MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH...............................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................ix
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY ROBOT CÔNG NGHIỆP..........2
1.1 Giới thiệu về đề tài.................................................................................2
1.1.1 Giới thiệu về Robot..............................................................................2
1.1.2 Lịch sử phát triển Robot.......................................................................3
1.2 Tiềm năng và thách thức của Cánh tay Robot tại Việt Nam..................4
1.2.1 Tổng quan thị trường...........................................................................4
1.2.2 Lợi ích của cánh tay Robot công nghiệp..............................................5
1.2.3 Thách thức của cánh tay robot công nghiệp tại Việt Nam....................6
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ..........7
2.1 Một số loại tay gắp robot sử dụng trong sản xuất..................................7
2.1.1 Tay gắp chân không.............................................................................7
2.1.2 Tay gắp khí nén....................................................................................9
2.1.3 Tay gắp thuỷ lực.................................................................................10
2.1.4 Tay gắp điện.......................................................................................10
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ.............................................11
3.1 Tính toán cơ cấu tay khâu tịnh tiến......................................................11
3.1.1 Động cơ cơ cấu tay gắp.....................................................................11
3.1.2 Chọn vật liệu, tính toán đường kính trục vít me.................................11
3.1.3 Kiểm tra bền.......................................................................................12
3.1.4 Tính chọn động cơ trục vít me...........................................................16
3.1.5 Chọn bạc dẫn hướng và khớp nối trục..............................................17
3.2 Tính toán khâu tay kẹp........................................................................18
3.2.1 Tính toán lực tác động.......................................................................18
3.2.2 Kiểm bền ngón tay.............................................................................19
3.3 Tính toán hệ thống hút chân không.....................................................22
3.3.1 Nguyên lý nâng vật bằng chân không...............................................22
3.3.2 Phân loại............................................................................................24
3.3.3 Tạo chân không bằng nguyên lý Venturi............................................27
3.3.4 Sơ đồ khối hệ thống hút chân không.................................................28
3.3.5 Quy trình thiết kế hệ thống giác hút...................................................29
3.3.6 Lựa chọn bộ tạo chân không.............................................................36
3.3.7 Bơm chân không...............................................................................38
3.3.8 Cơ cấu tịnh tiến giác hút chân không................................................40
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN................................................42
4.1 Nguồn tổ ong DC 24V-10A..................................................................42
4.1.1 Chức năng.........................................................................................42
4.1.2 Thông số kĩ thuật...............................................................................43
4.2 Driver TB6600......................................................................................44
4.2.1 Thông số kỹ thuật..............................................................................44
4.2.2 Cài đặt và ghép nối............................................................................44
4.2.3 Đấu nối giữa TB-6600 Step Motor.....................................................45
4.3 Nút bấm...............................................................................................47
4.4 Lưu đồ thuật toán................................................................................48
KẾT LUẬN..................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................50
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Điện tử đang là ngành khoa học đa nhiệm điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành và lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hằng ngày. Đặc biệt, trong thời đại ngày nay, sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử đã mở ra những cánh cửa mới cho sự phát triển của robot, từ những thiết bị tập trung vào công việc cụ thể đến những máy móc có khả năng tương tác cao với môi trường xung quanh.
Ngày nay, với sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa, nhu cầu về các tay gắp vật thể tự động trong các nhà máy tăng cao. Nhằm giảm thiểu nhân công trong các khâu di chuyển và phân loại sản phẩm các tay gắp sẽ thay thế con người tạo độ chính xác với tốc độ làm việc cao trong môi trường sản xuất. Đã có rất nhiều ứng dụng điện tử, công nghệ hiện đại vào các quy trình phân loại sản phẩm để tăng năng suất lao động. Do đó, nhóm em lựa chọn đề tài “Phát triển tay kẹp cho robot UR5 ứng dụng trong hệ thống đóng gói tự động”.
Mục tiêu chính của đề tài lần này là tìm hiểu và lựa chọn phương án thiết kế cho tay gắp 4 chấu. Để có thể có được điều này, chúng ta cần phải nắm rõ tình hình các vật thể trong nhà máy để thiết kế ra loại tay gắp phù hợp cho đa dạng các nhà máy. Ngoài ra, chúng ta cần phải thiết kế và xây dựng lên hệ thống cơ khí cho máy. Bao gồm 2 cụm có chức năng riêng biệt nhưng liên kết với nhau để hoàn thành nhiệm vụ chung.
