Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ROBOT 1. Sơ lược quá trình phát triển của robot: Khái niệm robot ra đời vào đầu tiên vào ngày 9/10/1922 tại New York, khi nhà soạn kịch người Tệp Kh Karen Kapek đã tưởng tượng ra một cổ máy hoạt động một cách tự động, nó là niềm mơ ước của con người lúc đó. Từ đó, ý tưởng thiết kế, chế tạo robot đã luôn thôi thúc con người. Đến năm 1948, tại phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Goertz đã chế tạo thành công tay máy đôi (master-slavermanipulator). Đến năm 1954, Goertz đã chế tạo tay máy đôi sử dụng động cơ servo và có thể nhận biết được lực tác động lên khâu cuối. Năm 1956, hãng Generall Mills đã chế tạo tay máy hoạt động trong việc thám hiểm đại dương. Năm 1968, R.S.Mosher, của General Electric đã chế tạo một cổ máy biết đi bằng bốn chân. Hệ thống vận hành bởi động cơ đốt trong và mỗi chân vận hành bởi hệ thống servo thủy lực. Năm 1969, đại học Stanford đã thiết kế được robot tự hành nhờ nhận dạng hình ảnh. Năm 1970, con người đã chế tạo robot tự hành Lunokohod, thám hiểm bề mặt của mặt trăng. Trong giai đoạn này, ở nhiều nước khác cũng tiến hành nghiên cứu tương tự, tạo ra các robot điều khiển bằng máy tính có lắp đặt các loại cảm biến và thiết bị giao tiếp người và máy. Theo sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật, các robot ngày càng được chế tạo nhỏ gọn hơn, thông minh hơn, thực hiện được nhiều chức năng hơn để đáp ứng nhu cầu của con người. Một lĩnh vực được nhiều nước quan tâm là robot tự hành, các chuyển động của chúng ngày càng đa dạng, bắt chước chuyển động của con người hay các loài động SVTH: Đinh Ngọc Trải 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi vật…. Và các loại xe robot nhanh chóng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống sản xuất tự động linh hoạt (FMS). Từ đó con người liên tục nghiên cứu phát triển robot để ứng dụng trong quá trình tự động hóa sản xuất để tăng hiệu quả sản xuất. Ngoài ra nó còn thay thế con người trong các công việc ở môi trường độc hại, khắc nghiệt,… Chuyên ngành khoa học về robot “robotics” đã trở thành một lĩnh vực rộng trong khoa học bao gồm các vấn đề cấu trúc cơ cấu động học, động lực học, quỹ đạo chuyển động, chất lượng điều khiển…. Tùy thuộc vào mục đích và phương thức tiếp cận, chúng ta có thể tìm hiểu lĩnh vực này ở nhiều khía cạnh khác nhau. Hiện nay, có thể phân biệt các loại robot ở hai mảng chính: các loại robot công nghiệp (cánh tay máy) và các loại robot di động (mobile robot). Mỗi loại có các ứng dụng cũng như đặc tính khác nhau. Ngoài ra, trong các loại robot công nghiệp còn phân chia dựa vào cấu tạo động học của nó: robot nối tiếp (series robot) và robot song song (parallel robot). Chính công nghệ tiên tiến ở tất cả các lĩnh vực: cơ khí, vi mạch, điều khiển, công nghệ thông tin… đã tạo ra nền tảng cũng như những thử thách lớn đối với khoa học nghiên cứu robot. Chính vì vậy, con người đã và đang tiếp tục phát triển và nâng cao mức độ hoàn thiện trong lĩnh vực hấp dẫn này. 2. Các ứng dụng của robot: 2.1 Các ưu điểm khi sử dụng robot: Các loại robot tham gia vào qui trình sản xuất cũng như trong đời sống sinh hoạt của con người , nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyền công nghệ, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của sản phẩm tạo ra. Robot có thể thay thế con người làm việc ổn định bằng các thao tác đơn giản và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổi công việc để thích nghi với sự thay đổi của qui trình công nghệ. SVTH: Đinh Ngọc Trải 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi Sự thay thế hợp lý của robot còn góp phần giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm nhân công lao động. Một ưu điểm nổi bậc của robot là môi trường làm việc. chúng có thể thay thế con người làm việc ở những môi trường độc hại, ẩm ướt, bụi bặm hay nguy hiểm. Ở những nơi như các nhà máy hóa chất, nhà máy phóng xạ, trong lòng đại dương, hay các hành tinh khác… thì việc ứng dụng robot để cải thiện điều kiện làm việc là rất hữu dụng. 2.2 Một số lĩnh vực ứng dụng: 2.2.1 Ứng dụng trong lĩnh vực sản xuất cơ khí: Các loại robot hàn ứng dụng trong các nhà máy sản xuất ôtô, sản xuất các loại vỏ bọc cơ khí…. Hình: robot hàn trong công nghệ sản xuất cơ khí Ngoài ra robot còn phục vụ cho công nghệ đúc, môi trường nóng bức, bụi bặm và các thao tác luôn đòi hỏi độ tin cậy. Trong hệ thống sản xuất linh hoạt, robot đóng vai trò rất quan trọng trong việc vận chuyển và kết nối các công đoạn sản xuất với nhau. 2.2.2 Ứng dụng trong lĩnh vực gia công lắp ráp: các thao tác của robot được tự động hóa, gia công chính xác và mức độ tin cậy cao. SVTH: Đinh Ngọc Trải 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi Hình: Các robot được sử dụng trong công đoạn cấp liệu và lắp ráp 2.2.3 Ứng dụng trong các hệ thống y học quân sự, khảo sát địa chất: Ngày nay, việc sử dụng các tiện ích từ robot đến các lĩnh vực quân sự, y tế, … rất được quan tâm. Nhờ khả năng hoạt động ổn định và chính xác. Robot, đặc biệt là tay máy được dùng trong kĩ thuật dò tìm, bệ phóng, và trong các ca phẫu thuật y khoa với độ tin cậy cao. Hình: robot ứng dụng trong lĩnh vực thám hiểm, quân sự, vệ tinh Ngoài ra, tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể khác mà robot được thiết kế để phục vụ cho các mục đích khác nhau, tận dụng được các ưu điểm lớn của chúng đồng thời thể hiện khả năng công nghệ trong quá trình làm việc. 2.3 Phân loại robot: 2.3.1 Robot công nghiệp: SVTH: Đinh Ngọc Trải 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi a/ Robot nối tiếp: là các loại tay máy, các khâu và các khớp nối của chúng được thiết kế liên tiếp nhau để hình thành nên các quỹ đạo chuyển động nhất định. Đối với loại robot này chúng ta có nhiều cách phân loại khác nhau: - Phân loại theo kiểu kết cấu: + Robot kiểu tọa độ đecác + Robot kiểu tọa độ trụ + Robot kiểu tọa độ cầu + Robot kiểu scara - Phân loại theo nguồn truyền động: + Hệ truyền động điện + Hệ truyền động thủy lực + Hệ truyền động khí nén b/ Robot song song: robot loại này có các khâu chuyển động song song tương đối nhau. Thông thường chúng gồm một đế di động và một đế cố định 2.3.2 Robot di động: Đây là loại robot có nhiều tính năng thông minh và linh hoạt trong quá trình ứng dụng nhờ khả năng di chuyển theo lập trình. SVTH: Đinh Ngọc Trải 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN CỨNG 1. Bộ truyền động trục vít bánh vít: 1.1 Công dụng: Bộ truyền trục vít – bánh vít gọi tắt là bộ truyền trục vít được xếp vào loại răng và vít. Bộ truyền trục vít dùng để truyền chuyển động và công suất cho hai trục chéo nhau. Thông thường hai trục lệch nhau 90 0 . Đặc điểm quan trọng là bộ truyền trục vít có khả năng tự hãm. Hình 1.1.1: Bộ truyền động trục vít – bánh vít. Phân loại trục vít theo dạng mặt chia có hai loại: trục vít trụ ( mặt chia trục vít là mặt trụ) và trục vít Globoid (mặt chia lõm). Phân loại theo trục ren thì chia thành 3 loại: trục vít Archimede, trục vít Convolute và trục vít thân khai. Đối với bộ truyền trục vít truyền động thì số mối ren z = 1,2,4. Số mối ren càng ít thì khả năng tự hãm càng cao. 1.2 Ưu điểm – Nhược điểm: Ưu điểm: tỷ số truyền lớn, làm việc êm, không ồn, có khả năng tự hãm và có chính xác động học cao. Nhược điểm: - Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do vận tốc trược lớn. - Vật liệu chế tạo bánh vít làm bằng kim loại màu nên đắt tiền. SVTH: Đinh Ngọc Trải 6 Bánh vít Trục vít Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi - Phát ra nhiều tiếng ồn khi hoạt động. 1.3 Tỷ số truyền: Khi trục vít quay một vòng thì bánh vít sẽ quay một góc bằng z 1 lần của góc 2π/z 2 . Để bánh vít quay một vòng thì trục vít phải quay 2π/(2πz 1 /z 2 ) = z 2 /z 1 vòng, nên: 1 2 2 1 n z u n z = = Với: z 1 : số đầu mối của trục vít. z 2 : số răng của bánh vít. 2. Động cơ DC: 2.1 Cấu tạo: Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện DC ứng dụng rộng rãi trong đời sống cũng như công nghiệp bởi lý do dễ điều khiển, hiệu suất cao, momen lớn. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. Hình 1.2.1: Động cơ DC Một động cơ DC có 6 phần cơ bản: 1. Phần ứng hay Rotor (Armature). SVTH: Đinh Ngọc Trải 7 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi 2. Cổ góp (Commutat). 3. Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet). 4. Chổi than (Brushes). 5. Trục motor (Axle). 6. Bộ phận cung cấp dòng điện DC. 2.2 Nguyên tắc hoạt động: Hình dưới mô tả nguyên tắc hoạt động của động cơ DC. Dòng điện chạy qua khung dây sinh ra từ trường. Theo nguyên tắc bàn tay trái lực từ làm cho khung dây quay một góc 90 0 . Khi roto quay được một góc 90 0 thì lực từ không còn tác dụng là “momen” quay nữa, nhưng do quán tính làm cho roto quay thêm một góc nhỏ nữa. Roto liên tục và đúng chiều là do bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với ½ chu kỳ. Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Roto. Hình 1.2.2: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC SVTH: Đinh Ngọc Trải 8 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi 2.3 Các phương pháp điều khiển Có nhiều cách để điều khiển tốc độ động cơ DC như bằng phương pháp thay đổi điện áp, thay đổi từ thông hoặc phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM). Trong cánh tay máy thì chúng em chọn phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng xung. Chọn phương pháp này vì chúng dễ thực hiện, mạch cấu tạo đơn giản. Hình 1.2.3: Điều khiển động cơ bằng PWM . . hi lo avg V a V b V a b + = + Khi tỷ lệ thời gian “on” trên thời gian “off” thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình (V AVG ). Tỷ lệ phần trăm thời gian “on” trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ. Như vậy với điện áp nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện áp trung bình là 25V. V AV thay đổi từ V L đến V H tùy theo các độ rộng T on và T off 3. RƠ LE: 3.1 Khái niệm: Rơ le là một loại khí cụ điện dùng để tự động đóng cắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển hoạt động mạch điện. SVTH: Đinh Ngọc Trải 9 V hi V lo ba t Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi Hình 1.3.1 OFF RELAY Hình 1.3.2 SPDT Hình 1.3.3 SPST Các loại rơle thông dụng: Rơle trung gian, Rơle thời gian, Rơle nhiệt… 3.2 Rơle trung gian ( dùng trong đồ án này) • CẤU TẠO - Nam châm điện 1 - Nắp 2 - Lò xo 3 - Hệ thống có tiếp điểm 4 (gồm các tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng) • NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Khi cuộn dây được cấp điện áp, lực điện từ trong cuộn dây xuất hiện lực này sẽ thắng lực của lò xo 3 và kéo nắp 2 về phía lõi thép của mạch từ, nên các tiếp điểm thường đóng mở ra còn các tiếp điểm thường mở đóng lại. Các thanh gắn tiếp điểm động làm bằng thép lò xo hoặc đồng lò xo mục đích để cho các tiếp điểm tiếp xúc với nhau tốt hơn. Rơle trung gian dùng để truyền tín hiệu của các rơle bảo vệ trong mạch điều khiển. Do đó số lượng tiếp điểm của rơle trung gian tương đối nhiều. 4. Encoder: SVTH: Đinh Ngọc Trải 10 [...]