Sử dụng PLC điều khiển hệ thông truyền động trong robot công nghiệp

theo nguyªn t¾c cïng dÊu th× ®Èy nhau tr¸i dÊu th× hót nhau, ®©y chÝnh lµ nguyªn nh©n lµm cho r«to chuyÓn ®éng. Trªn h×nh a lµ pha A ®­îc kÝch thÝch víi ®iÖn ¸p d­¬ng, khi pha A ng¾t ®iÖn cho pha B ®­îc kÝch thÝch víi ®iÖn ¸p d­¬ng th× r«to sÏ dÞch thªm mét ®o¹n cïng chiÒu ®ã. §Ó chuyÓn ®éng th× pha B kh«ng ®­îc kÝch thÝch vµ pha A sÏ ®­îc kÝch thÝch víi ®iÖn ¸p ©m. H×nh 3-4: S¬ ®å cÊu t¹o ®éng c¬ b­íc nam ch©m vÜnh cöu 1,2 : Hai nöa stato cã d¹ng cùc mãng ®­îc tõ ho¸ víi cùc N vµ S xen kÏ nhau. 3 : Hai cuén stato (mét cuén ®iÒu khiÓn ®¬n cùc vµ mét cuén ®iÒu khiÓn l­ìng cùc) ®­îc ®Æt ë trong hai nöa stato. 4 : R«to nam ch©m vÜnh cöu cã c¸c cùc tõ xen kÏ. §éng c¬ PM cã ®Æc ®iÓm lµ khi ®éng c¬ bÞ c¾t nguån cÊp cho c¸c pha th× vÉn cßn cã tõ tr­êng d­ ë c¸c pha stato t¸c dông víi tõ tr­êng nam ch©m vÜnh cöu trªn r«to v× vËy ®éng c¬ vÉn ®­îc h·m ë vÞ trÝ æn ®Þnh. M«men nµy cã thÓ coi nh­ m«men h·m cña ®éng c¬ b­íc, trong khi ®ã ®éng c¬ b­íc kiÓu VR kh«ng cã kh¶ n¨ng h·m nµy khi tÊt c¶ c¸c cuén d©y kh«ng ®­îc kÝch thÝch do vËt liÖu lµm r«to kh«ng cã tõ d­. c, §éng c¬ b­íc kiÓu lai ( Hybrid ) Lµ sù kÕt hîp cña hai lo¹i ®éng c¬ kiÓu VR vµ PM, cÊu tróc stato gåm mét sè cùc lín, trªn mçi cùc lín l¹i ®­îc chia thµnh c¸c r¨ng nhá. R«to lµ nam ch©m h×nh trô cã nhiÒu r¨ng víi kÝch cì gièng kÝch cì r¨ng stato. Gèc b­íc cña nã phô thuéc vµo sè r¨ng trªn stato vµ r«to. H×nh 3-5: S¬ ®å cÊu t¹o ®éng c¬ b­íc kiÓu lai. 1: Hai pha ®iÒu khiÓn l­ìng cùc. 2: Stato d¹ng r¨ng. 3: Cuén d©y pha ®iÒu khiÓn l­ìng cùc. 4: Hai vµnh r¨ng mgoµi cña r«to PhÇn stato ®­îc cÊu t¹o hoµn toµn gièng stato cña lo¹i ®éng c¬ b­íc cã tõ trë thay ®æi. Trªn c¸c cùc cña stato ®­îc ®Æt c¸c cuén d©y pha, mçi cuén d©y pha ®­îcquÊn thµnh 2 hoÆc 4 cuén d©y dÆt xen kÏ nhau h×nh thµnh lªn c¸c cùc N vµ S, ®ång thêi ®èi diÖn víi mçi cùc bèi d©y lµ c¸c r¨ng cña r«to vµ còng ®­îc ®Æt xen kÏ gi÷a hai vµnh r¨ng cña stato. * C¸c th«ng sè cña ®éng c¬ b­íc: Gãc quay: §éng c¬ b­íc quay mét gãc x¸c ®Þnh ®èi víi mçi xung kÝch. Gãc b­íc cµng nhá th× ®é ph©n gi¶i cµng cao. Sè b­íc s lµ mét th«ng sè quan träng. (1) Tèc ®é quay vµ tÇn sè xung: Tèc ®é quay cña ®éng c¬ b­íc phô thuéc vµo sè b­íc trong mét gi©y. §èi víi hÇu hÕt c¸c ®éng c¬ b­íc, sè xung cÊp cho ®éng c¬ b»ng sè b­íc nªn tèc ®é cã thÓ tÝnh theo tÇn sè xung f. Tèc ®é quay cña ®éng c¬ b­íc cã b­íc tÝnh theo c«ng thøc sau: (2) Trong ®ã : n lµ tèc ®é quay ( vßng / gi©y), f lµ tÇn sã b­íc ( Hz), s lµ sè b­íc. Ngoµi ra cßn c¸c th«ng sè quan träng kh¸c nh­ ®é chÝnh x¸c vÞ trÝ vµ tû sè momen vµ qu¸n tÝnh roto. §é chÝnh x¸c vÞ trÝ cña ®éng c¬ b­íc phô thuéc vµo ®Æc tÝnh cña ®éng c¬, vµo ®é chÝnh x¸c chÕ t¹o... Tû sè momen vµ qu¸n tÝnh roto cã ¶nh h­ëng quyÕt ®Þnh ®Õn kh¶ n¨ng dõng ngay khi chuçi xung ®iÒu khiÓn ®· ng¾t. 3.1.4 §éng c¬ biÕn tÇn. ViÖc ®iÒu khiÓn ®éng c¬ th«ng qua viÖc ph¸t c¸c xung ®iÒu khiÓn tõ bé ®iÒu khiÓn . §éng c¬ ®­îc ®iÒu khiÓn tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi tÇn sè th«ng qua bé biÕn tÇn (Inverter). §Ó thay ®æi tèc ®é cña ®éng c¬ ta thay ®æi tÇn sè th«ng qua c¸c phÝm chän trªn bÒ mÆt cña Inverter. øng víi mét tÇn sè cña Inverter ta cã mét tèc ®é cña ®éng c¬. §Ó ®¶m b¶o cho ®éng c¬ lµm viÖc an toµn trªn ®éng c¬ ng­êi ta g¾n thªm mét phanh ®iÖn tõ. Phanh nµy ®­îc nèi qua mét r¬le vµ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi bé ®iÒu khiÓn. Khi cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn bé ®iÒu khiÓn ng¾t ®iÖn ¸p cña r¬le vµ khi ®ã dßng 220V vµo phanh bÞ c¾t (phanh më) vµ ®éng c¬ lµm viÖc. Khi hiÖu gi÷a gi¸ trÞ kho¶ng c¸ch thùc vµ gi¸ trÞ kho¶ng c¸ch cÇn ®¹t ®­îc mét gi¸ trÞ D nµo ®ã (do bé ®o thùc hiÖn) bé ®iÒu khiÓn cÊp cho r¬le mét ®iÖn ¸p vµ khi ®ã phanh ho¹t ®éng, dõng ®éng c¬ ®óng víi yªu cÇu. 3.2 C¶m biÕn trong r«bèt c«ng nghiÖp 3.2.1 Giíi thiÖu chung: Trong tÊt c¶ c¸c hÖ thèng tù ®éng, thiÕt bÞ tiÕp nhËn th«ng tin vÒ diÔn biÕn cña m«i tr­êng vµ vÒ diÔn biÕn cña c¸c ®¹i l­îng vËt lý bªn trong hÖ thèng ®­îc gäi lµ c¶m biÕn. Kh¸i niÖm c¶m biÕn trong tiÕng viÖt ch­a thËt chÝnh x¸c víi tiÕng Anh (sensor), hay tiÕng Ph¸p ( capteur), v× nghÜa c¶m biÕn trong tiÕng ViÖt cã phÇn hÑp h¬n. C¶m biÕn ®«i khi chØ lµ c¸c trang bÞ ®¬n gi¶n d¹ng nh­ c«ng t¾c mini, c¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh, c¸c thanh l­ìng kiªn (bimetal)... §èi víi ng­êi sö dông, viÖc n¾m ®­îc nguyªn lý cÊu t¹o vµ c¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña c¶m biÕn lµ ®iÒu kiÖn tiªn quyÕt ®Ó ®¶m b¶o sù vËn hµnh tèt cña hÖ thèng tù ®éng. Trong c¸c hÖ thèng vËt lý, c¸c ®¹i l­îng ®iÒu khiÓn rÊt ®a d¹ng, do vËy c¸c lo¹i c¶m biÕn còng rÊt ph«ng phó. Trong robot c«ng nghiÖp, c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn trang bÞ cho robot ®Ó thùc hiÖn viÖc nhËn biÕt vµ biÕn ®æi th«ng tin vÒ ho¹t ®éng cña b¶n th©n robot vµ cña m«i tr­êng, ®èi t­îng mµ robot phôc vô. Theo ph¹m vi øng dông c¸c lo¹i c¶m biÕn dïng trong kü thuËt robot cã thÓ ph©n ra hai lo¹i: - C¶m biÕn néi tÝn hiÖu (internal sensor) ®¶m b¶o th«ng tin vÒ vÞ trÝ, vÒ vËn tèc, vÒ lùc t¸c ®éng trong c¸c bé phËn quan träng cña robot. C¸c th«ng tin nµy lµ nh÷ng tÝn hiÖu ph¶n håi phôc vô cho viÖc ®iÒu chØnh tù ®éng c¸c ho¹t ®éng robot. - C¶m biÕn ngo¹i tÝn hiÖu ( external sensor) cung cÊp th«ng tin vÒ ®èi t¸c vµ m«i tr­êng lµm viÖc phôc vô cho viÖc nhËn d¹ng c¸c vËt xung quanh, thùc hiÖn di chuyÓn hoÆc thao t¸c trong kh«ng gian lµm viÖc. §Ó lµm ®­îc viÖc ®ã, cÇn cã c¸c lo¹i c¶m biÕn tÝn hiÖu xa, c¶m biÕn tÝn hiÖu gÇn, c¶m biÕn “ Xóc gi¸c” vµ c¶m biÕn “ thÞ gi¸c” ... §Ó thùc hiÖn nhiÖm vô c¸c lo¹i c¶m biÕn néi tÝn hiÖu vµ ngo¹i tÝn hiÖu nãi trªn, cã thÓ dïng nhiÒu kiÓu c¶m biÕn th«ng dông hoÆc chuyªn dông. C¸c kiÓu c¶m biÕn th«ng dông kh«ng chØ dïng cho kü thuËt robot mµ cßn dïng nhiÒu trong c¸c thiÕt bÞ kü thuËt kh¸c. Cã nhiÒu tµi liÖu kü thuËt vÒ c¸c kiÓu c¶m biÕn nµy. Tuú theo c¸c d¹ng tÝn hiÖu cÇn nhËn biÕt mµ ph©n thµnh c¸c kiÓu c¶m biÕn kh¸c nhau: C¶m biÕn lùc, vËn tèc, gia tèc, vÞ trÝ, ¸p suÊt, l­u l­îng, nhiÖt ®é... Tuú theo c¸ch thøc nhËn tÝn hiÖu l¹i ph©n ra c¸c kiÓu kh¸c nhau. VÝ dô: còng lµ c¶m biÕn vÞ trÝ nh­ng cã kiÓu c¶m øng, kiÓu ®iÖn dung, kiÓu ®iÖn trë, kiÓu ®iÖn quang... 3.2.2 C¸c lo¹i c¶m biÕn. 3.2.2.1. C¶m biÕn vÞ trÝ C¶m biÕn vÞ trÝ ®Æc ®iÓm, nh­ tªn gäi cña chóng, ®­îc dïng ®Ó gi¸m s¸t vÞ trÝ tøc thêi cña c¸c c¬ cÊu. Tuú theo d¹ng chuyÓn ®éng cÇn quan t©m mµ vÞ trÝ cã thÓ ®­îc tÝnh theo ®¬n vÞ dµi hay ®¬n vÞ gãc. Nhê c¸c chuyÓn ®æi c¬ khÝ cÇn thiÕt cã thÓ dïng sensor ®o gãc ®Ó ®o chiÒu dµi vµ ng­îc lai. C¸c sensor ®o chiÒu dµi cã thÓ lµ biÕn trë, biÕn thÕ vi sai, encoder th¼ng. §Ó ®o gãc quay cã c¸c lo¹i sensor ®o gãc, nh­ biÕn trë quay, encoder gãc,resolver. Encoder lµ lo¹i th­íc ®o vÞ trÝ theo kiÓu sè, trong ®ã to¹ ®é ®­îc m· ho¸ theo hÖ nhÞ ph©n. Tuú theo ®¬n vÞ ®o, chóng ta cã encoder th¼ng (linear encoder) hay encoder gãc (rotary encoder). Hai lo¹i nµy gièng nhau vÒ nguyªn lý lµm viÖc, chØ kh¸c nhau ë chç c¸c v¹ch ®­îc kh¾c theo ®­êng th¼ng hay theo vßng trßn. Theo ph­¬ng ph¸p m· ho¸, cã 2 lo¹i encoder lµ tuyÖt ®èi (absolute) hay gia sè (incremental). Th­íc ®o vÞ trÝ kiÓu gia sè cã 1 hoÆc 2 ®Üa quang, ®­îc kh¾c c¸c vïng trong vµ ®ôc xen kÏ nhau. NÕu dïng mét ®Üa th× nã ®­îc g¾n víi trôc quay. NÕu dïng 2 ®Üa th× mét ®Üa g¾n víi truc quay, cßn ®Üa kia cè ®Þnh. Mét phÝa cña ®Üa ®Æt nguån s¸ng phÝa ®èi diÖn ®Æt trôc 3 “con m¾t ®iÖn” ®Ó thu tÝn hiÖu cña tõng vßng trßn. T¹i mét vÞ trÝ nhÊt ®Þnh cña ®Üa, vïng nµo cho tia s¸ng ®i qua sÏ ®­îc m· ho¸ lµ 1, vïng nµo ng¨n tia s¸ng sÏ ®­îc m· ho¸ lµ 0. Sè vïng s¸ng tèi trªn ®Üa quyÕt ®Þnh ®é ph©n gi¶i cña encoder. T¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu lµm viÖc, hÖ thèng ph¶i ®­îc quy kh«ng b»ng c¸ch quay lç s¸t vßng trßn thø 2 tíi vÞ trÝ ®èi diÖn nguån s¸ng ®Ó con m¾t thø 3 nh×n thÊy tia s¸ng. Khi hÖ thèng b¾t ®Çu lµm viÖc, mét bé xö lý sÏ ®Õm sè lÇn con m¾t ngoµi cïng nh×n thÊy tia s¸ng, tõ ®ã tÝnh ra gãc mµ ®Üa ph¶i quay. ChiÒu quay cña ®Üa ®­îc nhËn biÕt nhê sù phèi hîp tÝn hiÖu cña 2 vßng: nÕu ®Üa quay theo chiÒu kim ®ång hå th× m¾t ngoµi cïng nh×n thÊy tia s¸ng tr­íc m¾t thø hai vµ ng­îc l¹i. C¨n cø vµo chiÒu quay mµ gia sè sÏ ®­îc céng hoÆc trõ vµo tæng sè. H×nh 3-6 : S¬ ®å nguyªn lý cña th­íc ®o vÞ trÝ theo gia sè. Th­íc ®o vÞ trÝ tuyÖt ®èi cã mét ®Üa quang, trªn ®ã cã nhiÒu vßng trßn ®ång t©m. Mçi vßng chøa c¸c vïng trong vµ ®ôc xen kÏ nhau. Sè vßng trßn quyÕt ®Þnh ®é ph©n gi¶i cña encoder. NÕu sè vßng trßn lµ c«ng suÊt th× sè phÇn mµ mét vßng trßn cã thÓ ®­îc chia ra b»ng 2n, gãc nhá nhÊt mµ encoder ph©n biÖt ®­îc lµ 360°/2n. VÝ dô nÕu sè vßng lµ n = 4 th× sè phÇn chia cña vßng trßn lµ 24 = 16, encoder sÏ ph©n biÖt ®­îc gãc quay 360°/16 = 22,5°. NÕu n = 8 th× gãc ®ã lµ 360°/4096 = 0.088°. H×nh 3-7 : S¬ ®å nguyªn lý cña th­íc ®o vÞ trÝ tuyÖt ®èi Resolver kh«ng ph¸t tÝn hiÖu nh­ encoder mµ ph¸t ra tÝn hiÖu t­¬ng tù ®¹i diÖn cho vÞ trÝ cña ®èi t­îng ®o. Nh×n vÎ ngoµi nã gièng ®éng c¬ ®iÖn nh­ng nguyªn lý lµm viÖc cña nã gièng biÕn thÕ nhiÒu h¬n. Cuén d©y rotor ®­îc cÊp ®iÖn ¸p DC th«ng qua c¸c vµnh dÉn ®iÖn. §iÖn ¸p cung cÊp cho rotor d¹ng h×nh sin, d¹ng Vsinwt, tÇn sè trong kho¶ng 0,4¸10 kHz. Stator cña resolver cã 2 cuén d©y, ®Æt lÖch nhau 90°, cßn trªn cuén d©y kia cã ®iÖn ¸p Vsinwt.sinq. Râ rµng gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra phô thuéc gãc q gi÷a rotor vµ stator. TÝn hiÖu ph¶n håi a cña gãc quay ®­îc cung cÊp cho 2 cuén d©y qua hµm sina vµ cosa, sau khi nh©n víi tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ céng ®¹i sè ®­îc tÝn hiÖu ra lµ Vsinwt.sin(q-a). TÝn hiÖu nµy ®­îc khuÕch ®¹i vµ göi tíi khèi ®ång bé, ®¶m b¶o gi¸ trÞ cña nã lph¶i tØ lÖ víi sin(q-a). NÕu cã sai lÖch, tÝn hiÖu nµy ®­îc bï bëi thiÕt bÞ bï. Sau ®ã, tÝn hiÖu ®­îc tÝch ph©n. M¹ch ph¶n håi cã bé t¹o dao ®«ng, chuyÓn ®æi ®iÖn ¸p thµnh tÇn sè, vµ khèi ®Õm xung. Gi¸ trÞ a ®¹i diÖn cho gãc quay q. H×nh 3-8 : S¬ ®å nguyªn lý lµm viÖc vµ xö lý tÝn hiÖu cña resolver. 3.2.2.2 C¶m biÕn vÞ trÝ kiÓu biÕn ¸p: C¶m biÕn kiÎu nµy ho¹t ®éng theo nguyªn lý cña mét biÕn ¸p sai ®éng ( differential transfomer): lâi tõ chuyÓn ®éng t­¬ng ®èi víi hai cuén d©y cè ®Þnh vµ lµm viÖc thay ®æi dßng c¶m øng gi÷a chóng. Roto cã mét cuén d©y, cßn stato cã mét hoÆc mét vµi cuén d©y c¶m øng ®ång bé. Gi¶ thiÕt cÊp vµo cuén d©y cña roto mét ®iÖn ¸p: ur = U sint th× trong c¸c cuén d©y trªn stato sÏ xuÊt hiÖn c¸c ®iÖn ¸p c¶m øng: us1 = KUr cos r sin (t + ) us2 = KUr cos r sin (t + ) Trong ®ã: K: hÖ sè biÕn ¸p : ®é lÖch pha Tõ c¸c c«ng thøc trªn ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc gãc r. Tuy nhiªn sù biÕn ®éng biªn ®é ®iÖn ¸p lµm gi¶m ®é chÝnh x¸c tÝnh to¸n. Bëi thÕ ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p gi¶i ®iÒu biÕn ®ång bé trªn c¬ së ®èi chiÕu víi tÝn hiÖu chuÈn. Trong tr­êng hîp biÕn ¸p biÕn ¸p xoay nhiÒu th× ®é chÝnh x¸c cã thÓ t¨ng lªn. Ng­êi ta th­êng sö dông kÕt hîp bé biÕn ¸p xoay chiÒu víi bé biÕn ¸p ®iÖn tö sè ®Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c. C¶m biÕn vÞ trÝ kiÓu biÕn ¸p lµm viÖc tin cËy, chÝnh x¸c vµ phï hîp víi d¶i réng tÇn sè quay. V× kh«ng dïng ®Õn vßng tiÕp ®iÓm nh­ kiÓu chiÕt ¸p nªn chóng cã thÓ lµm viÖc víi vËn tèc cao ( kho¶ng 9000 vßng/phut). Tuy nhiªn l¹i ®ßi hái ®é chÝnh x¸c cao vÒ chÕ t¹o vµ lÆp r¸p, nªn gi¸ thµnh còng cao h¬n nhiÒu. T­¬ng tù, ®èi víi tr­êng hîp tÞnh tiÕn cã c¶m biÕn vÞ trÝ kiÓu chiÕt ¸p sai ®éng thay ®æi tuyÕn tÝnh LVDT ( Linear Variable Differential Transformer). Bao bäc xung quanh lâi tõ lµ mét quén d©y s¬ cÊp vµ hai cuén d©y thø cÊp gièng hÖt nhau. Khi dÞch chuyÓn lâi tõ ®é tõ c¶m t­¬ng hç gi÷a cuén d©y s¬ cÊp vµ c¸c cuén d©y thø cÊp sÏ biÕn ®æi tuyÕn tÝnh theo ®é dÞch chuyÓn ®ã. 3.2.2.3 VËn tèc kÕ: Ph¹m vi sö dông vËn tèc kÕ ( tachometers) vµ gia tèc kÕ ( accelerometers) ngµy nay trë nªn thu hÑp, mµ th«ng dông h¬n lµ x¸c ®Þnh theo sè gia cña c¸c th«ng tin c¶m biÕn vÞ trÝ b»ng kü thuËt sè hay kü thuËt vi m¹ch. C¸ch lµm ®ã ®¹t ®­îc ®é chÝnh x¸c cao h¬n vµ ngµy cµng rÎ h¬n. Th­êng dïng c¸c thiÕt bÞ sau ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng cña vËn tèc kÕ: - Ph¸t tèc ( tachogenerator) dïng mét chiÒu. Khi Stator ®­îc kÝch tõ th× t¹o nªn tõ th«ng, khi ®ã trong c¸c cuén c¶m trªn roto cã suÊt ®iÖn ®éng tõ c¶m víi gi¸ trÞ trung b×nh tû lÖ víi gãc quay cña roto. - Ph¸t tèc kh«ng ®ång bé dßng xoay chiÒu. Khi dßng ®iÖn xoay chiÒu ch¹y qua cuén d©y s¬ cÊp cña Stato th× ®iÖn ¸p trªn c¸c ®Çu d©y cuén thø cÊp cña Stato sÏ cïng tÇn sè, biªn ®é vµ tû lÖ thuËn víi vËn tèc gãc cña roto. - Ph¸t tèc ®ång bé. Nam ch©m vÜnh cöu trªn Stato g©y dßng ®iÖn c¶m trong cuén d©y cña Stato. TÇn sè vµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cña nã tû lÖ thuËn víi vËn tèc cña roto. - Ph¸t tèc xung. §Üa quay cã khe r·nh ®Æt tr­íc nguån s¸ng t¹o ra c¸c xung cã tÇn sè tû lÖ víi vËn tèc gãc quay. 3.2.2.4 C¶m biÕn lùc vµ c¶m biÔn xóc gi¸c: 3.2.2.4.1 C¶m biÕn lùc: C¶m biÕn lùc chñ yÕu dïng ®Ó nhËn biÕt ph¶n lùc xuÊt hiÖn trong khi lÆp r¸p c¸c chi tiÕt m¸y. §«i khi còng dïng ®Ó nhËn tÝn hiÖu lùc trong c¸c khíp ®éng. Th­¬ng th­êng c¸c c¶m biÕn lùc ®­îc lËp ë c¸c khíp quay, khíp cæ tay hoÆc trùc tiÕp trªn bµn kÑp. Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p nhËn biÕt lùc dïng trong c¬ cÊu c¶m biÕn. VÝ dô trùc tiÕp suy ra tõ sù biÕn thiªn dßng ®iÖn ë ®éng c¬ mét chiÒu l¾p ë c¸c khíp quay. Nh­ng phæ biÕn lµ dïng ph­¬ng ph¸p quen biÕt do biÕn d¹ng dïng c¸c tensomet. Chóng cßn ®­îc gäi lµ “tem biÕn d¹ng”, v× tr«ng gièng nh­ nh÷ng con tem nhá chøa bªn trong mét d©y ®iÖn trë vµ ®­îc d¸n trªn c¸c thanh biÕn d¹ng. D­íi ®©y giíi thiÖu mét kiÓu c¶m biÕn lùc th­êng ®­îc l¾p ë khíp quay cæ tay, chç nèi víi bµn kÑp vµ gäi t¾t lµ c¶m biÕn lùc ch÷ thËp. C¶m biÕn lùc ch÷ thËp Trªn h×nh 3.4 m« t¶ mét kiÓu c¶m biÕn lùc khíp quay bµn kÑp, víi bé phËn chñ yÕu cã h×nh ch÷ thËp. Trªn mçi nh¸nh cña h×nh ch÷ thËp ®­îc d¸n hai cÆp tensomet. Qua nh÷ng cÇu ®o, sÏ nhËn biÕt ®­îc lùc t¸c ®éng lªn mçi nh¸nh ch÷ thËp. H×nh 3-9. C¶m biÕn lùc ch÷ thËp Gi¶ sö r»ng ¶nh h­ëng qua l¹i gi÷a c¸c tensomet lµ rÊt nhá, cã thÓ bá qua. Nh­ vËy tõ c¸c sè ®o cña 8 cÆp tensomet, b»ng c¸ch céng hoÆc trõ gi÷a chóng tuú theo c¸c tr­êng hîp cô thÓ, cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc 3 thµnh phÇn lùc F ( Fx,Fy,Fz) vµ 3 thµnh phÇn momen M ( Mx,My,Mz). Gäi chung FM lµ mét vecto më réng bao gåm 6 thµnh phÇn nãi trªn vµ W cã thµnh phÇn lµ 8 thµnh phÇn do ®­îc ( W1,W2,...,W8). FM = RFW Víi C¸c phÇn tö rij ≠ 0 cña ma trËn RF lµ c¸c hÖ sè t­¬ng øng dÔ biÕn ®æi c¸c sè ®o theo ®óng thø nguyªn cña chóng: W(von), F(N), M(Nm). Theo bè trÝ c¸c tensoment nh­ trªn h×nh 3.4 th× mét sè phÇn tö rij sÏ b»ng kh«ng vµ ma trËn trªn sÏ nh­ sau: Tõ ( ) vµ ( ) cã c¸c thµnh phÇn cña FM, vÝ dô: Fx = r13W3 + r17W7 (*) BiÓu thøc (*) hoµn toµn phï hîp víi h×nh 3.4 §Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè rij trong (*) ng­êi ta th­êng chuÈn møc ho¸ ( calibration) kÕt hîp tÝnh to¸n vµ thùc nghiÖm. B¶n chÊt viÖc chuÈn ho¸ møc ë ®©y lµ thiÕt lËp mét ma trËn RF* tho¶ m·n ®iÒu kiÖn sau: W = RF*FM (**) RF* lµ ma trËn 8 x 6. Nh©n 2 vÕ (**) víi (RF*)T, ta cã: (RF*)TW = [(RF*)T RF*]-1FM Tõ ®ã: FM = [(RF*)T RF*]-1(RF*)TW So s¸nh ( 11.5) vµ ( 11.11), ta cã: RF ≈ [(RF*)T RF*]-1(RF*)T. Ma trËn R*F ®­îc thiÕt lËp trªn c¬ së c¸c c«ng thøc trªn vµ c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm khi cho tr­íc c¸c gi¸ trÞ cña FM. 3.2.2.4.2 C¶m biÕn xóc gi¸c: Trong kü thuËt ng­êi m¸y th­êng dïng c¸c c¶m biÕn xóc gi¸c ®Ó nhËn th«ng tin vÒ sù tiÕp xóc cña bµn kÑp víi ®èi t­îng hoÆc lùc cÇn kÑp... H×nh 3-10: C¶m biÕn xóc gi¸c kiÓu c«ng t¾c l¾p bªn trong bµn tay kÑp Cã thÓ ph©n c¶m biÕn xóc gi¸c ra hai nhãm c¬ b¶n: C¶m biÕn cã ng­ìng tÝn hiÖu rêi r¹c vµ c¶m biÕn cã tÝn hiÖu t­¬ng tù. C¶m biÕn xóc gi¸c cã ng­ìng tÝn hiÖu rêi r¹c. §©y thùc chÊt lµ nh÷ng c«ng t¾c tinh vi ®­îc l¾p ®Æt ë phÝa bªn trong cña c¸c ngãn bµn kÑp ®Ó cho biÕt th«ng tin ®· cã vËt kÑp gi÷a c¸c ngãn ch­a, cÇn kÑp vµo vÞ trÝ nµo cña vËt... C¸c c«ng t¾c tinh vi cã thÓ l¾p ®Æt trªn bÒ mÆt tiÕp xóc phÝa trong cña bµn kÑp. Ngoµi ra cßn cã thÓ l¾p ®Æt ë phÝa ngoµi bµn kÑp hoÆc ë c¸c ®Çu dß cña c¬ cÊu tay m¸y ®Ó nhËn biÕt th«ng tin vÒ c¸c ch­íng ng¹i vËt trªn ®­êng di chuyÓn. C¶m biÕn xóc gi¸c dïng tÝn hiÖu t­¬ng tù lo¹i ®¬n gi¶n nhÊt. Nã gåm mét thanh tú vµo vËt nhê lùc lß xo. Lùc ngang tõ phÝa lùc t¸c dông vµo thanh lµm chuyÓn ®éng ®i mét gãc quay( vÝ dô b»ng c¬ cÊu thanh r¨ng b¸nh r¨ng). Gãc quay nµy tû lÖ víi lùc ngang vµ ®­îc liªn tôc ghi ®o b»ng c¬ cÊu chiÕt ¸p. øng víi ®é cøng v÷ng ®· biÕt cña lß xo, cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc lùc theo ®é dÞch chuyÓn cña gãc ghi ®ã. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y mét vÊn ®Ò rÊt ®­îc chó ý lµ t¹o ra c¸c bÒ mÆt xóc gi¸c cã kh¶ n¨ng thu nhËn cïng mét lóc mét l­îng lín th«ng tin. Trªn h×nh 3-10 lµ mét vÝ dô minh ho¹. PhÝa bªn trong c¸c ngãn cña bµn kÑp ®­îc g¾n c¸c mÆt xóc gi¸c (1). C¸c mÆt phÝa bªn ngoµi ( 2) cña bµn kÑp cã thÓ g¾n c¶ c¸c c¶m biÕn tÝn hiÖu rêi r¹c. MÆc dï mÆt xóc gi¸c th­êng lµ tæ hîp nhiÒu lo¹i c¶m biÕn riªng lÎ, nh­ng mét h­íng cã chuyÓn väng lµ cïng dïng c¸c tÊm vËt liÖu b¸n dÉn, vÝ dô trªn nÒn grafit cã ®iÖn trë thay ®æi theo ¸p lùc. Sù thay ®æi ®iÖn trë dÔ dµng biÕn thµnh dao ®éng tÝn hiÖu ®iÖn. Biªn ®é cña nã tû lÖ víi lùc t¸c ®éng lªn bÒ mÆt vËt kÑp t¹i ®iÓm tiÕp xóc. §Ó t¹o c¸c mÆt xóc gi¸c mµ ®«i khi cßn gäi lµ “ líp da nh©n t¹o” cã thÓ cã c¸c ph­¬ng ph¸p chñ yÕu. Ph­¬ng ph¸p ë h×nh 3-11a t¹o ra c¸c cöa sæ gi÷a khèi vËt liÖu dÉn (1) n»m gi÷a th©n vá (2) vµ hÖ thèng ®iÖn cùc (3). Mçi ®iÖn cùc lµ mét « vu«ng cöa sæ tiÕp nhËn tÝn hiÖu t¹i mét ®iÓm tiÕp xóc víi vËt. Tuú thuéc vµo ¸p lùc lªn vËt liÖu b¸n dÉn, dßng ®iÖn tõ th©n vá ®Õn ®iÖn cùc sÏ biÕn ®æi. Theo ph­¬ng ph¸p ë h×nh 13b cã c¸c cÆp ®iÖn cùc (4) trªn c¸c tÊm m¹ch ®iÖn ( 5) th× vËt liÖu dÉn n»m phÝa trªn vµ c¸ch ®iÖn víi tÊm nµy trõ c¸c chç tiÕp xóc víi ®iÖn cùc. ¸p lùc tõ ®èi t­îng lµm thay ®æi ®iÖn trë vµ nhê c¸c m¹ch ®iÖn tö biÕn ®æi thµnh c¸c tÝn hiÖu kh¸c nhau. H×nh 3-11: Ph­¬ng ph¸p t¹o c¸c mÆt xóc gi¸c Trong c¸c ph­¬ng ph¸p h×nh 4.5c, vËt dÉn ®iÖn ( 1) ®Æt gi÷a hai bé ®iÖn cùc ngang ( X), däc (Y) vu«ng gãc víi nhau. §iÓm chÐo nhau gi÷a hai thanh ®iÖn cùc X,Y cã vËt dÉn ®iÖn chen gi÷a thµnh mét ®iÓm nh¹y c¶m. Bé ®iÖn cùc cã líp vá cao su ( 6) chuyÓn dÞch t¹o lùc tõ phÝa ngoµi t¸c ®éng lªn mçi ®iÓm nh¹y c¶m lµm thay ®æi ®iÖn trë cña vËt dÉn vµ do vËy lµm thay ®æi dßng ®iÖn. 3.2.2.5 ThiÕt bÞ quan s¸t (Visual System) ThiÕt bÞ quan s¸t lµ mét lo¹i sensor ®Æc biÖt, cã kh¶ n¨ng nhËn biÕt vµ xö lý h×nh ¶nh cña ®èi t­îng. ThiÕt bÞ quan s¸t ®­îc øng dông réng r·i trong c«ng nghiÖp nãi chung, song øng dông trong r«bèt lµ øng dông ®Æc tr­ng nhÊt. MÆt kh¸c, xö lý h×nh ¶nh lµ mét trong nh÷ng lÜnh vùc ph¸t triÓn m¹nh nhÊt cña c«ng nghÖ th«ng tin hiÖn ®¹i, nªn thiÕt bÞ quan s¸t trªn r«bèt g¾n liÒn m¸y tÝnh. Víi mét hÖ thèng quan s¸t ®¬n gi¶n r«bèt, ®Ó nhËn biÕt 2 vËt: mét vËt cao vµ mét vËt thÊp. HÖ thèng cã mét nguån s¸ng vµ 2 sensor thu s¸ng. NÕu cã vËt cao tr­íc nguån s¸ng th× c¶ 2 sensor ®Òu nhËn ®­îc ¸nh s¸ng ph¶n x¹. NÕu chØ cã vËt thÊp th× chØ riªng sensor thÊp nhËn ®­îc. NÕu kh«ng cã vËt nµo th× kh«ng sensor nµo nhËn ®­îc tÝn hiÖu. “H×nh ¶nh” cña ®èi t­îng chØ gåm cã 2 ®iÓm ¶nh ( trong kü thuËt xö lý ¶nh, ®iÓm ¶nh ®­îc gäi lµ pixel). H×nh 3-12 : HÖ thèng quan s¸t 2 pixel TÝn hiÖu vÒ ®èi t­¬ng, tuy chØ cã 2 pixel nh­ng còng cÇn bé ph©n tÝch, vÝ dô mét PLC. Nã sÏ ®­îc lËp tr×nh ®Ó: B¸o hiÖu cho r«bèt nÕu vËt cao tr­íc mÆt. V× vËy r«bèt chØ ph¶n øng víi vËt cao. Næi hiÖu lÖnh cho ng­êi nÕu chØ cã vËt thÊp tr­íc mÆt. Nh­ vËy, ng­êi chØ ph¶i ph¶n øng nÕu gÆp vËt thÊp. Gäi hÖ thèng trªn lµ “thiÕt bÞ quan s¸t” cã thÓ h¬i l¹m dông tõ nµy vµ hÖ thèng nh­ vËy cã lÏ kh«ng tån t¹i trªn thùc tÕ, nh­ng nã cho mét h×nh dung ban ®Çu vÒ thiÕt bÞ quan s¸t. H×nh 3-13: HÖ thèng nhËn d¹ng chi tiÕt ThiÕt bÞ quan s¸t thËt sù (H×nh 6.130 còng cã c¸c bé phËn c¬ b¶n nh­ hÖ thèng vÝ dô ë trªn. §ã lµ hÖ thèng ®¬n gi¶n ®Ó nhËn d¹ng chi tiÕt. Nã cã kh¶ n¨ng ph©n biÖt c¸c chi tiÕt trong tr­êng quan s¸t cña m×nh. HÖ thèng nhËn d¹ng nãi trªn gåm cã: Nguån s¸ng: Tia s¸ng do nã ph¸t ra sÏ bÞ ph¶n x¹ bëi vËt vµ ®­îc thu bëi... Camera, biÕn ®æi quang n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng, cung cÊp cho ... Bé thu ¶nh, gåm m¹ch ®iÖn tö vµ phÇn mÒm ®Ó ph©n tÝch tÝn hiÖu thµnh c¸c pixel vµ biÓu diÔn chóng d­íi d¹ng m· nhÞ ph©n. S¬ ®å bè trÝ c¸c ®iÓm ¶nh gäi lµ bitmap. S¬ ®å nµy sÏ ®­îc chuyÓn tíi... M¸y tÝnh ®Ó l­u tr÷ vµ xö lý trùc tiÕp. M¸y tÝnh sÏ so s¸nh s¬ ®å ®iÓm ¶nh cña vËt víi s¬ ®å ®iÓm ¶nh chuÈn (gäi lµ template) trong th­ viÖn ®Ó xem vËt víi s¬ ®å ®iÓm ¶nh chuÈn (Gäi lµ template) trong th­ viÖn ®Ó xem vËt thuéc lo¹i nµo. M¸y tÝnh sÏ chØ cho r«bèt biÕt chi tiÕt nã ®ang nh×n thÊy lµ chi tiÕt nµo, th«ng qua... Giao diÖn ®Çu ra. Nã chuyÓn tÝn hiÖu tõ hÖ thèng nhËn d¹ng cho bé ®iÒu khiÓn r«bèt. VÝ dô mét m· “H” (NÕu chi tiÕt lµ hép), m· “C” (NÕu chi tiÕt lµ cê lª) sÏ ®­îc truyÒn theo giao diÖn chuÈn RS232. ThiÕt bÞ nhËn d¹ng cµng chÝnh x¸c nÕu sè ¶nh trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ¶nh (NghÜa lµ ®é ph©n gi¶i) cµng lín. §¬n vÞ chuÈn cña ®é ph©n gi¶i lµ dpi. Mµn h×nh m¸y tÝnh cã ®é ph©n gi¶i cì 100 dpi, cßn m¸y in lazer th­êng cã ®é ph©n gi¶i cao h¬n (Cì 300 dpi trë lªn). §é ph©n gi¶i cña ¶nh cµng lín th× tèc ®é xö lý vµ dung l­îng bé nhí cña m¸y tÝnh cµng ph¶i cao. Kh¶ n¨ng nhËn d¹ng chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ quan s¸t cÇn cho nh÷ng tr­êng hîp sau: Ph©n biÖt c¸c chi tiÕt kh¸ gièng nhau. Ph©n biÖt s¶n phÈm tèt vµ phÕ phÈm. Sö dông mµu s¾c ®Ó nhËn d¹ng ®èi t­îng. §o kÝch th­íc chi tiÕt. NhËn biÕt vËt c¶n ®Ó tr¸nh va ch¹m. NhËn biÕt kho¶ng c¸ch vµ h­íng cña chi tiÕt. NhËn biÕt tèc ®é vµ h­íng chuyÓn ®éng cña ®èi t­îng. NhËn biÕt ®èi t­îng 3 chiÒu. C¸c thiÕt bÞ nhËn d¹ng môc tiªu cña m¸y bay nÐm bom, nhËn d¹ng ®­êng cho c¸c « t« tù l¸i... lµ nh÷ng vÝ dô vÒ c¸c thiÕt bÞ quan s¸t hiÖn ®¹i. C¸c c¶m biÕn th­êng gÆp trong r«bèt g¾p ph«i tù ®éng. C¸c c¶m biÕn ®­îc sö dông trong robot lµ c¸c c¶m biÕn ®iÖn tõ. Víi nguyªn lý ho¹t ®éng nh­ sau: Khi c¶m biÕn ®èi diÖn víi c¸c vËt cã tõ tÝnh sÏ g©y ra hiÖn t­îng th«ng m¹ch vµ trªn ®­êng tÝn hiÖu ra cã mét ®iÖn ¸p ë møc 24V, vµ ®­a vÒ bé ®iÒu khiÓn d­íi d¹ng xung ®iÖn nµy. Sau khi nhËn ®­îc tÝn hiÖu tõ c¸c c¶m biÕn bé ®iÒu khiÓn sÏ cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t­¬ng øng víi c¸c ho¹t ®éng cña robot. Mçi c¶m biÕn ®­îc sö dông cã 3 d©y. Hai d©y cung cÊp nguån (Brown vµ Blue) ®iÖn ¸p 24V, cßn d©y cßn l¹i (Black) ë møc 0V lµ d©y tÝn hiÖu. Khi c¶m biÕn ®èi diÖn víi c¸c chÊt cã tõ tÝnh ë mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh, m¹ch ®iÖn ¸p ®ãng víi ®iÖn ¸p 24V. Sau ®©y lµ s¬ ®å cÊu tróc cña c¶m biÕn ®iÖn tõ. H×nh 3-14: S¬ ®å cÊu tróc c¶m biÕn ®iÖn tõ. 3.3 HÖ thèng vËn hµnh khÝ nÐn trong r«bèt c«ng nghiÖp 3.3.1 Giíi thiÖu chung vÒ hÖ thèng truyÒn ®éng tù ®éng trong r«bèt c«ng nghiÖp HÖ truyÒn ®éng tù ®éng thuû khÝ c«ng nghiÖp lµm viÖc theo chu tr×nh lµ 1 hÖ truyÒn ®éng gåm nhiÒu hÖ truyÒn ®éng c¬ së lµm viÖc mét c¸ch l«gÝc sao cho tr×nh tù c¬ cÊu chÊp hµnh thùc hiÖn xong chóng trë l¹i vÞ trÝ ban ®Çu vµ lÆp ®i lÆp l¹i. HÖ thèng ®iÒu khiÓn c¸c hÖ truyÒn ®éng thuû khÝ ph¶i ®¶m b¶o viÖc ®ãng më c¸c van ph©n phèi t­¬ng øng víi c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc cho tr­íc. C¸c ph­¬ng ph¸p cho ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña m¸y tù ®éng vµ ph­¬ng ph¸p hiÖn thùc chóng rÊt ®a d¹ng. Khi thiÕt kÕ c¸c m¸y tù ®éng víi c¸c kh©u cøng, ®iÒu kiÖn lµm viÖc th­êng ®­îc cho d­íi d¹ng c¸c chu tr×nh lµm viÖc. §ã lµ mét d¹ng ®å thÞ qui ­íc biÓu diÔn sù phô thuéc vµo thêi gian dÞch chuyÓn cña c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh. Chu tr×nh lµm viÖc lµ 1 tr×nh tù x¸c ®Þnh dÞch chuyÓn cña c¬ cÊu chÊp hµnh mµ sau khi thùc hiÖn xong chóng trë vÒ vÞ trÝ ban ®Çu. Ho¹t ®éng cña m¸y sÏ thÓ hiÖn trong viÖc thùc hiÖn tuÇn tù c¸c chu tr×nh lµm viÖc nèi tiÕp nhau. Víi c¸c m¸y cã hÖ thång truyÒn ®éng khÝ nÐn, c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc còng cã thÓ ®­îc m« t¶ b»ng c¸c chu tr×nh hoÆc c¸c biÓu ®å tr×nh tù lµm viÖc, nh­ng thêi gian cña mçi mét chu tr×nh lµm viÖc kh«ng x¸c ®Þnh bëi vËn tèc c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh mµ phô thuéc vµo hµng lo¹t yÕu tè phô mµ ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc. C¸c hÖ truyÒn ®éng tù ®éng khÝ nÐn lµm viÖc theo chu tr×nh ®­îc chia theo kiÓu ®iÒu khiÓn thµnh 3 nhãm: §iÒu khiÓn theo vÞ trÝ: VÞ trÝ tËn cïng cña c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh ®­îc kiÓm tra b»ng c¸c c¶m biÕn vÞ trÝ. H×nh 3-15: S¬ ®å ®iÒu khiÓn xilanh khÝ nÐn theo vÞ trÝ §iÒu khiÓn theo thêi gian: Thêi gian thùc hiÖn 1 chu tr×nh ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¬ cÊu cam hoÆc b»ng r¬le thêi gian c¸c lo¹i. H×nh 3-16: S¬ ®å ®iÒu khiÓn theo thêi gian b»ng cam §iÒu khiÓn theo ¸p suÊt: §­îc coi lµ biÕn thÓ cña hÖ ®iÒu khiÓn theo vÞ trÝ. Chóng ®­îc sö dông trong c¸c tr­êng hîp khi cÇn piston dÞch chuyÓn nh÷ng kho¶ng khac nhau phu thuéc vµo kÝch th­íc cña chi tiÕt ®­îc gia c«ng, hoÆc do khã kh¨n trong viÖc l¾p ®Æt c¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh víi cÇn piston v­¬n dµi. H×nh 3-17: S¬ ®å ®iÒu khiÓn xilanh khÝ nÐn theo ¸p suÊt. Trong ®ã: Xilanh chÊp hµnh khÝ nÐn Van ph©n phèi 4/2 C«ng t¾c hµnh tr×nh 3/2 C«ng t¾c khëi ®éng Hai c¸ch ®iÒu khiÓn theo thêi gian vµ theo ¸p suÊt cã nh­îc ®iÓm lµ khi t¶i thay ®æi ®ét ngét hoÆc khi c¸c th«ng sè khÝ thay ®æi, chuyÓn ®éng cña c¬ cÊu chÊp hµnh cã thÓ s¶y ra tr­íc. Do vËy c¸c hÖ ®iÒu khiÓn theo vÞ trÝ, trong ®ã chuyÓn ®éng cña tõng c¬ cÊu chÊp hµnh chØ cã thÓ b¾t ®Çu theo 1 tr×nh tù vÞ trÝ x¸c ®Þnh cña tÊt c¶ c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh cßn l¹i lµ phæ biÕn trong hÖ truyÒn ®éng tù ®éng khÝ nÐn. 3.3.2 C¸c phÇn tö cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn khÝ nÐn trong r«bèt cÊp ph«i tù ®éng 3.3.2.1 HÖ thèng cung cÊp vµ xö lý khÝ nÐn M¸y nÐn khÝ a/ Kh¸i niÖm: Lµ nh÷ng thiÕt bÞ chuyÓn ®æi c«ng suÊt hiÖu dông tõ m« t¬ ®iÖn hoÆc ®éng c¬ ®èt trong thµnh n¨ng l­îng khÝ nÐn ( ¸p n¨ng) vµ nhiÖt n¨ng. b/ Ph©n lo¹i: Ph©n lo¹i theo ¸p suÊt: M¸y nÐn khÝ ¸p suÊt thÊp: P < 15 M¸y nÐn khÝ ¸p suÊt cao: P >15 M¸y nÐn khÝ ¸p suÊt rÊt cao P >30 Ph©n lo¹i theo nguyªn lý ho¹t ®éng: M¸y nÐn khÝ theo nguyªn lý thay ®æi thÓ tÝch: M¸y nÐn khÝ theo kiÓu pittong, m¸y nÐn khÝ theo kiÓu c¸nh g¹t, m¸y nÐn khi theo kiÓu root, m¸y nÐn khÝ theo kiÓu trôc vÝt. M¸y nÐn khÝ tuabin: M¸y nÐn khÝ ly t©m vµ m¸y nÐn khÝ chiÒu trôc. B×nh trÝch chøa khÝ nÐn KhÝ nÐn sau khi ra khái m¸y nÐn khÝ ®­îc xö lý vµ cÇn ph¶i cã mét bé phËn l­u ch÷ ®Ó sö dông cho toµn hÖ thèng. Bé phËn ®ã lµ b×nh trÝch chøa khÝ nÐn, nã cã c¸c t¸c dông sau: L­u tr÷ khÝ nÐn nhê ®ã h¹n chÕ viÖc m¸y nÐn khÝ ph¶i lµm viÖc liªn tôc. Lµm gi¶m sù xung ®éng ®Ó lµm dÞu c¸c xung dßng ch¶y cña kh«ng khÝ tõ m¸y nÐn. ChuyÓn ®æi nhiÖt, khÝ nÐn trong b×nh chøa sÏ ®­îc lµm m¸t, t¹o ra sù ng­ng tô n­íc vµ n­íc sÏ ®­îc t¸ch ra khái khÝ nÐn tr­íc khi khÝ nÐn ®i vµo hÖ thèng ph©n phèi. KÝch th­íc b×nh trÝch chøa phô thuéc vµo c«ng suÊt cña m¸y nÐn khÝ vµ c«ng suÊt tiªu thô cña c¸c thiÕt bÞ sö dông trong hÖ thèng khÝ nÐn. VÝ dô, sö dông liªn tôc hay gi¸n ®o¹n. H×nh 3-18: B×nh trÝch chøa khÝ nÐn Bé läc Yªu cÇu khÝ nÐn: KhÝ nÐn ®­îc t¹o ra tõ nh÷ng m¸y nÐn khÝ cã chøa ®ùng nhiÒu chÊt bÈn, ®é bÈn cã thÓ ë nh÷ng møc ®é kh¸c nhau. ChÊt bÈn bao gåm: bôi, ®é Èm cña kh«ng khÝ ®­îc hót vµo, nh÷ng phÇn tö nhá, chÊt cÆn b· cña dÇu b«i tr¬n vµ truyÒn ®éng c¬ khÝ. H¬n n÷a, trong qu¸ tr×nh nÐn, nhiÖt ®é khÝ nÐn t¨ng lªn, cã thÓ g©y nªn qu¸ tr×nh «xy ho¸ c¸c phÇn tö kÓ trªn. H×nh 3-19: Bé läc Nh­ vËy, khÝ nÐn bao gåm c¸c chÊt bÈn ®­îc dÉn ®i trong èng dÉn khÝ sÏ g©y ¨n mßn, gØ xÐt trong èng vµ trong c¸c phÇn tö cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Do ®ã, khÝ nÐn sö dông trong kü thuËt cÇn thiÕt ph¶i ®­îc xö lý. Møc ®é xö lý khÝ nÐn tuú thuéc ph­¬ng ph¸p xö lý, tõ ®ã x¸c ®Þnh chÊt l­îng cña khÝ nÐn t­¬ng øng cho tõng tr­êng hîp øng dông cô thÓ. NhiÖm vô Bé läc trong ®­êng èng ®­îc thiÕt kÕ ®Ó thùc hiÖn hai chøc n¨ng: läc c¸c chÊt bôi bÈn vµ t¸ch n­íc ng­ng tô trong kh«ng khÝ khi ®i ngang qua nã. Bé läc cã chÐn läc b»ng nhùa trong suèt Polycarbonate. ChÐn läc cã thÓ bÞ xuèng cÊp sau mét thëi gian sö dông vµ d­íi ®ã d­íi t¸c dông cña ¸p suÊt nã cã thÓ bÞ vì, v× vËy cÇn ph¶i cã bé phËn b¶o vÖ b»ng kim lo¹i. NÕu chÐn läc cò, ®é trong suèt kh«ng cßn th× ph¶i thay chÐn míi, còng cã thÓ thay b»ng chÐn kim lo¹i. Khi cÇn röa s¹ch chÐn läc, cã thÓ dïng b»ng n­íc xµ phßn, n­íc röa chÐn hoÆc dÇu löa, kh«ng ®­îc dïng c¸c dung dÞch gi¶i vµ c¸c dung dÞch dung m«i kh¸c. Van gi¶m ¸p V× ¸p suÊt hÖ thèng ph©n phèi lu«n lu«n lín h¬n ¸p suÊt yªu cÇu cña c¸c thiÕt bÞ hoÆc hÖ thèng vËn hµnh b»ng khÝ nÐn, nªn viÖc gi¶m ¸p lµ rÊt cÇn thiÕt. MÆc dï thuËt ng÷ “ van gi¶m ¸p” ®óng víi chøc n¨ng cña van, nh­ng thuËt ng÷ th­êng dïng h¬n lµ “ bé ®iÒu tiÕt ¸p suÊt”. V× lùc t¸c dông ë ®Çu ra cña xilanh hoÆc dông cô khÝ nÐn phô thuéc vµo ¸p suÊt hÖ thèng nªn nãi van gi¶m ¸p lµ mét bé ®iÒu tiÕt lùc còng ®óng. H×nh 3-20: KÕt cÊu van gi¶m ¸p Trong s¬ ®å: Fs: Lùc cña lß xo P2: ¸p suÊt thø cÊp P1: ¸p suÊt s¬ cÊp A: diÖn tÝch mµng. Fd: Lùc t¸c ®éng lªn mµng do ¸p suÊt P2 t¹o nªn. Q: L­u l­îng khÝ qua van. : Lµ ®é chªnh lÖch ¸p suÊt gi÷a P1 vµ P2. Cã hai lo¹i van gi¶m ¸p: Van gi¶m ¸p kh«ng cã chøc n¨ng gi¶m ¸p hÖ thèng thø cÊp. Van gi¶m ¸p víi chøc n¨ng gi¶m ¸p hÖ thèng. §Ó hiÓu nguyªn lý ho¹t ®éng ta xem xÐt lo¹i van gi¶m ¸p kh«ng cã chøc n¨ng gi¶m ¸p hÖ thèng thø cÊp. Van gi¶m ¸p nµy cã hai chøc n¨ng quan trong ®­îc tãm t¾t nh­ sau: + Duy trú ¸p suÊt thø cÊp( ¸p suÊt ®iÒu chØnh) gÇn nh­ kh«ng ®æi, kh«ng phô thuéc vµo sù dao ®éng vÒ l­u l­îng yªu cÇu ë phÝa thø cÊp ( phÝa ra). + Trong ®iÒu kiÖn ¸p suÊt s¬ cÊp P1 kh«ng dao ®éng vµ dßng khÝ yªu cÇu phÝa thø cÊp æn ®Þnh, van duy tr× ë mét vÞ trÝ æn ®Þnh vµ c¸c lùc Fs, Fd b»ng nhau, nh­ng ng­îc chiÒu. Trong ®iÒu kiÖn nµy van sÏ x¸c lËp mét vÞ trÝ æn ®Þnh ( ®­îc ®iÒu tiÕt bëi mµng mµ van g¾n vµo) t¹o ra mét sù gi¶m ¸p chÝnh x¸c víi yªu cÇu. Gi¶i thÝch ®éng häc: Khi yªu cÇu vÒ l­u l­îng Q trong hÖ thèng t¨ng lªn, ¸p suÊt P2 sÏ gi¶m vµ sù c©n b»ng bÞ ph¸ vì ( Fs>Fd), lß xo sÏ ®Èy mµng ®i xuèng vµ lç th«ng khÝ cña van më réng h¬n, ®é chªnh lÖch ¸p suÊt sÏ gi¶m vµ ¸p suÊt l¹i t¨ng lªn, sù c©n b»ng ®­îc x¸c lËp trë l¹i(Fs= Fd). Khi ¸p suÊt P1 dao ®éng cßn ¸p suÊt P2 còng cã khuynh h­íng dao ®éng theo nh­ng mµng sÏ ®iÒu chØnh ®Ønh van liªn tôc, nhê ®ã P2 ®­îc duy tr×. Khi ¸p suÊt P2 t¨ng, Fd>Fs mµng ®i lªn, lç th«ng khÝ gi¶m, t¨ng. V× vËy ¸p suÊt l¹i gi¶m. NÕu phÝa thø cÊp kh«ng cã yªu cÇu dßng ch¶y khÝ nÐn th× ¸p suÊt ë buång thø cÊp ( P2)sÏ t¨ng lªn cho ®Õn khi b»ng víi ¸p suÊt s¬ cÊp P1 mµng ®­îc ®Èy xuèng phÝa d­íi cho ®Õn khi lùc cña lß xo Fs=P1xA. Lóc ®ã van ®ãng hoµn toµn. M¹ch ®­êng èng: M¹ch ®­êng èng dÉn khÝ nÐn lµ thiÕt bÞ truyÒn dÉn khÝ nÐn tõ m¸y nÐn khÝ ®Õn b×nh trÝch chøa råi ®Õn c¸c hÖ thèng trong bé ®iÒu khiÓn vµ c¬ cÊu chÊp hµnh. M¹ch ®­êng èng dÉn khÝ nÐn cã thÓ chia thµnh hai lo¹i: M¹ch ®­êng èng ®­îc l¾p r¸p cè ®Þnh( m¹ng ®­êng èng trong nhµ m¸y). M¹ng ®­êng èng ®­îc l¾p r¸p di ®éng ( m¹ng ®­êng èng trong d©y truyÒn hoÆc trong m¸y mãc thiÕt bÞ). Th«ng sè c¬ b¶n cho m¹ng ®­êng èng l¾p r¸p cè ®Þnh lµ ngoµi l­u l­îng khÝ nÐn cßn vËn tèc dßng ch¶y, tæn thÊt ¸p suÊt trong èng dÉn khÝ nÐn, ¸p suÊt yªu cÇu, chiÒu dµi èng dÉn vµ c¸c phô tïng nèi èng. L­u l­îng: Phô thuéc vµo vËn tèc dßng ch¶y. VËn tèc dßng ch¶y trong èng cµng lín th× tæn thÊt ¸p suÊt cµng cao. VËn tèc dßng ch¶y: §­îc chän theo tµi liÖu vµ th­êng n»m trong kho¶ng 6-10 m/s. VËn tèc dßng ch¶y khi qua c¸c ®o¹n nèi èng sÏ t¨ng lªn nhÊt thêi khi d©y truyÒn m¸y mãc ®¹ng vËn hµnh. Tæn thÊt ¸p suÊt: Th«ng th­êng yªu cÇu tæn thÊt ¸p suÊt lµ 0,1 bar trong èng dÉn chÝnh. Tuy nhiªn trong thùc tÕ, sai sè tÝnh ®Õn b»ng 5% ¸p suÊt yªu cÇu. VÝ dô: ¸p suÊt yªu cÇu cña hÖ thèng lµ 7 bar th× tæn thÊt ¸p suÊt tÝnh ®­îc lµ 0,35 bar lµ chÊp nhËn ®­îc. NÕu trong èng dÉn chÝnh cã l¾p c¸c phô tïng nèi èng, c¸c van th× tæn thÊt ¸p suÊt cña hÖ thèng sÏ t¨ng lªn. M¹ng ®­êng èng l¾p r¸p di ®éng: M¹ng ®­êng èng l¾p r¸p di ®éng ®a d¹ng h¬n m¹ng ®­êng èng l¾p r¸p cè ®Þnh. Ngoµi nh÷ng ®­êng èng b»ng kim lo¹i cã thµnh èng máng ng­êi ta cßn sö dông c¸c lo¹i èng dÉn kh¸c b»ng nhùa, vËt liÖu tæng hîp c¸c èng b»ng cao su, c¸c èng mÒm b»ng vËt liÖu tæng hîp. §­êng kÝnh èng dÉn ph¶i t­¬ng ®­¬ng víi ®­êng kÝnh c¸c mèi nèi cña c¸c phÇn tö ®iÒu