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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGÔ PHONG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY
CHO BÀI TOÁN LƯU 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

1


TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGÔ PHONG CƯỜNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY
CHO BÀI TOÁN LƯU 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

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN DUY ANH

2


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TP. HỒĐẠI
CHÍHỌC
MINH,
thángNGHỆ
02 nămTP.
2014
TRƯỜNG
CÔNG
HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
lậpANH
– Tự do – Hạnh phúc
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄNĐộc
DUY

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường 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)

1
2
3
4
5

Họ và tên
TS. Ngô Cao Cường
PGS.TS. Nguyễn Tấn Tiến
TS. Nguyễn Hùng
TS.Võ Hoàng Duy
TS. Nguyễn Quốc Hưng

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

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

3


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

TP. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGÔ PHONG CƯỜNG

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
tài:

đề

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƯU 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 lưu 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 hướng dẫn: TS.NGUYỄN DUY ANH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHUYÊN NGÀNH

KHOA QUẢN LÝ

(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
4


5


6

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 chưa từng được 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 được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Ngô Phong Cường

6


7

LỜI CÁM ƠN
Trong suốt thời gian tham gia học chương trình cao học và thực hiện luận văn
thạc sĩ, tôi đã nhận được sự giảng dạy, giúp đỡ, hướng dẫn, góp ý rất nhiều của quý
Thầy Cô bộ môn Cơ điện tử, khoa Cơ điện tử Trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM
cùng quí Thầy Cô Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM.
Trước tiên, tôi chân thành cám ơn các quý Thầy đã tham gia giảng dạy
chương 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,
người Thầy đã giảng dạy, hướng dẫn và góp ý giúp tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ.

TpHCM, ngày17 tháng 11 năm 2013
Học viên

Ngô Phong Cường

7


8

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 người tiêu
dùng càng lớn. Từ hiện trạng đó vấn đề tự động hóa công việc lưu 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 đưa ra một phương 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:
 Đưa ra các phương 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.
 Đưa ra giải thuật sắp xếp kho:
- Tối ưu hóa đường đi của robot trong việc sắp xếp sản phẩm trong nhà
kho.
- Phân phối sản phẩm theo phương pháp sản phẩm nhập trước được xuất
trước(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.

8


9

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

9


10

MỤC LỤC

10


11

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu
zi-1

:
:

Giải thích nghĩa
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
Vector trọng lực
Ma trận quán tính khâu i tại tâm khối lượng, viết trong hệ tọa độ

:
:
:

tuyệt đối
Ma trận quán tính khâu i trong hệ tọa độ khâu i
Ma trận Jacobi của vận tốc trọng tâm khâu i
Ma trận con Jacobi liên hệ với vận tốc tuyến tính của tâm khối

Jωi

:

lượng khâu i
Ma trận con Jacobi liên hệ với vận tốc góc của tâm khối lượng

K
VCi
ωi
U
L
M
Mij
n

:
:
:
:
:
:
:
:
:

khâu i
Động năng của hệ thống cơ học
Vận tốc tịnh tiến tuyệt đối của khối tâm
Vận tốc quay tuyệt đối của khâu i
Thế năng của hệ thống cơ học
Hàm Lagrange

Ma trận quán tính của cơ cấu chấp hành
Phần tử (ij) của M
Số lượng tọa độ tổng quát
Vector vị trí tâm khối lượng C i của khâu i theo hệ tọa độ khâu k và

:

được tính trọng hệ tọa độ tuyệt đối
Vector vị trí nối từ gốc hệ trục j –1 đến tâm khối lượng C i của khâu

:
:
:

i
Lực suy rộng ứng với tọa độ suy rộng thứ i
Vector lực suy rộng ,
Vector các momen khớp do các thiết bị dẫn động hoặc các động cơ

G
Ii

`Ji
Jvi

Qi
Q

Fe
FIFO

:

:

tạo ra
Vector hợp lực và moment tác dụng tại bộ phận tác động cuối
First-In-First-Out

11


12

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1 Thông số bình gas…………………………………………………

11

Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật…………………………………………………. 14
Bảng 2.3 Robot khớp bản lể cố định…………………………………………

15

Bảng 3. 1 Bảng thông số Denavit Hartenberg……………………………….. 19
Bảng 5.1 Cấu hình robot……………………………………………………... 43

12

13

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

13


14

Chương 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 thường ngày và đang ngày
càng được 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 nước 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
nước 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 trường gas Việt Nam có tốc
độ tăng trưởng 15% / năm trong vòng 10 năm qua. Thị trường tiêu thụ sản phẩm
LPG tại Việt Nam hiện nay, đối tượng cơ sở thương 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 tư xây
dựng thêm các cửa hàng phân phối gas đến người tiêu dùng. Các cửa hàng phân
phối không chỉ có chức năng lưu trữ mà còn là nơi các công ty đầu tư công nghệ

để quảng bá sản phẩm và thương hiệu. Đầu tư công nghệ thể hiện bằng việc tự
động hóa các hoạt động nhập, sắp xếp, xuất bình gas…. Tự động hóa nhằm bảo

14


15

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 lưu trữ gas ở
Việt Nam chủ yếu vẫn dùng sức người 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 lưu 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, bước đầu tối ưu hóa
đường đi của tay máy(robot) và phương pháp sản phẩm nhập trước xuất
trước(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 được 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 lưu 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
tương 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 đường
đi hợp lý cho robot nhằm tiết kiệm năng lượng, thời gian và tăng hiệu suất công
việc.

15


16
1.2 Tổng quan

1.2.1 Các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài
 Ngoài nước

Hiện nay, trên thế giới, robot công nghiệp dùng để vận chuyển và sắp xếp
sản phẩm được nhiều công ty thiết kế và chế tạo. Một số công ty chuyên sản xuất
như: ABB, Kuka, Fanuc…Các công ty chủ yếu tập trung ở các nước phát triển
như Mỹ, Nhật, Đức, Ý… Ngày nay, xu thế phát triển của robot công nghiệp tập
trung theo hướng 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 lượng robot.
Một số nghiên cứu đã triển khai có liên quan đến đề tài đã được 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 nước

Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bước 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 chưa 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.

16


17

[2] Lê Đình Nguyên, Nghiên cứu thiết kế và giải thuật điều khiển tay máy theo
vết một đường cong không gian, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Tp HCM,
2009.
[3] Nguyễn Quốc Cường, 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 trước khi tìm hiểu về
kho bãi chúng ta có cái nhìn sơ lược về hậu cần. Logistic được định nghĩa như
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 lượng và chất lượng
tại đúng nơi.
Khái niệm kho bãi: Kho bãi là một trung tâm phân phối hàng hóa, với mục
tiêu đưa hàng hóa đến người 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 lưu giữ, lấy hàng từ nơi lưu 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 được nguồn nguyên liệu không phụ thuộc
vào sự biến động giá cả của thị trường.
 Một số hệ thống vận chuyển và sắp xếp hàng hóa tự động được sử dụng

trong nhà kho.
Hệ thống AS/RS (Automated Store & Retrieval System)
17


18

Hệ thống AS/RS là hệ thống lưu kho & truy hồi tự động. Hệ thống này được
ứng dụng cho số lượng hàng hóa lưu trữ lớn mà không gian lại giới hạn.

Một Hệ thống lưu kho & truy hồi tự động, hoặc AS/RS, là sự kết hợp của các
thiết bị và sự kiểm soát, nhằm xử lý, lưu kho và truy hồi vật liệu với sự rõ ràng,
chính xác và tốc độ. Các hệ thống có thể thay đổi từ tương đối đơn giản, điều
khiển bằng tay hoạt động trong các cấu trúc kho chứa đến các hệ thống lưu kho
và truy hồi điều khiển bằng máy tính, được 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 Lưu kho & Truy
hồi, hoặc SRM, được sử dụng cho việc lưu kho và truy hồi vật liệu nhanh chóng.
Các loại SRM thông thường 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 lưu
kho.

Hình 1.2 Hệ thống AS/RS cỉa hãng Efacec
Ưu điểm: Hệ thống AS/RS mang lại những lợi ích sau
-

Quá trình lưu và xuất hàng hóa nhanh, hoạt động liên tục 24 giờ/ ngày.
Tiết kiệm không gian lưu trữ.
Khả năng lưu 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.

18


19
-

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 tư ban đầu cho hệ thống cao.
Xe tự hành (AGVs – Automated Guided Vehicles)
Xe tự hành là một dạng xe chở hàng không người lái, hoạt động nhờ động
cơ điện và pin. Chiếc xe đầu tiên được phát minh vào năm 1953. Tải trọng nâng
được 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 đường
đi nhờ vệt sơn trên sàn, dải dẫn hướng (inductive guide wire) v.v… Những năm
gần đây, công nghệ dò đường hiện đại hơn đã được sử dụng như 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 lưu giữ hàng hóa, có thể chuyển động nhờ hệ
thống xích dẫn động bằng động cơ điện. Carousel được ứng dụng trong chu trình
lấy hàng từ nơi lưu giữ ra theo yêu cầu của khách hàng (order picking) quy mô
nhỏ. Có hai dạng carousel: đứng và ngang.

19


20

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

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

Hình 1. 5 Carousel dạng đứng
1.2.3 Tiêu chuẩn và quy định an toàn trong vận chuyển và lưu trữ bình
gas(LPG)
Các tiêu chuẩn và quy định nhà nước 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.

20


21

• 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. Người thực hiện đề
tài đã tìm hiểu những tiêu chuẩn, quy định nhà nước 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 tư thế thẳng đứng,
van ở trên.

• Các bình gas được xếp chồng lên nhau, độ cao tối đa mỗi chồng là 1.5
mét.
1.3 Tóm tắt các chương của luận văn

Chương 1: Giới thiệu về đề tài và các kiến thức tổng quan có liên quan
đến đề tài.
Chương 2: Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho và đưa ra phương án
chọn robot phù hợp với yêu cầu.
Chương 3: Phân tích động học của robot.
Chương 4: Đề cập tới giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà
kho, tối ưu hóa đường đi của robot trong việc sắp xếp sản phẩm và phân phối sản
phẩm theo phương pháp sản phẩm nhập trước được xuất trước, sau đó là phần
mô phỏng kiểm chứng.
Cuối cùng các kết quả đạt được, những mặt hạn chế và hướng phát triển
đề tài sẽ được trình bày trong chương 5.

21


22

Chương 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 thước

Đường kính ngoài thân bình
Chiều cao toàn thân
Đường kính ngoài quai xách
Chiều cao quai xách
Trọng lượng
Trọng lượng vỏ bình
Trọng lượng tổng

300 mm
585 mm
246 mm
160 mm
14.5 kg
26.5 kg

Hình 2. 1 Bình gas 12 kg
-

Kích thước nhà kho: 4m x 4m x 3m.

-

Sắp xếp vị trí đặt sản phẩm để nhà kho chứa được nhiều nhất.

-

Sử dụng tay máy(robot) để thực hiện việc nhập, lưu trữ và xuất sản phẩm.

-

khi có yêu cầu.
Khi vận chuyển bình gas luôn vuông góc với sàn và tránh không được 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 được xếp chồng lên nhau, mỗi
chồng 2 bình và khoảng cách các bình là 50mm.

-

Vị trí đặt robot: Có nhiều phương án, đặt tại sàn trên tường 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.

22


23
-

Bố trí sản phẩm trong nhà kho: Có những phương án bố trí như bố trí theo
tọa độ cực, tọa độ vuông góc(decac)… Số lượng các sản phẩm bố trí theo
các phương án gần như bằng nhau, tác giả chọn phương án bố trí theo tọa
độ vuông góc nhằm để thuận lợi trong việc lập giải thuật điều khiển.

-

Bình gas được bố trí mười hàng, mười một cột, hai tầng và một hàng để
bố trí sản phẩm nhập xuất. Vị trí đặt robot không được đặt sản phẩm.
Tổng số bình gas lưu trữ trong kho là: [(11x10)-(5x5)] x 2=170 bình.

-

Bình gas được 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 được 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

23


24
Băng tải xuất sp

Băng tải nhập sp

Vị trí xuất bình gas

Vị trí nhập bình gas

Vùng đặt robot

4
0
0

3
4
5

50

Vùng lưu trữ bình gas
50

Φ 300

Hình 2. 3 Sơ đồ bố trí nhà kho

3800
4000

2.3 Lựa chọn robot phù hợp yêu cầu

2.3.1 Các dạng robot công nghiệp

thường được

sử dụng trong nhà kho
Robot khớp bản lề cố định

(Stationary

articulated robot)
Robot thường được sử dụng

trong việc xếp

hoặc dỡ hàng từ pallet. Ba chuyển động đầu tiên của robot đều là các khớp quay,
trong đó trục thứ nhất vuông góc với hai trục kia. Vùng làm việc của tay máy gần
24


25

giống một phần khối cầu. Robot có thể được gắn cố định trên sàn, trần hoặc lắp
trên đường ray để tăng độ linh hoạt.

Hình 2. 4 Robot khớp bản lề do hãng Kuka sản xuất
Ưu điểm: Robot có thao tác linh hoạt, vùng làm việc tương đối lớn so với
kích cỡ của robot. Kết cấu gọn, lắp đặt đơn giản hơn gantry robot. Tính cơ động
cao có thể thay đổi nơi làm việc dễ dàng.
Khuyết điểm: Tính toán động học phức tạp, cấu trúc trở nên không cứng
vững khi robot đạt tầm với lớn nhất.
Robot tọa độ vuông góc (Gantry robot)

Hình 2. 5 Robot tọa độ vuông góc (Gantry robot) của hãng Elettric80
Ba chuyển động đầu tiên của robot đều là các khớp trượt, chuyển động

tịnh tiến dọc theo các trục X, Y, Z. Vùng làm việc của tay máy có dạng hình hộp
chữ nhật.
Ưu điểm: Mô hình động học đơn giản, kết cấu cứng vững. Lập trình đơn
giản. Khả năng xác định vị trí khi gắp và đặt vật chính xác hơn các loại robot
khác.
25