Cánh tay robot gắp hàng tự động

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

CÁNH TAY ROBOT GẮP HÀNG TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. LÊ HOÀI NAM
NGUYỄN TRỊNH VĨNH PHƯỚC
PHẠM TẤN QUỐC VIỆT
Số thẻ sinh viên : 101120361
101120328

Đà Nẵng, 2017


TÓM TẮT

Tên đề tài: Cánh tay robot gắp hàng tự động
SV thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước
Phạm Tấn Quốc Việt

Mã SV: 101120361

Lớp: 12CDT2

Mã SV: 101120328

Lớp: 12CDT1

Thực hiện đề tài nghiên cứu khái niệm, nguyên lý làm việc của cánh tay máy sử
dụng xy lanh khí nén di chuyển cơ cấu để gắp sản phẩm.
Robot sẽ thực hiện chuyển động theo lộ trình định trước và lặp lại thao tác tương
tự khi nhấn nút Start.
Khi nhấn nút Stop, hệ thống sẽ ngưng hoạt động và thiết lập tại vị trí cân bằng.
Khi có tín hiệu lại từ nút Start, hệ thống sẽ hoạt động lại như ban đầu.
Ứng dụng phần mềm step 7 microwin V4.0 sử dụng ngơn ngữ lập trình để biên
dịch và nạp cho PLC S7 200 - CPU 224.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT

Họ tên sinh viên

Số thẻ SV

Lớp

Ngành

1

Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước

101120361 12CDT2

Cơ điện tử

2

Phạm Tấn Quốc Việt

101120328 12CDT1

Cơ điện tử

1. Tên đề tài đồ án:
Cánh tay robot gắp hàng tự động
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
1 Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước
2 Phạm Tấn Quốc Việt

Nội dung
Thuyết minh

b. Phần riêng:
TT
Họ tên sinh viên
1 Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước

Nội dung
Tính tốn các thành phần khác

Phạm Tấn Quốc Việt

Tính tốn động lực học robot

2

4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
1 Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước

Nội dung

2 Phạm Tấn Quốc Việt
b. Phần riêng:
TT

Họ tên sinh viên

1 Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước
2

Phạm Tấn Quốc Việt

5. Họ tên người hướng dẫn:
Lê Hoài Nam
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
7. Ngày hoàn thành đồ án:

Nội dung
Sơ đồ mạch điện(A0), Sơ đồ trạng thái 1(A0),
Sơ đồ trạng thái 2(A0), Sơ đồ khối(A0).
Bản vẽ cơ khí tổng quát (A0), Bản vẽ băng
chuyền (A0), Bản vẽ cánh tay robot (A0).
Phần/ Nội dung:
Hướng dẫn tổng quát
20/02 /2016
18 /05/2017


Trưởng Bộ môn Cơ điện tử

Nguyễn Đắc Lực

Đà Nẵng, ngày 18 tháng 05 năm 2017
Người hướng dẫn

TS. Lê Hoài Nam

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày càng
đòi hỏi trình độ tự động hố phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của mình.
Tự động hố ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội,
nó là ngành mũi nhọn trong cơng nghiệp. Ngày nay, trình độ tự động hố của một
quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó. Chính vì lẽ đó mà việc phát
triển tự động hoá là một việc hết sức cần thiết.
Bởi vậy ngành tự động hoá đã được đào tạo kỹ lưỡng ở các trường Đại học, Cao
đẳng trên cả nước. Sinh viên được đào tạo về các dây chuyền sản xuất tự động các cơ
cấu chấp hành cũng như các thiết bị điều khiển. Việc tạo ra các sản phẩm tự động hố
khơng những trong cơng nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được
phổ biến.
Để cũng cố và bổ sung thêm những kiến thức đã học và để áp dụng những kiến
thức đó vào thực tế chúng em đã được nhận và thực hiện đồ án môn học với đề tài
“Cánh tay robot gắp hàng tự động ”.
Việc hoàn thành đề tài của chúng em sẽ khơng tránh được những sai lầm thiếu
sót. Em rất mong được sự phê bình đánh giá của các thầy cơ để em có thể rút ra được
kinh nghiệm và cũng nhằm bổ sung kiến thức cho mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hồi Nam đã tận tình hướng dẫn và
giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này.

Đà Nẵng, ngày 18 tháng 05 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước – Phạm Tấn Quốc Việt

i

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực
và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện
luận văn này đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ
nguồn gốc rõ ràn và được phép công bố.

ii


MỤC LỤC
TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. i
CAM ĐOAN .............................................................................................................. II
MỤC LỤC ............................................................................................................... III
DANH SÁCH BẢNG, HÌNH VẼ ............................................................................. V

MỞ ĐẦU

1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ........................................... 2
1.1. Khái quát chung về robot công nghiệp .................................................................. 2
1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của robot công nghiệp ..................................... 2
1.1.2. Cấu trúc chung của robot công nghiệp ............................................................... 5
1.1.3. Phân loại robot công nghiệp ............................................................................... 6
1.1.4. Các chỉ tiêu đánh giá và các thông số kĩ thuật ................................................... 6
1.1.5. Ứng dụng của robot trong tự động hóa ............................................................... 6

1.2. 1.2. Khái quát chung về hệ thống tự động ............................................................ 9
1.2.1. Gới thiệu về hệ thống tự động ............................................................................ 9
1.2.2. Nhu cầu và xu thế phát triển ............................................................................. 11
1.2.3. Nhu cầu tự động hóa trong gắp phôi tự động .................................................... 13
Chương 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ .......................................................................... 14
2.1. Mơ hình hệ thống ................................................................................................ 14
2.1. Tính tốn động học ............................................................................................. 15
2.1.1. Tính tốn thiết kế băng tải dẫn động................................................................. 15
2.2.2. Tính chọn động cơ truyền động băng tải .......................................................... 16
2.3. Trục .................................................................................................................... 25
2.3.1. Phân loại trục ................................................................................................... 25
2.3.2. Tính tốn trục về độ bền ................................................................................... 25
2.4. Tính tốn chọn ổ bi ............................................................................................. 26
2.4.1. Khái niệm ........................................................................................................ 26
2.4.2. Phân loại .......................................................................................................... 26
2.4.3. Ưu, nhược điểm ............................................................................................... 27
2.4.4. Tính tốn chọn ổ lăn......................................................................................... 27
2.5. Gối đỡ ổ bi fl204 ................................................................................................. 28
2.6. Gối đỡ ổ bi f204 .................................................................................................. 29
2.7. Gối đỡ ổ bi k08 ................................................................................................... 29
2.8. Thiết lập hệ phương trình động học của robot ..................................................... 29
iii


Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................................... 33
3.1. Mơ hình hệ thống cánh tay robot ......................................................................... 34
3.2. u cầu đối với hệ thống điều khiển ................................................................... 35
3.3. Cơ cấu dẫn động robot ........................................................................................ 36
3.3.1. Truyền động bằng thủy lực............................................................................... 36
3.3.2. Truyền động bằng khí nén ................................................................................ 38

3.3.3. Truyền động bằng động cơ ............................................................................... 39
3.3.4. Kết luận ........................................................................................................... 40
3.4. Mô tả hoạt động của cánh tay robot và hệ thống điều khiển ................................ 40
3.5. Giới thiệu về plc ................................................................................................. 43
3.5.1. Tổng quan về plc.............................................................................................. 43
3.5.2. Khái niệm và đặc điểm của plc ......................................................................... 44
3.6. Tầm quan trọng và khả năng ứng dụng của khí nén ............................................. 46
3.6.1. Máy nén khí và thiết bị phân phối khí nén ........................................................ 47
3.6.2. Bình trích chứa khí nén .................................................................................... 47
3.6.3. Mạng đường ống dẫn khí nén ........................................................................... 48
3.6.4. Vận tốc khí nén trong ống ................................................................................ 48
3.6.5. Chọn kích thước đường kính ống ..................................................................... 48
3.7. Thiết kế mạch ..................................................................................................... 50
3.7.1. Nguyên lý mạch ............................................................................................... 50
3.7.3. Cảm biến tiệm cận ........................................................................................... 51
3.7.4. Các phần tử trong hệ thống điều khiển ............................................................. 53
3.7.5. Công tắc hành trình .......................................................................................... 56
3.7.6. Rơ le ................................................................................................................ 56
3.7.7. Cơ cấu chấp hành ............................................................................................. 57
3.8. Cơ sở tính tốn .................................................................................................. 58
3.8.1. Các đại lượng vật lý ......................................................................................... 58
3.8.2. Phương trình trạng thái nhiệt động học............................................................. 58
3.8.3. Phương trình dịng chảy ................................................................................... 59
3.8.4. Lập trình cho hệ thống ..................................................................................... 60
Chương 4: KẾT LUẬN............................................................................................ 63
4.1. Tóm tắt đề tài ...................................................................................................... 63
4.2. Kết quả thực hiện ................................................................................................ 63
4.3. Một vài đề nghị ................................................................................................... 63
4.4. Mô hình thực tế .................................................................................................. 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 65

iv


DANH SÁCH BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Thơng số bộ truyền xích............................................................................. 23
Bảng2.2 Bảng thơng số d-h ...................................................................................... 31
Bảng 3.1 So sánh giữa vi điều khiển và plc ............................................................... 34
Bảng 3.2 Giản đồ trạng thái 1 .................................................................................. 41
Bảng 3.3 Giản đồ trạng thái 2 .................................................................................. 42
Bảng 3.3 Các đại lượng vật lý cơ bản của khơng khí ................................................. 58
Bảng 3.4 Ký hiệu ...................................................................................................... 60
Hình 1.1 Ba chú robot trong vở kịch của karel capek, 1921 ......................................... 2

Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5

Robot gắp hàng trong công nghiệp ............................................................... 4
Robot gắp hàng trong nhà máy ..................................................................... 5
Các bộ phận cấu thành robot công nghiệp .................................................... 5
Biểu đồ phân bố robot công nghiệp .............................................................. 7

