Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Sử Dụng Cánh Tay Robot SCARA

Tài liệu nghiên cứu Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot scara, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Trần Thị Thanh Vi
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Văn Phong
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Bằng Cánh Tay Robot SCARA
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Giới hạn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot SCARA

Hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot SCARA đang trở thành xu hướng trong ngành công nghiệp hiện đại. Với khả năng tự động hóa quy trình sản xuất, hệ thống này giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác trong việc phân loại sản phẩm. Cánh tay robot SCARA được thiết kế đặc biệt để thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại một cách hiệu quả, từ đó giảm thiểu sai sót do con người gây ra.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của cánh tay robot SCARA

Cánh tay robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) là một loại robot công nghiệp có khả năng thực hiện các nhiệm vụ lắp ráp và phân loại sản phẩm. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên cơ chế chuyển động linh hoạt, cho phép robot di chuyển theo nhiều hướng khác nhau.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng hệ thống tự động hóa trong sản xuất

Việc áp dụng hệ thống tự động hóa giúp giảm thiểu thời gian sản xuất, tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm. Hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot SCARA còn giúp tiết kiệm chi phí lao động và giảm thiểu rủi ro trong quá trình sản xuất.

II. Những thách thức trong việc triển khai hệ thống phân loại sản phẩm

Mặc dù hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot SCARA mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng gặp phải một số thách thức trong quá trình triển khai. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu, yêu cầu về kỹ thuật và bảo trì hệ thống là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống

Chi phí đầu tư cho hệ thống cánh tay robot SCARA có thể cao, bao gồm chi phí mua sắm thiết bị, lắp đặt và đào tạo nhân viên. Bên cạnh đó, việc bảo trì định kỳ cũng cần được thực hiện để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

2.2. Yêu cầu về kỹ thuật và đào tạo nhân viên

Để vận hành hiệu quả hệ thống, nhân viên cần được đào tạo về cách sử dụng và bảo trì thiết bị. Điều này đòi hỏi doanh nghiệp phải đầu tư thời gian và nguồn lực để nâng cao kỹ năng cho nhân viên.

III. Phương pháp triển khai hệ thống phân loại sản phẩm hiệu quả

Để triển khai hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot SCARA một cách hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp và công nghệ tiên tiến. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp và thiết kế quy trình làm việc hợp lý là rất quan trọng.

3.1. Lựa chọn thiết bị và công nghệ phù hợp

Việc lựa chọn động cơ servo, PLC và các thiết bị hỗ trợ khác là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả. Các thiết bị này cần phải tương thích với nhau và đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.

3.2. Thiết kế quy trình làm việc tối ưu

Quy trình làm việc cần được thiết kế sao cho tối ưu nhất, từ việc tiếp nhận sản phẩm đến quá trình phân loại và lưu trữ. Điều này giúp giảm thiểu thời gian chờ đợi và tăng cường hiệu suất làm việc của hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống phân loại sản phẩm SCARA

Hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot SCARA đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất linh kiện điện tử đến ngành công nghiệp ô tô. Những ứng dụng này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm.

4.1. Ứng dụng trong ngành sản xuất linh kiện điện tử

Trong ngành sản xuất linh kiện điện tử, hệ thống SCARA giúp phân loại và lắp ráp các linh kiện một cách chính xác và nhanh chóng. Điều này giúp giảm thiểu lỗi và tăng cường hiệu quả sản xuất.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô

Hệ thống SCARA cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô để lắp ráp các bộ phận của xe. Việc tự động hóa quy trình này giúp tiết kiệm thời gian và giảm chi phí sản xuất.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của hệ thống SCARA

Hệ thống phân loại sản phẩm bằng cánh tay robot SCARA đang mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành công nghiệp. Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống này sẽ ngày càng hoàn thiện và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

5.1. Tương lai của công nghệ robot trong sản xuất

Công nghệ robot sẽ tiếp tục phát triển, với nhiều cải tiến về khả năng tự động hóa và trí tuệ nhân tạo. Điều này sẽ giúp hệ thống SCARA trở nên thông minh hơn và có khả năng xử lý các nhiệm vụ phức tạp.

