Thiết kế chế tạo mô hình phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG THEO HÌNH DÁNG

Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN VĂN TỈNH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THẾ TRANH

Đà Nẵng, 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIÊT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ
NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thơng tin chung:
1. Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Văn Tỉnh

Số thẻ SV: 101150189

2. Lớp: 15CDT1

3. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình
dáng
4. Người hướng dẫn: Nguyễn Thế Tranh
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:

C
C

R
L
T

1. Về tính cấp thiết, tính mới, khả năng ứng dụng của đề tài: (điểm tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..

U
D

………………………………………………………………………………………..
2. Về kết quả giải quyết các nội dung nhiệm vụ yêu cầu của đồ án: (điểm tối đa là
4đ)

………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
3. Về hình thức, cấu trúc, bố cục của đồ án tốt nghiệp: (điểm tối đa là 2đ)
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..
4. Đề tài có giá trị khoa học/ có bài báo/ giải quyết vấn đề đặt ra của doanh nghiệp
hoặc nhà trường: (điểm tối đa là 1đ)
………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………..
5. Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa:
………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………..


III. Tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: (điểm tối đa 1đ)
………………………………………………………………………………………..
IV. Đánh giá:
1. Điểm đánh giá:……../10 (lấy đến 1 số lẻ thập phân)
2. Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án

☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo

vệ
Đà Nẵng, ngày

tháng

C
C

U
D

R
L
T

năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Thông tin chung:
1. Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Văn Tỉnh

Số thẻ SV: 101150189

2. Lớp: 15CDT1
3. Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống phân loại sane phẩm tự động
theo hình dáng.
4. Người phản biện: ..………………………….………… Học hàm/ học vị:
………….
II. Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp:
TT
Điểm Điểm
Các tiêu chí đánh giá
tối đa đánh giá

C
C

1

R
L
T

Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, giải
quyết đủ nhiệm vụ đồ án được giao

U
D

80

- Tính mới (nội dung chính của ĐATN có những phần
1a

mới so với các ĐATN trước đây).
- Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; có thể ứng dụng
thực tiễn.

15

- Kỹ năng giải quyết vấn đề; hiểu, vận dụng được kiến
thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành trong vấn đề nghiên
1b

cứu.

50

- Chất lượng nội dung ĐATN (thuyết minh, bản vẽ,
chương trình, mơ hình,…).
- Có kỹ năng vận dụng thành thạo các phần mềm ứng
dụng trong vấn đề nghiên cứu;
1c

- Có kỹ năng đọc, hiểu tài liệu bằng tiếng nước ngoài ứng

15

dụng trong vấn đề nghiên cứu;
2

- Có kỹ năng làm việc nhóm;
Kỹ năng viết:

20


2a

- Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc
tích

15

2b

- Thuyết minh đồ án khơng có lỗi chính tả, in ấn, định
dạng

5

3 Tổng điểm đánh giá theo thang 100:
Quy về thang 10 (lấy đến 1 số lẻ)
- Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ………………………………………..
………………………………………………………………………………………...
- Câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời trong buổi bảo vệ: …………………………………
………………………………………………………………………………………...
- Đề nghị: ☐ Được bảo vệ đồ án

☐ Bổ sung để bảo vệ ☐ Không được bảo vệ
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 201…

C
C

Người phản biện

U
D

R

L
T


TĨM TẮT
Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình
dáng.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tỉnh
Số thẻ SV: 101150189

Lớp: 15CDT1

Nội dung tóm tắt :
Đề tài đề cập về q trình thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động kết hợp kỹ
thuật xử lí ảnh để phân loại hình dáng của sản phẩm trên dây chuyền băng tải. Đề tài
gồm 3 phần chính: Thiết kế, mơ phỏng, chế tạo hệ thống dây chuyền băng tải và cánh
tay robot gắp sản phẩm ; Xử lý ảnh phân biệt các hình dáng khác nhau của sản phẩm
gồm trịn, vng và tam giác; Lắp đặt, tính tốn động học và vận hành cánh tay robot 4

C
C

bậc tự do. Hệ thống sau khi hồn thành có thể phân loại hình dáng của sản phẩm trên
băng tải chuyển động và bỏ vào những vị trí tương ứng đã thiết lập .

U
D

R
L

T


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA …………………………………………

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: …..…………….………….…….. Số thẻ sinh viên: ………………...
Lớp:…………… Khoa:....................................... Ngành: ……………….......................
1. Tên đề tài đồ án:
………………………………………………..…………………………………………

C
C

…………………………………………………………………………………………..

R
L
T

2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
……………………………………..……………………………………………..……...

U
D

...…………………………………………………………………………………………
…..………………………………….…..………………………..………………………
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
…...………………………………………………………………………………………
…...………………………………………………………………………………………
…...………………………………………………………………………………………
…...………………………………………………………………………………………
…...………………………………………………………………………………………
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
…...………………………………………………………………………………………
…...………………………………………………………………………………………
…...………………………………………………………………………………………
…...………………………………………………………………………………………


6. Họ tên người hướng dẫn: …………………………………..……………………
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
……../……./201…..
8. Ngày hoàn thành đồ án:

……../……./201…..
Đà Nẵng, ngày

Trưởng Bộ môn ……………………..

Người hướng dẫn

C
C

R
L
T

U
D

tháng

năm 201


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta
đang đổi mới và bước vào thời kì cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, vừa xây dựng cơ sở
vật chất kỹ thuật, vừa phát triển nền kinh tế đất nước. Điều đó địi hỏi phải nghiên cứu
và áp dụng những dây chuyền, máy móc và thiết bị tiên tiến hiện đại, có khả năng tự
động hóa cao để đưa công nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống. Trong đó ngành cơ
điện – tử đóng một vai trị rất quan trọng trong quá trình phát triển của đất nước. Để
đáp ứng nhu cầu to lớn của việc phát triển ngành Cơ điện tử nói chung, địi hỏi phải có
đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ năng lực và trình độ chun mơn
để kịp thời giải quyết mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật cơ khí, điện-điện tử và kỹ
thuật phần mềm. Từ những thực tế trên, là sinh viên của ngành Cơ điện Tử, từ những
kiến thức đã được học, nhóm chúng tơi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế

C
C

tạo hệ thống phân loại sản phẩm”. Việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con
người trong công việc là vấn đề hết sức cần thiết.

R
L
T

Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự giúp đỡ của quý thầy cô và
các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Thế Tranh để nhóm

U
D

có thể hồn thành đề tài này một cách tốt nhất. Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn!
Việc hồn thành đề tài này sẽ khơng tránh được những sai lầm thiếu sót. Nhóm rất
mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cơ để nhóm có thể rút ra được kinh
nghiệm cũng như phát triển thêm đề tài.

Đà nẵng, ngày 13, tháng 12, năm 2019

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Tỉnh

i


CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học này này là cơng trình nghiên

cứu của chúng tôi. Các kết quả nghiên cứu do chủ nhiệm đề tài và những người tham
gia thực hiện.
Chúng tôi xin cam đoan rằng các thơng tin trích dẫn trong đề tài này đều được chỉ rõ
nguồn gốc.
Chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Tỉnh

C
C

R
L
T

U
D

ii


MỤC LỤC

TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................i
CAM ĐOAN .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................6
CHƯƠNG 1:...................................................................................................................9

C
C

TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ............................................................9

R
L
T

1.1.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG. .................................9
1.1.2 Đặt vấn đề ........................................................................................................9
1.1.2

U
D

Tự động hóa ................................................................................................ 9

1.1.3 Vai Trị Của Tự Động Hóa. ...........................................................................10
1.1.3

Dây Chuyền Sản Xuất Tự Động Hóa ........................................................11

1.1.4

Các hình thức tự động hóa ........................................................................12

1.2 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT SẢN PHẨM. ......................................................13
1.2.1. Định nghĩa ....................................................................................................13

1.2.2 Sự đột phá về năng suất của dây chuyền sản xuất đến từ những cuộc cách
mạng công nghiệp ...................................................................................................14
1.3. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM. .........................14
1.3.1 Phân loại sản phẩm theo màu sắc .................................................................15
1.3.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao ............................................................... 16
1.3.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng .............................................................. 17
CHƯƠNG 2:.................................................................................................................20
PHÂN TÍCH XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM .....................20
2.1. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ HỆ THỐNG. ............................................................ 20
iii


2.2. MỤC TIÊU THIẾT KẾ HỆ THỐNG. ............................................................ 20
2.2.1 Mục Tiêu Kinh Tế. ........................................................................................20
2.2.2 Phạm Vi Và Nội Dung Thiết Kế Hệ Thống. ..................................................21
2.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ......................................................22
2.4. CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG................................................................ 23
2.4.1. Hình dáng của sản phẩm ..............................................................................23
2.4.2 Hệ thống băng tải ..........................................................................................23
2.4.3 Hệ thống camera ............................................................................................ 24
2.4.4. Hệ thống máy tính .........................................................................................24
2.4.5 Bộ phận điều khiển ........................................................................................24

C
C

2.4.5. Cơ cấu chấp hành .........................................................................................24
2.5. TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP ...............................................24

R

L
T

2.5.1. Các khái niệm cơ bản ...................................................................................24
2.5.2 Ứng dụng của robot công nghiệp ..................................................................27

U
D

CHƯƠNG 3:.................................................................................................................30
THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA CƠ CẤU ............................................................ 30
3.1 CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .......................................................................30
3.3.1. Robot 3 bậc tự do RRR ................................................................................30
3.1.2

Robot 4 bậc tự do RRRR ...........................................................................31

3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ..............................................................................32
3.3 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ CÁC BỘ PHẬN CỦA ROBOT ......................32
3.3.1

Chọn vật liệu ............................................................................................. 32

3.3.2 Chọn động cơ .................................................................................................32
3.3.2

Thiết kế thân của robot .............................................................................33

3.4 TÍNH CHỌN CÁC BỘ PHẬN KHÁC CỦA HỆ THỐNG ............................ 37
3.4.1

Thiết kế hệ thống băng tải .........................................................................37

3.4.2

Thiết kế khay chứa sản phẩm ....................................................................39

3.4.3. Tính tốn động cơ gạt sản phẩm. .................................................................40
3.5 TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CÁNH TAY ROBOT .............................................41
iv


3.5.1 Tính các ma trận ............................................................................................ 42
3.5.2 Tính động học nghịch của cánh tay robot .....................................................44
CHƯƠNG 4:.................................................................................................................49
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN....................................................................................49
4.1 NGUYÊN LÝ NHẬN DẠNG .............................................................................49
4.1.1 Giới thiệu về matlab ......................................................................................49
4.1.3 Các kiểu ảnh trong matlab ............................................................................49
4.1.4 Các hàm xử lý ảnh cơ bản trong matlab .......................................................52
4.1.5 Tạo giao diện với Guide ................................................................................53
4.1.6. Nguyên lý nhận dạng. .................................................................................57

C
C

4.2. BỘ ĐIỀU KHIỂN ARDUNIO .........................................................................58
4.2.1. Giới thiệu chung về ardunio .........................................................................58

R

L
T

4.2.2. Ardunio uno ..................................................................................................59
4.3 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN .................................................................................63

U
D

4.3.1 Lưu đồ thuật toán vi điều khiển .....................................................................63
4.3.2. Lưu đồ thuật toán hệ thống. ..........................................................................64
CHƯƠNG 5:.................................................................................................................66
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................66
5.1 KẾT LUẬN ..........................................................................................................66
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................67
PHỤ LỤC .....................................................................................................................68

v


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng

DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ
HÌNH 1-1 Dây chuyền sản xuất tự động với hệ thống đóng gói chi tiết máy
in........................................................................................................................12
HÌNH 1-2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc………………………..13
HÌNH 1-3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.................................. 14
HÌNH 1-4 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng...................................16
HÌNH 2-1 Hệ thống băng tải……………………………................................. 21

