CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Tìm hiểu thực tiễn 1. Phương pháp phân loại cổ điển Trước đây, việc phân loại sản phẩm theo chiều cao chủ yếu được thực hiện bằng sức người. Các đặc điểm chính của phương pháp này bao gồm: - Phân loại thủ công: Công nhân dùng mắt thường để quan sát và phân loại sản phẩm.
Phương pháp này dựa vào kinh nghiệm và khả năng quan sát của con người. - Công cụ hỗ trợ đơn giản: Sử dụng khay, rổ để tách riêng từng loại sản phẩm. Không có hệ thống tự động hóa hoặc cảm biến. - Hiệu quả thấp: Do phụ thuộc vào sức người, quá trình phân loại dễ xảy ra sai sót khi công nhân mỏi mệt hoặc nhầm lẫn.
Hạn chế của phương pháp này: - Tốc độ chậm. - Độ chính xác không cao. - Chi phí nhân công lớn, đặc biệt trong sản xuất quy mô lớn. Phương pháp phân loại hiện đại Hiện nay, công nghệ hiện đại được áp dụng để tự động hóa việc phân loại sản phẩm theo chiều cao : - Hệ thống cảm biến chiều cao : Sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại IR Infrared Obstacle Avoidance, hoặc các cảm biến quang học khác để phát hiện màu sắc của vật phẩm.
- Xử lý chiều cao : Công nghệ cảm biến và xử lý tín hiệu với vi xử lý có thể nhận dạng chiều cao và phân loại chính xác. Đây là giải pháp hiện đại với độ chính xác cao. - Tự động hóa băng tải: Băng tải điều khiển bằng động cơ và các cơ cấu phân loại như servo hoặc piston để tự động di chuyển sản phẩm vào các ngăn tương ứng. Ưu điểm: - Tốc độ nhanh hơn nhiều so với phân loại thủ công.
- Độ chính xác cao, ít sai sót. - Giảm chi phí nhân công dài hạn. Mặc dù mang lại nhiều lợi ích, việc triển khai các hệ thống phân loại tự động cũng gặp phải một số nhược điểm như : 6 - Chi phí đầu tư ban đầu cao: Hệ thống tự động bao gồm cảm biến, vi điều khiển, động cơ, và các bộ phận cơ khí có giá thành cao. - Bảo trì và sửa chữa: Đòi hỏi nhân viên kỹ thuật có tay nghề để vận hành và bảo trì thiết bị.
- Phụ thuộc vào công nghệ: Nếu hệ thống gặp sự cố hoặc lỗi kỹ thuật, có thể ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình sản xuất.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao hiện nay.1 Hệ thống phân loại sản phẩm dùng cánh tay Robot. Hiện nay trong quá trình sản xuất và phân loại sản phẩm con người đã dần thay thế mọi sức lực của con người bằng những công cụ máy móc hiện đại, điều này có thể giúp chúng ta tiết kiệm chi phí thuê nhân công cũng như hiệu năng làm việc cao. Một trong những thực tiễn hiện nay chính là hệ thống phân loại sản phẩm dùng cánh tay robot để vận hành .1 Hệ thống phân loại sản phẩm dùng cánh tay robot Robot được con người tạo ra nhằm thay thế một phần nào đó sức lực của con người trong hoạt động thường ngày. Trong thực tế chúng được áp dụng hoàn hảo vào các ngành tự động hóa trong sản xuất.
Hiệu năng làm việc vô cùng cao, nếu trong một dây chuyền sản xuất cần có ít nhất là 5 người hoặc nhiều hơn thì thay vì đó trong tự động hóa con người đã có những giải pháp hiện đại hơn đó là những cánh tay robot. Chúng có thể thay thế một phần công việc mà con người có thể làm, tiết kiệm nhân 7 công, độ chính xác cao, năng suất cũng sẽ cao hơn hẳn so với sức lực mà con người tạo ra. Robot công nghiệp thường được thiết kế là một động cơ học, kiểu dáng thiết kế giống như cánh tay của con người với khớp quay. Chúng cố gắng mô phỏng chuyển động từ đơn giản đến phức tạp và thực thi nhiệm vụ giống với cánh tay của chúng ta.
Từ những động cơ bước hay những động cơ servo chúng được con người lắp ráp lập trình điều khiển tính toán để hoàn thiện ra một cánh tay robot được dùng trong mọi mục đích công nghiệp. Trong dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao cánh tay robot được áp dụng rất nhiều từ các nước có nền công nghiệp phát triển hay những nước có nền công nghiệp đang phát triển. Chúng có những chuyển động vô cùng chính xác hiện đại cũng như hiệu suất làm việc cao. Chúng có thể làm việc không ngừng nghỉ mà vẫn giữ được năng suất như ban đầu.
Ưu điểm: - Độ chính xác cao: Có thể phân loại sản phẩm thành nhiều nhóm chiều cao khác nhau (ví dụ: <10 cm, 10-20 cm, >20 cm). - Linh hoạt: Dễ dàng lập trình lại nếu có thay đổi về kích thước hoặc số lượng sản phẩm cần phân loại. - Tương thích với các cảm biến thông minh: Có thể kết hợp với hệ thống camera hoặc cảm biến đo chiều cao để tự động phân loại. Nhược điểm: - Chi phí cao: Cần đầu tư vào servo motor, bộ điều khiển, và phần mềm lập trình.
- Tốc độ phân loại chậm hơn: So với xi lanh khí nén, tốc độ cánh tay robot có thể chậm hơn vì cần di chuyển theo nhiều trục. - Yêu cầu bảo trì định kỳ: Các khớp xoay, động cơ servo cần được bảo trì thường xuyên để tránh hỏng hóc.2 Hệ thống phân loại sản phẩm dùng xylanh khí nén Trong dây chuyền phân lọai chiều cao ở các xưởng hiện nay họ yêu cầu năng xuất cao tốc độ làm việc nhanh dễ bảo trì cũng như chi phí đầu tư thấp. Một trong những giải pháp tối ưu chính là dùng xylanh khí nén để gạt sản phẩm. Xy lanh khí nén được áp dụng rất nhiều trong công nghiệp sản xuất một số ví dụ có thể kể đến như : 8 - Phân loại và sắp xếp sản phẩm - Đóng gói bao bì tự động - Máy ép, dập và cắt - Ứng dụng trong nghành ô tô( điều chỉnh ghế , cửa tự động .) Trong công nghiệp xylanh cũng được dùng rất nhiều trong việc phân loại chiều cao của sản phẩm.
Nếu chúng ta theo phương pháp cổ điển sẽ dùng con người để phân loại thì hiện nay con người đã biết áp dụng các cải tiến khoa học vào trong công nghiệp sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu làm việc của con người.2 Hình ảnh băng chuyền phân loại sản phẩm dùng xylanh khí nén Xi lanh khí nén (pneumatic cylinder) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ khả năng tạo ra chuyển động tuyến tính hoặc quay với tốc độ nhanh, lực đẩy mạnh, và chi phí thấp. Ngoài ra xylanh khí nén có một số ưu nhược điểm như sau. Ưu điểm: - Chi phí thấp: Xi lanh khí nén và hệ thống điều khiển khí nén có giá rẻ hơn nhiều so với servo motor. - Tốc độ phân loại nhanh: Phân loại nhanh bằng cách đẩy hoặc gạt sản phẩm khỏi băng chuyền.
- Dễ bảo trì: Hệ thống đơn giản, dễ sửa chữa và bảo trì. 9 Nhược điểm: - Độ chính xác thấp: Chỉ phù hợp với phân loại theo 2-3 mức chiều cao cố định. Nếu sản phẩm có nhiều mức chiều cao khác nhau, cần nhiều xi lanh hơn, dẫn đến phức tạp hóa hệ thống. - Không linh hoạt: Khó thay đổi nếu yêu cầu phân loại sản phẩm thay đổi.
- Khả năng rò rỉ khí: Hệ thống khí nén dễ gặp vấn đề về rò rỉ khí, làm giảm hiệu suất.3 Lựa chọn phù hợp Một số ưu nhược điểm của băng chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng cánh tay robot và khí nén : Cánh tay robot Xylanh khí nén Phân loại Cánh tay robot sẽ linh hoạt hơn Xylanh khí nén sẽ phân loại được nhiều mức trong việc phân loại nhiều chiều ít chỉ phân loại được loại đơn chiều cao cao giản. Yêu cầu độ Cánh tay robot sẽ có độ chính xác Xylanh khí nén sẽ có mức độ chính xác cao hơn xylanh khí nén chính xác thấp hơn Tốc độ phân Cánh tay robot được điều khiển Xylanh khí nén sẽ có tốc độ phân loại qua motor lên có độ delay cao loại nhanh hơn Giá cả Chi phí lắp đặt cao Chi phí lắp đặt thấp Bảo trì Khó bảo trì hơn Dễ bảo trì hơn Yêu cầu linh Dễ dàng chỉnh sửa linh hoạt , dễ Không linh hoạt , khó điều chỉnh hoạt trong lập trình nếu cần thay đổi. phân loại Bảng 1.1 Bảng so sánh giữa cánh tay robot và xylanh Từ những ưu nhược điểm trên để phù hợp với đồ án cũng như tính ứng dụng cao , tiết kiệm kinh phí nhóm em đã chọn xylanh khí nén để làm đề tài cho mình “ thiết kế chế tạo mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao” xử dụng xylanh khí nén để đẩy sản phẩm.3 Xây dựng mô hình cụ thể 10 Từ đề tài được đưa ra chúng em đã tìm hiểu một số dây chuyền sản xuất trên thực tế từ đó rút ra được một mô hình cụ thể. Dựa vào yêu cầu đề tài đồ án, chúng em đã xây dựng mô hình tổng quan gồm 7 khối chính: Khối nguồn, khối cảm biến, khối cách ly, khối xử lý trung tâm,khối hiển thị, khối động lực và khối cơ cấu chấp hành.
Mỗi khối thực hiện một chức năng cụ thể để đảm bảo hệ thống hoạt động đồng bộ, hiệu quả và đáp ứng đúng các yêu cầu kỹ thuật đề ra. Nguồn 5VDC Khối Cách ly Khối chấp Khối xử lý cảm (PC817 hành PIC16F877A biến ) (cb Khối hiển thị (LCD 20x4) Nguồn 12VDC Hình 1.3 Sơ đồ khối - Khối cảm biến : Xử lí tín hiệu phát hiện vật rồi đưa vào khối cách ly - Khối cách ly : Ngăn không cho hai dòng điện cảm biến, van điện từ kích vào vi điều khiển. - Khối xử lý : Điều khiển hệ thống thông qua vi điều khiển để xử lý tín hiệu xuất vào ra. 11 - Khối hiển thị : Hiển thị nội dung cần thiết khi phân loại.
- Khối cơ cấu chấp hành: Khi có tín hiệu từ các chân của khối xử lý ra sẽ hoạt động các chức năng của từng vị trí trong mạch. - Khối nguồn: Khối nguồn có vai trò cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống. Nguồn cấp cần đảm bảo tính ổn định và đủ công suất để hệ thống hoạt động liên tục mà không gặp gián đoạn. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tìm hiểu khối cảm biến 12 2.1 Cảm biến tiệm cận Trong dây chuyền phân loại sản xuất cảm biến hồng ngoại sẽ được lắp đặt để phát hiện vật đi qua chúng, cảm biến được lắp đặt theo chiều cao mong muốn để khi một vật đi qua cảm biến sẽ nhận phản xạ sau đó gửi về khu xử lý tín hiệu để xử lý phân loại .