Luận văn thạc sĩ thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

..

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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XOAY
VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

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

TS. ĐẶNG PHƯỚC VINH
NGUYỄN NGỌC LINH
NGUYỄN TRUNG DŨNG
101130207
101130201
13CDT2

Đà Nẵng, 2018


TÓM TẮT
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XOAY VÀ PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM

Họ và tên SV

: HOÀNG NGỌC LINH

Mã SV

: 101130207

Lớp

: 13CDT2

Họ và tên SV

: NGUYỄN TRUNG DŨNG

Mã SV

:101130201

Lớp

: 13CDT2

GV hướng dẫn

: TS . ĐẶNG PHƯỚC VINH

GV duyệt

: PGS.TS TRẦN XUÂN TUỲ

Nội dung đã làm được bao gồm các vấn đề sau:
1. Nhu cầu thực tế của đề tài.
Đồ án tốt nghiệp là một trong những học phần bắt buộc của sinh viên ngành Cơ điện
tử nói riêng cũng như sinh viên khối ngành kĩ thuật nói chung. Với mục đích để thiết kế
thành cơng một cơ cấu, một cụm chi tiết máy hay một máy hoàn chỉnh thì địi hỏi sinh viên
phải có hiểu biết và nắm chắc các kiến thức về lĩnh vực cơ khí cũng như điện tử. Đây là
điều kiện thuận lợi cho chúng em để được ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế.Với
thực tiễn hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngày
càng địi hỏi trình độ tự động hố phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầu của
mình.Việc tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế, đời sống
xã hội và sản xuất, nó là ngành mũi nhọn trong cơng nghiệp. Bởi vậy, trình độ tự động hố
của một quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó.Chính vì lẽ đó mà việc phát
triển tự động hố là việc làm hết sức cần thiết. Việc tạo ra các sản phẩm tự động hố khơng
những trong cơng nghiệp mà ngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến.
Hầu như trong mọi lĩnh vực đều thấy có tự động hố trong đó.Với đề tài “Thiết kế và chế
tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm” sẽ nói lên phần nào tính tự động trong dây
chuyền sản xuất.


Như đã trình bày ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế sức lao
động của con người thiết nghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết. 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, hơn thế cịn có thể xoay
chiều chúng theo chiều mong muốn và sử dụng hệ thống đếm số lượng sản phẩm,
nhận diện sản phẩm phù hợp để thuận tiện cho việc đóng gói sau này. Tuy nhiên đối
với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hồn tồn chưa được áp dụng

trong những khâu phân loại chiều của sản phẩm cũng như số lượng để đóng bao bì mà
vẫn cịn sử dụng nhân cơng, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu
quả. Bởi vậy việc thiết kế và thi công một mơ hình sử dụng băng chuyền nhằm xoay
chiều sản phẩm kết hợp đếm và nhận dạng sản phẩm rất gần gũi với thực tế, ngồi ra
cịn là một trong những mơ hình học tập nghiên cứu cho học sinh, sinh viên hiện nay.
Với mong muốn
•
Xoay sản phẩm: sản phẩm sau khi đi ra băng tải sẽ được xoay 180o trên mặt
phẳng so với trạng thái khi đi vào
•
Phân loại sản phẩm: Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh để phân loại sản phẩm. Sản
phẩm nào phù hợp với tiêu chí sẽ được giữ lại, cịn khơng sẽ bị đưa ra khỏi dây
chuyền.
Mục tiêu giảm thiệu sức lao động vào những cơng việc như, từ đó thiết kế, chế
tạo nên một hệ thống cấu tạo đơn giản, làm việc đáp ứng tốt, vật tư chế tạo thay thế
có sẵn trên thị trường , dễ gia công nhưng vẫn đảm bảo an tồn và đáp ứng đầy đủ các
tính năng, có thể thay thế sản phẩm ngoại nhập với giá thành rẻ hơn. Vậy nên chúng
tôi quyết định chọn đề tài ” Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản
phẩm” làm đề tài tốt nghiệp.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài tốt nghiệp:
Trong đề tài này chúng tơi thiết kế cơ cấu cho máy, tìm hiều các phương pháp điều
khiển để đưa ra phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực của sản phẩm và đưa
ra giải pháp phù hợp để đảm bảo năng suất chất , từ đó:
Tính tốn lựa chọn cơ cấu và các truyền động chính
-

