THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN XE TỰ HÀNH AGV (AUTOMATED GUIDED VEHICLE) PHỤC VỤ DÂY CHUYỀN LẮP RÁP CÔNG NGHIỆP

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN XE TỰ HÀNH AGV (AUTOMATED
GUIDED VEHICLE) PHỤC VỤ DÂY CHUYỀN LẮP RÁP
CÔNG NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN TRỌNG TẤN
Ngành hoc: ĐIỀU KHIỂN TỰ DỘNG
Niên khoá: 2007-2011

Tháng 6 năm 2011


THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN XE TỰ HÀNH AGV (AUTOMATED GUIDED
VEHICLE) PHỤC VỤ DÂY CHUYỀN LẮP RÁP CÔNG NGHIỆP

Tác giả

NGUYỄN TRỌNG TẤN

Khoá luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành
Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:
TS: DƯƠNG MINH TÂM
ThS: LÂM HỮU DANH

Tháng 6 năm 2011
i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em cảm ơn thầy cô của Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ
Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại
trường
Em xin gởi lời cảm ơn đến bộ môn Điều Khiển Tự Động cùng toàn thể thầy cô
trong Khoa Cơ Khí đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn để em thực hiện đề tài
này. Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài này tại "TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU
VÀ TRIỂN KHAI- KHU CÔNG NGHỆ CAO” em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ,
hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn làm đề tài TS. Dương Minh Tâm và ThS. Lâm
Hữu Danh.
Một lần nữa em xin cảm ơn thầy cô và các bạn trong lớp đã giúp đỡ em thực hiện
đề tài này.

TP.HCM, tháng 6 năm 2011
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tấn

ii


TÓM TẮT
Bài khoá “Thiết bị điều khiển xe tự hành AGV (Automated guided vehicle)
phục vụ dây chuyền lắp ráp công nghiệp”, được tiến hành tại “TRUNG TÂM
NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI- KHU CÔNG NGHỆ CAO” từ ngày 16/03/2011
đến ngày 6/06/2011 gồm những nội dung như:
- Tìm hiểu về hệ thống AS/RS
- Tìm hiểu về những khiến thức liên quan đến xe tự hành AGV

- Khảo sát xe tự hành AGV tại Trung Tâm
- Thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển không dây cầm tay cho xe tự hành AGV

- Thử nghiệm với xe tự hành AGV tại Trung Tâm

iii


MỤC LỤC
Lời cảm ơn ......................................................................................................................ii
Tóm tắt .......................................................................................................................... iii
Mục lục .......................................................................................................................... iv
Danh sách hình .............................................................................................................. vi
Danh sách các chữ viết tắt .......................................................................................... viii
Chương 1 MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1.1Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1
1.2. Mục đích -yêu cầu - giới hạn đề tài ......................................................................... 1
1.2.1 Mục đích ................................................................................................................ 1
1.2.2 Yêu cầu .................................................................................................................. 2
1.2.3 Giới hạn đề tài ....................................................................................................... 2
Chương 2 TỔNG QUAN ............................................................................................... 3
2.1.Giới thiệu chung về AS/RS (Automatic Storage and Retrieval System) ................. 3
2.1.1 Khái niệm hệ thống lưu/xuất kho tự động: ............................................................ 3
2.1.2 Phân loại hệ thống AS/RS. .................................................................................... 5
2.1.3 Ứng dụng hệ thống kho tự động ............................................................................ 6
2.1.4 Ưu điểm hệ thống kho hàng tự động ..................................................................... 7
2.1.5 Tình hình dây chuyền lắp ráp trong nước .............................................................. 8
2.2 Tổng quan về xe tự hành AGV ................................................................................. 9
2.2.1. Giới thiệu chung về xe tự hành AGV ................................................................... 9
2.2.2 Phân loại xe tự hành AGV ................................................................................... 10

2.2.3 So sánh xe tự hành AGV chạy theo đường ray và xe tự hành AGV chạy theo
vạch sơn ........................................................................................................................ 12
2.3 Thiết bị điện, PLC và hệ thống chấp hành. ............................................................ 13
2.3.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha ............................................................................ 13
2.3.2 Biến tần ............................................................................................................... 14
2.3.3 PLC ...................................................................................................................... 14
2.3.5 Relay .................................................................................................................... 17
iv


