THIẾT KẾ, CHẾ TẠO XE AGV

1

Chương 1: Giới thiệu chung
1.1 Lý do chọn đề tài
Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Để tiến
kịp các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp
cận các công nghệ và thiết bị hiện đại. Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các
kiến thức mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất
nước.
Kĩ thuật robot đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở
nhiều nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong
quốc phòng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ. Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot
trong sản xuất ở Việt Namcòn ít. Việc ứng dụng robot công nghiệphiện vẫn còn
là lĩnh vực mới mẻ đối với nền công nghiệp nước nhà. Trong xu hướng phát
triển chung việc nghiên cứu và sử dụng robot ở Việt Nam chắc chắn sẽ phát
triển.
AGV là một loại robot được sử dụng tại nước ngoài trong các ngành công
nghiệp dùng để chuyên chở tự động. Tuy nhiên đối với Việt Nam thì công nghệ
này vẫn chưa được áp dụng nhiều trong thựctế.
Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở Việt Nam đều có quy mô lớn
nhưng chất lượng chưa cao do những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc
thiết bị còn thô sơ nên năng suất lao động chỉ đạt ở mức trung bình vì lợi nhuận
giảm do phải thuê mướn một lượng công nhân rất lớn.
Do đó đề tài của nhóm tác giảmang tên “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO XE AGV”
1.2 Mục đích nghiên cứu
- Thiết kế và tạo ra một chiếc xe có khả năng dò đường như một robot tự động
và phải tránh được các chướng ngại vật nhờ vào các cảm biến.
- Nâng cao năng suất lao động, thời gian và số chuyến vận chuyển sản phẩm
tăng lên và đem lại lợi nhuận cho doanh nghiệp.
- Đề tài gồm nhiều môn học chuyên ngành liên quan vì vậy qua đề tài giúp
nhóm hiểu rõ, nắm sâu hơn về những kiến thức đã đượchọc.

1.3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu và tạo ra một kết cấu cơ khí hợp lý và vững chắc cho AGV.
- Thiết kế bộ driver điều khiển động cơ dùng mạch cầu H và kết hợp với bộ
PID điều khiển một cách chính xác vị trí, tốcđộ.
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XEAGV


2

- Thiết kế các module cảm biến giúp xe xác định đường đi, vật cản và nhận
định chính xác xe khi kếtnối..
- Thiết kế mạch đo dung lượng của Acquy, kết hợp lập trình tạo nên một xe
AGV có khả năng sạc bình tự động nhằm đảm bảo năng lượng cho xe
hoạtđộng.
- Cách kết nối các mạch lại với nhau để tạo một AGV hoànchỉnh.
1.4 Ý nghĩa khoa học
- Mang đến những bước tiến vượt trội trong việc áp dụng khoa học công
nghệ hiện đại vào trong quy trình sản xuất, là nền tảng cơ sở để xây dựng
những quy trình tự động hóa với những thiết bị máy móc tốt nhất trong
tương lai.
- Thể hiện bản lĩnh cũng như tầm hiểu biết ngày càng được nâng cao của sinh
viên khi có thể nắm bắt những kiến thức về khoa học kỹ thuật và vận dụng
một cách sáng tạo, có hiệu quả vào thực tiễn cuộcsống.
1.5 Ý nghĩa thực tiễn
-

Tự động hóa trong sản xuất hàng hóa và nâng cao năng suất lao động, cải
thiện chất lượng sản phẩm.

-

Về ý nghĩa nhân văn, thay thể con người ở những vị trí nguy hiểm, dễ gây tai
nạn lao động trong quá trình làmviệc.

1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu
• AGV trong đề tài nghiên cứu là các xe chở hàng công nghiệp không người
lái. Nó có kích thước khác nhau để mang các tải trọng từ một vài kg đến tải
trọng hàng trăm tấn.Tuy nhiên vì trong khuôn khổ của một đồ án tốt nghiệp
với khả năng hạn hẹp, nên để đề tài có tính khả thi cao, nhóm đã đề ra các
nhiệm vụ trong việc thiết kế và chế tạo xe AGV như sau:
-

Chế tạo kết cấu kết cấu cơ khí cho xe AGV là loại xe chở có khay để
hàng với tải trọng là 150kg (không tính trọng lượng của xe).Đảm bảo
được được độ vững chắc của xe và hàng hóa trong quá trình di
chuyển, tạo sự ổn định và thuận lợi cho phần điềukhiển.

-

Thiết kế được mạch điện tử cho AGV hoạt động ổnđịnh.

-

Lập trình điều khiển cho AGV chạy bám theo vạch kim loại với tốc
độ ổn định 25m/phút. Thiết kế cho AGV có khả năng phát hiện được
vật cản trong quá trình di chuyển đồng thời đưa ra cảnh báo an toàn
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XEAGV


3

thông qua còi báo và đènbáo.
-

Tìm hiểu và thiết kế nguồn năng lượng cho xe là nguồn một chiều
DC.

1.7 Phương pháp nghiên cứu:
- Tìm hiểu thông qua sách, báo, các bài viết chuyên đề và thông qua mạng
internet nhằm rút ra những mô hình phù hợpnhất.
-

Học hỏi những thầy có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực robocon để có
hướng giải quyết nhanh và tốthơn.

1.8 Bố cục đề tài
Nội dung báo cáo gồm 4chương:
• Chương 1: Giới thiệu chung
• Chương 2: Tổng quan về xe tự hành AVG
• Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống
• Chương 4: Thiết kế hệ thống
Phần cuối của bài báo cáo là danh mục tài liệu thamkhảo

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XEAGV


4

CHƯƠNG2: Tổng quan về xe tự hành AVG
2.1 Xe AGV là gì?

Khái niệm xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) là một khái niệm chung
chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái. Trong
công nghiệp 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 sảnxuất.

-

Chuyển hàng giữa các trạm sảnxuất.

-

Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt trong bánbuôn.

-

Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viên, siêu thị, văn
phòng.

Qua tất cả các ứng dụng trên, AGV thể hiện rất rõ hiệu quả của mình như: giúp
giảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn
nhân lựcv.v…
AGV còn giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất. Chúng có thể được
chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hoàng cấp phát cho một số vị trí làm việc
nhất định
2.2 Lịch sử phát triển
• Hệ thống xe dẫn hướng tự động (AGVS) đã tồn tại từ năm 1953 bởi Barrett
Electronics Of Northbrook, bang Illinois – USA, nay là Savant Automation

of Walker, bang Michigan – USA. Một nhà phát minh với một giấc mơ sáng
chế ra một phương pháp tự động hóa con người trên chiếc xe tải kéo mà đã
được sử dụng trong các nhà máy trong nhiều năm. Lúc đầu chỉ là một chiếc
xe kéo nhỏ chạy theo một đường dẫn. Hệ thống hướng dẫn đầu tiên được tạo
ra khi xuất hiện các cảm biến dò theo một từ trường. AGV tồn tại ở mức này
cho đến giữa những năm 70. Công nghệ lúc này đã điều khiển các hệ thống
để mở rộng khả năng và tính linh hoạt. Xe không chỉ còn được dùng để kéo
rơ móc trong kho, mà còn được sử dụng trong quá trình sản xuất, làm việc,
và các hệ thống lắp ráp ôtô.
• Qua nhiều năm, khi công nghệ trở nên tinh vi hơn, thì ngày nay các AGV
chủ yếu được định vị bởi hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle).


5

Trong quá trình tự hành, LGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác
nhằm đảm bảo sản phẩm được chuyển qua các trạm, kho nơi mà sau đó
chúng được giữa lại hoặc chuyển đến một vị trí khác. Ngày nay, AGV
đóngvai trò quan trọng trong thiết kế các nhà máy và nhà kho, đưa hàng hóa
đến đúng địa điểm một cách antoàn.
2.3 Phân loại AGV
2.3.1 Phân loại theo chức năng: thì có 4 kiểuAGV
• Xe kéo (TowingVehicle)
Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn còn thịnh hành. Loại này có thể
kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 60000pounds.
Ưu điểm của hệ thống xekéo:
- Khả năng chuyên chởlớn.
- Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở
cũng như đảm bảo antoàn.
- Tăng tính antoàn.

• Xe chở (Unit LoadVehicle)
Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các nâng, hạ chuyền động
bằng băng tải, đai hoặc xích. Loại này có ưu điểm:
- Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêucầu.
- Thời gian đáp ứng nhanhgọn.
- Giảm hư hại tàisản.
- Đường đi linhhoạt.
- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyênchở.
- Lập kế hoạch hiệuquả
• 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 lắpráp.
Xe nâng (ForkVehicle)
Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các
khối hàng đặt trêngiá.
2.3.2 Phân loại theo dạng đường đi
• Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free pathnavigation)
Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không gian hoạt động. Đây là loại xe


6

AGV có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con quay hồichuyển
(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 đòi hỏi
công nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại AGVkhác.
Loại chạy theo đường dẫn (Fixed pathnavigation)
• Xe AGV thuộc loại này được thiết kế chạy theo các đường dẫn định sẵn gồm
các loại đường dẫn nhưsau:

- Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire)
chôn 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, không ảnh hưởng đến các công việc
vận hành khác. 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.
- 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
hoạtthấp.
- Đường băng kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn
trên sàn nhờ các loại cảm biến 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
bẩnhayhư hạigâykhókhănchoviệcđiềukhiểnchínhxácxe.
2.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Qua tìm hiểu trên sách báo, internet và các phương tiện thông tin, truyền thông,
chúng em thấy rằng đề tài chế tạo xe tự hành là một đề tài mới, rất ít được đề
cập đến trong nền công nghiệp nước ta, cụ thểlà:
2.4.1 Ở trong nước:
Ngành tự động hóa trong nước mới chỉ ở những bước khởi đầu nên vẫn chỉ có
rất ít những nghiên cứu về xe tự hành (AGV). Do đó việc ứng dụng AGV trong
công nhgiệp ở nước ta vẫn còn rất hạnchế.
2.4.2 Ở ngoài nước:


7

Hiện nay với trình độ khoa học kĩ thuật phát triển nhất là về lĩnh vực tự động

hóa, đề tài Automatic Guided Vehicle (AGV) đã có những nghiên cứu và ứng
dụng vào thực tế. AGV góp mặt trong hầu hết các ngành công nghiệp thay thế
sức lao động của con người trong các lĩnh vực khác nhau như y tế, nhà xưởng,
kho hàng. AGV xuất hiện với đủ mọi hình dạng, kích thước từ nhỏ bé đến to
lớn.
2.5 Mục tiêu hướng tới của đề tài
- Thiết kế xe AGV là một robot không người lái nhằm tạo ra bước cải tiến
trong quy trình sản xuất và thay thế một phần công việc nào đó cho công
nhân đảm bảo an toàn lao động.
- Đưa tự động hóa vào sản xuất để giảm lao động chân tay và đem lại lợi
nhuận cho doanh nghiệpgấp nhiều lần khi thay thế ngườicông nhân.


8

Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống
3.1 Các thành phần của xe AGV
Tổng thể của xe AVG nhưsau:
•

Bộ truyền chuyển động: Có nhiệm vụ truyền động năng từ động cơ qua các bộ

giảm tốc đến bánh xe giúp xe di chuyển một cách linh hoạt và đạt được vận tốc
cũng như lực kéo phù hợp, đáp ứng được yêu cầu côngviệc.
•

Bộ định vị khớp kết nối: Có nhiệm vụ giúp xe định vị xe chở phía sau xe nhằm

đến đúng vị trí thực hiện kết nối, ghép nối xe chở và AGV. Chốt giữ cho phần kết
nối chắc chắn và tạo khớp xoay giúp cho việc chuyển động ở góc cua linh hoạthơn.