Thiết kế kết cấu xây dựng mơ hình
Lập trình nhận diện bằng phần mềm Visual Studio trên ngôn ngữ C++

-

Hệ thống điều khiển trung tâm bằng Arduino.
Quản lí dữ liệu database ứng dụng IoT( Internet Of Things)
Lắp ráp mô hình, kết nối vận hành

3. Nội dung đề tài đã thực hiện :
Số trang thuyết minh :

96

-

6 bản vẽ
01

Số bản vẽ
Mơ hình

:
:

4. Kết quả đã đạt được
* Phần lý thuyết đã tìm hiểu:
Tổng quan về đề tài, tính thiết thực và cấp thiết của đề tài.
Các sản phẩm dây chuyền vận chuyển đã có trên thị trường
Giới thiệu một số bộ truyền, lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu dẫn động cho
cơ cấu xoay và băng tải sản phẩm
Tính toán lựa chọn các thành phần, bộ truyền sử dụng cho hệ thống
Thiết kế, tính tốn các bộ phận

* Lựa chọn và thiết kế phần cứng:
- Lựa chọn và đưa ra các phương án tối ưu nhất.
- Lựa chọn các cơ cấu truyền động nhẹ nhàng.
- Chọn các loại động cơ sử dụng.
- Hệ thống mặt băng tải, mâm xoay, chắn sản phẩm,...
* Thiết kế phần mềm
Ổn định, tính tốn tốc độ khi làm việc
Nhận dạng, phân loại được sản phẩm dựa vào cơng nghệ xử lí ảnh
Phát hiện , đếm, phân loại sản phẩm
Quản lí dữ liệu database qua hệ thống IoT
* Mơ hình sản phẩm
Băng tải đưa sản phẩm vào
Hệ thống xoay sản phẩm
Băng tải đưa ra nhận diện và phân loại


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TT

Họ tên sinh viên

Số thẻ SV

Lớp

Ngành

1

Hoàng Ngọc Linh

101130207

13CDT2

CƠ ĐIỆN TỬ

2

Nguyễn Trung Dũng

101130201

13CDT2

CƠ ĐIỆN TỬ

1. Tên đề tài đồ án:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XOAY VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
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:
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Phần chung:
STT
1

Họ tên sinh viên
Hồng Ngọc Linh

Nội dung
-

2

Nguyễn Trung Dũng
-

b. Phần riêng
STT
Họ tên sinh viên

1

Hoàng Ngọc Linh

2

Nguyễn Trung Dũng

Tham khảo thực tế, bàn luận và đưa ra ý tưởng
để thiết kế.
Đưa ra nguyên lí, lựa chọn các cơ cấu phù hợp
để thiết kế.
Thi công chế tạo tồn hệ thống.

Nội dung
-

Tìm hiểu quản lí dữ liệu thơng qua IoT, xử lí
ảnh bằng phần mềm Visual Studio, điều khiển
phân loại sản phẩm

-

Gia cơng một số chi tiết, hồn thành thuyết
minh


5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a. Phần chung:
STT
Họ tên sinh viên
1

Nội dung

Hoàng Ngọc Linh
-

2

Bản vẽ tổng thể

1A0

Nguyễn Trung Dũng

b. Phần riêng:
STT
Họ tên sinh viên

Nội dung

1

Hoàng Ngọc Linh

-

Bản vẽ sơ đồ mạch điện
Bản vẽ sơ đồ thuật toán

1A0
1A0

2

Nguyễn Trung Dũng

-

Bản vẽ sơ đồ chi tiết
Bản vẽ sơ đồ động

1A0
1A0

6. Họ tên người hướng dẫn: TS. Đặng Phước Vinh
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01./02./2018.
8. Ngày hoàn thành đồ án: 01./06./2018.
Đà Nẵng, ngày
Trưởng Bộ môn Kĩ thuật
Cơ điện tử