Ngoài việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp với những công việc trên thì còn có nghĩa sâu sắc đối với những sinh viên thực hiện. Sinh viên được thực hành những kiến thức đã học được từ ghế nhà trường. Từ những lần làm đồ án, đề tài thì đã giúp cho sinh viên làm quen hơn với những thiết bị những cảm biến mà trước giờ chỉ nằm trên giấy, từ đó tăng thêm niềm đam mê, kích thích cho sinh viên nghiên cứu và sáng tạo.
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………….
LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, vấn đề tự động hóa sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng, cùng với sự phát triển trong các lĩnh vực cơ khí, điện tử, tin học thì sự tích hợp hữu cơ của 3 lĩnh vực đó là cơ điện tử cũng phát triển không ngừng và được coi là một trong những ngành mũi nhọn.
Ngày nay các hệ thống tự động xuất hiện ngày càng nhiều và thay thế dần vai trò của con người. Các hệ thống có khả năng làm việc với độ chính xác cao, trong đa dạng môi trường, trong các công việc mà đòi hỏi phải cẩn thận không được nhầm lẫn, thao tác nhẹ nhàng, tinh tế và lặp lại liên tục.
Để đạt được mục tiêu đề tài là Phát triển tay kẹp cho robot UR5 ứng dụng trong hệ thống đóng gói tự động. Nhằm sớm đưa sản phẩm vào ứng dụng trong các công việc đặc thù của ngành sản xuất các sản phẩm số lượng lớn thì nhóm đã hoàn thành sản phẩm của mình dưới dạng sản phẩm thực tế và bản báo cáo thuyết minh này.
Đề tài lần này sẽ có bố cục là 4 chương. Đó là gồm:
Chương 1. Tổng quan về cánh tay robot công nghiệp
Chương 2. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
Chương 3. Thiết kế hệ thống cơ khí
Chương 4. Thiết kế hệ thống điện
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY ROBOT CÔNG NGHIỆP
1.1 Giới thiệu về đề tài
1.1.1 Giới thiệu về Robot
Đề tài tay gắp robot là một phân nhánh trong Robot công nghiệp vì vậy em xin giới thiệu tổng quát về lịch sử ra đời từ Robot công nghiệp.
Thuật ngữ Robot xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1922 trong tác phẩm “Rossum’s Universal Robot” của Karel Capek. Trong tác phẩm nhân vật Rossum và con trai đã tạo ra chiếc máy giống con người để phục vụ cho con người.
Năm 40 nhà văn viễn tưởng Nga, Issac Asimov, mô tả robot là một chiếc máy tự động, mang diện mạo con người được điều khiển bằng một hệ thần kinh khả trình Positron, do chính con người lập trình. Asimov đặt tên cho ngành nghiên cứu về robot là robotics, trong đó có 3 nguyên tắc cơ bản:
- Robot không được xúc phạm con người và không gây tổn hại cho con người.
- Hoạt động của robot phải tuân thủ các quy tắc do con người đặt ra. Các quy tắc này không được vi phạm nguyên tắc thứ nhất.
- Một robot cần phải bảo vệ sự sống của mình, nhưng không được vi phạm hai nguyên tắc
1.1.2 Lịch sử phát triển Robot
Sau sự xuất hiện vào năm 1922, hơn 20 năm sau, sau chiến tranh thế giới thứ 2. Hình dạng Robot xuất hiện đầu tiên ở nước Hoa Kỳ, là loại tay máy chép hình dung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 của thế kỷ trước, bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay máy chép hình thủy lực điện tử đã xuất hiện.
Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên. Năm 1961. ở một nhà máy ô tô của General Motors lại Trenlon. New Jerscy Hoa Kỳ. Năm 1967 Nhật Bản mới nhập chiếc robot công nghiệp đấu tiên từ Công ty AMF của Hoa Kỳ (American Machine and Foundry Company).
Theo Viện Kỹ Thuật robot của Hoa Kỳ định nghĩa robot là loại tay máy nhiều chức năng, với chương trình làm việc thay đổi được, dùng để thực hiện một số thao tác sản xuất. Có nhều tài liệu khi định nghĩa robot rất lưu ý đến tiêu chí điều khiển bằng máy tính nhưng trong phân loại robot công nghiệp theo tiêu chuẩn của Nhật Bản (JISB 0134-1979) có cả nhóm tay máy điều khiển bằng tay.
