ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ
THỐNG CUNG CẤP VẬT TƯ DỤNG CỤ
TRONG SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. NGUYỄN THẾ TRANH
NGUYỄN THẾ THANH
ĐỖ ĐẠT
Số thẻ sinh viên : 101130215
101130197
Lớp:

13CDT2

Đà Nẵng, 2018


Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử

GVHD: ThS. Nguyễn Thế Tranh


Chương 4: Thiết kế điều khiển hệ thống.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2


Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử

GVHD: ThS. Nguyễn Thế Tranh

LỜI NĨI ĐẦU
Trong thời đại ngày nay, khi mà trình độ khoa học kĩ thuật đã đạt mức cao và dần phổ
biến, các loại máy móc ít nhiều đều có tính chất tự động hóa, bán tự động. Đặc biệt trong
lĩnh vực sản xuất tự động trong công nghiệp, các hệ thống máy tự động đang ngày càng
đóng vai trị then chốt trong việc giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động.
Đối với khâu vận chuyển hàng hóa trong các phân xưởng cơng nghiệp, việc sử dụng các
hệ thống tự động để thay thế các công việc có tính tuần hồn, tốn nhiều lao động là một
điều tất yếu.
Do đó, trong hồn cảnh nước ta hiện nay, nhu cầu đối với các hệ thống cung cấp hàng
hóa trong sản xuất tự động là rất lớn và cấp thiết. Tuy nhiên, lâu nay thị trường này vốn
ưu thế thuộc về các nhà sản xuất nước ngoài với nhiều điểm vượt trội về công nghệ và
kinh nghiệm. Các nhà sản xuất trong nước vẫn còn yếu và non nớt trong lĩnh vực cung
cấp tự động này. Vì vậy, địi hỏi cấp bách đối với lớp kỹ sư trẻ hiện nay là phải tiên phong
trong việc thiết kế, chế tạo ra các hệ thống cung cấp hàng tự động có chất lượng tốt, có
thể cạnh tranh với các nhà sản xuất ngoài nước trên cơ sở các nền tảng, tư duy kĩ thuật đã
được đào tạo cũng như mạnh dạn áp dụng các tiến bộ khoa học kĩ thuật tiên tiến của thế
giới.
Nắm bắt được xu thế hiện tại, chúng em đã quyết định thực hiện đồ án tốt nghiệp với
đề tài: “Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống cung cấp vật tư, dụng cụ trong sản xuất tự

1.3.2. Phân loại AGV ...................................................................................................... 5
CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG ........................................................................................................................... 9
2.1. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG ............................................................................... 9
2.1.1. Yêu cầu thực tế của hệ thống ................................................................................ 9
2.1.2. Lập mơ hình giả định ............................................................................................ 9
2.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG......................................................................... 9
2.2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG KHỐI CẤP HÀNG A .................. 10
2.2.1. Chuẩn bị phương án ........................................................................................... 10
2.2.2. Lựa chọn phương án ........................................................................................... 11
2.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ KHỐI NHẬN HÀNG ........................................................ 11
2.3.1. Cấu tạo................................................................................................................. 11
2.4. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA XE TỰ HÀNH ....... 12
2.4.1. Chuẩn bị phương án. .......................................................................................... 12
2.4.2. Lựa chọn phương án ........................................................................................... 15
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG ............ 16
3.1. BĂNG TẢI ............................................................................................................. 16
3.1.1. Nhiệm vụ của băng tải trong hệ thống. .............................................................. 16
3.1.2. Tính chọn các thơng số........................................................................................ 17
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2


Đồ án tốt nghiệp Cơ điện tử

GVHD: ThS. Nguyễn Thế Tranh

3.2. XY LANH KHÍ NÉN ............................................................................................. 20
3.3. XE TỰ HÀNH ........................................................................................................ 21
3.3.1. Yêu cầu kĩ thuật .................................................................................................. 21

1.1.1. Giới thiệu về tự động hóa q trình sản xuất
Từ lâu, con người ln mơ ước về các loại máy có khả năng thay thế cho mình trong các
q trình sản xuất và các cơng việc thường nhật khác. Những thông tin về các cơ cấu tự
động, làm việc không cần sự trợ giúp của con người đã đã xuất hiện từ nhiều năm về trước.
Từ những cơ sở đó, với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật hiện đại, một môn khoa học về các
quy luật chung của các quá trình điều khiển và truyền tin trong các hệ thống có tổ chức đã
góp phần đẩy mạnh sự phát triển và ứng dụng của tự động hóa các q trình sản xuất vào
cơng nghiệp.
Tự động hóa q trình sản xuất là giai đoạn phát triển tiếp theo của nền sản xuất cơ khí
hóa. Nó sẽ thực hiện phần cơng việc mà cơ khí hóa khơng thể đảm đương được đó là điều
khiển q trình. Trên các thiết bị tự động hóa và máy tự động, tồn bộ q trình làm việc
(kể cả các tác động điều khiển) đều được thực hiện tự động nhờ các cơ cấu và hệ thống điều
khiển tự động. Để có thể thực hiện tự động hóa các q trình sản xuất, cần có các cơ cấu và
thiết bị tự động phù hợp. Tự động hóa các q trình sản xuất ln gắn liền với q trình
hồn thiện và đổi mới cơng nghệ. Nó là một bài tốn thiết kế cơng nghệ tổng hợp, có nhiệm
vụ tạo ra kĩ thuật hồn tồn mới dựa trên cơ sở của các q trình công nghệ gia công cơ,
kiểm tra và lắp ráp tiên tiến.
Như vậy, tự động hóa q trình sản xuất là tổng hợp các biện pháp được sử dụng khi
thiết kế các q trình sản xuất và cơng nghệ mới, tiên tiến. Trên cơ sở của các quá trình sản
xuất và cơng nghệ đó, tiến hành thiết lập các hệ thống thiết bị có năng suất cao, tự động
thực hiện các q trình chính và phụ bằng các cơ cấu và thiết bị tự động, mà không cần đến
sự tham gia của con người. Tự động hóa các q trình sản xuất luôn gắn liền với việc ứng
dụng các cơ cấu và hệ thống tự động vào các q trình cơng nghệ cụ thể. Chỉ có trên cơ sở
của các quá trình cơng nghệ cụ thể mới có thể thiết lập và ứng dụng các cơ cấu và hệ thống
điều khiển tự động.

Quá trình tự
động

Hệ thống cảm

Khâu chuẩn bị thiết kế đã được tự động hóa nhờ hệ thống thiết kế tự động có sự trợ giúp
của máy tính (CAD-Computer Aided Design). Nhờ các trang thiết bị tính tốn thiết kế như
máy tính, màn hình đồ họa, bút vẽ, máy vẽ (Plotter), cùng các phần mềm chuyên dùng
(Matlab, Catia, CAD) cho phép tạo ra các mơ hình sản phẩm trong không gian ba chiều, rất
thuận lợi cho việc khảo sát, đánh giá sửa đổi nhanh chóng trực tiếp ngay trên màn hình.
Khâu điều hành chế tạo sản phẩm cũng được tự động hóa nhờ hệ thống CAM (Computer
Aided Manufacturing). CAM chính là một phần của hệ CIM (Computer Integrated
Manufacturing) và được thiết lập trên cơ sở sử dụng máy tính và cơng nghệ máy tính để
thực hiện tất cả các cơng đoạn của q trình sản xuất, chế tạo sản phẩm như lập kế hoạch
sản xuất, thiết kế qui trình cơng nghệ gia cơng, quản lý điều hành quá trình chế tạo và kiểm
tra chất lượng sản phẩm.
5. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)
Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS – Flexible Manufacturing Systems) là một hệ thống
bao gồm các thiết bị gia công như máy điều khiển số, trung tâm gia công, thiết bị gá lắp,
tháo dỡ chi tiết và dụng cụ tự động, hệ thống cơ cấu định hướng chi tiết tự động trong quá
trình gia công, cơ cấu kiểm tra tự động, cơ cấu vận chuyển tự động, cơ cấu cấp phát dụng
cụ tự động, hệ thống điều khiển, …được thiết kế theo nguyên tắc mơđun và được điều khiển
bằng một máy tính hoặc một hệ thống máy tính.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 2


6. Robot công nghiệp
Robot công nghiệp là một thiết bị tự động đa chức năng được lập trình cho một hoặc
nhiều cơng việc và được điều khiển bằng máy tính. Một trong những bộ phận chức năng
chính của robot đó là hệ thống điều khiển, nó có nhiệm vụ xử lý các thông tin nhận được
để tạo ra các chuỗi lệnh cần thiết. Hệ thống điều khiển cũng được coi như một kho chứa và

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 3


- Hệ thống phương tiện chuyển hàng theo đường ray - Sorting Transfer Vehicle (STV): Hệ
thống STV trượt mượt mà, im ắng với tốc độ cao.
- Các loại băng chuyền đáp ứng quy trình xử lý vật liệu phức tạp, linh hoạt theo nhu cầu
hoạt động và yêu cầu lượng hàng hóa, tối ưu hóa khơng gian thiết kế.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG XE TỰ HÀNH (AUTOMATED GUIDED
VEHICLES SYSTEM-AGVS)
Hệ thống vận chuyển dẫn hướng tự động (AGV) trở thành một phần không thể thiếu của
danh mục giải pháp cho hệ thống intralogistics hoàn toàn tự động. Hệ thống AGV có phạm
vi giải pháp đa dạng cho các phương tiện chứa tải lớn và nhỏ có thể tạo ra mạng lưới
logistics, bao gồm nhiều kho hàng và khu vực làm việc. Giải pháp này có thể cấu hình và
cũng được mở rộng linh hoạt để đáp ứng yêu cầu cụ thể của phân xưởng. Lợi ích từ việc
giảm đáng kể chi phí vận hành và hiệu quả logistics lưu kho tăng lên.
Hệ thống xe vận chuyển dẫn hướng tự động là hệ thống vận chuyển tự động hoàn toàn
tự động sử dụng các robot không người lái tự động. AGV vận chuyển tất cả các loại sản
phẩm một cách an tồn mà khơng cần sự can thiệp của con người trong môi trường sản
xuất, kho hàng và phân phối, và nó là cách rõ ràng để giảm chi phí và tăng hiệu quả, lợi
nhuận.
AGVS được thiết kế để đáp ứng u cầu tự động hóa cơng nghiệp của doanh nghiệp.
AGV có thể nâng, ln chuyển và ln phiên hàng hố, lấy hàng từ kệ, lưu trữ sản phẩm ở
hầm, vận chuyển sản phẩm trên những khoảng cách dài và đưa chúng vào băng tải, vào xe
tải, vào kho hoặc cất giữ.

Hình 1.2. Hệ thống xe tự hành AGV


Thông thường được sử dụng trong ngành công nghiệp luyện kim và cơng nghiệp giấy. Có
khả năng vận chuyển các tải trọng có trọng lượng vượt quá 250.000 pounds.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 5


Hình 1.3. Xe kéo

Hình 1.5. Xe nâng

Hình 1.4. Xe chở

Hình 1.6. Xe phục vụ văn phịng

Hình 1.7. Xe chun chở hàng nặng
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 6


2. Phân loại theo dạng đường đi
a. Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free path navigation)
Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong khơng gian hoạt động. Đây là loại xe AGV
có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscop
sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để xác định vị trí các vật thể xung
quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống định vị cục bộ (Local navigation Location) để

1.3.3. Một số lưu ý về AGVS.
- Gần như tất cả các hệ thống AGV hoạt động trong nhà. Nếu hoạt động bên ngồi thì một
bề mặt bê tơng thường được đề nghị. Điều này là do các bề mặt không cứng khác sẽ phát
sinh các vết lún sinh ra từ việc đi lại của AGV. Những đường rãnh này sẽ giữ nước, gây ra
tình trạng mài mịn q mức cho các bộ phận lái, gây gãy đổ.
- Bảo đảm đường đi trong nhà máy ở điều kiện tốt (không bị vỡ bê tông, vết nứt lớn ...)
- Xem xét đánh dấu đường dẫn AGV. Các đường vẽ, mũi tên ... thường được sử dụng để
xác định lộ trình của AGV cho nhân viên nhà máy. Đánh dấu khu vực an toàn để mọi người
nhận thức được các khu vực có mặt của các AGV hoặc các khu vực đông người qua lại.
- Thường xuyên vệ sinh cho các đường dẫn để đảm bảo sự chính xác cho các AGV
- Hạn chế sự trộn lẫn giữa AGV với những xe có người lái. Tốt hơn hết, có thể cung cấp
khơng gian riêng cho các AGV
- AGV cần được bảo trì. Do đó cần thiết dự trữ một khu vực trong cơ sở để bảo trì AGV.
- Hệ thống AGV cũng cần có người “quản lý”. Đây sẽ là người có trách nhiệm bảo đảm hệ
thống AGV được sử dụng chính xác, bảo trì và quyết định đến các thay đổi của hệ thống

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 8


CHƯƠNG 2
SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG
2.1. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG
2.1.1. Yêu cầu thực tế của hệ thống
Hệ thống cung cấp vật tư, dụng cụ tự động trong phân xưởng yêu cầu hàng hóa được
cung cấp một cách tự động, khơng cần sự điều khiển của con người. Hàng hóa, vật tư phải
được chuyển đến đúng từng khâu làm việc. Hệ thống cần được vận hành một cách chính
xác, tự động từ khâu cấp hàng, vận chuyển đến khâu nhận hàng


Hình 2.2. Cánh tay robot cấp hàng
*Mơ tả hoạt động:
Cánh tay robot bằng cách học lệnh sẽ gắp chính xác các vật và bỏ hàng vào AGV để thực
hiện các nhiệm vụ trong hệ thống
*Ưu điểm:
- Linh hoạt, chính xác, tiết kiệm diện tích
- Tốc độ cao, tăng hiệu suất làm việc
*Nhược điểm:
- Tốn nhiều chi phí làm robot
- Thời gian không đủ để thực hiện các thành phần khác của hệ thống
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 10


2. Dùng băng tải:

Hình 2.3. Băng tải cấp hàng
*Mơ tả hoạt động: Vật được cấp trên băng tải, nhờ sự dẫn động của các bộ truyền sẽ rớt
xuống bàn xe, xe vận chuyển vật đến điểm nhận hàng theo yêu cầu
*Ưu điểm:
- Đơn giản, dễ thực hiện
- Giá thành giảm
*Nhược điểm:
- Vật được cấp trên xe không đạt được vị trí có độ chính xác cao
2.2.2. Lựa chọn phương án
Nhóm quyết định lựa chọn phương án 2. Dùng băng tải cấp hàng cho AGV.
*Lý do lựa chọn: Mục đích của khâu này là cấp đúng hàng cho AGV thực hiện nhiệm vụ


Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý RC cars sử dụng trục truyền động

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 12


a) Khung xe hãng TA04 EPRO

b) Sơ đồ nguyên lý sử dụng đai răng truyền động

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý RC racing cars sử dụng trục truyền động
Những sơ đồ nguyên lý này có chung các ưu điểm và nhược điểm sau:
Ưu điểm:
- Hạn chế được hiện tượng trượt giữa các bánh khi xe thực hiện đổi hướng.
Nhược điểm:
- Thiết kế cơ khí phức tạp và bán kính cong nhỏ nhất của xe sẽ bị giới hạn bởi kết cấu của
xe.
- Giá thành cao đối với nhu cầu của sinh viên.
- Thích hợp cho việc đua trên mặt đường phẳng.
Bên cạnh các sơ đồ nguyên lý mà các xe RC car sử dụng, hiện nay nhiều người cũng sử
dụng kiểu hai bánh chủ động được điều khiển độc lập kết hợp với bánh đa hướng (Hình
2.8).
Ưu – nhược điểm chung của sơ đồ nguyên lý này:
Ưu điểm:
- Bám đường tốt do tiếp xúc 3 điểm mới mặt đường, mô hình động học đơn giản, dễ hiệu
chỉnh sai số hệ thống và cho phép xe di chuyển được theo bán kính rất nhỏ, kể cả việc quay
tại chỗ.

Lớp 13CDT2

Trang 14


2.4.2. Lựa chọn phương án
Do robot chỉ cần bám theo đường cong bán kính khá lớn (R = 200mm), khả năng đổi
hướng độ ngột tại các vị trí line gãy khúc đồng thời kết cấu xe phải đơn giản, giá thành chế
tạo phù hợp. Vì thế sơ đồ nguyên lý loại 2 bánh sử dụng bánh đa hướng được đề xuất (Hình
2.10).

Hình 2.9. Phương án sơ đồ nguyên lý loại 2 bánh + bánh đa hướng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 15


CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG
3.1. BĂNG TẢI
3.1.1. Nhiệm vụ của băng tải trong hệ thống.
Hệ thống băng tải là một phần phổ biến của các thiết bị xử lý cơ học dùng để di chuyển
vật liệu từ nơi này đến nơi khác. Băng tải hoạt động dựa trên nguyên lý dẫn động bị động
các đối tượng chuyển động quay, nhằm tạo ra hướng dịch chuyến nhất định cho các sản
phẩm cần vận chuyển trên băng tải. Băng tải đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng liên quan
đến việc vận chuyển vật liệu nặng hoặc cồng kềnh. Hệ thống băng tải cho phép vận chuyển
nhanh chóng và hiệu quả đối với nhiều loại vật liệu, phục vụ trong các vùng năng suất vượt
ra khỏi vùng năng suất phục vụ của nhân công lao động. Việc ứng dụng hệ thống băng tải

3: Hộp giảm tốc
4: Nối trục
5: Băng tải

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 17


Hình 3.3. Sơ đồ băng tải
Tính chọn động cơ cho băng tải
a) Xác định công suất yêu cầu trên trục động cơ
Lực ma sát trên băng tải: Fms = mgμ = 0,2.9,8.0,4 = 0,784(N)
Để băng tải có thể kéo vật thì Fk > Fms
Gọi P: Cơng suất trên băng tải
η: Hiệu suất chung của hệ thống
Pct: Công suất cần thiết
Ta có:

P=F.v= 0,784.0,1= 0,0784W

Theo cơng thức 2.9 [1] ta có:
η= η1. η2m. η3k. η4
m: số cặp bánh răng = 2
k: số cặp ổ lăn = 2
Tra bảng 2.3 [1] ta có:
η1: hiệu suất bộ truyền đai = 0,95
η2: hiệu suất bộ truyền bánh răng = 0,96
η3: hiệu suất cặp ổ lăn = 0,99

Trong đó: Tỷ số truyền tồn bộ ut của hệ thống: ut = u1.u2
Tra bảng 2.4[I] ta chọn được:
- Tỉ số truyền của bộ truyền đai (đai thang) là u1 = 3
- Tỉ số truyền của bộ truyền trong hộp giảm tốc cấp 1 truyền động bánh răng trụ u2=3
Thay số vào ta có: ut = u1.u2 = 3.3 = 9
Suy ra:

nsb= nlv.ut = 63,66.9 = 572,94 (vòng/ph)

Chọn động cơ có nđc = 600 (vịng/phút)
c) Chọn động cơ
Ta có: Pct = 0,1W
nsb= 572,94 (vòng/ph)
- Momen mở máy:
6

Tmm = 1,2.9,55.10 .

Pct
nsb

6

= 1,2.9,55.10 .

0,1.10−3
572,94

= 2 Nmm


Tính tốn:
Để piston đẩy vật được thì Fd > Fms = mgμ = 0,2.9,8.0,3 = 0,6 N
Vậy áp suất tối thiểu cần cung cấp vào xi lanh để đẩy được vật khỏi bàn xe là:
p=

𝐹𝑑
𝑆

=

0,6
0,0002

= 3000 N/m2

Chọn xy lanh khí nén:

Hình 3.5. Xi lanh khí nén CJ2D16-75

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thế Thanh, Đỗ Đạt
Lớp 13CDT2

Trang 20