tạo ra những mô hình
cần thiết để cho sinh viên thực tập sau này.
1.2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu chung
Trên cơ sở ứng dụng các lý thuyết đã học được vận dụng để thiết kế thiết
cánh tay robot sử dụng khí nén gắp sản phẩm, thiết kế chế tạo một hệ thống
băng tải, hệ thống phân loại màu sắc. Nhằm tạo ra một mô hình gọn nhẹ, hoạt
động linh hoạt và dễ vận hành.

Mục tiêu cụ thể
Thiết kế một cánh tay robot có thể hoạt động linh hoạt với 3 bậc tự do, có
thể gắp các sản phẩm.
1


Thiết kế băng tải (dài 600mm, rộng 85mm)
Bộ điều khiển gồm 2 đèn báo hiệu, 1 nút nhấn start, 1 nhấn stop, 1 nút nhấn
dừng khẩn cấp.
Khung được thiết kế là một hình chữ nhật có chiều chiều dài 800mm, chiều
rộng 500mm, cao 200mm băng tải được cố định trên khung để thuận tiện trog
quá trình vận chuyển. Khung được gia công bằng thép ống 20x20x1.1mm và
alu 3mm.
Hoạt động dựa trên lực đẩy, kéo được tạo ra từ áp suất của khí nén. Thiết kế
hệ thống các xilanh và van khí nén đi kèm với hệ thống hiệu quả nhất có thể.
Sử dụng PLC Siemens S7-1200 để điều khiển toàn bộ hệ thống, bao gồm
quá trình vận hành cánh tay robot, điều khiển băng tải hoạt động, phát hiện vật,
phân biệt màu sắc. Với cảm biến màu sắc, với mô hình mô phỏng, nhóm sẽ sử
dụng Arduino để tiết kiệm chi phí nhưng vẫn đảm bảo sai xót ở mức cho phép.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
Vận dụng những kiến thức đã được học ở trường chúng em đã thiết kế, chế
tạo mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC 1200
và cánh tay robot khí nén để nhằm hiểu rõ được vai trò của khoa học kỹ thuật
đối với đời sống và áp dụng khoa học công nghệ và trong sản xuất.
Ý nghĩa thực tiễn:
Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết
kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày
càng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện
ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách

hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý
một cách dễ dàng. Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm chúng tôi đã tiến hành nghiên
cứu tài liệu, thiết kế mô hình hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm.
Hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng
các cảm biến để xác định màu sắc của sản phẩm. Sau đó dùng cánh tay robot
khí nén để phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau và loại bỏ những sản
phẩm không đạt yêu cầu.

2


Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần
những chuyển động cần thiết:
- Chuyển động của băng chuyền: Để truyền chuyển động quay cho trục
của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền
bánh răng – dây đai.
- Chuyển động của cánh tay robot để phân loại sản phẩm có màu sắc
khác nhau: Chuyển động của cánh tay thông qua các xylanh khí nén
được điều khiển bởi hệ thống khí nén. Chu trình làm việc máy: khi ấn
nút Start máy hoạt động, sản phẩm được công nhân đặt vào băng
chuyền. Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm trên băng chuyền được
phân loại với màu sắc khác nhau. Các sản phẩm sau khi được phân loại
sẽ được cánh tay phân loại ra các khu vực khác nhau để thực hiện quá
trình tiếp theo trong dây chuyền sản xuất. Chu trình cứ thế tiếp tục cho
đến khi phân loại xong sản phẩm.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất
lớn, cụ thể như:
- Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải
thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp
cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi

trường ngày càng văn minh hơn.
- Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản
phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
- Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó
không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có
thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa…

3


Phần 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở lí luận
2.1.1. Lí thuyết về điều khiển
 Định nghĩa về hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử. Nó dùng
để vận hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt. Gồm
những phần:
-

Hệ thống điều khiển dùng rơle điện.

-

Hệ thống điều khiển dùng Programmable Logic Controller:

Programmable Logic Controller(PLC) nghĩa là bộ điều khiển Logic lập
trình được. Là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính bao gồm bộ sử lý
trung tâm CPU, bộ nhớ ROM, bộ nhớ RAM, dung để nhớ chương trình
ứng dụng, và các cổng vào ra INPUT-OUTPUT.[1,2]

Hình 2.1. Cấu trúc PLC
 Ưu điểm
- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn.
- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao.
- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.
- Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu
vào/ra, mở rộng chức năng khác.
4


- Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường
công nghiệp.
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối
mạng truyền thông với các thiết bị khác.
- PLC gồm những loại: Omron, Siemens, Mitsubishi, Micro-PLC, …
 Vì PLC có những ưu điểm vượt trội, có tính truyền thông và có nhiều
chức năng hơn so với nhiều loại PLC khác nên nhóm chúng em quyết
định đưa PLC 1200 vào mô hình để mô hình hoạt động tối ưu nhất.
 Ứng dụng của PLC
- Dây chuyền đóng gói.
- Các robot lắp ráp sản phẩm.
- Điều khiển bơm.
- Công nghệ chế biến thực phẩm.
- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
- Quản lý tự động bãi đậu xe.
- Hệ thống báo động.
- Điều khiển thang máy.
- Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
- Sản xuất vi mạch.

- Kiểm tra quá trình sản xuất.

2.1.2.

Lí thuyết về khí nén

a. Khái niệm về khí nén
Khí nén là một loại năng lượng tạo ra áp lực được dùng để thay thế các
loại năng lượng khác. Khí nén được cấu thành từ không khí thiên nhiên sạch
hoặc sử dụng các phương pháp hóa học tạo ra và nén ở áp suất 3000 hoặc
3600psi. Khí nén được dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong dân dụng,

5


công nghiệp và y tế…Để sử dụng được khí nén ta cần những thiết bị đi cùng
như bình tích khí, bình tích áp, máy nén khí….[3]
b. Giới thiệu về hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén bao gồm hai phần chính: bộ lọc khí vào, thiết bị làm mát
giữa các cấp (làm mát trung gian), thiết bị làm mát sau (làm mát sau nén), thiết
bị làm khô khí, bẫy lọc ẩm, bình chứa, hệ thống đường ống, bộ lọc, thiết bị
điều tiết và bôi trơn.
Hệ thống khí nén có tác dụng cung cấp cho van điều chỉnh lượng khí thích
hợp để cho xylanh đẩy và nén khí để cho cánh tay hoạt động
c. Một số thiết bị khí nén khác có sử dụng trong mô hình
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.
Phân loại:

- 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
- Phân loại theo nguyên lý hoạt động.
+ Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểu
pittong, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí
kiểu trục vít.
+ Máy nén khí tuabin: Máy nén khi ly tâm và máy nén khí theo chiều
trục.
Bình trích 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.
6


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.

Hình 2.2. Máy nén khí và bình trích chứa khí nén
Mạng đường 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.
Các hệ thống đường ống được phân nhánh và nối với nhau thông qua các
đầu nối nhanh.

7


Hình 2.3. Đầu nối nhanh và ống dẫn khí nén

8


Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm 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. [3]
Trạng thái ON, OFF của van đảo chiều và một số van đảo chiều được liệt
kê ở hình 2.2 và bảng 1 như sau:

Hình 2.4. Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều

Bảng 1. Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều
Tên thiết bị

Kí hiệu

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

9

Tín hiệu tác động:
Tín hiệu tác động vào 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.
Tín hiệu tác động từ 2 phía (đối với van đảo chiều không có vị trí
‘không’) hay chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’).
Xi lanh
Xilanh có nhiệm vụ điều chỉnh để kiểm soát lượng mở rộng hoạt hút lại của
cần pit-tông khi hoạt động.
-

Xilanh tác dụng đơn
Áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xilanh, phía còn lại do
ngoại lực hay lò xo tác động.

a
b
Hình 2.5. Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b)
- Xilanh tác động 2 chiều (xilanh tác động kép).
Khí nén được đưa vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh
đi vào hay đi ra sẽ tuỳ thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xilanh.
d. Ưu, nhược điểm của khí nén
 Ưu điểm
- Không gây ô nhiễm môi trường.
- Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén
nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
 Nhược điểm
- Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
10

- Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.
- Bình khí nén có kích thước lớn, cồng kềnh.

11


2.2.3. Lí thuyết về cảm biến
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các
đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng có thể đo và xử
lý được.[4]
Phân loại:
+ Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích thích.
+ Phân loại theo dạng kích thích.
+ Phân loại theo phạm vi sử dụng.
+ Phân loại theo thông số mô hình mạch thay thế.
Cấu tạo của cảm biến [5].

Hình 2.6. Cấu tạo cảm biến
Ứng dụng:
+ Phân biệt chiều cao của nắp.
+ Phát hiện mức sữa/nước trái cây bên trong hộp.
+ Cảm biến phát hiện màu.
+ Đo đường kính của ống.
+ Phát hiện nắp lọ bị lỏng.

12


a. Cảm biến quang

Cảm biến quang là một thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các
nhà máy công nghiệp để phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách hoặc
tốc độ di chuyển của đối tượng.

Hình 2.7. Cảm biến quang phát hiện vật.
Ánh sáng từ nguồn sáng được tập trung bởi thấu kính hội tụ và chiếu thẳng
vào vật. Tia sáng phản xạ từ vật được tập trung lên dụng cụ cảm biến vị trí
(PSD: position sensing device) bằng thấu kính thu. Nếu vị trí vật (khoảng cách
đến thiết bị đo) thay đổi, hình ảnh vị trí vật hình thành trên PSD sẻ khác đi và
nếu ở trạng thái cân bằng của hai ngõ ra PSD thay đổi ảnh vị trí vật hình thành
trên PSD sẽ khác đi và trạng thái cân bằng của 2 PSD cũng thay đổi.[2]
Cảm biến quang công nghiệp thường được tích hợp trên một thiết bị có khả
năng làm việc tốt trong môi trường công nghiệp. Chúng có cấu tạo:
-

Bộ phát: Thường dùng đèn LED (Led Emitting Diodes). Dây là loại LED
có khả năng phát sáng khi có dòng điện thuận chạy qua. Led được thiết kế
để phát ra nhiều loại ánh sáng khác nhau, thông thường người ta tạo ra các
loại LED phát sáng có phổ nằm từ màu xanh đến hồng ngoại.

-

Bộ thu: Nhận ánh sáng từ bộ phát, thực hiện tạo tín hiệu ngõ ra thường ở
mức dạng các tín hiệu on/off. Thường dùng các loại linh kiện như:
Photodiodes, Phototransistor, Photocell,...

13


Hình 2.8. Cấu tạo của cảm biến quang

Nguyên lí hoạt động của cảm biến quang: Lượng ánh sáng nhận về sẽ được
chuyển được chuyển về tỉ lệ thành tín hiệu điện áp (hoặc dòng điện) và sau đó
được khuếch đại. Cảm biến xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áp lớn hơn
hoặc bé hơn mức ngưỡng.

Hình 2.9. Các kiểu phát tia sáng của cảm biến cảm

Ánh sáng phát ra của các cảm biến quang rất đa dạng: dạng chùm tia, một
tia thẳng hay dạng xung có tần số thay đổi theo khoảng cách.
b. Cảm biến màu sắc
Cảm biến màu sắc là một loại của cảm biến quang trong đó nhiệm vụ
chính là thu các bước sóng của vật phản xạ lại rồi so sánh quang phổ để phát
hiện màu sắc.
Dãy phổ ánh sáng: Các bức xạ trường điện từ tần số cao (tia gamma, tia X
và ánh sáng cực tím) có bước sóng ngắn mang nhiều năng lượng.
14


Nguồn sáng tự nhiên, hay nhân tạo là tổng hợp nhiều dao động điện từ, nói
khác đi có nhiều độ dài sóng khác nhau, qua lăng kính ta thấy được phổ ánh
sáng này. Nguồn sáng nhân tạo cho phép ta dịch chuyển phần lớn các bức xạ
này theo ý, bằng các vật liệu, và các tính chất vật lý, chẳng hạn nguồn sáng
chủ yếu chỉ sinh ra tia đỏ, tím hay vàng.[7]

Hình 2.10. Tần số và bước sóng
c. Cảm biến từ
Cảm biến tiệm cận kiểu cảm ứng (cảm biến điện từ) là loại cảm biến phát
hiện vật bằng cách tạo ra trường điện từ. Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được
vật kim loại. Tuy nhiên, loại cảm biến này lại rất hay được sử dụng trong công
nghiệp vì giá thành và khả năng chống nhễu của nó.

Hình 2.11. Từ trường được tạo ra trên cảm biến
Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một
lõi từ ở đầu cảm ứng. Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một một trường
15


điện từ dao động quanh nó. Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm
soát.
Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng
điện xoáy) trong vật.[4]

2.3. Cơ sở thực tiễn
2.2.1. Dây chuyền phân loại sản phẩm
Hiện nay, việc ứng dụng các dây chuyền phân loại sản phẩm rất phỗ biến
và được ứng dụng rất rộng rãi. Một số loại dây chuyền phân loại sản phẩm
như:
- Phân loại theo chiều cao
- Phân loại theo màu sắc
- Phân loại theo kích thước
- Phân loại theo hình dáng,...
2.2.2. Công nghệ robot
Trong những năm gần đây thì việc áp dụng các loại Robot vào các dây
chuyền sản xuất (Hình 2.12) ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các doanh
nghiệp. Ví dụ các loại Robot: Robot hàn, Robot phun sơn, robot bắt ốc vít ở
các công ty sản xuất và lắp ráp ô tô. Đặc biệt là ở các công ty sản xuất và lắp
ráp các linh kiện điện tử và phân loại sản phẩm công nghiệp. Đây là công
việc đòi hỏi độ chính xác cao, và thường lặp lại nên dễ gây mệt mỏi cho
người làm. Vì vậy sử dụng Robot ở các công ty này là rất phổ biến. Ngoài ra
hiện nay ở các phân xưởng sản xuất hay trong quân sự con người phải làm rất

nhiều công việc tiếp xúc với môi trường, các hoá chất độc hại do đó người ta
thay thế con người bằng cách sử dụng Robot làm thay con người.

16


Hình 2.12. Cánh tay robot làm việc thay thế con người
Ngay tại trường ĐH Nông Lâm Huế, Lớp kỹ thuật Cơ-Điện tử K48 đã
từng làm cánh tay robot phân loại sản phẩm bằng màu sắc được điều khiển
bằng Arduino và truyền động thông qua động cơ Servo (Hình 2.13). Đó cũng
là tiền đề để nhóm chúng em lấy làm cơ sở để thiết kế, chế tạo cánh tay robot
mang tính ứng dụng hơn, sử dụng bộ vi xử lí bền bỉ hơn. Từ đó, nhóm quyết
định chọn cánh tay robot có sử dụng khí nén và được điều khiển bằng PLC S71200.

Hình 2.13. Cánh tay robot điều khiển bằng Arduino
2.3. Đề xuất nguyên lí hoạt động dây chuyền phân loại sản phẩm bằng
cánh tay robot:

17


Trên những cơ sở lý thuyết và thực tiễn trên, chúng em đề xuất một dây
chuyền phân loại sản phẩm có màu sắc khác nhau bằng cánh tay robot khí
nén như nhau:
- Sản phẩm cần phân loại được đặt lên băng tải.
- Khi băng tải hoạt động sẽ đưa vật đi qua buồng phân loại sản phẩm theo
màu sắc, tại đây cảm biến màu sắc phát hiện màu của sản phẩm và trả tín
hiệu về cho hệ thống điều khiển PLC.
- Cùng lúc này, băng tải vẫn hoạt động đưa vật tiếp tục di chuyển đến khi
gặp cảm biến quang thì băng tải dừng

- Tại đây, cánh tay gắp sản phẩm và đưa vào buồng chưa sản phẩm theo
màu sắc tương ứng. Nếu sản phẩm thuộc màu sắc không trùng với buồng
chứa màu sắc thì băng tải hoạt động sẽ đưa sản phẩm về hộp chứa sản
phẩm bị lỗi ở phía sau băng tải.
- Quá trình sẽ được lặp đi lặp lại nhiều lần như vậy
Phần 3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Đối tượng
- Màu sắc của sản phẩm để từ đó phân loại theo tiêu chuẩn.
- Mô hình cánh tay robot 3 bậc tự do tự động phân loại sản phẩm, hệ thống
van và xylanh khí nén điều khiển các khớp của cánh tay robot.
- Các cảm biến màu sắc, cảm biến tiệm cận và mô hình băng chuyền.
3.2. Phạm vi nghiên cứu

- Thiết kế một dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc.
- Gia công chế tạo một mô hình có kích thước nhỏ để mô phỏng dây chuyền
đã được thiết kế ở trên.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu:
- Tìm hiểu về cấu tạo nguyên lý hoạt động của cụm van xylanh, các cảm
biến có trong hệ thống.
- Tìm hiểu về lập trình PLC 1200, phần mềm TIA Portal V14.
- Tìm hiểu về môi trường công nghiệp có ứng dụng của robot.
18


Phương pháp chuyên gia
Trực tiếp gặp các chuyên gia, những người có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh
vực điều khiển tự động, trao đổi với giáo viên hướng dẫn và các giáo viên có
kinh nghiệm về điều khiển để tranh thủ ý kiến đóng góp trong quá trình thực

hiệ ề tài.