Theo ISO (International Standards Organization) thì: “robot công nghiệp là một tay máy đa mục tiêu, có một số bậc tự do, dễ dàng lập trình, điều khiển trợ động, dùng để tháo lắp phôi, dụng cụ hoặc các vật dụng khác. Do chương trình thao tác có thể thay đổi nên thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng”. Tuy nhiên, robot công nghiệp được định nghĩa như thế là chưa hoàn toàn thỏa đáng.
1.2 Tiềm năng và thách thức của Cánh tay Robot tại Việt Nam
1.2.1 Tổng quan thị trường
Theo báo cáo của Liên đoàn Robot Quốc tế (IFR), năm 2019, Việt Nam có khoảng 13.700 robot công nghiệp đang hoạt động, chiếm 0,6% tổng số robot công nghiệp trên thế giới. Mặc dù con số này còn khá thấp so với các nước phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, Mỹ, Đức, ... nhưng Việt Nam được đánh giá là một trong những thị trường tiềm năng nhất cho robot công nghiệp trong khu vực Đông Nam Á.
1.2.2 Lợi ích của cánh tay Robot công nghiệp
Việc ứng dụng cánh tay robot công nghiệp mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp Việt Nam, như:
- Tăng năng suất: Cánh tay robot công nghiệp có thể hoạt động liên tục 24/7, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mệt mỏi, nghỉ ngơi, bệnh tật, ... của con người. Cánh tay robot công nghiệp cũng có thể thực hiện nhiều công việc cùng một lúc, giảm thời gian chuyển đổi và tăng tốc độ sản xuất.
- Giảm chi phí: Cánh tay robot công nghiệp giúp tiết kiệm chi phí nhân công, đào tạo, bảo hiểm, ... cho doanh nghiệp. Cánh tay robot công nghiệp cũng giảm thiểu lãng phí nguyên liệu, năng lượng và không gian sản xuất.
- Thiếu hỗ trợ chính sách: Cánh tay robot công nghiệp còn gặp khó khăn trong việc nhập khẩu, lắp đặt, vận hành và bảo hành do thiếu hỗ trợ chính sách từ nhà nước. Các quy định về thuế, hải quan, chứng nhận, ... còn chưa rõ ràng và thống nhất, gây trở ngại cho các doanh nghiệp muốn đầu tư vào những cánh tay robot công nghiệp tại Việt Nam.
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1 Một số loại tay gắp robot sử dụng trong sản xuất
Việc chọn được một loại tay gắp phù hợp cho bàn tay robot tự động không hề dễ dàng, nhất là khi có quá nhiều loại tay gắp tự động với chức năng riêng biệt.
Tuy nhiên, theo nhu cầu sử dụng chung, tay gắp được chia thành từ 4 đến 5 loại chính, mỗi loại được phân biệt dựa trên các phương pháp vận hành và/hoặc điều khiển của chính loại tay gắp đó.
2.1.1Tay gắp chân không
Tay gắp chân không sử dụng sự chênh lệch giữa áp suất không khí và chân không để nâng, giữ và di chuyển vật thể. Cụ thể, chân không (hay còn gọi là ‘lưu lượng chân không’) được tạo ra bằng máy bơm điện cơ mini hoặc máy bơm chạy bằng khí nén. Lưu lượng chân không phải được duy trì không bị gián đoạn để robot lắp ráp của bạn có thể giữ chặt vật thể mà nó đang cầm lên một cách an toàn.
2.1.2 Tay gắp khí nén
Tay gắp khí nén sử dụng khí nén và pittông để kích hoạt bộ ‘hàm’ (hay còn gọi là ‘các ngón tay’). Thường thấy trong các cấu hình dạng 2-ngón và 3-ngón, các tay gắp khí nén có thể thao tác linh hoạt trong đa dạng nhiều ứng dụng.
Ví dụ như Toolcraft Inc, một xưởng sửa chữa máy móc tại Washington, Mỹ, đã ứng dụng tay gắp khí nén PHD PneuConnect để tự động hoá công việc chăm sóc máy móc phức tạp gồm ba công đoạn bên trong máy CNC. Cùng với sự kết hợp của robot cộng tác UR5e (robot này đã giúp làm giảm tính lặp lại xuống còn 30 micrômét), hệ thống đã có thể hỗ trợ đặt các bộ phận vào trong máy CNC. Sau khi máy CNC đã hoàn thành các nhiệm vụ, hệ thống này nhúng các bộ phận đã xử lý vào dung dịch rửa và đưa các bộ phận này đi qua máy khí. Cuối cùng, đặt các bộ phận sạch và khô lên kệ để vận chuyển.
2.1.4 Tay gắp điện
Tay gắp điện được sử dụng phổ biến cho các cobot trong ứng dụng chăm sóc máy móc và chọn & lắp. Mặc dù loại tay gắp này không có công suất gắp bằng tay gắp thuỷ lực nhưng chúng lại phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao và lực gắp nhẹ/vừa phải. Tay gắp điện thường sẽ có cấu hình hai hàm và ba hàm, và dạng 3 hàm gắp thường được ứng dụng để xử lý các vật hình tròn/trụ.
Điểm nổi bật của tay gắp điện trong tự động hóa sản xuất chính là sự điều khiển. Phần lớn các tay gắp điện thường đi kèm với các bộ vi xử lý giúp bạn điều chỉnh tốc độ và lực gắp. Việc trang bị thêm bộ cảm biến lực giúp tay gắp điện có thể dễ dàng xử lý nhiều bộ phận khác nhau. Mặt khác, mặc dù tay gắp điện được cải tiến công suất qua từng năm nhưng nhìn chung loại tay gắp này vẫn có công suất gắp ít hơn tay gắp khí nén trong khi giá thành lại cao hơn.
CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
3.1 Tính toán cơ cấu tay khâu tịnh tiến
3.1.1 Động cơ cơ cấu tay gắp
Cụm động cơ của cơ cấu là cụm tịnh tiến có tác dụng làm tịnh tiến bộ kẹp nhờ động cơ thông qua bộ dẫn động trục vít me đai ốc bi.
Yêu cầu bài toán áp dụng trong cụm trục là:
- Khối lượng cụm tịnh tiến: 0,5 (kg);
- Trọng lượng tác dụng tối đa: 30 N.
3.1.2 Chọn vật liệu, tính toán đường kính trục vít me
3.1.2.1 Trục vít me
Thép C45 là một loại thép hợp kim có hàm lượng Cacbon là 0,45%. Ngoài ra loại thép này còn chứa một số tạp chất khác như silic, lưu huỳnh, mangan, crom,…(Hình 3.1). Có độ cứng, độ kéo phù hợp trong ứng dụng cơ khí chế tạo máy, các chi tiết chịu tải trong và sự va đập mạnh.
Dựa vào các đặc tính cơ bản của thép C45, ta có thể tính ra các thông số của trục vit nhằm đáp ứng tải trọng đã được đề bài đặt ra. Đặc biệt là thông số về giới hạn chảy của thép (H1.2).
3.1.3.3 Xác định đường kính trục vít me
Thay vào (3.1), suy ra
d2 ≥√(4.1,3.30/(π.(360.106)/3))=6,4.10-4) (m)=0,64 (mm)
Suy ra chọn: d2 = 8 (mm).
3.1.3.4 Đai ốc
Để giảm ma sát và mòn ren, đai ốc được chế tạo từ các loại đồng thanh như đồng thanh thiếc, đồng thanh thiếc – chì - kẽm và đồng thanh nhôm – sắt hoặc gang. Nhằm giảm chi phí đồng, thường dùng đai ốc bằng hai kim loại. Trong đồ án, ta chọn vật liệu làm đai ốc là đồng thanh.
3.1.3 Kiểm tra bền
3.1.3.1. Tải trọng riêng dọc trục
Thay vào (3.2),
qa = Fa/(z_b.db2.λ)=30/(47.1,22 0,8)=0,56(MPa)
Khe hở tương đối
Theo [giáo trình chi tiết máy],
Từ đồ thị (H1.3), với X=0; qa =0,56 (MPa) tra ra được σmax =1600 MPa
3.1.3.2 Sơ đồ truyền động
Sơ đồ truyền động của trục vit me như hình 3.4.
Các thông số đầu vào:
- Tải khối lượng m=0,5 kg.
- Vận tốc lớn nhất của đai ốc: v=2780 mm/s.
Đồ thị vận tốc có dạng hình thang, tốc độ ban đầu bằng 0, và gia tốc là hằng số ở cả giai đoạn khởi đầu và hãm (Thời gian khởi động xấp xỉ 20% thời gian 1 vòng chu kì).
Thời gian thực hiện hết 1 chu trình là: t = 0,29÷20%=1,45 s.
Lực dọc trục lớn nhất:
Famax = Fqt + Pt=m.amax+mg=0,5(9,6+10)=9,8 (N).
- Tốc độ giới hạn của trục vít me (rpm):
ncr=49.106.(f1 d2)/l^2 (4.4)
Thay vào (3.4),
ncr =49.106.3,8.5,6/9,82 =10857.
+ Hiệu suất lý thuyết của bộ truyền:
η = 1/(1+(πd0)/Ph μ)=1/(1+(π.8)/10 0,006)=0,985
+ Hiệu suất thực tế:
ηp =0,9.η=0,9.0,985=0,886.
3.1.4 Tính chọn động cơ trục vít me
Mô men xoắn cần truyền vào trục vít me:
T = (F.Ph)/2000πη=9,8.10/2000π0,886=0,01 (Nm)
Từ các thông số trên. Chọn động cơ truyền động cho trục vít me sau:
Ta chọn động cơ NEMA17 1,5 A-42*42 mm
Động cơ NEMA17 có một số thông số kỹ thuật như sau:
+ Kích thước mặt bích: 42*42mm;
+ Chiều dài thân: 40mm;
+ Dòng chịu tải: 1,5A;
+ Momen xoắn: 0,45Nm;
+ Góc bước: 1,8 độ/ bước.
3.2 Tính toán khâu tay kẹp
3.2.1 Tính toán lực tác động
- Vật nhựa có khối lượng m=100g, tròn bán kính=40mm, má kẹp (nhựa).
- Hệ số ma sát giữa kẹp và vật µ=0.61.
Vật kẹp bằng 4 má kẹp nên ta có: P1=P2 =P3=P4=P/4=9,81.(100.10-3))/4=0.24525 (N)
Đề vật được giữ, lực ma sát giữa vật với má kẹp phải bằng với trọng lực tác dụng lên vật. Ta được phương trình cân bằng theo phương đứng. ( gắn trên 1 má kẹp vì 4 má kẹp có vai trò như nhau)
P1 = Fms1= N1.µ=0.24525 (N)
Vậy lực kẹp tác dụng cần thiết để giữ vật:
N1= Fms1/(µ.sin(17.66°))= 0.24525/0.61=1.32528(N)
3.2.2 Kiểm bền ngón tay
Mô phỏng 3D quá trình tay gắp vật như hình 3.12.
Chọn vật liệu: Vật liêu gia công tay gắp: Nhựa ABS
Đặt lực: lực má kẹp tác động lên vật: 1,4N
Ta thấy ứng suất lớn nhất mà má kẹp phải chịu trong quá trình kẹp vật là 0,375MPa nhỏ hơn nhiều so với ứng suất giới hạn của vật liệu là 30 MPa nên vật liệu đáp ứng được yêu cầu đưa ra
Vật liệu bị biến dạng lớn nhất là 0,00575mm trong quá trình hoạt động không đáng kể, nên vật không bị phá hủy trong hoạt động.
3.3 Tính toán hệ thống hút chân không
3.3.1 Nguyên lý nâng vật bằng chân không
Tất cả chúng ta đều đã thấy các miếng hút chân không nhặt đồ vật trong nhà máy hoặc triển lãm thương mại và có lẽ ít nghĩ về cách chúng nhặt đồ vật đó. Một số người trong chúng ta có thể cho rằng họ sử dụng chân không để hút vật thể lên. Nhưng khoa học cho chúng ta biết lực hút không tồn tại, vậy làm thế nào để các miếng hút chân không nâng những vật này lên?
* Một thử nghiệm ở thế kỷ 17 có thể làm sáng tỏ mọi thứ :
Vào những năm 1650, một nhà khoa học người Đức tên là Otto Von Guericke đã tiến hành các thí nghiệm ở Magdeburg để chứng minh sức mạnh của áp suất khí quyển. Ông sử dụng hai nửa của một quả cầu và một máy bơm chân không mà ông đã chế tạo. Thí nghiệm này được gọi là Thí nghiệm Bán cầu Magdeburg (và thiết bị mà ông sử dụng vẫn được trưng bày trong Bảo tàng Deutsches của Munich).
Khi chúng ta thấy những tấm đệm nâng một phôi gia công, các mặt của tấm đệm sẽ phẳng so với phôi khi hút chân không (không khí bên trong tấm lót được loại bỏ). Đây không phải do lực hút đang làm phẳng tấm đệm mà áp suất khí quyển bên ngoài đang đẩy các mặt của miếng đệm xuống.
Cũng giống như áp suất khí quyển giữ cho các bán cầu bị dính lại với nhau khi áp suất bên trong bị loại bỏ, áp suất khí quyển giữ phôi dựa vào một tấm đệm chân không khi áp suất bên trong tấm đệm được loại bỏ.
3.3.3 Tạo chân không bằng nguyên lý Venturi
Nguyên lý Venturi sử dụng một dòng động lực áp suất cao (khí hoặc chất lỏng) qua một đường ống bị co lại, minh họa trên hình 3.6. Điều này tạo ra một vùng có áp suất thấp ở phía thoát của đường ống, kéo các phần tử khí vào dòng chảy từ một đầu thứ 3 (đầu cung cấp chân không hoặc lực hút cần thiết cho ứng dụng).
Máy tạo chân không Venturi có một số ưu điểm so với các loại máy hút khác:
+ Không có thành phần chuyển động
+ Mức độ bảo trì thấp
+ Tuổi thọ cao
+ Khả năng đáp ứng
+ Kích thước nhỏ
3.3.5 Quy trình thiết kế hệ thống giác hút
Tùy vào ứng dụng cụ thể mà ta có thể lựa chọn hay tự thiết kế một hệ thống giác hút chân không riêng (sử dụng 1, 2 hay nhiều cốc hút), nhưng chúng sẽ phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố cơ bản sau:
- Khối lượng của vật cần nâng: Tăng độ an toàn, độ tin cậy và tốc độ bằng cách sử dụng nhiều cốc hút ở mỗi vị trí. Nếu một cốc thất bại, những chiếc cốc khác sẽ giữ vững vị trí.
- Chất liệu bề mặt vật cần nâng: Vật liệu được xử lý trong các ứng dụng chọn và đặt có thể được nhóm thành hai loại - không xốp và xốp. Điều quan trọng là xác định loại vật liệu cần xử lý để xác định loại cốc và các lựa chọn phù hợp.
3.3.5.1 Thiết kế hệ thống giác hút dựa vào khối lượng của phôi
Để thiết kế hệ thống giác hút phù hợp với trọng lượng phôi, ta sẽ dựa vào công thức tính độ bám của cốc hút và công thức tính tải trọng:
Xác định lực hút của cốc hút theo công thức sau:
F = AxPxN/1000
Trong đó:
A - Bề mặt bên trong của cốc hút (mm2)
P - Mức chân không (kPa)
N - Số lượng cốc hút trong hệ thống
* Tải trọng trường hợp 1: Giác hút và phôi nằm ngang, robot di chuyển lên xuống.
FG = m x ( g + a) x S
Trong đó:
m - Khối lượng của tải
g - Gia tốc trọng trường(9,81m/s2)
a - Gia tốc của robot (m/s2)
S - Hệ số an toàn (hệ số an toàn thường là 2 trong đa số trường hợp, 4 trong một số trường hợp đặc biệt)
Để vật không bị rơi thì: FP >= FG
Xét: FP = FG
Gia tốc của robot trong đoạn: a = [1, 5] (m/s2)
Áp suất chân không tạo ra: P = [20, 80] (kPa)
* Tải trọng trường hợp 3: Giác hút và phôi nằm dọc, cánh tay robot di chuyển lên xuống
FG = 𝒎/𝝁 x (g + a) x S (2.4)
Trong đó:
𝜇 - Hệ số ma sát giữa cốc hút và phôi. Với:
𝜇 = 0,1 đối với bề mặt dầu
𝜇 = 0,2 ... 0,3 đối với bề mặt ướt
𝜇 = 0,5 đối với gỗ, kim loại, thủy tinh, đá, ...
𝜇 = 0,6 đối với bề mặt gồ ghề.
Đồ thị 3D biểu thị mối quan hệ giữa gia tốc của robot, áp suất chân không trong hệ thống và diện tích tiếp xúc giữa giác hút và phôi.
Kết luận: Dựa vào đồ thị 3D của các trường hợp trên, ta lựa chọn được diện tích tiếp xúc cần thiết của giác hút và phôi, từ đó suy ra bán kính của từng cốc hút và số lượng cốc hút tương ứng. Với ứng dụng sẽ xử lý vật liệu trong cả 3 trường hợp như trên, sản phẩm có khối lượng tối đa là 3 kg, vật cần nâng là hộp bìa carton, gia tốc lớn nhất của robot là 5m/s2, chân không tạo ra nhỏ nhất là 40 kPa, lựa chọn được hệ thống giác hút gồm: 2 cốc hút với bán kính mỗi cốc hút là 28.2 mm.
* Một số loại cốc hút hiện nay :
Các cốc hút tròn phẳng có thiết kế đơn giản, phù hợp với các ứng dụng với phôi bề mặt phẳng. Các cốc hút này bám dính tốt, có thể hơi cứng để khó bong tróc khỏi bề mặt, phù hợp với chất liệu không xốp.
Các cốc hút có ống thổi với ½, 1, 2 và 3,… ống thổi. Chúng thích hợp cho các phôi có dạng cong hoặc bề mặt nghiêng, cũng như để bù đắp cho chiều cao dung sai hoặc để xử lý các thành phần có bề mặt lớn, không cứng, xốp,…
Kết luận: Để giải quyết bài toán nâng sản phẩm là vật tròn đa dạng chất liệu, có khối lượng tối đa là 1kg ta lựa chọn loại cốc hút thổi có 1 tầng cuộn, chất liệu bằng cao su, bán kính cốc là 25mm cho ứng dụng. Phụ kiện của cốc hút đi kèm với loại cốc hút được chọn.
3.3.6 Lựa chọn bộ tạo chân không.
Lựa chọn bộ tạo chân không dựa trên đường kính của cốc hút, theo bảng 3.3 dưới đây:
Tính lưu lượng hút của bộ tạo chân không V [m3/h, lít/m]:
V = n x VS (2.5)
Trong đó:
n - Số lượng cốc hút
VS - Lưu lượng hút yêu cầu cho 1 cốc hút đơn (m3/h, lít/m)
Như thiết kế trên: hệ thống sử dụng 1 cốc hút bán kính từng cốc là 25 mm
V = 1 x 8.3 = 8.3 (lít/m)
Tính toán lựa chọn bộ tạo chân không phù hợp, ở đây luận văn lựa chọn bộ tạo chân không của hãng SMC:
Bộ tạo chân không SMC ZH07 hoạt động dựa trên nguyên lý Venturi. Máy tạo chân không ZH07 có các tùy chọn kết hợp một số tính năng bổ sung để nâng cao hoạt động và ứng dụng. Các thành phần tích hợp như:
+ Điều khiển xả hơi tự động
+ Van đóng mở 1 chiều.
+ Bộ lọc, giảm thanh,…
3.3.7 Bơm chân không
Dựa vào thông số của bộ tạo chân không để lựa chọn bơm chân không phù hợp, đáp ứng nguồn cấp khí nén cần thiết: máy bơm chân không cần khoảng áp suất cấp từ 0.2 đến 0.3 Mpa do lưu lượng hút cần thiết là 8,3L/min
Chọn bơm R385
Thông số kỹ thuật bơm:
+ Điện áp: Điện áp
+ Dòng: 0.25A
+ Kích Thước: 60x26mm
+ Đầu Hút Vào, Ra: 5mm
3.3.8 Cơ cấu tịnh tiến giác hút chân không
Cơ cấu sử dựng nguyên lý vít me đảo chiều (sử dụng vít me với 2 ren trái và ren phải đồng thời để tạo ra 2 cơ cấu tịnh tiến ngược chiều nhau trong cùng một chiều quay động cơ)
Với hệ thống vít me ren phải với bước ren 1.25 được gắn vào cơ cấu tay gắp và vít me ren trái với bước ren 2 ta có tỷ lệ tốc độ tịnh tiến của 2 cơ cấu:
v(cơ cấu giác hút)/v(cơ cấu tay gắp) = 2/1.25=1.6
Hai cơ cấu vít me có trục cùng kích thước khác chiều ren được nối với nhau bằng nối trục cứng:
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN
4.1 Nguồn tổ ong DC 24V-10A
4.1.1 Chức năng
- Chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử.
- Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch.
- Hiệu quả cao, giá thành thấp, độ tin cậy cao.
4.1.2 Thông số kĩ thuật
- Điện áp vào: AC 220V ( Chân L và N)
- Điện áp ra: DC 24V
- Dòng ra: 5A/10A/15A/20A
- Công suất: 120~500W.
- Chất liệu vỏ: Vỏ nhôm/ Vỏ sắt.
- Điện áp điều chỉnh: +/-10%
- Tiêu chuẩn an toàn: CE, RoHS, FCC
4.2 Driver TB6600
4.2.1 Thông số kỹ thuật
- Nguồn đầu vào là 9V - 40V.
- Dòng cấp tối đa là 4A.
- Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.
- Có tích hợp đo quá dòng quá áp.
- Khối lượng: 200G.
- Kích thước: 96 * 71 * 37mm.
4.2.2 Cài đặt và ghép nối
- DC+: Nối với nguồn điện từ 9 - 40VDC.
- DC- : Điện áp (-) âm của nguồn.
- A+ và A-: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước.
- B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ.
- PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V).
- PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) (24VDC R=2.2kQ).
- DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V).
4.2.3 Đấu nối giữa TB-6600 Step Motor
Để điều khiển chính xác góc quay của động cơ bước cần có bộ điều khiển tương ứng với loại động cơ về số cuộn dây, công suất, tốc độ. Đối với động cơ và driver đang sử dụng, sơ đồ đấu dây biểu diễn như hình dưới đây.
Kết luận: Như vậy với chế độ vi bước 1/16 để động cơ quay được một vòng ta cần cấp 3200 xung và với vitme bước 4 mm ta có thể dễ dàng thấy được 3200 xung đai ốc vitme sẽ di chuyển 4mm. Từ đó ta có thể tính toán thông số cần cấp để di chuyển quãng đường tương ứng trên thực tế.
4.3 Nút bấm
Nút nhấn có đèn CML LA39-11D Push Button:
- Nút nhấn có đèn
- Lỗ khoét phi 22
- Tiếp điểm: 1NO + 1NC
- Công suất tiếp điểm: Ui: AC 660V; Ith: 10A
- Điện áp đèn: AC 220V
KẾT LUẬN
Trên đây là bản báo cáo đồ án tốt nghiệp Phát triển tay kẹp cho robot UR5 ứng dụng trong hệ thống đóng gói tự động của nhóm. Đây là một đề tài có tính thực tế cao, trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngày càng phát triển với sự cạnh tranh không ngừng từ các nước trên thế giới. Đòi hỏi năng suất và chất lượng phải được cải thiện nhờ dây chuyền máy móc hiện đại thay thế lao động thủ công của con người. Như vậy trong đồ án tốt nghiệp chúng em đã được tìm hiểu được cách xây dựng một mô hình tay gắp tự động, từ tìm hiểu chung về các hệ thống tự động trong công nghiệp, tính toán thiết kế hệ thống cơ khí đến việc lựa chọn các linh kiện để điều khiển. Công việc hoàn thành bao gồm:
- Nắm rõ nhu cầu tay gắp Robot tại Việt Nam;
- Dựng mô hình 3D bằng Solidworks;
- Tính toán các thông số cơ khí;
- Tìm hiểu nguyên lí hoạt động và vận dụng một số linh kiện điện tử;
Qua đề tài trên em đã biết cách vận dụng những kiến thức chuyên môn được đào tạo ở Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong thời gian qua vào với thực tế cuộc sống nhất là với công nghiệp. Từ đồ án này chúng em cũng học được rất nhiều như kĩ năng làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, tìm tài liệu, viết báo cáo… rất có ích cho sau này. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thành Hùng cùng các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp chúng em hoàn thành đề tài này.
Do giới hạn về thời gian cũng như kiến thức trong đồ án này, chúng em mới đã giải quyết một số vấn đề cơ bản trong việc thiết kế một mô hình máy ép tay gắp 4 chấu kết hợp hút chân không. Và còn rất nhiều vấn đề cần phải giải quyết và khắc phục để có được một sản phẩm hoàn thiện tốt hơn. Vì vậy chúng em rất vui mừng và mong muốn quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài này hoàn thiện hơn nữa.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Trọng Hiệp, “Chi tiết máy”. Nhà xuất bản giáo dục, 2006.
[2]. Trịnh Quang Vinh, Robot công nghiệp Cấu trúc, động học và động lực học, Nxb. Khoa học và kỹ thuật, 2013.
[3]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. “Tính toán, thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí”. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
[4]. P. Q. Thắng, Bài giảng Soliwork 2014-2017 phần căn bản-nâng cao, 2017.
[5]. Trần Thế San; Nguyễn Ngọc Phương, Thiết kế mạch và lập trình PLC, Nxb. Khoa học và kỹ thuật, 2016.
[6]. Trần Thế San, Nguyễn Trọng Thắng, Điện Công Nghiệp Và Điều Khiển Động Cơ, Nxb. Khoa học và kỹ thuật, 2013.
[7]. Học Solidworks: https://www.solidworkslearning.com/
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"