báo cáo đề tài mobile flatform

Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh
Trường Đại Học Bách Khoa

ĐỀ TÀI: MOBILE FLATFORM
GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
1


I. TỔNG QUAN
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học-kỹ thuật sức lao động của con người dần được thay thế bởi các thiết bị tự động. Con
người từ việc vận chuyển hàng hóa bằng tay chân đến việc sử dụng sức của các loài gia súc, phát triển hơn là sử dụng các
phương tiện vận chuyển do con người trực tiếp điều khiển như xe kéo, xe đẩy hàng...

Tuy nhiên, trong môi trường công nghiệp, đối với những công việc có tính chất lặp đi lặp lại hoặc công việc yêu cầu độ chính xác cao,
mang tính dây chuyền, đòi hỏi năng suất lớn thì với các hình thức vận chuyển trên khó có thể đáp ứng được những yêu cầu đó. Trước
những yêu cầu trên, những thiết bị có khả năng tự di chuyển, mang hàng hóa từ nơi này đến nơi khác, theo một lộ trình cho trước hoặc
làm những công việc đặc thù do con người lập trình sẵn dần ra đời.

2


Nhằm đáp ứng được yêu cầu trên, trong nội dung báo cáo này sẽ thực hiện việc nghiên cứu và thiết kế một loại Mobile
Platform có khả năng mang hàng hóa từ nơi này đến nơi khác và đi trên một quỹ đạo được định sẵn.

Một số sản phẩm đã được nghiên cứu trên
thế giới
:
- Xe chở hàng
AVG
- Xe

kéo hàng INDEVA
- Xe chở hàng Weasel của SSI Schaefer

3




Xe chở hàng AVG

•

Tải trọng chở: 200 ~ 250 Kg

•

Trọng lượng xe: 100 Kg

•

Kích thước xe : 620x265x785mm

•

Kích thước xe bên ngoài :620x1015x942mm

•

Vận tốc: 0,5 m/s

•

Gồm 2 bánh chủ động, 4 bánh tự lựa

•

Bộ điều khiển: Atmega 128-16AU

•

Cảm biến dò đường: sử dụng cảm biến quang

•

Nguồn: sử dụng nguồn DC 24v

•

0
Góc xoay : có thể <90 hoặc >90 tùy kết cấu.

4


5


 

Với yêu cầu công việc xoay góc < , dùng cơ cấu 1 cặp bánh chủ động.

 

Với yêu cầu công việc xoay góc > , dùng cơ cấu 2 cặp bánh chủ động.

6


Có thể thay đổi tốc độ hoặc nhận tín hiệu điều khiển tại các trạm, thông qua việc đọc mã vạch từ cảm biến
7


Sơ đồ nguyên lý

8


Xe kéo hàng INDEVA

•

Dùng động cơ DC Brushless.

•

Khả năng kéo lớn nhất: 750kg.

•

Lực kéo khi đạt tốc độ lớn nhất: 350 N

•

Dùng hệ thống dường line từ được phủ lớp bảo vệ.

•

Bán kính cong nhỏ nhất: 600mm.

•

Tốc độ lớn nhất: 0,83 m/s.

•

Có thể dừng trước vật cản: ±30mm

•

Kích thước: 950mm x 544mm x 1500mm

•

Sử dụng cảm biến: SICK LaserScan 8 zones

9


Các đường dẫn được làm bằng từ được dán hoặc cố định trên sàn nhà do đó có thể linh hoạt trong việc thay đổi và do đường
dẫn làm bằng từ. tại các nơi yêu cầu phải dừng lại để thực hiện cũng được dán trên sàn nhà.

10


Sơ đồ vận hành Indeva

11


Sơ đồ nguyên lý

12


Xe chở hàng Weasel của SSI Schaefer

13




Khối lượng vận chuyển lên đến 35 kg



Kích thước vận chuyển: 120 x 120 x 45 mm – 650 x 450 x 510 mm



Kích thước của xe loại nhỏ:
(LxBxH): 810 x 420 x 285 mm



Thời gian hoạt động lên đến 18 tiếng



Điện được cung cấp bởi pin chì dạng gel, có thể được sạc riêng bên ngoài



Các trạm sạc pin luôn sẵn sàng để duy trì hoạt động 3 ca 1 ngày



Tốc độ lên tới 1m/s, phụ thuộc vào tải trọng



2
Gia tốc lên đến 0.8m/s >



Xe có thể di chuyển trong bán kính 1000 mm



Có thể leo nghiêng đến 20%

14


Sơ đồ nguyên lý

15


Tóm tắt:



Từ ba sản phẩm nêu trên, ta nhận thấy điểm chung là:



Các sản phẩm trên đều được sử dụng để vận chuyển hàng trong mô hình các nhà xưởng.



Vận tốc trung bình dao dông trong khoảng : 0,5 -> 1 m/s



Có 1 cặp bánh chủ động và các bánh tự lựa hướng (1,2,4 bánh)



Có khả năng tự di chuyển trên 1 đường line cho trước



Khối lượng hàng chở(kéo) được :35 kg -> 750 kg



Bán kính cong có thể đi được : 1000mm, góc xoay có thể thực hiện được : 0->360, tùy kết cấu.

16


1.4. đặt đề bài


Giả sử ta cần thiết kế 1 mobile plat form có công dụng di chuyển, chở hàng trong 1 nhà xưởng, với đoạn đường như sau :

Yêu cầu :
- Chở được khối hàng kích thước
L750xH300xW500, m= 40kg
- Vận tốc di chuyển : 0,9 m/s
- Bán kính cong thực hiện được: 2.5 m
- Sai số khi di chuyển : 10mm

17

Sơ đồ đường đi


II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
A. Phương án cơ khí

Lựa chọn phương án di chuyển

•

2 bánh : với yêu cầu kích thước kiện hàng là L750xH300xW350, nên phương án 2 bánh khó đảm bảo được điều kiện
đứng vững

•

3 bánh: khả năng đứng vững cao hơn 2 bánh, nhưng với kích thước kiện hàng như đề bài, khó đảm bảo đứng vững
được

•

4 bánh: khả năng đứng vững tốt, đảm bảo được yêu cầu đề bài, nhưng với chiều dài kiện hàng là L700, bánh kính
cong rẽ là 1m, khối lượng hàng là m=40 kg, thì rẽ sẽ khó khăn .

•

6 bánh (2 bánh chủ động, 4 bánh tự lựa) : đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của bài toán đặt ra.

18


Sơ đồ nguyên lý


Phương án điện

•

-

Lựa chọn động cơ

Động cơ bước : khả năng chịu tải tương đối, nhưng dễ bị trượt vì vậy khó điều khiển chính xác được vị trí và khó đảm bảo được
sai số đề bài đưa ra

-

Động cơ DC chổi than : khả năng tải lớn, có thể điều khiển chính xác vị trí nhờ encode. Tuy nhiên, vì là xe chở hàng trong nhà
xưởng nên thời gian hoạt động lâu (8h/ngày) nên sẽ mau mòn chổi than, giảm tuổi thọ.

-

Động cơ DC servo : điều khiển chính xác vị trí, tuy nhiên khả năng chịu tải nhỏ, nên không phù hợp

-

Động cơ DC : khả năng chịu tải tương đối lớn. Có thể điều khiển chính xác vị trí nhờ encode. Tuổi thọ động cơ cao hơn so với
DC chổi than.

Từ sự so sánh trên, ta chọn động cơ DC với hồi tiếp encode
20


•


Lựa chọn cảm biến

Cảm biến camera số: khả năng dò đường và di chuyển theo một quỹ đạo cho trước tốt, tuy nhiên đòi hỏi giải thuật phức tạp, thường được sử dụng
để dò line phức tạp, thích hợp cho những bài toán tránh vật cản. Với yêu cầu đề bài là di chuyển trong nhà xưởng, bằng phẳng, không có vật cản,
sử dụng camera là không cần thiết.



Led hồng ngoại : độ nhạy tốt, tuy nhiên Độ nhiễu lớn, cần được che chắn tốt và dùng phần mềm để giảm thiểu độ nhiễu, rất dễ bị lạch đường do
cường độ ánh sáng xung quanh làm ảnh hưởng tới hoạt động của cảm biến



Quang điện: độ nhạy tốt, tuổi thọ cao, thời gian đáp ưng nhanh, có khả năng nhận biết vật ở xa, tuy nhiên khoảng cách nhận biết được vật phụ
thuộc vào màu sắc và hệ số phản xạ của vật, độ nhiễu lớn



Cảm biến line từ : tốc độ đáp ứng cao, độ bền, độ nhạy cao, khả năng chống nhiễu lớn, thích hợp trong môi trường công nghiệp.

Vì vậy ta sử dụng cảm biến từ là tốt nhất.


•
-

Chọn phương án điều khiển

Điều khiển tập trung : dùng một vi điều khiển để điều khiển 2 động cơ.
Ưu điểm: mạch điều khiển nhỏ gọn
Nhược điểm: giải thuật phức tạp, khó bảo trì, sửa chữa phức tạp

-

Mạch điều khiển phân cấp: dùng hai vi điều khiển để điều khiển 2 động cơ.
Ưu điểm: giải thuật đơn gian, dễ bảo trì và sửa chữa
Nhược điểm: mạch điều khiển cần không gian lớn hơn điều khiển tập trung.

 Dựa vào những ưu điểm dễ bảo trì, giải thuật đơn giản nên nhóm chọn phương án điều khiển phân cấp.


III. TÍNH TOÁN-THIẾT KẾ
A. Thiết kế cơ khí
Thiết kế khung xe
Căn cứ vào đề bài đặt ra, ta cần chở một khối hàng hóa có kích thước L700xH300xW350. Vì vậy, ta thiết kế xe với kích thước tương ứng với kiện
hàng nói trên, cụ thể: xe có chiều dài L=750 mm, chiều rộng W =350 mm. Sử dụng vật liệu là thép , khối lượng riêng d=7,86 g/cm

3

Kết cấu khung xe gồm những thanh thép được hàn lại với nhau, xe gồm hai phần:

•

Phần dưới: gồm 2 thanh thép hộp 25x20x750 dày 2mm, 2 thanh thép hộp 50x20x300 dày 2mm.

•

Phần trên: gồm 4 thanh thép hộp 22x22x366, 2 thanh thép hộp 22x22x300 dày 2mm và được nối với nhau bằng những ống nối chữ T


Kích thước khung trên

Kích thước khung dưới