•

Bánh xe chủ động lớn, dày và có độ bám đường tốt nhằm đảm bảo xe không bị

trượt trên đường di chuyển khi phải kéo theo trọng lượng.
•

Bánh xe vô hướng giúp cho việc dò tìm đường linh hoạt hơn, giúp AGV di

chuyển linh hoạt trong các khúc cua hay quayđầu.
•

Hệ thống các loại cảm biến giúp AGV nhận biết line chạy, xe cũng như phát

hiện các chướng ngại trên đường di chuyển củaxe.
•

Bộ nguồn gồm có acquy 12V/100A và bộ chuyển đổi nguồn 5V cho vi điều

khiển hoạtđộng.
•

Bộ driver điều khiển động cơ có nhiệm vụ thay đổi chiều quay và tốc độ của

động cơ
•

Bộ board mạch chủ để điều khiển mọi hoạt động xe AGV thông qua giao tiếp

với các bộdriver.

9

Hình 3.1 Cấu tạoAGV
3.2 Quy trình hoạt động:
Một ca làm việc sẽ bắt đầu tại vị trí bãi xe không tại cuối line sản xuất, là vị trí
đặt AGV ban đầu. AGV sẽ đến bến khu vực chờ xe có hàng, thực hiện kết nối với
xe đã được chất đầy hàng rồi kéo xe đến đầu line sản xuất. AGV sẽ thực hiện thả
xe vào các vị trí định sẵn tại bến xe có hàng. Tiếp tục, xe sẽ đến khu vực chờ xe
không hàng, thực hiện kết nối với xe đã được dỡ hết rồi kéo xe về cuối line sản
xuất, thả xe vào khu vực xếp xe khi vận chuyển về. AGV sẽ tiếp tục tiến về khu
vực chờ xe có hàng và tiếp tục thực hiện côngviệc.

Hình 3.2 Hệ thống line và quytrình hoạt động củaAGV


10

3.3 Phần điều khiển của xe AGV


11

Hình 3.3: Sơ dồ kết nối phần điều khiển của xe
Trong xe AGV mạch điều khiển đóng vai trò quan trọng không kém gì phần cơ khí, nó
được xem như là CPU điều khiển mọi hoạt động của xe. Bộ điều khiển bao gồm mạch
xử lý trung tâm, tiếp nhận các dữ liệu thông qua các cảm biến đưa về sau đó phân tích
và đưa ra phương án điều khiển AGV một cách tốiưu.
3.4 Phần đảm bảo an toàn

 SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tăng tính linhhoạt,
tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí. SRF05 là hoàn toàn tương thích với
SRF04. Khoảng cách là tăng từ 3 mét đến 4 mét. Một chế độ hoạt động mới,
SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt vàphản hồi, do đó
tiết kiệm có giá trị trên chân điều khiển của bạn. Khi chân chế độ không kết nối,
SRF05 các hoạt động riêng biệt chân kích hoạt và chân hồi tiếp, như SRF04.
SRF05 bao gồm một thời gian trễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều
khiển chậm hơn chẳng hạn như bộ điều khiển thời gian cơ bản


12

Stamps và Picaxe để thực hiện các xunglệnh.

Hình 3.4:Cách kết nối chân cho cảm biến siêu âmSRF05
 Chế độ 1 – tương ứng SRF04 – tách biệt kích hoạt và phảnhồi
Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế độ
đơn giản nhất để sử dụng. Tất cả các chương trình điển hình cho SRF04 sẽ làm
việc cho SRF05 ở chế độ này. Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ
không kết nối - SRF05 có một nội dừng trên chân này.
 Chế độ 2 – Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và
được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng
chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mát. Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên
cùng một chân với tín hiệu kích hoạt. SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho
đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt. Bạn đã có thời gian để kích
hoạt pin xoay quanh và làm cho nó trở thành một đầu vào và để có pulse đo mã
của bạn đã sẵn sàng. Lệnh PULSIN được tìm ra và được dùng phổ biến hiện
nay để điều khiển tựđộng.
 Tính toán khoảng cách

Giản đồ định thời SRF05 thể hiện trên đây cho mọi chế độ. Bạn chỉ cần cung cấp
một đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách. Các
SRF05 sẽ gửi cho ra một chu kỳ 8 burst của siêu âm ở 40khz và tăng cao dòng phản
hồicủanó(hoặckíchhoạtchếđộdòng2).Sauđóchờphảnhồi,vàngaysaukhi


13

phát hiện nó giảm các dòng phản hồi lại. Dòng phản hồi là một xung có chiều rộng
là tỷ lệ với khoảng cách đến đối tượng. Bằng cách đo xung, ta hoàn toàn có thể để
tính toán khoảng cách theo inch / centimét hoặc bất cứ điều gì khác. Nếu không
phát hiện gì cả SRF05 giảm thấp hơn dòng phản hồi của nó sau khoảng 30mS.
SRF04 cung cấp một xung phản hồi tỷ lệ với khoảng cách. Nếu độ rộng của pulse
được đo trong hệ uS, sau đó chia cho 58 sẽ cho khoảng cách theo cm, hoặc chia
cho 148 sẽ cho khoảng cách theoinch.
Khoảng cách(cm)=Thời gian xung lên(us)/58
Khoảng cách(inches)=Thời gian xunglên(us)/148
SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mọi 50mS, hoặc 20 lần m i giây.
Bạn nên chờ 50ms trước khi kích hoạt kế tiếp, ngay cả khi SRF05 phát hiện một
đối tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn. Điều này là để đảm bảo các siêu âm
"beep" đã phai mờ và sẽ không gây ra sai phản hồi ở lần đo kếtiếp.
Lưu đồ thuậtgiải

Hình 3.5:Lưu đồ thuật giải của mạch siêuâm


14

Chương 4: Thiết kế hệ thống
4.1 Lựa chọn và thi công cơ khí

4.1.1 Phần khung xe
Phần khung xe là một phần rất quan trọng của AGV, nâng đỡ toàn bộ các
bộ phận của xe. Vì vậy, khung phải đảm bảo đáp ứng đủ mọi điều kiện về độ
cứng vững tuy nhiên phải nhỏ gọn để phù hợp với điều kiện môi trường làm việc
nhỏ hẹp nơi phân xưởng sảnxuất.

Hình 4.1Khung xe thiếtkế
Khung xe được chế tạo bằng vật liệu inox, là loại thép không rỉ, có độ sáng bóng
và rất cứng vững nhằm đảm bảo độ bền cho khungxe.
4.1.2 Phần BánhXe
Bánh xe là một bộ phận cực kì quan trọng, giúp toàn bộ kết cấu xe có thể di chuyển
trơn tru. Đồng thời cũng là bộ phận nâng đỡ kết cấuxe.
Trong AGV sử dụng hai loại bánhxe:
• Bánh xe chủ động: Là loại bánh xe chắc chắn có đường kính ngoài 200mm, bề
rộng bánh là 50mm. Lốp của bánh được đóng bắng cao su nhằm đem lại độ bám
đường tốt nhất khi mà xe phải kéo theo một khối lượng hàng không nhỏ(120kg).


15

Hình 4.2: Bánh xe chủ động thiếtkế
• Bánh xe vô hướng: Để xe có thể bẻ lái và thực hiện dò line một cách linh hoạt
thì bánh trước của AGV được thiết kế sử dụng bánh vô hướng, có thể xoay theo
bất cứ góc độnào.

Hình 4.3: Bánh xe vô hướng thiết kế


16

Hình 4.4: Mô hình cơ khí hoàn chỉnh
4.1.3 Phần chọn động cơ
Đối với cơ cấu di chuyển của xe, lực cản tĩnh phụ thuộc vào khối lượng chuyên chở
và khối lượng của xe, trạng thái đường đi (cong, thẳng, ổ gà, dốc..). Do vậy lực cản
được tính theo công thứcsau:

Trongđó:

G – khối lượng chuyên chở,kg;
Gx –khối lượng của xe,kg;
Rb –bán kính bánh xe,m;
-4
-4
β -hệ số ma sát trượt,(8.10 ÷15.10 )
rct –bán kính cổ trục bánh xe,m;
-4
f –hệ số ma sátlăn(5.10 );
kms – hệ số có tính đến ma sát giữa mép bánh xe và đường ray (1,2÷1,5);
Mô men của động cơ sinh ra để thắng lực cản chuyển độngđó bằng:


17

Trongđó:
F –lực cản chuyển động,N;
i –tỉ số truyền từ trục động cơ đến bánhxe;
η –hiệu suất của cơcấu;
Công suất của động cơ khi di chuyển có tảibằng:

Thực tế ta cóđược:

G :khối lượng chuyên chở (bao gồm xe chở hàng và thùng hàng): 150(kg);
Gx –khối lượng của xe: 50(kg);
Rb –bán kính bánh xe: 100 (mm) = 0.1(m);
β -hệ số ma sát trượt: 8.10

-4

rct –bán kính cổ trục bánh xe: 5 (mm) = 0,005 (m); f –hệ số
-4
ma sát lăn:5.10 ;
kms – hệ số có tính đến ma sát giữa mép bánh xe và đường ray:(1,3);

Với:
F –lực cản chuyển động = 10,6[N]
i –tỉ số truyền từ trục động cơ đến bánh xe =24 η –hiệu
suất của cơ cấu =0,9
Mô men sinh ra để thắng lực cản chuyểnđộng:


18

P=

.10-3[kw]=

.10-3=0,0715 [kw]=71,5 [w]

Với vận tốc 1,5(m/s)=5.4(km/h)
Vì vậy để đảm bảo công suất cho xe AGV nên chọn loại động cơ có công suất 100
(W), 24 (V). Đáp ứng được yêu cầu về tốc độ cũng như khả năng chịu quá tải đối với

xe AGV.
Dòng điện cần thiết để cấp cho độngcơ:

Hình4.5: Động cơ servo
Thông số kĩthuật:
Động cơ Servo 100w -24VDC
Current : 5.5A.
Tốc độ: 2500 rpm
Encoder: 1000xung
Động cơ DC servo 55ZYTD51 là động cơ servo nam châm vĩnh cửu có chổi
than. Động cơ được dùng cho các ứng dụng đòi hỏi sự chính xác. Động cơ đượcgắn
một encoder kèm theo để phản hồi vị trí cho bộ điềukhiển.
Các ưuđiểm:
Tính năng kỹ thuật cao.
Chi phíthấp.


19

Nhiễu tạpnhỏ.
Kèm theo encoder (1000 xung), l i vị trí có thể được giới hạn đến mộtxung.
4.1.4 Phần thiết kế ổ bi
• Trục I và II có lực tác dụng dọc theo trục nên ta chọn ổ bi đỡchặn.
• Trục I chọn ổ bi theo tiêu chuẩn kí hiệu: 6000 với đường kính ngoài
26mm, đường kính l là10mm.
• Trục II chọn ổ bi theo tiêu chuẩn kí hiệu: 6200 với đường kính ngoài
37mm, đường kính l là12mm.
4.2 Phần điều khiển
4.2.1 Acquy và khối nguồn 5V
-Acquy : xe AGV phải đáp ứng được quá trình sử dụng bình ắc quy trong thời gian 4h

làm việc. Công thức tính thời lượng dùng ắc quy được tính nhưsau:

T=

[giờ]
(3.5)

Trongđó:
T –thời gian cần có điện trong hệ thống,giờ;
Ah –dung lượng bình ắc quy,Ah;
U – hiệu điện thế của ắc quy, V;
pt – hiệu suất của hệ thống: 0,8
P – công suất tiêu thụ của tải,W;
Vậy đối với loại bình ắc quy 12VDC để đáp ứng được yêu cầu làm việc
8hthì dung lượng ắc quy cần thiết sẽlà:

Ah=

=

=20,8[Ah]


20

Hình 4.6:Acquy khô 12V/100Ah


21

-Mạch Nguồn5V
• Nguồn được lấy từ acquy 12V/100Ah vào mạch chuyển đổi điện áp xuống 5V
rồi đưa vào vi điều khiển nếu nguồn không ổn định thì vi điều khiển sẽ bị treo và
dẫn đến xe ngưng làm việc. Trong phần này em sử dụng LM2596 là chính vì nó
chịu dòng cao lên đến 3A. sau đây là mạch nguồn dùngLM2596.

Hình 4.7: Sơ đồ mạch nguồn5V
4.3 Khối dò line dùng cảm biến kimloại
Cảm biến kim loại làm nhiệm vụ dò line kim loại, xuất tín hiệu về bộ vi xử lý
trung tâm. Bộ vi xử lý trung tâm nhận tín hiệu xử lý và xuất tín hiệu điều khiển
tốc độ hai động cơ chạy đúng theo đường line. Nhóm lựa chọn cảm biến tiệm
cận (Proximity Sensor) loại từ cảm (Inductive). Chọn loại E2A-M30KN30 có
khả năng phát hiện đối với vật thể kimloại.

Hình 4.4: Một số loại cảm biến kimloại
 Thông số khi lựa chọncảm biến kim loại :


22

- Khoảng cách phát hiệnvật
- Điện áp ngõvào
- Ngõ ra cảm biến (NPN hayPNP)
- Tần số đápứng
Cảmbiến
kimloại

Hình 4.8:Thiết kế cơ cấu gắn cảmbiến
 Mạch dò line bằng cảm biến kim loại là 1 giải pháp mới trong phần dò
đường, thông thường trước kia thì ta dùng cảm biến quang thì khả năng ổn

định không cao do nhiễu nhiều, sự khác biệt về cường độ ánh sáng giữa các
vùng và robot rất dễ bị lạc đường. Mạch dò line bằng cảm biến cảm ứng từ
có ưu điểm là chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp, việc sử dụng
cảm biến tiệm cận giúp cho mạch ít bị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài. Vì lý
do đó, mạch dò line cảm ứng từ trở thành xu hướng và là lựa chọn hàng đầu
cho việc dò đường của AGV trên thếgiới.
 Mạch hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi tín hiệu nhận được từ dãy bao
gồm 4 cảm biến xếp thành hàng ngang với khoảng cách hợp lý so với bề
rộng line. Khi cảm biến nhận được line sẽ xuất tín hiệu +24VDC gửi về
mạch chuyển. Mạch chuyển sẽ chuyển tín hiệu +24VDC thành tín hiệu
+5VDC để phân tích và thực hiên điều khiển AGV


23

Hình 4.9: Mạch chuyển đổi tín hiệu 24V xuống 5V
4.4 Khối driver điều khiển
 Diver nhận tín hiệu từ bộ vi xử lý trung tâm, xuất tín hiệu điều khiển
tốc độ chạy của động cơ. Diver cho phép hãm dừng động cơ một cách
nhanhchóng.
 Qua tìm tìm tòi nghiên cứu tài liệu cẩn thận kĩ lưỡng, nhóm sử dụng
chip vi điều khiển họ AVR atemega 8 để thiết kế bộ driver điều khiển
tốc độ động cơ theo phương pháp PID vận tốc. Sử dụng chuẩn truyền
USART (nối tiếp không đồng bộ) để truyền dữ liệu thay đổi tốc độ
độngcơ.

Hình 4.10:Cấu trúc bộ điều chỉnh tốc độ độngcơ
 Phương pháp điềuchỉnh:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ xe AGV thực hiện điều chỉnh tốc độ xe
thông qua điều chỉnh tốc độ của động cơ truyền động cho hai bánh

phía sau. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc độ cũng là một hệ kín.
Tốc độ của xe AGV được đo nhờ bộ Encoder. Đầu ra của Encoder


24

là lượng xung phát ra tỷ lệ với số vòng quay hay vận tốc đầu vào.
Giá trị tốc độ phản hồi mà encoder đo được đưa tới bộ điều khiển.
Bộ điều chỉnh này sẽ tính toán và cho giá trị đầu ra được gán vào bộ
điều

xung.

Xung

từ

bộ

điều

khiển

sẽ

thựchiệnđóngcắtvanbándẫntạoragiátrịđiệnápđầuraUthayđổicấp cho
động cơ. Như vậy đối với hệ thống điều chỉnh tốc độ phản hồi mạch
kínthìgiátrịvậntốcluônổnđịnhvàbámtheogiátrịlượngđặt.
 Việc nghiên cứu và thiết kế driver điều khiển động cơ là một quá trình
quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc của xe AGV cũng

như tính kinh tế của côngty.
 Nhóm sử dụng vi điều khiển atemega 8 làm chíp xử lí tín hiệu phản hồi
từ ecoder của động cơ, từ đó truyền dữ liệu làm thay đổi tốc độ động
cơ (xem phần đính kèm code driver độngcơ).
Diver gồm có haiphần: Mạch điềukhiển:
 Bao gồm khối nguồn, bộ tạo dao động, cùng với chíp vi xử lý
atemega 8 để xuất tín hiệu điều khiển độngcơ.
Mạch độnglực

Hình 4.11:Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển khiển độngcơ.

4.5 Hệ ThốngRFID
 RFID (Radio Frequency Identification) là một phương pháp nhận dạng tự
động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu
đọcRFID.
 Thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần một


25

tiếp xúc vật lý nàocả.
• Nhận dạng tự động (Automatic Identification) hay gọi ngắn gọn là "ID tự
động" là một thuật ngữ chỉ các công nghệ chủ dùng để giúp các máy nhận
dạng các đối tượng. Nhận dạng tự động thường được thực hiện bằng tự động
thu thập dữ liệu. Đó là phương pháp các công ty dùng để nhận dạng đồ vật
hay hàng hóa, thu thập thông tin về chúng và nhập dữ liệu đưa vào máy tính
mà không cần làm thủ công. Mục tiêu của "ID tự động" là tăng tính hiệu quả,
giảm l i dữ liệu đầu vào và sử dụng lao động dư thừa cho các chức năng giá
trị gia tăng như cũng cấp dịch vụ cho khách hàng. Các công nghệ chủ được
xếp vào nhóm "ID tự động" gồm có: mã vạch (Bar Codes), thẻ thông minh,

nhận dạng tiếng nói, một số công nghệ sinh trắc học (biometric), nhận
dạngđặc trưng quang học (Optical character Recognition - OCR) và nhận dạng tần số vô
tuyến (Radio Frequency Identification –RFID).

Hệ thống RFID gồm hai thành phần: Thứ nhất là những chiếc thẻ nhỏ (cỡ vài
cm) có gắn chip silicon cùng ăng ten radio và thứ hai là bộ đọc cho phép giao
tiếp với thẻ nhãn và truyền dữ liệu tới hệ thống máy tính trungtâm.


Thành phần của một hệ thốngRFID:

1.Thẻ RFID

2. Thiết bị đọc thẻReader

3. Máychủ

4. Thiết bị ngoại viServer

• Các thiết bị đọc này luôn phát năng lượng bức xạ quanh nó, thẻ RFID hấp
thụ năng lượng này và trao đổi thông tin với thiết bị đọc. Sau đây tôi xin
trình bày Board nhận và sử lý tín hiệu RFID đã thiếtkế.
Mạch sử dụng chíp atemega 8 để nhận tín hiệu từ board RFID thông qua
chuẩn truyền thông nối tiếp RS232 từ đó xuất tín hiệu về bộ xử lý trungtâm.
HệthốngRFIDđượcsửdụngđểAGVcóthểnhậnbiếtđượccáckhúccuahayvịtrí
cácbếnđxe,vịtrísạcbìnhtựđộng.
4.6 Khối Nút Nhấn Và Khối HiểnThị
4.6.1 Nút nhấn:
Nút nhấn là một loại khí cụ điện để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác,
các dụng cụ báo hiệu, và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển tín hiệu, liên

động, bảo vệ… ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V và điện áp xoay chiều điện
áp đến 500V, tần số 50-60Hz.
Nút nhấn thường được dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay của động cơ điện