khiÓn. Ngoµi mèi nèi b»ng ren, m¹ng ®­êng èng l¾p r¸p di ®éng cßn sö dông c¸c mèi nèi c¾m víi c¸c ®Çu kÑp tuú theo ¸p suÊt yªu cÇu cña khÝ nÐn cho tõng lo¹i m¸y mµ chän nh÷ng lo¹i èng dÉn cã nh÷ng tiªu chuÈn kü thuËt kh¸c nhau. S¬ ®å l¾p r¸p hÖ thèng cung cÊp khÝ nÐn: H×nh 3-21 : HÖ thèng cung cÊp khÝ nÐn HÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng khÝ nÐn HÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng khÝ nÐn ®­îc m« t¶ d­íi ®©y gåm c¸c côm vµ phÇn tö chÝnh cã chøc n¨ng sau: C¬ cÊu t¹o n¨ng l­îng: M¸y nÐn khÝ, b×nh tÝch chøa, bé läc... PhÇn tö nhËn tÝn hiÖu: C¸c lo¹i nót b©m... PhÇn tö xö lý: van ¸p suÊt, van ®iÒu khiÓn tõ xa... PhÇn tö ®iÒu khiÓn: Van ®¶o chiÒu. C¬ cÊu chÊp hµnh: xilanh, ®éng c¬ khÝ nÐn N¨ng l­îng ®iÒu khiÓn cã thÓ b»ng khÝ nÐn hoÆc b»ng ®iÖn. C¸c phÇn tö chÝnh cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng khÝ nÐn: Van ®¶o chiÒu Van ®¶o chiÒu cã nhiÖm vô ®iÒu khiÓn dßng n¨ng l­îng b»ng c¸ch ®ãng më hay thay ®æi vÞ trÝ c¸c cöa van ®Ó thay ®æi c¸c h­íng cña dßng khÝ nÐn. 1) Ký hiÖu cña van ®¶o chiÒu: VÞ trÝ cña van ®­îc ký hiÖu b»ng c¸c « vu«ng liÒn nhau víi c¸c ch÷ c¸i o, a, b, c, ... hay c¸c ch÷ sè 0, 1, 2, 3... a o b a b H×nh 3 - 22: Ký hiÖu van ®¶o chiÒu VÞ trÝ kh«ng lµ vÞ trÝ mµ khi van ch­a cã t¸c ®éng cña tÝn hiÖu bªn ngoµi vµo. §èi víi van 3 vÞ trÝ , th× vÞ trÝ ë gi÷a, ký hiÖu ‘0’ lµ vÞ trÝ ‘ kh«ng’. §èi víi van 2 vÞ trÝ th× vÞ trÝ ‘kh«ng’ cã thÓ lµ a hoÆc b. Th«ng th­êng vÞ trÝ bªn ph¶i b lµ vÞ trÝ ‘ kh«ng’. Cöa nèi van ®­îc ký hiÖu nh­ sau: ISO 5599 ISO 1219 Cöa nèi nguån ( tõ bé läc khÝ) 1 P Cöa nèi lµm viÖc 2, 4, 6, ... A, B, C, ... Cöa x¶ khÝ 3, 5, 7, ... R, S, T, ... Cöa nèi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn 12, 14, ... X, Y, ... a b H× nh 3-23: Ký hiÖu cöa x¶ Bªn trong « vu«ng cña mçi vÞ trÝ lµ c¸c ®­¬ng mòi tªn biÓu diÔn h­íng chuyÓn ®éng cña dßng khÝ nÐn qua van. Khi dßng bÞ chÆn th× ®­îc biÓu diÔn b»ng dÊu g¹ch ngang. o 1 4(B) 2(A) 12(A) 14(Z) 3(R) 5(S) 1(P) Cöa nèi ®iÒu khiÓn Cöa 1 nèi víi cöa 4 Cöa x¶ khÝ cã mèi nèi cho èng dÉn Cöa nèi ®iÒu khiÓn Cöa 1 nèi víi cöa 2 Cöa x¶ khi kh«ng cã mèi nèi cho ®­êng èng dÉn Nèi víi nguån khÝ nÐn H×nh 3-24: Ký hiÖu vµ tªn gäi cña c¸c cöa van ®¶o chiÒu H×nh trªn lµ ký hiÖu cña van ®¶o chiÒu 5/2 ( van 5 vÞ trÝ 2 cöa). C¸ch gäi tªn vµ ký hiÖu cña mét sè van ®¶o chiÒu: Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Van ®¶o chiÒu 2/2 Van ®¶o chiÒu 4/2 Van ®¶o chiÒu 5/2 3.3.2.2 TÝn hiÖu t¸c ®énglªn van ®¶o chiÒu TÝn hiÖu t¸c ®éng vµo van ®¶o chiÒu cã 4 lo¹i lµ: T¸c ®éng b»ng tay, t¸c ®éng b¨ng c¬ häc, t¸c ®éng b»ng khÝ nÐn vµ t¸c ®éng b»ng nam ch©m ®iÖn. TÝn hiÖu t¸c ®éng tõ 2 phÝa ( ®èi víi van ®¶o chiÒu kh«ng cã vÞ trÝ ‘kh«ng’. Hay chØ tõ mét phÝa ( ®èi víi van ®¶o chiÒu cã vÞ trÝ ‘ kh«ng’). T¸c ®éng b»ng tay: Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Ký hiÖu nót nhÊn tæng qu¸t Nót bÊm Tay g¹t Bµn ®¹p T¸c ®éng b»ng khÝ t¸c ®éng nÐn: Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Trùc tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn vµo Trùc tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn ra Trùc tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn vµo víi ®­êng kÝnh 2 ®Çu nßng van kh¸c nhau. Gi¸n tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn ra qua van phô trî T¸c ®éng b»ng c¬ häc: Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu §Çu dß C÷ chÆn b»ng con l¨n t¸c ®éng mét chiÒu. Lß xo Nót nhÊn cã r·nh ®Þnh vÞ T¸c ®éng b»ng nam ch©m ®iÖn: Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Trùc tiÕp B»ng nam ch©m ®iÖn va van phô trî T¸c ®éng theo c¸ch h­íng dÉn cô thÓ * 3.3.2.3 Van ®¶o chiÒu cã vÞ trÝ ‘kh«ng’: Van ®¶o chiÒu cã vÞ trÝ ‘ kh«ng’ lµ lo¹i van t¸c ®éng b»ng c¬ häc vµ ký hiÖu lß xo n»m ngay vÞ trÝ bªn c¹nh « vu«ng phÝa bªn ph¶i cña ký hiÖu van. T¸c dông lªn phÝa ®èi diÖn nßng van lµ tÝn hiÖu b»ng c¬, khÝ nÐn hay b»ng ®iÖn. Khi ch­a cã tÝn hiÖu t¸c ®éng, vÞ trÝ cña c¸c cöa nèi ®­îc biÓu diÔn trong « vu«ng phÝa bªn ph¶i ®èi víi van ®¶o chiÒu hai vÞ trÝ. Cßn ®èi víi van ®¶o chiÒu 3 vÞ trÝ th× vÞ trÝ ‘ kh«ng’ n»m ë gi÷a. VÝ dô : van ®¶o chiÒu 2/2 t¸c ®éng b»ng nam ch©m ®iÖn: R o 1 1 Y H×nh 3-25: Van ®¶o chiÒu cã vÞ trÝ ‘kh«ng’ Van cã hai cöa P vµ R, hai vÞ trÝ 0 vµ 1. T¹i vÞ trÝ 0, cöa P vµ R bÞ chÆn. Khi cuén Y cã ®iÖn, tõ vÞ trÝ 0 van chuyÓn sang vÞ trÝ 1, cöa P nèi víi R. Khi cuén hót Y kh«ng cã ®iÖn, do t¸c ®éng cña lß xo phÝa ®èi diÖn, van sÏ quay trë vÒ vÞ trÝ ban ®Çu. 3.3.2.4 Van ®¶o chiÒu kh«ng cã vÞ trÝ ‘kh«ng’: Khi kh«ng cã tÝn hiÖu t¸c ®éng lªn ®Çu dßng n÷a, th× vÞ trÝ 0 cña van vÉn ®­îc gi÷ nguyªn ®Ó ®îi tÝn hiÖu t¸c ®éng tõ phÝa nßng van ®èi diÖn. VÞ trÝ t¸c ®éng ký hiÖu lµ a, b, c, ... TÝn hiÖu t¸c ®éng cã thÓ lµ: T¸c ®éng b»ng tay hay bµn ®¹p. T¸c ®éng b»ng dßng khÝ nÐn ®iÒu khiÓn ®i vµo hay ®i ra tõ hai phÝa nßng van. T¸c ®éng trùc tiÕp b»ng ®iÖn tõ hay gi¸n tiÕp b»ng dßng khÝ nÐn ®i qua van phô trî. Van ch¾n Van ch¾n lµ lo¹i van chØ cho dßng khÝ nÐn ®i qua mét chiÒu, chiÒu cßn l¹i bÞ chÆn. Van ch¾n gåm cã c¸c lo¹i sau: Van mét chiÒu Van logic(OR, AND). Van x¶ khÝ nhanh. Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Van mét chiÒu cã t¸c dông chØ cho dßng khÝ nÐn ®i qua mét chiÒu, chiÒu ng­îc l¹i bÞ chÆn. A B Van logic OR: Khi cã dßng khÝ nÐn vµo tõ P1 th× cöa P2 bÞ chÆn vµ cöa P1 nèi víi A. Ng­îc l¹i khi dßng khÝ nÐn vµo P2 th× cöa P1 bÞ chÆn, cöa P2 nèi víi cöa A. P1 P2 A Van logic AND: Khi cã dßng khÝ nÐn vµo P1 th× P1 bÞ chÆn, vµ ng­îc l¹i khi cã dßng khÝ nÐn vµo P2 th× P2 bÞ chÆn. ChØ khi nµo c¶ P1 vµ P2 cã dßng khÝ nÐn vµo th× míi cã khÝ nÐn qua cöa A A P P Van x¶ khÝ nhanh: Khi dßng khÝ nÐn vµo cöa P, ch¾n cöa R, cöa P nèi víi cöa A. Khi dßng khÝ nÐn vµo tõ A, cöa P bÞ chÆn, cöa A nèi víi cöa R, khÝ ®­îc x¶ nhanh ra ngoµi. P R A Van ¸p suÊt Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Van an toµn: B×nh th­êng khÝ ¸p suÊt nhá h¬n hay b¨ng ¸p suÊt cho phÐp, cöa R bÞ chÆn. Khi ¸p suÊt lín h¬n cho phÐp cöa R më ra khÝ nÐn tõ P theo R ra ngoµi. P(1) R(3) Van trµn: Khi ¸p suÊt b¨ng hoÆc lín h¬n cho phÐp th× cöa P nèi víi cöa A. P(1) A Van tiÕt l­u Van tiÕt l­u cã nhiÖm vô thay ®æi l­u l­îng dßng khÝ nÐn, cã nghÜa lµ thay ®æi vËn tèc cña c¬ cÊu chÊp hµnh. Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Van tiÕt l­u cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi: Khe hë cña van cã tiÕt diÖn kh«ng ®æi, do ®ã l­u l­îng dßng khÝ kh«ng thay ®æi. Van tiÕt l­u cã tiÕt diÖn thay ®æi: L­u l­îng dßng khÝ qua van cã thÓ thay ®æi nhê mét vÝt chØnh khe hë tiÕt l­u. Van tiÕt l­u mét chiÒu ®iÒu chØnh b»ng tay:Nguyªn lý lµm viÖc gièng nh­ van tiÕt l­u ®iÒu chØnh b»ng tay tuy nhiªn dßng khÝ chØ bÞ tiÕt l­u mét chiÒu tõ A qua B. Van tiÕt l­u mét chiÒu ®iÒu chØnh b»ng c÷ chÆn: Dßng khÝ cã thÓ bÞ tiÕt l­u mét chiÒu tõ A qua B, tuú vµo vÞ trÝ cña c÷ chÆn mµ tiÕt diÖn khe hë cña van thay ®æi lµm cho l­u l­îng dßng ch¶y thay ®æi. A B C¬ cÊu chÊp hµnh C¬ cÊu chÊp hµnh cã nhiÖm vô biÕn ®æi n¨ng l­îng khÝ nÐn thµnh n¨ng l­îng c¬ häc. C¬ cÊu chÊp hµnh cã thÓ thùc hiÖn chuyÓn ®éng th¼ng ( xilanh) hoÆc chuyÓn ®éng quay ( ®éng c¬ khÝ nÐn). Xilanh Tªn thiÕt bÞ Ký hiÖu Xilanh t¸c dông ®¬n: ¸p lùc khÝ nÐn chØ vµo mét phÝa, phÝ cßn l¹i do ngo¹i lùc t¸c dông hoÆc lß xo. Xilanh t¸c dông hai chiÒu: ¸p suÊt khÝ nÐn ®­îc ®­a vµo c¶ h¹i chiÒu. §éng c¬ khÝ nÐn( ®­îc tr×nh bµy trong phÇn ®éng c¬). 3.4 C¸c m¹ch ®iÒu khiÓn khÝ nÐ trong robot c«ng nghiÖp §èi víi ng­êi m¸y c«ng nghiÖp lµm viÖc trong m«i tr­êng nguy hiÓm nh­ dÔ ch¸y, dÔ næ ..., viÖc dïng khÝ nÐn trong hÖ truyÒn dÉn cña chóng lµ rÊt thÝch hîp. Tuy nhiªn dïng hÖ truyÒn dÉn khÝ nÐn cògn kh«ng Ýt nh­îc ®iÓm. Tr­íc hÕt lµ do ®Æc ®iÓm nÐn ®­îc cña chÊt khÝ, cho nªn chuyÓn ®éng do chóng ®­îc thùc hiÖn th­êng kÌm theo dao ®éng kh«ng chÝnh x¸c lóc dõng, nhÊt lµ hoÆc c¸c vÞ trÝ trung gian. Ngoµi ra, cßn cÇn cã c¸c biÖn ph¸p phun dÇu b«i tr¬n, läc bôi, läc Èm vµ gi¶m ån. ChÝnh v× nh÷ng lý do ®ã, hiÖn nay c¸c hÖ truyÒn ®éng tù ®éng khÝ nÐn th­êng dïng chñ yÕu trong c¸c ng­êi m¸y c«ng nghiÖp cã ®iÒu khiÓn theo chu kú, thùc hiÖn c¸c thao t¸c ®¬n gi¶n. C¸c ng­êi m¸y nµy th­êng ®­îc thiÕt kÕ víi søc n©ng t¶i 10 kg vµ ®­îc sö dông trong c¸c nguyªn c«ng ®¬n gi¶n nh­ cÊp ph«i liÖu cho m¸y rÌn dËp, m¸y c¾t kim lo¹i. Trong giíi h¹n cña ®å ¸n nµy chóng t«i giíi thiÖu mét vµi hÖ truyÒn ®éng khÝ nÐn th­êng gÆp trong robot c«ng nghiÖp: H×nh 3-26: C¸c m« h×nh truyÒn ®éng khÝ nÐn th­êng gÆp trong r«bèt c«ng nghiÖp Trong ®ã: XL : Xilanh khÝ nÐn. TB§C : ThiÕt bÞ ®¶o chiÒu dßng khÝ nÐn. Ch­¬ng 4 Ph­¬ng ph¸p lËp tr×nh b»ng Plc ®Ó ®iÒu khiÓn hÖ thèng chÊp hµnh trong r«bèt c«ng nghiÖp HÖ thèng ®iÒu khiÓn thuû lùc trong r«bèt cÊp ph«i tù ®éng 4.1.1 S¬ qua vÒ hÖ thèng l¾p ®Æt S¬ ®å l¾p ®Æt ®­îc tr×nh bµy trong s¬ ®å khèi ë h×nh sau: H×nh 4-1: S¬ ®å khèi hÖ thèng truyÒn ®éng-tù ®éng khÝ nÐn ®iÒu khiÓn b»ng PLC Ng­êi lËp tr×nh viªn sau khi ®­a ra c¸c s¬ ®å tr¹ng th¸i g¾n c¸c biÕn cÇn thiÕt theo ý ®å vµ dïng thuËt to¸n l«gÝc ®Ó lËp ch­¬ng tr×nh cho nh÷ng bµi to¸n cô thÓ. Nh÷ng bµi to¸n nµy ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng s¬ ®å h×nh thang vµ ®­îc ghi vµo æ ®Üa cña m¸y tÝnh theo nh÷ng kÝ hiÖu nhÊt ®Þnh ®Ó dÔ t×m. Sau khi ®· cã ch­¬ng tr×nh ch¹y ta thùc hiÖn ghÐp CPU m¸y tÝnh víi bé vi xö lý. ViÖc thùc hiÖn ghÐp nµy th«ng qua cæng giao tiÕp RS232. H×nh 4.2 S¬ ®å ch©n cæng giao tiÕp m¸y tÝnh v RS_232C µ PLC: Ta còng cã b¶ng ®iÒu khiÓn s¬ bé ®Êu tõ PLC víi c¸c ®Çu vµo/ra nh­ sau: H×nh 4-3 S¬ ®å ghÐp nèi ®Çu vµo trªn bé PLC OMRON H×nh 4.4: S¬ ®å ghÐp nèi ®Çu ra trªn bé PLC OMRON H×nh 4-5 S¬ ®å nguyªn lý ghÐp nèi gi÷a van vµ c¬ cÊu chÊp hµnh t­¬ng øng Trªn c¸c van cã l¾p c¸c bé ®iÒu khiÓn ®iÖn (1) & (2) khi cã tÝn hiÖu ®iÖn tíi vµ ph¶n håi sÏ ®¶o chiÒu dßng khÝ vµo xilanh (3). Ta cã thÓ thiÕt kÕ mét hÖ thèng khÝ nÐn trong r«bèt cã 5 xilanh . C¸c xilanh nµy cã thÓ lµm viÖc riªng lÎ hoÆc phèi hîp víi nhau theo chu tr×nh kÝn. M¸y nÐn khÝ ®­îc dÉn khÝ vµo xilanh vµ c¸c van b»ng c¸c ®­êng èng cao su mÒm lµ dung m«i vËn chuyÓn thiÕt bÞ. 4.2 Dïng bé PLC OMRON CPM2A ®iÒu khiÓn hÖ truyÒn ®éng tù ®éng mét c¬ cÊu chÊp hµnh Tr­íc khi dïng PLC ®iÒu khiÓn 1 ®èi t­îng ta ph¶i lËp biÓu ®å tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña c¬ cÊu chÊp hµnh ®­îc chän. H×nh 4-6 BiÓu ®å tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña hÖ truyÒn ®éng tù ®éng khÝ nÐn cã 1 c¬ cÊu chÊp hµnh Tr­êng hîp ®iÒu khiÓn theo vÞ trÝ ( kh«ng cã trÔ t = 0) Trong tr­êng hîp nµy do yªu cÇu cña c«ng nghÖ ta cã biÓu ®å tr¹ng th¸i nh­ h×nh 4.5 Ta dïng PLC OMRON SYSMAC CPM2A ®Ó ®iÒu khiÓn tù ®éng 1 ®èi t­îng: §Æt c¸c cÊu h×nh vµo ra vµ lËp tr×nh PLC ®Çu vµo: 00002 = Start (C«ng t¾c bËt) 00000 = C«ng t¾c hµnh tr×nh d­íi 00001 = C«ng t¾c hµnh tr×nh trªn PLC ®Çu ra: 01000 = TÝn hiÖu ®Çu ra van ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn tõ (ph¶i) 01001 = TÝn hiÖu ®Çu vµo van ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn tõ (tr¸i) Theo biÓu ®å tr¹ng th¸i ra they: Khi nhÊn c«ng t¾c Start (0002) ®Ó vËn hµnh, tÝn hiÖu ®Çu vµo 0000 xuÊt hiÖn (c«ng t¾c 0000 bÞ ®Ì) ®Ó ch¹y, khi ®ã sÏ kÝch tÝn hiÖu ®Çu ra 1101 lµm viÖc ®¶o chiÒu dßng khÝ nÐn lµm pitt«ng ch¹y sang tr¸i ®Ì vµo c«ng t¾c 0001 (®Çu vµo) lóc ®ã tÝn hiÖu ®­îc b¸o vÒ bé trung t©m PLC kÝch tÝn hiÖu ®Çu ra 1100 lµm viÖc vµ l¹i ®¶o chiÒu vÒ vÞ trÝ ®Çu. Chu tr×nh cø diÔn ra nh­ vËy khÐp kÝn. Ta cã biÓu ®å h×nh thang vµ ph­¬ng tr×nh cø diÔn ra nh­ vËy khÐp kÝn. Ta cã biÓu ®å h×nh thang vµ ph­¬ng ph¸p liÖt kª sau: H×nh 4-7: S¬ ®å h×nh thang vµ ph­¬ng ph¸p liÖt kª cho mét ®åi t­îng tù ®éng ®iÒu khiÓn theo vÞ trÝ. Tr­êng hîp cã trÔ (t ¹ 0) Hoµn toµn lý luËn t­¬ng tù trªn biÓu ®å tr¹ng th¸i tÝn hiÖu ®Çu ra 01100 bÞ trÔ thêi gian t H×nh 4-8 BiÓu ®å h×nh thang vµ ph­¬ng ph¸p liÖt kª cho 1 ®èi t­îng tù ®éng ®iÒu khiÓn theo thêi gian Dïng bé PLC OMRON SYSMAC CPM2A ®iÒu khiÓn hÖ truyÒn ®éng tù ®éng nhiÒu c¬ cÊu chÊp hµnh Tuú thuéc vµo bé PLV cã bao nhiªu ®Çu vµo vµ ra mµ ta quyÕt ®Þnh ®­îc sè ®èi t­îng nhiÒu nhÊt cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc. Râ rµng nÕu bé PLC cµng nhiÒu ®Çu vµo vµ ra th× sÏ ®iÒu khiÓn ®­îc nhiÒu ®èi t­îng. Trong tr­êng hîp nµy: Bé PLC OMRON SYSMAC CPM2A cã 12 ®Çu ra dïng 1 ®Çu ra t­¬ng øng víi ®Çu vµo 00002 lµm c«ng t¾c Start vµ mét ®Çu ra dù phßng. VËy cßn 10 ®Çu ra t­¬ng øng víi 10 tÝn hiÖu ®ãng më cña van ®iÖn tõ. VËy ta cã kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®­îc nhiÒu ®èi t­îng: ë ®©y ta ®iÒu khiÓn 5 c¬ cÊu chÊp hµnh øng víi 5 xilanh khÝ. VÝ dô dïng bé PLC OMRON SYSMAC CPM2A ®iÒu khiÓn hÖ truyÒn ®éng tù ®éng 5 xilanh chÊp hµnh cã t = 0 vµ t ¹ 0. §iÒu khiÓn 5 xilanh khÝ nÐn tù ®éng øng víi t = 0. H×nh 4-9 BiÓu ®å tr¹ng th¸i cña hÖ truyÒn ®éng tù ®éng khÝ nÐn cã 5 xilanh chÊp hµnh ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng bé PLC OMRON SYSMAC CPM2A Do yªu cÇu c«ng nghÖ ta cã biÓu ®å tr¹ng th¸i cña 5 xilanh khÝ lµm viÖc theo chu tr×nh trªn h×nh 4.8. Ta ph¶i ®Æt cÊu h×nh vµo ra dùa trªn biÓu ®å tr¹ng th¸i: PLC ®Çu vµo: 002 = Start (C«ng t¾c bËt hÖ thèng) = C«ng t¾c hµnh tr×nh d­íi vµ trªn cho xilanh A = C«ng t¾c hµnh tr×nh d­íi vµ trªn cho xilanh B = C«ng t¾c hµnh tr×nh d­íi vµ trªn cho xilanh C = C«ng t¾c hµnh tr×nh d­íi vµ trªn cho xilanh D = C«ng t¾c hµnh tr×nh d­íi vµ trªn cho xilanh E VËy ta sö dông 11 ®Çu vµo ®Ó tham gia vµo qu¸ tr×nh lËp tr×nh PLC ®Çu ra: 1101,1100 øng víi hµnh tr×nh tr¸i, ph¶i cña xilanh A 1007,1006 øng víi hµnh tr×nh tr¸i, ph¶i cña xilanh B 1103,1102 øng víi hµnh tr×nh tr¸i, ph¶i cña xilanh C 1001,1000 øng víi hµnh tr×nh tr¸i, ph¶i cña xilanh D 1005,1004 øng víi hµnh tr×nh tr¸i, ph¶i cña xilanh E S¬ ®å nguyªn lý lµm viÖc 5 xilanh dùa trªn biÓu ®å tr¹ng th¸i ®­îc m« t¶ trªn h×nh 4.9 H×nh 4-10 S¬ ®å nguyªn lý cña 5 xilanh khÝ sau khi g¾n ®Þa chØ ®Çu vµo vµ ®Çu ra. Lý luËn mét c¸ch t­¬ng tù nh­ tr­êng hîp 1 xilanh ta sÏ viÕt ®­îc biÓu ®å h×nh thang vµ biÓu ®å liÖt kª cña 5 xilanh lµm viÖc tù ®éng theo chu tr×nh kÝn. Tr­êng hîp t ¹ 0 TrÔ trong PLC: Bé phËn trÔ trong PLC ®­îc nèi víi 1 m¸y ph¸t ®iÖn. NhÞp ®Ëp ®iÖn tö bªn trong do 1 m¹ch vi xö lý cña PLC ®iÒu khiÓn. Mét PLC cã thÓ xö lý ë c¸c nhÞp ®Ëp dµi, ng¾n kh¸c nhau. Trªn mét sè s¶n phÈm cña PLC ng­êi lËp tr×nh cã thÓ quyÕt ®Þnh vµ chän c¬ së thêi gian. Tuy nhiªn thêi gian OMRON ®­îc lËp tr×nh víi c¬ së thêi gian tû lÖ nhÞp ®Ëp 0,1 gi©y. C¬ së thêi gian nµy do qui tr×nh c«ng nghÖ ®Æt ra. VÝ dô: Cho xilanh (B) trÔ 0,2 gi©y. Cho xilanh (C) trÔ 0,5 gi©y. Cho xilanh (D) trÔ 0,8 gi©y. Cho xilanh (E) trÔ 2 gi©y. 4.3 Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®éng c¬ sö dông PLC LG K7M-DR30S 4.3.1 Ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn vÞ trÝ ®éng c¬ 1 chiÒu: 4.3.2 KÕt cÊu c¬ khÝ trong m« h×nh m« pháng vÒ ®iÒu khiÓn hµnh tr×nh vµ vÞ trÝ b»ng vÝt me-®ai èc. Nguyªn lý chung cña hÖ thèng lµ dïng vÝtme - ®ai èc ®Ó biÕn chuyÓn ®éng quay thµnh chuyÓn ®éng th¼ng, trong ®ã vÝtme quay do ®­îc nèi trôc víi ®éng c¬ mét chiÒu, cßn ®ai èc ®­îc chèng xoay nªn cã thÓ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc theo trôc cña vÝtme. VÞ trÝ vµ hµnh tr×nh cña ®ai èc phô thuéc vµo qu¸ tr×nh quay, dõng hoÆc quay ®¶o chiÒu cña vÝtme. a. VÝtme-®ai èc. H4-11 Trôc vÝt me-®ai èc Trôc vÝt me cã kÝch th­íc nh­ h×nh vÏ, ®­îc chÕ t¹o b»ng thÐp hîp kim cã b­íc ren 3mm. Mét ®Çu trôc ®­îc ®ì b»ng æ l¨n ®· chÕ t¹o s½n, ®Çu kia ®­îc ®ì b»ng æ bi ®ì. §ai èc ®­îc chÕ t¹o b»ng thÐp hîp kim, cã kÝch th­íc nh­ h×nh vÏ. H4-12 §ai èc b, ChÕ t¹o c¸c gèi ®ì, ®Õ vµ c¸c chi tiÕt kh¸c trong m« h×nh. + Hai gèi ®ì trôc vÝt me: ChÕ t¹o b»ng thÐp tÊm C45, dÇy 2mm, c¸c lç khoan b¨ng mòi khoan ruét gµ trªn m¸y khoan cÇn ®¹t cÊp chÝnh x¸c 12. H4-13 Gèi ®ì trôc vÝt me + TÊm nèi ch÷ L §­îc c¾t tõ thanh c÷ L cã s½n b¸n trªn thÞ tr­êng, 2 ®o¹n mçi ®o¹n dµi 40mm, dïng ®Ó nèi cøng gi÷a c¸c gi¸ ®ì æ trôc vµ tÊm ®Õ. H5-14 TÊm nèi ch÷ L + Nèi trôc Dïng ®Ó nèi trôc gi÷a trôc ®éng c¬ vµ trôc cña vÝt me, nèi trôc ®­îc chÕ t¹o b»ng ®ång. Do hai ®Çu trôc cã ®­êng kÝnh kh¸c nhau ( trôc ®éng c¬: f6, trôc cña vÝt me: f8 ), nªn nèi trôc ®­îc gia c«ng hai lç trong mét lÇn g¸ trªn m¸y tiÖn. Khoan xuyªn t©m lç f6 sau ®ã khoan lç f8 dµi 15mm. §Ó chèng xoay t­¬ng ®èi gi÷a hai trôc, trªn nèi trôc cã khoan vµ tar« ren hai lç f3 vu«ng gãc víi t©m trôc, khi nèi trôc ta chØ cÇn xiÕt hai con vÝt ë hai ®Çu ®Ó ®¹t ®­îc yªu cÇu cña khíp nèi. H5-15 Nèi trôc + Gèi n¾p æ bi. §­îc dïng ®Ó n¾p æ bi( Vßng trong f6, vßng ngoµi f22) , chi tiÕt nµy ®­îc chÕ tao b»ng thÐp C45, mÆt ngoµi ph¼ng cã khoan hai lç f5 ®Ó n¾p trªn gi¸ ®ì. H 5-16 Gèi n¾p æ bi + Chi tiÕt chèng xoay. §­îc dïng ®Ó chèng xoay ®ai èc, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc do vÝtme quay ®ång tèc víi trôc ®éng c¬, muèn biÕn chuyÓn ®éng quay cña vÝtme thµnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña ®ai èc ta ph¶i chèng xoay cho ®ai èc ®ã. Chi tiÕt nµy ®­îc chÕ t¹o b»ng ®ång, c¸c lç trªn chi tiÕt ®­îc khoan b»ng mòi khoan ruét gµ trªn m¸y khoan cÇn. H5-17 Chi tiÕt chèng xoay Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m« h×nh m« pháng hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng trªn vÝtme-®ai èc. §Ó ®iÒu khiÓn vÞ trÝ vµ hµnh tr×nh cña ®ai èc trªn trôc vÝtme ta ph¶i ®iÒu khiÓn ®­îc tèc ®é, chiÒu quay vµ sù ®ãng më cña ®éng c¬. Khi ®éng c¬ quay, trôc vÝtme còng quay theo, do ®­îc chèng xoay nªn ®ai èc chØ cã thÓ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc theo trôc vÝtme. Trªn m« h×nh ta cã ®Æt ba c¶m biÕn ®Ó nhËn biÕt vÞ trÝ cña ®ai èc, phô thuéc vµo vÞ trÝ cña c¶m biÕn vµ yªu cÇu cña ng­êi lËp tr×nh mµ ®éng c¬ sÏ quay, dõng hay ®¶o chiÒu khi ®ai èc ®i ®Õn vÞ trÝ cña c¶m biÕn. KÕt LuËn Qua viÖc nghiªn cøu, tæng hîp c¸c vÊn ®Ò vÒ robot, c¸c tÝnh chÊt, cÊu t¹o vµ ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng, b¶n ®å ¸n ®· ®¹t ®­îc nh÷ng kÕt qu¶ sau: - Nghiªn cøu mét c¸ch tæng quan vÒ robot: sù ph¸t triÓn, ph©n lo¹i,s¬ ®å cÊu tróc chøc n¨ng cña robot vµ nh÷ng øng dông robot trong c«ng nghiÖp… - X©y dùng vµ ph©n tÝch lý thuyÕt ®iÒu khiÓn robot, giíi thiÖu mét sè ph­¬ng ph¸p th­êng sö ®ông ®Ó ®iÒu khiÓn trong robot c«ng nghiÖp. - Nghiªn cøu c¸c phÇn tö truyÒn ®éng, c¬ cÊu chÊp hµnh trong robot cÊp ph«i tù ®éng, t×m hiÓu tÝnh chÊt c¸c phÇn tö khÝ nÐn, c¸c lo¹i ®éng c¬ ®iÖn vµ øng dông cña chóng, tõ ®ã d­a ra ph­¬ng ¸n thÝch hîp trong tõng tr­êng hîp cô thÓ. - Giíi thiÖu c¸c bé PLC vÒ tÝnh chÊt vµ chøc n¨ng cña chóng cô thÓ lµ hai lo¹i PLC cña hai h·ng næi tiÕng: OMRON vµ LG - X©y ®ùng thµnh c«ng mét m« h×nh m« pháng vÒ ®iÒu khiÓn tù ®éng, trong ®ã cã thÓ tù lËp tr×nh trªn bé PLC PLC LG K7M-DR30S ®Ó ®iÒu khiÓn hµnh tr×nh vµ vÞ trÝ cho vÝtme - ®ai èc cã sö dông c¸c c¶m biÕn vÞ trÝ. Víi kÕt qu¶ thu ®­îc trong khu«n mét ®å ¸n t«t nghiÖp, ta cã thÓ l¾p ®Æt c¸c phÇn tö khÝ nÐn, c¸c ®éng c¬ vµ ®iÒu khÓn ®ù¬c chóng mét c¸ch tù ®éng vµ cã kh¶ n¨ng thay ®æi ch­¬ng tr×nh th«ng qua viÖc lËp tr×nh trªn bé PLC LG K7M-DR30S. Hoµn thiÖn mét m« h×nh m« pháng vÒ ®iÒu khiÓn tù ®éng mét ®éng c¬ mét chiÒu dïng PLC LG K7M-DR30S , c¸c thiÕt bÞ vµ ch­¬ng tr×nh ®· ch¹y ®óng theo yªu cÇu thiÕt kÕ mét c¸ch æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c. NÕu cã ®iÒu kiÖn, nhãm t¸c gi¶ sÏ tiÕp tôc nghiªn cøu, ph¸t triÓn vµ gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò cßn thiÕu trong b¶n ®å ¸n nµy. Tµi liÖu tham kh¶o [1] M¸y ®iÒu khiÓn theo ch­¬ng tr×nh sè & robot c«ng nghiÖp. T¹ Duy Liªm [2] Robot c«ng nghiÖp. NguyÔn ThiÖn Phóc [3] §iÒu khiÓn b»ng khÝ nÐn trong tù ®éng ho¸ & vµ kü thuËt. NguyÔn Thµnh TrÝ [4] Kü thuËt ROBOT §µo V¨n HiÖp [5] Tay m¸y-Ng­êi m¸y c«ng nghiÖp NguyÔn ThiÖn Phóc