- Trang Chủ
- Tự động hoá
- Thiết kế và chế tạo tay máy cấp phôi truyền động bằng khí nén ứng dụng cho dây chuyền tự động
Xem mẫu
- THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TAY MÁY CẤP PHÔI
TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ NÉN ỨNG DỤNG
CHO DÂY CHUYỀN TỰ ĐỘNG
Phạm Trường Quốc Vương, Đặng Quang Thống
Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh
GVHD: ThS.Trần Đình Khải
TÓM TẮT
Tay máy thay thế cho con người trong hệ thống sản xuất, giúp nâng cao độ chính xác, tăng năng
suất và đảm bảo an toàn lao động trong sản xuất. Tay máy thiết kế có 4 bậc tự do gồm chuyển
động xoay góc 90o, trượt dọc, trượt ngang và tịnh tiến lên xuống. Mỗi chuyển động được truyền
động bằng xylanh khí nén kết hợp chuyển động trượt dọc bằng truyền động trục vít me. Hoạt động
tự động của tay máy được điều khiển bằng mạch Adruino UNO R3, sử dụng vi điều khiển
ATmega328. Tay máy sau khi thiết kế chế tạo được lắp ráp và có thể hoạt động tốt.
1 GIỚI THIỆU
Nước ta đang trong quá trình hội nhập mạnh mẽ nên các ngành sản xuất trong nước đang đối đầu
với rất nhiều thách thức từ các tập đoàn lớn bên ngoài. Loại hình sản xuất thủ công nhỏ lẻ đang cho
thấy khả năng cạnh tranh yếu kém và dễ dàng bị loại khỏi môi trường kinh doanh khốc liệt. Vì thế,
cơ cấu kinh tế đang có bước chuyển dịch đáng kể theo hướng công nghiệp hóa và từng bước hiện
đại hóa để cải thiện quy mô sản xuất và tăng khả năng cạnh tranh.
Nhận thấy tầm quan trọng cúa tự động hóa trong sản xuất. Nhiều Doanh nghiệp chế biến, đóng
gói ở Việt Nam đang từng bước nỗ lực hiện đại hoá cơ sở hạ tầng, thay đổi phương thức sản xuất,
mở rộng và cập nhật công nghệ mới để hướng tới hệ thống sản xuất tiên tiến, có khả năng cạnh
tranh cao trên thương trường trong và ngoài nước... Với nhu cầu thiết thực đó, nhóm nghiên cứu
quyết định chọn Tay máy cấp phôi tự động trong Dây chuyền sản xuất tự động hóa lập trình PLC
làm đề tài nghiên cứu chế tạo. Đề tài này không những đáp ứng xu thế hiện nay mà còn phù hợp
với năng lực của nhóm nghiên cứu hiện tại.
Tay máy cấp phôi tự động được sản xuất nhiều trên thế giới và giá thành khá cao, vì thế đề tài này
thực hiện việc thiết kế và chế tạo với giá thành thấp hơn rất nhiều và chủ động phát triển công nghệ
trong nước.
Tay máy cấp phôi tự động được nghiên cứu và ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động
hóa. Ưu điểm của tay máy là khả năng định vị chính xác, lặp lại chính xác và có thể thay đổi
chương trình cho phù hợp với dòng sản phẩm mới trong dây chuyền sản xuất. Tùy theo mỗi ứng
dụng cụ thể, kết cấu cơ khí robot, các cảm biến trang bị, chương trình được thiết kế tương ứng phù
hợp. Tay cấp phôi truyền động bằng khí nén được sử dụng rộng rãi nhờ các ưu điểm dễ chế tạo,
135
- đáp ứng nhanh, đơn giản và giá thành rẻ, phù hợp ứng dụng đơn giản [1]. Tay gắp robot được
nghiên cứu thiết kế chế tạo theo cấu trúc cơ khí nhiều và trình bày trong tài liệu [2]. Tay máy cấp
phôi tự động chế tạo truyền động bằng khí nén cấp phôi được nghiên cứu ứng dụng nhiều cho các
dây chuyền sản xuất tự động.
2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
Ứng dụng của tay máy cấp phôi dùng để cấp phôi cung cấp cho các máy công cụ trong hoạt động
gia công cơ trong sản xuất công nghiệp tự động như các chi tiết dạng trụ, hình hộp. Tay máy cấp
phôi giúp giảm bớt việc sử dụng sức lao động của con người vào quá trình sản xuất, nâng cao
năng suất và hiệu quả của công việc và đặc biệt đảm bảo an toàn lao động trong sản xuất..
Cấu tạo tay cấp phôi 4 bậc tự do được truyền động bằng 4 xylanh khí nén và 1 bộ truyền trục vít
gồm: 1 xylanh tay kẹp phôi dạng song song SHZ để cố định phôi trên tay gấp; 1 Xylanh xoay 900
biến năng lượng khí nén thành chuyển động xoay; 2 xylanh dẫn hướng 3 trục là cơ cấu chấp hành
chuyển hóa năng lượng khí nén thành chuyển động tịnh tiến ngang và lên xuống; 1 cơ cấu trục vít
me tạo chuyển động chạy dọc để cấp phôi cho các máy công cụ trong hệ thống.