Hình 1.6 Robot dùng để hàn ....................................................................................... 8
Hình 1.7 Robot dùng để hàn ....................................................................................... 8
Hình 1.8 Robot dùng phun sơn ................................................................................... 9
Hình 1.9 Robot trong hệ thống tự động ..................................................................... 10
Hình 1.10 Robot đang làm việc trong nhà máy .......................................................... 12
Hình 2.1 Mơ hình hệ thống ....................................................................................... 14

Hình 2.2 Băng tải trong sản xuất ............................................................................... 15
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo băng tải ................................................................................ 16
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo đc điện 1 chiều kích từ độc lập ............................................. 17
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 2.8

Sơ đồ phân tích lực ..................................................................................... 18
Vẽ qui ước bộ truyền đai ............................................................................ 20
Qui ước bộ truyền xích ............................................................................... 21
Qui ước bộ truyền bánh răng ...................................................................... 21

Hình 2.9 Bộ truyền xích ............................................................................................ 22
Hình 2.10 Vịng bị gối ucp 202 ............................................................................... 26
Hình 2.11 Khả năng tải động của ổ lăn ..................................................................... 27
Hình 2.12 Gối đỡ ổ bi fl 204 ..................................................................................... 28
Hình 2.13 Gối đỡ ổ bi f204 ....................................................................................... 29
Hình 2.14 Gối đỡ ổ bi k08 ......................................................................................... 29
v


Hình 2.15 Robot ở vị trí xuất phát ............................................................................. 30
Hình 3.1 Mơ hình hệ thống cánh tay robot ................................................................ 35
Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động truyền động bằng thủy lực ........................................ 36
Hình 3.3 Hệ thủy lực tạo chuyển động tịnh tiến ........................................................ 37
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý truyền động ...................................................................... 38
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển khí nén ............................................ 38
Hình 3.6 Ngun lý hoạt động của động cơ bước ...................................................... 39
Hình 3.7 Sơ đồ khối hệ thống.................................................................................... 40

Hình 3.8 Plc hiện nay............................................................................................... 44
Hình 3.9 Cấu trúc chung của một số plc .................................................................... 45
Hình 3.10 Bình chứa khí nén .................................................................................... 48
Hình 3.11 Ngun lý mạch điện ................................................................................ 50
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15

Nguồn tổ ong............................................................................................ 51
Cảm biến từ .............................................................................................. 52
Cảm biến điện dung.................................................................................. 52
Các cách mắc đầu ra cảm biến .................................................................. 53

Hình 3.16 Cảm biến ormon và nguyên lý phát hiện vật thể ....................................... 53
Hình 3.17 Van đảo chiểu........................................................................................... 54
Hình 3.18 Nguyễn lý hoạt động của van đảo chiều.................................................... 54
Hình 3.19 Van đảo chiều........................................................................................... 55
Hình 3.20 Van tiết lưu .............................................................................................. 55
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23
Hình 3.24

Ký hiệu của van tiết lưu ............................................................................ 56
Một số loại công tắc hành trình................................................................ 56
Rơle ......................................................................................................... 57
Xylanh ..................................................................................................... 58

Hình 4.1

Hình ảnh mơ hình thực tế ........................................................................ 64

vi


Cánh robot gắp hàng tự động tay

MỞ ĐẦU

1.

Mục đích thực hiện đề tài

Mục đích của đề tài này là nghiên cứu về cấu tạo và các phương pháp điều khiển
thích hợp dựa trên cơ sở ứng dụng các kỹ thuật tiến tiến và xây dựng những giải pháp
nhần cứng cũng như phần mềm để chế tạo cánh tay robot gắp hàng tự động. Nhằm làm
chủ kỹ thuật chế tạo robot, có thể áp dụng vào các phịng thí nghiệm của các trường
cao đẳng, đại học cũng như ứng dụng trong sản xuất công nghiệp.
2. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của đề tài
✓ Cánh tay robot có quy mơ phù hợp với các phịng thí nghiệm của các
trường cao đẳng, đại học cũng như ứng dụng trong sản xuất cơng nghiệp.

3.

✓ Các kết cấu cơ khí phù hợp với khả năng thi công tại Việt Nam hiện nay.
✓ Các hệ thống điều khiển tự động có sự giám sát của con người.
Phương pháp nghiên cứu
✓ Tìm hiểu cấu trúc hoạt động PLC S7 200.
✓

✓
✓
✓

Thiết kế phần cơ và chế tạo cánh tay robot.
Thiết kế hệ thống băng chuyền các sensor và mạch điều khiển.
Lập trình và hồn thiện cánh tay robot.
Nghiên cứu động lực học robot.

✓ Nghiên cứu và ứng dụng các phần gia cơng cơ khí để chế tạo robot.
4.

Cấu trúc đồ án tốt nghiệp
Gồm 4 chương
✓ Chương 1: Tổng quan về đề tài nghiên cứu
✓ Chương 2: Thiết kế cơ khí
✓ Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển
✓ Chương 4: Kết luận
Đà Nẵng, ngày 18 tháng 5 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước – Phạm Tấn Quốc Việt

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

1


Cánh robot gắp hàng tự động tay

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1. Khái quát chung về Robot cơng nghiệp
1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của Robot công nghiệp
Nhu cầu nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi ứng dụng
rộng rãi các phương tiện tự động hóa sản xuất. Xu hướng tạo ra những dây chuyền về
thiết bị tự động có tính linh hoạt cao đang hình thành. Các thiết bị này đang thay thế
dần các máy tự động “cứng” chỉ đáp ứng một việc nhất định trong khi thị trường ln
địi hỏi thay đổi mặt hàng về chủng loại, về kích cỡ và về tính năng...Vì thế ngày càng
tăng nhanh nhu cầu ứng dụng robot để tạo ra các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt.
Thuật ngữ “robot” lần đầu tiên xuất hiện năm 1921 trong tác phẩm viễn tưởng
“Rossum’s Universal Robot” của Karel Capek. Theo tiếng Séc thì robot là người làm
tạp dịch. Trong tác phẩm này nhân vật Rossum và con trai của ông đã tạo ra những
chiếc máy gần giống con người để hầu hạ con người.

Hình 1.1 Ba chú Robot trong vở kịch của Karel Capek, 1921
Hơn 20 năm sau, ước mơ viễn tưởng của Karel Capek đã bắt đầu hiện thực.
Ngay sau chiến tranh thế giới lần thứ 2, ở Hoa Kỳ đã xuất hiện các loại tay máy chép
hình điều khiển từ xa trong các phịng thí nghiệm về vật liệu phóng xạ.
Vào những năm 50, bên cạnh các tay máy chép hình cơ khí , đã xuất hiện các loại
tay máy chép hình thủy lực và điện từ, như tay máy Minotaur I hoặc tay máy.
Handyman của General Electric. Năm 1954 George C. Devol đã thiết kế một thiết
bị có tên là “ Cơ cấu bản lề dùng để chuyển hàng theo chương trình”.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

2

Cánh robot gắp hàng tự động tay

Đến năm 1965 Devol cùng với Joseph F. Engelber, một kỹ sư trẻ của công
nghiệp hàng không, đã tạo ra loại robot công nghiệp đầu tiên năm 1959 ở Công ty
Unimation. Chỉ đến năm 1975 Cơng ty Unimation mới bắt đầu có lợi nhuận từ sản
phẩm robot đầu tiên này.
Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên, năm 1961, ở một nhà
máy ô tô của General Motors tại Trenton, New Jersey Hoa Kỳ.
Năm 1967 Nhật Bản mới nhập khẩu chiếc robot công nghiệp đầu tiên từ Công ty
AMF của Hoa Kỳ ( American Machine and Foundry Company). Đến năm 1990 có
hơn 40 cơng ty Nhật Bản, trong đó có những cơng ty khổng lồ như Công ty Hitachi
và Công ty Mitsubishi, đã đưa ra thị trường quốc tế nhiều loại robot nổi tiếng.
Từ những năm 70, việc nghiên cứu nâng cao tính năng của robot đã chú ý nhiều
đến sự lắp đặt thêm các cảm biến ngoại tín hiệu để nhận biết môi trường làm việc. Tại
trường Đại học Tổng hợp Standford người ta đã tạo ra loại robot lắp ráp tự động điều
khiển bằng máy vi tính trên cơ sở xử lý thông tin từ các cảm biến lực và thị giác. Vào
thời gian này, Công ty IBM đã chế tạo loại robot có các cảm biến xúc giác và cảm
biến lực, điều khiển bằng máy tính để lắp ráp các máy in gồm 20 cụm chi tiết. Vào
giai đoạn này ở nhiều nước khác cũng tiến hành các công trình nghiên cứu tương tự,
tạo ra các loại robot tự hành theo hướng bắt chước chân người hoặc súc vật. Các robot
này cịn chưa có nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp. Tuy nhiên các loại xe robot
(robocar) lại nhanh chóng được đưa vào hoạt động trong các hệ thống sản xuất tự
động linh hoạt.
Từ những năm 80, nhất là vào những năm 90, do áp dụng rộng rãi các tiến bộ kỹ
thuật về vi xử lý và công nghệ thông tin, số lượng robot công nghiệp đã gia tăng, giá
thành đã giảm đi rõ rệt, tính năng đã có nhiều bước tiến vượt bậc. Nhờ vậy robot
cơng nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền tự động sản xuất hiện đại.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

3


Cánh robot gắp hàng tự động tay

Hình 1.2 Robot gắp hàng trong công nghiệp
Trước khi bước vào nghiên cứu các nội dung tiếp theo, chúng ta cũng cần thống
nhất về thuật ngữ “ robot công nghiệp” ( Industrial robot). Trong nhiều tài liệu khác
nhau, định nghĩa về robot công nghiệp cũng khác nhau. Khi “ robot công nghiệp” đầu
tiên ra đời, Cơng ty AMF đã quảng cáo nó là loại máy tự động vạn năng. Trong từ
điển Webster định nghĩa robot là những máy tự động có thể thực hiện được một số
chức năng của con người. Nhưng nếu vậy thì có nhiều loại máy khác nhau cũng có thể
gọi là robot. Viện Kỹ thuật robot của Hoa Kỳ định nghĩa robot là loại tay máy nhiều
chức năng, với chương trình làm việc thay đổi được, dùng để thực hiện một số thao
tác sản xuất. Có nhiều tài liệu khi định nghĩa robot rất lưu ý đến tiêu chí điều khiển
bằng máy tính nhưng trong phân loại robot cơng nghiệp theo tiêu chuẩn của Nhật Bản
(JIS B 0134- 1979) có cả nhóm tay máy điều khiển bằng tay.
Robot cơng nghiệp có thể được hiểu là những thiết bị tự động linh hoạt, bắt
chước được các chức năng lao động công nghiệp của con người. Nói đến thiết bị tự
động linh hoạt là nhấn mạnh đến khả năng thao tác với nhiều bậc tự do, được điều
khiển trợ động và lập trình thay đổi được. Cịn nói đến sự bắt chước các chức năng lao
động công nghiệp của con người là có ý nói đến sự khơng hạn chế từ các chức năng lao
động chân tay đơn giản đến trí khơn nhân tạo, tùy theo loại hình cơng việc lao động
cần đến chức năng đó hay khơng. Đồng thời cũng nói đến mức độ cần thiết bắt chước
được như con người hay không.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

4


Cánh robot gắp hàng tự động tay

Hình 1.3 Robot gắp hàng trong nhà máy
1.1.2. Cấu trúc chung của Robot công nghiệp
Trên hình 1.4 giới thiệu các bộ phận chủ yếu của robot công nghiệp thông
thường. Tay máy gồm các bộ phận: đế 1 đặt cố định hoặc gắn liền với xe di động
2, thân 3, cánh tay trên 4, cánh tay dưới 5, bàn kẹp 6.

Hình 1.4 Các bộ phận cấu thành Robot cơng nghiệp
Bên trong hoặc ở bên ngồi tay máy còn đặt nhiều bộ phận khác nữa:
+ Hệ thống truyền dẫn động có thể là cơ khí, thủy khí hoặc điện khí, là bộ phận
chủ yếu tạo nên sự chuyển dịch ở các khớp động.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

5


Cánh robot gắp hàng tự động tay

+ Hệ thống điều khiển đảm bảo sự hoạt động của robot theo các thơng tin đặt
trước hoặc nhận biết được trong q trình làm việc.
+ Hệ thống cảm biến tín hiệu thực hiện việc nhận biết và biến đổi thông tin về

hoạt động của bản thân robot (cảm biến nội tín hiệu) và của môi trường- đối tượng mà
robot phục vụ (cảm biến ngoại tín hiệu).
Các thơng tin đặt trước hoặc cảm biến được sẽ đưa vào hệ thống điều khiển sau
khi xử lý bằng máy vi tính, rồi tác động vào hệ thống truyền dẫn động của tay máy.
Trực tiếp liên hệ với bàn kẹp là các dụng cụ (tools) thao tác với môi trường và đối
tượng làm việc.
1.1.3. Phân loại Robot công nghiệp
Ngày nay robot công nghiệp đã phát triển rất đa dạng. Có thể phân loại robot cơng
nghiệp theo nhiều cách khác nhau:
+ Theo vị trí “ cơng tác” phân ra các loại robot cấp thốt phơi, robot vận chuyển,
robot vạn năng...
+ Theo dạng công nghệ chuyên dụng phân ra các loại robot sơn, robot hàn, robot
lắp ráp.
+ Theo cách thức và đặc trưng điều khiển phân ra: robot điều khiển tự động, robot
điều khiển bằng dạy học, robot điều khiển bằng tay, robot nhìn được ( vision)...
+ Theo các hệ tọa độ được dùng khi thực hiện các chuyển động cơ bản phân ra
các robot hoạt động theo hệ tọa độ trụ, cầu hoặc phỏng sinh...
1.1.4. Các chỉ tiêu đánh giá và các thông số kĩ thuật
Để các cơ cấu tay máy hoạt động linh hoạt tức là có thể thực hiện được dễ dàng
các chuyển dịch muôn màu mn vẻ, chúng cần phải có một số bậc tự do chuyển động
cần thiết. Như đã biết, với các cơ cấu tay máy dùng các cơ cấu hở không gian có các
khớp động loại 5 thì số bậc tự do bằng số khâu động. Khi tăng số bậc tự do tức là tăng
số khâu động và tăng số thiết bị động lực cho các khâu động đó nên sẽ tăng độ phức
tạp về kết cấu và chế tạo. Vấn đề đặt ra là khi cùng số bậc tự do có thể chọn lựa cơ cấu
tay máy nào đảm bảo tính linh hoạt cao hơn.
1.1.5. Ứng dụng của robot trong tự động hóa
❖ Ưu điểm và nhược điểm của robot:
Ưu điểm:
+ Có khả năng thay thế con người làm việc trong các môi trường độc hại: việc
nặng nhọc, gây nguy hiểm cho con người, như nóng, độc, phóng xạ, dưới nước sâu,

trong lịng đất, ngồi khoảng khơng vũ trụ,…
+ Tính chính xác cao, có khả năng tự động hố cao, có tính lặp lại.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

6


Cánh robot gắp hàng tự động tay

+ Tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm: do robot có thể làm việc nhiều ca
mà không mệt mỏi, không cần ăn trưa, khơng địi hỏi lương…
Nhược điểm:
+ Giá thành đầu tư cho dây truyền sử dụng robot công nghiệp là cao đối với các
doanh nghiệp trong nước.
+ Việc ứng dụng robot công nghiệp vào sản xuất thì cần phải có kiến thức cũng
như nhân công kĩ thuật sử dụng và vận hành chúng, cùng những chi phí tốn kém trong
việc bảo dưỡng và sửa chữa.
❖

Ứng dụng của robot công nghiệp trong sản xuất:
Theo ước tính chưa đầy đủ của Liên đồn robot quốc tế (IRF), hiện nay trên thế

giới có khoảng 770.000 robot đang được sử dụng trong sản xuất công nghiệp. Trong
đó, Nhật Bản sử dụng nhiều nhất với 350.000 robot (chiếm 45,5%), EU khoảng
233.000 (30,3%) Bắc Mỹ khoảng 104.000 (13,5%), còn lại là các nước khác. Theo dự
báo của IRF, mức tăng trưởng về doanh số của sản phẩm robot nói chung (trong đó
robot cơng nghiệp chiếm hơn 65%) trong năm 2006 ở châu á là 18%.

Hình 1.5 Biểu đồ phân bố robot cơng nghiệp
Tính linh hoạt trong vận hành; hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn xác; nhất là khả
năng thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và khơng an tồn là những
yếu tố quyết định cho việc sử dụng robot trong sản xuất công nghiệp. Trên thế giới,
robot được ứng dụng vào những công việc nào được lặp đi lặp lại nhiều lần và cụ thể
nó đã được dùng để hàn, tán đinh ri vê, sơn, mài, đánh bóng khuân vác trong những
nhà máy sản xuất. robot được sử dụng nhiều nhất trong các ngành chế tạo ôtô, công
nghiệp điện và điện tử, chế tạo máy và công nghiệp chế biến thực phẩm. Các công việc

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

7


Cánh robot gắp hàng tự động tay

thường sử dụng robot là hàn, lắp ráp, vận chuyển sản phẩm và cấp phôi trong các dây
chuyền tự động.
+ Ứng dụng Robot dùng để hàn.

Hình 1.6 Robot dùng để hàn
+ Ứng dụng Robot ứng dụng trong dây chuyển lắp rắp ơ tơ

Hình 1.7 Robot dùng để hàn

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

8


Cánh robot gắp hàng tự động tay

+ Robot ứng dụng trong việc phun sơn.

+
Hình 1.8 Robot dùng phun sơn
1.2. Khái quát chung về hệ thống tự động
1.2.1. Gới thiệu về hệ thống tự động
Ngày nay, việc tự động hoá trong sản xuất là một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng
cao năng xuất lao động. Hệ thống sản xuất tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi
trong các phân xưởng, nhà máy. Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện tử, cùng với
việc ra đời của các linh kiện điện tử, chúng đã được áp dụng trong hệ thống cơ khí và
từ đó các loại máy móc tự động ra đời.
Chiếc máy tự động đầu tiên được sử dụng trong cơng nghiệp do một thợ cơ khí
người Nga, ơng Pơdunơp chế tạo vào năm 1765. Nhờ nó mà mức nước trong nồi hơi
được giữ cố định không phụ thuộc vào lượng tiêu hao hơi nước. Để đo mức nước trong
nồi, Pôdunôp dùng một cái phao. Khi mức nước thay đổi phao sẽ tác động lên cửa van,
thực hiện điều chỉnh nước trong nồi. Nguyên tắc điều chỉnh của cơ cấu này được sử
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau, nó được gọi là
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

9

Cánh robot gắp hàng tự động tay

nguyên tắc điều chỉnh theo sai lệch hay nguyên tắc Pôdunôp - Giôn Oat. Đầu thế kỷ
19, nhiều cơng trình có mục đích hồn thiện các cơ cấu điều chỉnh tự động của máy
hơi nước đã được thực hiện. Cuối thế kỷ 19 các cơ cấu điều chỉnh cho tuabin hơi nước
bắt đầu xuất hiện. Năm 1712 ơng Narrtơp, một thợ cơ khí người Nga đã chế tạo được
máy tiện chép hình để tiện các chi tiết định hình. Việc chép hình theo mẫu đã được
thực hiện. Chuyển động dọc của bàn dao do bánh răng - thanh răng thực hiện. Cho đến
năm 1798 ông Henry Nandsley người Anh mới thay thế chuyển động này thành
chuyển động của vitme - đai ốc. Năm 1873 Spender đã chế tạo được máy tiện tự động
có ổ cấp phôi và trục phân phối mang các cam đĩa và cam thùng. Năm 1880 nhiều
hãng trên thế giới như Pittler Ludnig Lowe (Đức), RSK (Anh) đã chế tạo được máy
tiện rơvônve dùng phôi thép thanh. Năm 1887 Đ.G Xtôlepôp đã chế tạo được phần tử
cảm quang đầu tiên, một trong những phần tử hiện đại quan trọng nhất của kỹ thuật tự
động hoá. Cũng trong giai đoạn này, các cơ sở của lý thuyết điều khiển và điều chỉnh
hệ thống tự động bắt đầu được nghiên cứu, phát triển. Một trong những cơng trình đầu
tiên về lĩnh vực này thuộc về nhà tốn học nổi tiếng P.M.Chebưsep. Có thể nói, ơng tổ
của các phương pháp tính tốn kỹ thuật của lý thuyết điều chỉnh hệ thống tự động là
I.A. Vưsnhegratxki, giáo sư toán học nổi tiếng của trường đại học công nghệ thực
nghiệm Xanh Pêtecbua. Năm 1876 và 1877 ông đã cho đăng các công trình “ Lý
thuyết cơ sở của các cơ cấu điều chỉnh” và “ Các cơ cấu điều chỉnh tác động trực tiếp”.

Hình 1.9 Robot trong hệ thống tự động
Các phương pháp đánh giá ổn định và chất lượng của các quá trình quá độ do ông
đề xuất vẫn dùng cho tới tận bây giờ.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

10


Cánh robot gắp hàng tự động tay

Không thể không kể tới đóng góp to lớn trong sự nghiệp phát triển lý thuyết điều
khiển hệ thống tự động của các nhà bác học A.Xtôđô người Sec, A.Gurvis người Mỹ,
A.K.Makxvell và Đ.Paux người Anh, A.M.Lapunôp người Nga và nhiều nhà bác học
khác.
Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực tự động hoá đã cho phép trong những thập
kỷ đầu của thế kỷ 20 chế tạo các loại máy tự động nhiều trục chính, máy tổ hợp và các
đường dây tự động liên kết cứng và mềm dùng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối.
Cũng trong thời gian này, sự phát triển mạnh mẽ của điều khiển học, một môn khoa
học về các quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống
có tổ chức đã góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hố các q
trình sản xuất vào cơng nghiệp.
Trong những năm gần đây, các nước có nền cơng nghiệp phát triển tiến hành
rộng rãi tự động hoá trong sản xuất loạt nhỏ. Điều này phản ánh xu thế chung của nền
kinh tế thế giới chuyển từ sản xuất loạt lớn và hàng khối sang sản xuất loạt nhỏ và
hàng khối thay đổi. Nhờ các thành tựu to lớn của công nghệ thông tin và các ngành
khoa học khác, ngành công nghiệp gia công cơ của thế giới trong những năm cuối của
thế kỷ 20 đã có sự thay đổi sâu sắc. Sự xuất hiện hàng loạt các công nghệ mũi nhọn
như kỹ thuật linh hoạt (Agile engineering), hệ thống điều hành sản xuất qua màn hình
(Visual Manufacturing), kỹ thuật tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) và công nghệ
Nanô đã cho phép thực hiện tự động hố tồn phần khơng chỉ trong sản xuất hàng khối
mà cả trong sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc. Chính sự thay đổi nhanh của sản xuất đã
liên kết chặt chẽ công nghệ thông tin với công nghệ chế tạo máy, làm xuất hiện hàng
loạt các thiết bị và hệ thống tự động hoá hoàn toàn mới như các loại máy điều khiển
số, các trung tâm gia công,các hệ thống điều khiển bằng lôgic PLC, các hệ thống sản
xuất linh hoạt FMS…

1.2.2. Nhu cầu và xu thế phát triển
Tự động hoá là một quá trình cho phép giảm giá thành sản phẩm, giảm sức lao
động của con người, nâng cao năng xuất lao động. Trong mọi thời đại, một sản phẩm
làm ra vấn đề giá thành sản phẩm là một trong những vấn đề rất được quan tâm bởi lẽ
nếu cùng một loại sản phẩm của hai nhà sản xuất đưa ra nếu giá thành sản phẩm nào rẻ
hơn nhưng với chất lượng như nhau thì dĩ nhiên người ta sẽ lựa chọn sản phẩm rẻ hơn.
Chính vì lẽ đó mà con người ln tìm tịi mọi phương pháp để giảm giá thành sản
phẩm và đó là cơ sở cho nghành tự động hố ra đời. Một trong những động lực cho sự
phát triển của tự động hố đó là giảm sức lao động của con người, nâng cao chất lượng
sản phẩm và năng xuất lao động. Người ta từ lâu đã nhận ra rằng lao động của con

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

11


Cánh robot gắp hàng tự động tay

người không thể sánh bằng máy móc kể cả về năng suất và chất lượng đặc biệt là các
loại máy móc tự động.Vì vậy việc ra đời của ngành tự động hố khơng những giảm
bớt lao động của con người mà còn nâng cao được năng suất và chất lượng sản phẩm.
Quá trình tự động hố đã làm cho việc quản lí trở nên rất đơn giản, bởi vì nó
khơng những thay đổi điều kiện làm việc của cơng nhân mà cịn có thể giảm số lượng
cơng nhân đến mức tối đa. Ngồi ra tự động hố cịn cải thiện được điều kiện làm việc
của công nhân, tránh cho công nhân những công việc nhàm chán, lặp đi lặp lại, có thể
thay cho con người lao động ở những nơi có điều kiện làm việc nguy hiểm, độc hại…
Tự động hố có thể áp dụng cho nhiều loại hình sản xuất hàng loạt và đơn chiếc
với một trình độ chun mơn hố cao cũng chính vì thế mà năng suất cũng như chất

lượng sản phẩm rất cao. Ngày nay để đánh giá mức độ của một nền sản xuất, người ta
đánh giá vào mức độ tự động hố của nền sản xuất đó.
Với tầm quan trọng như thế, ngành tự động hoá rất được các quốc gia trên thế
giới quan tâm bởi đó khơng những là bộ mặt của nền sản xuất mà trong thời buổi kinh
tế thị trường việc cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường là rất khó khăn, nó địi hỏi
khơng những về chất lượng sản phẩm mà cịn cả về giá thành.
Trong thời gian gần đây, tự động hoá được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực của đời sống từ kinh tế đến chính trị - xã hội, như: Trong cơng nghiệp, y tế, ngân
hàng, thư viện…

Hình 1.10 Robot đang làm việc trong nhà máy

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

12


Cánh robot gắp hàng tự động tay

1.2.3. Nhu cầu tự động hóa trong gắp phơi tự động
Hiện nay cơng việc gắp phôi tự động là một công việc lặp đi lặp lại nên không
thể tránh được sự nhàm chán trong công việc của người công nhân. Công việc gắp
phôi tự động theo kích thước là một cơng việc mất khá nhiều thời gian và dễ gây sự
nhầm lẫn. Ngày nay để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định
chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các thiết bị sản xuất trong công nghiệp với
hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất.
Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống sản xuất tự động, con người đã
cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ sức lao động, tránh được sự nhàm

chán trong công việc, tạo cho họ được tiếp cận với sự tiến bộ của các lĩnh vực khoa
học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn, an tồn hơn
tron cơng việc.
Trong nền kinh tế thị trường và hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế
giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trong nhiều lĩnh vực như chất lượng
mẫu mã và quá giá thành sản phẩm. Có thể thấy rằng chỉ áp dụng tự động hóa vào q
trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng suất, tạo tiền đề cho việc giảm giá
thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

13


Cánh robot gắp hàng tự động tay

Chương 2:

THIẾT KẾ CƠ KHÍ

2.1. Mơ hình hệ thống

Hình 2.1 Mơ hình hệ thống
1. Ống cấp sản phẩm
11 . Dây xích
2. Giá đỡ ống cấp sản phẩm
12. Đĩa xích lớn
3. Xy lanh CDJ2D16-50-B

13. Tang băng chuyền
4.
5.
6.
7.
8.

Sản phẩm
Bu lông M5
Gối đỡ ổ bi K08
Khung băng chuyền
Khung đế

9. Động cơ
10. Đĩa xích nhỏ

21. Đại ốc M8
22. Gối đỡ ổ bi FL 204
23. Đai ốc M12

14. Tấm băng chuyền
24. Khung tay máy
15. Đai ốc
25. Bu lông M12
16. Gối đỡ ổ bi F204
26. Kệ sản phẩm
17. Xy lanh CDJ2D16- 100-B
18. Bu lơng M8
19. Xy lanh hành trình 15cm
20. Xy lanh hành trình 20cm

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

14


Cánh robot gắp hàng tự động tay

2.1. Tính tốn động học
2.1.1. Tính tốn thiết kế băng tải dẫn động
Hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao nhất trong ứng
dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong sản xuất với mọi khoảng cách .
Vậy băng chuyền, băng chuyền công nghiệp, hệ thống băng chuyền, băng tải là
một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh
nghiệp, nhà máy trong cả nước. Góp phần tạo nên một mơi trường sản xuất năng động,
khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Hình 2.2 Băng tải trong sản xuất
Phân loại:
Băng chuyền: dùng để vận chuyển tải các hạt thành phẩm và bán thành phẩm
trong các phân xưởng, nhà máy sản xuất theo dây chuyền.
Băng gầu: dùng để vận chuyển tải vật thể dạng hạt theo phương thẳng đứng. Bộ
phận bốc hàng là những gầu nhỏ.
Thang chuyền: dùng để chuyển chở hành khách trong các cửa hàng siêu thị,các
tịa nhà thị chính, nơi có lưu lượng hành khách lớn và trong các nhà ga tàu điện ngầm.
Kết luận:
Để phù hợp cho việc thiết kế mô hình ta chọn thiết bị vận tải là băng tải.
Cấu tạo băng tải:

Băng tải là thiết bị vận tải dùng để chuyên chở các vật thành phần hay bán thành
phần trong các phân xưởng, nhà máy sản xuất theo dây chuyền theo phương nằm
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trịnh Vĩnh Phước, Phạm Tấn Quốc Việt

Hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam

15