Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
LỜI NÓI ĐẦU - 7 -
LỜI CẢM ƠN - 9 -
CHƯƠNG 1: Ý NGHĨA CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG TỰ ĐỘNG HÓA - 10 -
1.1 Sự ra đời của robot công nghiệp - 10 -
1.2 Các lĩnh vực ứng dụng robot công nghiệp - 11 -
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT 3 BẬC TỰ DO - 16 -
2.1 Ứng dụng của robot 3 bậc tự do sử dụng trong đề tài - 16 -
2.2 Thiết kế mô hình cánh tay robot - 16 -
2.2.1 Khớp robot - 17 -
2.2.2 Cổ tay robot - 18 -
2.2.3 Bàn tay robot (cơ cấu tác động cuối) - 18 -
2.2.4 Mô hình robot được thiết kế - 19 -
2.3 Xây dựng phương trình động học robot 3 bậc tự do - 19 -
2.3.1 Phương trình động học thuận robot - 20 -
2.3.2 Xác định quỹ đạo chuyển động của robot trong không gian - 23 -
2.3.3 Phương trình động học ngược - 23 -
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN NGUỒN DẪN ĐỘNG CHO ROBOT - 26 -
3.1 Phân tích các nguồn dẫn động - 26 -
3.1.1 Truyền động thủy lực - 26 -
3.1.2 Truyền động khí nén - 27 -
3.1.3 Truyền động điện cơ - 28 -
3.2 Lựa chọn truyền động điện cơ cho khớp quay thứ 1 - 28 -
3.2.1 Lựa chọn động cơ bước cho khớp quay - 28 -
3.2.2 Tìm hiểu về động cơ bước - 29 -
3.2.3 Điều khiển động cơ bước - 31 -
3.2.4 Thông số kĩ thuật của động cơ bước - 33 -
3.3 Lựa chọn truyền động khí nén cho khâu quay thứ 2, tịnh tiến và tay gắp - 33 -
3.3.1 Xi lanh hai chiều - 33 -
3.3.2 Van kiểu 5/2 - 35 -
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN - 37 -
4.1 Phân tích các bộ điều khiển - 37 -
4.1.1 Điều khiển bằng các rơle điện từ - 37 -
4.1.2 Điều khiển bằng vi điều khiển - 38 -
4.1.3 Điều khiển bằng PLC - 38 -
4.2 Lựa chọn bộ điều khiển PLC cho robot - 39 -
4.2.1 Phân tích các loại PLC - 39 -
4.2.2 Lựa chọn bộ điều khiển PLC S7-200 - 39 -
CHƯƠNG 5: CẢM BIẾN TRONG ROBOT - 47 -
5.1 Cảm biến từ tiệm cận - 47 -
5.1.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ tiệm cận - 47 -
5.1.2 Cảm biến từ tiệm cận sử dụng trong đề tài :CS1-J, CS1-F - 48 -
5.2 Công tắc hành trình điện cơ - 50 -
5.2.1 Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình điện cơ. - 50 -
5.2.2.Công tắc hành trình sử dụng trong đề tài: kW12 - 50 -
5.3 Cảm biến hồng ngoại - 51 -
5.3.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại - 51 -
5.3.2 Cảm biến sử dụng trong đề tài - 52 -
5.3.3 Mạch cảm biến - 52 -
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ROBOT - 54 -
6.1 Chế tạo mô hình cơ khí - 54 -
6.2 Thiết kế modul điều khiển - 59 -
6.2.1 Modul mạch điều khiển động cơ bước - 59 -
6.2.1.1 Khối mạch tạo xung - 59 -
6.2.1.2 Khối mạch điều khiển động cơ bước - 63 -
6.2.1.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch - 69 -
6.2.2 Thiết kế modul điều khiển khí nén - 71 -
6.2.3 Sơ đồ ghép nối hệ thống - 72 -
6.2.4 Lưu đồ thuật toán - 73 -
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 74 -
7.1 Kết quả thực hiện đồ án - 74 -
7.1.1 Kết quả đạt được - 74 -
7.1.2 Kết quả chưa đạt được - 74 -
7.2 Hướng khắc phục và hướng phát triển của đồ án - 74 -
7.3 Những thuận lợi và khó khăn - 75 -
7.3.1 Những thuận lợi của đề tài - 75 -
7.3.2 Những khó khăn của đề tài - 75 -
7.4 Kết luận - 75 -
7.5 Kiến nghị - 76 -
PHỤ LỤC 1: BẢNG SYMBOL - 77 -
PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN - 78 -
LỜI NÓI 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. Như ta đã biết, ngày nay robot công nghiệp được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp đòi hỏi sự tự động trong quá trình sản xuất.
Mục tiêu ứng dụng robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động.
Ở nước ngoài, robot công nghiệp đã được nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất từ rất sớm. Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên vào năm 1961 tại Hoa Kỳ.
Ở nước ta, giai đoạn trước năm 1990 hầu như chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật từ lĩnh vực này. Cho đến nay, ở nước ta đã có rất nhiều cơ sở thiết kế, chế tạo và lắp ráp được robot. Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Dịch vụ khoa học kỹ thuật cho biết, đến năm 2010, TP Hồ Chí Minh sẽ đưa ra thị trường robot công nghiệp hoàn chỉnh, có khả năng cạnh tranh với các sản phẩm ngoại nhập. Hơn nữa, mấy năm trở lại đây Việt Nam luôn đạt giải cao trong các cuộc thi robocon Châu Á – Thái Bình Dương. Những chiến thắng này đã thổi một luồng sinh khí mới vào phong trào sáng tạo robot của sinh viên. Hàng loạt robot mới ra đời từ những cuộc thi này.
Sự ra đời của hệ thống điều khiển PLC đã thay thế được hệ thống điều khiển cồng kềnh bằng rơle và các dây nối. Với nhiều ưu điểm nổi bật, ngày nay hệ thống điều khiển bằng PLC đã trở nên ưu việt và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng PLC là rất cần thiết.
Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và dạy học kỹ thuật trong đó có trường ta, đã bắt đầu giảng dạy về robot công nghiệp. Với sở thích tìm hiểu về robot, mong muốn ứng dụng lý thuyết đã được học vào thực tiễn, cũng như thúc đẩy phong trào nghiên cứu, chế tạo robot của các bạn sinh viên trong và ngoài trường, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài “thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển tự động cánh tay robot 3 bậc tự do bằng PLC”.
Đề tài chúng em gồm những nội dung chính sau:
Chương 1: Ý nghĩa robot công nghiệp trong tự động hóa.
Chương 2: Xây dựng mô hình động học robot 3 bậc tự do.
Chương 3: Lựa chọn nguồn dẫn động cho robot.
Chương 4: Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển.
Chương 5 : Cảm biến trong robot.
Chương 6: Thiết kế, chế tạo mô hình và hệ thống điều khiển robot.
Chương 7: Kết luận và kiến nghị
Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghiệm nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót.
CHƯƠNG 1
Ý NGHĨA CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG
TỰ ĐỘNG HÓA
Theo ước tính của Liên đoàn robot quốc tế (IRF), hiện nay trên thế giới có khoảng 50% số lượng robot được sử dụng tại châu Á (trong đó Nhật Bản chiếm 30%), 32% ở châu Âu, 16% ở Bắc Mỹ, 1% ở Australia và 1% ở châu Phi.
Trong đó, robot được sử dụng trong các ngành chế tạo ôtô chiếm 33,2%, ngành unseecified chiếm 25%, ngành điện-điện tử 9,9%, ngành hoá chất + cao su + nhựa chiếm 9,4%, ngành chế tạo máy 4,3%, ngành điện tử viễn thông chiếm 2,5%, sản xuất metal chiếm 3,7%, ngành sản xuất gỗ 2,5%, và các ngành khác là 10,3%.
Theo dự báo ,trên thế giới trong vòng 20 năm nữa mỗi người sẽ có nhu cầu sử dụng 1 robot như nhu cầu 1 máy tính PC hiện nay và robot sẽ là tâm điểm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau internet.Với xu thế này cùng với các ứng dụng truyền thông khác của robot trong công nghiệp ,y tế,giáo dục đào tạo ,giải trí,và đặc biệt trong an ninh quốc phòng thì thị trường robot và các dịch vụ ăn theo robot sẽ vô cùng lớn.
Để hiểu biết hơn về tầm quan trọng của robot ngày nay,chúng em đi nghiên cứu về ý nghĩa của robot trong tự động hóa ở chương 1. Chương 1 bao gồm 2 nội dung đó là: sự ra đời và ứng dụng của robot trong tự động hóa.
1.1 Sự ra đời của robot công nghiệp
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robata” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s universal robots của Karel Capek, vào năm 1921. Trong vở kịch này, ông đã mô tả một “nhân vật” có thể ứng xử như con người, có khả năng làm việc khỏe gấp đôi con người, nhưng không có cảm tính, cảm giác như con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuât về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người. Sự phát triển của lĩnh vực robot bắt đầu từ 40 năm sau đó.
Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô. Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầy sản xuất robot công nghiệp: Anh – 1967, Thụy Điển và Nhật – 1968 theo bản quyền của Mỹ, CHLB Đức – 1971, Pháp – 1972, ở Ý – 1973...
Trong những năm sau này, việc nâng cao chức năng hoạt động của robot không ngừng phát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau để nhận biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực tin học – điện tử đã tạo ra cá thế hệ robot với nhiều chức năng đặc biệt, số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Một vài số liệu về số lượng robot được sản xuất ở một vài nước công nghiệp phát triển như sau:
Nước sản xuất Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998
Nhật 60118 29756 67000
Mỹ 4327 7634 11100
Đức 58445 5125 8600
Ý 2500 2408 4000
Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra robot, nhưng nước phát triển cao nhất lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng robot lại là Nhật.
1.2 Các lĩnh vực ứng dụng robot công nghiệp
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại , năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt.
Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và giảm khẳ năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ vào những khẳ năng to lớn của robot như: Làm việc không biết mệt mỏi, rất dễ dàng chuyển nghề một cách thành thạo, chịu được phóng xạ với môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” được cả từ trường, và “nghe” được cả siêu âm...Robot dùng để thay thế con người trong các trường hợp trên hay thực hiện các công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt mỏi ,nhầm lẫn.
Trong nghành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun, phủ kim loại,tháo lắp vận chuyển phôi,lắp rắp sản phẩm...
Ngày nay, đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với robot công nghiệp,các dây chuyền đó đạt mức tự động hóa cao, mức độ linh hoạt cao...Ở đây các máy robot công nghiệp được điều khiển bằng cùng một hệ thống chương trình.
Ngoài các phân xưởng nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, sử dụng trong quốc phòng, trong chinh phục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội....
Rõ ràng khẳ năng của robot trong một số điều kiện vượt hơn khẳ năng của con người, do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc hại.Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người. Trong dây chuyền sản xuất tự động, nếu có một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người.
Robot được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khai thác. Có thể phân loại ứng dụng của robot làm các lĩnh vực chính: Vận chuyển, bốc dỡ vật liệu, gia công, lắp ráp, thăm dò và các ứng dụng khác.
Hiệp hội robot nước Anh(BRA – British Robot Association ) đã cung cấp số liệu về tỷ lệ phân bố về loại công nghiệp dược dùng robot.
CHƯƠNG 7
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1 Kết quả thực hiện đồ án
7.1.1 Kết quả đạt được
- Thiết kế và hoàn thành mô hình cánh tay robot 3 bậc tự do.
- Hoàn thiện các phần cứng điều khiển robot bao gồm:
+ Thiết kế mạch driver điều khiển động cơ bước dùng các IC số (IC đếm 74LS192, IC giải mã 74LS138, IC đảo 74HC14, Tip 122...).
+ Thiết kế mạch tạo xung dùng NE555 và được điều khiển cấp phát xung bằng PLC thông qua các rơle.
- Xử lý được các vấn đề do nhiễu xung gây ra.
- Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển các khớp của robot.
- Sản phẩm có tính khả thi, có tính thực tế và có thể phát triển trong tương lai.
7.1.2 Kết quả chưa đạt được
- Mô hình cơ khí chưa được tối ưu về độ linh hoạt,trục quay cơ khí còn yếu
7.2 Hướng khắc phục và hướng phát triển của đồ án
Nếu thời gian và điều kiện cho phép chúng em sẽ khắc phục những thiết sót trong đề tài của mình cụ thể như:thiết kế phần cánh tay robot linh hoạt hơn,vùng không gian hoạt động rộng hơn,phần cơ khí chạy ổn định hơn.
Hướng phát triển của đề tài:
- Sử dụng động cơ kết hợp với tay gắp thiết kế cho việc gắp phôi ở mọi vị trí trong vùng không gian hoạt động của tay máy.Kết hợp với việc trục thứ 1 có ren để nâng lên hạ xuống và trục thứ 2 có ren để đưa ra hay kéo vào.Như vậy,robot rất linh hoạt và vùng không gian hoạt động của nó sẽ rất rộng.
- Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người. Trong dây chuyền sản xuất tự động, nếu có một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người. Vì vậy để hướng phát triển thứ 2 của chúng em là điều khiển có giám sát hệ thống.
7.3 Những thuận lợi và khó khăn
7.3.1 Những thuận lợi của đề tài
- Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn Nguyễn Văn Diên, cô Lê Thị Minh Tâm và các thầy cô trong khoa.
- Được sự động viên, hỗ trợ về mặt vật chất và tinh thần của gia đình, bạn bè trong và ngoài lớp.
- Tài liệu và phương tiện nghiên cứu phong phú.
- Sự đoàn kết, nỗ lực, quyết tâm của các thành viên trong nhóm.
7.3.2 Những khó khăn của đề tài
- Do thời gian cũng như kiến thức có hạn, nên kết quả đạt được chưa được tối ưu.
- Do không có nhiều hiểu biết về cơ khí, nên chúng em đã tốn nhiều thời gian cho phần này. Các chi tiết cơ khí gia công khó, dùng nhiều chi tiết chắp vá làm cho phần cơ khí thiếu đồng bộ, gây ra nhiều sai số. Vì vậy, ảnh hưởng nhiều đến chương trình điều khiển.
- Về mặt lập trình điều khiển: Do thời gian, kiến thức có hạn nên chương trình chưa tối ưu.
- Ngoài ra còn một số nguyên nhân khách quan khác.
7.4 Kết luận
- Được sự ủng hộ và giúp đỡ từ nhiều phía, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng chúng em đã hoàn thành đồ án “Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 3 bậc tự do điều khiển bằng PLC”. Đồ án đã trình bày khá đầy đủ về các kiến thức cơ sở, phân tích kỹ nguyên lý, cấu trúc từng khối phần cứng và phần mềm để người đọc dễ nắm bắt.
- Đồ án là sản phẩm nghiên cứu miệt mài của nhóm trong thời gian qua. Nó đã thể hiện được phần nào những kiến thức,kinh nghiệm mà chúng em tích lũy được trong 4 năm học. Đồng thời, thông qua đồ án này, chúng em cũng tự rút ra cho mình nhiều bài học bổ ích.
- Chúng em rất mong được sự ủng hộ , động viên cũng như góp ý từ các thầy cô và bạn bè để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
7.5 Kiến nghị
- Đối với những người học về điện - tự động hóa, việc nghiên cứu về các máy móc, thiết bị công nghiệp trong các nhà máy, xí nghiệp là rất cần thiết. Khi thực hiện đề tài này, tuy chúng em đã được nghiên cứu rất nhiều trên lớp và tài liệu liên quan đến robot công nghiệp nhưng khi bắt tay vào đề tài ,cụ thể là thiết kế mô hình cánh tay chúng em còn nhiều bỡ ngỡ do không có cái nhìn thực tế.
- Nếu khoa có thể kết hợp với việc học robot công nghiệp trên lớp với các giờ học thực tế như tham quan các nhà máy sản xuất tự động thì sẽ rất thuận tiện cho các bạn trong việc nghiên cứu về mảng robot điều khiển các thiết bị công nghiệp ngoài thực tế. các bạn sẽ có cái nhìn tổng quan và thực tế hơn về môn học trừu tượng này.
- Thứ hai là về mảng thực hành về PLC chúng em không được thực hành nhiều trên lớp nên khi bắt tay vào đồ án còn khá lúng túng dẫn đến mất nhiều thời gian, nên chúng em có đề xuất nhà trường nên cho chúng em thực hành nhiều hơn nữa để thành thạo hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
LỜI NÓI ĐẦU - 7 -
LỜI CẢM ƠN - 9 -
CHƯƠNG 1: Ý NGHĨA CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG TỰ ĐỘNG HÓA - 10 -
1.1 Sự ra đời của robot công nghiệp - 10 -
1.2 Các lĩnh vực ứng dụng robot công nghiệp - 11 -
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC ROBOT 3 BẬC TỰ DO - 16 -
2.1 Ứng dụng của robot 3 bậc tự do sử dụng trong đề tài - 16 -
2.2 Thiết kế mô hình cánh tay robot - 16 -
2.2.1 Khớp robot - 17 -
2.2.2 Cổ tay robot - 18 -
2.2.3 Bàn tay robot (cơ cấu tác động cuối) - 18 -
2.2.4 Mô hình robot được thiết kế - 19 -
2.3 Xây dựng phương trình động học robot 3 bậc tự do - 19 -
2.3.1 Phương trình động học thuận robot - 20 -
2.3.2 Xác định quỹ đạo chuyển động của robot trong không gian - 23 -
2.3.3 Phương trình động học ngược - 23 -
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN NGUỒN DẪN ĐỘNG CHO ROBOT - 26 -
3.1 Phân tích các nguồn dẫn động - 26 -
3.1.1 Truyền động thủy lực - 26 -
3.1.2 Truyền động khí nén - 27 -
3.1.3 Truyền động điện cơ - 28 -
3.2 Lựa chọn truyền động điện cơ cho khớp quay thứ 1 - 28 -
3.2.1 Lựa chọn động cơ bước cho khớp quay - 28 -
3.2.2 Tìm hiểu về động cơ bước - 29 -
3.2.3 Điều khiển động cơ bước - 31 -
3.2.4 Thông số kĩ thuật của động cơ bước - 33 -
3.3 Lựa chọn truyền động khí nén cho khâu quay thứ 2, tịnh tiến và tay gắp - 33 -
3.3.1 Xi lanh hai chiều - 33 -
3.3.2 Van kiểu 5/2 - 35 -
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN - 37 -
4.1 Phân tích các bộ điều khiển - 37 -
4.1.1 Điều khiển bằng các rơle điện từ - 37 -
4.1.2 Điều khiển bằng vi điều khiển - 38 -
4.1.3 Điều khiển bằng PLC - 38 -
4.2 Lựa chọn bộ điều khiển PLC cho robot - 39 -
4.2.1 Phân tích các loại PLC - 39 -
4.2.2 Lựa chọn bộ điều khiển PLC S7-200 - 39 -
CHƯƠNG 5: CẢM BIẾN TRONG ROBOT - 47 -
5.1 Cảm biến từ tiệm cận - 47 -
5.1.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến từ tiệm cận - 47 -
5.1.2 Cảm biến từ tiệm cận sử dụng trong đề tài :CS1-J, CS1-F - 48 -
5.2 Công tắc hành trình điện cơ - 50 -
5.2.1 Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình điện cơ. - 50 -
5.2.2.Công tắc hành trình sử dụng trong đề tài: kW12 - 50 -
5.3 Cảm biến hồng ngoại - 51 -
5.3.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại - 51 -
5.3.2 Cảm biến sử dụng trong đề tài - 52 -
5.3.3 Mạch cảm biến - 52 -
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
ROBOT - 54 -
6.1 Chế tạo mô hình cơ khí - 54 -
6.2 Thiết kế modul điều khiển - 59 -
6.2.1 Modul mạch điều khiển động cơ bước - 59 -
6.2.1.1 Khối mạch tạo xung - 59 -
6.2.1.2 Khối mạch điều khiển động cơ bước - 63 -
6.2.1.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch - 69 -
6.2.2 Thiết kế modul điều khiển khí nén - 71 -
6.2.3 Sơ đồ ghép nối hệ thống - 72 -
6.2.4 Lưu đồ thuật toán - 73 -
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 74 -
7.1 Kết quả thực hiện đồ án - 74 -
7.1.1 Kết quả đạt được - 74 -
7.1.2 Kết quả chưa đạt được - 74 -
7.2 Hướng khắc phục và hướng phát triển của đồ án - 74 -
7.3 Những thuận lợi và khó khăn - 75 -
7.3.1 Những thuận lợi của đề tài - 75 -
7.3.2 Những khó khăn của đề tài - 75 -
7.4 Kết luận - 75 -
7.5 Kiến nghị - 76 -
PHỤ LỤC 1: BẢNG SYMBOL - 77 -
PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN - 78 -
LỜI NÓI 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. Như ta đã biết, ngày nay robot công nghiệp được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp đòi hỏi sự tự động trong quá trình sản xuất.
Mục tiêu ứng dụng robot trong công nghiệp là nhằm nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động.
Ở nước ngoài, robot công nghiệp đã được nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất từ rất sớm. Chiếc robot công nghiệp được đưa vào ứng dụng đầu tiên vào năm 1961 tại Hoa Kỳ.
Ở nước ta, giai đoạn trước năm 1990 hầu như chưa du nhập về kỹ thuật robot, thậm chí còn chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật từ lĩnh vực này. Cho đến nay, ở nước ta đã có rất nhiều cơ sở thiết kế, chế tạo và lắp ráp được robot. Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Dịch vụ khoa học kỹ thuật cho biết, đến năm 2010, TP Hồ Chí Minh sẽ đưa ra thị trường robot công nghiệp hoàn chỉnh, có khả năng cạnh tranh với các sản phẩm ngoại nhập. Hơn nữa, mấy năm trở lại đây Việt Nam luôn đạt giải cao trong các cuộc thi robocon Châu Á – Thái Bình Dương. Những chiến thắng này đã thổi một luồng sinh khí mới vào phong trào sáng tạo robot của sinh viên. Hàng loạt robot mới ra đời từ những cuộc thi này.
Sự ra đời của hệ thống điều khiển PLC đã thay thế được hệ thống điều khiển cồng kềnh bằng rơle và các dây nối. Với nhiều ưu điểm nổi bật, ngày nay hệ thống điều khiển bằng PLC đã trở nên ưu việt và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng PLC là rất cần thiết.
Ở nhiều trường đại học, cao đẳng và dạy học kỹ thuật trong đó có trường ta, đã bắt đầu giảng dạy về robot công nghiệp. Với sở thích tìm hiểu về robot, mong muốn ứng dụng lý thuyết đã được học vào thực tiễn, cũng như thúc đẩy phong trào nghiên cứu, chế tạo robot của các bạn sinh viên trong và ngoài trường, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài “thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển tự động cánh tay robot 3 bậc tự do bằng PLC”.
Đề tài chúng em gồm những nội dung chính sau:
Chương 1: Ý nghĩa robot công nghiệp trong tự động hóa.
Chương 2: Xây dựng mô hình động học robot 3 bậc tự do.
Chương 3: Lựa chọn nguồn dẫn động cho robot.
Chương 4: Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển.
Chương 5 : Cảm biến trong robot.
Chương 6: Thiết kế, chế tạo mô hình và hệ thống điều khiển robot.
Chương 7: Kết luận và kiến nghị
Do có sự hạn chế về thời gian cũng như kiến thức và kinh nghiệm nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót.
CHƯƠNG 1
Ý NGHĨA CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG
TỰ ĐỘNG HÓA
Theo ước tính của Liên đoàn robot quốc tế (IRF), hiện nay trên thế giới có khoảng 50% số lượng robot được sử dụng tại châu Á (trong đó Nhật Bản chiếm 30%), 32% ở châu Âu, 16% ở Bắc Mỹ, 1% ở Australia và 1% ở châu Phi.
Trong đó, robot được sử dụng trong các ngành chế tạo ôtô chiếm 33,2%, ngành unseecified chiếm 25%, ngành điện-điện tử 9,9%, ngành hoá chất + cao su + nhựa chiếm 9,4%, ngành chế tạo máy 4,3%, ngành điện tử viễn thông chiếm 2,5%, sản xuất metal chiếm 3,7%, ngành sản xuất gỗ 2,5%, và các ngành khác là 10,3%.
Theo dự báo ,trên thế giới trong vòng 20 năm nữa mỗi người sẽ có nhu cầu sử dụng 1 robot như nhu cầu 1 máy tính PC hiện nay và robot sẽ là tâm điểm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau internet.Với xu thế này cùng với các ứng dụng truyền thông khác của robot trong công nghiệp ,y tế,giáo dục đào tạo ,giải trí,và đặc biệt trong an ninh quốc phòng thì thị trường robot và các dịch vụ ăn theo robot sẽ vô cùng lớn.
Để hiểu biết hơn về tầm quan trọng của robot ngày nay,chúng em đi nghiên cứu về ý nghĩa của robot trong tự động hóa ở chương 1. Chương 1 bao gồm 2 nội dung đó là: sự ra đời và ứng dụng của robot trong tự động hóa.
1.1 Sự ra đời của robot công nghiệp
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robata” có nghĩa là công việc tạp dịch trong vở kịch Rossum’s universal robots của Karel Capek, vào năm 1921. Trong vở kịch này, ông đã mô tả một “nhân vật” có thể ứng xử như con người, có khả năng làm việc khỏe gấp đôi con người, nhưng không có cảm tính, cảm giác như con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kỹ thuât về những cơ cấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ bắp của con người. Sự phát triển của lĩnh vực robot bắt đầu từ 40 năm sau đó.
Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô. Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầy sản xuất robot công nghiệp: Anh – 1967, Thụy Điển và Nhật – 1968 theo bản quyền của Mỹ, CHLB Đức – 1971, Pháp – 1972, ở Ý – 1973...
Trong những năm sau này, việc nâng cao chức năng hoạt động của robot không ngừng phát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau để nhận biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực tin học – điện tử đã tạo ra cá thế hệ robot với nhiều chức năng đặc biệt, số lượng robot ngày càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.
Một vài số liệu về số lượng robot được sản xuất ở một vài nước công nghiệp phát triển như sau:
Nước sản xuất Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998
Nhật 60118 29756 67000
Mỹ 4327 7634 11100
Đức 58445 5125 8600
Ý 2500 2408 4000
Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra robot, nhưng nước phát triển cao nhất lĩnh vực nghiên cứu chế tạo và sử dụng robot lại là Nhật.
1.2 Các lĩnh vực ứng dụng robot công nghiệp
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại , năng suất và hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt.
Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và giảm khẳ năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ vào những khẳ năng to lớn của robot như: Làm việc không biết mệt mỏi, rất dễ dàng chuyển nghề một cách thành thạo, chịu được phóng xạ với môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, “cảm thấy” được cả từ trường, và “nghe” được cả siêu âm...Robot dùng để thay thế con người trong các trường hợp trên hay thực hiện các công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt mỏi ,nhầm lẫn.
Trong nghành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ hàn, cắt kim loại, sơn, phun, phủ kim loại,tháo lắp vận chuyển phôi,lắp rắp sản phẩm...
Ngày nay, đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với robot công nghiệp,các dây chuyền đó đạt mức tự động hóa cao, mức độ linh hoạt cao...Ở đây các máy robot công nghiệp được điều khiển bằng cùng một hệ thống chương trình.
Ngoài các phân xưởng nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc khai thác thềm lục địa và đại dương, trong y học, sử dụng trong quốc phòng, trong chinh phục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội....
Rõ ràng khẳ năng của robot trong một số điều kiện vượt hơn khẳ năng của con người, do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự động hóa, nâng cao năng suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc hại.Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người. Trong dây chuyền sản xuất tự động, nếu có một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người.
Robot được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khai thác. Có thể phân loại ứng dụng của robot làm các lĩnh vực chính: Vận chuyển, bốc dỡ vật liệu, gia công, lắp ráp, thăm dò và các ứng dụng khác.
Hiệp hội robot nước Anh(BRA – British Robot Association ) đã cung cấp số liệu về tỷ lệ phân bố về loại công nghiệp dược dùng robot.
CHƯƠNG 7
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1 Kết quả thực hiện đồ án
7.1.1 Kết quả đạt được
- Thiết kế và hoàn thành mô hình cánh tay robot 3 bậc tự do.
- Hoàn thiện các phần cứng điều khiển robot bao gồm:
+ Thiết kế mạch driver điều khiển động cơ bước dùng các IC số (IC đếm 74LS192, IC giải mã 74LS138, IC đảo 74HC14, Tip 122...).
+ Thiết kế mạch tạo xung dùng NE555 và được điều khiển cấp phát xung bằng PLC thông qua các rơle.
- Xử lý được các vấn đề do nhiễu xung gây ra.
- Nghiên cứu và ứng dụng PLC vào điều khiển các khớp của robot.
- Sản phẩm có tính khả thi, có tính thực tế và có thể phát triển trong tương lai.
7.1.2 Kết quả chưa đạt được
- Mô hình cơ khí chưa được tối ưu về độ linh hoạt,trục quay cơ khí còn yếu
7.2 Hướng khắc phục và hướng phát triển của đồ án
Nếu thời gian và điều kiện cho phép chúng em sẽ khắc phục những thiết sót trong đề tài của mình cụ thể như:thiết kế phần cánh tay robot linh hoạt hơn,vùng không gian hoạt động rộng hơn,phần cơ khí chạy ổn định hơn.
Hướng phát triển của đề tài:
- Sử dụng động cơ kết hợp với tay gắp thiết kế cho việc gắp phôi ở mọi vị trí trong vùng không gian hoạt động của tay máy.Kết hợp với việc trục thứ 1 có ren để nâng lên hạ xuống và trục thứ 2 có ren để đưa ra hay kéo vào.Như vậy,robot rất linh hoạt và vùng không gian hoạt động của nó sẽ rất rộng.
- Nhược điểm lớn nhất của robot là chưa linh hoạt như con người. Trong dây chuyền sản xuất tự động, nếu có một robot bị hỏng có thể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người. Vì vậy để hướng phát triển thứ 2 của chúng em là điều khiển có giám sát hệ thống.
7.3 Những thuận lợi và khó khăn
7.3.1 Những thuận lợi của đề tài
- Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn Nguyễn Văn Diên, cô Lê Thị Minh Tâm và các thầy cô trong khoa.
- Được sự động viên, hỗ trợ về mặt vật chất và tinh thần của gia đình, bạn bè trong và ngoài lớp.
- Tài liệu và phương tiện nghiên cứu phong phú.
- Sự đoàn kết, nỗ lực, quyết tâm của các thành viên trong nhóm.
7.3.2 Những khó khăn của đề tài
- Do thời gian cũng như kiến thức có hạn, nên kết quả đạt được chưa được tối ưu.
- Do không có nhiều hiểu biết về cơ khí, nên chúng em đã tốn nhiều thời gian cho phần này. Các chi tiết cơ khí gia công khó, dùng nhiều chi tiết chắp vá làm cho phần cơ khí thiếu đồng bộ, gây ra nhiều sai số. Vì vậy, ảnh hưởng nhiều đến chương trình điều khiển.
- Về mặt lập trình điều khiển: Do thời gian, kiến thức có hạn nên chương trình chưa tối ưu.
- Ngoài ra còn một số nguyên nhân khách quan khác.
7.4 Kết luận
- Được sự ủng hộ và giúp đỡ từ nhiều phía, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng chúng em đã hoàn thành đồ án “Thiết kế và chế tạo cánh tay robot 3 bậc tự do điều khiển bằng PLC”. Đồ án đã trình bày khá đầy đủ về các kiến thức cơ sở, phân tích kỹ nguyên lý, cấu trúc từng khối phần cứng và phần mềm để người đọc dễ nắm bắt.
- Đồ án là sản phẩm nghiên cứu miệt mài của nhóm trong thời gian qua. Nó đã thể hiện được phần nào những kiến thức,kinh nghiệm mà chúng em tích lũy được trong 4 năm học. Đồng thời, thông qua đồ án này, chúng em cũng tự rút ra cho mình nhiều bài học bổ ích.
- Chúng em rất mong được sự ủng hộ , động viên cũng như góp ý từ các thầy cô và bạn bè để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
7.5 Kiến nghị
- Đối với những người học về điện - tự động hóa, việc nghiên cứu về các máy móc, thiết bị công nghiệp trong các nhà máy, xí nghiệp là rất cần thiết. Khi thực hiện đề tài này, tuy chúng em đã được nghiên cứu rất nhiều trên lớp và tài liệu liên quan đến robot công nghiệp nhưng khi bắt tay vào đề tài ,cụ thể là thiết kế mô hình cánh tay chúng em còn nhiều bỡ ngỡ do không có cái nhìn thực tế.
- Nếu khoa có thể kết hợp với việc học robot công nghiệp trên lớp với các giờ học thực tế như tham quan các nhà máy sản xuất tự động thì sẽ rất thuận tiện cho các bạn trong việc nghiên cứu về mảng robot điều khiển các thiết bị công nghiệp ngoài thực tế. các bạn sẽ có cái nhìn tổng quan và thực tế hơn về môn học trừu tượng này.
- Thứ hai là về mảng thực hành về PLC chúng em không được thực hành nhiều trên lớp nên khi bắt tay vào đồ án còn khá lúng túng dẫn đến mất nhiều thời gian, nên chúng em có đề xuất nhà trường nên cho chúng em thực hành nhiều hơn nữa để thành thạo hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Tags: Thiết kế mạch điều khiển chuyển động theo không gian cho robot 3 bậc tự do sử dụng thuật toán PID, nguyên lý và hươngs phát triển của canh tay robot, Điều khiển PLC trên robot 4 bậc tự do, Sai số khi điều khiển robot 3 bậc tự do DDD, động học thuận và ngược của robot Gapq vật 3 bậc tự do RRR, bản vẽ cánh tay robot 3 bậc, đồ án vận hành cánh tay robot 3 trục, đồ án hệ thống cơ điện tử cánh tay robot 3 bậc tự do gắp vật rrt, đồ án thiết kế robocon gắp vật thi đấu, cánh tay robot plc 4 bậc dùng plc