Thiết kế chế tạo robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO ROBOT 6 BẬC TỰ DO
GẮP VẬT TRÊN BĂNG TẢI CHÓNG LỆCH

Người hướng dẫn:
Người duyệt:
Sinh viên thực hiện:
Số thẻ sinh viên

:

Lớp:

TS. LÊ HOÀI NAM
TS. NGUYỄN DANH NGỌC
TS. VÕ NHƯ THÀNH
NGUYỄN DUY HÙNG
LÊ ĐÌNH NGỌC
101140143
101140191
14CDT1
14CDT2

Đà Nẵng, 6/2019


TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng Lớp: 14CDT1
Lê Đình Ngọc
Lớp: 14CDT2

MSV: 101140143
MSV: 101140191

Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Hoài Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc
Giáo viên duyệt: TS. Võ Như Thành
2. Nhu cầu thực tế của đề tài
Hiện nay, nhu cầu sử dụng robot để thay thế con người làm những công việc nặng nhọc,
cũng như trong những môi trường khắc nghiệt ngày càng cấp thiết. Ngành cơng nghiệp
robot đang ngày càng phát triển theo nhiều hình thức và cách sử dụng khác nhau. Bên
cạnh đó là vấn đề băng tải trong vận chuyển bị lệch, đây cũng là một vấn đề mà nhiều
doanh nghiệp sản xuất đang muốn khắc phục và phát triển. Để xây dựng lên một hệ
thống, dây chuyền sản xuất tự động, không thể thiếu robot và băng tải vận chuyển. Chính
vì thế, nhóm tác giả đã đi sâu nghiên cứu và giải quyết hai vấn đề này.
3.
4.
-

Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu hệ thống, thiết kế Robot 6 bậc
Nghiên cứu mơ hình cơ cấu chống lệch băng tải

Điều khiển, thiết kế phần mềm và phần cứng cho Robot 6 bậc
Xây dựng mơ hình điều khiển robot và cơ cấu chống lệch băng tải
Nội dung đề tài đã thực hiện
Mơ hình: 1
Bản vẽ: 6

- Thuyết minh gồm: 80 trang
5. Kết quả đạt được
Phần lí thuyết:
- Tìm hiểu chung về các loại Robot, biết được ưu điểm và nhược điểm của mỗi loại.
- Nắm được phần động học thuận và nghịch của Robot 6 bậc
- Nắm được phương pháp, thuật tốn điều khiển
- Tìm hiểu về động cơ, driver diều khiển động cơ và thuật toán điều khiển chúng.
Phần thiết kế thực tế:
-

Xây dựng bài tốn động học và động lực học
Tìm hiểu phần mềm điều khiển Robot


-

Thiết lập bản vẽ về hệ thống điện và cơ khí.
Xây dựng bản vẽ cơ cấu chống lệch băng tải

-

Xây dựng demo cơ cấu
Xây dựng bộ khung Robot chắc chắn.
Thiết kế tủ điện và các bộ phận điều khiển điểm làm việc.

-

Có mơ hình kèm theo đĩa CD.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên

Số thẻ SV

1

Nguyễn Duy Hùng

101140143

14CDT1 Cơ Điện Tử

2

Lê Đình Ngọc

101140191

14CDT2 Cơ Điện Tử

TT

Lớp

Ngành

1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế chế tạo robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch
Đề tài thuộc diện: ☒ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- Vùng làm việc của robot 6 bậc
- Các kích thước thông số của robot
- Các điều kiện làm việc và những hạn chế bắt buộc của đề ra đối với băng tải
- Các vật liệu: nhôm nguyên khối, nhựa, nhôm định hình.
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:
TT Họ tên sinh viên
1

Nguyễn Duy Hùng

2

Lê Đình Ngọc

Nội dung
-

Nghiên cứu tổng quan về hệ thống và ứng dụng của
Robot trong công nghiệp.
Nghiên cứu các nguyên nhân và xây dựng các ý
tưởng chống lệch băng tải
Xây dựng hệ thống cơ khí cho đề tài.
Thiết kế hệ thống điện và tủ điện.
Xây dựng bản vẽ cho hệ thống.

b. Phần riêng:
TT Họ tên sinh viên
1

Nguyễn Duy Hùng

Nội dung
- Tìm hiểu cách thức hoạt động của động cơ và driver.
- Giải quyết các bài toán động học, động lực học của
robot
- Tìm hiểu giao diện điều khiển và tiến hành điều khiển

2

Lê Đình Ngọc

- Thiết kế cơ cấu chống lệch băng tải


- Thiết kế in 3D các chi tiết liên quan liên quan đến đề
tài.
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 Duy Hùng