tháng

năm 2018

Người hướng dẫn

TS. Đặng Phước Vinh


LỜI NÓI ĐẦU
Lời đầu tiên chúng em muốn gửi lời chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong
khoa Cơ khí và bộ mơn Cơ điện tử trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng đã
tận tụy dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm
học vừa qua để chúng em có kiến thức hồn thành được đề tài này.
Nhóm đề tài xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Đặng Phước Vinh đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn các bạn trong tập thể lớp 13CDT đã tham gia đóng góp
ý kiến trong suốt quá trình thực hiện để nhóm có thể hồn thành tốt đề tài này.
Do trình độ hiểu biết chưa được sâu rộng, cơng nghệ cịn hạn chế, kinh
nghiệm thiết kế chưa trau dồi nhiều, tài liệu phục vụ cho công việc thiết kế cịn q
ít nên cũng khơng tránh khỏi những bỡ ngỡ và sai sót. Sau thời gian h ơ n 3 tháng
làm đề tài này bằng chính nổ lực của bản thân và được sự hướng dẫn của thầy Đặng
Phước Vinh, các thầy cô giáo và sự giúp đỡ của các bạn sinh viên khác trong khoa,
chúng em đã hoàn thành xong đồ án này đúng thời gian quy định. Mong sự đánh giá
góp ý của thầy cơ và các bạn sẽ làm động lực cho chúng em hoàn thành tốt đồ án này.

Đà Nẵng, ngày

tháng

năm 2018

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Ngọc Linh

i

Nguyễn Trung Dũng


CAM ĐOAN
Kính gửi:

- Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

- Khoa Cơ Khí

Chúng em xin cam đoan nội dung của đồ án không phải sao chép bất cứ đồ án
hay cơng trình nào đã có trước đây. Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án này đã
được cảm ơn, các thơng tin trích dẫn trong đồ án đã được ghi nguồn gốc rõ ràng và
được phép cơng bố.

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hoàng Ngọc Linh

ii

Nguyễn Trung Dũng


MỤC LỤC
TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. i
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ............................................................................ 2
1.1

Đặt vấn đề và tính cấp thiết của đề tài ............................................................ 2

1.2

Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 2

1.3

Các phương pháp tiếp cận và ý tưởng thiết kế ................................................ 3

1.4

Khả năng ứng dụng thực tiễn của đề tài......................................................... 8

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU CƠ KHÍ ............................. 10
2.1

Thiết kế sơ đồng dẫn động của cơ cấu .......................................................... 10
2.1.1

2.2

2.3

2.4

Lựa chọn phương án thiết kế .................................................................. 10

Tính tốn thiết kế băng tải đầu vào............................................................... 12
2.2.1

Thông số đầu vào ................................................................................... 12

2.2.2

Xác định tải trọng trên một mét dài ........................................................ 13

2.2.3

Xác định lực cản chuyển động................................................................ 13

2.2.4

Xác định lực kéo .................................................................................... 15

2.2.5

Tính tốn bộ phận dẫn động ................................................................... 15

2.2.6

Thành lập sơ đồ truyền động và thiết kế bộ truyền đai ............................ 16

2.2.7

Tính tốn thiết kế các trục tang .............................................................. 20

2.2.8

Tính chọn ổ lăn ...................................................................................... 29

Tính tốn thiết kế lựa chọn thông số Hệ thống xoay sản phẩm ................... 30
2.3.1

Thiết kế cơ cấu xoay sản phẩm 1800....................................................... 30

2.3.2

Tính tốn bộ phận dẫn động ................................................................... 32

2.3.3

Thiết lập bộ truyền xích ......................................................................... 33

2.3.4

Tính tốn thiết kế trục ............................................................................ 36

2.3.5

Tính chọn ổ lăn ...................................................................................... 43

Tính tốn thiết kế lựa chọn thơng số cơ bản băng tải đầu ra ....................... 45


2.4.1

Tính tốn lựa chọn các thơng số cơ bản của băng tải .............................. 45

2.4.2

Xác định tải trọng trên một mét dài ........................................................ 46

2.4.3

Xác định lực cản chuyển động và lực kéo căng băng .............................. 46

2.4.4

Xác định lực kéo .................................................................................... 47

2.4.5

Tính tốn bộ phận dẫn động ................................................................... 47

2.4.6

Tính tốn thiết bị kéo căng băng............................................................. 49

2.4.7

Thiết kế bộ truyền xích........................................................................... 49

2.4.8

Tính tốn thiết kế các trục tang .............................................................. 52

2.5 Giới thiệu sản phẩm hệ thống xoay và phân loại sản phẩm như đã thiết kế .... 63
2.5.1

Băng tải đưa sản phẩm vào..................................................................... 63

2.5.2

Hệ thống xoay sản phẩm ........................................................................ 66

2.5.3

Hệ thống đưa sản phẩm ra ...................................................................... 67

Chương 3 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU
KHIỂN ..................................................................................................................... 70
3.1

Lý thuyết hệ thống điều khiển ....................................................................... 70
3.1.1

Board mạch Arduino .............................................................................. 70

3.1.2

Cảm biến tiệm cận ................................................................................. 73

3.1.3

Camera................................................................................................... 74

3.1.4

Xilanh khí nén........................................................................................ 75

3.1.5

Van solenoid .......................................................................................... 75

3.2

Sơ đồ điều khiển toàn bộ hệ thống ............................................................... 76

3.3

Sơ đồ mạch điện khiển ................................................................................. 77

3.4

3.3.1

Sơ đồ mạch điển trạm điều khiện động cơ ............................................ 77

3.3.2

Sơ đồ mạch điển trạm hệ thống phân loại ............................................... 78

Sơ đồ khối điều khiển.................................................................................... 79
3.4.1

Sơ đồ khối trạm điều khiển động cơ ....................................................... 79

3.4.2

Sơ đồ khối trạm phân loại sản phẩm ....................................................... 80

Chương 4: XỬ LÍ ẢNH SỬ DỤNG PHẦN MỀM VISUAL STDIO 2017 ỨNG
DỤNG THƯ VIỆN OPENCV ................................................................................. 81
4.1

Tổng quan về thư viện opencv ...................................................................... 81
4.1.1

Thư viện opencv là gì ............................................................................. 81

4.1.2

Các ứng dụng của thư viện opencv ......................................................... 81
iv


4.1.3

Chức năng opencv .................................................................................. 83

4.2

Tổng quan chương trình xử lí ảnh ............................................................... 84

4.3

Một số hàm và câu lệnh quan trọng trong chương trình .............................. 84

4.4

4.3.1

Chương trình xuất nhập một file ảnh với C++ sử dụng opencv ............... 84

4.3.2

Không gian màu và chuyển đổi không gian màu .................................... 86

4.3.3

Hàm findContours .................................................................................. 88

4.3.4

Hàm drawContours ................................................................................ 88

4.3.5

Hàm contourArea ................................................................................... 89

4.3.6

Hàm convexHull .................................................................................... 89

Thuật tốn và chương trình xử lí ảnh .......................................................... 89

Chương 5: GIAO DIỆN PHẦN MỀM .................................................................... 91
5.1

CLR Console Application: ............................................................................ 91

5.2

Khởi tạo CLR Console Application ............................................................... 92

5.3

Một số khai báo hàm chức năng trong CLR Console Application ............... 92

5.4

Giao diện chương trình ................................................................................. 94
5.4.1

Giao diện chương trình........................................................................... 94

5.4.2

Các phím chức năng ............................................................................... 94

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 96
PHỤ LỤC 1 .......................................................................................................... xcvii
PHỤ LỤC 2 .............................................................................................................. cv
PHỤ LỤC 3 .......................................................................................................... cxvii

v


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 2. 1 Các thơng số của bộ truyền đai ......................................................... 20
Bảng 2. 3 Gối đỡ UCFL202 .............................................................................. 30
Bảng 2. 4 Gối đỡ UCFL202 .............................................................................. 63
Bảng 3. 1 Thông số của Arduino UNO R3 ......................................................... 71

Bảng 3. 2 Thông số kỹ thuật board mạch Arduino Enternet shield..................... 72
Bảng 3. 3 Thông số kỹ thuật của cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 .... 73

Hình 1. 1 Hệ thống phân chiều và gắp 4 pin 1ần sự dụng cánh tay robot ........... 3
Hình 1. 2 Dây chuyền phân loại sản phẩm trong bưu điện .................................. 4
Hình 1. 3 Băng tải xoay sản phẩm 180o sự dụng 2 băng tải chạy khác tốc độ ...... 4
Hình 1. 4 Xoay và phân số lượng sản phẩm ........................................................ 5
Hình 1. 5 Băng tải con lăn xoay khối vật của hẵng IntechVietnam ...................... 5
Hình 1. 6 Hệ thống lật chiều sản phẩm của cơng ty nhật Maruyasu .................... 6
Hình 1. 7 Dây chuyền phân loại hộp bánh bằng những tấm mặt băng di chuyển . 6
Hình 1. 8 Hệ thống xoay vật bằng 2 băng tải của công ty CINTAS
CAMPRODON ............................................................................................................ 7
Hình 1. 9 Cơ cấu xoay vật 1800 theo chiều đứng. ................................................ 7
Hình 1. 10 Dây chuyền trong sản xuất nước ngọt ................................................ 9
Hình 2. 1 Sơ đồ động cơ cấu băng tải vào ......................................................... 11
Hình 2. 2 Sơ đồ động hệ thống xoay sản phẩm ................................................. 11
Hình 2. 3 Dây đai cao su ................................................................................... 13
Hình 2. 4 Động cơ Planet 60W .......................................................................... 16
Hình 2. 5 Kết cấu sơ bộ trục lắp trên tang dẫn động. ........................................ 21
Hình 2. 6 Kết cấu phân bố lực trên trục............................................................. 22
Hình 2. 7 Biểu đồ lực tác dụng và biểu đồ mômen xoắn nội lực. ........................ 23
Hình 2. 8 Cấu tạo trục chủ động........................................................................ 26
Hình 2. 9 Cấu tạo trục bị động ......................................................................... 28
Hình 2. 10 Sơ đồ tính lực chọn ổ lăn. ................................................................ 29
Hình 2. 11 Gối đỡ UCFL202 ............................................................................. 30
Hình 2. 12 Các trạng thái của bánh trong mơ hình ........................................... 31
Hình 2. 13 Biểu đồ lực tác dụng và biểu đồ mơmen xoắn nội lực. ...................... 38
Hình 2. 14 Kích thước trục ................................................................................ 43
Hình 2. 15 Sơ đồ tính lực chọn ổ lăn. ................................................................ 43
vi

Hình 2. 16 Thống số kĩ thuật ổ lăn đã chọn ....................................................... 44
Hình 2. 17 Kết cấu sơ bộ trục lắp trên tang dẫn động........................................ 53
Hình 2. 18 Phân bố lực tác dụng trên trục ......................................................... 54
Hình 2. 19 Biểu đồ lực tác dụng và biểu đồ mômen xoắn nội lực. ...................... 55
Hình 2. 20 Kích thước trục chủ động ................................................................ 59
Hình 2. 21 Kích thước trục bị động ................................................................... 61
Hình 2. 22 Sơ đồ tính lực chọn ổ lăn. ................................................................ 62
Hình 2. 23 Gối đỡ UCFL202 ............................................................................. 63
Hình 2. 24 Băng tải đưa sản phẩm vào .............................................................. 64
Hình 2. 25 Những bộ phận chính của băng tải.................................................. 65
Hình 2. 26 Cấu tạo hệ thống xoay ..................................................................... 66
Hình 2. 27 Mơ hình thực tế hệ thống xoay sản phẩm ......................................... 66
Hình 2. 28 Những bộ phận chính của băng tải ra .............................................. 67
Hình 2. 29 Cơ cấu nhận diện và phân loại sản phẩm ......................................... 69
Hình 3. 1 Board mạch arduino mega 2560 ........................................................ 70
Hình 3. 2 Board mạch Arduino Uno .................................................................. 71
Hình 3. 3 Board mạch Arduino Enternet shield ................................................. 72
Hình 3. 4 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 ....................................... 73
Hình 3. 5 Camera nhận diện KBVISION KX-1003C4 ........................................ 74
Hình 3. 6 Xy lanh khí nén .................................................................................. 75
Hình 3. 7 Van solenoid ...................................................................................... 75
Hình 3. 8 Sơ đồ khối điều khiển tổng quát ......................................................... 76
Hình 3. 9 Sơ đồ mạch điển trạm điều khiển động cơ .......................................... 77
Hình 3. 10 Mạch điển khối điều khiển một động cơ ........................................... 77
Hình 3. 11 Sơ đồ mạch điện trạm hệ thống phân loại ....................................... 78
Hình 3. 12 Mạch điện điều khiện vạn selenoid................................................... 78
Hình 3. 13 Sơ đồ khối trạm điều khiện động cơ ................................................. 79
Hình 3. 14 Sơ đồ khối trạm phân loại sản phẩm ............................................... 80

Hình 4. 1 Logo OpenCV .................................................................................... 81
Hình 4. 2 Hình năng opencv .............................................................................. 82
Hình 4. 3 Sơ đồ thuật tốn chương trình xử lí ảnh tổng quan ............................ 84
Hình 4. 4 Hình thu được qua quá trình load ảnh ............................................... 86
Hình 4. 5 Khơng gian màu RGB ........................................................................ 86
Hình 4. 6 Khơng gian màu CMYK ..................................................................... 87
Hình 4. 7 Khơng gian màu HSV ........................................................................ 88

vii


Hình 4. 8 Sơ đồ thuật tốn của chương trình xử lí ảnh ..................................... 90
Hình 5. 1 Khởi tạo CLR Console Application ................................................... 92
Hình 5. 2 Giao diện chương trình chính hệ thống xoay và phân loại sản phẩm . 94

viii


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

MỞ ĐẦU

Hiện nay khi nền công nghiệp đang ngày càng phát triễn mạnh mẽ, công nghệ kĩ thuật
được cải tiến hơn kéo theo đó nền cơng nghiệp sản xuất thuần lao động tay chân cũng
dần được thay thế bằng các thiết bị tự động và hiện đại hơn. Theo bước tiến đó đề tài “
Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm ” của chúng tôi đã cho ra
đời dựa theo ý tưởng nhẳm cải thiển năng suất lao động , ứng dụng những tiến bộ khoa
học trong những dây chuyền sản xuất, giảm thiểu rủi ro lao động đồng thời mang lại
năng suất lao động dồi dào. Giảm thiệu thời gian mà hiệu quả lại cao
Đồ án tốt nghiệp giúp chúng em từng bước hoàn thiện nhiều kĩ năng hơn khi trở thành

người kĩ sư thực thụ, từ đó giúp chúng em có thêm kinh nghiệm hơn khi bước vào mơi
trường làm việc trong tương lai. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ
khơng thiếu khỏi những sai sót, mong thầy chỉ bảo thêm cho chúng em. Với sự chỉ bảo
tận tình của thầy Đặng Phước Vinh nên chúng em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp
thành cơng, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy !

Sinh viên thực hiện

Hoàng Ngọc Linh

SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

Nguyễn Trung Dũng

1


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề và tính cấp thiết của đề tài
Nền cơng nghiệp sản xuất của nước ta vẫn còn lạc hậu cũng như chưa có nhiều
ứng dụng khoa học kĩ thuật được áp dụng vào thực tế. Rất nhiều quy trình dây chuyền
sản xuất mà công nhân phải đứng để làm những công việc như là loại những sản phẩm

không đạt chất lượng, cấp sản phẩm vào khi sản phẩm không đều, hay đảo chiều sản
phẩm khi sản phẩm bị lật, ...bên cạnh đó năng suất đạt được lại thấp, khả năng thực
hiện trên diện rộng không cao. Vấn đề đặt ra ở đây là cơng việc có phần là nhẹ nhàng
nhưg công việc nhàm chán, dẫn đến lâu ngày sẽ gây hiện tượng mệt mỏi cho người lao
động. Tiếp theo là năng suất và hiệu quả kinh tế cao. Chính vì thế vấn đề đặt ra là làm
sao sản phẩm đi vào có thể tự động phân loại, kết hợp đảo được chiều sản phẩm khi
sản phẩm đang trong quá trình vận chuyển cũng là một ý tưởng đáng được nghiên
cứu, thiết kế, đưa vào thực tiễn ngày được áp dụng càng nhiều. Và đề tài mà nhóm tác
giả muốn hướng tới đó là “ Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm”.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Vận dụng kiến thức đã được học để nghiên cứu, thiết kế mơ hình hệ thống xoay
và phân loại sản phẩm, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn. Giúp cho việc tự động hoá
trong dây chuyển sản xuát được cải thiện hơn và cho năng suất cao hơn mà tiết kiệm
được sức lao động. Không chỉ bên cạnh đảm bảo nhân lực và tăng năng suất lao động,
mà nó còn giúp đưa khoa học kĩ thuật hiện đại vào trong ngành công nghiệp sản xuất ,
để nền công nghiệp phát triển theo một hướng hiện đại hơn.
Định hướng xoay sản phẩm mà dây chuyền vẫn đi thẳng, tiết kiệm khơng gian
đặt các khâu. Cơ cấu đơn giản, có thể kết hợp nhiều khâu với nhau, đáp ứng những sản
phẩm cần chuyển hướng đi mà không cần rẽ sang nhánh khác.
Tạo ra một mơ hình mới để tham khảo nghiên cứu và ứng dụng thực tê, làm tài
liệu cho quá trình học tập và mơ hình giảng dạy cho sinh viên
Ngoài ra hệ thống đáp ứng khả năng chống dầu, chống ăn mòn, vật liệu chống
tĩnh điện như yêu cầu đặc biệt vận chuyển.

SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

2


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

1.3 Các phương pháp tiếp cận và ý tưởng thiết kế
Với đề tài hệ thống xoay và phân loại sản phẩm , nhóm đã có rất nhiều ý tưởng
để thực hiện khi xoay cũng như phân loại sản phẩm. Tham khảo thị trường chúng tôi
đã thấy rất nhiều những dây chuyền sản xuất ứng dụng khâu phân loại vào cũng như
một số dây chuyền phải quay đầu sản phẩm để nâng cao tính năng sản xuất . Nhóm
cũng đã tham khảo để đưa một số cơ cấu để tạo nên một dây chuyền đơn giản , chế
tạo từ những vật liệu dễ kiếm trên thị trường.
Trên thị trường hiện nay về việc phân loại sản phẩm có rất nhiều dạng : ví dụ
như phân loại theo màu sắc, phân loại theo chiều cao, theo chiều sản phẩm, theo cân
nặng, theo số lượng, theo mã vạch của sản phẩm ....
Dưới đây là một số hệ thống đã có trên thị trường hiện nay:
- Ý tưởng cánh tay robot thể hiện được tính khoa học thơng minh trong sản xuất, tính
chun mơn cao nhưng nếu sản phẩm địi hỏi đáp ứng nhanh thì cần phải chế tạo
nhiều cánh tay robot, mà chi phí chế tạo cánh tay robot này rất cao. Một cánh tay có
nhiệm vụ định hướng chiều pin và gắp chúng thành một dãy 4 pin cùng chiều, cánh
tay robot còn lại sẽ gắp đồng loại và xoay chúng theo hướng băng tải.

Hình 1. 1 Hệ thống phân chiều và gắp 4 pin 1ần sự dụng cánh tay robot
Một hệ thống phân loại sản phẩm trong bưu điện, dây chuyền băng tải vận
chuyển một số lượng lớn bưu phẩm vào và ở đây có rất nhiều tiêu chí phân loại, như là
phân loại theo hàng dễ vỡ, phân loại theo khối lượng, thời gian vận chuyển,.... tất cả
được cơ khí tự động hố, ít cần sự có mặt của con người trong này

SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

3


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

Hình 1. 2 Dây chuyền phân loại sản phẩm trong bưu điện
Ý tưởng cho 2 băng tải chạy cùng chiều với nhau nhưng chạy khác tốc độ với
nhau làm cho vật thể xoay khi đang chạy trên băng tải, với tốc độ tính tốn và khoảng
cách băng tải vừa đủ để vậy xoay 180o khi đi ra khỏi băng tải

Hình 1. 3 Băng tải xoay sản phẩm 180o sự dụng 2 băng tải chạy khác tốc độ
Cơ cấu xoay sản phẩm sự dụng những rãnh quay, phù hợp với những đối tượng
có dạng hộp, vừa kết hợp với hệ thống đếm sản phẩm để tiến hành đưa sản phẩm vào
khâu đóng gói

SVTH:

Hồng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

4

Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

Hình 1. 4 Xoay và phân số lượng sản phẩm
Băng tải xoay con lăn hoạt động khi vật được đưa đến trên bà xoay, lúc này
băng tải sẽ ngưng hoạt động để bàn xoay thực hiện nhiệm vụ xoay vật , sau khi xuay
xong thì tiếp trục quy trình

Hình 1. 5 Băng tải con lăn xoay khối vật của hẵng IntechVietnam

SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

5


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

Hình 1. 6 Hệ thống lật chiều sản phẩm của công ty nhật Maruyasu
Hay là hệ thống phân loại dạng sản phẩm và chia sản phẩm đi ra theo từng rãnh
khác nhau

Hình 1. 7 Dây chuyền phân loại hộp bánh bằng những tấm mặt băng di chuyển

SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

6


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

Hình 1. 8 Hệ thống xoay vật bằng 2 băng tải của công ty CINTAS CAMPRODON
Những lon nước khi đi qua đường quỹ đoạn bị uốn xoắn sẽ được tiếp xúp với
thành của, và tạo nên dây chuyển đảo chiều sản phẩm theo chiều đứng

Hình 1. 9 Cơ cấu xoay vật 1800 theo chiều đứng.

SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

7


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

1.4 Khả năng ứng dụng thực tiễn của đề tài
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại băng tải khác nhau và được ứng dụng

trong các điều kiện mơi trường và tính chất làm việc khác nhau. Mỗi loại băng tải
được sử dụng trong những trường hợp nhất định, vì vậy cần tìm hiểu để sử dụng đúng
và đạt hiệu quả cao nhất.
Đối với các cơ sở sản xuất quy mơ vừa và nhỏ, hay các cơng trình thi cơng vĩ mơ,
thì việc sử dụng các loại hệ thống băng tải giúp cho doanh nghiệp tiết kiệm sức lao
động, nhân cơng, thời gian và tăng hiệu quả.

Hình 1.6 Ứng dụng dây chuyền trong sản xuất
Ngày nay, hệ thống phân loại sản phẩm được sự dụng hầu hết trong các dây
chuyền sản xuất, các cơng trình thi cơng lớn nhỏ.
Được ứng dụng trong các ngành nghề từ công nghiệp ô tô, điện tử, chế tạo... cho
đến sản xuất hoá chất, thực phẩm, dược phẩm , bao bì, in ấn...

SVTH:

Hồng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

8


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

Hình 1. 10 Dây chuyền trong sản xuất nước ngọt
Hệ thống có thể đươc lắp đặt ở bất cứ nơi ào, mọi địa hình khơng những mang lại
hiểu quả kinht ế cao mà còn giảm thiệu tai nạn lao động , đảm bảo tính an tồn lao
động cao
Ứng dụng trong định hướng, xoay, tách chiều sản phẩm

Tạo ra một mơ hình mới để tham khảo nghiên cứu và ứng dụng thực tế, làm tài
liệu cho quá trình học tập và mơ hình giảng dạy cho sinh viên

SVTH:

Hồng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

9


Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN KẾT CẤU CƠ KHÍ

2.1 Thiết kế sơ đồng dẫn động của cơ cấu
Lựa chọn phương án thiết kế
a- Phương án 1: Phương pháp thiết kế bộ truyền động băng tải sử dụng bộ
truyền xích
Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản.
Sử dụng truyền xích thì khơng xảy ra hiện tượng trượt khi truyển động

2.1.1

mang lại hiệu xuất cao hơn so với phương án truyền đai, khơng địi hỏi xích
phải căng, có thể làm việc khi có tải đột ngột.
Kích thước của bộ truyền động nhỏ gọn,

Truyền động giữa các trục có khoảng cách lớn
Nhược điểm:
Bánh răng được bố trí khơng đối xứng trên trục vì vậy tải trọng phân bố
khơng đồng đều trên các ổ .
Kích thước của hộp giảm tốc thường to hơn các loại khác khi thực hiện
cùg chức năng.
Mắt xích của băng tải dễ bị mòn, gây ồn khi làm việc
b- Phương án 2 : Phương pháp thiết kế bộ truyền động băng tải sử dụng bộ
truyền đai
Ưu điểm:
Kết cấu đơn giản, động cơ được giữ xa hộp giảm tốc, làm việc êm khơng
ồn, có thể truyền tải với vận tốc lớn.
Kết cấu vận hành đơn giản
Nhược điểm:
Tải trọng của băng tải được phân bố khơng đều trên trục.
Kích thước bộ truyền lớn, tỉ số truyền khi làm việc dễ bị thay đổi, tải
trọng tác dụng lên trục và ổ lớn nên tuổi thọ thấp
Lực tác dụng lên trục lớn do căng đai
c- Kết luận:
Với từng ưu nhược điểm như vậy, chúng ta sẽ có cách chọn riêng phương án dẫn động
cho từng cơ cấu, cụ thể:
SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

10

Thiết kế và chế tạo hệ thống xoay và phân loại sản phẩm

❖ Đối với băng tải đầu vào, sản phẩm hướng tới nhỏ gọn, tải trọng nhẹ, yêu
cầu cung cấp với số lượng nhanh chóng , đảm bảo ít gây tiếng ồn khi làm
việc, cho nên ta sự dụng bộ truyền đai

Hình 2. 1 Sơ đồ động cơ cấu băng tải vào
Động cơ sử dụng : 24V DC _ 60W
Tỉ số truyền i= 2,5
❖ Về phần hệ thống xoay chiều sản phẩm, Ta sự dụng bộ truyền xích với
yêu cầu đảm bảo tốc độ chậm hơn, tính ổn định cảo, giảm thiệu tính trơn
trượt do phương án đai đưa ra

Hình 2. 2 Sơ đồ động hệ thống xoay sản phẩm
SVTH:

Hoàng Ngọc Linh
Nguyễn Trung Dũng

GVHD: TS. Đặng Phước Vinh

11