Đồ án: Nghiên cứu và thiết kế mô hình Robot công nghiệp xử lý bavia

Mô hình robot công nghiệp xử lý bavia tự động, giúp loại bỏ lỗi sản phẩm, tăng năng suất và đảm bảo an toàn lao động trong ngành gia công kim loại.

• Tác giả: Nguyễn Bá Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Võ Đình Tùng
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá
• Đề tài: Robot Xử Lý Bavia: Giải Pháp Tự Động Hoá Tối Ưu
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Robot Xử Lý Bavia Giải Pháp Tự Động Hóa Tối Ưu Cho Công Nghiệp 4

Trong bối cảnh phát triển công nghiệp 4.0 ở Việt Nam, các ngành gia công, cắt gọt kim loại ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, quá trình gia công này để lại những lỗi bavia trên bề mặt sản phẩm, gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng. Phương pháp xử lý bavia truyền thống bằng tay vừa tốn thời gian, công sức, vừa ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe lao động do những mảnh kim loại sắc gây ra. Robot xử lý bavia đã trở thành giải pháp tối ưu, giúp tự động hóa quy trình, nâng cao hiệu suất sản xuất và bảo vệ sức khỏe công nhân. Đây là công nghệ tiên tiến mang lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Tự Động Hóa Xử Lý Bavia

Xử lý bavia thủ công gây tổn hại sức khỏe do bục kim loại sắc và bụi. Robot công nghiệp giải quyết vấn đề này bằng cách tự động hóa toàn bộ quy trình. Công nhân chỉ cần giám sát qua máy tính, giảm rủi ro thương tích. Năng suất tăng lên đáng kể, chi phí sản xuất giảm, chất lượng sản phẩm ổn định hơn.

1.2. Nhu Cầu Thực Tế Tại Các Nhà Máy

Các công ty gia công kim loại như Limisys cần giải pháp xử lý bavia hiệu quả. Robot Fanuc LR Mate 100iB được ứng dụng để di chuyển đến vị trí sản phẩm, sau đó khâu tác động cuối của robot loại bỏ lỗi bavia thông qua chương trình điều khiển lập trình sẵn. Giải pháp này giúp tích hợp robot vào dây chuyền gia công hiện đại.

II. Thiết Kế Khâu Tác Động Cuối Yếu Tố Quyết Định Hiệu Suất

Khâu tác động cuối robot là thành phần quan trọng quyết định hiệu quả xử lý bavia. Thiết kế này bao gồm mũi mài hợp kim chuyên dụng, được lựa chọn dựa trên độ cứng, khả năng chịu mài mòn và tính bền vững. Mũi mài phải đảm bảo cân bằng giữa tốc độ loại bỏ lỗi và bảo vệ bề mặt sản phẩm. Quá trình thiết kế liên quan đến việc tính toán lực tác động, góc tiếp xúc và tốc độ quay. Robot xử lý bavia sử dụng controller Mate R – J3iB để điều khiển chính xác chuyển động, đảm bảo mũi mài hoạt động tối ưu.

2.1. Cấu Trúc Mũi Mài Hợp Kim

Mũi mài hợp kim được thiết kế với đặc tính chuyên biệt để xử lý bavia trên kim loại. Chất liệu hợp kim đảm bảo độ cứng cao, khả năng mài mòn lâu dài và hiệu quả loại bỏ lỗi. Góc tiếp xúc được tính toán để tối ưu hóa lực cắt, giảm rung động và nâng cao độ chính xác.

2.2. Hệ Thống Điều Khiển Chuyển Động

Controller Mate R – J3iB điều khiển robot Fanuc LR Mate 100iB thực hiện các chuyển động cần thiết. Teach pendant cho phép lập trình quỹ đạo chuyển động, tốc độ và lực tác động. Hệ thống này đảm bảo xử lý bavia đạt độ chính xác cao, thời gian xử lý ngắn và khả năng tái lập ổn định.

III. Hệ Thống Điều Khiển Và Tích Hợp Với Dây Chuyền Sản Xuất

Bảng điều khiển và sơ đồ đấu nối mạch điện là nền tảng vận hành robot xử lý bavia. Hệ thống bao gồm bộ nguồn motor DC 775, module I/O Robot Fanuc, relay trung gian, cảm biến quang và đèn báo trạng thái. Mỗi thành phần được thiết kế để đảm bảo tính an toàn, độ tin cậy cao và khả năng hoạt động 24/7 trong môi trường nhà máy. Robot công nghiệp kết nối với các máy móc hiện đại khác, tạo nên giải pháp tự động hóa toàn diện cho quy trình gia công kim loại.

3.1. Cấu Trúc Bảng Điều Khiển

Bảng điều khiển tích hợp motor DC 775, module I/O, relay trung gian và các cảm biến. Đèn báo trạng thái hiển thị tình trạng hoạt động: máy sẵn sàng, đang xử lý hoặc hoàn thành. Hệ thống này cho phép giám sát toàn bộ quá trình xử lý bavia từ trung tâm điều khiển, nâng cao hiệu quả quản lý sản xuất.

3.2. Tích Hợp Với Dây Chuyền Sản Xuất Tự Động

Robot xử lý bavia tích hợp với các máy gia công, hệ thống vận chuyển và máy kiểm tra chất lượng. Cảm biến quang phát hiện vị trí sản phẩm, tự động kích hoạt robot công nghiệp. Quy trình hoàn toàn tự động hóa, giảm thiểu sự can thiệp con người, nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm ổn định.

IV. Kết Quả Thực Nghiệm Và Triển Khai Ứng Dụng Thực Tế

Mô hình robot xử lý bavia được xây dựng và kiểm chứng qua các bài thử nghiệm thực tế trên phôi sản phẩm kim loại. Kết quả cho thấy robot công nghiệp có thể loại bỏ lỗi bavia với độ chính xác cao, thời gian xử lý ngắn hơn 80% so với phương pháp thủ công. Giải pháp tự động hóa này đã được áp dụng tại các nhà máy gia công, mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Vai trò con người chuyển biến thành giám sát qua máy tính, bảo vệ sức khỏe lao động và nâng cao tính chuyên nghiệp. Robot xử lý bavia sẵn sàng được đưa vào các dây chuyền gia công trong tương lai.

4.1. Kết Quả Thử Nghiệm Trên Mô Hình

Mô hình robot xử lý bavia được thử nghiệm trên phôi sản phẩm kim loại thực tế. Kết quả cho thấy robot loại bỏ 100% lỗi bavia với độ chính xác cao. Thời gian xử lý trung bình 15-20 phút/sản phẩm, giảm 70-80% so với thủ công. Chất lượng bề mặt sau xử lý đạt chuẩn ISO, không gây tổn hại cấu trúc kim loại.

4.2. Triển Khai Tại Các Nhà Máy

Robot xử lý bavia đã được triển khai thành công tại Limisys và các công ty gia công. Giải pháp tự động hóa này giúp tăng năng suất lao động 300-400%, giảm chi phí nhân công lên đến 60%. Công nhân từ xử lý bavia giờ chuyển sang giám sát chất lượng và bảo dưỡng máy. Triển vọng áp dụng rộng rãi trong công nghiệp 4.0 tại Việt Nam là rất cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương 2: Tổng quan giải pháp Chương 3: Phương pháp giải quyết Chương 4: Quy trình thiết kế Chương 5: Thi công Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 3 Chương 2 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Các cách loại bỏ lỗi bavia Có thể nhiều người cho rằng quá trình cắt bỏ bavia là đơn giản, dễ dàng. Nhưng thực tế quá trình này diễn ra rất phức tạp và không bảo đảm an toàn cho công nhân khi đang gia công xử lý bavia. Trong thời gần đây, quá trình loại bỏ bavia đã được cải tiến hơn giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc.1 Quá trình loại bỏ bavia bằng tay - Việc sử dụng các thiết bị khử bavia cầm tay đơn giản cho phép loại bỏ nhanh bavia có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Tuy nhiên, nếu sử dụng phương pháp này sẽ gặp khó khăn khi gặp các sản phẩm có các bề mặt phức tạp.

Hoặc khó khăn với các chi tiết có kích thước lớn. - Trong những trường hợp đó cần phải sử dụng các trang thiết bị khử bavia hiện đại hơn. Tuy nhiên nếu sản phẩm được sản xuất trong một môi trường tốt hoặc quá trình gia công ổn định cũng sẽ tác động làm giảm bavia giúp bề mặt kim loại sạch không có các vết lồi lõm.1: Khử bavia bằng dụng cụ cầm tay (Nguồn: Internet) 2.2 Khử bavia bằng cách phun hạt mài mòn và cắt bằng tia nước - Gia công sản phẩm bằng cách phun hạt mài mòn, bằng phương pháp hóa học, siêu âm hay cắt bằng tia nước. Là những phương pháp cắt gọt kim loại mang tính phi truyền thống.

Xuất hiện từ năm 1960, giúp tiết kiệm thời gian khử bavia. - Hoạt động phi truyền thống này tạo ra các sản phẩm gia công chất lượng cao không có bavia. - Tuy nhiên, phương pháp gia công hóa học sẽ làm ảnh hưởng không tốt đến môi trường nên không được sử dụng nhiều. - Việc sử dụng các dụng cụ cắt với mảnh carbide thay thế.

Các mũi dao cắt dễ dàng thay thế. Đảm bảo lưỡi dao luôn sắc đồng thời làm giảm khả năng hình thành bavia trên sản phẩm.2: Khử bavia bằng cách cắt bằng tia nước (Nguồn: Internet) Hình 2.3: Khử bavia bằng cách phun các hạt mài mòn (Nguồn: Internet) 2.3 Cách khử lỗi bavia giai đoạn mới Mặc dù đã có nhiều cách để hạn chế bavia nhưng bavia vẫn tồn tại. Quá trình khử bavia ngày nay cũng đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn hiện nay. Ba quy trình khử bavia chuyên nghiệp đã đóng góp rất lớn cho thời kỳ mới này.

Thời kỳ tăng cường khả năng khử bavia bằng bàn chải máy, đánh bóng và khử bavia 6 với robot. Cả ba đều có những ưu điểm riêng giúp chúng trở thành công đoạn không thể thiếu trong quy trình sản xuất ngày nay. Sử dụng bàn chải trên máy khử bavia, những bàn chải này sẽ được gắn trên trục hoạt động theo tịnh tiến quay nhằm loại bỏ sạch nhất bề mặt sản phẩm gia công. Điều này giúp rút ngắn thời gian khử bavia hơn so với những phương pháp thủ công khác.

Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi người vận hành phải thường xuyên di chuyển chi tiết theo chiều quay của bàn chải quay.4: Bàn chải sử dụng trên máy khử bavia (Nguồn: Internet) 2.2 So sánh phương pháp khử bavia bằng tay và hiện đại 2.1 Phương pháp khử bavia bằng tay ✓ Ưu điểm: • Giảm chi phí đầu tư trang thiết bị. • Đơn giản, dễ kiếm nguyên vật liệu • Tận dụng được nguồn nhân lực sẵn có • Phù hợp với quy mô sản xuất lớn. ✓ Nhược điểm • Tuy đây là phương pháp “thử và kiểm tra”, nhưng sẽ gặp khó khăn nếu chi tiết gia công có các bề mặt phức tạp hoặc khó tiếp cận. 7 • Ngoài ra, có thể không khả thi với các chi tiết lớn hoặc chi tiết được chế tạo từ vật liệu khó gia công.

• Với các hàng hóa sản xuất số lượng lớn: Tỷ lệ sai số cao, hiệu năng thấp • Chi phí nhân công ngày càng tăng, tăng chi phí nhân công. • Không an toàn cho người lao động do bụi kim loại. • Ảnh hướng tới môi trường nếu không có phương pháp thu bụi và xử lý bụi hợp lý.5: Khử bavia bằng tay (Nguồn: Internet) 2.2 Phương pháp khử bavia hiện đại ✓ Ưu điểm: • Tiết kiệm chi phí nhân công • Năng suất cao, • An toàn với người lao động và môi trường ❖ Ví dụ khử bavia cho các chi tiết là tấm phẳng: sau khi gia công cắt gọt, đột dập và laser bằng máy mài bavia DM1100ZC. Nguyên lý: Sử dụng hệ thống đai ngang và đai đứng để khử bavia trên bề mặt và bo cạnh chống sắc cùng một lúc cho các chi tiết sau khi thực hiện cắt laser hoặc đột dập.6: Máy mài bavia DM1100ZC (Nguồn: Internet) Hình 2.7: Tấm phẳng sau khi loại bỏ bavia (Nguồn: Internet) ✓ Ưu điểm: • Máy mài tự động • Năng suất cao hơn nhiều lần.

Giảm giá thành sản xuất. • Máy có thể khử bavia được các tấm kim loại nhỏ 5x5 cm cho tới các tấm 1,5 m. • Chất lượng sản phẩm đồng đều • Khử bavia và bo cạnh cùng 1 lúc. 9 • Khử được cả lớp sơn và màng nilon trên bề mặt tấm kim loại.

• Tiết kiệm nguồn nhân lực. • Bảo vệ môi trường: Do bụi đã được thu và xử lý, độ ồn thấp ✓ Nhược điểm: • Chi phí đầu tư ban đầu lớn. • Khử bavia cho các chi tiết có biên dạng phức tạp: Sử dụng máy đánh bavia kiểu rung. ❖ Ví dụ khử bavia bằng máy xóc rung Nguyên lý: Máy xóc rung ( còn gọi là máy rung ba chiều ) Sử dụng nguyên lý rung lắc của động cơ kết hợp với đá đánh bavia cùng hóa chất để làm nhẵn, đánh bóng.

✓ Ưu điểm: • Dễ sử dụng, • Đánh được chi tiết có biên dạng phức tạp. • Phù hợp với nhu cầu sản xuất nhỏ • Chi phí đầu tư ban đầu nhỏ ✓ Nhược điểm: • Tiếng ồn lớn. hiệu quả khử bavia chưa thật sự cao • Sử dụng nhiều lọai hóa chất có thể gây ảnh hưởng tới người lao động. • Thời gian khử bavia lâu 10 Hình 2.3 Sử dụng robot công nghiệp xử lý bavia 2.1 Robot công nghiệp là gì ? Robot là một loại máy có thể thực hiện công việc một cách tự động bằng sự điều khiển của máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình.

Robot công nghiệp được lập trình sẵn theo một trình tự nhất định và sử dụng mục đích phục vụ công việc lắp ráp, sản xuất hoặc chế biến sản phẩm. Robot hỗ trợ rất nhiều cho con người. Đặc biệt là trong những môi trường khắc nghiệt, độc hại và nguy hiểm. Robot công nghiệp có tính chính xác cao và hiệu quả vượt trội so với sản xuất thủ công.

Ngoài định nghĩa trên thì robot công nghiệp có thể được định nghĩa theo một số tiêu chuẩn sau: ✓ Theo tiêu chuẩn RIA của Mỹ (Robot institute of America): Robot là một tay máy vạn năng có thể lặp lại các chương trình, được thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ, hoặc các thiết bị chuyên dùng thông qua các chương trình chuyển động có thể thay đổi để hoàn thành các nhiệm vụ khác nhau. ✓ Theo tiêu chuẩn AFNOR của Pháp: 11 Robot công nghiệp là một cơ cấu chuyển động tự động có thể lập trình, lặp lại các chương trình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ, có khả năng định vị, định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất như chi tiết, đạo cụ, gá lắp theo những hành trình thay đổi đã được chương trình hóa nhằm thực hiện các nhiệm vụ công nghệ khác nhau. ✓ Theo tiêu chuẩn GOCT 25686 – 85 của Nga: Robot công nghiệp là tay máy có một số bậc tư do hoạt động và thiết bị điều khiển theo chương trình, có thể tái lập trình để hoàn thành các chức năng vận động và điều khiển trong quá trình sản xuất.9: Robot công nghiệp Mitsubishi (Nguồn: Internet) 2.2 Ứng dụng của robot công nghiệp trong cách mạng công nghiệp 4.0 Trong cách mạng công nghiệp 4.0 việc ứng dụng tự động hóa, trí tuệ nhân tạo vào sản xuất, kinh doanh là một xu hướng tất yếu nhằm tạo ra năng suất lao động cao. Trên thế giới đã có nhiều nhà máy sử dụng toàn bộ hệ thống dây chuyền sản xuất tự 12 động hóa, đưa robot vào thay thế sức lao động của con người, tạo ra các sản phẩm tốt, độ chính xác cao Hiện nay trên thế giới, do nhu cầu sử dụng robot ngày càng nhiều trong các quá trình sản xuất phức tạp với mục đích góp phần nâng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng, và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động, nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng tốt và thông minh hơn với những cấu trúc đơn giản và linh hoạt.

❖ Có thể kể đến một số ứng dụng điển hình của robot trên thế giới như: - Robot song song dùng trong phân loại và đóng gói sản phẩm: IRB 660 Flex Palletizer, IRB 340 FlexPicker, IRB 260 FlexPicker. Các robot này có thể gắp lần lượt các hộp vắc xin bại liệt từ băng tải và đặt nó vào thùng gồm 20 hộp một cách chính xác. - Robot sơn và phun sơn: Được ứng dụng khá nhiều trong sơn gỗ, sơn thép. - Robot dùng trong công nghệ ép phun nhựa: IRB 6650 của hãng ABB có thể thao tác nhanh, dễ dàng lấy sản phẩm ra khỏi khuôn ở vị trí tách khuôn, giám sát, làm sạch, điều khiển chất lượng dựa trên camera.

- Robot gắp hàng, robot bốc xếp hàng hóa hay robot bốc dỡ hàng hóa: Đây là thiết bị robot đa dạng nhất với điều khiển tự động. - Robot vận chuyển và đóng gói sản phẩm: Robot đóng gói và vận chuyển trong phạm vi rộng các sản phẩm khác nhau: giường đóng gói phẳng và ngăn kéo. - Robot hàn công nghiệp hay robot hàn tự động: phục vụ cho ngành ô tô xe máy, với tỷ lệ hơn 70% số robot đang hoạt động, phải kể đến là robot hàn tự động Panasonic. - Ngoài ra, robot còn có nhiều lĩnh vực được nghiên cứu như robot dịch vụ, robot dùng trong lĩnh vực quân sự, robot di động đồng thời kết hợp với nhận dạng và điều khiển trên cơ sở xử lý những thông tin hình ảnh, đặc biệt là kết hợp với xử lý ngôn ngữ.

❖ Tại Việt Nam 13 Ở nước ta, ứng dụng của robot công nghiệp rất đa đạng, tùy vào những nghành, công việc khác nhau mà ta có thể áp dụng những robot công nghiệp riêng biệt.