ĐỒ án tốt NGHIỆP THIẾT kế, THỬ NGHIỆM ROBOT vận CHUYỂN HÀNG HOÁ TRONG NHÀ máy

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ
HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM ROBOT VẬN CHUYỂN HÀNG
HOÁ TRONG NHÀ MÁY
Ngành: Công nghệ thông tin
Mã số: 7.48.02.01
Sinh viên thực hiện:
Hoàng Trung Kiên
Lớp: CT2B
Mã sinh viên: CT020226

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Đức Thuận
Khoa CNTT – Học viện KTMM

Hà Nội, 2022

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT..................................................i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ..............................................................iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU............................................................................... v
MỞ ĐẦU................................................................................................................... vi
3.1.

1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................... vi

3.2.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.............................................................vii

3.3.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................vii

3.4.

4. Các nhiệm vụ chính cần thực hiện........................................................vii

3.5.

5. Kết quả dự kiến.....................................................................................vii

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................... 1
1.1.

Tổng quan về robot vận chuyển hàng hóa AGV.........................................1

1.1.1. Lịch sử phát triển..................................................................................... 1
1.1.2. Cấu tạo của Robot tự hành AGV.............................................................. 5
1.1.3. Phân loại Robot tự hành AGV.................................................................. 5
1.2.

Sự khác biệt giữa AGV và SDV................................................................ 11

1.3.

Mơ hình động học, động lực học mobile................................................... 12

1.3.1. Tính tốn động học................................................................................ 12
1.3.2. Tính tốn động lực học.......................................................................... 14
1.4.

Kết luận chương 1..................................................................................... 18

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ROBOT VẬN CHUYỂN
19
2.1.

Phân tích hệ thống..................................................................................... 19

2.2.

Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống........................................................... 19

3.5.1. Khối nguồn............................................................................................ 20

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


3.5.2. Khối động cơ ........................................

3.5.3. Khối cảm biến .......................................

3.5.4. Khối giao tiếp .......................................

3.5.5. Khối xử lý trung tâm ...............................................................................
3.5.6. Khối hiển thị và cảnh báo .......................................................................

2.3. Nguyên lý hoạt động .............................

2.4. Thiết kế chương trình cho robot ............
2.4.1. Sơ đồ khối của chương trình ...................................................................
2.4.2. Lưu đồ thuật tốn của các chương trình ..................................................

2.5. Kết luận Chương 2 ................................
CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM .................................................................................

3.1. Thi công phần cứng ...............................
3.1.1. Thi công mạch điện tử ............................................................................
3.1.2. Phân tích động lực học ............................................................................

3.2. Chức năng di chuyển và tải trọng thực t
3.2.1. Chức năng di chuyển ...............................................................................
3.2.2. Tốc độ di chuyển và tải trọng thực tế......................................................

3.3. Thực nghiệm chức năng hệ thống .........
3.3.1. Chức năng phát hiện vật cản ...................................................................
3.3.2. Chức năng điều khiển robot bằng thiết bị di động ..................................
3.3.3. Chức năng nâng hàng hóa .......................................................................
3.3.4. Chức năng nhận và trả hàng ....................................................................
3.3.5. Giao diện chương trình ...........................................................................

3.4. Đánh giá tổng quan sản phẩm ...............
KẾT LUẬN ................................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Kí

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

,

13
14
15
16
17
18

19
20
21
22
23
24
25
26

i

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


27
28
29
30
31
32
33
34

ii

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Robot tự hành AGV trong giai đoạn đầu..................................................................2

Hình 1.2 Xe được hướng dẫn tự động bằng cảm biến từ........................................................ 2
Hình 1.3 Robot tự hành AGV hoạt động trong nhà máy sản xuất Ơ tơ.................................. 3
Hình 1.4 Các bộ phận chính của Robot AGV......................................................................... 5
Hình 1.5 AGV kéo hàng trong nhà máy..................................................................................6
Hình 1.6 Xe chở AGV sử dụng hệ thống nâng, hạ..................................................................7
Hình 1.7 Xe AGV sử dụng hệ thống băng tải......................................................................... 7
Hình 1.8 Robot tự hành AGV trong một nhà máy sản xuất cơ khí......................................... 8
Hình 1.9 Xe nâng tự hành AGV..............................................................................................9
Hình 1.10 Xe nâng AGV hoạt động trong nhà máy thời đại cơng nghệ 4.0........................... 9
Hình 1.11 Xe AGV chạy theo đường dẫn trên nền............................................................... 10
Hình 1.12 Hệ tọa độ của robot.............................................................................................. 12
Hình 1.13 Mơ hình phân tích lực bánh sau của robot........................................................... 15
Hình 2.1 Mơ hình tổng quan hệ thống.................................................................................. 20
Hinh 2.2 Ắc quy 12V............................................................................................................ 21
Hình 2.3 Pin Lipo..................................................................................................................21
Hình 2.4 Module LM2596.................................................................................................... 22
Hình 2.5 Động cơ bước.........................................................................................................23
Hình 2.6 Mạch cầu H dùng IR2184...................................................................................... 23
Hình 2.7 Cấu tạo của xi lanh thủy lực...................................................................................24
Hình 2.8 Nguyên lý làm việc của xi lanh thủy lực................................................................25
Hình 2.9 Xi lanh thủy lực 1 chiều với lực đẩy từ một phía...................................................26
Hình 2.10 Sơ đồ ngun lý mơ-đun dị line (1).....................................................................27
Hình 2.10 Sơ đồ ngun lý mơ-đun dị line (2).....................................................................28
Hình 2.10 Sơ đồ ngun lý mơ-đun dị line (3).....................................................................29
Hình 2.13 Cảm biến dị line 8 LED.......................................................................................29
Hình 2.14 Module dị line..................................................................................................... 30
Hình 2.15 Module đọc ADC................................................................................................. 30
Hình 2.16 Module cảm biến siêu âm HC-SR04....................................................................32
Hình 2.17 Phát sóng trên cảm biến siêu âm HC-SR04......................................................... 32
Hình 2.18 Kích thước và sóng cảm biến siêu âm HC-SR04.................................................33

Hình 2.19 Sơ đồ ngun lý khối giao tiếp.............................................................................34
Hình 2.20 Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU......................................................................... 35
Hình 2.21 Thêm thư viên Blynk trên Arduino IDE...............................................................37
Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm..................................................................38
Hình 2.23 Arduino Mega 2560..............................................................................................39

iii

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Hình 2.24 Màn hình LCD 16×2............................................................................................41
Hình 2.25 Module I2C LCD 16×2........................................................................................42
Hình 2.26 Sơ đồ đấu nối giao tiếp IC2 với LCD 16×2......................................................... 43
Hình 2.27 Sơ đồ ngun lý hệ thống cảnh báo..................................................................... 43
Hình 2.28 Cịi piezo buzzer...................................................................................................44
Hình 2.28 Lưu đồ điều khiển tổng quát của robot................................................................ 45
Hình 2.29 Sơ đồ khối của chương trình cho một robot.........................................................46
Hình 2.30 Sơ đồ khối của chương trình chính...................................................................... 47
Hình 2.31 Lưu đồ chương trình điều khiển bằng tay............................................................48
Hình 2.32 Lưu đồ chương trình tự động............................................................................... 49
Hình 3.1 Giao diện phần mềm Altium Designer...................................................................51
Hình 3.2 Thiết kế mạch dị line.............................................................................................52
Hình 3.3 Thiết kế mạch bộ xử lý trung tâm.......................................................................... 52
Hình 3.4 Mơ phỏng động học................................................................................................53
Hình 3.5 Kết quả thực nghiệm vận tốc của 2 bánh xe. Hình a: Vận tốc 25 vịng/phút khi khơng
tải. Hình b: Vận tốc 50 vịng/phút khi khơng tải............................................................................54
Hình 3.6 Kết quả thực nghiệm vận tốc của 2 bánh xe. Hình c: Vận tốc 25 vịng/phút khi có
tải. Hình b: Vận tốc 50 vịng/phút khi có tải..................................................................................55
Hình 3.7 Giao diện điều khiển robot.....................................................................................58

Hình 3.8 Hình ảnh tổng quan sản phẩm................................................................................59
Hình 3.9 Hình ảnh đường đi của hệ thống robot...................................................................60

iv

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các cổng Serial của Arduino Mega 2560.............................................................. 39
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560...........................................................40
Bảng 2.3 Đấu nối chân.......................................................................................................... 43
Bảng 3.1 Kết quả thực nghiệm tốc độ và tải trọng của robot................................................56

v

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


MỞ ĐẦU
3.1.

1. Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực Khoa học – Kỹ thuật, robot đang
ngày càng trở nên phổ biến trong trong đời sống của con người. Nhờ có sự phát triển của
công nghệ chế tạo robot, con người ngày nay đã có thể được thay thế bởi máy móc trong
nhiều công việc khác nhau như: tham gia dây chuyền sản xuất, trị liệu y tế, thám hiểm
trong những môi trường khắc nghiệt, ...
Xe tự hành (AGV – automated guided vehicle) đã xuất hiện trong các nhà máy từ đầu

những năm 1950, nơi một chiếc xe không người lái, được sản xuất bởi Barrett Electronics,
ở Illinois, có thể đi theo trường điện từ của một sợi dây đặt trên trần nhà máy hoặc sau đó,
được nhúng trong sàn nhà máy. Tuy nhiên, kể từ khi Amazon mua lại nhà sản xuất AGV
Kiva Systems vào năm 2012 và quyết định ngừng bán và sử dụng robot Kiva của Amazon
để cải thiện hậu cần của họ, đã có sự gia tăng lợi ích đối với ngành công nghiệp AGV.
Theo một bài báo năm 2017 từ một nhà phân tích của Loup Ventures, thị trường AGV có
thể là vào năm 2025, một trong những thị trường phụ phát triển nhanh nhất trong toàn bộ
ngành công nghiệp robot, với tỷ lệ tăng trưởng hàng năm là 35% trong thập kỷ 20152025. Những lợi ích của robot vận chuyển (AGV)



An tồn: Theo thơng báo quy định năm 2016 của Cơ quan quản lý an toàn và
sức khỏe nghề nghiệp (OSHA), tai nạn xe nâng gây ra khoảng 85 trường hợp tử
vong và 34.900 người bị thương nặng mỗi năm tại Hoa Kỳ. Khi nhà sản xuất xe tải
Scania xem là sử dụng AGVs cho xử lý vật liệu trong các lĩnh vực sản xuất của họ,
một mục tiêu quan trọng là để giúp đạt được một sản xuất xe nâng-miễn phí, vì xe
nâng hàng được coi là “ một trong những thiết bị cơng trình nguy hiểm nhất
ở Scania ”..

 Giảm thiệt hại trong vận hành: Người lái xe nâng có thể bị phân tâm, mệt
mỏi hoặc đơn giản là có một ngày tồi tệ. Do đó, chúng có thể làm hỏng sản phẩm
hoặc đánh vào thiết bị và cấu trúc. AGVs tất nhiên là đáng tin cậy hơn và có thể
làm việc 24 giờ một ngày. Sau khi giới thiệu AGV, Valio , một nhà sản xuất các
sản phẩm sữa của Phần Lan, đã cố gắng giảm 90% thiệt hại cho xe cộ, hàng hóa
và tại một trong những nhà máy sản xuất phô mai.



Giảm chi phí hoạt động: Ở góc độ Lean Sản xuất, AGVs giảm thời gian vận
chuyển, đây là thời gian không có giá trị gia tăng trong hoạt động sản xuất. Nếu

vi

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


AGV thay thế các hệ thống tự động cố định như băng tải, họ có thể giảm chi phí
nhờ thực hiện nhanh hơn, đầu tư theo giai đoạn và linh hoạt bổ sung.
Với các lợi ích như trên và mục tiêu áp dụng những kiến thức đã tìm hiểu được từ
công nghệ xe tự hành, em đã lựa chọn đề tài: “THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM ROBOT
VẬN CHUYỂN HÀNG HOÁ TRONG NHÀ MÁY”. Đây chưa phải là một mơ hình
hồn chỉnh và hiện đại nhưng nó thể hiện những nguyên lý cơ bản nhất của một mơ hình
robot tự hành, từ đó mở ra khả năng phát triển những mơ hình hồn thiện hơn cũng như
có thể ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau của cuộc sống.

3.2.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu của đề tài chính là nghiên cứu và chế tạo Robot vận chuyển làm việc
trong một không gian rộng ( nhà máy, nhà kho,...) với nhiệm vụ của Robot là vận chuyển
hàng giữa các vị trí khác nhau trong khơng gian đó.

3.3.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Mơ hình robot vận chuyển hàng hoá.
Phạm vi: Nghiên cứu về kỹ thuật thiết kế, xây dựng mơ hình; tích hợp kỹ thuật cùng
vốn kiến thức đã học để thiết kế mơ hình với các tính năng thơng minh.