2

Lê Đình Ngọc

Nội dung
“Bản vẽ sơ đồ động”.Kích thước A0

b. Phần riêng:
TT Họ tên sinh viên
1

Nguyễn Duy Hùng

Nội dung
“Bản vẽ sơ đồ mạch điện điều khiển”. Kích thước A0
“Bản vẽ các lưu đồ thuật tốn”. Kích thước A0

2

Lê Đình Ngọc

“Bản vẽ chế tạo robot”. Kích thước A0
“Bản vẽ chế tạo băng tải”. Kích thước A0

5. Họ tên người hướng dẫn:

Phần/ Nội dung:

TS. Lê Hoài Nam

Hướng dẫn từ lý thuyết đến hoàn thành

TS. Nguyễn Danh Ngọc

đề tài.

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
7. Ngày hoàn thành đồ án:
Trưởng Bộ môn

19/1/2019
19/5/2019
Đà Nẵng, ngày 19 tháng 5 năm 2019
Người hướng dẫn

LỜI NĨI ĐẦU

Trong sự nghiệp cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, tự động hóa ngày càng
đóng một vai trò quan trọng. Với tốc độ phát triển như hiện nay chúng ta không chỉ cần
một lượng lao động khổng lồ mà cịn địi hỏi có trình độ, chất lượng tay nghề, kỹ thuật
lao động và thiết bị sản xuất. Mức độ phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng cao thì
vấn đề tự động hố ngày càng được chú trọng.
Trong những năm gần đây, robot đóng vai trị rất quan trọng trong hoạt động kinh
tế, mơi trường và xã hội. Nó là một cột mốc quan trọng đánh dấu sự phát triển vượt bậc
của toàn nhân loại. Nó giúp cho con người lao động ao tồn hơn, nâng cao hiệu quả sản
xuất nhằm đẩy mạnh phát triển nền kinh tế và một phần nó cịn làm giảm rác thải và ô
nhiễm trong các nhà máy công nghiệp.
Bên cạnh đó là vấn đề vận chuyển trong dây chuyển sản xuất, đó chính là băng tải.
Điều đặt ra cần giải quyết ở đây là vấn đề sai lệch băng tải trong q trình hoạt động.
Đã có rất nhiều phương án được nêu ra và sử dụng. Từ những phương án sử dụng cơ
cấu cơ khí, đến những phương án kết hợp điều khiển tự động đều đem đến mục tiêu duy
nhất là khắc phục vấn đề lệch băng tải
Kết hợp xu thế phát triển của thời đại cũng những kiến thức quý báu được thầy cô
truyền đạt qua 5 năm học tại trường. Nhóm tác giả quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế
và chế tạo robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch.” nhằm đáp ứng nhu cầu
trong các dây chuyển sản suất trong các nhà máy công nghiệp sao cho hệ thống là tối ưu
nhất.
Trong thời gian làm đồ án, được sự chỉ bảo tận tình của thầy TS. Nguyễn Danh
Ngọc cùng sự hỗ trợ từ công ty Sunfiled Việt Nam, Maruyashu Kikai, cơng ty SMC, và
phía sau là sự giúp đỡ to lớn từ gia đình, bạn bè. Nhóm tác giả đã thực sự cố gắng hoàn
thành đề tài một cách tốt nhất. Tuy nhiên, với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm, kĩ
năng còn thiếu, mặc dù cố gắng nhiều bên cạnh đó vẫn cịn nhiều thiếu sót cần bổ sung,
hồn thiện hơn. Mong thầy cơ thơng cảm và góp ý để đề tài của nhóm hồn thiện hơn,
có thể phát triển và được ứng dụng trong thời gian sắp tới.
Một lần nữa nhóm xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, giúp

đỡ trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Đặc biệt, nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Cơ khí
– Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng, đặc biệt là các Thầy đã trực tiếp hướng
dẫn nhóm trong đề tài tốt nghiệp này.


CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đồ án tuân thủ tốt các quy định về liêm chính học thuật:
Khơng bịa đặt, đưa ra thông tin sai lệch so với nguồn trích dẫn.
Khơng ngụy tạo số liệu trong q trình khảo sát, thí nghiệm, thực hành, thực tập
hoặc hoạt động học thuật khác.
Khơng sử dụng các hình thức gian dối trong việc trình bày, thể hiện các hoạt động
học thuật hoặc kết quả từ q trình học thuật của mình.
Khơng đạo văn, sử dụng từ ngữ, cách diễn đạt của người khác như thể là của mình,
trình bày, sao chép, dịch đoạn, hoặc nêu ý tưởng của người khác mà không trích dẫn.
Khơng tự đạo văn, sử dụng lại thơng tin nghiên cứu của mình mà khơng có trình dẫn
hoặc phân mảnh thơng tin về kết quả nghiên cứu của mình để công bố trên nhiều ấn
phẩm.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Duy Hùng

Lê Đình Ngọc


MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................. 1
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................... 3
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 5

CAM ĐOAN.................................................................................................................... 6
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 7
DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ .................................................................. 10
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .............................................................................. 3
1.1

Vấn đề cánh tay robot ........................................................................................ 3

1.2 Vấn đề băng tải...................................................................................................... 4
1.3 Mục tiêu đồ án ....................................................................................................... 4
CHƯƠNG II: VẤN ĐỀ LỆCH BĂNG TẢI VÀ PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ....................... 5
2.1 Nguyên nhân lệch băng tải .................................................................................... 5
2.2 Một số phương án giải quyết vấn đề băng tải lệch. .............................................. 9
2.3 Đề tài nghiên cứu ................................................................................................ 10
2.4 Phương án thứ nhất ............................................................................................. 14
2.1.1 Ý tưởng .......................................................................................................... 14
2.1.2 Demo cơ cấu và kết luận................................................................................ 15
2.5 Phương án thứ hai ............................................................................................... 16
2.2.1 Cấu tạo ........................................................................................................... 16
2.2.2 Nguyên lý hoạt động ...................................................................................... 18
CHƯƠNG III: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT .......... 20
3.1

u cầu cơng nghệ. .......................................................................................... 20

3.1.1 Sức nâng tay máy ........................................................................................... 20
3.1.2 Số bậc tự do của phần công tác ( DOP: Degrees Of Freedom) ..................... 20
3.1.3 Độ chính xác vị trí ......................................................................................... 21
3.1.4 Tốc độ dịch chuyển ........................................................................................ 21

3.2

Phương án thiết kế về mặt động học ............................................................... 22

3.3 Tính tốn động lực học, sức bền kết cấu .............................................................. 22
3.3.1 Mơ hình dẫn động và tỷ số truyền ................................................................. 22


3.3.2 Chọn tay kẹp .................................................................................................. 23
3.3.3 Nguyên tắc chung tính chọn hệ dẫn động...................................................... 23
3.3.4 Phân tích lực do trọng trường tác dụng lên trục ............................................ 24
3.4 Thiết kế bộ truyền ............................................................................................... 27
3.4.1 Khâu 1 ............................................................................................................ 27
3.4.2 Khâu 2 ............................................................................................................ 28
3.4.3 Khâu 3 ............................................................................................................ 28
3.4.4 Khâu 4 ............................................................................................................ 28
3.4.5 Khâu 5 ............................................................................................................ 29
3.5 Chế tạo mơ hình robot ......................................................................................... 29
3.5.1 Đế và khâu 1 ................................................................................................. 29
3.5.2 Khâu 2 ........................................................................................................... 30
3.5.3 Khâu 4 ........................................................................................................... 32
3.5.4 Chế tạo các trục ............................................................................................. 35
3.5.5 Mơ hình hồn chỉnh ...................................................................................... 37
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THUẬT TOÁN, MẠCH ĐIỀU KHIỂN ROBOT ............. 38
4.1 Sơ đồ khối ngun lý điều khiển.......................................................................... 38
4.2 Tính tốn động học............................................................................................... 39
4.2.1 Bài toán động học thuận ................................................................................ 39
4.2.2 Bài toán động học ngược ............................................................................... 42
4.3 Driver điều khiển động cơ DM542T .................................................................... 46
4.3.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 46

4.3.2 Thông số kỹ thuật .......................................................................................... 46
4.3.3 Kối nối các khối ............................................................................................. 47
4.3.4 Cấu hình cơng tắc DIP ................................................................................... 48
4.3.5 Biểu đồ trình tự các tính hiệu điều khiển .......................................................50
4.4 Driver điều khiển động cơ DM320 ......................................................................51
4.4.1 Giới thiệu .......................................................................................................51
4.4.2 Thông số kỹ thuật điện ..................................................................................51
4.4.3 Cấu hình cơng tắc DIP ...................................................................................51
4.4.4 Biểu đồ các tín hiệu điều khiển.....................................................................53
4.5 Mạch điều khiển ..................................................................................................53
4.6 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển ...........................................................................55


4.7 Thiết kế hệ thống tủ điện....................................................................................58
4.7.1 Cách bố trí tủ điện..........................................................................................58
4.7.2 Contactor (MS) .............................................................................................58
4.7.3 Kết nối các khối thực tế ................................................................................58
4.8 Thuật toán điều khiển .........................................................................................61
4.9 Giao điện điều khiển ..........................................................................................62
4.9.1 Giao tiếp .........................................................................................................62
4.9.2 Tốc độ, tăng tốc, giảm tốc .............................................................................62
4.9.3 Di chuyển từng bước .....................................................................................63
4.9.4 Chương trình điều khiển ................................................................................63
4.9.5 TÍNH TỐN ..................................................................................................68
4.9.6 IO TAB ..........................................................................................................69
CHƯƠNG V: ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN ................................................................70
5.1 Kết quả ................................................................................................................70
5.2 Đánh giá ..............................................................................................................71
5.3 Kết luận ...............................................................................................................71
5.4 Hướng phát triển đề tài........................................................................................72

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................73
PHỤ LỤC ......................................................................................................................74


DANH SÁCH CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

Bảng 3.1 Khối lượng sơ bộ các chi tiết tính bằng phần mềm solidworks…………..24
Bảng 4.1 Bảng thông số DH………………………………………………………...40
Bảng 4.2 Bảng thông số kỹ thuật điện………………………………………………46
Bảng 4.3 Bảng các chân kết nối khối P1……………………………………………47
Bảng 4.4. Bảng các chân kết nối khối P2…………………………………………...48
Bảng 4.5 Bảng cấu hình độ phần giải Microstep…………………………………...49
Bảng 4.6 Bảng bộ chia dịng điện DM542………………………………………….49
Bảng 4.7 Bảng thơng số kỹ thuật điện DM320……………………………………..51
Bảng 4.8 Bảng bộ chia microstep…………………………………………………..52
Bảng 4.9 Bảng bộ chia dịng điện DM320…………………………………………52
Bảng 4.11 Thơng số kỹ thuật của Board Arduino Mega…………………………...54
Bảng 7. 1 Thơng số chính ………………………………………………………….70

Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống ………………………………………………………………..4
Hình 2.1 Sự liên kết giữa tang và băng tải……………………………………………….5
Hình 2.2 Các mối nối băng tải tiêu biểu………………………………………………….6
Hình 2.3 Vật liệu bám dính trên mặt băng và con lăn hồi về………………………….6
Hình 2.5 Trục và tang khơng song song với nhau………………………………………7
Hình 2.5 Cơ cấu dẫn hướng băng tải kết hợp gạt sạch………………………………...8
Hình 2.6 Các con lăn dẫn hướng băng tải……………………………………………….8
Hình 2.7 Hệ thống gạt sach băng tải tự động…………………………………………...9
Hình 2.8 Các cơ cấu dẫn hướng cho băng tải…………………………………………..9
Hình 2.9 Dải dẫn hướng của đai………………………………………………………….10
Hình 2.10 Các nguyên nhân gây lệch băng tải đề ra…………………………………..10

Hình 2.11 Cơ cấu căng đai bằng lị xo…………………………………………………..11
Hình 2.12 Cơ cấu căng đai sử dụng đối trọng………………………………………….11
Hình 2.13 Băng tải đã được gắn rãnh dẫn hướng…………………………………......12
Hình 2.14 Roller đã được xẻ rãnh……………………………………………………......12
Hình 2.15 Một cách xẻ rãnh khác cho roller……………………………………………13
Hình 2.16 Cơ cấu điều chỉnh hành trình ra vào của roller……………………………13
Hình 2.17 Cơ cấu điều chỉnh hành trình lên xuống của roller………………………..13


Hình 2.18 Cơ cấu điều chỉnh hành trình lên xuống của roller………………………..14
Hình 2.19 Cơ cấu từ bài báo có số hiệu US20090166159A1………………………….14
Hình 2.20 Cơ cấu điều chỉnh băng tải Version 1………………………………………..15
Hình 2.21 Roller điều chỉnh………………………………………………………………..16
Hình 2.22 Roller truyền động………………………………………………………………17
Hình 2.23 Cơ cấu điều chỉnh roller………………………………………………………..17
Hình 2.24 Động cơ dẫn và bộ cằng đai……………………………………………………18
Hình 2.25 Mặt dưới mơ hình………………………………………………………………..18
Hình 2.26 Mặt trên mơ hình…………………………………………………………………19
Hình 3.1 Mơ hình cánh tay trên phần mềm solidworks………………………………….22
Hình 3.2 Bảng thơng số tay kẹp khí………………………………………………………..23
Hình 3.3 Sơ đồ lực đặt vào đầu ra trục khớp 2 ở trạng thái giữ……………………….25
Hình 3.4 Thống số động cơ trục 2………………………………………………………….26
Hình 3.5 Bộ truyền đai khâu 1………………………………………………………………27
Hình 3.6 Bộ truyền xích trục 3……………………………………………………………..28
Hình 3.7 Bộ truyền đai khâu 4……………………………………………………………..29
Hình 3.8 Bộ truyền khâu 5………………………………………………………………….29
Hình 3.9 Mặt trên và mặt dưới khâu 1 và đế…………………………………………….30
Hình 3.10 Mặt bên đỡ trục và động cơ……………………………………………………31
Hình 3.11 Độ dài khâu 2……………………………………………………………………31
Hình 3.12 Bộ phận kết nối động cơ 5……………………………………………………..32

Hình 3.13 Gia đỡ động cơ 4 và kết nối hộ bộ truyền khâu 5…………………………..32
Hình 3.14 Bánh đai truyền động khâu 4………………………………………………….33
Hình 3.15 Hộp chứa bộ truyền khâu 5……………………………………………………33
Hình 3.16 Khâu kết nối trục 5……………………………………………………………..34
Hình 3.17 Khâu kết nối và bộ phận che hộp bộ truyền…………………………………34
Hình 3.18 Khâu kết nối tay kẹp……………………………………………………………35
Hình 3.19 Trục 1…………………………………………………………………………….35
Hình 3.20 Trục 2…………………………………………………………………………….36
Hình 3.21 Trục 4…………………………………………………………………………….36
Hình 6.14 Trục 5…………………………………………………………………………….37
Hình 6.15 Mơ hình hồn chỉnh…………………………………………………………….37
Hình 4.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển……………………………………………………..38
Hình 4.2 Hệ tọa độ trục lên các khâu……………………………………………………..40
Hình 4.3 Khảo sát vùng làm việc…………………………………………………………..43
Hình 4.4 Phương pháp hình học……………………………………………………………43


Hình 4.5 Các khối kết nối của DM542…………………………………………………….47
Hình 4.6 Kết nối với tín hiệu mở (anode chung) và Kết nối với tín hiệu PNP
(cathode chung )……………………………………………………………………48
Hình 4.7 Các cơng tắc DIP…………………………………………………………………48
Hình 4.8 Biểu đồ trình tự các tín hiệu điều khiển………………………………………..50
Hình 4.9 Các cơng tắc DIP…………………………………………………………………52
Hình 4.10 Biểu đồ trình tự các tín hiệu điều khiển………………………………………53
Hình 4.11 Arduino Mega 2560……………………………………………………………..53
Hình 4.12 Sơ đồ chân board mega 2560 …………………………………………………54
Hình 4.13 Sơ đồ kết nối các khối điều khiển……………………………………………..56
Hình 4.14 Sơ đồ kết nối dây………………………………………………………………..57
Hình 4.15 Contactor………………………………………………………………………..58
Hình 4.16 Kết nối các khối driver điều khiển động cơ…………………………………59

Hình 4.17 Kết nối khối mạch xử lý arduino và relay…………………………………...59
Hình 4.18 Kết nối khối khí nén và khối nguồn AC……………………………………...60
Hình 4.19 Tủ điện hồn chỉnh……………………………………………………………..60
Hình 4.20 Thuật tốn điều khiển arduino………………………………………………..61
Hình 4.21 Giao điện điều khiển giao tiếp bằng máy tính………………………………62
Hình 7. 1 Hồn thiện sản phẩm……………………………………………………………70


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

MỞ ĐẦU

Đề tài nghiên cứu ĐATN xoay quanh vấn đề tìm hiểu tính tốn và thiết kế cánh tay robot
cơng nghiệp kết hợp với cơ cấu chống lệch băng tải khi làm việc. Mục tiêu được đặt ra
là thiết kế và xây dựng thành cơng mơ hình cánh tay máy 6 bậc tự do mà cơ cấu chống
lệch băng tải đạt chuẩn yêu cầu.
Đối tượng được nghiên cứu ở đây là cánh tay máy Elbow với 6 khớp xoay và băng
chuyền sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp. Tập trung vào phần tính tốn động học
và động lực học, cũng như thiết kế đạt chuẩn cánh tay và cơ cấu chống lệch.
Đồ án được xây dựng gồm 2 phần chính:
• Cánh tay máy 6 bậc tự do:
- Giới thiệu
- Phương án thiết kế cơ khí và tính tốn động học, động lực học
- Xây dựng mạch điều khiển, thuật toán điều khiển và giao diện điều khiển
- Tiến hành xay dựng mơ hình và điều khiển mơ hình
• Cơ cấu chống lệch băng tải
- Giới thiệu
- Nguyên nhân và cách khắc phục vấn đề lệch băng tải

- Lên ý tưởng và tiến hành Demo cơ cấu bằng thiết kế cơ khí

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hoài Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

2


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Trong cách mạng công nghệ 4.0 việc ứng dụng tự động hóa, trí tuệ nhân tạo vào sản
xuất, kinh doanh là một xu hướng tất yếu nhằm tạo ra năng suất lao động cao. Trên thế
giới đã có nhiều nhà máy sử dụng tồn bộ hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa,
đưa rơ-bốt vào thay thế sức lao động của con người, tạo ra các sản phẩm tốt, độ chính
xác cao. Khi phân tích đến một dây chuyền sản xuất tự động, chúng ta không thể thiếu
robot và băng chuyền sản phẩm.
Khi nói tới khái niệm “tính linh hoạt” trong sản xuất, chúng ta chắc hẳn sẽ nghĩ tới
các robot. Nhờ có các hệ thống thị giác máy, các bộ điều khiển khả trình và thiết bị tay
cuối mà robot có thể thực hiện được rất nhiều các tác vụ lặp đi lặp lại trong các nhà máy,
các khu cơng nghiệp. Robot có tất cả các ứng dụng từ lắp ráp với số lượng lớn cho tới
các ứng dụng có độ phức tạp cao đều địi hỏi phải ứng dụng tự động hóa linh hoạt. Robot
có khả năng làm việc ở tần suất cao, độ chính xác đảm bảo, cũng như khả năng linh hoạt
ở nhiều môi trường làm việc khác nhau
Song song bên cạnh robot chính là băng tải, băng chuyển, một phần khơng thể thiếu
trong dây chuyền sản xuất tự động. Hệ thống băng tải giúp vận chuyển hàng hóa nhanh
chóng và hiệu quả, giúp tăng năng suất và giảm lượng nhân công cho doanh nghiệp:

Vấn đề đặt ra là giải quyết bài toán kết nối khả năng làm việc của robot và băng tải
lại với nhau.
1.1 Vấn đề cánh tay robot
Đối với các loại cánh tay robot, chúng ta cần phải đi sâu tìm hiểu khả năng làm việc
và mục đích sử dụng, rồi từ đó mới đi xây dựng các nền tảng như số bậc, độ bền, vùng
làm việc,….
Với mỗi loại robot thì có nhu cầu sử dụng khác nhau. Từ việc lắp đặt thiết bị cơ khí,
robot hàn, robot vận chuyển, cũng như robot phục vụ trong các ngành y tế.
Bậc tự do là số khả năng chuyển động của một cơ cấu (chuyển động quay hoặc tịnh
tiến). Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơ cấu chấp hành của robot
phải đạt được một số bậc tự do. Đối với các cơ cấu có các khâu được nối với nhau bằng
khớp quay hoặc tịnh tiến (khớp động loại 5) thì số bậc tự do bằng với số khâu động. Đối
với cơ cấu hở, số bậc tự do bằng tổng số bậc tự do của các khớp động.
Vùng làm việc chỉ là một mặt phẳng, nên muốn tăng vùng làm việc robot, ta thiết kế
một bậc tự do xoay quanh trục với trục vng góc với mặt phẳng nằm ngang để biến
vùng làm việc từ một mặt phẳng thành một phần của hình cầu.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

3


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

1.2 Vấn đề băng tải
Băng tải là một loại vật liệu cơ khí dùng để vận chuyển hàng hóa nên u cầu phải

có tính linh hoạt và dễ sử dụng.
Hiện nay phổ biến gồm hai loại băng tải: băng tải cao su và băng tải pvc, trong đó
băng tải cao su là loại băng tải phổ biến. Băng tải cao su có thể mang vật liêu jnặng hơn
so với băng tải pvc do đó tốc độ sẽ chậm hơn
Khi băng tải di chuyển, do nhiều nguyên nhân mà băng tải sẽ có xu hướng bị lệch
về một phía bất kì, đây là điều khơng thể tránh khỏi. Nó là vấn đề nghiêm trọng của
băng tải trong suốt quá trình hoạt động của chúng, có thể là nguyên nhân gây ra hỏng
mép băng tải, các cấu kiện và kết cấu của hệ thống băng tải, vật liệu, hoặc đồ dùng có
thể rơi xuống đất gây tổn thất, hỏng hóc. Lệch băng tải là một trong những nguyên nhân
làm giảm tuổi thọ của toàn bộ hệ thống băng chuyền, giảm độ tin cậy của hệ thống, tăng
thời gian vệ sinh giảm thời gian làm việc.
Vấn đề đặt ra đối với băng tải luôn là xử lý được vấn đề lệch băng trong quá trình
vận chuyển, mà vẫn giữ được độ bền cũng như nhiều điều kiện khác của băng tải khi
hoạt động
1.3 Mục tiêu đồ án
Với những nhu cầu trong ngành công nghiệp hiện nay, kết hợp với yêu cầu được đặt
ra từ phía cơng ty Maruyashu Kikai, nhóm đã đưa đến một đề tài cho đồ án tốt nghiệp
năm nay với mục đích xây dựng thành cơng mơ hình.
Ở quy mơ đồ án tốt nghiệp này, nhóm đã lên ý tưởng thiết kế và xây dựng một hệ
thống tự động gôm cánh tay robot và băng tải đã được chống lệch. Việc sử dụng robot
để gắp các vật trên băng tải cũng giống như thay thế con người trong các dây chuyền
sản xuất, đóng gói sản phầm,….
Cấu trúc đồ án gồm hai phần chính:
- Xây dựng cơ cấu chống lệch băng tải phù hợp với yêu cầu công ty đề ra
- Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do

Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

4


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

CHƯƠNG II: VẤN ĐỀ LỆCH BĂNG TẢI VÀ PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ

2.1 Nguyên nhân lệch băng tải
Vấn đề lệch băng tải có rất nhiều nguyên nhân, có thể do khách quan và cũng có thể
do chủ quan, dưới đây là một số nguyên nhân tiêu biểu trực tiếp tác động đến vấn đề
làm lệch băng tải
o Mất cân bằng kết cấu hoặc tang của băng tải.

Hình 2.1 Sự liên kết giữa tang và băng tải
Mất cân bằng không chỉ là nguồn gây rung động thường gặp nhất trong các máy có
chuyển động quay mà còn gây ra nhiều hư hại cho máy. Nó được xem như là KHUYẾT
TẬT cần khắc phục trước tất cả các vấn đề khác. Mất cân bằng ở các máy quay ngày
càng trở thành một yếu tố quan trọng trong việc phát triển các thiết bị hiện đại đặc biệt
đối với các thiết bị đòi hỏi tốc độ /hoặc độ tin cậy cao. Sự mất cân bằng máy nói chung
là một hiện tượng có hại do đó cần phải xác định và khi cần thiết phải giảm thiểu hoặc
trừ khử hoàn toàn.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

5


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

o Chất lượng mối nối băng tải kém, điều chỉnh độ căng đai.

Hình 2.2 Các mối nối băng tải tiêu biểu
Do mơmen quay được truyền bằng ma sát trong cơ cấu có đai phẳng, lực căng của
băng tải, góc tiếp xúc giữa rịng rọc và đai có hệ số ma sát là các thông số thiết kế quan
trọng. Cụ thể, độ căng của đai là một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến lực ma sát và đai
được điều chỉnh không phù hợp thường xuyên gây ra các vấn đề, chẳng hạn như uốn
khúc. Do đó, cơ chế điều chỉnh độ căng của băng tải là một hệ thống rất quan trọng.
o Vật liệu bám dính trên bề mặt băng và con lăn hồi về

Hình 2.3 Vật liệu bám dính trên mặt băng và con lăn hồi về
Vật liệu bám dính thường là những hạt nhỏ và có thành phần độ ẩm cao hơn vật liệu
vốn được vận chuyển trên băng tải.Bảng tải rung khi chạy trên cấc con lăn, gây ra hiệu
ứng lắng dẫn đến các hạt mịn nhất rơi xuống dưới cùng dính chặt vào mặt băng. Khi rời
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

6


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

khỏi mặt băng, hỗn hợp dính này bám vào các mặt phẳng khác, bao gồm hệ thống gạt
sạch băng tải và thành đứng của máng xả vật liệu. Khi khô lại, những mảng bám này kết
cứng, giảm hiệu quả làm sạch, gây hư hại mặt băng và có thể dẫn đén tắc máng liệu.
o Trục, tang của băng tải không song song với nhau

Hình 2.5 Trục và tang khơng song song với nhau
o Chất lượng dây đai kém với các sợi dệt / vải không đối xứng với đường trung
tâm. Băng tải cao su dãn khơng đều
o Con lăn băng tải có đường kính khác nhau
o Trình điều khiển chuyển tiếp khơng được cài đặt hoặc điều chỉnh không đồng đều
o Mặt pully bị mịn, pully bị mịn khơng đều
o Khung idler (pully đệm) bị hư hỏng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

7


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

o Băng chạy lệch có thể là do các kết cấu dẫn hướng của băng tải, băng chuyền bị
thiếu

Hình 2.5 Cơ cấu dẫn hướng băng tải kết hợp gạt sạch
o

Do hệ thống các con lăn dẫn hướng bị sai lệch

Hình 2.6 Các con lăn dẫn hướng băng tải
Con lăn dẫn hướng không loại trừ được nguyên nhân thực tế gây lệch, băng tải cao
su có thể nhẩy lên trên con lăn dẫn hướng hoặc xoắn lại
o Vị trí tải khơng đồng đều trên vành đai

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hoài Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

8


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

o Do cửa đổ, hay các máng dẫn hướng liệu bị lệch
2.2 Một số phương án giải quyết vấn đề băng tải lệch.
o Kiểm tra kết cấu của băng tải thường xuyên
o Vệ sinh băng tải

Hình 2.7 Hệ thống gạt sach băng tải tự động
o Kiểm tra kĩ thuật phần cơ khí của băng tải, độ song song giữa hai tang băng tải,
hoặc roller
o Kiểm tra băng tải, mối nối của băng tải trước khi lắp vào hệ thống sử dụng
o Điều cần thiết là phải kiểm tra thường xuyên để đảm bảo khung băng tải được
đặt vng góc và mọi thứ được xếp chính xác.

o Tiến hành lắp đặt các cơ cấu dẫn hướng cho băng tải.

Hình 2.8 Các cơ cấu dẫn hướng cho băng tải

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

9


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

o Lắp dải dẫn hướng cho đai

Hình 2.9 Dải dẫn hướng của đai
2.3 Đề tài nghiên cứu
• Tiến hành đi sâu nghiên cứu nguyên nhân gây lệch băng tải
•

Tập trung nghiên cứu ngun nhân lệch hiện có

Hình 2.10 Các ngun nhân gây lệch băng tải đề ra
✓ Xây dựng ý tưởng các phương án
✓ Chọn lọc phương án, tiến hành xây dựng test thử
Để giải quyết vấn đề băng tải lệch, chúng ta phải hiểu rõ bản chất của vấn đề lệch
băng tải là như thế nào. Dựa vào các nguyên nhân đã tổng hợp ta có thể tóm tắt các vị
trí tác động để giải quyết vấn đề lệch băng tải như sau:

a, Tác động vào đai (belt)
• Phương pháp căng đai :
Có rất nhiều phương án căng đai có thể sử dụng như sau:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

10


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

o Phương án căng đai bằng lị xo :

Hình 2.11 Cơ cấu căng đai bằng lò xo
Phương án căng đai bằng lò xo là phương án căng đai tự động khá là tối ưu cho các
cơ cấu dây đai, băng tải cần căng đai thường xuyên.Thiết kế khá là nhỏ gọn, dễ áp dụng
và lắp đặt.
o Phương án căng đai bằng cách sử dụng đối trọng

Hình 2.12 Cơ cấu căng đai sử dụng đối trọng
Đối trọng được sử dụng ở đây như 1 cơ cấu lị xo có độ đàn hồi cao, khả năng thay
đổi biến thiên phù hợp với cơ cấu đai.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hoài Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

11


Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

• Phương án tạo dẫn hướng cho đai bằng cách xẻ rãnh và gắn gờ lên đai

Hình 2.13 Băng tải đã được gắn rãnh dẫn hướng
b, Phương án tác động vào con lăn (roller)
• Phương án tạo rãnh cho roller: Phương án này phải kết hợp với tạo gờ cho băng
tải.

Hình 2.14 Roller đã được xẻ rãnh
Để ngăn chặn sự uốn khúc của vành đai, có những trường hợp các bộ phận bổ sung
được gắn vào mặt sau của băng tải cùng với tất cả chiều dài của nó, một ở giữa hoặc một
cho mỗi cạnh bên (= hoàn toàn là hai phần). Các bộ phận bổ sung có hình dạng như vành
đai V. Dây đeo chéo phía sau này chạy cùng với mương của con lăn và ngăn ngừa uốn
khúc. Các con lăn được tạo rãnh để có rãnh phù hợp với các thanh ngang phía sau và có
thể ngăn chặn được sự uốn khúc.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hồi Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

12

Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 6 bậc tự do gắp vật trên băng tải chống lệch

Hình 2.15 Một cách xẻ rãnh khác cho roller
• Phương án xây dựng cơ cấu để điều chỉnh hành trình roller

Hình 2.16 Cơ cấu điều chỉnh hành trình ra vào của roller

Hình 2.17 Cơ cấu điều chỉnh hành trình lên xuống của roller

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Hùng
Lê Đình Ngọc

GVHD: TS. Lê Hoài Nam
TS. Nguyễn Danh Ngọc

13