19


Phần 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1. Lựa chọn nguyên lí hoạt động
4.1.1. Nguyên lí chung
Nguyên lí chung của hệ thống như sau:
- Sản phẩm cần phân loại được đặt lên băng tải.
- Khi băng tải hoạt động sẽ đưa vật đi qua buồng phân loại sản phẩm theo
màu sắc, tại đây cảm biến màu sắc phát hiện màu của sản phẩm và trả
tín hiệu về cho hệ thống điều khiển PLC.
- Cùng lúc này, băng tải vẫn hoạt động đưa vật tiếp tục di chuyển đến khi
gặp cảm biến quang thì băng tải dừng
- Tại đây, cánh tay gắp sản phẩm và đưa vào buồng chưa sản phẩm theo
màu sắc tương ứng. Nếu sản phẩm thuộc màu sắc không trùng với
buồng chứa màu sắc thì băng tải hoạt động sẽ đưa sản phẩm về hộp chứa
sản phẩm bị lỗi ở phía sau băng tải.
- Quá trình sẽ được lặp đi lặp lại nhiều lần như vậy đến khi ngắt điện.
4.1.2. Nguyên lí về hoạt động của cánh tay robot
Cánh tay robot được cấu tạo với 4 cơ cấu có thể chuyển động bao gồm
một chuyển động quay 90 độ, hai chuyển động tịnh tiến gồm nâng lên hạ
xuống và di chuyển vào ra theo trục dọc, cuối cùng là chuyển động đóng mở
của cơ cấu gắp nhằm để gắp sản phẩm. Chuyển động quay sẽ có một xilanh
quay khí nén đảm nhận nhiệm vụ truyền động, ba chuyển động còn lại được
truyền động tương ứng bằng các xilanh tịnh tiến.

20

Hình 4.1. Thiết kế phần cánh tay robot trên Solidworks.
Nguyên lí về hoạt động của cánh tay robot:
- Ở trạng thái ban đầu, cánh tay robot nằm vuông góc với băng tải. Cùng
với đó, cơ cấu nằm ngang sẽ di chuyển tịnh tiến về phía dưới và cơ cấu
tịnh tiến nằm ngang sẽ đi vào phía sát cánh thân cánh tay và cơ cấu gắp
sẽ mở ra. Cánh tay sẽ nằm yên ở vị trí như vậy để chờ sản phẩm đến và
thực hiện thao tác gắp và di chuyển vật theo lệnh điều khiển từ PLC.
- Khi có vật màu đỏ, cánh tay gắp vật để vào ô phân loại sản phẩm màu
đỏ. Lúc này, cơ cấu tịnh tiến ngang sẽ di chuyển ra hướng về phía băng
tải hết cỡ. Sau khi cơ cấu ngang di chuyển xong, cơ cấu gắp sẽ thực hiện
thao tác gắp. Tiếp theo, cơ cấu ngang di chuyển vào lại đi xa khỏi hướng
băng tải. Sau đó, cơ cấu xoay sẽ quay 90 độ. Sau khi cơ cấu xoay thực
hiện thao tác quay xong, cánh cơ cấu tịnh tiến ngang sẽ di chuyển ra về
phía ô phân loại sản phẩm và cơ cấu gắp sẽ mở ra và thả vật vào ô này.
- Đối với vật màu xanh, cánh tay di chuyển có chút khác đối với việc phân
loại màu đỏ. Sau khi cánh tay quay xong, sẽ thêm thao tác nâng lên bằng
cơ cấu di chuyển tịnh tiến nằm dọc. Còn lại các thao tác sẽ tương tự.
- Sau khi thả vật vào các ô phân loại phù hợp, cánh tay sẽ trở về trạng thái
ban đầu để tiếp tục chờ tín hiệu gắp từ PLC.

21