2.4 Phương pháp truyền nhận dữ liệu không dây ......................................................... 18
2.5 Một số bộ thu phát RF ............................................................................................ 20
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................... 21
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài ................................................................ 21
3.2 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................. 21
3.3 Phương pháp thực hiện đề tài ................................................................................. 21
3.3.1 Phương pháp thực hiện phần cơ khí .................................................................... 21
3.3.2 Phương pháp thực hiện phần điện tử ................................................................... 21
3.4 Phương tiện thực hiện đề tài ................................................................................... 21
Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ................................... 23
4.1 Khảo sát xe tự hành tại trung tâm công nghệ cao ................................................... 23
4.1.1 Giới thiệu về xe tự hành AGV tại Trung Tâm .................................................... 23
4.1.2 Thông số kỹ thuật xe AGV .................................................................................. 23
4.1.3 Sơ lược về cấu tạo ............................................................................................... 24
4.1.4 Các hệ thống trên xe AGV ................................................................................. 25
4.1.4.1 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động .................................................................. 25
4.1.4.2 Các hệ thống trong xe AGV chạy theo đường ray ........................................... 26
4.1.5 Tính tỷ số truyền và tần số dòng điện biến tần biến đổi ...................................... 34
4.1.6 Mạch điện xe tự hành AGV ................................................................................. 35
4.2 Thực hiện phần điện tử .......................................................................................... 36

4.2.1 Mạch điều khiển và hiển thị ................................................................................ 37
4.2.1.1 Mạch nguồn ...................................................................................................... 38
4.2.1.2 Mạch giao tiếp .................................................................................................. 38
4.2.1.3 Mạch tạo giao động .......................................................................................... 39
4.2.1.4 Mạch điều khiển và hiển thị ............................................................................. 39
4.3 Lập trình điều khiển ................................................................................................ 42
4.4 Kết quả thử nghiệm với xe tự hành tại Trung Tâm ………………………………44
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................... 45
5.1 Kết luận ................................................................................................................... 45
5.2 Đề nghị ................................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 46
v


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Hệ thống AS/RS .............................................................................................. 3 
Hình 2.2 : Thành phần hệ thống AS/RS .......................................................................... 5 
Hình 2.3 : Hệ thống AS/RS đồng dạng ........................................................................... 5 
Hình 2.4 : Hệ thống AS/RS mini ..................................................................................... 6 
Hình 2.5 : Xe tự hành AGV trong dây chuyền lắp ráp công nghiệp ............................... 9 
Hình 2.6: Điều khiển động cơ KDB 2 chiều quay ........................................................ 13 
Hình 2.7: Biến tần Mitsubishi ...................................................................................... 14 
Hình 2.8 : Cảm biến tiệm cận ........................................................................................ 17 
Hình 2.9: Relay .............................................................................................................. 17 
Hình 2.10 : Mã hóa dữ liệu RF ...................................................................................... 18 
Hình 2.11: Điều chế AM ............................................................................................... 19 
Hình 2.12 : Điều chế FM ............................................................................................... 19 
Hình 2.13 : Bộ phát RF dạng đơn giản .......................................................................... 20 
Hình 2.14 : Bộ thu RF dạng đơn giản............................................................................ 20 
Hình 4.1 : Xe AGV tại Trung Tâm................................................................................ 23 

Hình 4.2 : Cấu tạo xe AGV ........................................................................................... 24 
Hình 4.3: khung xe ........................................................................................................ 25 
Hình 4.4: Sơ đồ khối...................................................................................................... 25 
Hình 4.5: Ray dẫn và ray điện ....................................................................................... 26 
Hình 4.6 : Hệ thống bánh xe .......................................................................................... 27 
Hình 4.7 : Kích thước bánh xe AGV ............................................................................. 28 
Hình 4.8 : Hệ thống điều khiển xe AGV chay theo ray dẫn.......................................... 29 
Hình 4.9 : Tủ điện điều khiển ........................................................................................ 29 
Hình 4.10 : Cảm biến tiệm cận dùng cho xe AGV........................................................ 30 
Hình 4.11 : Bộ RF trên xe AGV .................................................................................... 31 
vi


Hình 4.12 : Nguyên lý truyền dẫn RF ........................................................................... 31 
Hình 4.13 : Sơ đồ khối mạch thu/phát tần số vô tuyến 433MHz .................................. 32 
Hình 4.14 : Mạch nguyên lý RF modul ......................................................................... 32 
Hình 4.15 : Cổng RS 232 RS485 ............................................................................. 33 
Hình 4.16 : Hệ thống cảnh báo ...................................................................................... 33 
Hình 4.17: Mạch động lực AGV ................................................................................... 35 
Hình 4.18 : Mạch điều khiển xe AGV........................................................................... 36 
Hình 4.19 : Sơ đồ khối................................................................................................... 37 
Hinh 4.20 : Mạch nguồn ................................................................................................ 38 
Hình 4.21 : Mạch giao tiếp ............................................................................................ 38 
Hình 4.22 : Mạch tạo giao động .................................................................................... 39 
Hình 4.23 : Mạch nguyên lý .......................................................................................... 39 
Hình 4.24 : Sơ đồ chân của ATMega8 .......................................................................... 40 
Hình 4.25: Bố trí linh kiện điện tử ................................................................................ 41 
Hình 4.26 : Mạch in ....................................................................................................... 41 
Hình 4.27 : Các vị trí dừng của xe AGV ....................................................................... 42 
Hình 4.28: Hình thiết bị điều khiển ............................................................................... 42 

Hình 4.29 : Sơ đồ khối điều khiển ................................................................................. 43 
Hình 4.30: Lưu đồ giải thuật chương trình mạch điều khiển và hiển thị ...................... 44 

vii


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
1, AGV (Automated Guided Vehicle)
2, AS/RS (Automatic Storage and Retrieval System)
3, CIM ( Computer Intergrated Manufacturing) và hệ thống
4, FMS(Flexible Manufacturing System )
5, PDS ( Pick and deposit station )
6, RTV(Robotic Transfer Vehicle )
7, FIFO (First In, First Out)
8, KDB (không đồng bộ)
9, PLC (Programmable Logic Controller)
10, AI (Analog Input)
11, DI (Digital Input)
12, NRZL (NonReturn- to- Zero- Level)
13, NRZI (NonReturn - to - Zero Inverted)
14, AM (Amplitude Modulation)
15, FM (,Frequency Modulation)
16, ASK ( Frequency Shift Keying)
17, RF(Radio Frequency)
18, AVR(Automatic Voltage Regulator)
19, PIC(Programmable Interface Controller)
20, MCU ( Microcontroller Unit)

viii

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động được ứng dụng rộng rãi tăng
năng suất lao động và thay thế dần sức lao động con người. Xe tự hành AGV là một
phần của hệ thống.
Xe tự hành AGV là một khái niệm chung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận
chuyển mà không cần người lái. Trong công nghiệp, xe tự hành được hiểu là các xe
chuyên chở tự động, được ứng dụng trong các lĩnh vực: cung cấp, sắp xếp linh phụ
kiện tại khu vực kho và khu vực sản xuất, phân phối sản phẩm, bán thành phẩm, cung
cấp và sắp xếp vật tư, trang thiết bị trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị,
văn phòng và trong những dây chuyền lắp ráp công nghiệp… Trong tất cả các ứng
dụng trên, người ta thấy rằng AGV làm giảm thiểu thiệt hại trong vận chuyển, giúp
cho kế hoạch sản xuất linh hoạt hơn và giảm thiểu nhu cầu nhân lực. AGV còn giúp
giảm chi phí chế tạo và tăng tính hiệu quả trong hệ thống sản xuất. Thiết bị điều khiển
không dây cầm tay giúp ta chủ động điều khiển vị trí và hoạt động của xe tự hành
AGV.
1.2. Mục đích -yêu cầu - giới hạn đề tài
1.2.1 Mục đích
+ Tìm hiểu tính năng kỹ thuật về hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng rộng
rãi trong nhiều lĩnh vực. Ứng dụng nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển xe tự hành AGV
thuộc hệ thống cung ứng của kho.
+ Trong quá trình tìm, đọc tài liệu và khảo sát xe tự hành AGV xây dựng cho em
phương pháp nghiên cứu khoa học công nghệ tích cực, củng cố lại kiến thức đã học.

1


1.2.2 Yêu cầu

+ Thiết kế và chế tạo thiết bị điều khiển không dây cho xe tự hành AGV phục vụ
dây chuyền lắp ráp công nghiệp.
+ Thử nghiệm với xe tự hành AGV tại Trung Tâm.
1.2.3 Giới hạn đề tài
+ Thực hiện khảo sát xe tự hành AGV tại Trung Tâm.
+ Đưa ra những kiến thức áp dụng vào thực tiễn thiết kế chế tạo bộ điều khiển
không dây với tầm hoạt động 200 m.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1.Giới thiệu chung về AS/RS (Automatic Storage and Retrieval System)
2.1.1 Khái niệm hệ thống lưu/xuất kho tự động:
Hệ thống lưu/xuất kho được sử dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới từ
1950 và nó đã trở thành bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất ở nhiều lĩnh vực
khác nhau.
Hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động – AS/RS ( Automate storage/ Retrieval
Systems ) được định nghĩa là hệ thống lưu giữ và xuất nhập hàng hóa được quản lý
một cách tự động.
Cấp bậc của hệ thống AS/ RS được phân định bởi số lượng kiện hàng có thể lưu
chữ đồng thời, bởi thời gian tối thiểu cần thao tác từ lúc người sử dụng yêu cầu đến lúc
nhận hàng, bởi mức độ tự động hóa và linh hoạt các thao tác của các thiết bị trong hệ
thống.

Hình 2.1: Hệ thống AS/RS
3

Những đặc điểm của hệ thống AS/RS:
Là sản phẩm cơ điện tử, là bộ phận quan trọng trong hệ thống sản xuất tự động có
sự trợ giúp của máy tính – CIM ( Computer Intergrated Manufacturing) và hệ thống
sản suất linh hoạt –FMS(Flexible Manufacturing System ).
Ứng dụng những tiến bộ khoa học kĩ thuật tự động hóa, cơ điện tử là hướng chủ
yếu để nâng cấp hệ thống AS/RS ngày càng linh hoạt, đáp ứng yêu cầu tốt hơn.
Thành phần hệ thống kho lưu xuất nhập tự động:
- Cấu trúc khung ngăn kho.
- Robot lưu, xuất nhập kho.
- Các ổ chứa, các modun lưu trữ.
- Trạm thu chọn và phân bổ PDS ( Pick and deposit station )
- Hệ thống vận chuyển vòng ngoài : xe tự hành AGV, băng tải, robot tự hành
RTV(Robotic Transfer Vehicle )…
Hoạt động của hệ thống AS/RS
- Lấy hàng từ vị trí lưu trữ:
Khi có tín hiệu yêu cầu lấy hàng từ kho, robot cất/lấy hàng ( robot S/R) thực hiện
lấy hàng. Sau đó, di chuyển theo chiều ngang, chiều thẳng đứng để đến vị trí lấy hàng.
Robot S/R thực hiện lấy hàng sau. Sau đó di chuyển theo chiều ngang và chiều thẳng
đứng đến vị trí PDS. Đưa hàng ra xe tự hành AGV và tiến hành lấy hàng đưa đến vị trí
yêu cầu.
- Lưu trữ hàng hóa:
Xe AGV đưa hàng hóa đến trạm thu chọn và phân bố PDS. Đưa hàng vào PDS,
robot S/R lấy hàng. Sau đó di chuyển theo chiều ngang, chiều thẳng đứng đến vị trí lưu
trữ, tiến hành cất hàng. Robot S/R trở về vị trí ban đầu.

4


Hình 2.2 : Thành phần hệ thống AS/RS
2.1.2 Phân loại hệ thống AS/RS.

Hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động AS/RS có thể phân loại theo các đặc điểm
cấu trúc, phương thức hoạt động đặc tính kĩ thuật, lĩnh vực áp dụng.
Phân loại theo cấu tạo và phương thức hoạt động:
- Hệ thống AS/RS cho các kiện hàng đồng dạng ( Unit load AS/RS): được thiết kế
cho các kiện hàng đồng tải trọng hoặc cùng kích cỡ, theo tiêu chuẩn quốc tế về vận
chuyển kiện hàng theo các mức 1000kg, 2000kg, 3000kg, container 25 tấn. Hệ thống
thường di kèm với hệ một thống băng chuyền và được sử dụng trong kho chứa ôtô.

Hình 2.3 : Hệ thống AS/RS đồng dạng
- Hệ thống AS/RS mini( mini load AS/RS) : Được thiết kế cho trường hợp các
kiện hàng có tải trọng nhỏ chỉ từ 300 kg/kiện trở xuống. Hệ thống thích hợp với cơ sở
5


không có mặt bằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, đạo cụ… đựng
trong các thùng chứa, ngăn kéo. Các cơ sở dịch vụ, các xí nghiệp là nơi sử dụng hệ
thống này.

Hình 2.4 : Hệ thống AS/RS mini
- Hệ thống AS/RS có người diều hành ( man-on- board AS/RS): Là hệ thống kho
bán tự động, có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó. Hệ
thống thích hợp với các chi tiết máy để rời. Ứng dụng tại các xí nghiệp vừa và nhỏ.
- Hệ thống tải hàng dài( deep – lane AS/RS) : Là hệ thống tự động AS/RS để lưu
xuất các kiện hàng tải đồng nhất, có chiều sâu tương đối lớn nên cất giữ được nhiều
khoang hàng hơn.
- Hệ thống xuất hàng tự động (Automated item retrieval system): được thiết kế
cho các kiện hàng chuyên biệt hay đựng trong các hộp tông nhỏ được đặt trực tiếp lên
kệ.
- Môdun trữ kiện hàng với thang máy đứng ( Vertical lift Storage modules –
VLSM ) : Hành lang vận chuyển kiện hàng nằm theo phương thẳng đứng với chiều

cao 10 m trở lên. Hệ thống cung cấp vật tư cho các nhà máy có nhiều tầng lầu hay các
nhà chứa ôtô nhiều tầng hoặc ngầm dưới đất…
2.1.3 Ứng dụng hệ thống kho tự động
Hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động được ứng dụng ở nhiều ngành :
- Khu vực bốc xếp tại cảng.
- Ở hệ thống siêu thị lớn, các bãi đậu xe ôtô nhiều tầng nổi hoặc dưới lòng đất tại
các hệ thống thư viện, y tế,…
- Trong các nhà máy công nghiệp, hệ thống kho hàng được thay đổi phù hợp với
sự phát chiển của kĩ thuật nhất là đối với hệ thống của dây chuyền lắp ráp tự động.
6


2.1.4 Ưu điểm hệ thống kho hàng tự động
+ Các vấn đề có thể giải quyết khi sử dụng hệ thống AS/RS
- Không gian tầng
Bộ phận đã đầy, không còn không gian chứa
Lập kế hoạch cho bộ phận mới
Sự ứ đọng, sản phẩm lưu kho trong các lối đi hành lang
Cần thêm không gian để sản xuất
- Năng suất
Tắc nghẽn trong dòng vật liệu và sản xuất
Khả năng giới hạn trong các lĩnh vực lưu kho và sản xuất
Các lệnh trở nên nhỏ hơn và thường xuyên hơn
Thời gian chu kì bốc dỡ quá dài
- Tồn trữ
Thường xuyên mất hàng
Không kiểm soát thời gian thực
Có thể tiếp cận sản phẩm kém chất lượng
Thiếu kiểm soát FIFO (First In, First Out)
- Công thái

Những công nhân trong môi trường không thân thiện
Những công nhân đi bộ một khoảng dài
Cúi xuống hoặc bẻ cong quá mức để bốc dỡ sản phẩm
Độ ồn quá mức từ các thiết bị vận hành vật liệu
Các báo động an toàn
Các quy trình dùng nhiều lao động
- Vận hành rời rạc
Các sản phẩm trong kho chứa trung gian không chính xác
Các khu vực tách chuyển
Các sản phẩm thường được di chuyển từ khu vực tách chuyển này sang
khu vực tách chuyển khác
- Nhân công
Luân chuyển nhân viên cao
7


Chi phí lao động cao
Chi phí đào tạo cao
Nguồn nhân lực nhỏ
Sự thỏa mãn công việc thấp
+ Ưu điểm cụ thể như :
- Mật độ lưu trữ cao vì tận dụng được chiều cao và đường chạy robot nhỏ nên làm
giảm diện tích sử dụng,tiết kiệm chi phí đầu tư.
- Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/phút/1 robot.
- Không cần chiếu sáng, do đó tiết kiệm được chi phí đầu tư chiếu sáng, chi phí
bảo trì, chi phí vận hành.
- Thất thoát nhiệt thấp: thất thoát nhiệt xuống đất, qua các cửa ra vào và bù nhiệt
cho hệ thống chiếu sáng là nguyên nhân chính gây thất thoát nhiệt trong kho. Sử dụng
hệ thống kho này sẽ làm giảm thất thoát nhiệt xuống đất do diện tích nhỏ và không cần
hệ thống chiếu sáng nên không gây thất thoát do bù nhiệt. Ngoài ra với hệ thống cửa ra

vào tự động có phòng cách ly nên thất thoát nhiệt sẽ thấp.
- Không sử dụng lao động trong nhà kho nên tiết kiệm được chi phí nhân công,
quản lý, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ, tăng độ an toàn.
- Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần 1 robot cho nhà kho nên tiết kiệm
được chi phí đầu tư.
- Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lí kho kết hợp với công
nghệ mã vạch (barcode) và thẻ (transponder) giúp giảm chi phí quản lý nhân công dễ
đạt đươc tiêu chuẩn ISO(International Organization for Standardization) để tạo lợi thế
cạnh tranh.
2.1.5 Tình hình dây chuyền lắp ráp trong nước
Hiện nay nền sản xuất nước ta đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất lắp ráp.
Tuy nhiên, hầu hết các dây chuyền này đều chưa được tự động hóa hoặc mang tính tự
động hóa chưa cao bởi lẽ nước ta vẫn còn mang đặc điểm của nền sản xuất nhỏ và tính
cạnh tranh thấp.
Các dây chuyền sản xuất như lắp ráp tủ lạnh, tivi, máy vi tính, động cơ, chế biến
thực phẩm... được cấp nguyên liệu hoặc thành phẩm cho dây chuyền theo từng lô hoặc
từng bó. Điều này làm cho những dây chuyền này chỉ sản xuất các phẩm theo lô nên
8


không thể thay đổi việc sản xuất các sản phẩm theo mẫu khác nhanh (đáp ứng nhu cầu
nhanh của khác hàng). Việc chưa tự động hóa cấp phôi cho các bằng chuyền như vậy
sẽ làm tăng chi phí về thời gian sản xuất ra sản phẩm, kết quả làm tăng giá thành.
Sử dụng xe AGV lấy hàng từ hệ thống AS/RS cấp cho dây chuyền lắp ráp hoàn
toàn đáp ứng việc khắc phục 2 nhược điểm đang còn tồn đọng trong các dây chuyền
sản xuất hiện nay.

Hình 2.5 : Xe tự hành AGV trong dây chuyền lắp ráp công nghiệp
2.2 Tổng quan về xe tự hành AGV
2.2.1. Giới thiệu chung về xe tự hành AGV

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 xe tự hành được hiểu là các xe chuyên chở tự động được ứng dụng trong các
lĩnh vực:
- Cung cấp, sắp xếp linh phụ kiện tại khu vực kho và khu vực sản xuất.
- Ứng dụng tích hợp AGV như là các trạm sản xuất.
- Phân phối sản phẩm, linh phụ kiện đặc biệt trong bán buôn.
- Cung cấp và sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, văn phòng.

9


Trong tất cả các ứng dụng trên, người ta thấy rằng AGV làm giảm thiểu thiệt hại
trong kiểm kê, giúp cho kế hoạch sản xuất linh hoạt hơn và giảm thiểu nhu cầu nhân
lực.
AGV còn giúp giảm chi phí chế tạo và tăng tính hiệu quả trong hệ thống sản xuất.
Chúng có thể được chế tạo để chứa hàng hoặc kéo các toa nhỏ chứa hàng cấp phát cho
một số vị trí một cách tự động.
Trong quá trình tự hành, AGV 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 giữ
lại hoặc chuyển đến các vị trí khác. Ngày nay AGV đóng vai trò quan trọng trong thiết
kế các nhà máy và nhà kho, đưa hàng hóa đến đúng các địa điểm một cách an toàn.
2.2.2 Phân loại xe tự hành AGV
a, Phân loại theo công dụng
Có 4 loại AGV là:
- Xe kéo (Towing Vehicle)
- Xe chở (Unit load Vehicle)
- Xe đẩy (Cart Vehicle)
- Xe nâng (Fork Vehicle)
+ Ưu việt của hệ thống xe kéo là

- Khả năng chuyên chở lớn
- Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở.
- Hệ thống có thể được thiết kế và lập trình tương thích với các tốc độ sản xuất
cũng như đảm bảo an toàn.
- Tăng tính an toàn.
+ Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các khay nâng, hạ chuyển
động bằng băng tải, đai hoặc xích. Loại này có ưu điểm:
- Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu.
- Thời gian đáp ứng nhanh hơn.
- Giảm hư hại sản phẩm.
- Đường đi linh hoạt.
- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.
- Lập kế hoạch hiệu quả.
10


+ Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ tiền. Chúng được sử dụng để
chuyên chở vật liệu và phục vụ cho các hệ thống lắp ráp.
+ Xe nâng có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay
các khối hàng đặt trên giá.
b, Nếu phân loại theo dạng đường đi thì AGV chia làm các loại như sau:
+ Loại chạy không chạy theo đường dẫn
Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không 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 đòi hỏi
công nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại AGV khác.
+ Loại chạy theo đường dẫn
Xe AGV thuộc loại này được thiết kế 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) 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 hoạt thấp.
- 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 bẩn hay hư hại gây khó khăn
cho việc điều khiển chính xác xe.
+ Thông thường, các bộ phận chính của AGV gồm:
11


- Các bộ dẫn động và điều khiển: Động cơ, mạch điều khiển, cảm biến, phanh
hãm…
- Khay chứa tải: Được thiết kế tùy theo loại AGV và yêu cầu sử dụng.
- Nguồn năng lượng: Ắc quy, điện một chiều.
- Các hệ thống định vị và truyền thông: Truyền phát tín hiệu, dẫn đường định vị vị
trí và xác định đường đi.
2.2.3 So sánh xe tự hành AGV chạy theo đường ray và xe tự hành AGV chạy theo
vạch sơn
- Về độ linh động
Xe AGV chạy theo vạch sơn linh động cao có thể thay đổi phạm vi hoạt động một
cách dễ dàng bằng cách kẻ lại vạch sơn trên sàn nhà chính vì vậy mà AGV chạy theo

vạch sơn có thể làm việc tại khu vực đông người như siêu thị, bệnh viện… Xe AGV
chạy theo đường ray chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng có đường ray cố
định, việc thay đổi phạm vi hoạt động của xe đòi hỏi phải thay đổi hệ thống ray dẫn.
- Về nguồn năng lượng cung cấp
Xe AGV chạy theo vạch sơn có độ linh động cao nguồn điện thường dùng là
nguồn một chiều từ Pin hoặc Ắc quy. Vì vậy thời gian hoạt động của xe AGV chạy
theo vạch sơn phụ thuộc vào nguồn cấp. Để AGV hoạt động liên tục cần phải mất thời
gian sạc hoặc thay đổi nguồn cấp. Xe AGV chạy theo đường ray có thể hoạt động liên
tục nhờ sử dụng nguồn điện 3 pha.
Với yêu cầu làm việc trong hệ thống công nhiệp AGV là loại thiết bị làm việc độc
lập, phạm vi hoạt động rộng nên để cấp năng lượng cho xe là một vấn đề lớn khi
nguồn năng lượng cấp cho xe là nguồn cố định. Khi giải quyết được bài toán này thì
rất có lợi cho việc hoạt động độc lập của xe, bởi vì với nguồn năng lượng cố định thì
sẽ không cần phải tính toán đến thời gian hoạt động của xe, đảm bảo độ ổn định của
động cơ, khả năng chịu tải cũng lớn hơn. Xe AGV chạy theo đường ray được chế tạo
cho các hệ thống chuyên dụng nên làm việc có tính chuyên môn hoá cao năng suất
cao, chế tạo lại đơn giản hơn các xe AGV khác.
Chính vì vậy em chọn thiết kế và chế tao thiết bị điều khiển không dây cầm tay
cho xe AGV chạy theo đường ray.
12


2.3 Thiết bị điện, PLC và hệ thống chấp hành.
2.3.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha
a, Cấu tạo động cơ điện xoay chiều 3 pha gồm 2 phần chính:
- Phần cảm : gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau một góc 120 độ trong không gian và
được cấp điện xoay chiều 3 pha để tạo ra từ trường quay. Phần cảm thường đặt ở stato.
Các cuộn dây pha phần cảm có thể nối theo hình (sao) hay hình (tam giác) tuỳ theo
điện áp mỗi cuộn dây pha và tùy theo điện áp lưới điện.
- Phần ứng : cũng gồm 3 cuộn dây thường đặt ở roto.

b, Nguyên lý làm việc động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ
- Khi từ trường quay của phần cảm quét qua các dây dẫn phần ứng thì trong các
cuộn dây phần ứng xuất hiện sức điện động cảm ứng. Nếu mạch phần ứng nối kín thì
có dòng điện cảm ứng sinh ra. Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng cảm ứng
này một lực có chiều theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra momen làm quay phần cảm
theo chiều quay của từ trường quay.
- Tốc độ quay của phần cảm luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay.
c, Đảo chiều quay động cơ KDB
Để đảo chiều quay động cơ điện xoay chiều 3 pha KDB, phải đảo chiều quay của
từ trường quay do stato tạo ra. Muốn vậy, chỉ cần đảo chỗ của 2 pha bất kì trong 3 pha
của nguồn cấp cho stato.

Hình 2.6: Điều khiển động cơ KDB 2 chiều quay
13


d, Điều chỉnh tốc độ động cơ KDB 3 pha và mạch hãm động năng.
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp nguồn cấp đặt vào phần cảm (stato).
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ ở mạch phần ứng (roto).
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn cấp.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ.
2.3.2 Biến tần
Ngày nay, việc tự động hóa trong công nghiệp và ổn định tốc độ động cơ đã
không còn xa lạ gì với những người đang công tác trong lĩnh vực kỹ thuật. Biến tần là
một trong những thiết bị điện tử hỗ trợ đắc lực nhất trong việc ổn định tốc độ, thay đổi
chiều quay và thay đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng nhất mà hầu hết các xí ghiệp
đang sử dụng.
Inverter là bộ thiết bị có khả năng thay đổi, điều chỉnh các thông số điện như hiệu
điện thế, cường độ dòng điện và tần số của dòng điện.

Hình 2.7: Biến tần Mitsubishi
2.3.3 PLC
Khái niệm về PLC
+ PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị có thể lập trình được, được
thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản
đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các
chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay
còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thì (Timer) hay các sự
14


kiện được đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc
phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC. Như vậy
nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức
năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau. Hiện nay PLC đã được
nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan
Bradley, Schneider, Hitachi ... vv. Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết
bị mở rộng khác như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các
thiết bị hiển thị, các bộ nhớ Cartridge thêm vào.
+ Khái niệm bộ điều khiển lập trình.
Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc
đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable-control systems)
hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.
Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC – Programmable Logic Controller)
được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết
bị rời cồng kềnh, và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt
dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện
những tác vụ khác như định thì, đếm, v.v…, làm tăng khả năng điều khiển cho những
hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào, được đưa

về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín
hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng.
Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối
trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những
mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp
hay rơ-le trung gian. Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi
PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không
cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây; sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều
khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng còn có
ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống
15


điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các
thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thống”, và chúng có các đặc
điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.
- Khả năng kháng nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modul
mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng).
-Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hóa.
- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng dễ hiểu và dễ sử dụng.
- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
Bảng so sánh với các hệ thống điều khiển khác, so sánh đặc tính kỹ thuật giữa
những hệ thống điều khiển.
Chỉ tiêu so sánh

Rơ-le

Mạch số

Máy tính

PLC

Giá thành từng

Khá thấp

Thấp

Cao

Thấp

Kích thước vật lý

Lớn

Rất gọn

Khá gọn

Rất gọn

Tốc độ điều

Chậm

Rất nhanh

Khá nhanh

Nhanh

Xuất sắc

Tốt

Khá tốt

Tốt

Mất thời gian

Mất thời gian

Mất nhiều thời

Lập trình va lắp

thiết kế lắp đặt

lắp đặt

gian lập trình

đặt đơn giản

Không

Có

Có

Có

Rất khó

Khó

Khá đơn giản

Rất đơn giản

Kém – có rất

Kém – nếu IC

Kém – có rất

Tốt – các

nhiều công tác

được hàn

nhiều mạch điện

modun được

tử chuyên dụng

tiêu chuẩn hoá

chức năng

khiển
Khả năng chống
nhiễu
Lắp đặt
Khả năng điều
khiển tác vụ phức
tạp
Dễ thay đổi điều
khiển
Công tác bảo trì

16