Chương 1: Tổng quan Trình bày giới thiệu về đề tài, các nhu cầu của đề tài đối với cuộc sống, mục tiêu đề tài và giới hạn đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày các hệ thống phân loại và sắp xếp hiện nay, cơ sở lý thuyết về Robot, hệ thống Robot xếp hàng, cơ sở lý thuyết về xử lý ảnh, truyền thông và đề xuất giải pháp. Chương 3: Thiết kế hệ thống Trình bày yêu cầu hệ thống, sơ đồ khối hệ thống, thiết kế Robot, động học Robot, lựa chọn thiết bị, sơ đồ nối dây, thiết kế chương trình điều khiển PLC, tay gắp, xử lý ảnh, quy trình xếp hàng và thiết kế giao diện người dùng. Chương 4: Thi công hệ thống Trình bày thi công phần cứng hệ thống, kiểm tra mô phỏng không gian hoạt động cho Robot, điều khiển hệ thống trên mô hình thực tế.
Chương 5: Kết quả thực hiện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 Trình bày kết quả chạy thực tế, đánh giá kết quả, nguyên nhân sai số và giải pháp khắc phục. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Trình bày về những điểm mạnh và khó khăn trong quá trình hoàn thiện đề tài và những dự kiến để phát triển. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Các hệ thống phân loại và sắp xếp sản phẩm hiện nay 2.
Các hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc hiện nay 2. Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng xy-lanh và thanh gạt Hình 2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng xy-lanh Nguyên lý hoạt động: Sử dụng cảm biến màu sắc hoặc để phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau, sử dụng thanh gạc hoạc xy lanh khí nén để tác động vào sản phẩm để sản phẩm vào kho phù hợp Ưu điểm: • Dễ dàng điều khiển các cơ cấu. • Tốc độ phân loại nhanh.
Nhược điểm: • Vị trí của hàng hóa không kiểm xoát chính xác được. • Khó sử dụng trong các hàng hóa dễ vỡ, hoặc hàng hóa dạng mềm. Ứng dụng: Được ứng dụng rộng rãi vào các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc trong thực tế để tăng khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm với màu sắc khác nhau như phân loại thuốc, hàng hóa, … ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cánh tay Robot Hình 2.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cánh tay robot Nguyên lý hoạt động: Sử dụng cảm biến màu sắc hoặc camera để nhận dạng màu sắc sau đó sử dụng cánh tay Robot để có thể gắp và phân loại sản phẩm theo một vị trí đã được cài đặt. Ưu điểm: • Có thể thay đổi cơ cấu chấp hành để có thể phù hợp với nhiều hình dạng hàng hóa • Có thể sử dụng cánh tay Robot xếp chồng hoàng hóa với nhau giúp tiết kiệm diện tích. • Tiết kiệm không gian lắp đặt trong việc phân loại ở những hệ thống cần phân loại nhiều loại hàng. • Có thể sắp xếp vị trí hàng hóa chính xác.
Nhược điểm: • Tốc độ phân loại chậm. • Giải thuật tính toán động học cho Robot phức tạp hơn so với việc sử dụng các phương pháp khác. Các hệ thống sắp xếp sản phẩm hiện nay ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 2. Sắp xếp sản phẩm bằng Robot descartes Hình 2.
Robot descartes Nguyên lý hoạt động: Robot descartes di chuyển các trục X, Y, Z để di chuyển tới các vị trí theo yêu cầu, có thể thêm cơ cấu chấp hành để có thể xoay và đặt hàng hóa Ưu điểm: • Độ chính xác cao. • Dễ điều khiển hơn so với các loại Robot khác. Nhược điểm: • Không thể lật hàng. • Tốn nhiều diện tích lắp đặt.
Sắp xếp sản phẩm bằng Robot palletizing Hình 2. Robot palletizing ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 Nguyên lý hoạt động: Cánh tay Robot tính toán động học để có thể gắp và di chuyển sắp xếp vật, được điều khiển thông qua động cơ tại các khâu. Ưu điểm: • Không tốn diện tích lắp đặt • Có thể di chuyển vât, hàng hóa cơ động • Không gian hoạt động lớn, có thể đưa tới nhiều vị trí mà các thiết bị khó có thể làm được Nhược điểm: • Tốc độ sắp xếp chậm. • Cần phải lập trình động học phức tạp, khó sử dụng hơn với những sản phẩm khác.
Kết luận Hệ thống phân loại sản phẩm rất đa dạng, được ứng dụng rộng rãi trong thực tế mang lại hiểu quả cao như hệ thống phân loại màu sắc, vật liệu. Các hệ thống này ngày càng được cải tiến, đáp ứng được nhu cầu của con người. Từ những vấn đề đó, chúng em đã hướng đến đề tài “Hệ thống phân loại và sắp xếp sản phẩm theo màu sắc và hình dáng bằng cánh tay robot 4 bậc sử dụng PLC s7-1200”. Đề tài này sẽ hướng đến việc tính toán các thông số quan trọng của hệ thống như tốc độ, hình dáng, sự gọn gàng và tinh tế trong việc sắp đặt sản phẩm.
Với đề tài tài này, nhóm tin tưởng rằng với những kết quả có được từ việc tìm hiểu và tính toán trong bài luận văn này sẽ là bước đệm quan trọng cho việc phát triển nhiều hơn nữa những ý tưởng trong tương lai về tính toán và thiết kế các loại robot công nghiệp. Tuy đã có nhiều cố gắng nhưng do vốn kiến thức còn hạn chế cũng như thời gian còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm trong quá trình tính toán cũng như thi công công mô hình, rất mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy, cô cũng như các bạn! 2. Cơ sở lý thuyết về Robot Robot là một loại máy giúp thực hiện công việc một cách tự động được điều khiển bằng máy tính hoặc vi mạch điện tử được lập trình. Robot công nghiệp là một cơ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 cấu máy được lập trình giúp con người làm việc tự động không cần sự tác động của con người.
Ưu điểm của ứng dụng cánh tay Robot trong công nghiệp sản xuất: Cánh tay robot công nghiệp có thể di chuyển tốc độ cao hơn và độ chính xác cao hơn so với con người. Việc sử dụng Robot trong công nghiệp làm tăng tốc độ quá trình sản xuất hạn chế các lỗi trong quá trình sản xuất, có thể làm việc trong một số điều kiện mà con người không thể làm được, giúp giảm thiểu chi phí lao động. Ứng dụng của Robot: • Robot khám phá vũ trụ. • Robot giải trí.
• Robot nông nghiệp. • Robot y tế - chăm sóc sức khỏe. • Robot thám hiểm đại dương. • Robot công nghiệp.
• Robot quân sự. • Robot dịch vụ chăm sóc khách hàng. Các loại Robot công nghiệp phổ biến. Cánh tay Robot Hình 2.
Cánh tay Robot Robot có khớp nối có thể có bất kỳ cấu trúc khớp nào từ hai khớp trở lên. Robot có khớp nối được thiết kế sao chép theo bàn tay con người. Robot có khớp nối là ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 loại robot được sử dụng phổ biến nhất được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ như hàn, sơn, bốc xếp hàng hóa. Ưu điểm • Có nhiểu lựa chọn thông số, kích thước.
• Phù hợp với nhiều điều kiện khác nhau. • Có thể đặt trong không gian hạn chế. Nhược điểm: • Lập trình phức tạp. Robot Scara Hình 2.
Robot Scara Robot Scara là một loại Robot công nghiệp có tốc độ và độ chính xác cao. Robot Scara được sử dụng trên dây chuyền sản xuất tốc độ cao để lắp ráp, xử lý vật liệu và đóng gói. Ưu điểm • Tốc độ nhanh và độ chính xác cao. • Kích thước nhỏ gọn tiết kiệm không gian lắp đặt.
Nhược điểm: • Không gian làm việc hạn chế. • Không có khả năng xoay và lật vật. • Khả năng chịu tải thấp. Robot tọa độ Descartes Hình 2.
Robot tọa độ Descartes Robot tọa độ Descartes có ba khớp lăng trụ X, Y và Z. Các trục chuyển động thẳng dọc theo mỗi trục. Ta có thể kết hợp thêm 1 động cơ ở một đầu để có thể thêm chuyển động quay cho hệ thống. Ưu điểm: • Robot Descartes được lập trình dọc theo 3 trục, dễ tính toán điều khiển hơn các loại Robot khác • Độ chính xác cao.
• Có khả năng di chuyển các vật nặng. Nhược điểm: • Cồng kềnh, cần nhiều không gian lắp đặt. Robot hình trụ Hình 2. Robot hình trụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 Robot hình trụ là Robot có vùng làm việc hình trụ.
Loại Robot này thường được sử dụng để hàn, gia công, xử lý vật liệu, … Ưu điểm: • Không cần nhiều không gian để lắp đặt. • Dễ dàng thực hiện các thao tác ở những khu vực khó tiệp cận trong khu vực hình cầu Nhược điểm: • Khu vực làm việc hạn chế. • Không thể lật vị trí của các mặt. Robot delta Hình 2.
Robot delta Robot delta hay còn tên gọi khác là Robot nhện hoặc Robot song song. Robot delta gồm 3 cánh tay được gắn vào để giữ cơ cấu chấp hành song song với đế. Robot song song được sử dụng trong các hệ thống sản xuất tốc độ cao để đóng gói, lắp ráp, phân loại sản phẩm. Ưu điểm: • Tốc độ và độ chính xác cao.
• Không cần nhiều không gian để lắp đặt. Nhược điểm: • Không gian làm việc hạn chế ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 • Khả năng chịu tải thấp 2. Hệ thống Robot xếp hàng 2. Tổng quan về hệ thống Robot xếp hàng Cánh tay robot xếp hàng được sử dụng phổ biến trong môi trường công nghiệp hiện nay.
Việc sử dụng robot xếp hàng hóa tự động giúp nâng cao năng xuất trong quá trình sản xuất, giúp con người có thể sắp xếp những hàng hóa có khối lượng lớn một cách chính xác và gia tăng tốc độ sắp xếp, giảm thiểu chi phí nhân công. Robot xếp hàng hóa công nghiệp được dùng để bốc hàng và xếp hàng hóa trong các kho hàng, trung tâm phân phối hàng hóa, sân bay, các cơ sở sản xuất lớn, … Hình 2. Hệ thống robot bốc xếp hàng hóa công nghiệp Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Băng tải đầu vào có nhiệm vụ đưa pallet trong đến vị trí để cánh tay robot xếp hàng. Camera và cảm biến có nhiệm vụ xác định được khi nào hàng tới vị trí cần gắp, camera sẽ chụp ảnh từ băng tải để gửi các giá trị về máy chủ để tính toán và xử lý ảnh để có thể gửi tín hiệu về PLC để có thể điều khiển cánh tay Robot gắp và di chuyển sản phẩm đến vị trí đã được lập trình.