(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế và chế tạo mô hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY
ROBOT

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

TS. NGÔ THANH NGHỊ
PHẠM HỮU CƯỜNG
ĐINH VĂN HỢP

Đà Nẵng, 07/2020


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
1
Phạm Hữu Cường

Số thẻ SV
101150158

Lớp

Ngành
15CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử

2
Đinh Văn Hợp
101150167 15CDT1 Kỹ thuật Cơ điện tử
1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot
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: sinh viên tự chọn
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1

Phạm Hữu Cường

C

C

Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu

R
L
.
T

Đinh Văn Hợp
2

Phạm Hữu Cường
Đinh Văn Hợp

3

Phạm Hữu Cường
Đinh Văn Hợp

b. Phần riêng:
TT
Họ tên sinh viên
1
2

Phạm Hữu Cường
Đinh Văn Hợp

Chương 2. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế

U
D

Chương 3. Các thành phần trong hệ thống

Nội dung
Chương 4: thiết kế hệ thống
Chương 5. Thiết kế bộ điều khiển

5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a. Phần chung:
TT
1

Họ tên sinh viên
Phạm Hữu Cường

Nội dung
Bản vẽ nguyên lý hoạt động (bản vẽ chi tiết cỡ A0)

Đinh Văn Hợp
b. Phần riêng:
TT
1

Họ tên sinh viên
Phạm Hữu Cường

Nội dung

Bản vẽ tổng thể hệ thống (bản vẽ chi tiết cỡ A0)

2
3

Phạm Hữu Cường
Đinh Văn Hợp

Bản vẽ cánh tay robot (bản vẽ chi tiết cỡ A0)
Bản vẽ sơ đồ nối dây (bản vẽ sơ đồ cỡ A0)

4

Đinh Văn Hợp

Bản vẽ lưu đồ thuậ toán (bản vẽ sơ đồ cỡ A0)


6. Họ tên người hướng dẫn:
TS. Ngô Thanh Nghị
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
8. Ngày hoàn thành đồ án:

Phần/ Nội dung:
Toàn bộ
15/03/2020
30/06/2020
Đà Nẵng, ngày 02 tháng 07 năm 2020
Người hướng dẫn

Trưởng Bộ môn

TS. Ngô Thanh Nghị

C
C

U
D

R
L
.
T


LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật tự động là một trong những ngành kỹ thuật cao đang phát triển mạnh mẽ.
Robotics, là một trong những chuyên ngành kỹ thuật điều khiển tự động, đang được ứng
dụng rộng rãi trên thế giới, đã thu hút được nhiều sự chú ý ở nước ta. Để xây dựng nền sản
xuất hiện đại, chúng ta cần nhanh chóng ứng dụng và phát triển tự động hóa, nổi bật là các
sản phẩm Cơ điện tử như Robot. Vì thế đề tài nghiên cứu này xoay quanh vấn đề tìm hiểu
tính tốn và thiết kế hệ thống cánh tay robot dùng để phân loại sản phẩm dựa trên vật liệu
sản phẩm nhằm mục đích nghiên cứu, tiếp cận ngành công nghiệp mới này
Mục tiêu được đặt ra là thiết kế và xây dựng thành cơng mơ hình cánh tay máy 4
bậc tự do hoạt động hiệu quả trong việc phân loại sản phẩm
Đồ án nghiên cứu gồm:
-

Trình bày giới thiệu chung về cánh tay robot

Phương pháp thiết kế cơ khí, điện tử
Tính tốn động học, động lực học
Xây dựng mơ hình cánh tay robot

-

Xây dựng chương trình điều khiển cánh tay robot

C
C

R
L
.
T

U
D

I


LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian làm đề tài, chúng em đã thu nhận thêm được nhiều kiến thức bổ ích
cả trong sách vở lẫn thực tế và đã hoàn thành đề tài đúng thời gian quy định. Chúng em
xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy trong khoa cơ khí đã tận tình chỉ dạy những
kiến thức để chúng em có thể hồn thành xong đề tài. Đặc biệt cảm ơn đến thầy Ngơ Thanh
Nghị đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em có thể
hồn thành đê tài đúng theo thời gian quy định

C
C

R
L
.
T

U
D

II


CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT
Chúng em xin cam đoan đồ án tuân thủ tốt các quy định về liêm chính học thuật:
-

Khơng bịa đặt, đưa ra thơng 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 quá 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 khơng
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 cơng bố trên
nhiều ấn phẩm.

C
C

R
L
.

Sinh viên thực hiện

D

T
U

PHẠM HỮU CƯỜNG
ĐINH VĂN HỢP

III


MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................... ii
CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT.................................................................. iii
MỤC LỤC......................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................. viii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................... ix
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..................................................1
1.1 Giới thiệu chung về tự động hóa .............................................................................1
1.1.1 Các khái niệm cơ bản .......................................................................................1

C
C

1.1.2 Robot công nghiệp ............................................................................................2

R
L
.
T

1.2 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp ...................................................................4
1.2.1 Kết cấu chung ...................................................................................................4

U
D

1.2.1.1 Kết cấu tay máy .........................................................................................4
1.2.1.2 Robot tọa độ góc (cartesian robot) ...........................................................4
1.2.1.3 Robot tọa độ trụ (cylindrical robot) ..........................................................5
1.2.1.4 Robot tọa độ cầu (spherical robot) ...........................................................5

1.2.1.5 Robot Scara ...............................................................................................5
1.2.1.6 Tay máy kiểu tay người .............................................................................5
1.2.2 Phân loại robot ..................................................................................................5
1.2.2.1 Phân loại theo dạng hình học của không gian hoạt động .........................6
1.2.2.2 Phân loại theo thế hệ .................................................................................6
1.2.2.3 Phân loại theo điều khiển ..........................................................................6
1.2.2.4 Phân loại theo nguồn dẫn động ................................................................7
1.2.3 Ứng dụng của robot công nghiệp .....................................................................7
1.2.3.1 Ứng dụng trong công nghiệp .....................................................................7
1.2.3.2 Ứng dụng trong các thao tác cần khuếch đại lực .....................................8
IV


1.2.3.3 Ứng dụng trong lắp ráp .............................................................................9
1.3 Tổng quan về đề tài nghiên cứu ............................................................................10
1.3.1 Giới thiệu về đề tài .........................................................................................10
1.3.2 Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................10
1.3.3 Nguyên lý hoạt động ......................................................................................11
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ..............................12
2.1 Yêu cầu nhiệm vụ ..................................................................................................12
2.2 Chọn phương án thiết kế .......................................................................................12
2.2.1 Chọn cụm phân loại ........................................................................................12
2.2.1.1 Cánh tay robot 3 bậc tự do R-R-R ...........................................................12
2.2.1.2 Cánh tay robot 4 bậc tự do R-R-R-R .......................................................13

C
C

2.2.1.3 Xi lanh – pit tông .....................................................................................13

R
L
.
T

2.2.2 Chọn cơ cấu gắp sản phẩm .............................................................................14
2.2.2.1 Cơ câu hút ...............................................................................................14

U
D

2.2.2.2 Cơ cấu kẹp sử dụng động cơ bước để tạo áp lực ....................................14
2.2.3 Chọn bộ điều khiển .........................................................................................15
2.2.3.1 Bộ điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) ...............................................15
2.2.3.2 Vi điều khiển Arduino và PIC16F877A ...................................................16
CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG ..............................................17
3.1 Cánh tay robot 4 bậc tự do.....................................................................................17
3.1.1 Mica dùng để làm robot ..................................................................................17
3.1.2 Động cơ servo MG995 ...................................................................................18
3.2 Băng tải ..................................................................................................................20
3.3 Arduino Uno R3 ....................................................................................................22
3.3.1 Năng lượng .....................................................................................................22
3.3.2 Các chân năng lượng ......................................................................................23
3.3.3 Bộ nhớ ............................................................................................................23
3.3.4 Các cổng vào/ra ..............................................................................................23
V


3.3.5 Lập trình cho Arduino ....................................................................................24
3.4 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại ..............................................................................25

3.5 Cảm biến hình ảnh .................................................................................................26
3.6 Module LM2596 ....................................................................................................26
3.7 Module relay 5V DC .............................................................................................27
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...............................................................................29
4.1 Động học thuận của cánh tay robot .......................................................................29
4.1.1 Lý thuyết .........................................................................................................29
4.1.1.1 Bộ thông số Denavit-Hartenberg ............................................................30
4.1.1.2 Đặc trưng của các ma trận A ..................................................................32
4.1.1.3 Trình tự thiết lập hệ phương trình động học thuận của robot ................32

C
C

4.1.2 Tính động học thuận cánh tay robot ...............................................................33

R
L
.
T

4.1.3 Kết luận ..........................................................................................................35
4.2 Động học ngược của cánh tay robot ......................................................................35

U
D

4.2.1 Lý thuyết .........................................................................................................35
4.2.1.1 Động học ngược cánh tay robot ..............................................................35
4.2.1.2 Điều kiện bài toán động học ngược ........................................................36
4.2.2 Tính động học ngược cánh tay robot ..............................................................36

4.2.3 Kết luận ..........................................................................................................40
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ......................................................................41
5.1 Tạo giao diện người dùng nhờ công cụ guide của matlab.....................................41
5.2 Các loại ảnh trong matlab ......................................................................................44
5.2.1 Ảnh chỉ số .......................................................................................................44
5.2.2 Ảnh biểu diễn theo độ sáng ............................................................................44
5.2.3 Ảnh nhị phân ..................................................................................................44
5.2.4 Ảnh RGB ........................................................................................................44
5.3 Các hàm xử lý ảnh cơ bản trong matlab ................................................................45
5.3.1 Hàm imread() ..................................................................................................45
VI


5.3.2 Hàm imshow() và imagesc() ..........................................................................45
5.3.3 Hàm imwrite() ................................................................................................45
5.3.4 Hàm rgb2gray() ..............................................................................................45
5.3.5 Hàm imhist() ...................................................................................................45
5.3.6 Hàm imadjust() ...............................................................................................45
5.3.7 Hàm im2bw()..................................................................................................46
5.3.8 Hàm imresize ..................................................................................................46
5.4 Ngun lý nhận dạng hình ảnh trịn,vng và tam giác ........................................46
5.5 Lưu đồ thuật toán ...................................................................................................47
5.5.1 Lưu đồ thuật toán vi điều khiển ......................................................................47
5.5.2 Lưu đồ thuật tốn hệ thống .............................................................................48

C
C

PHỤ LỤC: CÁC CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ....................................................50

R
L
.
T

1. Chương trình điều khiển matlab ..............................................................................50
2. Chương trình điều khiển Arduino ...........................................................................57

U
D

TỔNG KẾT ......................................................................................................................63
1. những kết quả đạt được ...........................................................................................63
2. những hạn chế chưa làm được .................................................................................63
3. hướng phát triển của đề tài ......................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................64

VII


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Robot hàn điểm trong nhà máy cơ khí .......................................................7
Hình 1.2 Robot dùng trong thao tác động lực học của Nhật Bản .............................9
Hình 1.3 Robot lắp ráp Mitsubishi RV – 2AJ ........................................................10
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động ......................................................................11
Hình 2.1 Sơ đồ động robot 3 bậc tự do R-R-R .......................................................12
Hình 2.2 Mơ hình robot 4 bậc tự do R-R-R-R ........................................................13
Hình 3.1 Một số loại tấm mica có trên thị trường ..................................................18
Hình 3.2 Động cơ servo MG995 ............................................................................19
Hình 3.3 Băng tải ....................................................................................................20

Hình 3.4 Động cơ băng tải ......................................................................................21

C
C

Hình 3.5 Sơ đồ băng tải ..........................................................................................21

R
L
.
T

Hình 3.6 Board mạch Ardunio Uno ........................................................................24
Hình 3.7 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại OMKQN – DS30C4 ..............................25

U
D

Hình 3.8 Cảm biến hình ảnh Dahua Z2+ ................................................................26
Hình 3.9 Module LM2596 ......................................................................................26
Hình 3.10 Module relay 5V DC .............................................................................28
Hình 3.11 Sơ đồ kết nối module relay 5V DC........................................................28
Hình 4.1 Các vector định vị trí và định hướng của tay máy ...................................30
Hình 4.2 Chiều dài và góc xoắn của 1 khâu ...........................................................31
Hình 4.3 Các thơng số của khâu θ, a, d và α...........................................................31
Hình 4.4 Mơ hình robot R-R-R-R...........................................................................33
Hình 5.1 Guide qick start ........................................................................................41
Hình 5.2 Cửa sổ biên soạn guide ............................................................................42
Hình 5.3 Cửa sổ Property Inspector .......................................................................43
Hình 5.4 Lưu đồ thuật tốn vi điều khiển ...............................................................47

Hình 5.5 Lưu đồ thuật tốn hệ thống ......................................................................48
Hình 5.6 Các chương trình con ...............................................................................49
VIII


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật động cơ servo MG995 ...............................................19
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Ardino Uno R3 ..........................................................22
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật Ardino Uno R3 ..........................................................25
Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật ....................................................................................26
Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật module LM2596 ........................................................27
Bảng 3. 6 Thông số kỹ thuật Module relay 5V DC ................................................27
Bảng 4.1 Bảng thông số D-H của cánh tay robot ………………………………...34

C
C

R
L
.
T

U
D

IX


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1

Giới thiệu chung về tự động hóa

1.1.1 Các khái niệm cơ bản
Từ thời cổ xưa, con người đã mong muốn tạo ra những vật chất giống như mình để
bắt chúng phục vu cho bản thân. Ví dụ, trong kho thần thoại Hy lap có chuyện người khổng
lồ Promethe đúc ra con người từ đất sét và truyền cho họ sự sống, hoặc chuyện tên nô lệ
Talus khổng lồ được làm bằng đồng và được giao nhiệm vụ bảo vệ hoang đảo Crete.
Đến năm 1921, từ “Robot” xuất hiện lần đầu trong vở kịch “Rosum’s Universal
Robots” của nhà viết kịch viễn tưởng người Séc, Karel Capek. Trong vở kịch này, ông
dùng từ “Robot”, biến thể của từ gốc Slavo “Robota”, để gọi một thiết bị lao công do con
người (nhân vật Rosum) tạo ra.

C
C

Vào những năm 40 nhà văn viễn tưởng Nga, Issac Asimov, mô tả robot là một chiếc
máy tự động, mang diện mạo của con người, được điều khiển bằng một hệ thần kinh khả

R
L
.
T

trình Positron, do chính con người lập trình. Asimov cũng đặt tên cho ngành khoa học
nghiên cứu về robot là Robotics, trong đó có 3 nguyên tắc cơ bản:

U

D

Robot không được xúc phạm và không gây tổn hại cho con người.
Hoạt động của robot phải tuân theo các qui tắc do con người đặt ra. Các quy tắc
này không phạm quy tắc thứ 1.
- Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình nhưng không được vi phạm 2
nguyên tắc trước.
Các nguyên tắc trên sau này trở thành nền tảng cho việc thiết kế robot.
-

Từ sự hư cấu của khoa học viễn tưởng, robot dần dần được giới kỹ thuật hình dung
như những chiếc máy đặc biệt, được con người phỏng tác theo cấu tạo và hoạt động của
chính mình, dùng để thay thế mình trong một số cơng việc xác định. Để hồn thành nhiệm
vu đó, robot cần có khả năng cảm nhận các thông số trạng thái của môi trường và tiến hành
các hoạt động tương tự con người.
Khả năng hoạt động của robot được đảm bảo bởi hệ thống cơ khí, gồm cơ cấu vận
động để đi lại và cơ cấu hành động để có thể làm việc. Việc thiết kế và chế tạo hệ thống
này thuộc lĩnh vực khoa học về cơ cấu truyền động, chấp hành và vật liệu cơ khí.
Chức năng cảm nhận, gồm thu nhận tín hiệu về trạng thái môi trường và trạng thái
bản thân hệ thống, do các cảm biến (sensor) và các thiết bị liên quan thực hiện. Hệ thống
này được gọi là hệ thống thu nhận và xử lý tín hiệu, hay đơn giản là hệ thống cảm biến.
Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

1


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

Muốn phối hợp hoạt động của hai hệ thống trên, đảm bảo cho robot có thể tự điều
chỉnh “hành vi” của mình và hoạt động theo đúng chức năng quy định trong điều kiện môi
trường thay đổi, trong robot phải có hệ thống điều khiển. Xây dựng các hệ thống điều khiển
thuộc phạm vi điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin. Một cách đơn giản,
Robotics được hiểu là một ngành khoa học có nhiệm vụ nghiên cứu về thiết kế, chế tạo các
robot và ứng dụng chúng trong các lĩnh vực hoạt động khác nhau của xã hội loài người,
như nghiên cứu khoa học - kỹ thuật, kinh tế, quốc phòng và dân sinh. Từ hiểu biết sơ bộ
về chức năng và kết cấu của robot, chúng ta hiểu Robotics là một khoa học liên ngành gồm:
cơ khí, điện tử, kỹ thuật điều khiển và công nghệ thông tin. Theo thuật ngữ hiện nay, robot
là sản phẩm của ngành cơ điện tử.
Khía cạnh nhân văn và khía cạnh khoa học - kỹ thuật của việc sản sinh ra robot
thống nhất ở một điểm: thực hiện hoài bão của con người là tạo ra thiết bị thay thế mình
trong những hoạt động khơng thích hợp với mình như:

C
C

-

Các cơng việc lặp đi lặp lại,nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu,

-

lắp ráp, lau cọ nhà,…
Trong môi trường khắc nghiệt hoặc nguy hiểm: như ngồi khoảng khơng vũ trụ,
trên chiến trường, dưới nước sâu, trong lịng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ

-

R

L
.
T

U
D

cao,…
Những việc địi hỏi độ chính xác cao như thơng tắc mạch máu hoặc các ống dẫn
trong cơ thể, lắp ráp các cấu tử trong vi mạch…
Lĩnh vực ứng dụng của robot rất rộng và ngày càng được mở rộng thêm. Ngày
nay, khái niệm về robot đã mở rộng hơn khái niệm nguyên thủy rất nhiều. Sự
phỏng tác về kết cấu, chức năng, dáng vẻ của con người là cần thiết nhưng khơng
cịn ngự trị trong kỹ thuật robot nữa. Kết cấu của nhiều con robot khác xa với
kết cấu các bộ phận của cơ thể người và chúng cũng có thể thực hiệnđược
những việc vượt xa khả năng của con người.

1.1.2 Robot công nghiệp
Mặc dù, như định nghĩa chung về robot đã nêu, khơng có gì giới hạn phạm vi ứng
dụng của robot, nhưng có một thực tế là hầu hết robot hiện đang có đều được dùng trong
cơng nghiệp. Chúng có đặc điểm riêng về kết cấu, chức năng đã thống nhất hóa, thương
mại hóa rộng rãi. Lớp robot này được gọi là robot công nghiệp. Kỹ thuật tự động hóa trong
cơng nghiệp đã đạt tới trình độ rất cao: khơng chỉ tự động hóa các q trình vật lý mà cả
q trình xử lý thơng tin. Vì vậy, tự động hóa trong cơng nghiệp tích hợp cơng nghệ sản
xuất, kỹ thuật điện, điện tử, kỹ thuật điều khiển tự động trong đó có tự động hóa nhờ máy
tính.
Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

2


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

Hiện nay, trong công nghiệp tồn tại 3 dạng tự động hóa :
-

-

Tự động hóa cứng (Fixed Automation): được hình thành dưới dạng các thiết bị
dây chuyền chun mơn hóa theo đối tượng (sản phẩm). Nó được ứng dụng có
hiệu quả trong điều kiện sản xuất hàng khối với sản lượng rất lớn các sản phẩm
cùng loại.
Tự động hóa khả trình (Programmable Automation): được ứng dụng chủ yếu
trong sản xuất loạt nhỏ, loạt vừa, đáp ứng phần lớn nhu cầu sản phẩm công
nghiệp. Hệ thống thiết bị dạng này là các thiết bị vạn năng điều khiển số, cho
phép dễ dàng lập trình lại để có thể thay đổi chủng loại (tức là thay đổi quy trình

-

cơng nghệ sản xuất ) sản phẩm.
Tự động hóa linh hoạt (Flexible Automation): là dạng phát triển của tự động hóa
khả trình. Nó tích hợp cơng nghệ sản xuất với kỹ thuật điều khiển bằng máy tính,
cho phép thay đổi đối tượng sản xuất mà không cần hạn chế (hoặc hạn chế) sự

C
C

can thiệp của con người. Tự động hóa linh hoạt được biểu hiện dưới 2 dạng: tế

bào sản xuất linh hoạt và hệ thống sản xuất linh hoạt.

R
L
.
T

Robot cơng nghiệp có 2 đặc trưng cơ bản:
-

Là thiết bị vạn năng, được tự động hóa theo chương trình và có thể lập trình lại

-

để đáp ứng một cách linh hoạt, khéo léo các nhiệm vụ khác nhau.
Được ứng dụng trong những trường hợp mang tính cơng nghiệp đặc trưng như
vận chuyển và xếp dỡ nguyên vật liệu, lắp ráp, đo lường,…

U
D

Vì thể hiện 2 đặc trưng cơ bản trên của robot công nghiệp, hiện nay định nghĩa sau
đây về robot công nghiệp do viện nghiên cứu robot của Mỹ đề xuất được sử dụng rộng rãi.
Robot công nghiệp là tay máy vạn năng, hoạt động theo chương trình và có thể lập trình
lại để hồn thành và nâng cao hiệu quả hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau trong công
nghiệp, như vận chuyển nguyên vật liệu, chi tiết, dụng cụ hoặc các thiết bị chuyên dùng
khác.
Ngoài các ý trên, định nghĩa theo tiêu chuẩn TOCT 25686-85 của Nga cịn bổ sung
cho robot cơng nghiệp chức năng điều khiển trong q trình sản xuất. Robot cơng nghiệp
là một máy tự động, được đặt cố định hoặc di động được, liên kết giữa một tay máy và một

hệ thống điều khiển theo chương trình, có thêt lặp đi lặp lại để hoàn thành các chức năng
vận động và điều khiển trong q trình sản xuất. Với đặc điểm có thể lập trình lại, robot
cơng nghiệp là thiết bị tự động hóa khả trình và ngày càng trở thành bộ phận không thể
thiếu được của các tế bào hoặc hệ thống sản xuất linh hoạt.

Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

3


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

1.2

Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

1.2.1 Kết cấu chung
Mọi Robot công nghiệp được cấu thành bởi các hệ thống sau:
-

Tay máy (manipulator) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu, khớp. Chúng hình thành
cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản, cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và
bàn tay (end effector) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng.

-

-

Cơ cấu chấp hành tạo chuyển động cho các khâu của tay máy. Nguồn động lực
của các cơ cấu chấp hành là động cơ các loại: điện, thủy lực, khí nén hoặc kết
hợp giữa chúng.
Hệ thống cảm biến gồm các sensor và thiết bị chuyển đổi tín hiệu cần thiết khác.
Các robot cần hệ thống sensor trong để nhận biết trạng thái của bản thân các cơ
cấu của robot và các sensor ngoài để nhận biết trạng thái của môi trường.

1.2.1.1 Kết cấu tay máy

C
C

Tay máy là phần cơ sở, quyết định khả năng làm việc của RBCN. Đó là thiết bị cơ
khí đảm bảo cho robot khả năng chuyển động trong không gian và khả năng làm việc như
nâng hạ vật, lắp ráp,…Ý tưởng ban đầu của việc thiết kế và chế tạo tay máy là phỏng tác

R
L
.
T

cấu tạo và chức năng của tay người. Về sau, đây khơng cịn là điều bắt buộc nữa. Tay máy
hiện nay rất đa dạng và có nhiều loại có dáng vẻ khác rất xa với tay người. Tuy nhiên, trong

U
D

kỹ thuật robot người ta vẫn dùng các thuật ngữ quen thuộc như: vai, cánh tay, cổ tay, bàn
tay và các khớp… để chỉ tay máy và các bộ phận của nó. Trong thiết kế và sử dụng tay
máy, người ta quan tâm đến các thơng số có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của

chúng như:
-

Sức nâng, độ cứng vững, lực kẹp của tay,…
Tầm với hay vùng làm việc: kích thước và hình dạng vùng mà phần cơng tác có
thể với tới.

-

Sự khéo léo, nghĩa là khả năng định vị và định hướng phần công tác trong vùng
làm việc. Thông số này liên quan đến số bậc tự do của phần cơng tác.

Ngồi ra để định vị và định hướng phần công tác một cách tùy ý trong không gian 3 chiều
cần có 6 bậc tự do, trong đó 3 bậc tự do để định vị trí, 3 bậc tự do để định hướng.
1.2.1.2 Robot tọa độ góc (cartesian robot)
Robot tọa độ góc cịn gọi là kiểu chữ nhật, dùng 3 khớp trượt,cho phép phần công
tác thực hiện một cách độc lập các chuyển động thẳng, song song với 3 trục tọa độ. Vùng
làm việc của tay máy có dạng hình hộp chữ nhật. Do sự đơn giản về kết cấu, tay máy kiểu
Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

4


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

này có độ cứng vững cao, độ chính xác được đảm bảo đồng đều trong tồn bộ vùng làm
việc nhưng ít khéo léo. Vì vậy,tay máy kiểu tọa độ góc được dùng để vận chuyển lắp ráp.
1.2.1.3 Robot tọa độ trụ (cylindrical robot)

Khác với tay máy kiểu tọa độ góc ở khớp đầu tiên: dùng khớp quay thay cho khớp
trượt. Vùng làm việc của nó có dạng hình trụ rỗng. Khớp trượt nằm ngang cho phép tay
máy thò được vào khoang rỗng nằm ngang. Độ cứng vững cơ học của tay máy trụ tốt thích
hợp với tải nặng, nhưng độ chính xác định vị góc trong mặt phẳng nằm ngang giảm khi
tầm với tăng.
1.2.1.4 Robot tọa độ cầu (spherical robot)
Kháckiểu trụ do khớp thứ 2 (khớp trượt) được thay bằng khớp quay. Nếu quỹ đạo
chuyển động của phần công tác được mô tả trong tọa độ cầu thì mỗi bậc tự do tương ứng
với khả năng chuyển động và vùng làm việc của nó là khối cầu rỗng. Độ cứng vững của
tay máy này thấp hơn 2 loại trên và độ chính xác định vị phụ thuộc vào tầm với. Tuy nhiên
loại này có thể nhặt được vật dưới nền.

C
C

R
L
.
T

1.2.1.5 Robot Scara

Được đề xuất lần đầu vào năm 1979 tại trường đại học Yamasashi dùng cho cơng
việc lắp ráp. Đó là một kiểu tay máy có cấu tạo đặc biệt gồm 2 khớp quay và 1 khớp trượt,

U
D

nhưng cả 3 khớp đều có trục song song với nhau. Kết cấu này làm tay máy cứng vững hơn
theo phương đứng nhưng kém cứng vững theo phương ngang. Loại này chuyên dùng cho

công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ theo phương đứng.
1.2.1.6 Tay máy kiểu tay người
Có cả 3 khớp đều xoay, trong đó trục quay thứ nhất vng góc với 2 trục kia. Do sự
tương tự với tay người, khớp thứ 2 được gọi là khớp vai, khớp thứ 3 là khớp khuỷu nối
cẳng tay cới khuỷu tay. Với kết cấu này, khơng có sự tương ứng giữa khả năng chuyển
động của các khâu và số bậc tự do. Tay máy làm việc rất khéo léo nhưng độ chính xác định
vị phụ thuộc vị trí của phần công tác trong vùng làm việc. Vùng làm việc của tay máy này
gần giống một khối cầu.
1.2.2 Phân loại robot
Trong công nghiệp người ta sử dụng những đặc điểm khác nhau cơ bản nhất của
robot để giúp cho việc nhận biết được dễ dàng. Yếu tố chính để phân loại robot như sau :
-

Theo dạng hình học của không gian hoạt động.
Theo thế hệ robot.
Theo họ điều khiển.