Hình 1. Sơ đồ mạch của hệ điều khiển bằng khí nén
Sơ đồ khối kết nối hệ thống của tay máy được thể hiện trong Hình 2. Cụm nguồn cung cấp điện cho
toàn bộ hệ thống hoạt động, bộ điều khiển Arduino bật tắt các relay tương ứng để đóng ngắt các
valve khí nén điều khiển hoạt động của cơ cấu chấp hành là 4 xylanh khí nén và động cơ điện.
Hình 2. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển
136
- 3 KẾT QUẢ THI CÔNG SẢN PHẨM TAY MÁY ROBOT: GIA CÔNG, LẮP RÁP,
LẬP TRÌNH
Thiết kế chế tạo thành công tay máy (Hình 3) với vật liệu chế tạo các chi tiết cơ khí là thép và nhôm.
Hình 3. Hình ảnh thực tế của tay máy hoàn chỉnh lắp trong hệ thống
Chi tiết kết nối đầu giữa mạch Arduino (Hình 4) và mạch module relay, chân GND của relay nối với
chân GND của Arduino. Các chân để xuất tín hiệu điều khiển từ mạch Arduino sang Module relay
được sắp xếp theo thứ tự.
Hình 4. Mạch Adruino UNO R3
Chương trình điều khiển hoạt động của tay máy được viết dựa trên ngôn ngữ lập trình C trên máy
tính. Sau đó nạp vào chip vi điều khiển. Chương trình trong chip vi điều khiển vận hành hoạt động
của tay máy.
4 KẾT LUẬN
Đề tài đã thực hiện tính toán, thiết kế và chế tạo thành công tay máy cấp sản phẩm truyền động
bằng khí nén. Tay máy có 4 bậc tự do, mỗi một bậc tự do được truyền động bằng 1 xylanh khí nén
hoặc trục vít. Hoạt động của tay máy được điều khiển mạch Arduino (chip vi điều khiển ATmega).
137
- Tay máy sau khi được chế tạo và lắp ráp đã hoạt động đúng yêu cầu thiết kế. Tốc độ chuyển động
có thể điều chỉnh được cho phù hợp với từng ứng dụng trong công nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Mohd Aliff, Shujiro Dohta, Tetsuya Akag,i Hui Li, Development of a Simple-structured
Pneumatic Robot Arm and its Control Using Low-cost Embedded Controller, Sciencedirect,
Procedia Engineering, Volume 41, 2012, Pages 134-142.
[2] Craig, J.J., "Introduction to Robotics, Mechanics and Control", 2^ Edition, AddisonWesley,
1989.
[3] S. Maeda, N. Tsujiuchi, T. Koizumi, M. Sugiura and H. Kojima, "Development and control of
pneumatic robot arm for industrial fields," IECON 2011 - 37th Annual Conference of the IEEE
Industrial Electronics Society, Melbourne, VIC, 2011, pp. 86-91.
[4] G. Carducci Mario, Massimo Foglia, Angelo Gentile ,Nicola Ivan, Giannoccaro A. Messina,
2005. ‚Pneumatic robotic arm controlled by on-off valves for automatic harvesting based on
vision localization‛.
[5] Rakesh.N, Pradeep Kumar.A, Ajay.S, 2013. Design and Manufacturing of Low Cost Pneumatic
Pick And Place Robot, International Journal of Scientific & Technology Research Volume 2,
Issue 8.
[6] M. Kostadinović, M. Stojčev, Z. Bundalo and D. Bundalo, 2010. ‘Simulation model of DC servo
motor control,’ Proceedings of 14th Int. Power Electronics and Motion Control Conf. EPE-PEM,
Ohrid, pp: T7-10 -T7-14.
[7] Wang Z., Chen Z., Zhang J. 2012. ‘Servo Motor Position Control Based on DSP,’ In: Zhang T.
(eds) _vẻMechanical Engineering and Technology Advances in Intelligent and Soft Computing,
vol 125. Springer, Berlin, Heidelberg.
[8] M. Md Kamal and N. Mamat, 2009. ‘Controller design for servo motor,’ IEEE Symposium on
Industrial Electronics & Applications, Kuala Lumpur, pp. 926-929.
[9] Mạch vi điều khiển Arduino Mega: https://www.arduino.cc/
[10] Nguyễn Hữu Lộc, 2016, Giáo trình cơ sở thiết kế máy. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia
TP.HCM.
[11] Võ Minh Thiện, 2015, Giáo trình Sức bền vật liệu. Viện Kỹ thuật Hutech.
138
nguon tai.lieu . vn