3.4.

4. Các nhiệm vụ chính cần thực hiện

Nội dung nghiên cứu được tập trung vào các nội dung chính như sau:
NỘI DUNG 1: Thu thập dữ liệu quy trình thiết kế một mơ hình robot vận chuyển.
NỘI DUNG 2: Lựa chọn các thành phần linh kiện trong việc thiết kế mơ hình xe tự
hành.
NỘI DUNG 3: Thiết kế mơ hình robot.
NỘI DUNG 4: Viết chương trình và thiết kế hệ thống điều khiển.
NỘI DUNG 5: Lắp đặt, thử nghiệm, đánh giá kết quả thực hiện.

3.5.

5. Kết quả dự kiến

Chương trình điều khiển hoạt động ổn định, mơ hình nhận diện chính xác vạch kẻ,
phát hiện và thơng báo vật cản, vận chuyển hàng hố chính xác.

vii

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

Tổng quan về robot vận chuyển hàng hóa AGV

1.1.1. Lịch sử phát triển
Khái niệm về Robot tự hành AVG là một khái niệm chung chỉ tất cả các hệ thống có
khả năng vận chuyển mà không cần người lái. Trong công nghiệp Robot tự hành AGV
được hiểu là các xe chuyên chở tự động được áp dụng trong các lĩnh vực:


Cung cấp, sắp xếp linh kiện tại khu vực kho và sản xuất.



Vận chuyển hàng giữa các trạm sản xuất.


Phân phối, cung ứng sản phẩm trong hệ thống kho hàng tự động của hệ
thống logictics.

Ứng dụng trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị, văn phịng.
Chính vì vậy mà Robot tự hành AGV ngày càng trở nên quan trọng đối với sự phát
triển của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Các tiêu chuẩn công nghệ, mức độ kinh
nghiệm hiện tại, cùng với cơng nghệ tự động hóa đã dẫn đến AGV được đưa vào hầu hết
các ngành công nghiệp và các lĩnh vực sản xuất khác nhau. Lịch sử của Robot tự hành
AGV đã được bắt đầu từ năm 1953 bởi Barrett Electonics Of Northbrook, bang IllinoisUSA - quê hương ra đời của nhiều phát minh cải tiến.
Trong quá trình phát triển Robot tự hành AGV được chia ra thành các thời kì và
được phân biệt với nhau thơng qua trình độ cơng nghệ và sự phản hồi tương tác từ môi
trường làm việc đối với hệ thống. Đây cũng có thể được đánh giá là những giai đoạn phát
triển trong từng thời kỹ của khoa học, công nghệ của thế giới:
Thời kì đầu tiên của Robot tự hành AGV (được minh hoạ ở hình 1.1)
Sáng chế đầu tiên về Robot tự hành AGV ứng dụng trong công nghiệp ở Mỹ từ năm
1953, sau đó vài năm là ở những nước châu Âu. Khoa học công nghệ phát triển, những
Robot tự hành đầu tiên được tạo ra và được dẫn đường một cách đơn giản bằng cách sử

dụng những sensor thay cho các cơng tắc hành trình.
Những năm đầu của thập niên 50 thế kỉ XX, các nhà sáng chế người Mỹ đã có ý
tưởng thay thế người lái xe kéo bằng các thiết bị điều khiển tự động để vận chuyển hàng
hóa. Hệ thống Robot tự hành AGV đầu tiên được thiết kế và lắp đặt vào năm 1954 tại
cơng ty Mercury Motor Freight ở Colombia, phía Nam Carolina để vận chuyển những kho
hàng đường dài.
1

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Hình 1.1 Robot tự hành AGV trong giai đoạn đầu

Hệ thống dẫn đường rất đơn giản các Robot tự hành AGV đi theo các tuyến đường đã
được định trước từ điểm này đến điểm kia, bắt đầu bằng lệnh và dừng lại khi nhận ra điểm
dừng bằng công tắc hành trình và cảm biến từ đơn giản. Các các Robot tự hành AGV thời kỳ
này khơng có sự linh hoạt và thường chỉ có thể di chuyển theo một chiều định trước.

Hình 1.2 Xe được hướng dẫn tự động bằng cảm biến từ

2

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thời kì thứ 2 - Bùng nổ của tự động hóa
Kỷ nguyên thứ hai phát triển trong 20 năm bắt đầu từ năm 1970 và kết thúc vào đầu
những năm 1990. Trong giai đoạn này các tương tác của Robot tự hành AGV với môi
trường làm việc đã bắt đầu được thực hiện và tích hợp với hệ thống sản xuất. Khả năng
ứng dụng của AGV tăng lên như: có khả năng đảo chiều, dỡ hàng, di chuyển và dừng tại

các vị trí định trước. Điều khiển, truyền tín hiệu bằng sóng vơ tuyến và tín hiệu hồng
ngoại, cịn dẫn đường bằng day dẫn hướng hoặc vạch kẻ. Lĩnh vực được ứng dụng phố
biến nhiều nhất trong thời kỳ này là ngành cơng nghiệp sản xuất Ơ tơ, đặc biệt là các nhà
máy sản xuất ô ở Đức, các Robot tự hành AGV đã trở thành một thành phần quan trọng
trong dây chuyền sản xuất ô tô như:

Trong lắp ráp ô tô, Robot tự hành AGV được ứng dụng như một trạm lắp ráp
di động.

Trong sản xuất linh kiện, Robot tự hành AGV là một mô đun liên kết các
máy móc sản xuất theo một quy trình.

Các loại Robot tự hành AGV kéo, nâng dùng để cung cấp linh kiện trong
dây chuyền sản xuất.

Trong công tác kho vận Robot tự hành AGV được ứng dụng để vận hành và
phân phối sản phẩm.

Hình 1.3 Robot tự hành AGV hoạt động trong nhà máy sản xuất Ơ tơ

3

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Thời kì thứ 3- Cơng nghệ đã được chứng minh
Kỷ nguyên thứ ba kéo dài từ giữa những năm 1990 đến năm 2010, trong đó các tiêu
chuẩn cơng nghệ đã được thiết lập. Các Robot tự hành AGV đã được trang bị các loại cảm
biến không tiếp xúc và công nghệ nhận dạng hình ảnh và xử lý tín hiệu bằng các bộ vi xử
lý và truyền dữ liệu thông qua hệ thống mạng WLAN. Trong giai đoạn này hệ thống dẫn

đường bằng day và vạch kẻ khơng cịn vai trị. Ở thời kỳ này Robot tự hành AGV có các
tính năng vượt trội hơn ở thời kỳ thứ 2 như:

Tốc độ di chuyển cao hơn trong vận chuyển, vận tải nhờ cải tiến công nghệ
cảm biến.

Robot tự hành AGV có chi phí thấp hơn, nhưng hoạt động tin cậy hơn.


Tích kiệm niệm năng lượng và có khả năng tự nạp năng lượng.


Các Robot tự hành AGV đã được trang bị máy tính cơng nghiệp để xử lý,
kiểm sốt thiết bị và tương tác với môi trường làm việc bằng các cảm biến thông
minh.

Truyền dữ liệu chủ yếu qua WLAN.
Thời kì thứ 4 Bùng nổ và thách thức
Kỷ nguyên thứ 4 được bắt đầu từ năm 2010 đến nay, những thách thức về chức năng
được đặt ra:


Hoạt động an toàn, tin cậy, tích hợp.



Liên kết tự động và thơng minh hóa.


Có khả năng hoạt động theo bầy đàn và nhận dạng các Robot tự hành AGV

với nhau, cũng như với các thiết bị trong một dây chuyền sản xuất.

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo và cơ sở dữ liệu lớn trong vận hành và quản lý hệ
thống.

Phát triển các ứng dụng khác trong các lĩnh vực của cuộc sống như: bệnh
viện, nông nghiệp v.v..

4


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


1.1.2. Cấu tạo của Robot tự hành AGV
Cấu tạo cơ bản của Robot tự hành AGV được mô tả trên hình 1.4 bao gồm các bộ
phận chính sau:

Hình 1.4 Các bộ phận chính của Robot AGV


Bộ truyền chuyển động: Có nhiệm vụ truyền động năng từ động cơ quan
các bộ giảm tốc đến bánh xe giúp AGV di chuyển một cách linh hoạt và đạt được
vận tốc cũng như lực kéo phù hợp, đáp ứng được yêu cầu công việc.

Bánh xe chủ động: Phải có độ bám đường tốt nhằm đảm bảo xe không bị
trượt trên đường di chuyển khi chịu tải lớn.

Bánh xe bị động (vô hướng): Giúp cho việc di chuyển linh hoạt hơn và chịu
tải chính, giúp AGV di chuyển linh hoạt trong các khúc cua hay quay đầu.


Hệ thống cảm biến: Giúp AGV nhận dạng đường đi, cũng như phát hiện
chướng ngại vật trên đường di chuyển của xe và tương tác với môi trường làm
việc.

Bộ nguồn nuôi: Ắc quy và pin để nuôi bộ điều khiển trung tâm và cơ cấu
chấp hành của AGV.

Bộ Driver điều khiển động cơ: Có nhiệm vụ thay đổi chiều quay và tốc độ
của động cơ dẫn động hệ thống.

1.1.3. Phân loại Robot tự hành AGV
Về cơ bản Robot tự hành AGV được phân loại theo chức năng và hệ thống nhận
dạng đường đi, dưới đây là các phương pháp phân loại.
5


TIEU LUAN MOI download : moi nhat


1.1.3.1.

Phân loại theo chức năng

Khi phân loại theo chức năng thì Robot tự hành AGV lại được phân thành 4 loại như
sau:



Xe kéo (Towing Vehicle)

Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bây giờ vẫn được sử dụng rất phổ biến, loại này có thể
kéo được nhiều loại hàng khác nhau và chở được từ 8000-60000 pounds. Ưu điểm của hệ
thống xe kéo:


Khả năng chun chở lớn.


Có thể dự đốn và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng
như đảm bảo an tồn.

Tăng tính an tồn.

Hình 1.5 AGV kéo hàng trong nhà máy

6

TIEU LUAN MOI download : moi nhat




Xe chở (Unit LoadVehicle)

Hình 1.6 Xe chở AGV sử dụng hệ thống nâng, hạ

Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là nâng, hạ hay chuyển động bằng
băng tải, đai hoặc xích.

Hình 1.7 Xe AGV sử dụng hệ thống băng tải

7

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Loại này có ưu điểm:


Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu.



Thời gian đáp ứng nhanh gọn.



Giảm hư hại sản phẩm.



Đường đi linh hoạt.



Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.



Lập kế hoạch hiệu quả.



Xe đẩy (CartVehicle)

Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ tiền. Chúng được sử dụng để chuyên
chở vật liệu và các hệ thống lắp ráp.



Hình 1.8 Robot tự hành AGV trong một nhà máy sản xuất cơ khí

Xe nâng (ForkVehicle)

Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các khối hàng
đặt trên giá.

8

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


Hình 1.9 Xe nâng tự hành AGV

Ưu điểm: Vận chuyển hàng hóa với kích thước lớn, tải trọng lớn. Tuy nhiên, xe cần
khơng gian hoạt động rộng, kích thước xe lớn hơn các loại cịn lại.

Hình 1.10 Xe nâng AGV hoạt động trong nhà máy thời đại công nghệ 4.0

9

TIEU LUAN MOI download : moi nhat




1.1.3.2.

Phân loại theo dạng đường đi

Loại chạy không đi theo đường dẫn (Free pathnavigation)

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 xác định tọa độ tức thời. Việc thiết kế loại xe này địi hỏi cơng nghệ cao và
phức tạp hơn so với các loại AGV khác.



Loại chạy theo đường dẫn (Fixed pathnavigation)

Hình 1.11 Xe AGV chạy theo đường dẫn trên nền

Xe AGV thuộc loại này được thiết kế để chạy theo các đường dẫn định sẵn gồm các
loại đường dẫn như sau:

Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire) chơn

ngầm dưới nền sàn. Khi di chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà xe có thể di
chuyển theo đường dây dẫn. Loại đường dẫn này không nằm bên trên mặt sàn nên có
mỹ quan tốt, khơng ảnh hưởng đến các công việc vận hành khác cũng như di chuyển
trong nhà xưởng. Tuy nhiên, khi sử dụng phải tiêu tốn năng lượng cho việc tạo từ tính
trong dây, đồng thời đường dẫn là cố định và không thể thay đổi được. Khi thay

10

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


đổi công nghệ hoặc phát triển sản xuất phải cải tạo hoặc thay thế đường dẫn mới
gây tốn kém và lãng phí tài nguyên.

Đường ray dẫn: Xe AGV được chạy trên các ray định trước trên mặt sàn.
Loại này chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng. Nó cho phép thiết kế xe
đơn giản hơn và có thể di chuyển với tốc độ cao nhưng tính linh hoạt thấp.

Đường quang kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn
trên sàn nhờ các loại cảm biến quay nhận dạng vạch kẻ. Loại này có tính linh hoạt
cao vì trong quá trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng
nhờ kẻ lại các vạch dẫn. Tuy nhiên khi sử dụng, các vạch dẫn có thể bị bẩn hay hư
hại gây khó khăn cho việc điều khiển chính xác xe và thường phải làm mới vạch kẻ
sau một thời gian sử dụng nhất định.

1.2.

Sự khác biệt giữa AGV và SDV

Xe tự động (AGV) và Xe tự lái (SDV) cũng thường bị nhầm lẫn. Mỗi hệ thống hoạt

động với công nghệ khác nhau về cơ bản, từ nhận thức và phần mềm điều hướng cho đến
các cảm biến trên bo mạch. Do đó, chúng có các khả năng khác nhau và các ứng dụng
tiềm năng.

Xe tự động: AGV là một phương tiện điện không người lái được điều khiển
bằng phần mềm được lập trình sẵn để di chuyển vật liệu xung quanh cơ sở. AGV
dựa trên các thiết bị hướng dẫn như băng từ, đèn hiệu, mã vạch hoặc các đường
dẫn laser được xác định trước cho phép AGV di chuyển trên các đường cố định
trong một khơng gian được kiểm sốt. Laser và cảm biến phát hiện chướng ngại
vật trên đường đi của nó và kích hoạt xe tự động dừng lại.

Xe tự lại: SDV là phương tiện trong đó hoạt động xảy ra mà khơng cần trình
điều khiển nhập trực tiếp hoặc các tập lệnh được định cấu hình trước để điều khiển
việc lái, tăng tốc và phanh. Trong môi trường cơng nghiệp, SDV sử dụng các thuật
tốn điều hướng và nhận thức dựa trên tia laser để di chuyển linh hoạt qua các cơ
sở mà không cần cơ sở hạ tầng. Khả năng học máy cho phép chiếc xe trở nên hiệu
quả và chính xác hơn khi nó gặp những tình huống mới.

11

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


1.3.

Mơ hình động học, động lực học mobile

1.3.1. Tính tốn động học

Hình 1.12 Hệ tọa độ của robot

Hệ tọa độ tuyệt đối ( hệ tọa độ gốc) là hệ tọa độ cố định được đặt trong môi trường
và được biểu diễn bằng (X,Y).
Hệ tọa độ tương đối ( hệ tạo độ robot) là hệ tọa độ gắn liền với robot và được biểu
thị bằng (Xr,Yr).
Gốc của hệ tọa độ robot là P.
Vị trí robot so với hệ tọa độ robot được xác định bằng ma trận vị trí
(2-1)

qx

Để chuyển đổi vị trí của robot từ hệ tạo độ tương đối (PxrYr) sang hệ tọa độ tuyệt
đối (OXY) ta sử dụng ma trận chuyển đổi R được xác định như sau:


 RR

Trong đó R(θ) là ma trận quay của robot quanh trục thẳng đứng
 cos

R 
 sin


0



0

sin
cos
0

10





(2-3)

Vận tốc tuyến tính của robot trong hệ tọa độ bằng trung bình vận tốc tuyến tính của
hai bánh xe theo hệ tọa độ robot
12

TIEU LUAN MOI download : moi nhat


(2-4)
Vận tốc góc của robot là:


 v R v L R RL

22

(2-5)

Các vận tốc của robot trong hệ tọa độ giờ có thể biểu diễn dưới dạng các vận tốc

của điểm trung tâm P trong khung robot như sau:




(2-6)




R


Suy ra:

q

(2-7)

Với

R=0.15 là bán kính bánh xe của robot

L=0.3 : là khoảng cách giữa 2 bánh xe
, ̇ ̇ = 0.4 : là vận tốc của bánh phải, trái của robot

Thay vào ta được:

q

0.15
2
0
0.15
20.3

0.15 
2

0

 0.15
20.3 0




0.06

0.4

0.4
0.2





Ma trận vận tốc theo hệ tuyệt đối được thể hiện như sau: