Đồ án Robot harmo

qt ≤ 2Q => P ≤ 2Q - Fqt Đồ Án 2 : Robot Harmo 11 III. TÍNH TOÁN VẬN TỐC GIA TỐC. 1. Tính toán vận tốc và gia tốc bậc tự do tịnh tiến theo trục X. a. Tính toán vận tốc của bậc tự do: Ta có các thông số đầu vào như sau. Bánh răng với thông số Z=30 răng, m=2 =>d=m.Z=60mm Động cơ là động cơ 3 pha biến tần Với dải tần số f=060Hz Tốc độ tối đa là n1=1800vòng/ph ứng với f=60Hz Hộp giảm tốc có tỷ số truyền là 1:10 như vậy tốc độ tối đa đầu ra của bánh răng là n=180 vòng/ph. Ta có thể tính toán vận tốc trên cơ sở lý thuyết như sau: Áp dụng công thức 1000.60 .. dn V   Trong đó: V: là vận tốc dài của cánh tay máy(m/s). n: là tốc độ bánh răng(n=180 vg/ph). d: đường kính của bánh răng(d=60 mm). => smV /565,0 1000.60 60.180.   Đó là vận tốc tính toán trên lý thuyết còn trên thực tế thì Robot không thể đạt được vận tốc này vì 2 lý do cơ bản sau. - Khối lượng cánh tay quá lớn nên vận tốc quá lớn thì gây nên rung động mạnh. - Yêu cầu độ chính xác cao. Vì lý do đó nên nếu vận tốc quá lớn thì gia tốc sẽ lớn và lực quán tính sẽ lớn sẽ không đáp ứng được việc dừng lại chính xác vị trí mà ta đã định trước. Chính vì thế nên Robot không bao giờ hoạt động hết công suất và chỉ hoạt động trong dải có thể cho phép tối đa. Cụ thể là đầu vào của động cơ không bao giờ tần số f đạt tới 60Hz cả. nó chỉ nằm trong dải dao động từ 20-30Hz. Vì lý do này nên ta sẽ tính toán vận tốc dựa trên cơ sở tần số đầu vào. Đồ Án 2 : Robot Harmo 12 Sử dụng công thức liên hệ giữa tấn số và tốc độ động cơ ta có p f n 1 (vòng/giây) Hoặc p f n 60 1  (vòng/phút) Như vậy ta có p là số cặp cực => 1 60 n f p  Với n1 =1800vòng/phút f=60Hz => 2 1800 60.60 p cặp cực Như vậy ta có thể tính toán được tốc độ vòng quay của trục đầu ra theo tần số đầu vào như sau: 2 60 1 f n  n=n1/10 Ta có vận tốc dài 1000.60 .. dn V   m/s Tỉ số truyền của hộp giảm tốc là 1:10 Kết quả tính toán ta có bảng sau: Đó là một số giá trị đặc biệt hay dùng trong quá trình vận hành Robot. Còn những giá trị khác được xác định thông qua biểu thức liên hệ trên. Tần số Tốc độ 20 30 40 50 n1 (v/ph) 600 900 1200 1500 n(v/ph) 60 90 120 150 v(m/s) 0,1885 0,283 0,377 0,471 Đồ Án 2 : Robot Harmo 13 b. Tính toán gia tốc của bậc tự do. Ta có các thông số đầu vào Công suất động cơ là 0,2Kw. Vận tốc cánh tay máy 1000.60 .. dn V   m/s Khối lượng cánh tay máy m=100Kg Ta áp dụng công thức 1000 .VF P  Trong đó: P: công suất của động cơ(Kw) F: lực kéo bánh răng(N) V: vận tốc bánh răng(m/s) Ta có => V P F .1000  Mà F=m.a Với m: khối lượng của cánh tay máy(kg) a: gia tốc của cánh tay máy(m/s2) Ta có mV P m F a . .1000  1000.60 .. dn V   Như vậy ta thấy rằng gia tốc a phụ thuộc vào vận tốc V mà vận tốc V phụ thuộc vào tần số nên ta có biểu thức liên hệ giữa gia tốc và tần số như sau: 100.60.. 60.1000.2,0.1000 nm F a   Ta cũng có các giá trị gia tốc theo bảng sau: Đồ Án 2 : Robot Harmo 14 Trên đây cũng chỉ là những giá trị gia tốc thông thường được sử dụng trong quá trình vận hành Robot Hamo. Còn những giá trị khác được tình thông qua công thức trên. 2. Tính toán vận tốc và gia tốc bậc tự do tịnh tiến theo trục Y. Vận tốc – gia tốc bậc tự do tịnh tiến theo trục Y: Thể tích các chi tiết trên bậc tự do: V= 13062774.97 mm3 Áp suất khí nén vào xylanh là p = 0,5 MPa = 0,5.106 N/m2. Diện tích piston là A và A’ (m2), trong đó: A = 4 2D = 4 28. 2 = 615,75 mm2 = 615,75.10-6 m2 A’ = 4 ).( 22 dD  = 4 )1628.( 22  = 414,69 mm2 = 414,69.10-6 m2 Tần số Tốc độ 20 30 40 50 n1 (v/ph) 600 900 1200 1500 n(v/ph) 60 90 120 150 v(m/s) 0,1885 0,283 0,377 0,471 a (m/s2) 10,61 7,07 5,3 4,24 Đồ Án 2 : Robot Harmo 15 D: Đường kính trong xylanh. d: Đường kính cần piston. Lực khí nén tác dụng lên piston: Khi tiến: Fknt = p.A (N) Khi lùi: Fknl = p.A’ (N) Lực ma sát trên các ổ bi, ma sát giữa piston và xylanh trong quá trình tịnh tiến theo trục Y là FmsY = 7(N) Do đó lực hiệu dụng làm piston dịch chuyển là: Khi tiến: Ft = p.A – FmsY (N) Khi lùi: Fl = p.A’ – FmsY (N) Gia tốc tịnh tiến theo phương Y: a = m F lt )( = m FAp msY. Với m là khối lượng tổng cộng các thành phần dịch chuyển theo phương Y khi Robot làm việc. Lưu lượng khí: Q = S . n . 4 2d . Kp (l/phút) Trong đó: Tỷ số nén Kp = 3,101 )(__3,101 KPacapcungas S : Hành trình piston (cm) n : Số hành trình trong 1 phút. Đồ Án 2 : Robot Harmo 16 Vận tốc tịnh tiến của piston phụ thuộc áp suất khí tác động lên bề mặt piston, lực cản do ma sát giữa piston và xylanh và quá trình giảm chấn cuối hành trình. Vận tốc piston thường trong khoảng 0,1 đến 1,5 m/s. Vận tốc: v = S.n Do đó: v = pKd Q .. .4 2  Ngoài ra, vận tốc của piston còn có thể tính theo vận tốc lớn nhất: Vận tốc lớn nhất: vmax = A Q 310. Vận tốc trung bình: vtb = K.vmax trong đó: Q: lưu lượng khí (l/s) A: diện tích tác dụng (mm2) K: hệ số điều chỉnh, với yêu cầu làm việc bình thường, chọn K=2/3. Do đó: vtb = K. A Q 310. Khi tịnh tiến ra theo chiều dương trục Y: vtbra = 75,615 10.3,0.2 3 = 0,97 (m/s) Đồ Án 2 : Robot Harmo 17 ara = m FAp msY. = 64 710.75,615.10.5,0 66  = 4,7 (m/s2) Vận tốc lùi theo chiều âm trục Y: vtblui = 414,69 10.3,0.2 3 = 1,45 (m/s) a = m FAp msY '. = 64 710.69,414.10.5,0 66  = 3,13 (m/s2). 3. Tính toán vận tốc và gia tốc bậc tự do tịnh tiến theo trục Z. a. Tính toán vận tốc của bậc tự do Vận tốc và gia tốc của tay máy có thể được tính qua vận tốc và gia tốc của piston trong chuyển động tịnh tiến dọc trục xy lanh. Đây là xy lanh tác động kép nên lưu lượng khí được tính theo công thức: Q = p K dDD Sn         44 222  (lít) Trong đó: Q: Lưu lượng khí đưa vào trong xy lanh. (l/phút) S : Hành trình của piston trong xy lanh (cm) n : Số hành trình của piston trong 1 phút Kp: Tỷ số nén; tỷ số nén được tính theo công thức: Kp = 3.101 3.101 (KPa) cấp cungsuất áp  Đồ Án 2 : Robot Harmo 18  Vận tốc của piston trong xy lanh): Khi tiến (khi đưa tay máy xuống thấp): V= p KπD Q Sn 2 4  Khi lùi (khi đưa tay máy lên cao): V’ =   p KdDπ Q Sn 22 4   Với: D: Đường kính xy lanh: D = 39 (mm) = 0,39 (dm) d: Đường kính cần piston: d = 16 (mm) = 0,16 (dm) Áp suất khí nén đưa vào xylanh là: p = 0,5 MPa = 500 KPa. Tỷ số nén: Kp = 936.5 3.101 5003.101    Vận tốc piston khi tiến: V = 708,0936.54.0 4 2 Q xπ Q  (dm/phút) Vận tốc piston khi lùi: V’ =   642,0936.512,04.0 4 22 Q xπ Q   (dm/phút) Đây là biểu thức tính vận tốc của piston thông qua lưu lượng khí nén. Nhưng do trong kết cấu của bậc tự do có sử dụng cơ cấu bánh răng- đai răng để nhân đôi vận tốc và hành trình của tay máy nên vận tốc của tay máy: Khi tay máy đi lên: VRB = 321,0 Q (dm/phút) = 926,1 Q (m/s) Khi tay máy đi xuống: VRB = 354,0 Q (dm/phút) = 124,2 Q (m/s) Đồ Án 2 : Robot Harmo 19 b. Tính toán gia tốc của bậc tự do Áp suất khí nén vào xylanh là p = 0,5 MPa = 0,5.106 N/m2. Diện tích piston là A và A’ (m2), trong đó: A = 4 2D = 4 39. 2 = 1194,6 mm2 = 1194,6.10-6 m2 A’ = 4 ).( 22 dD  = 4 )1639.( 22  = 993,5 mm2 = 993,5.10-6 m2 D=39(mm): đường kính trong xylanh. d=16(mm): đường kính cần piston. Lực khí nén tác dụng lên piston: Khi tiến: Fknt = p.A (N) Khi lùi: Fknl = p.A’ (N) Lực ma sát trên các ổ bi, ma sát giữa piston và xylanh trong quá trình tịnh tiến theo trục Z là FmsZ = 2,7(N) Do đó lực hiệu dụng làm piston dịch chuyển là: Khi lên: Fl = p.A' – FmsZ – mg (N) Khi xuống: Fx = p.A – FmsZ + mg (N) Đồ Án 2 : Robot Harmo 20 Với m là khối lượng tổng cộng các thành phần dịch chuyển theo phương Z khi Robot làm việc. alên = m mgFAp msZ '. = 40 8,9.407,210.5,993.10.5,0 66  = 2,6 (m/s2) axuống = m mgFAp msZ . = 40 8,9.407,210.6,1194.10.5,0 66  = 24,6 (m/s2). 4. Tính toán vận tốc và gia tốc bậc tự do quay quanh trục X. b. Tính vận tốc của bậc tự do Theo sơ đồ cấu tạo của bậc tự do này thì vận tốc quay của bàn kẹp chính là vận tốc quay của trục khuỷu. Y Vpt 03 02 00=O1  Ft V b kep   X V1 Sơ đồ cấu tạo của bậc tự do quay. Trong đó: Vpt : Vận tốc trượt tương đối giữa piston và xy lanh Đồ Án 2 : Robot Harmo 21 Vbkẹp: Vận tốc của má kẹp. V1: Vận tốc theo phương tiếp tuyến của trục khuỷu Từ sơ đồ ta thấy:     90cos 1 pt VV    sin 1 pt VV Mặt khác ta thấy trong tam giác O1O2O3 thì:  = 180- (+)  sin(+) = sin Theo định lý hàm số sin ta có: 32 31 sin sin OO OO     32 31 1 sin OO OO VV pt    Vận tốc góc của bàn kẹp:  32 1 OO V  2 32 31 32 32 31 )( sin sin OO OO V OO OO OO V pt pt    (rad/s)  Gia tốc hướng tâm của bàn kẹp trong chuyển động quay: an = r 2 = 32 2 OO  Với các thông số cụ thể của bậc tự do: O2O3 = 34 (mm) = 0,034 (m) O1O3 = 162 (mm) = 0,162 (m) Thay vào biểu thức trên ta có:    sin296,1 162.0 sin034.0 2 3 ptpt VV   Gia tốc hướng tâm của bàn kẹp: an =   22 2 sin4,49 034,0 )sin296.1( pt pt V V   Đồ Án 2 : Robot Harmo 22 Mặt khác vận tốc piston được xác định thông qua công thức tính lưu lượng khí đưa vào xy lanh tác động hai chiều: Q = p K dDD Sn         44 222  (lít) Trong đó: Q: Lưu lượng khí đưa vào trong xy lanh. (l/phút) S : Hành trình của piston trong xy lanh (cm) n : Số hành trình của piston trong 1 phút Kp: Tỷ số nén; tỷ số nén được tính theo công thức: Kp = 3.101 3.101 (KPa) cấp cungsuất áp  Vận tốc của piston trong xy lanh (vận tốc 2 . d ): Khi tiến (khi quay ngang bàn kẹp): V= p KπD Q Sn 2 4  Khi lùi (khi quay bàn kẹp thẳng đứng): V’ =   p KdDπ Q Sn 22 4   Với: D : Đường kính xy lanh: D = 40 (mm) = 0,4 (dm) d : Đường kính cần piston. d = 12 (mm) = 0,12 (dm) Áp suất khí nén đưa vào xylanh là: p = 0,5 MPa = 500 KPa. Tỷ số nén: Kp = 936.5 3.101 5003.101    Vận tốc piston khi tiến: V = )/( 746,0936.54.0 4 2 phútdm Q xπ Q  )/( 476,4 sm Q  Vận tốc piston khi lùi: Đồ Án 2 : Robot Harmo 23 V’ =   )/( 678,0936.512,04.0 4 22 phútdm Q xπ Q   )/( 068,4 sm Q   Vận góc của bàn kẹp khi quay ngang:  sin 454,3 sin 476,4 296.1 QQ  (rad/s)  Gia tốc của bàn kẹp: an =  22 2 sin14,4sin 454,3 4,49 Q Q        (m/s2)  Vận góc của bàn kẹp khi quay thẳng đứng:  sin 139,3 sin 068,4 296.1 QQ  (rad/s)  Gia tốc của bàn kẹp: an =  22 2 sin014,5sin 139,3 4,49 Q Q        (m/s2) Từ đây ta thấy vận tốc quay của bàn kẹp không đều mà phụ thuộc vào góc hợp bởi trục khuỷu và “giá cố định” hay phụ thuộc vào vị trí của bàn kẹp. b. Tính gia tốc của bậc tự do: Vì đây là bài toán tính toán kiểm nghiệm nên ta tính cho trường hợp Robot kẹp chi tiết có khối lượng lớn nhất (4kg). Với khối lượng đó của chi tiết và kết cấu bằng hợp kim nhôm của bàn kẹp, thì một cách gần đúng có thể coi trọng lượng của bàn kẹp là nhỏ so với khối lượng của chi tiết kẹp. Hay trọng tâm của bàn kẹp và chi tiết tập trung ở chi tiết kẹp. Đồ Án 2 : Robot Harmo 24 Y0 F1 03 02 00=O1  G an Fn Ft at   r a   Từ kết cấu cụ thể của tay máy ta có được các thông số: Bán kính trọng tâm: r  148 mm Bán kính trục khuỷu: a = 34mm Góc:  Để giải quyết bài toán gia tốc, ta xét phương trình cân bằng mô men đối với tâm quay O3 F1*a.cos - G*r sin(– 180 ) – r*Ft = 0  Ft = r )(αrGθaF  180sincos 1  cossin = a OO sin 32 Thay vào công thức vừa tìm được:   Ft = r )(αrGOOF  180sinsin 321   Trong đó G là trọng lượng của bàn kẹp và chi tiết: G = M*g Đồ Án 2 : Robot Harmo 25 Với M là khối lượng của bàn kẹp và chi tiết, g là gia tốc trọng trường  Gia tốc tiếp tuyến của bàn kẹp:   at = gr )(αrGOOF   180sinsin 321   Mặt khác: F1  P*A-Fms Trong đó: P: áp suất khí cung cấp vào xy lanh: A: Diện tích mặt cắt ngang của xy lanh Fms: Hợp lực ma sát quy đổi về piston (ma sát giữa piston và xy lanh, ma sát tại các khớp quay...) Thay các thông số này vào ta có:   at = gr )(αrGFAP ms   70sinsin)(   Từ kết quả tính toán cho thấy: gia tốc tiếp tuyến của bàn kẹp cũng là một đại lượng biến thiên phụ thuộc vào vị trí của bàn kẹp. IV. CẢM BIẾN  Các loại cảm biến trong Robot Hamo Các cảm biến được sử dụng trong Robot HARMO là các cảm biến điện từ. Với nguyên lý hoạt động: Khi cảm biến đối diện với các vật có từ tính sẽ gây ra hiện tượng thông mạch và trên đường tín hiệu ra có một điện áp ở mức 24V, và đưa về bộ điều khiển dưới dạng xung điện này. Sau khi nhận được tín hiệu từ các cảm biến bộ điều khiển sẽ có tín hiệu điều khiển tương ứng với các hoạt động của Robot. Đồ Án 2 : Robot Harmo 26 Trên trục Z1 của Robot sử dụng 3 cảm biến Cb1 ,Cb2 nhận biết vị trí Home và vị trí xa nhất của Robot và 1 cảm biến ENCODER để đo tốc độ động cơ Trên trục Z2 của Robot sử dụng 2 cảm biến Cb3,Cb4 (công tắc từ )để nhận biết vị trí Home và vị trí xa nhất của tay máy. Trên trục Z3 cũng sử dụng 2 cảm biến Cb5 và Cb6 nhận biết vị trí trên và vị trí dưới của bàn kẹp. Tại khớp cổ tay ta bố trí 2 cảm biến Cb7 và Cb8 nhận biết vị trí Horizontal và vertical của bàn kẹp. Tại má kẹp bố trí công tắc giới hạn hành trình Cb9 nhận biết Robot đã kẹp được chi tiết hay chưa. Mỗi cảm biến được sử dụng có 3 dây. Hai dây cung cấp nguồn (Brown và Blue) điện áp 24V, dây còn lại (Black) ở mức 0V là dây tín hiệu. Khi cảm biến đối diện với các vật có từ tính ở một khoảng cách nhất định, mạch điện áp đóng Đồ Án 2 : Robot Harmo 27 với điện áp 24V. Và ở đầu dây tín hiệu sẽ có điện áp 24V. Riêng công tắc từ chỉ có 2 đầu dây, một đầu nối với nguồn có điện áp 24V và một đầu nối với bộ điều khiển. Khi công tắc đối diện với các vật có từ tính thì nó sẽ đóng mạch và đầu dây nối với bộ điều khiển sẽ có điện áp bằng với điện áp của nguồn cung cấp. Chương III: THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT Mễ HèNH I. XÂY DỰNG Mễ HèNH THÍ NGHIỆM VÀ LẬP TRèNH ROBOT 1. Mục đích và yêu cầu của mô hình thí nghiệm. - Mục đích của bài thí nghiệm: Một thực tế hiện nay là các sinh viên không có nhiều các điều kiện để đi tìm hiểu, tiếp xúc với các hoạt động sản xuất của các loại máy móc, thiết bị tự động mà hầu hết mới chỉ được các giáo viên giới thiệu qua lý thuyết.Vì vậy nên các sinh viên không thể hình dung được quá trình làm việc của các thiết bị tự động cũng như sự tích hợp giữa các thiết bị tự động với các máy móc. Mục đích của bài thí nghiệm này là để cho các sinh viên làm thí nghiệm thấy được quá trình làm việc của thiết bị trong thực tế sản xuất, các thao tác của thiết bị, sự phản hồi của các tín hiệu từ các cảm biến cũng như quá trình xử lý các tín hiệu đó của bộ điều khiển. Vai trò của các thiết bị phản hồi trong hệ thống điều khiển (các cảm biến vị trí), độ chính xác, năng suất sản xuất khi sử dụng các thiết bị tự động trong sản xuất nói chung và của thiết bị cấp phôi tự động nói riêng. Từ mục đích đó của bài thí nghiệm, yêu cầu mô hình thí nghiệm xây dựng nên phải tái hiện lại được quá trình làm việc của thiết bị, tái hiện lại được các thao tác của thiết bị trong quá trình làm việc, thời điểm thực hiện các thao tác, mối quan hệ giữa các thao tác và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến (quá trình xử lý tín hiệu của bộ điều khiển). Khả năng linh hoạt cũng như độ chính xác của thiết bị, khả năng tích hợp của nó với các máy móc sử dụng trong công nghiệp. Đồ Án 2 : Robot Harmo 28 2. Xây dựng mô hình. Xuất phát từ yêu cầu của mô hình thí nghiệm, cùng với ứng dụng thực tế của thiết bị trong sản xuát là dùng để gắp sản phẩm cho máy ép nhựa. Và quá trình làm việc của máy ép nhựa cũng như của thiết bị cấp phôi là: Sau khi máy ép nhựa đã ép xong một chi tiết thì hai nửa khuôn ép sẽ được tự động tách ra và sản phẩm cần phải được lấy ra khỏi lòng khuôn để tiếp tục ép sản phẩm khác. Việc tách hai nửa khuôn để láy sản phẩm ra được các máy ép tự động thực hiện. Việc lấy sản phẩm ra khỏi lòng khuôn sẽ được thực hiện bởi thiết bị cấp phôi tự động. Máy ép nhựa thì có nhiều chủng loại, khuôn ép cũng có nhiều chủng loại, hình dạng khác nhau. Nhưng chỉ có hai vị trí tương đối của mặt phân khuôn so với nền: đó là mặt phân khuôn nằm song song với phương ngang và mặt phân khuôn vuông góc với phương ngang. Từ yếu tố này chúng em đã đưa ra ý tưởng về mô hình mô tả quá trình làm việc của thiết bị với các khuôn ép có mặt phân khuôn nằm ngang: Đồ Án 2 : Robot Harmo 29 Mô hình thí nghiệm Đồ Án 2 : Robot Harmo 30 Chu trình làm việc của Robot ứng với mô hình: Những khó khăn gặp phải khi xây dựng mô hình: - Vì các chai nhựa đều nhỏ và rỗng giữa, trọng lượng nhỏ, diện tích tiếp xúc giữa chai và sàn nhỏ nên chai rất dễ bị đổ khi thả. Hơn nữa do trọng lượng chai nhỏ nên chai rất dễ mắc kẹt trong mô hình mà không di chuyển đến đúng vị trí để tay Robot đi vào gắp  Robot không gắp được chai ra. - Vì các chai nhựa rỗng, vỏ mỏng nên rất dễ bị biến dạng dưới tác dụng của lực kẹp và khi thả chai ra thì dưới tác dụng đàn hồi của chai, chai sẽ nảy đi các vị trí khác nhau hoặc sẽ gây đổ chai (do chai bị biến dạng khi kẹp chứ không phải do va chạm với nền), không đúng với vị trí mà Robot đã thả xuống. Tức là rất khó khăn trong việc thả chai đúng vị trí mà mình mong muốn. Các phương án giải quyết các khó khăn trên: - Để giải quyết khó khăn do chai bị đổ khi thả, ta điều chỉnh các cữ hành trình của Robot thật chính xác sao cho khi đi xuống thả thì chai vừa chạm mặt Đồ Án 2 : Robot Harmo 31 sàn. Và như thế sẽ không có sự va chạm giữa chai và mặt sàn hạn chế khả năng gây đổ chai. Để hạn chế khả năng biến dạng của chai thì chỉ có một cách là điều chỉnh má kẹp thật chính xác sao cho khi má kẹp kẹp vào thì độ biến dạng của chai là nhỏ (vài vỏ chai rất mỏng nên không thể tránh khỏi việc chai bị biến dạng khi kẹp mà chỉ có thể hạn chế đến mức thấp nhất độ biến dạng của chai mà thôi.) - Để giải quyết khó khăn do chai bị mắc kẹt trong mô hình dưới tác dụng của lực ma sát: Ta sử dụng vật liệu làm mô hình là mica để giảm hệ số ma sát giữa chai với mô hình. Thêm vào đó, ta tăng độ dốc của mặt phẳng nghiêng lên, đồng thời rút ngắn quãng đường dịch chuyển theo phương ngang để tạo quán tính cho chai khi trượt trong mô hình, đảm bảo chai di chuyển đến đúng vị trí mà Robot có thể gắp được. II. LẬP TRèNH PLC CHO ROBOT HOẠT ĐỘNG THEO Mễ HèNH: 1. Cơ sở lý thuyết lập trình plc 1.1. Lập trình bằng sơ đồ thang Ladder Diagram Các lệnh cơ bản của sơ đồ bậc thang (LADDER DIAGRAM) * Thành phần luôn luôn phải có trong sơ đồ gọi là power bus , là nơi dẫn nguồn điện (tưởng tượng) đi vào và đi ra sơ đồ LD Lệnh LD nối với power bus trái sẽ khởi đầu 1 network của sơ đồ Ladder Diagram . Số ghi phía trên kí hiệu lệnh là địa chỉ thông số của lệnh . Đồ Án 2 : Robot Harmo 32 OUT Lệnh OUT giống như 1 rơ le chấp hành đưa ra kết quả logic của các lệnh đi trước vào 1 tiếp điểm (bit) OUTPUT Ở chương trình trên kết quả logic của lệnh LD 00000 (tiếp điểm đóng mở) sẽ điều khiển đầu ra là tiếp điểm 01000. Khi nhập đoạn chương trình trên vào PLC, phải đảm bảo đang ở chế độ Program Mode và cuối chương trình phải có lệnh END. Sau đó chuyển sang chế độ Monitor hoặc RUN để chạy. Bật thử công tắc 00000 sẽ khiến đầu ra 01000 cũng bật sáng. Ở chương trình sau, khi bật công tắc 00000 (công tắc thứ nhất trên bộ Training CPM1), đầu ra CH010.00 sẽ được bật lên ON. AND Đồ Án 2 : Robot Harmo 33 Khi bật công tắc CH000.00 đồng thời bật công tắc CH000.01 thì đèn đầu ra Output 010.00 mới sáng. OR Khi bật công tắc CH000.00 thì đèn đầu ra Output 010.00 sẽ sáng. Hoặc khi bật công tắc CH000.01 thì đèn đầu ra Output 010.00 sẽ sáng. Hoặc khi bật công tắc CH000.00 đồng thời bật công tắc CH000.01 thì đèn đầu ra Output 010.00 cũng sẽ sáng. AND LD Lệnh AND LD được dùng để xây dựng các khối logic phức tạp hơn bằng cách ghép chúng nối tiếp với nhau. Giả sử ta có 1 đoạn chương trình như dưới đây, trong đó đầu ra 01000 sẽ bật khi đầu vào 00000 hoặc 00001 Và 00002 bật. Đồ Án 2 : Robot Harmo 34 Nếu bây giờ điều kiện trên có thêm đầu vào 00003 như dưới đây: Việc nhập vào đoạn chương trình này đòi hỏi phải chia nó ra làm 2 khối nối tiếp nhau Sau đó nhập vào riêng rẽ các lệnh cho từng khối và nối 2 khối lại với nhau bằng lệnh AND LD OR LD Lệnh OR LD được dùng để xây dựng các khối logic bằng cách ghép chúng song song với nhau. Giả sử ta có 1 đoạn chương trình như dưới đây, trong đó đầu ra 01000 sẽ bật khi đầu vào 00000 và 00001 hoặc 00002 bật. Đồ Án 2 : Robot Harmo 35 Nếu bây giờ điều kiện trên có thêm đầu vào 00003 như dưới đây: Để nhập vào đoạn chương trình này ta phải chia nó ra làm 2 khối con nối song song với nhau như dưới đây: Ví dụ kết hợp lệnh AND LD và OR LD: Đồ Án 2 : Robot Harmo 36 Trình tự thực hiện cũng phải chia thành các khối con và gõ riêng rẽ từng khối vào, sau đó dùng lệnh AND LD và OR LD để nhập các khối lại với nhau. AND NOT Lệnh AND NOT tạo ra 1 tiếp điểm thường đóng (ngược với lệnh AND) Khi đổi lệnh AND 00001 thành AND NOT 00001 như sơ đồ trên, đầu ra CH010.00 sẽ bật khi CH000.00 là ON và CH000.01 là OFF. LD NOT Lệnh LD NOT tạo ra 1 tiếp điểm thường đóng ở đầu của đoạn mạch (ngược với lệnh LD) Đồ Án 2 : Robot Harmo 37 NETWORK + 1 Network được tạo thành bởi các lệnh LOAD, AND, OR và OUT + Trừ phi dùng để tạo các khối logic nối với nhau bằng lệnh AND LD hoặc OR LD, lệnh LOAD sẽ được dùng để tạo 1 Network mới. Mạch chốt (tự giữ) - LATCHING /SELF HOLDING CIRCUIT Dưới đây là 1 sơ đồ Ladder Diagram của 1 mạch tự giữ rất phổ biến trong lập trình: Khi bật switch CH000.00, đầu ra CH010.00 sẽ bật và giữ ở trạng thái này bất kể sau đó switch 00000 có còn bật hay không. CH010.00 sẽ bị tắt khi switch 00001 bật. Đồ Án 2 : Robot Harmo 38 Các quy tắc chung của sơ đồ LADDER DIAGRAM +) Tất cả các đầu ra đều phải qua ít nhất một tiếp điểm. Nếu muốn đầu ra luôn ở ON, phải nối đầu ra này qua 1 cờ (Flag) là Bit 25313 (tức Channel 253 Bit 13). Bit này là 1 cờ hệ thống luôn luôn ở trạng thái ON. Đoạn mạch sau là sai vì đầu ra không nối qua 1 tiếp điểm: +) Có thể nối song song nhiều tiếp điểm dùng lệnh OR hoặc song song nhiều đầu ra dùng lệnh OUT/OUT NOT và dùng bit đầu vào nhiều lần +) Nếu có 2 lệnh Output cho cùng 1 địa chỉ bit, lệnh output trước sẽ không có tác dụng. Đồ Án 2 : Robot Harmo 39 +) 1 đoạn mạch có thể có nhiều lệnh OUT nối song song nhau Bộ định thời gian - TIMER Ví dụ 1 Timer có set value = 100x0,1= 10 giây Khi bật khoá CH000.00 lên, Timer số 000 sẽ bắt đầu đếm thời gian, khi 10 giây trôi qua, tiếp điểm của Timer là TIM 000 được bật lên ON và làm đầu ra Đồ Án 2 : Robot Harmo 40 CH010.00 cũng được bật lên ON. Timer cũng sẽ bị reset về giá trị đặt khi đầu vào 00000 tắt (OFF) Bộ đếm COUNTER Lúc khởi đầu giá trị hiện hành của bộ đếm được bắt đầu tại SV. Bộ đếm sẽ giảm giá trị hiện hành của nó (CNT N) đi 1 đơn vị mỗi lần có sườn lên ở xung đầu vào CP và cờ báo hoàn thàhh CNT N sẽ bật khi giá trị hiện hành của bộ đếm giảm về 0. Bộ đếm sẽ bị reset về giá trị đặt SV khi có sườn lên của đầu vào R. Ví dụ : Counter số 0 có giá trị đặt là 10 Mỗi lần bật khoá CH000.00, giá trị của Counter 000 giảm đi 1. Khi bật khoá CH000.00 đủ 10 lần thì cờ báo CNT000 bật lên ON và do đó cũng bật đầu ra CH010.00 lên ON. Bộ đếm sẽ bị reset khi bật switch CH000.01 1.2. Lập trình bằng phần mềm SYSWIN trên máy tính. SYSWIN là một phần mềm lập trình cho PLC OMRON dưới dạng Ledder Diagram chạy trong môi trường WINDOWS. Đồ Án 2 : Robot Harmo 41 Để lập trình ta khởi động phần mềm và làm theo trình tự: 1) Từ menu File chọn New Project để tạo chương trình mới PLC Type chọn CPM1 CPU chọn ALL Series chọn C Editor chọn Ladder Project Type chọn Program Interface chọn Serial Communications Bridge chọn Option Direct Moden chọn Option Local Codding Option chọn SYSWIN Way Sau khi đã lựa chọn đầy đủ nhưtrên, tiếp theo Click OK để vào màn hình soạn thảo chương trình. 2) Màn hình sẽ hiện ra một khung làm việc cho chương trình dạng Ladder Daigram. Dùng chuột di đến thanh công cụ (Drawing Tool) và nhấn vào biểu tượng tiếp điểm (Contact) hoặc nhấn phím F2 để chọn lệnh này. Đồ Án 2 : Robot Harmo 42 Di chuột đến nơi cần đặt tiếp điểm trên sơ đồ và nhấn nút trái chuột. Đánh địa chỉ tương ứng vào ô Address và chọn OK. Màn hình sẽ hiện ra một Network với tiếp điểm vừa nhập và ô chọn màu đen chuyển sang vị trí bên cạnh tiếp điểm này. Làm tương tự như vậy với các tiếp điểm tiếp theo Tiếp theo từ thanh công cụ chọn lệnh Output rồi di chuột đến vị trí cần đặt lệnh và nhấn nút trái chuột. Đánh địa chỉ vào ô Address rồi nhấn OK. Để thêm Network mới vào chương trình ta nhấn vào nút Insert Network Đồ Án 2 : Robot Harmo 43 Từ hộp thoại hiện ra, chọn vị trí nơi sẽ chèn Network. Chèn Network mới vào phía dưới Network hiện hành ta chọn Below Curent Network. Để chèn vào phía trên của Network hiện hành ta chọn Above Curent Network. Khi đó trên màn hình sẽ xuất hiện một Network mới đúng với vị trí mà mình đã chọn. Để kết thúc chương trình thì từ Network mới ta chọn lệnh Function từ menu lệnh và nhập mã lệnh kết thúc chương trình là: 01 Ngoài ra có thể tham khảo thêm các Function khác bằng cách nhấp vào nút Reference. Đặt tên kí hiệu mô tả (SYMBOL) cho các địa chỉ. Đồ Án 2 : Robot Harmo 44 Để đặt tên ký hiệu mô tả cho các địa chỉ, trước tiên di chuyển ô chọn đến địa chỉ cần đặt tên, ô Adr ở cuối màn hình sẽ hiển thị địa chỉ hiện hành. Sau đó nhấp chuột vào ô Sym và đánh tên muốn ký hiệu vào địa chỉ này. Phần mô tả địa chỉ chỉ có thể đánh vào ô Com. Lưu tên vừa đặt bằng cách bấm nút Store Nạp chương trình vào PLC (Download Program to PLC) Từ menu Oline, chọn Connect để kết nối với PLC sau đó chọn Download Program. Một hộp thoại sẽ hiện ra hỏi ta có xoá bộ nhớ chương trình trong PLC trước khi nạp không (Clear Program Memory). Nên lựa tuỳ chọn này để tránh các vấn đề có thể xảy ra. Tiếp theo chọn OK để nạp chương trình vào PLC Khi việc nạp hoàn tất bấm nút OK ở hộp thoại sau để tiếp tục Chú ý: Không thực hiện được việc Download vào PLC nếu PLC đang ở chế độ RUN Chạy ch-ơng trình PLC (RUN) Click chuột vào biểu tượng PLC Mode trên thanh công cụ. Chuyển từ chọn lựa STOP/PRG Mode sang Run Mode rồi click OK Đồ Án 2 : Robot Harmo 45 Chú ý: Trong khi chương trình đang hoạt động có thể theo dõi cách hoạt động của chương trình bằng cách click vào biểu tượng Monitoring ( F11) Lưu chương trình. Để lưu chương trình, từ menu File ta chọn Save Project as. Sau đó chọn thư mục lưu File và gõ tên file vào hộp File name rồi nhấn OK để lưu. Lưu ý tên của chương trình không được dài quá 8 ký tự Tải chương trình từ PLC (Upload Program From PLC) Từ menu Online, chọn Upload program rồi nhấn OK để đọc chương trình từ PLC lên máy tính. Chương trình hiện trong bộ nhớ PLC sẽ được hiện thị trên màn hình. Sau đó có thể chọn lưu chương trình hoặc thực hiện các thay đổi bình thường. Đồ Án 2 : Robot Harmo 46 Ngoài ra khi lập trình cho Robot Harmo còn cần chú ý thêm một số điểm sau: + Khi đồng thời có cả lệnh quay bàn kẹp thẳng đứng (quay đến vị trí HORIZONTAL ) và lệnh quay bàn kẹp ngang (vị trí VERTICAL) thì cả hai câu lệnh này sẽ không được thực hiện và bàn kẹp sẽ không quay mà giữ nguyên vị trí cũ. Muốn quay bàn kẹp thẳng đứng thì phải tắt lệnh quay bàn kẹp ngang và ngược lại. Vì van V3 là van điện từ nên các lệnh quay bàn kẹp thẳng đứng và quay bàn kẹp ngang không cần phải giữ để cho lệnh thực hiện như các lệnh khác, khi có đồng thời cả hai lệnh quay thì cả hai cuộn dây ở hai đầu van đều có điện, và như thế là đồng thời một lúc có hai lực điện từ ở hai đầu cùng hút con trượt của van về hai phía dẫn tới kết quả là van không dịch chuyển nghĩa là không có câu lệnh nào được thực hiện. Tóm lại bàn kẹp sẽ chỉ quay khi chỉ có một lệnh quay tác động tới van. + Tương tự như trên, khi có đồng thời cả hai lệnh chạy ra xa gốc toạ độ theo phương OX và lệnh chạy về gốc toạ độ thì cả hai lệnh này đều không được thực hiện, Robot sẽ đứng im và INVERTER sẽ báo lỗi “err” (error) 5. Lập trình PLC cho Robot hoạt động theo mô hình đã xây dựng Đồ Án 2 : Robot Harmo 47 2.1. Mô hình gắp chi tiết dạng hình trụ Các thao tác của Robot trong chu trình gắp chai: Gắp các chai từ trong mô hình và thả ra bốn vị trí khác nhau theo phương OX + Thao tác 1: Đưa tay máy đi ra theo phương OY + Thao tác 2: Đưa tay máy xuống dưới theo phương OZ lần 1 + Thao tác 3: Sau khi tay máy đã được đưa xuống vị trí thấp nhất (vị trí kẹp chai) thì tiến hành kẹp chặt chi tiết + Thao tác 4: Sau khi chi tiết đã được kẹp chặt thì đưa tay máy đi lên theo ph-ơng OZ lần 1. + Thao tác 5: Đưa tay máy đi vào theo phương OY + Thao tác 6: Đưa tay máy đi ra theo phương OX. + Thao tác 7: Sau khi tay máy đã được di chuyển tới vị trí cần thả chi tiết theo phương OX thì quay bàn kẹp nằm ngang (vị trí HORIZONTAL) + Thao tác 8: Đưa tay máy đi xuống theo phương OZ lần thứ 2 + Thao tác 9: Sau khi tay máy đã được hạ xuống thấp tới vị trí thả chi tiết thì tiến hành nhả kẹp + Thao tác 10: Sau khi nhả kẹp đưa tay máy đi lên theo phương OZ lần thứ 2 + Thao tác 11: Quay bàn kẹp thẳng đứng (vị trí VERTICAL). + Thao tác 12: Đưa tay máy trở về vị trí Home theo phương OX, hoàn tất một chu trình gắp chai ra. Sau khi gắp hết các chai từ mô hình và thả ra bốn vị trí khác nhau, Robot sẽ tự động gắp các chai đó thả vào mô hình, chu trình ngược này gồm các thao tác: + Thao tác 13: Đưa tay máy đi ra theo phương OX Đồ Án 2 : Robot Harmo 48 + Thao tác 14: Sau khi tay máy đã được đưa ra đến vị trí cần kẹp chi tiết theo phương OX thì quay bàn kẹp tới vị trí nằm ngang (horizontal) + Thao tác 15: Sau khi quay bàn kẹp nằm ngang thì đưa tay máy đi xuống theo phương OZ tới vị trí kẹp chi tiết. + Thao tác 16: Kẹp chặt chi tiết + Thao tác 17: Sau khi đã kẹp chặt chi tiết thì đưa tay máy đi lên theo phương OZ + Thao tác 18: Đưa tay máy đi vào theo phương OX + Thao tác 19: Sau khi tay máy đã được đưa về vị trí Home (vị trí thả chi tiết) thì nhả kẹp và hoàn tất một chu trình gắp chai vào. Các tín hiệu điều khiển cần có để điều khiển các hoạt đông (thao tác) của Robot. + Tín hiệu điều khiển dạng xung giữ (tác dụng xung xong và giữ xung tác động đó cho đến khi không cần tín hiệu điều khiển nữa hay đến khi cần tắt tín hiệu điều khiển thì dừng việc giữ lại) tới cuộn dây điện từ bên dưới của van điện từ V2 để điều khiển piston xy lanh X2 thực hiện nhiệm vụ đưa tay máy đi ra theo phương OY. Tín hiệu này được cấp ở đầu ra có địa chỉ CH010.03 + Tín hiệu điều khiển dạng xung giữ cấp tới cuộn dây điện từ bên d-ới của van điện từ V4 để điều khiển piston xy lanh X4 thực hiện nhiệm vụ đưa tay máy xuống thấp theo phương OZ. Tín hiệu điều khiển này được cấp ở đầu ra có địa chỉ CH010.04. + Tín hiệu điều khiển dạng xung không cần giữ cấp tới cuộn dây điện từ bên dưới của van điện từ thuần tuý V3 để điều khiển piston xy lanh X3 thực hiện nhiệm vụ quay bàn kẹp tới vị trí thẳng đứng (vị trí VERTICAL). Tín hiệu này được cấp ở địa chỉ CH01005. + Tín hiệu điều khiển dạng xung không cần giữ cấp tới cuộn dây điện từ bên trên của van điện từ thuần tuý V3 để điều khiển piston xy lanh X3 thực hiện nhiệm vụ quay bàn kẹp tới vị trí nằm ngang (vị trí HORIZONTAL). Tín hiệu này được cấp ở địa chỉ CH01006. Đồ Án 2 : Robot Harmo 49 + Tín hiệu điều khiển dạng xung giữ cấp tới INVERTER để điều khiển động cơ ba pha thực hiện nhiệm vụ đưa tay máy đi về theo phương OX. Tín hiệu điều khiển này được cấp ở đầu ra có địa chỉ CH01001. + Tín hiệu điều khiển dạng xung giữ cấp tới INVERTER để điều khiển động cơ ba pha thực hiện nhiệm vụ đưa tay máy đi ra theo phương OX. Tín hiệu điều khiển này được cấp ở đầu ra có địa chỉ CH01002. + Tín hiệu điều khiển dạng xung giữ cấp tới IVERTER để dặt tốc độ cho động cơ ba pha chạy với tốc độ chậm. Tín hiệu này được cấp ở địa chỉ CH01000. + Tín hiệu điều khiển dạng xung giữ cấp tới van điện từ V1 điều khiển piston xy lanh X1 thực hiện nhiệm vụ kẹp chặt chi tiết. Tín hiệu này được cấp ở đầu ra có địa chỉ CH01007. Các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến và Encorder. - Tín hiệu phản hồi từ cảm biến điện từ số 1 gắn trên bậc tự do tịnh tiến theo phương OX báo hiệu tay máy đang ở vị trí Home. Tín hiệu này được nạp vào PLC ở địa chỉ CH00001. - Tín hiệu phản hồi từ công tắc từ số 2 gắn trên bậc tự do tịnh tiến theo phương OX báo hiệu tay máy đã dịch chuyển hết hành trình có thể theo phương OX, từ đó bộ điều khiển trung tâm sẽ dừng lệnh di chuyển theo phương OX. Tín hiệu này được nạp vào PLC ở đầu vào có địa chỉ CH00002. - Tín hiệu phản hồi từ công tắc từ số 3 và số 4 gắn trên bậc tự do tịnh tiến ra vào theo phương OY. Công tắc từ số 3 báo hiệu tay máy đang ở vị trí Home theo phương OY và nó được nạp vào PLC ở đầu vào có địa chỉ CH00003. Còn công tắc từ số 4 báo hiệu tay máy đang ở vị trí bên ngoài theo phương OY, và tín hiệu này được nạp vào PLC ở đầu vào có địa chỉ CH00004. - Tín hiệu phản hồi từ cẩm biến điện từ số 5 và số 6 gắn trên bậc tự do chuyển động tịnh tiến lên xuống theo phương OZ. Cảm biến điện từ số 5 báo hiệu tay máy đang ở vị trí trên cao. Tín hiệu này được nạp vào PLC ở đầu vào có địa chỉ CH00005. Cảm biến điện từ số 6 có vai trò báo hiệu tay máy đang ở vị trí thấp nhất, tín hiệu này được nạp vào PLC ở đầu vào có địa chỉ CH00006. - Tín hiệu phản hồi từ các cảm biến số 7 và số 8 gắn trên bậc tự do quay quanh trục song song với trục OX. Tín hiệu từ cảm biến điện từ số 7 báo cho bộ điều khiển trung tâm của Robot biết bàn kẹp đang có vị trí nằm ngang (vị trí HORIZONTAL), tín hiệu này được nạp vào PLC ở đầu vào có địa chỉ CH00007. Còn tín hiệu từ cảm biến số 8 báo cho bộ điều khiển trung tâm biết bàn kẹp đang Đồ Án 2 : Robot Harmo 50 ở vị trí thẳng đứng (vị trí VERTICAL). Tín hiệu này được nạp vào PLC ở đầu vào có địa chỉ CH00008. - Tín hiệu phản hồi từ ENCORDER: Trong quá trình hoạt động (làm việc), thì chuyển động của tay máy theo phương OX được thực hiện bằng động cơ điện nên ta có thể điều khiển cho động cơ dừng bất kỳ lúc nào. Điều này tương đương với tay máy có thể có các vị trí bất kỳ theo phương OX. Do đó vị trí của tay máy theo phương OX so với gốc toạ độ (gốc Home) không thể được nhận biết thông qua các cảm biến vị trí mà phải được xác định thông qua quãng đường mà nó đã dịch chuyển được so với gốc Home. Quãng đường dịch chuyển này lại được xác định một cách gián tiếp thông qua số xung mà ENCORDER đã cung cấp (phát ra) (mỗi một xung tương đương với một quãng đường 1cm theo phương OX). Tín hiệu từ ENCORDER được nạp vào PLC thông qua đầu vào có địa chỉ CH00000. Một số yêu cầu khác đối với Robot khi hoạt động: + Trước và sau khi kẹp chi tiết cũng như trước và sau khi nhả kẹp thì Robot phải tạm dừng mọi chuyển động để toàn bộ hệ thống đạt tới trạng thái ổn định (không còn rung động). Có như thế thì việc kẹp và thả chi tiết mới đảm bảo được độ chính xác yêu cầu. Nếu không Robot sẽ kẹp (thả) chi tiết trong trạng thái hệ thống đang rung động dẫn tới việc kẹp chi tiết sẽ không chính xác, chi tiết có thể không được thả đúng vị trí yêu cầu hoặc nếu có thả đúng vị trí thì chi tiết cũng khó có thể đứng vững được.  cần phải có các đồng hồ định giờ đảm nhiệm việc tạm dừng tất cả các hoạt động của Robot trước và sau khi kẹp, nhả kẹp. + Để xác định vị trí của Robot theo phương OX thì cần phải xác định số xung mà ENCORDER phát ra  cần phải có bộ đếm các xung phát ra từ ENCORDER. Trong cả chương trình hoạt động, Robot sẽ gắp tất cả 4 chai nhựa và thả ra 4 vị trí khác nhau theo phương OX. Vậy để xác định 4 vị trí thả chi tiết theo phương OX đó ta cần phải sử dụng 4 bộ đếm khác nhau, mỗi một bộ đếm sẽ đảm nhiệm việc xác định một vị trí. Đồ Án 2 : Robot Harmo 51 Bảng kê các thao tác của Robot trong quá trình hoạt động và các tín hiệu điều khiển cần thiết cũng như các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến Thứ tự Thao tác Tín hiệu điều khiển yêu cầu Tín hiệu phản hồi từ cảm biến Các chức năng phụ khác Gắp chai ra 1 Đưa tay máy đi ra theo phương OY lần 1 1003- giữ 04 2 Đưa tay máy đi xuống theo phương OZ lần1 1004-giữ 06 Tạm dừng 3 Kẹp chi tiết 1007-giữ Tạm dừng 4 Đưa ra máy đi lên theo phương OZ lần 1 1004 -thôi giữ 05 5 Đưa tay máy đi vào theo phương OY 1003 - thôi giữ -thôi giữ 03 6 Đưa tay máy đi ra theo phương OX 1002- giữ Bộ đếm 7 Quay bàn kẹp nằm ngang 1006 08 8 Đưa bàn kẹp đi xuống theo phương OZ lần 2 1004- giữ 06 Tạm dừng 9 Nhả kẹp 1007 Tạm dừng Đồ Án 2 : Robot Harmo 52 10 Đưa tay máy đi lên theo phương OZ lần2 1004 05 11 Quay bàn kẹp thẳng đứng 1005 07 12 Đưa tay máy đi về theo phương OX 1001-giữ 01 Gắp chai vào 13 Đưa tay máy đi ra theo phương OX 1002-giữ Bộ đếm 14 Quay bàn kẹp nằm ngang 1006 08 15 Đưa bàn kẹp đi xuống theo phương OZ 1004- giữ 06 Tạm dừng 16 Kẹp chi tiết 1007- giữ Tạm dừng 17 Đưa tay máy đi lên theo phương OZ 1004 05 18 Đưa tay máy đi về theo phương OX 1001- giữ 01 Tạm dừng 19 Nhả kẹp 1007 Tạm dừng * Từ bảng trên ta thấy trong chu trình hoạt động của Robot có một số vấn đề cần lưu ý sau: + Ở cuối mỗi hành trình đều có nhiều các tín hiệu của các cảm biến đồng thời báo hiệu vị trí hiện tại của Robot. Tuy nhiên các tín hiệu đó lại có một mối quan hệ logic về mặt thời gian (thứ tự xuất hiện), bởi các thao tác của Robot đều được thực hiện một cách tuần tự, hết thao tác này rồi mới chuyển sang thao tác tiếp theo chứ không có sự xảy ra đồng thời nhiều thao tác cùng lúc. Nếu ta đưa tất cả các tín hiệu này vào trong câu lệnh làm điều kiện để thực hiện câu lệnh tiếp theo hoặc để dừng câu lệnh hiện hành thì câu lệnh đó sẽ trở nên rất cồng Đồ Án 2 : Robot Harmo 53 kềnh gây nhiều khó khăn cho việc lập trình cũng như theo dõi, kiểm tra lỗi của chương trình. Vì vậy để thuận tiện cho việc theo dõi, kiểm tra lỗi của chương trình, ta nên giảm bớt các tín hiệu phản hồi ở cuối mỗi hành trình. Ví dụ xét một đoạn chu trình hoạt động của Robot là đi về Home theo phương OX, đi ra theo phương OY, đi xuống theo phương OZ, đi vào theo phương OY, kẹp chi tiết. Thì cuối hành trình đi ra theo phương OY của Robot có các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến số 01, 04, 05 nhưng ở đây các tín hiệu từ các cảm biến số 01 báo Robot đang ở vị trí Home đã có từ cuối hành trình trước và số 05 báo hiệu tay máy đang ở vị trí trên cao trở nên không cần thiết vì chưa có lệnh đi xuống thì một điều hiển nhiên là tay máy đang ở vị trí trên cao nên nếu chỉ cần tín hiệu để xác định vị trí của tay máy cuối hành trình đi ra theo phương OY thì chỉ cần tín hiệu phản hồi từ cảm biến số 4 là đủ. Tuy nhiên trong cả chu trình hoạt động của Robot có một số vị trí mà nếu chỉ xét theo một phương thì sẽ trùng nhau nhưng thực chất lại không trùng nhau thì ta lại phải cần đưa thêm vào các tín hiệu để phân biệt giữa hai vị trí đó. Ví dụ như ở vị trí Home cuối của hành trình đi về theo phương OX rõ ràng là có độ cao khác so với vị trí Home khi kẹp chi tiết trong chu trình gắp ra nên ta phải đưa thêm vào tín hiệu từ cảm biến số 5 để phân biệt giữa hai vị trí này. Tóm lại việc giảm bớt các tín hiệu phản hồi từ cảm biến là cần thiết nhưng phải đảm bảo vẫn đủ các tín hiệu thể hiện vị trí hiện tại của Robot và phân biệt được vị trí đó với các vị trí khác. + Trước và sau các thao tác kẹp, nhả kẹp đều cần sử dụng các đồng hồ định giờ để tạo ra hiệu ứng ngưng trễ (tạm dừng các hoạt động của Robot – chỉ là tạm dừng chứ không phải là huỷ bỏ các thao tác đó nên không thể cắt tín hiệu tác động được). Nhưng xét về mặt trình tự thời gian thì các thời điểm cần ngưng trễ (cần sử dụng các đồng hồ) lại không trùng nhau nên ta có thể phối kết hợp các đồng hồ riêng rẽ đó vào một đồng hồ chung nhưng có các tín hiệu đầu vào để khởi động nó lại khác nhau. + Trong quá trình hoạt động Robot phải đi ra nhiều vị trí khác nhau theo phương OX để thả (gắp) chi tiết. Điều này đòi hỏi cần có một số lượng các bộ đếm tương ứng với số vị trí cần dịch chuyển đó, mỗi một bộ đếm sẽ đảm nhiệm việc xác định một vị trí khác nhau, khi nào Robot di chuyển tới vị trí đó thì tín Đồ Án 2 : Robot Harmo 54 hiệu từ bộ đếm Counter sẽ được sử dụng để dừng lệnh chạy ra theo phương OX. Nhưng để có được các vị trí khác nhau thì các bộ đếm này phải được phối kết hợp với nhau một cách hợp lý để sau khi một bộ đếm hoàn thành nhiệm vụ xác định vị trí của nó xong (đếm xong một lần) thì nó phải được vô hiệu hoá nếu không thì trong hành trình tiếp sau đến vị trí đó thì bộ đếm đó lại tác động dừng chuyển động chạy ra theo phương OX trước khi các bộ đếm xác định vị trí tiếp theo kịp tác động. Và kết quả là Robot sẽ không chạy ra các vị trí khác nhau mà sẽ chỉ chạy đi, chạy lại một vị trí đầu tiên mà thôi. Để tránh hiện tượng này ta phải thiết kế một mạch giữ; tín hiệu ra từ bộ đếm sẽ được sử dụng làm tín hiệu vào của mạch giữ này, dầu ra của mạch giữ này sẽ được sử dụng làm khoá, khoá không cho bộ đếm đó đếm lại lần nữa và như thế là mỗi một bộ đếm sẽ chỉ được đếm một lần duy nhất. Nhưng sau khi đã gắp hết các chai ra thì Robot sẽ lại phải tự động chạy chương trình gắp vào và khi đó các vị trí này lại cần phải được xác định lại một lần nữa. Nghĩa là khi đó các bộ đếm lại phải được đếm lại một lần nữa nhưng chỉ là sau khi đã gắp hết các chai ra rồi. Vì vậy trong mỗi một mạch giữ nói trên cần có một cặp tiếp điểm thường đóng là tín hiệu báo đã gắp hết các chai ra, khi Robot gắp hết các chai ra thì tín hiệu này sẽ mở tất cả các mạch giữ ra (ngắt mạch các mạch giữ) và như thế các bộ đếm sẽ lại được đếm lại một lần nữa. + Trong quá trình di chuyển theo phương OX, nếu chỉ cho Robot chạy một tốc độ thì sẽ không ổn, nếu chỉ chạy với một tốc độ thấp thì thời gian di chuyển sẽ lớn, chu kỳ làm việc sẽ kéo dài, không đáp ứng được nhịp sản xuất chung của các máy ép nhựa. Nếu chỉ cho Robot chạy với tốc độ cao thì khi đã chạy đến vị trí cần thiết, bộ đếm dừng lệnh chạy ra nhưng do quán tính của Robot nên Robot sẽ chạy quá đi, không đúng vị trí mong muốn, điều này là không thể chấp nhận được. Cũng tương tự như vậy, khi Robot chạy về đến Home thì lẽ ra Robot phải dừng lại ngay lập tức nhưng do quán tính, nó lại chạy vượt quá đi và như vậy ngay cả vị trí Home cũng sẽ không chính xác. Để khắc phục tình trạng này ta cho Robot chạy với hai tốc độ: tốc độ cao và tốc độ thấp. Khi mới băt đầu di chuyển, ta cho Robot chạy với tốc độ cao để giảm thời gian di chuyển của Đồ Án 2 : Robot Harmo 55 Robot, và cho Robot chạy với tốc độ chậm khi tới gần vị trí cần dừng để giảm bớt quán tính của Robot, đảm bảo việc dừng lại đúng vị trí. Vậy khi gần tới vị trí cần dừng lại ta phải có một tín hiệu để đặt tốc độ thấp cho động cơ. Một giải pháp đặt ra là ta đặt đoạn đường mà Robot chạy với tốc độ thấp là cố định và bằng 15cm và tín hiệu dừng chuyển động chạy theo phương OX không phải là các bộ đếm đã trình bày ở trên nữa mà sẽ do một bộ đếm khác thực hiện. Tín hiệu dừng hẳn chuyển động chạy theo phương OX sẽ được phát ra khi Robot đi hết đoạn đường chạy tốc độ thấp. Để đạt được như vậy ta sử dụng thêm một bộ đếm nữa chỉ để xác định quãng đường mà Robot đi được kể từ khi bắt đầu có tín hiệu chạy tốc độ chậm và khi nào bộ đếm đếm hết 15 xung (tương ứng với 15cm) thì sẽ dừng chuyển động chạy theo phương OX. Các bộ đếm như đã nêu trước không có vai trò dừng chuyển động mà sẽ chỉ có vai trò làm tín hiệu vào cho lẹnh đặt tốc độ chạy chậm cho động cơ mà thôi Tương ứng với các vị trí khác nhau sẽ có các vị trí mà tại đó bắt đầu đặt tốc độ chạy chậm là khác nhau. Từ các lập luận trên ta lập được biểu đồ trạng thái và biểu đồ thời gian của các cảm biến và cơ cấu chấp hành (các đầu vào và đầu ra) hay lưu đồ thuật toán trong quá trình điều khiển Robot như sau Biểu đồ trạng thái và điều kiện chuyển tiếp giữa các trạng thái khi gắp chai ra Đồ Án 2 : Robot Harmo 56 05 Up 01004 05 Up Release 01007 01004 Timer 2 # 10 T2 T3 Timer 3 #20 01004Down 06 07 Timer 2 # 10 01007keep T2 T3 counter Out X 01002 Counter Rotate 90° 01006 Timer 3 # 30 01003In Y Timer 0 # 30 T1 06 T0 08 01004 01003 01005 01;05 11 01001 Timer 1 #20 Down Out Y Rotate 0° Home Start Đồ Án 2 : Robot Harmo 57 Biểu đồ thời gian khi gắp chai ra 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 1 1 0 8 0 7 0 6 0 5 0 1 1 1 2 1 1 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 B u ? c 0 Đầu vàoĐầu ra Đồ Án 2 : Robot Harmo 58 Biểu đồ trạng thái và điều kiện chuyển tiếp giữa các trạng thái khi gắp chai vào 05 T2 Timer 2 #10 01004 01007 Up Keep Start Home Rotate 90° Release Out X 01001 11 01;05 01006 01007 01002 07 T0 Counter Timer 0 # 10 Counter 06 Down 01004 Timer 1 #20 T1 Đồ Án 2 : Robot Harmo 59 Biểu đồ thời gian khi gắp chai vào 0 7 0 6 0 4 0 2 0 1 1 1 0 8 0 6 0 5 0 1 1 7 6 5 4 3 2 1 B u ? c Đầu vàoĐầu ra 0 Đồ Án 2 : Robot Harmo 60 MỘT SỐ ĐỀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TRONG TƯƠNG LAI. - Qua nghiên cứu kết cấu của mô đun dạy học của Roboot, chúng em nhận thấy: Hiện nay việc dạy học cho Robot mới chỉ được thực hiện một cách thủ công thông qua việc bấm và giữ các nút của bảng điều khiển. Điều này làm cho việc dạy học chưa chính xác và mất nhiều thời gian. Vấn đề này hoàn toàn có thể khắc phục được nếu trên mỗi một cơ cấu đặt cữ ta đặt thêm một bộ ENCORDER như trên trục OX và các tín hiệu từ bộ ENCORDER này sẽ được gửi tới một mô đun điều khiển riêng. Mô đun điều khiển này sẽ được thiết kế dựa trên thông số bước ren của các vít me sao cho khi dạy học người điều khiển chỉ cần nhập các quãng đường dịch chuyển cần thiết vào (thông qua các nút bấm có trên mô đun điều khiển) và bộ điều khiển sẽ tự động tính toán ra số vòng quay của trục vít me và số xung tương ứng sẽ nhận từ bộ ENCORDER và đưa giá trị đó vào làm giá trị đặt cho một bộ đếm. Trong quá trình dạy học, khi nào vít me quay đủ số vòng quay cần thiết thì bộ điều khiển này sẽ tự động cắt nguồn điện tới các động cơ đặt cữ và tay máy sẽ dừng đúng vị trí yêu cầu. Với việc tự động hoá thao tác đặt cữ (thao tác dạy học) sẽ giúp cho việc dạy học trở nên đơn giản, chính xác và tiết kiệm được rất nhiều thời gian. Việc phát triển này vẫn đang được chúng em tiếp tục nghiên cứu và hy vọng trong một thời gian gần nhất sẽ thành công Ngoài ra, để tăng thêm khả năng linh hoạt của Robot. Chúng ta có thể mở rộng thêm hệ thống khí nén phục vụ các chức năng khác như thiết kế thêm một bàn kẹp lắp trên cánh tay của Robot để nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau mà không cần thay đổi đồ gá (bàn kẹp) đi tới Robot có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau trong cùng một chu kỳ làm việc. Ví dụ như: Robot không chỉ gắp phôi cho máy ép mà có thể gắp các sản phẩm đóng chai từ thiết bị đóng chai và cho vào một hộp, sau khi hộp đầy (đã đủ chai) thì Robot lại sử dụng một bàn kẹp khác để gắp các hộp đó đặt lên băng tải vận chuyển tới kho. Hoặc có thể thiết kế một hệ thống phanh hãm an toàn. Hệ thống phanh này sẽ hãm treo tay máy ở vị trí trên cao trong các trường hợp mất nguồn khí nén nhằm tránh tình trạng tay máy sẽ lao xuống gây nguy hiểm cho người vận hành và máy móc. Đồ Án 2 : Robot Harmo 61 Hệ thống phanh hãm này sẽ chỉ hoạt động khi mất nguồn khí nén cung cấp cho Robot. Một hướng phát triển nữa mà chúng em muốn đề cập tới là cải tạo lại các má kẹp hiện có của Robot để Robot có thể gắp được nhiều chi tiết có hình dạng và kích thước khác nhau mà không cần phải điều chỉnh lại bàn kẹp. Việc điều chỉnh kích thước giữa các má kẹp sẽ được tự động thực hiện bởi chính các má kẹp. Giải pháp cụ thể mà chúng em đưa ra là lắp đạt thêm trên má kẹp các má kẹp phụ có thể chuyển động tịnh tiến ra vào dọc trục piston kẹp và trên đó gắn hai nam châm điện. Việc đấu dây các nam châm điện này được thiết kế sao cho ở trạng thái nhả kẹp thì các nam châm điện này hút lẫn nhau  khoảng cách giữa má kẹp được lới rộng thêm  Có thể kẹp được chi tiết có kích thước lớn. Còn ở trạng thái kẹp thì các nam châm điện lại đẩy nhau. Khi đó dưới tác dụng của lực điện từ của các nam châm điện này má kẹp sẽ được tự động đẩy ra xa (tăng thêm khoảng cách kẹp giữa các má kẹp)  Có thể kẹp được chi tiết có kích thước nhỏ. Hiện nay Robot đang hoạt động với hai chương trình độc lập: Gắp chai và gắp hộp vuông. Để bài thí nghiệm tăng thêm sinh động, chúng em đang tiến hành ghép hai chương trình này lại với nhau thành một chương trình thống nhất liên thông nhau theo hướng: Robot đi vào gắp hết các hộp vuông ra, sau đó gắp các chai ra, tiếp tới gắp các chai vào và cuối cùng là gắp các hộp vuông vào, kết thúc chu trình làm việc của Robot. Đồ Án 2 : Robot Harmo 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GIÁO TRèNH ROBOT CễNG NGHIỆP 2. GIÁO TRèNH ROBOTICS 3. GIÁO TRèNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT 4. GIÁO TRèNH ĐIỀU KHIỂN PLC