5.2. Hướng phát triển bền vững cho hệ thống SCARA

Hướng phát triển bền vững cho hệ thống SCARA cần tập trung vào việc giảm thiểu tác động môi trường và tối ưu hóa quy trình sản xuất. Việc áp dụng các công nghệ xanh sẽ giúp nâng cao giá trị của hệ thống trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN  Robot gắp sản phẩm và đặt đúng vị trí quy định trong hộp.  Phát hiện và loại bỏ các sản phẩm bị lỗi.  Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển hệ thống trên HMI và PC.  Truy vấn dữ liệu hệ thống trên Webserver.

Nội dung nghiên cứu Đề tài “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT SCARA” gồm các nội dung như sau:  Chương 1: TỔNG QUAN Ở chương này nhóm đặt ra vấn đề, lý do chọn đề tài, mục tiêu, ý nghĩa thực tiễn cũng như phạm vi của đề tài.  Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nguyên lý hoạt động của hệ thống, tổng quan về các khái niệm xử lý ảnh, PLC. Sơ lược về SQL server, Webserver cũng như robot trong công nghiệp sẽ được trình bày trong chương này.  Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ở chương này nhóm nêu lên những yêu cầu của hệ thống sau đó tính toán và thiết kế.

 Chương 4: THI CÔNG HỆ THỐNG Ở chương này nhóm sẽ tiến hành thi công lắp đặt hệ thống dựa trên những tính toán và thiết kế ở trước.  Chương 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Kết quả đạt được của hệ thống sẽ được trình bày ở chương này.  Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Dựa trên những kết quả đạt được nhóm sẽ nêu lên những kết luận và hướng phát triển ở chương cuối cùng. 2 Chương 1: TỔNG QUAN 1.

Giới hạn Đề tài nhóm nghiên cứu có một số giới hạn như sau:  Hệ thống chỉ có thể phân loại được những sản phẩm có hình dạng đã được quy định từ trước như tròn, vuông, lục giác.  Hệ thống không đạt được độ chính xác tuyệt đối trong những điều kiện ánh sáng khác nhau.  Số lượng sản phẩm di chuyển trên băng tải không được liên tục mà phải có thời gian trì hoãn tối thiểu là 10s.  Tốc độ của băng tải trong quá trình hoạt động phải giữ ở mức cố định.

 Chỉ hút được những sản phẩm nhẹ với khối lượng < 1 kg và phải có bề mặt nhẵn. 3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. Giới thiệu về hệ thống Băng tải cấp sản phẩm và băng tải cấp hộp đựng được đặt vuông góc với nhau, robot sẽ được đặt giữa 2 băng tải. Khi hoạt động, băng tải chứa sản phẩm cần phân loại sẽ đi qua khu vực xử lý ảnh (gồm 1 camera nằm trong hộp đen).

Camera sau khi thu nhận hình ảnh sẽ được xử lý thông qua phần mềm LabVIEW, dữ liệu sẽ được truyền xuống PLC. PLC sẽ ra lệnh điều khiển các động cơ Servo tạo thành hành động cho robot thực thi gắp sản phẩm từ băng tải 1 vào hộp trên băng tải 2. Các quá trình này sẽ được đồng bộ với nhau. Các thông số của hệ thống, trạng thái của các khâu sẽ được hiển thị lên màn hình HMI, giao diện LabVIEW trên máy tính.

Số liệu liên quan đến hệ thống sẽ được lưu trên SQL server và gửi lên Webserver để giám sát. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay Hệ thống phân loại là một giải pháp công nghiệp thay thế con người thực hiện các khâu phân loại sản phẩm, từ thực hiện bằng tay chuyển đổi sang sử dụng các hệ thống tự động hóa để phân chia sản phẩm theo từng đặc tính mà người sử dụng quy định. [1] Một số ứng dụng của hệ thống phân loại trong thực tế hiện nay như:  Ngành chuyển phát nhanh.  Ngành công nghiệp nhẹ.

 Ngành công nghiệp may mặc.  Ngành công nghiệp dược phẩm. Các loại hệ thống phân loại đang hiện hành ngoài thị trường hiện nay có thể kể tên như:  Hệ thống phân loại Cross belt – Sorter (Hình 2-1).  Hệ thống phân loại Vertical Crossbelt (Hình 2-2).

 Hệ thống phân loại Pop – Up (Hình 2-3).  Hệ thống phân loại Wave – Sorter (Hình 2-4). 4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2-1 Hệ thống phân loại Cross belt – Sorter [1] Hình 2-2 Hệ thống phân loại Vertical Crossbelt [1] Hình 2-3 Hệ thống phân loại Pop – Up [1] Hình 2-4 Hệ thống phân loại Wave – Sorter [1] 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về robot trong công nghiệp 2.

Định nghĩa Robot công nghiệp là những loại Robot được thiết kế để làm việc trong môi trường sản xuất công nghiệp. Chúng được gọi là Industrial Robotics. Các nhà lập trình Robot công nghiệp cho phép chúng di chuyển, hoạt động làm việc bằng hai hoặc nhiều trục được liên kết với nhau (Hình 2-5). Hiện nay, việc chế tạo Robot công nghiệp được các hãng sản xuất đẩy mạnh.

Người ta nghiên cứu để nâng cao khả năng làm việc của Robot. Từ đó thay thế sức lao động của con người. Phân loại Có rất nhiều loại robot công nghiệp xuất hiện trên thị trường hiện nay, để dễ dàng trong việc kiểm soát cũng như lựa chọn robot thì người ta chia robot thành các loại sau:  Theo không gian làm việc.  Theo thế hệ.

 Theo bộ điều khiển.  Theo nguồn dẫn động.  Theo tính năng.  Theo các ngành nghề công nghiệp.

6 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Bài toán động học robot a. Động học thuận cánh tay robot Động học thuận là quá trình tính toán vị trí và hướng của cơ cấu chấp hành cuối khi biết trước tất cả các giá trị biến khớp, mối quan hệ đó biểu diễn như (Hình 2-6). Để giải được bài toán này thì tuân thủ quy tắc Denavit-Hartenberg.

Hình 2-6 Cấu trúc động học thuận Giả sử trong chuỗi động học của cánh tay robot có n khâu, khâu thứ n nối khớp thứ n với khớp thứ n+1 sẽ có mô hình hóa như (Hình 2-7). Hình 2-7 Mô hình hóa khâu khớp robot Để mô hình hóa robot với sự biểu diễn D-H, việc đầu tiên cần làm là gắn hệ trục tham chiếu lên mỗi khớp xoay. Tất cả mọi khớp được biễu diển theo trục Z. Nếu khớp là khớp quay, trục Z sẽ được định hướng theo hướng dịch chuyển tạo ra sự quay theo quy tắc bàn tay phải.

Nếu khớp là khớp tịnh tiến, trục Z của khớp dọc theo hướng di chuyển. 7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nếu gọi a biểu diễn khoảng cách đường vuông góc chung giữa trục zn-1 và zn thì hướng của trục xn sẽ dọc theo hướng của đoạn a. Hướng của trục y được xác định theo tam diện thuận mà hệ trục tham chiếu có được. Từ đó có bảng thông số D-H (Bảng 2-1) Bảng 2-1 Bảng thông số DH i a  d  1 2 … n Trong đó:  a là khoảng cách giữa zn-1 và zn so với xn-1.

  là góc giữa zn-1 và zn so với xn-1.  d là khoảng cách giữa xn-1 và xn so với zn.   là góc giữa xn-1 và xn so với zn. Ma trận chuyển vị từ hệ i đến hệ i+1 được thể hiện ở công thức (2.1), với các thông số được xác định trong bảng D-H:  cos i  sin i 0 ai 1  sin  cos  cos i cos  i 1  sin  i 1  sin  i 1di  i 1 T   i i 1 (2.1) i  sin i sin  i 1 cos i sin  i 1 cos  i 1 cos  i 1di     0 0 0 1  Ma trận chuyển vị của hệ từ hệ 0 đến hệ i được tính bằng cách nhân các ma trận chuyển vị ở từng khâu lại với nhau như công thức như sau: 0 iT  01T 21T .2) Kết quả của quá trình này thu được ma trận có dạng như công thức như sau: 8 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT  nx ox ax px  n oy ay p y   R3 x 3 P3 x1  0   y  (2.3) pz   0 1  T i  nz oz az   0 0 0 1 Trong đó R3x3 là ma trận biểu diễn hướng và P3x1 là ma trận biểu diễn vị trí của điểm đầu cuối so với tọa độ gốc.

Động học nghịch cánh tay robot Bài toán động học nghịch là bài toán ngược lại của động học thuận. Sự phức tạp của bài toán động học nghịch sẽ phụ thuộc vào cấu trúc của robot (Hình 2-8). Ví dụ việc tìm lời giải động học nghịch của robot 3 bậc tự do sẽ đơn giản hơn rất nhiều so với robot 6 bậc tự do. Nghĩa là robot càng có số bậc tự do cao thì việc tính toán sẽ càng phức tạp.

Hình 2-8 Cấu trúc động học nghịch Để tìm được đáp số người thiết kế robot sử dụng một số phương pháp: Phương pháp đại số:  Ưu điểm: Tìm đầy đủ các nghiệm nên không bị sót nghiệm.  Nhược điểm: Nếu robot quá phức tạp việc tính toán hệ phương trình nhiều ẩn sẽ rất khó khăn. Phương pháp hình học:  Ưu điểm: Trực quan, dễ hình dung, dễ hiểu.  Nhược điểm: Dễ bị sót nghiệm 9 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp kết hợp đại số và hình học:  Ưu điểm: Trực quan, dễ hình dung, dễ hiểu.

 Nhược điểm: Đòi hỏi cần có kiến thức chắc giữa đại số và hình học. Giới thiệu về động cơ AC – Servo 2. Định nghĩa Động cơ Servo là một hệ thống truyền động điều khiển hồi tiếp vòng kín, nhận tín hiệu và thực hiện nhanh chóng, chính xác theo lệnh từ PLC. Những thiết bị đi kèm khi sở hữu bộ động cơ AC – Servo sẽ bao gồm 1 bộ điều khiển Servo (Servo Driver), 1 động cơ Servo và 1 Encoder để phản hồi tín hiệu từ động cơ về bộ điều khiển (Hình 2-9).

Servo được sử dụng để điều khiển vị trí chính xác, điều chỉnh moment phù hợp với các ứng dụng khác nhau và thay đổi tốc độ cực kỳ nhanh (có khả năng đáp ứng ở ms). Cấu tạo Động cơ Servo là một thành phần trong hệ thống Servo. Động cơ Servo nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao. Động cơ Servo được chia thành 2 loại gồm động cơ AC Servo và động cơ DC Servo.

AC Servo có thể xử lý các dòng điện cao hơn và có xu hướng được sử dụng trong máy móc công nghiệp. DC Servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp cho các ứng dụng nhỏ hơn. 10 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cấu tạo của động cơ AC Servo bao gồm 3 phần là stator, rotor (thường là loại nam châm vĩnh cửu) và encoder (Hình 2-10).  Stator bao gồm một cuộn dây được quấn quanh lõi, được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor.