Đặt vấn đề Trong bối cảnh ngày nay, quản lý và tự động hóa quy trình sản xuất tại các nhà máy đang đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc phân loại và sắp xếp sản phẩm. Sự đa dạng ngày càng tăng về màu sắc và đồng thời áp dụng mã QR để theo dõi thông tin liên quan đến sản phẩm đang trở thành một yếu tố quan trọng. Hiện tại, quy trình này thường yêu cầu sự can thiệp của nhân công, tăng chi phí và rủi ro sai sót. Tại nhiều nhà máy, quá trình phân loại và sắp xếp sản phẩm vẫn dựa nhiều vào lao động nhân công, dẫn đến sự chậm trễ và không chính xác.
Các hệ thống tự động hiện tại thường hạn chế về khả năng tương tác và linh hoạt. Điều này dẫn đến sự không hiệu quả trong quản lý sản xuất và đồng thời làm tăng nguy cơ sai sót và lạc hậu trong việc theo dõi thông tin sản phẩm. Chính vì những thách thức này, đề tài "Nghiên cứu, Thiết kế và Thi công Mô hình Phân loại, Sắp xếp Sản phẩm Theo Màu Sắc và Mã QR Ứng dụng Cánh Tay Robot 6 Bậc Tự do Truyền Thông Qua Modbus TCP/IP" ra đời nhằm tận dụng ưu điểm của cánh tay robot 6 bậc tự do và kết hợp với các chuẩn truyền thông như Modbus TCP/IP, Modbus RTU,. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống linh hoạt và chính xác, giảm tải công việc cho nhân công, đồng thời tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý thông tin sản phẩm thông qua mã QR.
Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất sản xuất mà còn giảm những nguy cơ, những sai sót khi sử dụng các cách phân loại và sắp xếp truyền thống. Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu và thiết kế cơ khí cánh tayR 6 bậc tự do: phân tích các mẫu Robot trên thị trường và thiết kế cơ khí của cánh tay robot 6 bậc tự do để đảm bảo tính linh hoạt và hiệu suất cao trong quá trình thực hiện tác vụ. Tối ưu hóa cấu trúc cơ khí để đạt được độ chính xác và ổn định nhất có thể. - Nghiên cứu và thiết kế cơ khí mô hình phân loại và sắp xếp sản phẩm: Phát triển mô hình cơ khí cho hệ thống phân loại và sắp xếp sản phẩm.
Tích hợp cảm biến và thiết bị cần thiết để đảm bảo việc nhận diện chính xác và xử lý thông tin sản phẩm. - Lập trình điều khiển cánh tay Robot 6 bậc tự do: Phát triển phần mềm điều khiển cho cánh tay robot, tối ưu hóa thuật toán điều khiển để đảm bảo chính xác và đáng tin cậy trong quá trình thực hiện tác vụ. 1 - Lập trình điều khiển mô hình phân loại và sắp xếp sản phẩm: xây dựng chương trình điều khiển cho mô hình phân loại và sắp xếp sản phẩm trên PLC. - Lập trình giao diện SCADA trên WinCC: Phát triển giao diện SCADA trên nền tảng WinCC để giám sát và điều khiển toàn bộ hệ thống.
- Lập trình giao diện HMI cho Teach Pendant của Robot: Thiết kế giao diện người dùng trên Teach Pendant để người vận hành có thể dễ dàng điều khiển và giám sát hoạt động của Robot theo thời gian thực. - Nghiên cứu các chuẩn truyền thông công nghiệp: Tìm hiểu và áp dụng các chuẩn truyền thông công nghiệp như Modbus RTU – RS485 và Modbus TCP – IP để đảm bảo tính tương thích và kết nối ổn định giữa các thành phần trong hệ thống. Giới hạn đề tài - Sử dụng vi điều khiển để tính toán động học thuận, động học nghịch và điều khiển Robot thay cho PLC. - Để điều khiển Robot PLC chỉ cần gửi lệnh thông qua Modbus TCP – IP.
- Giới hạn thời gian cho một chu trình phân loại và sắp xếp 1 sản phẩm vào kệ hàng khoảng 20 – 25 giây. Phương pháp nghiên cứu - Mô phỏng hệ thống trên PLC SIM trước khi thi công mô hình thực tế. – Nghiên cứu các phần mềm và công cụ mã nguồn mở: Sử dụng các công cụ tính toán và mô phỏng như Matlab,… đồng thời sử dụng các phần mềm mã nguồn mở và các thư viện liên quan. – Nghiên cứu các bài báo khoa học uy tín về các đề tài liên quan đến Robot tự hành, Robot AGV, Robot AMR và các loại Robot di động khác.
– Thực hành và thử nghiệm: Kết hợp việc mô phỏng và việc xây dựng hệ thống phần cứng để thử nghiệm các chức năng của Robot. 2 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Các loại mã QR thông dụng - SQRC (Secure Quick Response Code): SQRC là một dạng mã QR được phát triển để đáp ứng nhu cầu bảo mật cao hơn. Nó kết hợp các tính năng như mã hóa và chữ ký số để đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu được chứa trong mã.
- rMQR (Reversible Data Matrix QR): rMQR là một dạng mã QR cho phép giải mã ngược để truy xuất thông tin ban đầu mà không cần kết nối mạng. Điều này làm cho nó trở nên hữu ích trong các tình huống mà kết nối internet không khả dụng. - iQR (Intelligent QR Code): iQR là một dạng mã QR có khả năng chứa lượng lớn dữ liệu với kích thước nhỏ gọn hơn so với các mã QR thông thường. Điều này được đạt được bằng cách sử dụng thuật toán nén thông minh.
- FrameQR: FrameQR chia một mã QR thành nhiều phần (frame), mỗi phần có thể chứa thông tin riêng biệt. Khi ghép lại, nó tạo thành một hình ảnh tổng thể chứa nhiều thông tin khác nhau. - Tron (Round QR Code): Tron là một dạng mã QR có hình tròn thay vì hình vuông truyền thống. Nó mang lại sự sáng tạo trong thiết kế và có thể thu hút sự chú ý của người sử dụng.
- HCCB (High Capacity Color Barcode): HCCB không chỉ là mã QR thông thường mà còn kết hợp màu sắc để tăng dung lượng thông tin và tạo ra hình ảnh độc đáo. - DPM (Direct Part Marking) QR Code: DPM QR Code được thiết kế để chịu được điều kiện khắc nghiệt, thích hợp cho việc đánh dấu trực tiếp trên sản phẩm (direct part marking) trong môi trường công nghiệp. - Micro QR Code: Micro QR Code là một phiên bản nhỏ gọn của mã QR, thường được sử dụng trong các ứng dụng có giới hạn không gian và yêu cầu kích thước nhỏ. Sơ lược về dòng EZI – SERVO Dòng EZI-SERVO của FASTECH là một hệ thống servo đa chức năng và tiên tiến, được thiết kế để đáp ứng đầy đủ nhu cầu kiểm soát chuyển động trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi sự chính xác và độ tin cậy cao.
Dưới đây là một sơ lược về dòng EZI- SERVO của FASTECH: 3 - Đa dạng công suất và kích thước: Dòng EZI-SERVO cung cấp một loạt các mô-đun servo với công suất và kích thước đa dạng, từ các mô-đun nhỏ cho các ứng dụng nhỏ gọn đến các mô-đun mạnh mẽ phù hợp với các hệ thống công suất lớn. - Hiệu suất cao và độ chính xác: Với các thuật toán kiểm soát tiên tiến và động cơ servo chất lượng cao, dòng EZI-SERVO đảm bảo hiệu suất vượt trội và độ chính xác trong quá trình vận hành. Điều này làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu chuyển động mềm mại và chính xác. - Dễ lập trình và cấu hình: Hệ thống điều khiển của dòng EZI-SERVO được thiết kế để dễ sử dụng và lập trình.
FASTECH cung cấp phần mềm điều khiển đồ họa (GUI) và các công cụ cấu hình giúp người dùng dễ dàng tích hợp và điều khiển hệ thống. - Tương thích mạnh mẽ: Dòng EZI-SERVO tương thích với nhiều loại truyền thông công nghiệp như Modbus RTU, CANopen, và RS-485, giúp kết nối và tích hợp với các hệ thống tự động hóa hiện tại một cách thuận tiện. a) Dòng truyền thông EtherCAT b) Dòng truyền thông RS485 Hình 2.1: Một số dòng Servo của Fastech - Bảo dưỡng dễ dàng: Thiết kế của EZI-SERVO cũng nhấn mạnh vào việc dễ dàng bảo dưỡng và khắc phục sự cố. Điều này giảm thiểu thời gian chết máy và tăng khả năng hoạt động liên tục của hệ thống.
- Ứng dụng đa dạng: Dòng EZI-SERVO của FASTECH được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như máy móc tự động, robot công nghiệp, dây chuyền sản xuất, và các hệ thống tự động hóa khác. Với những tính năng nổi bật này, dòng EZI-SERVO của FASTECH không chỉ đáp ứng được yêu cầu của các ứng dụng công nghiệp phức tạp mà còn đem lại sự linh hoạt và tiện ích trong việc tích hợp vào các hệ thống hiện tại. Sơ lược về PLC S7-1200 Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng Bộ nhớ làm việc 25 kB 50 kB Bộ nhớ nạp 1 MB 2 MB Bộ nhớ giữ lại 2 kB 2 kB I/O tích hợp cục bộ Kiểu số 6 ngõ vào / 4 ngõ ra 8 ngõ vào / 6 ngõ ra 14 ngõ vào / 10 ngõ ra Kiểu tương tự 2 ngõ ra 2 ngõ ra 2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q) Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các module tín hiệu Không 2 8 Bảng tín hiệu 1 Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái) Các bộ đếm tốc độ cao 3 4 6 Đơn pha 3 tại 100 kHz 3 tại 100 kHz 3 tại 100 kHz 1 tại 30 kHz 3 tại 30 kHz Vuông pha 3 tại 80 kHz 3 tại 80 kHz 3 tại 80 kHz 1 tại 20 kHz 3 tại 20 kHz Các ngõ ra xung 2 Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn) Thời gian lưu giữ đồng hồ thờiThông gian thực thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh Bảng 2.1: 3 dòng CPU của PLC S7 – 1200 Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng.