Thiết Kế và Chế Tạo Robot Bốc Xếp Hàng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu công nghệ chế tạo máy thiết kế chế tạo robot bốc xếp hàng, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Trần Văn Linh
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Công Băng
• Trường học: Đại học Bách Khoa TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Thiết Kế Chế Tạo Robot Bốc Xếp Hàng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Mô hình sắp xếp thành phẩm tự động bằng robot bốc xếp hàng
• 1.3. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.4. Những nghiên cứu về robot bốc xếp hàng ở ngoài nước
• 1.5. Những nghiên cứu về robot bốc xếp hàng ở trong nước
• 1.6. Mục tiêu và nhiệm vụ thực hiện luận văn
• 1.7. Phạm vi thực hiện của luận văn
• 1.8. Bố cục luận văn
• 1.9. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CƠ CẤU
• 2.1. Phân tích và lựa chọn kết cấu
• 2.2. Xây dựng mối quan hệ giữa các khâu
• 2.2.1. Thiết kế cơ cấu ràng buộc phương trục xoay đầu gắp hàng
• 2.2.2. Thiết lập mối quan hệ kích thước giữa các khâu của robot
• 2.2.3. Xác định ràng buộc chuyển động giữa các khâu trong cơ cấu robot
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐỘNG HỌC
• 3.1. Thiết lập bài toán động học thuận cho robot
• 3.2. Thiết lập bài toán động học ngược cho robot
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
• 4.1. Xác định kích thước của các khâu trong robot bốc xếp hàng
• 4.2. Thiết kế mô hình chế tạo robot
• 4.3. Xác định áp lực tại các khớp truyền động của robot
• 4.4. Tính và chọn động cơ
• 4.5. Xác định thời gian thực hiện các bước bốc xếp hàng
• 4.6. Xác định vận tốc của các khâu truyền động
• 4.7. Xác định công suất động cơ
• 4.8. Chọn động cơ
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT LẬP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
• 5.1. Thiết lập hệ thống điều khiển robot trên Matlab
• 5.1.1. Chuyển đổi dữ liệu
• 5.1.2. Mô phỏng điều khiển robot trên Matlab
• 5.2. Thiết bị điều khiển
• 5.2.1. Mạch điều khiển chính
• 5.2.2. Công tắc hành trình
• 5.3. Lưu đồ giải thuật điều khiển
• 6. CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM
• 6.1. Kiểm tra chuyển động theo phương ngang
• 6.1.1. Quy trình thu thập số liệu theo phương ngang
• 6.1.2. Thu thập số liệu kiểm tra trục ngang
• 6.2. Kiểm tra chuyển động theo phương đứng
• 6.2.1. Quy trình thu thập số liệu theo phương đứng
• 6.2.2. Thu thập số liệu kiểm tra trục đứng
• 6.3. Kết luận
• 7. CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT
• 7.1. Kết luận
• 7.2. Những vấn đề còn hạn chế
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Robot Bốc Xếp Hàng Tại Bách Khoa HCM

Robot công nghiệp ngày càng được sử dụng phổ biến trong các công ty sản xuất. Sự xuất hiện của robot công nghiệp đã thay thế cho con người thực hiện các công việc nặng nhọc, nguy hiểm và độc hại như phun sơn, hàn, bốc xếp hàng lên pallet. Công việc bốc xếp hàng hóa lên pallet là một công việc nặng nhọc và hầu hết các công ty sản xuất đều có công đoạn này. Tại Đại học Bách Khoa TP.HCM, việc nghiên cứu và chế tạo robot trong lĩnh vực này được đặc biệt quan tâm, nhằm đưa ra các giải pháp tự động hóa hiệu quả cho các doanh nghiệp.

1.1. Ứng dụng Robot Bốc Xếp Hàng trong Sản Xuất Công Nghiệp

Trong sản xuất hàng loạt lớn, robot làm việc trong những hệ thống được tự động hóa hoàn toàn. Chúng có khả năng đo đạc, khoan, cắt chính xác các thiết bị được gia công và còn có khả năng tự hiệu chỉnh, bù trừ các sai số kích thước. Với vài người giám sát, các robot công nghiệp có thể hoạt động suốt ngày đêm, thực hiện các công việc như lắp ráp, hàn, phun sơn, cấp phôi, và vận chuyển sản phẩm từ công đoạn này tới công đoạn khác. Đây là minh chứng rõ ràng cho hiệu quả của việc ứng dụng robot trong sản xuất.

1.2. Vai Trò của Robot Bốc Xếp Hàng Thay Thế Lao Động Thủ Công

Robot bốc xếp hàng có khả năng sắp xếp được nhiều dạng sản phẩm khác nhau tùy theo đầu gắp được trang bị. Robot được sử dụng trong nhiều nhà máy sản xuất khác nhau, khi sản phẩm sản xuất hàng loạt được vận chuyển trên các băng chuyên và sau đó được sắp xếp thành từng cụm trên pallet để đưa đến nơi lưu trữ. Vai trò của robot bốc xếp hàng là thay thế cho con người làm công việc nâng chuyên và sắp xếp thành phẩm, giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công và nâng cao năng suất.

II. Thực Trạng Bốc Xếp Hàng Thủ Công Bài Toán Tự Động Hóa

Ở Việt Nam, hiện nay có rất nhiều nhà máy sản xuất và chế biến có sản phẩm được đóng gói trong bao, thùng, trong dây chuyền sản xuất tự động. Tuy nhiên, khâu hậu xử lý bốc xếp hàng hóa phần lớn là do công nhân đảm nhận. Trong giai đoạn đất nước đang phấn đấu phát triển thành một nước công nghiệp, việc ứng dụng các thiết bị máy móc tự động vào sản xuất là rất cần thiết để tăng năng suất, đảm bảo chất lượng và sản lượng sản xuất ổn định. Robot bốc xếp hàng là một thiết bị tự động trong sản xuất, chuyên thực hiện công việc sắp xếp thành phẩm.

2.1. Hạn Chế của Bốc Xếp Hàng Thủ Công Trong Dây Chuyền Sản Xuất

Trong một công đoạn sản xuất nhất định, do yếu tố tâm lý, sức khỏe, người công nhân có thể sơ suất trong một vài thao tác khiến cả một lô sản phẩm bị hư hỏng hoặc bị kém chất lượng. Đối với công đoạn bốc xếp hàng hóa được thực hiện bằng thủ công thì nó phụ thuộc nhiều vào yếu tố sức khỏe người lao động. Vì vậy cần được thay thế bằng máy móc tự động như robot kho hàng, có thể làm việc chính xác liên tục, đều đặn, không mệt mỏi, đảm bảo năng suất ổn định.

2.2. Tính Cấp Thiết Của Tự Động Hóa Bốc Xếp Hàng Hóa Tại Việt Nam

Robot bốc xếp hàng là hệ thống các thiết bị hiện đại, công nghệ cao hiện nay, rất linh hoạt và thông minh. Do đó, phát triển ngành công nghiệp robot logistics sẽ kéo theo sự phát triển của một loạt các ngành công nghiệp công nghệ cao khác như công nghệ thông tin, công nghiệp điện tử, tự động hóa. Việc thiết kế robot và chế tạo robot bốc xếp hàng là ứng dụng công nghệ kỹ thuật vào sản xuất, giảm bớt lao động chân tay.

III. Phương Pháp Thiết Kế Robot Bốc Xếp Hàng Tại Bách Khoa HCM

Đề tài nghiên cứu thiết kế robot và chế tạo robot bốc xếp hàng tại Đại học Bách Khoa TP.HCM tập trung vào việc xây dựng một hệ thống có khả năng tự động hóa quá trình bốc xếp hàng hóa lên pallet. Luận văn Thạc Sĩ của Trần Văn Linh đề xuất một cơ cấu robot có 4 bậc tự do, điều khiển bằng vi xử lý, có khả năng thực hiện công việc gắp sản phẩm ở đầu ra của dây chuyền sản xuất và sắp xếp lên pallet theo nhiều kiểu khác nhau. Đầu gắp sản phẩm có thể thay thế được nhiều dạng cơ cấu gắp khác nhau, để ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất những dạng sản phẩm khác nhau.

3.1. Phân Tích Động Học Thuận và Ngược Cho Cơ Cấu Robot Bốc Xếp

Nhiệm vụ quan trọng là thiết lập và phân tích bài toán động học thuận và ngược cho cơ cấu robot. Điều này giúp xác định vị trí và hướng của đầu gắp sản phẩm dựa trên các thông số khớp của robot. Bài toán động học thuận cho phép tính toán vị trí đầu gắp khi biết góc của các khớp, trong khi bài toán động học ngược cho phép xác định góc các khớp để đạt được vị trí mong muốn của đầu gắp.

3.2. Thiết Kế Cơ Khí và Chế Tạo Mô Hình Robot Bốc Xếp Hàng Hóa

Việc tính toán thiết kế và chế tạo robot mô hình là một phần không thể thiếu trong quá trình nghiên cứu. Các yếu tố như kích thước các khâu, vật liệu chế tạo, và hệ thống truyền động cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo robot có độ chính xác, độ bền và khả năng hoạt động ổn định. Các công cụ thiết kế 3D CAD (Computer-Aided Design) được sử dụng để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế cơ khí của robot.

3.3. Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển và Đánh Giá Độ Chính Xác Robot

Việc thiết lập hệ thống điều khiển và đánh giá thực nghiệm độ chính xác của cơ cấu là giai đoạn cuối cùng để hoàn thiện robot. Hệ thống điều khiển bao gồm vi xử lý, cảm biến, và phần mềm điều khiển, đảm bảo robot hoạt động theo đúng chương trình đã được thiết lập. Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá độ chính xác của robot trong việc thực hiện các thao tác bốc xếp hàng hóa, từ đó đưa ra các điều chỉnh và cải tiến cần thiết.

IV. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Robot Bốc Xếp Bách Khoa

Nghiên cứu robot Bách Khoa nhằm mục đích mang lại giải pháp tự động hóa cho các doanh nghiệp sản xuất, giúp nâng cao năng suất và giảm chi phí lao động. Ứng dụng thực tế của robot bốc xếp hàng giúp các doanh nghiệp cải thiện hiệu quả hoạt động, đồng thời tạo ra môi trường làm việc an toàn hơn cho người lao động. Sinh viên Bách Khoa có cơ hội tham gia vào các dự án nghiên cứu và phát triển robot, đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam.

4.1. Tối Ưu Hóa Quy Trình Bốc Xếp Hàng Hóa và Tiết Kiệm Chi Phí

Việc ứng dụng robot bốc xếp hàng giúp tối ưu hóa bốc xếp hàng hóa, giảm thiểu thời gian và chi phí. Robot có thể làm việc liên tục 24/7 mà không cần nghỉ ngơi, giúp tăng năng suất và giảm thiểu sai sót. Ngoài ra, việc sử dụng robot còn giúp giảm chi phí lao động và chi phí bảo trì, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động.

4.2. Nâng Cao Năng Lực Cạnh Tranh Cho Doanh Nghiệp Việt

Việc áp dụng giải pháp tự động hóa vào quá trình bốc xếp hàng hóa giúp doanh nghiệp Việt Nam nâng cao năng lực cạnh tranh trên thị trường quốc tế. Robot có thể thực hiện các thao tác phức tạp với độ chính xác cao, giúp cải thiện chất lượng sản phẩm và dịch vụ. Ngoài ra, việc sử dụng robot còn giúp doanh nghiệp đáp ứng được yêu cầu ngày càng khắt khe của khách hàng về thời gian giao hàng và chất lượng sản phẩm.

V. Thách Thức Hướng Phát Triển Robot Bốc Xếp Hàng Tương Lai

Mặc dù đã có những thành công nhất định trong việc thiết kế robot và chế tạo robot bốc xếp hàng, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để robot có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường thực tế. Nghiên cứu và phát triển các robot thông minh có khả năng thích ứng với các điều kiện khác nhau, đồng thời tích hợp các công nghệ mới như AI trong robot và cảm biến robot, là hướng đi quan trọng để nâng cao hiệu quả hoạt động của robot.

5.1. Cải Thiện Hệ Thống Điều Khiển Robot Bốc Xếp Hàng Thông Minh

Việc phát triển hệ thống điều khiển robot thông minh là một trong những ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu và phát triển robot bốc xếp hàng. Hệ thống điều khiển thông minh cần có khả năng nhận diện và xử lý các tình huống bất ngờ, đồng thời tự động điều chỉnh các thông số hoạt động để đảm bảo robot hoạt động ổn định và hiệu quả. Các thuật toán điều khiển tiên tiến và công nghệ AI trong robot cần được tích hợp để robot có thể học hỏi và thích ứng với các điều kiện khác nhau.

5.2. Tích Hợp Cảm Biến và Công Nghệ AI Cho Robot Bốc Xếp

Việc tích hợp cảm biến robot và công nghệ AI trong robot giúp robot có khả năng nhận biết và phản ứng với môi trường xung quanh. Các cảm biến có thể cung cấp thông tin về vị trí, kích thước, và hình dạng của sản phẩm, giúp robot thực hiện các thao tác bốc xếp hàng hóa một cách chính xác. Công nghệ AI trong robot giúp robot tự động lập kế hoạch và điều chỉnh các thao tác để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

VI. Kết Luận Triển Vọng Phát Triển Robot Bốc Xếp Tại VN

Nghiên cứu thiết kế robot và chế tạo robot bốc xếp hàng tại Đại học Bách Khoa TP.HCM đã đạt được những kết quả đáng khích lệ, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam. Với sự nỗ lực của các nhà nghiên cứu và sinh viên Bách Khoa, robot Bách Khoa hứa hẹn sẽ mang lại những giải pháp tự động hóa hiệu quả cho các doanh nghiệp sản xuất, giúp nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững.

6.1. Đóng Góp của Nghiên Cứu Robot Bốc Xếp Hàng Cho Tự Động Hóa

Nghiên cứu về robot bốc xếp hàng đã đóng góp quan trọng vào sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam. Các kết quả nghiên cứu đã cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn cho việc thiết kế robot và chế tạo robot trong các lĩnh vực khác. Đồng thời tạo động lực cho các nhà nghiên cứu và sinh viên Bách Khoa tiếp tục khám phá và phát triển các công nghệ mới.

6.2. Cơ Hội Thách Thức Phát Triển Robot Bốc Xếp Hàng Việt Nam

Việc phát triển robot bốc xếp hàng tại Việt Nam mang lại nhiều cơ hội và cũng không ít thách thức. Cơ hội là sự tăng trưởng của ngành công nghiệp sản xuất và nhu cầu tự động hóa ngày càng cao. Thách thức là sự cạnh tranh từ các nhà sản xuất robot nước ngoài và yêu cầu về nguồn nhân lực chất lượng cao. Để vượt qua những thách thức này, cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và chính phủ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Robot công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến trong các dây chuyền sản xuất hiện đại nhằm nâng cao năng suất, giảm chi phí và cải thiện điều kiện lao động. Theo ước tính, công đoạn bốc xếp hàng lên pallet chiếm tỷ trọng lớn trong các nhà máy sản xuất hàng loạt, tuy nhiên phần lớn vẫn được thực hiện thủ công, gây ra nhiều khó khăn về sức khỏe và hiệu quả công việc. Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế và chế tạo robot bốc xếp hàng với cơ cấu 4 bậc tự do, điều khiển bằng vi xử lý, có khả năng gắp sản phẩm từ đầu ra dây chuyền và sắp xếp lên pallet theo nhiều kiểu khác nhau. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào sản phẩm dạng túi có khối lượng khoảng 0,5kg, với chu kỳ bốc xếp 300 chu kỳ/giờ, thực hiện tại môi trường sản xuất công nghiệp Việt Nam. Mục tiêu chính là phát triển mô hình robot có độ chính xác cao, linh hoạt trong ứng dụng, góp phần giảm lao động thủ công, tăng năng suất và đảm bảo an toàn lao động. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thúc đẩy tự động hóa trong ngành công nghiệp chế tạo máy và sản xuất hàng hóa tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết động học robot: Bao gồm bài toán động học thuận và động học ngược, giúp xác định vị trí và hướng của đầu gắp trong không gian làm việc dựa trên các biến điều khiển của các khớp.
• Mô hình cơ cấu ràng buộc: Thiết kế cơ cấu ràng buộc phương trục xoay đầu gắp thành phẩm luôn thẳng đứng, đảm bảo sản phẩm không bị nghiêng hoặc chèn ép khi bốc xếp.
• Khái niệm bậc tự do (DOF): Robot được thiết kế với 4 bậc tự do, bao gồm 2 khớp xoay và 2 khớp trượt, cho phép điều khiển độc lập chuyển động theo phương ngang, phương đứng và xoay sản phẩm.
• Mô hình điều khiển vi xử lý: Sử dụng mạch Arduino Mega 2560 để điều khiển các động cơ servo và bước, đảm bảo độ chính xác và linh hoạt trong vận hành.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực nghiệm từ mô hình robot chế tạo tại Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Khu Công nghệ Cao TP. Hồ Chí Minh, kết hợp với dữ liệu mô phỏng trên phần mềm Matlab.
• Phương pháp phân tích: Giải bài toán động học thuận và ngược bằng phương pháp toán học, sử dụng ma trận chuyển vị và các phương trình động học để xác định vị trí và hướng đầu gắp. Phân tích lực tác dụng và công suất động cơ dựa trên các thông số cơ khí.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong 6 tháng, từ tháng 01 đến tháng 06 năm 2014, bao gồm các giai đoạn thiết kế cơ cấu, lập trình điều khiển, chế tạo mô hình và đánh giá thực nghiệm.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình robot được thiết kế với kích thước và tải trọng phù hợp với sản phẩm dạng túi 0,5kg, chu kỳ bốc xếp 300 chu kỳ/giờ, đại diện cho các dây chuyền sản xuất phổ biến trong nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế cơ cấu robot 4 bậc tự do với cơ cấu ràng buộc phương trục xoay đầu gắp thẳng đứng giúp đảm bảo sản phẩm không bị nghiêng hoặc chèn ép trong quá trình bốc xếp, nâng cao độ chính xác và an toàn cho sản phẩm. So với các phương án khác, phương án sử dụng 2 khớp xoay và 2 khớp trượt cho phép điều khiển độc lập chuyển động ngang và đứng, giảm khối lượng tập trung và tăng hiệu quả truyền động.

2. Bài toán động học thuận và ngược được giải quyết thành công với nghiệm duy nhất, cho phép xác định chính xác vị trí và hướng đầu gắp dựa trên các biến điều khiển dx, dz, θ1, θ2. Ví dụ, với kích thước các khâu l1=100mm, lx=80mm, lz=50mm, vị trí đầu gắp có thể thay đổi trong phạm vi bán kính làm việc từ 380mm đến 880mm, chiều cao từ -50mm đến 150mm.

3. Mô hình 3D CAD và mô phỏng trên Matlab cho thấy sự phù hợp giữa kết quả tính toán và thực tế, với sai số dịch chuyển đầu gắp theo phương ngang và đứng nằm trong khoảng 0.1-0.3mm, đảm bảo độ chính xác cao cho quá trình bốc xếp.

4. Động cơ truyền động được lựa chọn phù hợp với công suất và lực tác dụng tại các khớp, ví dụ động cơ bước KH560M2B005 và động cơ servo DC S3T-26 đáp ứng yêu cầu vận hành với công suất từ 80W đến 200W, đảm bảo robot hoạt động ổn định và bền bỉ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp robot đạt hiệu quả cao là do thiết kế cơ cấu ràng buộc phương trục xoay đầu gắp thẳng đứng, tránh được hiện tượng nghiêng sản phẩm khi bốc xếp. So với các nghiên cứu trước đây về robot bốc xếp hàng của các hãng FUJI, ABB, OKURA, mô hình trong luận văn có ưu điểm về tính linh hoạt trong điều khiển và khả năng ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất đa dạng tại Việt Nam. Kết quả thực nghiệm và mô phỏng cho thấy sự đồng nhất cao, minh chứng cho tính khả thi của thiết kế. Biểu đồ dịch chuyển đầu gắp theo thời gian và bảng số liệu lực tác dụng tại các khớp có thể được sử dụng để đánh giá hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế trong các nghiên cứu tiếp theo.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng robot bốc xếp hàng trong các nhà máy sản xuất dạng túi và thùng nhằm giảm thiểu lao động thủ công, tăng năng suất lên ít nhất 20% trong vòng 1 năm. Chủ thể thực hiện: các doanh nghiệp sản xuất và trung tâm tự động hóa.

2. Nâng cấp hệ thống điều khiển vi xử lý với các thuật toán tối ưu hóa chuyển động để giảm thời gian chu kỳ bốc xếp xuống dưới 300 chu kỳ/giờ trong 6 tháng tới. Chủ thể thực hiện: nhóm kỹ sư phát triển phần mềm và tự động hóa.

3. Mở rộng thiết kế robot cho các sản phẩm có kích thước và trọng lượng lớn hơn, ví dụ từ 0,5kg lên đến 5kg, với không gian làm việc mở rộng trong 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: viện nghiên cứu và các trường đại học kỹ thuật.

4. Đào tạo nhân lực vận hành và bảo trì robot bốc xếp hàng nhằm đảm bảo vận hành liên tục và giảm thiểu sự cố kỹ thuật, với chương trình đào tạo định kỳ hàng năm. Chủ thể thực hiện: các trung tâm đào tạo kỹ thuật và doanh nghiệp sử dụng robot.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư thiết kế và phát triển robot công nghiệp: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn về thiết kế cơ cấu và điều khiển robot bốc xếp hàng, giúp họ phát triển các sản phẩm tương tự hoặc cải tiến.

2. Doanh nghiệp sản xuất và tự động hóa: Tham khảo để ứng dụng robot bốc xếp hàng vào dây chuyền sản xuất, nâng cao năng suất và giảm chi phí lao động.

3. Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ Chế tạo Máy, Tự động hóa: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến robot công nghiệp.

4. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách công nghiệp: Hiểu rõ về tiềm năng và lợi ích của tự động hóa trong sản xuất, từ đó xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển công nghiệp robot tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Robot bốc xếp hàng có thể ứng dụng cho những loại sản phẩm nào?
   Robot được thiết kế để bốc xếp các sản phẩm dạng túi, hộp, khay, thùng với khối lượng khoảng 0,5kg, có thể điều chỉnh đầu gắp để phù hợp với nhiều dạng sản phẩm khác nhau trong dây chuyền sản xuất.

2. Độ chính xác của robot trong quá trình bốc xếp là bao nhiêu?
   Theo kết quả thực nghiệm, sai số dịch chuyển đầu gắp nằm trong khoảng 0.1-0.3mm, đảm bảo độ chính xác cao, phù hợp với yêu cầu sản xuất công nghiệp.

3. Chu kỳ bốc xếp của robot là bao nhiêu?
   Robot có khả năng thực hiện khoảng 300 chu kỳ bốc xếp mỗi giờ, đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng loạt với tốc độ ổn định.

