Nghiên cứu giải pháp dùng tay máy cho bài toán lưu trữ, trích xuất bình gas trong hệ thống phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM






NGÔ PHONG CƢỜNG



NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY
CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT
BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI







LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử

Mã số ngành:
60520114












TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014






BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

NGÔ PHONG CƢỜNG




NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY
CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT
BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI






LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ điện tử

Mã số ngành:
60520114





HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN DUY ANH

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014






CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM




Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN DUY ANH
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)









Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 25 tháng 01 năm 2014.

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)



Họ và tên
Chức danh Hội đồng
1
TS. Ngô Cao Cƣờng
Chủ tịch
2
PGS.TS. Nguyễn Tấn Tiến
Phản biện 1
3
TS. Nguyễn Hùng
Phản biện 2
4
TS.Võ Hoàng Duy
Ủy viên
5
TS. Nguyễn Quốc Hƣng
Ủy viên, Thƣ ký



Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã
đƣợc sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV








TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ


Họ tên học viên: NGÔ PHONG CƢỜNG Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 20/09/1968 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử MSHV: 1241840001


I- Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ,
TRÍCH XUẤT BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI

II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho, sử dụng tay máy (robot) gắp sản phẩm
nhập xuất và lƣu trữ. Lựa chọn robot phù hợp để đáp ứng yêu cầu.
- Phân tích động học thuận và nghịch của robot đã chọn.
- Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà kho, mô phỏng.
- Kết quả mô phỏng và kết luận.

III- Ngày giao nhiệm vụ: 12/06/2013

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/12/2013

V- Cán bộ hƣớng dẫn: TS.NGUYỄN DUY ANH



CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)


i




LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn
này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ
nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn




Ngô Phong Cƣờng


ii




LỜI CÁM ƠN


Trong suốt thời gian tham gia học chƣơng trình cao học và thực hiện luận văn
thạc sĩ, tôi đã nhận đƣợc sự giảng dạy, giúp đỡ, hƣớng dẫn, góp ý rất nhiều của quý
Thầy Cô bộ môn Cơ điện tử, khoa Cơ điện tử Trƣờng Đại học Công Nghệ Tp.HCM
cùng quí Thầy Cô Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp HCM.
Trƣớc tiên, tôi chân thành cám ơn các quý Thầy đã tham gia giảng dạy
chƣơng trình cao học ngành Cơ điện tử, đã giúp chúng tôi tích lũy thêm những kiến
thức sâu rộng về chuyên môn, đã cung cấp cho tôi những biện pháp nghiên cứu về

lĩnh vực điều khiển.
Tôi chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Nguyễn Duy Anh,
ngƣời Thầy đã giảng dạy, hƣớng dẫn và góp ý giúp tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ.


TpHCM, ngày17 tháng 11 năm 2013
Học viên



Ngô Phong Cƣờng














iii

TÓM TẮT


Hiện nay nhu cầu sử dụng bình gas dân dụng 12 kg ngày càng nhiều dẫn đến
nhu cầu xây dựng các nhà kho nhỏ có chức năng phân phối bình gas đến ngƣời tiêu
dùng càng lớn. Từ hiện trạng đó vấn đề tự động hóa công việc lƣu trữ, sắp xếp, phân
phối trong nhà kho này là hết sức cần thiết nhằm tăng hiệu quả công việc.
Mục tiêu chính của luận văn này là đƣa ra một phƣơng án tự động hóa công
việc sắp xếp bình gas trong nhà kho, cụ thể là lựa chọn một robot để thực hiện công
việc trên. Đề tài tập trung giải quyết các phần sau:
 Đƣa ra các phƣơng án lựa chọn robot phù hợp với yêu cầu.
 Mô phỏng robot trên phần mềm 3D thể hiện kết cấu và hoạt động của robot.
 Đƣa ra giải thuật sắp xếp kho:
- Tối ƣu hóa đƣờng đi của robot trong việc sắp xếp sản phẩm trong nhà
kho.
- Phân phối sản phẩm theo phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc đƣợc xuất
trƣớc(FIFO-“first-in-first-out”).
- Mô phỏng robot trên phần mềm 3D thể hiện hoạt động nhập xuất và sắp
xếp sản phẩm của robot trong nhà kho.

iv




ABSTRACT

Nowadays, the demand for using of 12kg civil gas tanks has increased. This
leads to the set up of small warehouses which its function is distributing gas to
consummers has also increased. As the current state, the issue of automatize
storage, arrangement and distribution in the warehouses is essential to improve work
efficiency.
The main objective of this thesis (essay) is to suggest a soution for arranging the
gas tanks in the warehouses automatically- using a robot to handle this job is one
among options. Thesis focuses on the following sections:
 Providing alternative plans in design, analyzing, evaluating and opting the
plans in accordance with the requirements.
 Simulating 3D robot on a software representing structure and operation of the
robot
 Providing warehouse arrangement algorithm:
- Optimization of robot paths in arranging items in a warehouse.
- Item distribution by FIFO (First-In-First-Out) method
- 3D Robot simulation on a software showing I/O operation of items in the
warehouse

v




MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CÁM ƠN ii
TÓM TẮT iii
ABSTRACT iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ix
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x
Chƣơng 1: Giới thiệu 1
1.1 Mở đầu 1
1.1.1 Đặt vấn đề 1
1.1.2 Phạm vi nghiên cứu và mục tiêu của luận văn 2
1.1.3 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn 2
1.2 Tổng quan 3
1.2.1 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến đề tài 3
1.2.2 Tổng quan về kho bãi 4
1.2.3 Tiêu chuẩn và quy định an toàn trong vận chuyển và lƣu trữ bình

gas(LPG) 7
1.3 Tóm tắt các chƣơng của luận văn 8
Chƣơng 2: Thiết kế bố trí sản phẩm nhà kho và lựa chọn robot phù hợp 9
2.1 Yêu cầu thực tế nhà kho chứa bình gas 9
2.2 Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho 9
2.3 Lựa chọn robot phù hợp yêu cầu 11
2.3.1 Các dạng robot công nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng trong nhà kho 11
2.3.2 Xác định yêu cầu kỹ thuật cơ bản của robot 14
vi




2.4 Sơ đồ nguyên lý robot gắp bình gas 15
2.5 Tính toán sơ bộ kích thƣớc các khâu 16
Chƣơng 3 Phân tích động học robot 18
3.1 Động học vị trí 18
3.1.1 Bài toán động học thuận 18
3.1.2 Bài toán động học ngƣợc 19
3.2 Động học vận tốc 21
Chƣơng 4 Giải thuật sắp xếp kho và mô phỏng 24
4.1 Giải thuật sắp xếp nhà kho và mô phỏng 24
4.1.1 Đặt vấn đề và giới hạn phạm vi thực hiện 24
4.1.2 Một số quy định 24
4.1.3 Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho 26
4.2 Mô phỏng giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho 31
4.2.1 Kết quả mô phỏng giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas 31
4.2.1 Kết quả mô phỏng giải thuật sắp xếp xuất sản phẩm 36
4.3 Mô phỏng hoạt động của robot 38
4.3.1 Mô phỏng mô hình robot 38

4.3.2 Mô phỏng hoạt động mô hình robot nhập xuất và sắp xếp sản phẩm 40
Chƣơng 5: Kết luận 42
5.1 Kết luận 42
5.2 Kiến nghị 42
Tài liệu tham khảo 44
vii




DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu
Giải thích nghĩa
z
i-1
: Vector đơn vị theo trục z của khớp thứ i




: Vector xác định từ gốc 

của hệ trục tọa độ khớp thứ i – 1 đến
gốc tọa độ của khâu tác động cuối
G
: Vector trọng lực
I
i
: Ma trận quán tính khâu i tại tâm khối lƣợng, viết trong hệ tọa độ

tuyệt đối




: Ma trận quán tính khâu i trong hệ tọa độ khâu i
`J
i
: Ma trận Jacobi của vận tốc trọng tâm khâu i
J
vi
: Ma trận con Jacobi liên hệ với vận tốc tuyến tính của tâm khối
lƣợng khâu i
J
ωi
: Ma trận con Jacobi liên hệ với vận tốc góc của tâm khối lƣợng
khâu i
K
: Động năng của hệ thống cơ học
V
Ci
: Vận tốc tịnh tiến tuyệt đối của khối tâm
ω
i
: Vận tốc quay tuyệt đối của khâu i
U
: Thế năng của hệ thống cơ học
L
: Hàm Lagrange
M

: Ma trận quán tính của cơ cấu chấp hành
M
ij
: Phần tử (ij) của M
n
: Số lƣợng tọa độ tổng quát




: Vector vị trí tâm khối lƣợng C
i
của khâu i theo hệ tọa độ khâu k và
đƣợc tính trọng hệ tọa độ tuyệt đối




: Vector vị trí nối từ gốc hệ trục j –1 đến tâm khối lƣợng C
i
của
khâu i
Q
i
: Lực suy rộng ứng với tọa độ suy rộng thứ i
viii

Q
: Vector lực suy rộng , 











: Vector các momen khớp do các thiết bị dẫn động hoặc các động
cơ tạo ra
F
e
: Vector hợp lực và moment tác dụng tại bộ phận tác động cuối
FIFO : First-In-First-Out

ix




DANH MỤC CÁC
BẢNG

Bảng 2. 1 Thông số bình gas…………………………………………………
Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật………………………………………………….
Bảng 2.3 Robot khớp bản lể cố định…………………………………………
Bảng 3. 1 Bảng thông số Denavit Hartenberg………………………………

Bảng 5.1 Cấu hình robot……………………………………………………


11
14
15
19
43

x




DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH
ẢNH

Hình 1.1 Biểu đồ tiêu thụ LPG tại Việt Nam [1] 1
Hình 1.2 Hệ thống AS/RS cỉa hãng Efacec 5
Hình 1. 3 Xe tự hành của hãng JBT 6
Hình 1. 4 carousel dạng ngang 7
Hình 1. 5 Carousel dạng đứng 7

Hình 2. 1 Bình gas 12 kg 9
Hình 2. 2 Sơ đồ sắp xếp bình gas 10
Hình 2. 3 Sơ đồ bố trí nhà kho 11
Hình 2. 4 Robot khớp bản lề do hãng Kuka sản xuất 12
Hình 2. 5 Robot tọa độ vuông góc (Gantry robot) của hãng Elettric80 12
Hình 2. 6 Robot công nghiệp IRB 460 13
Hình 2. 7 Sơ đồ tải trọng robot IRB460 của hãng ABB 14
Hình 2. 8 Sơ đồ và bậc tự do của robot gắp bình gas 15
Hình 2. 9 Sơ đồ đơn giản robot gắp bình gas 16
Hình 2. 10 Lƣợc đồ khâu 16
Hình 2. 11 Vị trí bình gas gần và xa nhất trong nhà kho 17

Hình 3. 1 Các hệ trục tọa độ trên robot 18

Hình 4. 1 Sơ đồ vị trí bình gas 25
Hình 4. 2 Giải thuật xác định các vị trí nhập sản phẩm 28
Hình 4. 3 Giải thuật tính khoảng cách 29
Hình 4. 4 Giải thuật xuất sản phẩm 30
Hình 4. 5 Giải thuật tìm vị trí dời sản phẩm 31
Hình 4. 6 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) 32
Hình 4. 7 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (9,5,2) 32
Hình 4. 8 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) 33
xi




Hình 4. 9 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (7,9,1) 33
Hình 4. 10 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) 34
Hình 4. 11 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (1,10,1) 34
Hình 4. 12 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) 35
Hình 4. 13 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (11,11,1) 35
Hình 4. 14 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) 36
Hình 4. 15 Xuất sản phẩm từ (9,6,1) sang (9,1,1) 37
Hình 4. 16 Tầm với robot 1 38
Hình 4. 17 Tầm với robot 2 38
Hình 4. 18 Tầm với robot 3 39
Hình 4. 19 Tầm với robot 4 39
Hình 4. 20 Nhập và sắp xếp sản phẩm 1 40
Hình 4. 21 Nhập và sắp xếp sản phẩm 2 40
Hình 4. 22 Xuất sản phẩm 1 41
Hình 4. 23 Xuất sản phẩm 2 41
1

Chƣơng 1: Giới thiệu
1.1 Mở đầu
1.1.1 Đặt vấn đề
Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquid Petroleum Gas – LPG) đã trở thành mặt
hàng tiêu dùng thiết yếu trong cuộc sống sinh hoạt thƣờng ngày và đang ngày
càng đƣợc sử dụng rộng rãi. Theo số liệu (năm 2010) từ Ban phân tích – Công ty
cổ phần chứng khoán dầu khí [1], nhu cầu tiêu thụ LPG tại Việt Nam tăng nhanh
chóng: năm 1991 nhu cầu LPG cả nƣớc 50,000 tấn, năm 2001 là 400,000 tấn và
năm 2010 là 1.1 triệu tấn (Hình 1.1). Dự báo năm 2015 nhu cầu sử dụng LPG cả
nƣớc khoảng 1,5 triệu tấn và năm 2020 đạt 2 triệu tấn [2].

Hình 1.1 Biểu đồ tiêu thụ LPG tại Việt Nam [1]
Theo số liệu thống kê ở trên ta nhận thấy thị trƣờng gas Việt Nam có tốc
độ tăng trƣởng 15% / năm trong vòng 10 năm qua. Thị trƣờng tiêu thụ sản phẩm
LPG tại Việt Nam hiện nay, đối tƣợng cơ sở thƣơng mại, dịch vụ và hộ tiêu thụ
dân dụng (sử dụng bình gas 12kg) chiếm khoảng 65% [1]. Từ số liệu trên chúng
ta nhận thấy nhu cầu sử dụng bình gas 12 kg là rất lớn.
Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ to lớn trên, các công ty gas đang đầu tƣ xây
dựng thêm các cửa hàng phân phối gas đến ngƣời tiêu dùng. Các cửa hàng phân
phối không chỉ có chức năng lƣu trữ mà còn là nơi các công ty đầu tƣ công nghệ
để quảng bá sản phẩm và thƣơng hiệu. Đầu tƣ công nghệ thể hiện bằng việc tự
động hóa các hoạt động nhập, sắp xếp, xuất bình gas…. Tự động hóa nhằm bảo
2

đảm độ an toàn, tăng năng suất và đồng thời xây dựng hình ảnh công ty hiện đại
và chuyên nghiệp.
Hiện nay hoạt động vận chuyển, sắp xếp hàng trong các nơi lƣu trữ gas ở
Việt Nam chủ yếu vẫn dùng sức ngƣời là chính hoặc cao hơn là sử dụng xe nâng
cho các nhà kho lớn. Do đó giải quyết bài toán tự động hóa các hoạt động trong
nhà kho chứa gas là hết sức cần thiết và mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp.
Với thực trạng trên tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp dùng tay máy cho
bài toán lƣu trữ, trích xuất bình gas trong hệ trong phân phối ” nhằm mục đích
cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao hiệu quả công việc, bƣớc đầu tối ƣu hóa
đƣờng đi của tay máy(robot) và phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc xuất
trƣớc(First In First Out - FIFO)
1.1.2 Phạm vi nghiên cứu và mục tiêu của luận văn
Tự động hóa việc vận chuyển xuất nhập và sắp xếp bình gas có thể thực
hiện bằng nhiều cách. Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu,
đề xuất thiết kế dạng tay máy khớp bản lề để thực hiện các tác vụ trong nhà kho.
Để đạt đƣợc mục đích nêu ở phần 1, luận văn cần phải hoàn thành các
mục tiêu sau:
- Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho, sử dụng tay máy gắp sản phẩm
nhập xuất và lƣu trữ. Lựa chọn robot phù hợp để đáp ứng yêu cầu.
- Phân tích động học thuận và nghịch của robot đã chọn.
- Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà kho, mô
phỏng.
1.1.3 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Mô phỏng hoạt động robot giúp kiểm chứng kết quả lựa chọn, đánh giá
tƣơng đối đầy đủ khả năng làm việc của robot mà không cần chế tạo thử.
Mô phỏng giải thuật sắp xếp bình gas giúp ta đánh giá và lựa chọn đƣờng
đi hợp lý cho robot nhằm tiết kiệm năng lƣợng, thời gian và tăng hiệu suất công
việc.
3

1.2 Tổng quan
1.2.1 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến đề tài
 Ngoài nƣớc
Hiện nay, trên thế giới, robot công nghiệp dùng để vận chuyển và sắp xếp
sản phẩm đƣợc nhiều công ty thiết kế và chế tạo. Một số công ty chuyên sản xuất
nhƣ: ABB, Kuka, Fanuc…Các công ty chủ yếu tập trung ở các nƣớc phát triển
nhƣ Mỹ, Nhật, Đức, Ý… Ngày nay, xu thế phát triển của robot công nghiệp tập
trung theo hƣớng tăng khả năng làm việc của robot (tốc độ làm việc, độ chính
xác…), tăng tính an toàn, giảm giá thành, giảm kích cỡ và trọng lƣợng robot.
Một số nghiên cứu đã triển khai có liên quan đến đề tài đã đƣợc công bố
trên các tạp chí chuyên ngành.
[1] Guan Xiaoqing, Wang Jidong, “Mechanical design and kinematic analysis of
a new kind of palletizing robot”, Mechanic Automation and Control Engineering
(MACE), 2011 Second International Conference on, 2011, pp.404-408.
[2] Murat AKDAG, Design and analysis of robot manipulators by integrated
CAE procedures, 2008.
 Trong nƣớc
Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bƣớc tiến đáng kể
trong 25 năm qua. Đặc biệt phải kể đến Công ty Cổ phần TOSY, đã thiết kế chế
tạo thành công tay máy robot sáu bậc tự do. Tuy nhiên cụ thể robot công nghiệp
chuyên dùng để vận chuyển và sắp xếp hàng hóa vẫn chƣa có cơ quan hoặc tổ
chức nào tiến hành nghiên cứu và sản xuất.
Danh mục các nghiên cứu có liên quan
[1] Phan Tấn Tùng, “Mô hình động học và động lực học của tay máy di động 5
bậc tự do”, Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9: Phân ban Cơ điện tử và
Robot, Đại học Bách Khoa Tp.HCM, tr 24-32, 2005.

4




[2] Lê Đình Nguyên, Nghiên cứu thiết kế và giải thuật điều khiển tay máy theo
vết một đƣờng cong không gian, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Tp HCM,
2009.
[3] Nguyễn Quốc Cƣờng, Xây dựng giải thuật điều khiển cho robot hàn giàn giáo
dựa trên mô hình động lực học, Luận văn Thạc sĩ, Đai học Bách Khoa Tp HCM.
[4] Huỳnh Quang Huy, Nghiên cứu, thiết kế tay máy gắp bình gas, Luận văn
Thạc sĩ, Đai học Bách Khoa Tp HCM.
1.2.2 Tổng quan về kho bãi
 Các khái niệm cơ bản và vai trò của kho bãi
Kho bãi là một phần trong hoạt động hậu cần. Do đó trƣớc khi tìm hiểu về
kho bãi chúng ta có cái nhìn sơ lƣợc về hậu cần. Logistic đƣợc định nghĩa nhƣ
sau: “Logistics là một môn khoa học của việc hoạch định, tổ chức, quản lý và
thực hiện các hoạt động cung ứng hàng hóa và dịch vụ” [3]. Mục tiêu của hậu
cần là phân phối đúng sản phẩm, đúng thời gian với đúng số lƣợng và chất lƣợng
tại đúng nơi.
Khái niệm kho bãi: Kho bãi là một trung tâm phân phối hàng hóa, với mục
tiêu đƣa hàng hóa đến ngƣời dùng cuối một cách thuận tiện nhất. Chức năng cơ
bản của kho bãi là bao gồm nhận hàng hóa, nhận biết và sắp xếp, phân phối hàng
hóa đến nơi lƣu giữ, lấy hàng từ nơi lƣu giữ ra theo yêu cầu của khách hàng,
đóng gói, gửi hàng.
Vai trò của kho bãi: Kho bãi đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động
hậu cần. Kho bãi có tác dụng duy trì một nguồn hàng liên tục, giảm chi phí vận
tải và là địa điểm trung chuyển hàng gom hàng từ nhiều khách hàng hoặc tách
hàng cho nhiều khách hàng khác nhau. Đối với các công ty nhập khẩu nguyên
liệu, kho bãi giúp công ty chủ động đƣợc nguồn nguyên liệu không phụ thuộc

vào sự biến động giá cả của thị trƣờng.
 Một số hệ thống vận chuyển và sắp xếp hàng hóa tự động đƣợc sử dụng
trong nhà kho.
Hệ thống AS/RS (Automated Store & Retrieval System)
5




Hệ thống AS/RS là hệ thống lƣu kho & truy hồi tự động. Hệ thống này đƣợc
ứng dụng cho số lƣợng hàng hóa lƣu trữ lớn mà không gian lại giới hạn.
Một Hệ thống lƣu kho & truy hồi tự động, hoặc AS/RS, là sự kết hợp của các
thiết bị và sự kiểm soát, nhằm xử lý, lƣu kho và truy hồi vật liệu với sự rõ ràng,
chính xác và tốc độ. Các hệ thống có thể thay đổi từ tƣơng đối đơn giản, điều
khiển bằng tay hoạt động trong các cấu trúc kho chứa đến các hệ thống lƣu kho
và truy hồi điều khiển bằng máy tính, đƣợc tích hợp hoàn toàn vào các quy trình
sản xuất và phân phối.
Một AS/RS cho phép các công ty lấy lại không gian sàn, nâng cao hiệu quả
và bảo đảm việc kiểm soát tồn trữ.
Các thiết bị cần thiết cho một AS / RS bao gồm một máy Lƣu kho & Truy
hồi, hoặc SRM, đƣợc sử dụng cho việc lƣu kho và truy hồi vật liệu nhanh chóng.
Các loại SRM thông thƣờng là tải mini và tải đơn vị. Một SRM di chuyển tải trên
ba trục: đứng và/hoặc ngang ở lối đi, và sau đó là sang bên để đặt tải tại ví trí lƣu
kho.

Hình 1.2 Hệ thống AS/RS cỉa hãng Efacec
Ƣu điểm: Hệ thống AS/RS mang lại những lợi ích sau
- Quá trình lƣu và xuất hàng hóa nhanh, hoạt động liên tục 24 giờ/ ngày.
- Tiết kiệm không gian lƣu trữ.
- Khả năng lƣu trữ linh hoạt và dễ dàng mở rộng theo nhu cầu.

- Sử dụng lao động ít nên tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo hiểm và
thiết bị hỗ trợ.
6




- Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp
với công nghệ mã vạch (Barcode) hay thẻ từ (Transponder).
Khuyết điểm: Chi phí đầu tƣ ban đầu cho hệ thống cao.
Xe tự hành (AGVs – Automated Guided Vehicles)
Xe tự hành là một dạng xe chở hàng không ngƣời lái, hoạt động nhờ động
cơ điện và pin. Chiếc xe đầu tiên đƣợc phát minh vào năm 1953. Tải trọng nâng
đƣợc của xe từ vài kg tới hơn 100 tấn. Xe tự hành có thể nâng, hạ và vận chuyển
pallet một cách tự động bằng các càng nâng hoặc đầu nâng tùy thuộc vào loại và
kích cỡ của hàng hóa cần vận chuyển. Những chiếc xe đầu tiên nhận biết đƣờng
đi nhờ vệt sơn trên sàn, dải dẫn hƣớng (inductive guide wire) v.v… Những năm
gần đây, công nghệ dò đƣờng hiện đại hơn đã đƣợc sử dụng nhƣ bộ dò laser, cảm
biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại, hệ thống camera…

Hình 1. 3 Xe tự hành của hãng JBT
Carousel
Carousel là một dạng kệ lƣu giữ hàng hóa, có thể chuyển động nhờ hệ
thống xích dẫn động bằng động cơ điện. Carousel đƣợc ứng dụng trong chu trình
lấy hàng từ nơi lƣu giữ ra theo yêu cầu của khách hàng (order picking) quy mô
nhỏ. Có hai dạng carousel: đứng và ngang.
7

Trong carousel dạng ngang ở hình 1.4, các ngăn đựng hàng đƣợc gắn trên
khung kệ, các ngăn này có thể chuyển động tới lui nhờ hệ thống xích. Hàng hóa
theo yêu cầu đƣợc mang tới ngƣời điều khiển theo đƣờng ngắn nhất.

Hình 1. 4 carousel dạng ngang
Trong carousels dạng đứng (hình 1.5), các ngăn đƣợc giữ trên khung kệ
đƣợc lắp giữa hai hệ thống truyền động động cơ – xích lắp thẳng đứng. Các kệ di
chuyển lên xuống theo đƣờng ngắn nhất mang hàng hóa theo yêu cầu đến ngƣời
vận hành.

Hình 1. 5 Carousel dạng đứng
1.2.3 Tiêu chuẩn và quy định an toàn trong vận chuyển và lƣu trữ bình
gas(LPG)
Các tiêu chuẩn và quy định nhà nƣớc hiện hành có liên quan:
 TCVN 6304 : 1997 Chai chứa khí đốt hóa lỏng – yêu cầu an toàn trong bảo
quản, xếp dỡ và vận chuyển.
 TCVN 6223 : 2011 Cửa hàng khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) – Yêu cầu chung
về an toàn.
 Nghị định 107/2009/NĐ – CP Về kinh doanh khí dầu mỏ hóa lỏng.
8




 LPG là loại nhiên liệu thuộc nhóm nguy hiểm, dễ cháy nổ do đó thiết bị vận
chuyển bình gas trong nhà kho thuộc loại thiết bị chuyên môn, đặc thù. Thiết bị
này khi hoạt động phải tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn, quy định về bảo quản,
xếp dỡ vận chuyển. Ngƣời thực hiện đề tài đã tìm hiểu những tiêu chuẩn, quy
định nhà nƣớc hiện hành có liên quan đến việc bảo quản, xếp dỡ, vận chuyển và

qua đó rút ra những yêu cầu cần đáp ứng đối với thiết bị này.
 Khi vận chuyển và sắp xếp các bình gas phải luôn ở tƣ thế thẳng đứng, van
ở trên.
 Các bình gas đƣợc xếp chồng lên nhau, độ cao tối đa mỗi chồng là 1.5 mét.

1.3 Tóm tắt các chƣơng của luận văn
Chƣơng 1: Giới thiệu về đề tài và các kiến thức tổng quan có liên quan
đến đề tài.
Chƣơng 2: Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho và đƣa ra phƣơng án
chọn robot phù hợp với yêu cầu.
Chƣơng 3: Phân tích động học của robot.
Chƣơng 4: Đề cập tới giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà
kho, tối ƣu hóa đƣờng đi của robot trong việc sắp xếp sản phẩm và phân phối sản
phẩm theo phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc đƣợc xuất trƣớc, sau đó là phần
mô phỏng kiểm chứng.
Cuối cùng các kết quả đạt đƣợc, những mặt hạn chế và hƣớng phát triển
đề tài sẽ đƣợc trình bày trong chƣơng 5.






9




Chƣơng 2: Thiết kế bố trí sản phẩm nhà kho và lựa chọn robot
phù hợp

2.1 Yêu cầu thực tế nhà kho chứa bình gas
- Thông số bình gas 12 kg
Bảng 2. 1 Thông số bình gas

Kích thƣớc
Đƣờng kính ngoài thân bình
300 mm
Chiều cao toàn thân
585 mm
Đƣờng kính ngoài quai xách
246 mm
Chiều cao quai xách
160 mm
Trọng lƣợng
Trọng lƣợng vỏ bình
14.5 kg
Trọng lƣợng tổng
26.5 kg

Hình 2. 1 Bình gas 12 kg
- Kích thƣớc nhà kho: 4m x 4m x 3m.
- Sắp xếp vị trí đặt sản phẩm để nhà kho chứa đƣợc nhiều nhất.
- Sử dụng tay máy(robot) để thực hiện việc nhập, lƣu trữ và xuất sản phẩm.
khi có yêu cầu.
- Khi vận chuyển bình gas luôn vuông góc với sàn và tránh không đƣợc va
đập.
2.2 Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho
- Để tuân thủ các tiêu chuẩn, quy định về bảo quản an toàn, xếp dỡ vận
chuyển bình gas, tác giả đề xuất các bình đƣợc xếp chồng lên nhau, mỗi

chồng 2 bình và khoảng cách các bình là 50mm.
- Vị trí đặt robot: Có nhiều phƣơng án, đặt tại sàn trên tƣờng hoặc trên trần
nhà kho. Để thuận lợi cho việc lắp đặt, vận hành bảo trì sửa chữa và giảm
chi phí tác giả chọn đặt robot trên sàn. Đồng thời phát huy hết tầm hoạt
động của robot chọn vị trí đặt robot tại tâm của nhà kho.
- Di chuyển bình gas vào vị trí nhập và di chuyển bình gas ra khỏi vị trí
xuất sử dụng băng tải.
10




- Bố trí sản phẩm trong nhà kho: Có những phƣơng án bố trí nhƣ bố trí theo
tọa độ cực, tọa độ vuông góc(decac)… Số lƣợng các sản phẩm bố trí theo
các phƣơng án gần nhƣ bằng nhau, tác giả chọn phƣơng án bố trí theo tọa
độ vuông góc nhằm để thuận lợi trong việc lập giải thuật điều khiển.
- Bình gas đƣợc bố trí mƣời hàng, mƣời một cột, hai tầng và một hàng để
bố trí sản phẩm nhập xuất. Vị trí đặt robot không đƣợc đặt sản phẩm.
Tổng số bình gas lƣu trữ trong kho là: [(11x10)-(5x5)] x 2=170 bình.
- Bình gas đƣợc chồng lên nhau nên mỗi chồng bao gồm hai tầng. Tầng một
là tầng đáy, tiếp xúc mặt sàn của nhà kho, tầng hai là tầng kế tiếp tầng
một, riêng tầng ba không đƣợc sắp sếp sản phẩm mà chỉ là tầng bộ đệm để
di chuyển cánh tay robot khi gắp và không gắp sản phẩm.

Hình 2. 2 Sơ đồ sắp xếp bình gas