HÌNH 2-2 Camera logitech................................................................................22
HÌNH 2-3 Robot hàn điểm trong nhà máy sản xuất cơ khí...............................26

C
C

HÌNH 3-1 Sơ đồ động của robot 3 bậc tự do RRR............................................28

R
L
T

HÌNH 3-2 Sơ đồ động của robot 4 bậc tự do RRRR.........................................29
HÌNH 3-3. Động cơ servo MG996................................................................... 31

U
D

HÌNH 3-4 Hình dạng thân robot....................................................................... 32
HÌNH 3-5 Cấu tạo khớp 1……………………………………………………..33
HÌNH 3-6 Cấu tạo khớp 2,3,4…………………………………………………34
HÌNH 3-7 Tay kẹp của robot…………………………………………………..34
HÌNH 3-8 Sơ đồ động băng tải………………………………………..………36
HÌNH 3-9 Sơ đồ băng tải………………………………………………………36
HÌNH 3-10 Động cơ servo MG90S……………………………………………39
HÌNH 4-1 Giao diện matlab…………………………………………………...47
HÌNH 4-2 Ảnh Index……………………………………………….………….48
HÌNH 4-3 Ảnh Grayscale……………………………………….……………..49
HÌNH 4-4 Ảnh nhị phân………………………………………………………49
HÌNH 4-5 Ảnh RGB…………………………………………………………...50

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng
HÌNH 4-6 Cửa sổ guide………………………………………………………..52
HÌNH 4-7 Cửa sổ biên soạn GUI………………………………………………53
HÌNH 4-8 Cửa sổ thuộc tính…………………………………………………...54
HÌNH 4-9 Giao diện guide……………………………………………………..55
HÌNH 4-10 Ardunio Uno……………………………………………………....57
HÌNH 4-11 Board mạch ardunio……………………………………………….59
HÌNH 4-12 Sơ đồ mạch ardunio Uno…………………………………………..61

C
C

R
L
T

U
D

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngành cơng nghiệp robot trên thế giới đã đưa được sản phẩm là robot công nghiệp để
phục vụ sản xuất, thậm chí phục vụ nhu cầu giải trí cũng như chăm sóc con người. Với
ngành cơng nghiệp của Việt Nam thì robot chưa được xuất hiện nhiều trong các dây
truyền sản xuất. Vì sản phẩm này còn quá đặt đối với thị trường Việt Nam.
Nhằm ni a húa sn phm, ỗng nh nghiờn cu chuyờn sâu về robot, tôi chọn đề tài
“Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng kết hợp
cánh tay robot". Để tài này hướng tới có thể thay thế các bộ điều khiến của các cơng ty
nước ngồi và xây dựng thuật điều khiến tổi ưu cho các đổi tượng sản xuất, mà các đối

C
C

tượng này thích hợp với điều kiện sản xuất ở nước ta.

R
L
T

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI

Mục đích của đề tài này là nghiên cứu phương pháp có thể nhận diện được hình dáng cụ
thể của sản phẩm kết hợp với phân loại chúng ra một cách tự động. Bên cạnh đó đề tài

U
D

cũng nghiên cứu cahs điều khiển cánh tay robot bốn bậc tự do. Nhằm làm chủ kĩ thuật
chế tạo robot có thể áp dụng trong các ứng dụng sản xuất công nghiệp.
3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là phương trình động học của cánh tay robot 4 bậc
tự do, phần mềm matlab, code matlab để nhận diện được hình dáng của sản phẩm và code
ardunio để điều khiển cánh tay robot.
4.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn về chế tạo, điều khiển robot và nhận diện hình
dáng.

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1.1.

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG.
1.1.2 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của các nghành khoa học kỹ thuật, trong đó điều khiển
tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý ,
cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin. . . Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận
dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế

C
C

giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Một trong
những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản
xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hồn tồn chưa
được áp dụng trong những khẩu phân loại, đóng bao bì mà vẫn cịn sử dụng nhân cơng,

R
L
T

U
D

chính vì vậy cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả cao. Từ những điều đã được nhìn
thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà chúng em đã học được ở trường
muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính
xác cao. Nên chúng em quyết định thiết kế và thi cơng mơ hình sử dụng băng chuyền để
phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được
sản xuất ra địi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự có ý nghĩa đối
với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với
sự phát triển của thế giới .
1.1.2 Tự động hóa

Tự động hóa là dùng để chỉ một công việc được thực hiện mà không có sự giúp đỡ của
bất kỳ sự can thiệp trực tiếp của con người. Tự động hóa có nghĩa là thực hiện một nhiệm
vụ đặc biệt với sự giúp đỡ của mạch điện truyền động điện. Tự động hóa đã ln ln
chứng tỏ là một ý tưởng có hiệu quả đối với hầu hết các nghành công nghiệp và các cơng
ty, mà đối phó với sản xuất, vốn và hàng hóa tiêu dùng. Bất kỳ loại hình sản xuất sẵn
sàng tạo ra điều kiện thuận lợi bằng cách tự động hóa. Hệ thống tự động hóa là một hệ
SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng
thống có cả điện - điện tử và cơ khí. Ví dụ điều khiển bằng tải phân loại sản phẩm thì có
2 phần đó là phần cơ khí và phần điện. Phần cơ khí gồm có băng tải, cánh tay cịn phần
điện là toàn bộ hệ thống như cấp điện cho động cơ hoạt động , cấp điện cho role đóng mở
các van khí . Như vậy, tự động hóa chính là quá trình thay thế tác động cơ bắp của con
người khi thực hiện các q trình cơng nghệ chính hoặc các chuyển động chính bằng máy
1.1.3 Vai Trị Của Tự Động Hóa.
Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao
động. Trong mọi thời đại , các quá trình sản xuất ln được điều khiển theo các quy luật
kinh tế. Có thể nói giá thành là một trong những yếu tố quan trọng xác định nhu cầu phát
triển tự động hóa. Khơng một sản phẩm nào có thể cạnh tranh được nếu giá thành sản
phẩm cao hơn các sản phẩm cùng loại mà có tính năng tương đương với các hãng khác.
Trong bối cảnh nền kinh tế đang phải đối phó với các hiện tượng như lạm phát, chi phí
cho vật tư, lao độn, quảng cáo và bán hàng ngày càng tăng buộc cơng nghiệp chế tạo phải
tìm kiếm các phương pháp sản xuất tối ưu để giảm giá thành sản phẩm. Mặc khác nhu
cầu nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ làm tăng mức độ phức tạp của quá trình gia công .
Khối lượng các công việc đơn giản cho phép trả lương thấp sẽ giảm nhiều. Chi phí cho

đào tạo nhân công và đội ngũ phục vụ , giá thành thiết bị cũng tăng theo. Đây là động lực

C
C

R
L
T

U
D

mạnh kích thích sự phát triển của tự động hóa. Tự động hóa các q trình sản xuất cho
phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động
sống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về chất lượng gia công và năng suất lao động, gây
khó khăn cho việc điều hành và quản lý sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho
phép loại bỏ các nhược điểm trên. Đồng thời tự động hóa đã thay đổi tính chất lao động,
cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có
tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và lao
động chân tay.
Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện
đại. Với các loại sản phẩm có số lượng lớn như đinh, bóng đèn điện... thì khơng thể sử
dụng các q trình sản xuất thủ công để đáp ứng sản lượng yêu cầu với số lượng nhỏ
nhất. Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép thực hiện chun mơn hóa và hốn đổi
sản xuất. Chỉ có một số ít sản phẩm phức tạp là được chế tạo hoàn toàn bởi một nhà sản
xuất . Thông thường một hãng sẽ sử dụng nhiều nhà thầu để cung cấp các bộ phận riêng
lẻ cho mình, sau đó tiến hành liên kết , lắp ráp thành sản phẩm tổng thể. Các sản phẩm
SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng
phức tạp như ô tô, máy bay... Nếu chế tạo theo phương thức trên sẽ có rất nhiều ưu điểm .
Các nhà thầu sẽ chuyên sâu hơn với các sản phẩm của mình. Việc nghiên cứu, cải tiến chỉ
phải thực hiện trong một vùng chun mơn hẹp, vì thế sẽ có chất lượng cao hơn , tiến độ
nhanh hơn Sản xuất của các nhà thầu có điều kiện chuyển thành sản xuất hàng khối. Do
một nhà thầu tham gia vào quá trình sản xuất một sản phẩm phức tạp nào đó có thể đóng
vai trị như một nhà cung cấp cho nhiều hãng khác nhau, nên khả năng tiêu chuẩn hóa sản
phẩm là rất cao. Điều này cho phép ứng dụng nguyên tắc hoán đổi một trong các điều
kiện cơ bản dẫn tới sự hình thành dạng sản xuất hàng khối khi chế tạo các sản phẩm phức
tạp, số lượng ít. Tuy nhiên , cũng không nên quá đề cao tầm quan trọng của tiêu chuẩn
hố. Khơng có tiêu chuẩn hóa trong sản xuất chỉ có thể gây cản trở cho việc hoán chuyển
ở một mức độ nhất định , làm tăng tiêu tốn thời gian cho các quá trình sản xuất các sản
phẩm phức tạp chứ không thể làm cho các q trình này khơng thể thực hiện được. Có
thể nói tự động hóa giữ một vai trị quan trọng trong việc thực hiện tiêu chuẩn hóa bởi chỉ
có nền sản xuất tự động hóa mới cho phép chế tạo các sản phẩm có kích cỡ và đặc tính

C
C

R
L
T

khơng hoặc ít thay đổi với một số lượng lớn một cách hiệu quả.

1.1.3 Dây Chuyền Sản Xuất Tự Động Hóa

a. Khái Niệm.
Dây chuyền sản xuất tự động có những đặc điểm sau :

U
D

+ Là hệ thống thiết bị để sản xuất một hay vài loại sản phẩm nhất định với sản
lượng lớn.
+ Hệ thống thiết bị này tự động thực hiện các nhiệm vụ gia cơng theo quy trình
cơng nghệ đã định , chỉ cần người theo dõi và kiểm tra.
+ Nguyên liệu hay bán thành phần lần lượt dời chỗ theo nhịp sản xuất từ vị trí
gia cơng này đến vị trí gia cơng khác theo một cơ cấu chuyển động nào đó.
Theo lịch sử phát triển tự động hóa thì các dây chuyền tự động đã có trong
thực tế là :
+ Dây chuyền các máy vạn năng cải tiến,
+ Dây chuyền gồm các máy chuyên dùng.
+ Dây chuyền gồm các máy tổ hợp.
+ Dây chuyền gồm các máy chuyên môn hóa.
+ Dây chuyền gồm các máy CNC.
b. Cơ Cấu Vận Chuyển Phối Trên Băng Chuyền.
SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng
Để vận chuyển loại phôi không quay lúc gia công , người ta thường dùng các
cơ cấu sau :

+ Cơ cấu thanh tịnh tiến có chấu đẩy.
+ Cơ cấu thanh tịnh tiến và quay có các chấu kẹp và đẩy.
+ Cơ cấu tay địn có má kẹp nâng kiểu khớp.
+ Cơ cấu đẩy thủy lực.
+ Băng tải, tải xích.
-

1.1.4 Các hình thức tự động hóa
Tự động hóa cứng: Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp
ráp) cố định trên một cấu hình thiết bị. Các ngun cơng trong dây chuyền này thường
đơn giản. Chính sự hợp nhất các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ
thống trở nên phức tập. Những đặc trưng chính của hệ thóng tự động hóa cứng là:
+ Đầu tư ban đầu cao cho những thiết bị thiết kế theo đơn đặt hàng.
+ Năng suất cao.
+ Tương đối khơng linh hoạt trong việc thích nghi với các thay đổi sản phẩm.

-

C
C

R
L
T

Tự động hóa lập trình: Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi
trình tự các ngun cơng để thích ứng với nhuwngc cấu hình sản phẩm khác nhau.

U
D

Chuỗi các hoạt động có thể điều khiển bởi một chương trình, tức là một tập lệnh
được mã hóa dể hệ thống có thể đọc và diễn dịch chứng.
Những chương trình mới có thể được chuẩn bị và nhập vào thết bị đẻ tạo ra sản
phẩm mới. Một vài đặt trưng của tự động hóa lập trình là:
+ Dầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng qt
+ Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng.
+ Sự linh hoạt khi có sự thay đổi trong cấu hình sản phẩm.
+ Thích hợp nhất là cho sản xuất hàng loạt.
Tự động hoá linh hoạt là sự mở rộng của tự động hoá lập trình được . Khái niệm của

-

tự động hố linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa qua . Và
những nguyên lý vẫn còn đang phát triển .
Tự động hoá linh hoạt : Là hệ thống tự động hố có khả năng sản xuất rất nhiều sản
phẩm ( hay bộ phận ) khác nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi
từ sản phẩm này sang sản phẩm khác . Không mất thời gian cho sản xuất cho việc lập
trình lại và thay thế các cài đặt vật lý ( công cụ đồ gá , máy móc ) . Hậu quả là hệ

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng
thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản xuất nhiều loại sản xuất khác nhau thay vì theo
từng loại riêng biệt . Đặc trưng của tự động hố linh hoạt có thể tóm tắt như sau :

+ Đầu tư cao cho thiết bị .
+ Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau
+ Tốc độ sản xuất trung bình
+ Tính linh hoạt khi sản xuất thay đổi thiết kế.
1.2 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT SẢN PHẨM.
1.2.1. Định nghĩa
Dây chuyền sản xuất là một tập hợp các hệ thống máy móc và con người
nhằm tạo ra các hoạt động tuần tự theo quy trình trong một phân xưởng, nhà máynơi các chi tiết máy được chế tạo, các linh kiện được lắp ráp tạo thành một cụm,
sản phẩm hoàn chỉnh hoặc nơi vật liệu ban đầu được đưa qua một loạt các q
trình để sau đó tạo ra một sản phẩm cuối cùng trước khi được chuyển đi tiêu thụ.

C
C

Trong dây chuyền sản xuất thực phẩm, nguyên vật liệu, các nguyên liệu đầu vào là
những nguyên liệu thô, được trải qua các cơng đoạn bóc tách, nghiền, trộn…sau
đó được đóng gói thành phẩm đầu ra. Với dây chuyền sản xuất các sản phẩm phục
vụ công nghiệp, nguyên liệu đầu vào là các vật liệu kim loại, sản phẩm từ các vật

R
L
T

U
D

liệu gỗ, vải, nhựa…

Để vận hành các dây chuyền, nguồn năng lượng chủ yếu được sử dụng hiện nay là
điện, gas, dầu. Các năng lượng này được biến đổi để sinh công theo dạng công cơ

học (quay, đẩy, ép thủy lực nhờ từ trường, nhiệt, áp suất…) và các phản ứng hóa
học
Các quy trình sản xuất trong dây chuyền ban đầu bị hạn chế nhiều mặt. Hoạt động
sản xuất chủ yếu diễn ra nhờ sức lao động của con người với sự hỗ trợ của máy
công nghiệp nặng ở một vài cơng đoạn khó khăn.
Máy chỉ hỗ trợ ở những cơng đoạn địi hỏi cần sử dụng cơng cơ học lớn để tác
động biến đổi hình dáng của vật liệu đầu vào như cắt kim loại, dập, rèn; nâng hạ
các sản phẩm vào vị trí thao tác. Do nguồn năng lượng giới hạn, các nguồn năng
lượng điện, hơi nước được ưu tiên sử dụng cho các hoạt động sản xuất sản phẩm
địi hỏi độ chính xác cao hơn.

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng
1.2.2 Sự đột phá về năng suất của dây chuyền sản xuất đến từ những cuộc cách
mạng công nghiệp
Với 3 cuộc cách mạng công nghiệp đã trải qua, nền sản xuất trên thế giới đã thay
đổi rất nhiều. Hầu hết năng lượng được sử dụng là điện, nước, gas, dầu trên các
máy cơng suất lớn và chính xác. Sự ra đời của mạch điện tử, PLC, internet đã giúp
kết nối hệ thống máy móc với nhau, máy móc với con người.
Bao gồm hệ thống máy gia công chuyên dụng tự động, máy lắp ráp tự động, xe tự
hành AGV, hệ thống băng tải, cánh tay robot cơng nghiệp, hệ thống quản lí sản
xuất. Từ đó năng suất và độ chính xác trong sản xuất được nâng lên nhiều lần.

C

C

R
L
T

U
D

Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất tự động với hệ thống đóng gói chi tiết máy in
Kèm theo đó là sự xuất hiện ít dần của con người trong dây chuyền. Sức lao động
đã được giải phóng. Hầu hết các cơng đoạn địi hỏi sức mạnh, tốc độ, độ chính xác
và hoạt động diễn ra trong môi trường nguy hiểm, độc hại đã được đảm nhiệm bởi
các robot, các máy dán nhãn, đóng gói.
1.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.
Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản
phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phân
loại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong cơng việc. Một hệ thống hồn chỉnh
có thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa
thời gian trì hỗn hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập
SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng
trung cao và có tính tuần hồn, nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác
trong cơng việc. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của

nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời
nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong các
nhà máy xí nghiệp, nhưng chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại sản
phẩm theo màu sắc, theo hình dạng và theo chiều cao.
1.3.1 Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

C
C

R
L
T

U
D

Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.


Cấu tạo:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 2.1) có cấu tạo chính gồm:
-

Một băng chuyền.
Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
Cảm biến nhận biết màu sắc.
Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm.
Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.

Các van đảo chiều.
Các rơ le trung gian.

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng


Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
Nút nhấn.

Ngun lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,
truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Xylanh piston sẽ đẩy sản
phẩm ra băng chuyền. Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản
phẩm có màu sắc khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín
hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều
khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.



Ứng dụng:Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều
trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân
loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ
thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm

việc, nâng cao năng suất lao động.

C
C

R
L
T

U
D

1.3.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao (Hình 1.3).

Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.


Cấu tạo:

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo hình dáng



-

Hai băng chuyền.
Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.

-

Ba cảm biến nhận biết chiều cao.
Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm.

-

Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
Hai van đảo chiều.
Các rơ le trung gian.

-

Bộ phận giá đỡ cơ khí cho tồn bộ hệ thống.
Nút nhấn.

Ngun lý hoạt động:
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất hoạt
động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên băng
chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau.
Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó
PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao
và trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng
chuyền và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai. Sau đó động

cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp

C
C

R
L
T

U
D

chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng.


Ứng dụng:Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều
trong các ngành công nghiệp:
-

Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói.
Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả...

-

Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát.

1.3.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng (Hình 1.4).

SVTH: Nguyễn Văn Tỉnh

GVHD: Nguyễn Thế Tranh

Trang 17