... những điều khiển đơn giản và phức tạp - Truyền thông mạnh (PPI, Profibus-DP, AS-i) 2 Cấu hình phần cứng PLC: Bộ PLC thông dụng có 5 bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào/ra và thiết bị lập trình Sơ đồ khối: SVTH: Đinh Ngọc Trải 21 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi 2.1 Bộ xử lý: Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý Bộ xử lý biên... 24 VDC đệm Hình 2.6.2 Sơ đồ đấu dây CPU 224 DC / DC / DC 7 Bộ điều rộng xung (PWM, PTO): CPU S7-200 có 2 ngõ ra xung tốc độ cao Q0.0, Q0.1, dùng cho việc điều rộng xung tốc độ cao trong các ứng dụng điều khiển thiết bị bên ngoài như điều khiển tốc độ động cơ, điều khiển nhiệt độ v.v Có 2 cách điều rộng xung: điều rộng xung 50% (PTO) và điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) Ở chế độ PWM, chu kì xung có thể... GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi CHƯƠNG III : LÝ THUYẾT PLC S7-200 1 Tổng quan về PLC: 1.1 Khái niệm chung: Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình công nghệ, thay... thu thập được + Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp SVTH: Đinh Ngọc Trải 20 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi Riêng đối với máy công cụ và người máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên kết với bộ điều khiển số CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi Trong hệ thống của các trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC điều khiển tập trung 1.2 Thế hệ PLC S7-200:... 1.5.2: Van đảo chiều trong thực tế 5.2 Xi lanh khí nén: Xi lanh dùng trong tay kẹp là loại xi lanh 2 chiều Cấu tạo của xi lanh 2 chiều được thể hiện như hình dưới: SVTH: Đinh Ngọc Trải 17 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi 6 Sử dụng tọa độ vật để xác định góc quay cánh tay : OA: CHIỀU DÀI CÁNH TAY KHÂU ĐẾ AB: CHIỀU DÀI CÁNH TAY KHÂU TRÊN OC= b (TỌA ĐỘ TRỤC Y CỦA VẬT) CB= a (TỌA ĐỘ TRỤC X... bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là: + Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến + Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ + Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so... thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân 2.4 Bộ nhớ: Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm 2.5 Giao diện vào/ra: Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các... HSC: Dùng chu kỳ quét đầu tiên (SM0.1) để gọi chương trình con khởi tạo Trong chương trình con khởi tạo thực hiện các công việc sau đây - Nạp giá trị cho byte điều khiển - Gán bộ đếm với Mode đếm tương ứng dùng lệnh HDEF - Nạp giá trị tức thời - Nạp giá trị đặt trước - Gán chương trình ngắt với sự kiện ngắt dùng lệnh ATCH nếu sử dụng ngắt - Cho phép ngắt dùng lệnh ENI - Chọn bộ đếm để thực thi dùng. .. động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra 2.2 Bộ nguồn: Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý (thường là 5V) và cho các mạch điện đầu ra hoặc các module còn lại (thường là 24V) 2.3 Thiết bị lập trình: Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển. .. nhỏ, và động cơ không quay nhiều vòng Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng cho người dùng hơn, vì chỉ cần đọc giá trị là chúng ta biết ngay SVTH: Đinh Ngọc Trải 13 Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Hoàng Đình Khôi được vị trí góc của trục quay Tuy nhiên, nếu động cơ quay nhiều vòng, điều này không có lợi, bởi vì khi đó, chúng ta phải xử lý để đếm số vòng quay của trục Nếu thiết kế encoder . loại robot ở hai mảng chính: các loại robot công nghiệp (cánh tay máy) và các loại robot di động (mobile robot) . Mỗi loại có các ứng dụng cũng như đặc tính khác nhau. Ngoài ra, trong các loại robot. Khôi CHƯƠNG III : LÝ THUYẾT PLC S7-200 1. Tổng quan về PLC: 1.1 Khái niệm chung: Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ. với loại robot này chúng ta có nhiều cách phân loại khác nhau: - Phân loại theo kiểu kết cấu: + Robot kiểu tọa độ đecác + Robot kiểu tọa độ trụ + Robot kiểu tọa độ cầu + Robot kiểu scara - Phân