-

Theo nguồn dẫn động.

Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

5


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

1.2.2.1 Phân loại theo dạng hình học của khơng gian hoạt động
-

Robot tọa độ góc (cartesian robot).
Robot tọa độ trụ (cylindrical robot).
Robot toa độ cầu (spherical robot).

-

Robot khớp bản lề.

1.2.2.2 Phân loại theo thế hệ
Theo q trình phát triển của robot,ta có thể chia ra theo các mức độ sau đây:
-

Robot thế hệ thứ nhất
o Sử dụng tổ hợp các cơ cấu cam với công tắc giới hạn hành trình.
o Điều khiển vịng hở.
o Có thể sử dụng băng từ hoặc băng đục lỗ để đưa chương trình vào bộ điều
khiển,tuy nhiên khơng thể thay đổi chương trình được.
o Sử dụng phổ biến trong cơng việc gắp-đặt (pick and place)

-

C
C

Robot thế hệ thứ 2
o Điều khiển vịng kín các chuyển động của tay máy.
o Có thể tự ra quyết định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phản

hồi từ cảm biến nhờ các chương trình đã được cài đặt từ trước.

R
L
.
T

U
D

o Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các cơng cụ như bàn phím,
-

-

panen điều khiển.
Robot thế hệ thứ 3
o Có những đặc điểm như loại trên và điều khiển hoạt động trên cơ sở xử lý
thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh.
o Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình
dạng và kích thước khá khác biệt nhau.
Robot thế hệ thứ 4
o Có những đặc điểm tương tự như thế hệ thứ hai và thứ ba, có khả năng tự
lựa chọn chương trình hoạt động và lập trình lại cho các hoạt động dựa trên
các tín hiệu thu nhận được từ cảm biến.
o Bộ điều khiển phải có bộ nhớ tương đối lớn để giải các bài tốn tối ưu với
điều kiện biên khơng được xác định trước. Kết quả của bài toán sẽ là một tập
hợp các tín hiệu điều khiển các đáp ứng của robot.

1.2.2.3 Phân loại theo điều khiển

-

Điều khiển hở dùng truyền động bước (động cơ điện hoặc động cơ thủy lực, khí

nén,…) mà qng đường hoặc góc dịch chuyển tỷ lệ với số xung điều khiển.
Kiểu điều khiển này đơn giản nhưng đạt độ chính xác thấp.
Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp
Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị
6


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

-

Điều khiển kín (hay điều khiển servo) sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ
chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm – điểm và
điều khiển theo đường (contour).
o Với kiểu điều khiển điểm - điểm phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến
điểm kia theo đường thẳng với tốc độ cao (không làm việc ). Nó chỉ làm việc
tại các điểm dừng. Kiểu điều khiển này được dùng trên các robot hàn điểm,
vận chuyển, tán đinh, bắn đinh,…
o Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo bất
kỳ, với tốc độ có thể điều khiển được. Có thể gặp kiểu điều khiển này trên
các robot hàn hồ quang,phun sơn.

1.2.2.4 Phân loại theo nguồn dẫn động
-

Robot dùng nguồn cấp điện.

Robot dùng nguồn khí nén.

-

Robot nguồn thủy lực.

C
C

R
L
.
T

1.2.3 Ứng dụng của robot công nghiệp
1.2.3.1 Ứng dụng trong công nghiệp

Robot được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Những ứng dụng
ban đầu bao gồm gắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun sơn. Một trong những công việc kém
năng suất nhất của con người là rèn luyện kim loại ở nhiệt độ cao. Các cơng việc này địi

U
D

hỏi cơng nhân di chuyển phơi có khối lượng lớn với nhiệt độ cao khắp nơi trong xưởng.
Việc tuyển dụng công nhân làm việc trong môi trường nhiệt độ cao như vậy là một vấn đề
khó khăn đối với ngành cơng nghiệp này và robot ban đầu đã được sử dụng để thay thế
công nhân làm việc trong điều kiện môi trường ngặt nghèo như trong lò đúc, xưởng rèn và
xưởng hàn. Đối với robot thì nhiệt độ cao lại khơng đáng sợ.

Hình 1.1 Robot hàn điểm trong nhà máy cơ khí
Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

7


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

Trong các nhà máy sản xuất xe hơi thì hàn điểm là cơng việc sử dụng robot nhiều
nhất: khung xe được cố định vào một xe được điều khiển từ xa đi khắp nhà máy. Khi xe
đến trạm hàn, kẹp sẽ cố định các chi tiết đúng vào vị trí cần hàn, trong khi đó robot di
chuyển dọc theo các điểm hàn được lập trình trước.
Sơn là một công việc nặng nhọc và độc hại đối với sức khỏe của con người, nhưng
lại hoàn toàn khơng nguy hiểm đối với robot. Ngồi ra, con người phải mất hai năm để
nắm kĩ được kĩ thuật và kỹ năng trở thành một thợ sơn lành nghề trong khi robot có thể
học được tất cả kiến thức đó chỉ trong vịng vài giờ và có khả năng lập lại một cách chính
xác các động tác sơn phức tạp. Điều đó thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc kết hợp
giữa năng suất và chất lượng cũng như cải thiện chế độ làm việc cho con người trong môi
trường độc hại. Tất cả các robot phun sơn đều được “dạy” bởi một thợ sơn chuyên nghiệp
giữ đầu phun và dịch chuyển nó đi đúng hướng, đường đi nó ghi lại và khi robot thực hiện
công việc phun sơn thì nó chỉ việc đi theo đường đi đã được định sẵn. Như thế, robot phun

C
C

sơn phải có các khớp sao cho người thợ sơn có thể dễ dàng dẫn hướng cho chúng. Robot
còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa như phục vụ cho máy công cụ, làm khn
trong cơng nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, gắp hàng ra khỏi băng tải và đặt chúng vào

các trạm trung chuyển.

R
L
.
T

1.2.3.2 Ứng dụng trong các thao tác cần khuếch đại lực

U
D

Kỹ thuật robot được ứng dụng đầu tiên trong công nghiệp hạt nhân với sự phát triển
của điều khiển qua màn hình để xử lý vật liệu phóng xạ. Gần đay hơn robot được sử dụng
để hàn từ xa và kiểm tra đường ống trong vùng nhiễm xạ nặng. Tai nạn nhà máy điện hạt
nhân Three Mile Island ở Pennsylvania năm 1979 thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của
robot vào cơng nghiệp hạt nhân. Lị phản ứng số 2 (TMI-2) mất chất làm nguội, làm cho
lò phản ứng chính bị hư hại nặng, đặt một vùng rộng lớn trong tình trạng khơng thể can
thiệp được bởi con người. Do sự phát xạ nặng, các công việc dọn dẹp chỉ có thể được thực
hiện thơng qua điều khiển từ xa qua robot. Một ứng dụng phổ biến nữa là dùng robot để
bốc dỡ hàn hóa, vật liệu, phơi có trọng lượng lớn, cồng kềnh trong các ngành cơng nghiệp
nặng. Robot loại này có thể nâng tải trọng lên đến tối đa một tấn một cách dễ dàng với độ
chính xác vị trí nhỏ hơn 1mm. Hình 1.2 trình bày một robot được gọi là “Hercules of
Today”, thể hiện sự kết hợp của kỹ thuật điều khiển chính xác, thủy lực và kỹ thuật điện
tử.

Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

8


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

C
C

Hình 1.2 Robot dùng trong thao tác động lực học của Nhật Bản

R
L
.
T

1.2.3.3 Ứng dụng trong lắp ráp

Một kỹ thuật sản xuất có mục tiêu lâu dài là nhà máy tự động hoàn toàn, ở đó một

U
D

bản thiết kế được thể hiện tại một trạm thiết kế bằng máy tính, khơng có sự can thiệp của
con người vào quá trình sản xuất. Hãy thử hình dung một mơi trường sản xuất tự động
hồn tồn từ ý tưởng sản phẩm, gồm các chỉ tiêu kỹ thuật cấp cao, người ta thiết kế ra sản
phẩm sau đó đặt vật liệu, lập ra chương trình gia cơng, lập ra chiến lược đường đi của chi
tiết trong nhà máy, điều khiển cung cấp chi tiết vào máy gia công, lắp ráp và kiểm tra tự
động thông qua các máy gia công CNC và các robot tĩnh và robot di động.
Những thành tựu của một môi trường sản xuất như thế đã và đang được đầu tư
nghiên cứu và phát triển trong nhiều năm qua. Hiện nay các nhà máy lớn hiện đại đều áp

dụng mơ hình tự động hố hoàn toàn, đặc biệt là phần thiết kế ở cấp cao và phần xử lý chi
tiết ở cấp thấp. Một trong những trở ngại chính là liên kết các tầng với nhau. Một khó khăn
khác là nhu cầu phương pháp xuất ra các đặc tả thủ tục từ mơ hình máy tính của sản phẩm.
Ví dụ, việc lập ra một cách tự động trình tự lắp ráp các chi tiết với nhau trong khâu lắp ráp.
Robot được sử dụng để tự động hố q trình lắp ráp trong những nhà máy như thế.
Khâu này tập trung nhiều lao động và khó hơn nhiều so với dự tính. Ví dụ, cầm một cái
mỏ hàn tay đơn giản và tháo nó ra từng phần. Có bao nhiêu chi tiết? Có bao nhiêu cách lắp
ráp nó? Bạn có thể lắp ráp nó bằng một tay hay khơng? Bạn có thể nhắm mắt lắp được
nó hay khơng? Bây giờ bạn đang gặp phải sự giới hạn của robot. Sự phát triển của cảm
biến và sự ứng dụng nó vào robot là yếu tố quan trọng cơ bản để ứng dụng robot trong lắp
Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp
Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị
9


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

ráp. Lấy ví dụ, đầu mỏ hàn là một vật thể nhỏ, nên để lắp ráp nó chúng ta cần tập trung
mọi chi tiết lại, tìm vị trí và hướng lắp ráp cho từng chi tiết, lấy chi tiết đầu tiên và đặt nó
vào cơ cấu kẹp chặt, lấy một chi tiết nữa theo đúng thứ tự và lắp vào chi tiết đầu tiên.
Việc lắp ráp còn liên quan đến nhiều xử lý khác nhau: đưa một chi tiết vào một chi
tiết kia, đặt một chi tiết trên một chi tiết khác, siết chặt đai ốc, siết vít, hay phun keo, v.v...
Tuy nhiên, tuỳ trường hợp cụ thể để quyết định có sử dụng robot trong công đoạn lắp ráp
hay không. Trong thực tế , khi sản phẩm được thiết kế khéo léo thì người cơng nhân có thể
lắp ráp sản phẩm trong một thời gian rất ngắn.

C
C

R

L
.
T

U
D

Hình 1.3 Robot lắp ráp Mitsubishi RV – 2AJ
1.3

Tổng quan về đề tài nghiên cứu

1.3.1 Giới thiệu về đề tài
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, công 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
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.
Vì vậy đồ án tốt nghiệp này chúng em sẽ nghiên cứu chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm
dựa trên biên dạng sản phẩm (trịn, vng tam giác).
1.3.2 Tính cấp thiết của đề tài
Đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hồn tồn chưa được
áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn cịn sử dụng nhân cơng, chính vì
Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

10

Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

vậy cho ra năng suất thấp chưa đạt hiểu 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 hình dáng, biên dạng 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.
1.3.3 Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động với nguyên lý như sau: Sau khi nhận được tín hiệu bắt đầu hoạt
động hệ thống sẽ cho băng tải chạy. Trên băng tải có gắn cảm biến hình ảnh và cảm biến
tiệm cận hồng ngoại theo thứ tự theo chiếu chạy của băng tải. Khi sản phẩm chạy qua cảm
biến hình ảnh thì cảm biến sẽ chụp ảnh lại sau đó phân tích xử lý hình ảnh. Khi vật đi đến

C
C

cảm biến tiệm cận, cảm biến tiệm cận có tín hiệu, dừng băng tải, rồi dùng cánh tay robot
gắp bỏ vào các khay chứa sản phẩm tương ứng

R
L
.
T

U

D

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

11


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1

Yêu cầu nhiệm vụ

Với đề tài được chọn là phân loại sản phẩm, nhiệm vụ là gắp một sản phẩm
trên băng tải rồi bỏ vào vị trí theo yêu cầu. Trong phạm vi đề tài đồ án tốt nghiệp, nhóm
em làm mơ hình hệ thống cánh tay robot dùng để phân loại sản phẩm theo hình dáng của
sản phẩm. Mơ hình này là một mơ hình nhỏ với kích thước tổng thể DxRxC = 800 x 550 x
450(mm). Phơi có khối lượng nhẹ khoảng từ 50g đến 100g, kích thước phơi nhỏ phù hợp
với mơ hình thiết kê. Phôi được đưa đến các cảm biến nhờ băng tải, sau đó các cảm biến
nhận diện phơi và điều khiển cánh tay robot gắp phơi bỏ vào đúng vị trí ứng với sản phẩm
có biên dạng trịn, vng tam giác. Để gắp được 1 vật robot phải thực hiện các chuyển
động sau: bao gồm chuyển động xoay thân tới phía có vật, gập thân tiếp cận vật cần gắp,
kẹp vật, nâng thân lên, xoay về vị trí khay, gập thân xuống và thả vật vào trong khay chứa.
2.2

C
C

Chọn phương án thiết kế

R
L
.
T

2.2.1 Chọn cụm phân loại
2.2.1.1 Cánh tay robot 3 bậc tự do R-R-R

Robot với cấu hình 3 bậc tự do R-R-R, bao gồm : khớp đầu tiên là khớp xoay giúp
cánh tay xoay sang hai bên, tiếp đó là 2 khớp xoay giúp cánh tay gập lên xuống để nâng hạ
vật và tay kẹp dùng để gắp vật.

U
D

Hình 2.1 Sơ đồ động robot 3 bậc tự do R-R-R
Ưu điểm:
-

Thiết kế cơ khí khơng phức tạp.
Có thể thực hiện được yêu cầu của đề tài

Nhược điểm:
-

Tầm với của robot không lớn

-

Robot ít linh động nên việc điều khiển tiếp cận vật khó khăn.

Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

12


Thiết kế và chế tạo mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

2.2.1.2 Cánh tay robot 4 bậc tự do R-R-R-R
Robot với cấu hình 4 bậc tự do R-R-R-R, bao gồm : khớp đầu tiên là khớp xoay
giúp cánh tay xoay sang hai bên, tiếp đó là 3 khớp xoay giúp cánh tay gập lên xuống để
nâng hạ vật và tay kẹp dùng để gắp vật.

C
C

R
L
.
T

Hình 2.2 Mơ hình robot 4 bậc tự do R-R-R-R
Ưu điểm:

U
D

-

Tầm với của robot lớn hơn so với robot 3 bậc tự do R-R-R

-

Với 4 bậc tự do robot linh hoạt hơn trong việc di chuyển tiếp cận vật.

Nhược điểm:
-

Thiết kế cơ khí phức tạp hơn so với robot 3 bậc tự do R-R-R

-

Điều khiển robot cũng phức tạp hơn

2.2.1.3 Xi lanh – pit tông
Xi lanh – pit tông là một cơ cấu nằm trong hệ thống thủy lực – khí nén được dùng
để biến động năng thành cơ năng nhờ vào việc chuyển động tịnh tiến giữa xy lanh và pit
tông. Xy lanh được chia làm 2 loại căn bản là xy lanh quay và xy lanh lực.
Ưu điểm:
-

Dễ sử dụng, mang đến hiệu quả cao.
Có khả năng truyền áp lực mạnh với cơng suất cao.

Thiết kế nhỏ gọn, mang tính ứng dụng cao cho nhiều loại máy móc.
Độ tin cậy cao trong hoạt động, ít địi hỏi phảo bảo dưỡng thường xuyên.
Có thể làm việc ở tốc độ cao mà không sợ va đập mạnh.

Sinh viên thực hiện: Phạm Hữu Cường – Đinh Văn Hợp

Hướng dẫn: TS Ngô Thanh Nghị

13