NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Table of Contents
LỜI NÓI ĐẦU_________________________________________________________________3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM__________________4
1.

Tìm hiểu chung về hệ thống phân loại sản phẩm_______________________________4
1.1.

Đặt vấn đề___________________________________________________________4

1.2.

Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm:__________________________________4

1.3.

Ý nghĩa của hệ thống phân loại sản phẩm đối với con người___________________5

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HÊ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO
CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC______________________________________________________7
1.

GIỚI THIỆU CHUNG____________________________________________________7

2.

THÀNH PHẦN CƠ BẢN__________________________________________________7
2.1.


2.7.

ARDUINO__________________________________________________________18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM___________22
1.

Sơ đồ thuật toán và thông số đầu vào_______________________________________22

2.

Tính chọn chọn xylanh___________________________________________________26

3.

Tính toán bộ truyền đai___________________________________________________29
3.1.

Công suất thiết kế:____________________________________________________29

3.2.

Đường kính bánh đai_________________________________________________30
1


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

3.3.



2.3.1.

Cách bố trí sơ đồ và các kí hiệu trong sơ đồ .___________________________37

2.3.2.

2. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ_____________________________________38

Arduino kết nối với hệ thống cảm biến và chấp hành__________________________40
3.1.

Arduino kết nối với màn hình LCD______________________________________40

3.1.1.

Các thông số cơ bản cua lcd_________________________________________40

3.1.2.

Kết nối giữa LCD và Arduino trong hệ thống phân loại sp_________________41

3.2.

Arduino kết nối với cảm biến tiệm cận____________________________________42

3.2.1.

Các thống số cơ bản của cản biến tiệm cận_____________________________42



NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

LỜI NÓI ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao,
vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết. Tự động hóa trong
dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm
thiểu được nhân công lao động. Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao
năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng
ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công, chế biến
sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động
hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC,
robot công nghiệp. Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra
là hệ thống phận loại sản phẩm.
Đồ án “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo chiều cao và màu sắc”
được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên
thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực
tế. Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản
phẩm và phân loại sản phẩm. Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân
công đi kèm với giảm chi phí sản xuất.
Với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần em chưa nắm vững, dù đã
tham khảo nhiều tài liệu. Khi thực hiện đồ án trong tính toán không thể tránh được những thiếu
sót hạn chế. Kính mong được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Bộ Môn Cơ sở thiết kế máy và
robot và đặc biệt thầy đã hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi và cho em nhiều kiến thức
quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này.
Em xin chân thành cảm ơn!

3

“quá trình phân loại sản phẩm” là một trong những thành tựu đáng kể làm thay đổi một nền
sản xuất cũ mang nhiều hạn chế. Làm thay đổi cục diện của nền công nghiệp mạnh mẽ.
Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú đầy tiềm năng cho chúng em tìm hiểu xây
dụng thiết kế cải tiến góp phần vào sự hoàn thiện và phát triển sâu, rộng của nó hơn nữa trong
đời sống sản xuất của con người.
1.2.

Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm:

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống điều khiển tự động hoặc bán tự động nhằm chia
4


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

sản phẩm ra các nhóm có cùng thuộc tính với nhau để thực hiện đóng gói hay loại bỏ sản phẩm
hỏng.
- Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm.
- Ví dụ :


Dựa trên phương thức điều khiển chia ra hệ thống tự động hay bán tự động, có

sự tham gia của con người hay không mức độ đến đâu, điều khiển bằng PLC, vi xử lí.


Theo màu sắc: ( đỏ, vàng, xanh, cam…) màu sắc sẽ được cảm biến màu nhận biết

chuyển sang tín hiệu điện rồi qua bộ chuyển đổi ADC về bộ xử lí.


Một lần nữa khẳng định nó có vai trò rất quan trọng cho hoạt động phát triển cung cấp phân phối
sản phẩm tới con người một cách tốt nhất, giúp đời sống con người được nâng cao hơn. Vấn đề
số lượng và chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể có thể nhận thấy rõ sự phân hóa và đa dạng về
mẫu mã chủng loại của sản phẩm và cũng thấy rõ chất lượng ngày càng được nâng cao và đáp
ứng nhu cầu sức khỏe con người một cách hoàn hảo nhất. Từ đây sự thay thế của máy móc của
các thiết bị hiện đại, đã giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho quá trình sản xuất cũng
như trong các qua trình khác để tạo ra sản phẩm. Nhận thấy một thế mạnh nữa rằng những công
5


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

việc khó khăn phức tạp đã được thay thế bằng máy móc tự động rất nhiều, khi đó con người chỉ
cần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… tại một buồng điều khiển riêng biệt. Nhờ vậy mà
sức khỏe và đời sống vật chất tinh thần ngày càng nâng cao và cải thiện một cách rõ rệt.
Không những vậy kể từ khi ra đời thì các vấn đề về sinh thái, sự ô nhiễm môi trường
sống đang ở mức báo động, hay những biến đổi khí hậu của thiên nhiên đã có sự hình thành
nhanh chóng gây ra những hậu quả vô cùng nguy hiểm. Lâu dài nó sẽ làm cho sự tồn tại của con
người không được bền lâu. Bởi vậy, hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng trong nhiều hệ thống
tự động khác có ý nghĩa hơn vào thế kỉ này. Do con người không thể tác động trực tiếp những tác
hại và hậu quả gây ra và giải pháp tối ưu cho các hệ thống tự động cho những công việc khó
khăn phức tạp nhiều nguy hiểm tiềm tàng.

6


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HÊ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC

- Loại cấp phôi dạng rời từng chiếc.phù hợp với năng suất cho băng tải, sản phẩm xuất ra
được chia đều,từng sản phẩm một và các sản phẩm đi ra cách nhau một khoảng thời gian nhất
định sao cho
- Loại cấp phôi dạng thanh hoặc dạng tấm.
và vận tốc băng tải. Đóng vài trò quan trọng cho quá trình bắt đầu của hệ thống.
- Loại cấp phôi dạng cuộn.
7


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Nhận xét: Mỗi kiểu cấp phôi trên mang tính đặc thù riêng và bản thân trong mỗi kiểu
cũng đã bao hàm nhiều dạng khác nhau. Tùy theo công nghệ sản xuất mà người ta bố trí cấp phôi
liên tục hay dán đoạn theo chu kì hoặc cấp phôi theo lệnh.
Trong đồ án này em dùng hệ thống cấp phôi gián đoạn theo chu kì.

Hình 2.1: Mô hình thiết bị cấp phôi
Hình ảnh thực thế hệ cấp phôi theo chu kỳ
( chụp choẹt đã )
Ưu điểm của hệ cấp phôi:
+ Phôi được sắp xếp và số lượng được chuẩn bị sẵn trong thùng cấp phôi
+ Dễ thiết kế,dễ điều chỉnh,sử dụng rộng rãi trên thực thế
+ Năng suất cao
Nhược điểm :
+ Các sản phẩm phôi có ma sát trong quá trình xi lanh đẩy phôi, khi lực đẩy phôi lớn có
thể làm phôi lệch ra khỏi dây chuyển hoặc băng tải
+ Đối với các phôi có khối lượng nặng hay kích thước lớn thì khó có thể sử dụng
2.2.

Băng tải

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn. Năng
9


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1
có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ
phân phối chuyển động.
Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng.
Giới thiệu băng tải dùng trong đề tài. Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận
chuyển sản phẩm nên trong đề tài em đã lựa chọn loại băng tải dây đai với những lý do sau đây:
- Tải trọng băng tải không quá lớn.
- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp.
- Dễ dàng thiết kế chế tạo.
Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như: độ chính xác khi vận chuyển
không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh
hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm , có hiện tượng trượt giữa băng tải và con lăn
Hình ảnh thực tế :

10


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

2.3.

Thiết bị dẫn động


đổi cực sao cho sẽ đẩy từ

ra chuyển động quay của rotor

trường giữa stator và rotor

cùng dấu, trở lại pha 1
Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt
động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive
force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản
điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên
ngoài đặt vào động cơ.Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được
sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo
trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài).Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành
phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng.
Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:
E= K.Ω

(1)

V= E+Rư.Iư

(2)

M= K Φ Iư


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

2.4.