4. Phương pháp điều khiển robot sử dụng công nghệ gì?
   Robot được điều khiển bằng vi xử lý Arduino Mega 2560, kết hợp với các động cơ servo và bước, cho phép điều khiển chính xác và linh hoạt các bậc tự do của robot.

5. Làm thế nào để mở rộng ứng dụng robot cho các sản phẩm có kích thước lớn hơn?
   Cần thiết kế lại kích thước các khâu, tăng công suất động cơ và điều chỉnh cơ cấu ràng buộc để phù hợp với trọng lượng và không gian làm việc lớn hơn, đồng thời kiểm tra lại bài toán động học để đảm bảo độ chính xác.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình robot bốc xếp hàng 4 bậc tự do với cơ cấu ràng buộc giữ cho đầu gắp luôn thẳng đứng, phù hợp với sản phẩm dạng túi 0,5kg.
• Giải quyết bài toán động học thuận và ngược với nghiệm duy nhất, đảm bảo xác định chính xác vị trí và hướng đầu gắp trong không gian làm việc.
• Mô phỏng và thực nghiệm cho thấy robot hoạt động ổn định với sai số nhỏ, chu kỳ bốc xếp đạt 300 chu kỳ/giờ.
• Đề xuất các giải pháp nâng cấp và mở rộng ứng dụng robot trong sản xuất công nghiệp, góp phần thúc đẩy tự động hóa tại Việt Nam.
• Khuyến khích các doanh nghiệp và viện nghiên cứu tiếp tục phát triển và ứng dụng công nghệ robot bốc xếp hàng trong các dây chuyền sản xuất hiện đại.

Đẩy mạnh triển khai ứng dụng robot trong các nhà máy, đồng thời nghiên cứu mở rộng thiết kế cho các sản phẩm đa dạng hơn. Liên hệ Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Khu Công nghệ Cao TP. Hồ Chí Minh để hợp tác và nhận hỗ trợ kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TR ONG ĐẠI HỌC BACH KHOA TRAN VAN LINH THIET KE CHE TAO ROBOT BOC XEP HANG Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tao May Mã số: 605204 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỎ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TR ONG ĐẠI HỌC BACH KHOA Độc lập - Tự do - Hanh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRAN VĂN LINH MSHV: 12040469 Ngày, tháng, năm sinh: 30/06/ 1989 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy Mã số : 605204 I. TÊN DE TÀI: THIET KE CHE TAO ROBOT BÓC XÉP HÀNG Il.

NHIEM VU VA NOI DUNG: Dé thực hiện nhiệm vụ thiết kế chế tao Robot bốc xếp hang, thì luận văn sẽ trình bày 5 nội dung như sau: - Thiết lập và phân tích bài toán động học thuận và ngược cho cơ câu - Tinh toán thiết kế và chế tạo mô hình robot - Thiết lập hệ thống điều khiển và đánh gia thực nghiệm độ chính xác của cơ câu. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/01/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 20/06/2014 v. CAN BOH ONG DAN: TS.

PHAM CÔNG BANG Tp. tháng 07 năm 2014 CAN BOH ONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO (Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký) TS. Phạm Công Băng TR ONG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên va chữ ky) PGS. Nguyễn Hữu Lộc Lời cảm ơn Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong chương trình Cao học Chế Tạo Máy của trường Đại hoc Bách Khoa Tp.

Hồ Chí Minh. Những người đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức hữu ích trong ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy, làm cơ sở cho tôi thực hiện tốt luận văn thiết kế chế tạo Robot bốc xếp hàng. Đề đạt được kết quả như trình bày trong luận văn nảy, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phạm Công Bang, thay đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi rất nhiễu trong thời gian thực hiện luận văn.

Sau cùng tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai đã hỗ trợ kinh phí và luôn tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian làm luận văn. Vì thời gian có hạn và chưa có được nhiều kinh nghiệm nghiên cứu khoa học nên luận văn có thể còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến góp ý của quý Thây/Cô và các anh chị học viên. Tôi xin chân thành cảm on! TÓM TẮT Robot công nghiệp ngày càng được sử dụng pho biến trong các công ty sản xuất.

Sự xuất hiện của nó đã thay thế cho con người thực hiện các công việc nặng nhọc, nguy hiểm và độc hại như: phun sơn, hàn, bốc xếp hàng lên pallet,. Trong đó, công việc bốc xếp hàng lên pallet là một công việc nặng nhọc và hầu hết các công ty sản xuất đều có công đoạn này. Do đó, trong luận văn này sẽ nghiên cứu thiết kế chế tạo robot bốc xếp hàng. Với cơ cầu robot có 4 bậc tự do và điều khiển băng vi xử lý, có khả năng thực hiện công việc gắp sản phẩm ở đầu ra của dây chuyên sản xuất và sắp xếp lên pallet theo nhiều kiểu khác nhau.

Dau gap sản phẩm có thé thay thé được nhiều dạng co cấu gap khác nhau, dé ứng dụng trong các dây chuyền sản xuât những dạng sản phâm khác nhau. ABSTRACT Industrial robots are increasingly widely used in the production company. The appearance of it was replaced humans perform heavy work, dangerous and toxic, such as paint spraying, welding, stacking products onto pallet,. In particular, work of stacking products onto pallet is a heavy job and most companies manufacture always have this step.

Therefore, in this thesis will research design fabricate Robotic palletizer. With the structure of the robot has 4 degrees of freedom and controlled by microprocessors, capable of performing the pick up products at the output of the production line and onto pallets arranged in many different ways. Head pick products can replace many different types of structural pick up, for application in the production lines of various types of products. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và chưa được công bô trong bât cứ công trình nào khác.

Các sô liệu, kêt quả nêu trong luận văn là trung thực. Phụ lục CHUONG 1. GIỚI THIỆU DE TÀI NGHIÊN CỨU.1 Giới thiệu chung .2 Mô hình sắp xếp thành phẩm tự động bang robot bốc xếp hang .3 Tính cấp thiết của dé tain. ccc 5c ST 1112111 5151111115111 10101010 111101 0111 1 kg e 4 1.4 Những nghiên cứu về robot bốc xếp hàng ở ngoài nước.5 Những nghiên cứu về robot bốc xếp hàng ở trong nước .6 Mục tiêu và nhiệm vụ thực hiện luận văn.7 Phạm vi thực hiện của luận văn .8 Bố cục luận văn .-- Gv 12111 TH TH ng TH TH nh Hưng ng 13 1.9 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn .-- --- ¿55 c2 <czkczkccrecsecez 13 CHUONG 2: PHAN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CƠ CÂU.1 Phân tích và lựa chọn kết cẤu.2 Xây dựng mối quan hệ giữa các khâu .1 Thiết kế co cau ràng buộc phương trục xoay dau gap hang .2 Thiết lập mối quan hệ kích thước giữa các khâu của robot.3 Xác định ràng buộc chuyển động giữa các khâu trong cơ cau robot .- G1 12 HT HT HH HT TH HT TH TH TH TH ngơ.

25 CHUONG 3: PHAN TICH ĐỘNG HOC .1 Thiết lập bài toán động học thuận cho robot .2 Thiết lập bài toán động học ngược cho rObO(. 37 CHUONG 4: THIẾT KE CƠ KPHÍ.1 Xác định kích thước của các khâu trong robot bốc xếp hàng.2 Thiết kế mô hình chế tao robot .3 Xác định áp lực tại các khớp truyền động của rOobof.4 Tính và chọn động CƠ. -- ---c-c S301 1 v9 911 1 vn ng nh vế 53 4.1 Xác định thời gian thực hiện các bước bốc xếp hàng.2 Xác định vận tốc của các khâu truyền động .4 Xác định công suất động €Ơ.5 Chon dOng CO 04): ŸTAAỖŨẮẲẮIẲẮẲỔIAIẢẦẮẦẮẶẮẦẶ.5 KKẾT WAN eee cceccccccsescecscscssescscsesesscscscsesssscscscsesesssscscsesessscscsesssssscscscsesssecsesesssess 59 CHUONG 5: THIẾT LAP HE THONG DIEU KHIỂN .1 Thiép lập hệ thống điều khiến robot trên Matlab.1 Chuyển đối dữ liệu.2 Mô phỏng điều khiến robot trên Matlab .2 Thiết bị điều khiỂn.1Mạch điều khiến chính.2 Công tắc hành trình .- -- -G c + c St S113 53158158 11 13 13 11 H1 H1 HH HH ng rệt 67 5.4 Luu đồ giải thuật điều khiến. 68 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM.1 Kiểm tra chuyển động theo phương ngang .1 Quy trình thu thập số liệu theo phương ngang.2 Thu thập số liệu kiểm tra trục ngang.2 Kiểm tra chuyển động theo phương đứng .1 Quy trình thu thập giữ liệu theo phương đứng.2 Thu thập số liệu kiểm tra trục 90501 —------Ã1lÃ11T .3 Két LAI 077 cscscscescscscsessscecsesessessscsescsesscscscsessvscscsesssssscsescsessecsesesssess 77 CHƯƠNG 7: TONG KẾTT.-- 5 SE SE 2E 5 1515525 5 511111 1 51111115050 111111 re 78 7.1 Kết (oUF ae F216 100, 272721577 -.2 Những van dé còn hạn chỀ.------ ¿+ 5S 2 E225 5 53321 1 5 51121 51 E111 re, 78 TÀI LIEU THAM KH ẢO.

G6256 9195191 98 9813 91 11 H1 123 1x no 79 Danh mục hình Hình 1.1: Ứng dụng của robot trong sản XuẤt.2: Robot sắp xếp hang .-- --- E522 SE 191191211121 01 2111111 re 2 Hình 1.3: Một số dạng thành phẩm trong dây chuyên sản xuất .4: Hệ thống bốc xếp hang thủ công trong nhà máy phân đạm Phú Mỹ .5: Mô hình bốc xếp sản phẩm .6: Công nhân bốc xếp hàng trong công ty cô phần dinh dưỡng Hồng Hà .7: Robot bốc xếp hàng tự động .8: Mô hình robot bốc xếp hàng FUJI - ACE.---¿ 5-2252 sc+csze+essssd 7 Hình 1.9: Không gian làm việc của model EC-201 .10: Mô hình robot và không gian làm việc của robot IRB 460.11: Mô hình robot bốc xếp hàng A 1600 ID .12: Không gian làm việc của robot bốc xếp hàng A 1600111.13: Cánh tay robot TOSY TI, TI A620-30 ooo eeseseeeeeeeeeeeeererees II Hình 1.14: Ảnh minh hoa dạng thành phẩm và kiểu sắp xếp .1: Các dạng sắp xếp thành phẩm co bản trong sản xuất .2: Thành phâm không bị nghiên hoặc bị chèn ép trong quá trình bốc xếp.3: Thành phẩm bị nghiên và bị ép lên pallet khi sắp xếp .4: Robot 4 bac tự do đang ở VỊ tri (.--ccc c1 SH vn ng reu 16 Hình 2.5: Ảnh hưởng của biến khớp @ và @3 đến phương của dau gap hàng.6: Robot bốc xếp hàng 4 bậc tự do và một cơ cầu ràng buộc phương trục xoay đầu gap thành phẩm.--:- ¿+55 SẺ SE E2 E311 321212111 E1 Exrrrrred 17 Hình 2.7: Cơ cau robot bốc xếp hàng có 4 bậc tự do là khớp xoay .8: Cơ cau robot bốc xếp hàng có 4 bậc tự do là khớp xoay kết hop với 1 co cau ràng buộc hình bình hành ABKLI .9: Co cau robot bốc xếp hàng 4 bậc tự do có 2 khớp xoay và 2 khớp tinh tién "M.10: Minh hoa cơ cau ràng buộc phương của khâu cuối robot .11: Minh họa van dé can chứng minh (C’ = C) cho cơ cấu robot.12: Mô hình thể hiện mối quan hệ vi trí của các điểm trong cơ cầu robot .1: Mô hình robot hoàn chỉnh.cc ccc ceccesccceeceeccesccesceceecesecescceseceeceseces 27 Hình 3.2: Minh họa mối quan hệ của hệ trục tọa độ {Q} trong hệ trục tọa độ {0} (6 FT oss AO)0,0) 1 irễi.3: Mô hình robot được rút gon để xác định hướng đầu gắp ¬ 30 Hình 3.4: Hệ trục tọa độ đặt trên robot theo quy ước Denavit — Hartenberg .5: Minh họa các giá tri thu được từ phương trình (3.6: Minh hoa vị trí cơ cau robot theo một số trường hợp trong bảng 3.7:Minh họa yêu cau điều khiến robot sắp xếp sản phẩm lên pallet theo 2D 34 Hình 3.8: Minh hoa vị trí cơ cau robot tương ứng với các vị trí ( Xp, “yp, Zp, B).9: Minh họa vị trí cơ cấu robot theo trường hợp | trong bang 3.1: Minh họa tầm với của rOboOt.2: Minh hoa d,, d, theo vi trí tầm với của robot .3: Mô hình robot 3D CAD. Ặ G G QQQ ng 40 Hinh 4.4: Tam dé nh.6: Con trượt ngang.7: Con trượt dung .8: Các khâu mở rộng và thu nhỏ tầm với làm việc của robot .9: Các khâu ràng buộc phương trục xoay dau gap hàng của robot .11: Đầu gap hang .12: Cơ cau robot ứng với vị trí có tầm với lớn nhất .13: Cơ cau ràng buộc phương trục quay dau gap hang .14: Cơ cau mở rộng tầm với.--¿-¿ ¿+ +2 + SE 2E £E 2E rr re 48 Hình 4.15: Các thành phan lực tác dụng lên từng khâu .16: Các thành phan lực tác dụng lên khâu CDE-.17: Các thành phan lực tác dụng lên khâu EF .18: Các thành phan lực tác dụng lên khâu BFG .19: Các thành phan lực tác dụng lên khâu GH .20: Các thành phan lực tác dụng lên khâu LC.21: Các thành phan lực tác dụng lên khâu AB .