Cảm biến

Đây chính là hệ thống thu nhận thông tin từ phôi cho bộ điều khiển. Các loại cảm biến
thường được sử dụng là cảm biến màu, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận.Cảm biến thực hiện
chức năng biến đổi các đại lượng không điện (các đại lượng vật lí, hóa học…) thành các đại
lượng điện. Ví dụ áp suất nhiệt đô lưu lượng vận tốc…thành tín hiệu điện (mV, mA…)
Theo nguyên lí của cảm biến có:
- Cảm biến điện trở
- Cảm biến điện từ
- Cảm biến tĩnh điện
- Cảm biến hóa điện
- Cảm biến nhiệt điện
- Cảm biến điện tử và ion
-…
Theo tính chất nguồn điện:
14


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

- Cảm biến phát điện
- Cảm biến thông số
Theo phương pháp đo:
- Cảm biến biến đổi trực tiếp
- Cảm biến bù
Trên thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng trong đồ án này em dùng cảm

số đầu ra này sau đó sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được. Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã
được chuyển đổi thành một tần số. Mỗi màu sắc có tần số riêng của nó. Vì vậy, đây là cách cảm
biến này có thể phân biệt giữa các màu sắc.

Hình 2.3: Cảm biến màu sắc TSC3200
Một cảm biến màu sắc là một thiết bị rất hữu ích. Hiện nay các xe tự động đang được
phát triển, có thể chạy tự động, xe hơi không người lái, và cảm biến là một cách để có thể phát
hiện màu sắc ở những nơi như dấu hiệu dừng lại màu đỏ và đèn giao thông, màu xanh lá cây để
đi và đỏ dừng lại.
Một thiết bị cảm biến màu sắc có thể được tích hợp vào là robot. Càng nhiều khả năng
mà một robot có,và thông minh hơn. Nếu một robot có thể phân biệt màu sắc, nó có nhiều khả
năng. Hãy tưởng tượng nếu bạn có một robot có thể nói sự khác biệt giữa một chiếc khăn màu
16


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

xanh lá cây và một chiếc khăn màu đỏ. Nếu bạn biết bạn có một chiếc khăn màu xanh lá cây và
một người khác có một chiếc khăn màu đỏ, các robot có thể sắp xếp nó một cách thích hợp
Các ứng dụng khác bao gồm đọc truyện, cảm biến ánh sáng xung quanh và hiệu chuẩn,
và màu sắc phù hợp.
Vì vậy cảm biến màu sắc sẽ được ứng dụng nhiều trong tương lai
2.5.

Cơ cấu chấp hành

Có thể sử dụng cơ cấu sinh lực bằng khí nén, bằng dầu ép, bằng lực ly tâm,..
Trong đồ án này ta chọn cơ cấu sinh lực bằng khí nén để tạo ra lực đẩy phôi.
Ta chọn cơ cấu xilanh khí nén vì nó có ưu điểm:
- Giá thành rẻ


ARDUINO

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau
hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được
thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit
18


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường
xung quanh với:


Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận

tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim
loại, khí độc,…)


Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…).



Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc

các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…)






1 cổng kết nối USB,



1 jack cắm điện,



1 đầu ICSP,



1 nút reset.

20


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sử dụng FTDI chip
điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý. Thay vào đó, nó sử dụng ATmega16U2 lập trình
như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB.

21


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

hiển thị số sản phảm tương ứng đã phân loại được

Thông số đầu vào
- Hệ thống cấp phôi tự động
- Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: khí nén
- Nguồn lực quay băng tải: động cơ điện
- Chiều dài băng tải: L= 60 mm
23


NHÓM ĐỒ ÁN (THANH - TÚ - TUẤN ANH)

-Thông số hình học phôi: phôi hộp
Cao D= 100 mm
Đáy 70*70mm
- Trọng lượng phôi: Pmin =0,5Kg; Pmax=7.5Kg
- Năng suất làm việc: N = 28 sp/phút
Nếu gọi :


n là số sản phẩm nằm trên băng tải tại một thời điểm



v là vận tốc băng tải



t là thời gian 1 sản phẩm chạy trên băng tải


8
40,0 17,00
9,33
5,50
3,20
1,67
0,57

t (s)
v (cm/s)

0
6,67
7,80

10,00
5,20

13,33
3,90

16,67
3,32

20,00
2,60

23,33
2,23


Ta dựa vào catalog của hãng ta có đồ thị sau:

v1 = 0,3m/s = 30 cm/s
t2 = 22/30

= 0,73 s

Áp suất làm việc của xilanh: 6 Bar = 6,1183 kgf/cm2.
Ta chọn được xilanh loại : DSNU-125*M16 của hãng Festo.
Theo đó ta chọn được:




Số sản phẩm tối đa trên băng tải tại thời điểm tức thời n = 3
Khoảng cách giữa các sản phẩm x = 17 cm
Thời gian một sản phẩm đi hết băng tải t= 10 s

25