Đề tài: Nghiên cứu và chế tạo xe tự hành vận chuyển hàng hóa

1

PHẦN MỞ ĐẦU
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 của chúng ta còn hiếm hoi. Việc ứng dụng robot công nghiệp hiện
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 thực tế.
Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta 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, Changshin cũng không
tránh khỏi tình trạng đó.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


2

- Vì thế trong thời gian tiếp cận

với quy trình sản xuất trong công ty
Changshin Việt Nam, chúng tôi nhận
thấy quy trình vận chuyển xe Last
dọc theo chuyền sản xuất của phân
xưởng NOS 1 của công ty là một quy
trình hết sức nặng nhọc đối với
người công nhân. Đồng thời với yêu
cầu của công ty mong muốn đưa tự
động hóa vào sản xuất để giải phóng
sức lao động chân tay và nâng cao
năng xuất lao động. Qua đó, nhóm
đã đề xuất về việc thay thế sức lao
động trong quy trình vận chuyển xe
last và đã được bên phía công ty ủng

Xe chở last

hộ và tạo điều kiện cho nhóm nghiên
cứu.
Do đó đề tài của chúng tôi được mang tên “NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO XE TỰ
HÀNH VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA”.

Mục Đích Nghiên Cứu
- Đưa tự động hóa vào khâu sản xuất giày của công ty changshin và thay thế
công nhân trong một số công đoạn nặng nhọc và một vài nơi nguy hiểm.
- 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 và phải kết nối tự
động được với xe chở last và từ đó nó sẽ thay thế công nhân làm những công việc
nặng nhọc và phải giải quyết được các yêu cầu:
- Nâng cao năng suất lao động, thời gian và số chuyến vận chuyển sản phẩm

tăng lên và đem lại lợi nhuận cho công ty.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


3

- Đề tài gồm nhiều môn học chuyên ngành liên quan vì vậy qua đề tài giúp em
hiểu rõ, nắm sâu hơn về những kiến thức đã được học.

Nội Dung Và Phạm Vi Nghiên Cứu
Nội dung:
 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, tốc độ.
 Thiết kế các module cảm biến giúp xe xác định đường đi, vật cản và
nhận định chính xác xe Last khi kết nối.
 Thiết kế module giao tiếp RFID giúp xe nhận diện được vị trí chính
xác các bến giao nhận xe, vị trí đặt xe và vị trí sạc bình tự động.
 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 hoạt động.
 Cách kết nối các mạch lại với nhau để tạo một AGV hoàn chỉnh.
Phạm vi nghiên cứu:
 Trong nước nói chung và thực hiện chạy thực nghiệm trong xưởng
NOS 1 của công ty Changshin nói riêng.

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.
Bên cạnh đó nó còn 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 cuộc sống.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


4

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, mang lại lợi nhuận trực tiếp cho công ty
Changshin Việt Nam.
 Về ý nghĩa nhân văn, thay thể con người ở những vị trí nguy hiểm, dễ gây tai
nạn lao động trong quá trình làm việc.

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 kinh phí và khả năng hạn hẹp, nên để đề tài có tính khả thi cao, nhóm
chúng em 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 điều khiển.
 Thiết kế được mạch điện tử cho AGV hoạt động ổn định.

 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
thông qua còi báo và đèn báo.
 Tìm hiểu và thiết kế nguồn năng lượng cho xe là nguồn một chiều
DC.

Phƣơng Pháp Nghiên Cứu
 Phương pháp quan sát thực tế: Nhóm đã có thời gian tiếp cận với quy
trình sản xuất trong công ty Changshin Việt Nam từ đó tìm ra những công
đoạn cần cải tiến về máy móc để nâng cao năng suất lao động nhất là
khâu vận chuyển last.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


5

 Tìm hiểu thông qua sách, báo, các bài viết chuyên đề và thông qua mạng
internet nhằm rút ra những mô hình phù hợp nhất.


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



Giải quyết từng Module nhỏ và sau đó ghép thành mạch hoàn chỉnh.



Tính toán và chạy thử nghiệm rút ra phương án tối ưu nhất.

 Thiết lập mô hình xe, chạy thử nghiệm bên ngoài nhằm tìm ra những
phương án tốt nhất có thể áp dụng

Bố Cục Của Đề Tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung báo cáo gồm 3 chương:
 Chương 1: Tổng quan
 Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết
 Chương 3: Kết luận
Phần cuối của bài báo cáo là danh mục tài liệu tham khảo

Thời Gian Biểu Thực Hiện Đề Tài
+ Ngày 30-7 nhận đề tài giao từ công ty.
+ Từ 1 đến 15-8 thiết kế mô hình xe hoàn chỉnh, mô phỏng hệ thống trên
máy tính bằng phần mềm Solidworks.
+ Từ 16 đến 31-8 làm mô hình thực tế cho xe AGV.
+ Từ 1 đến 15-9 thiết kế bộ driver điều khiển động cơ.
+ Từ 16 đến 30-9 tìm hiểu về bộ cảm biến siêu âm và phương pháp dò line
kim loại bằng cảm biến cảm ứng từ.
+ Trong tháng 10 kết nối từng module nhỏ lại thành xe hoàn chỉnh.
+ Đầu tháng 11 bắt đầu viết báo cáo dự kiến hoàn tất trong tháng 11 để
chuẩn bị báo cáo cấp khoa.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


6

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Các Dữ Kiện Khi Khảo Sát Thực Tế :
 Yêu cầu vận chuyển:
Dựa vào tình hình thực tế sản xuất công ty đưa ra các yêu cầu về vận chuyển, số
lượng hàng hóa và thời gian đáp ứng. Vận chuyển liên tục các xe last dọc theo
line sản xuất giầy tại xưởng Nos 1, công ty Changshin Việt Nam. Qua khảo sát
thực tế đã thu thập được những số liệu
1

Kế hoạch sản xuất một ngày

3.000

Pairs

2

Số lượng Last vận chuyển m i chuyến

48

Pairs

3

Khoảng cách vận chuyển đi và về

188

Metter

4

Số chuyến xe phải đi hàng ngày

62.5

Chuyến

5

Số met phải đi hàng ngày

11.750

Metter

6

Thời gian yêu cầu cho AGV

461

s/chuyến

7

Thời gian làm việc m i ngày

8

Tiếng

8

Vận tốc bắt buộc đáp ứng kế hoạch

0.41

m/s

9

Kích thước AGV(dài x rộng x cao)

520x420x430

mm

10 Trọng lượng xe chở last

49

kg

11 Trọng lượng của tổng số last và xe chở

120

kg

Hình 1.1 Bảng số liệu thu thập qua khảo sát thực tế
 Yêu cầu đặt ra:
 Thay thế được sức lao động của người công nhân hiện tại trong khâu vận
chuyển xe last với quãng đường dài dọc theo line sản xuất trong phân xưởng.
 Đáp ứng được yêu cầu của công ty trong việc vận chuyển, đảm bảo thời gian
hoàn tất công việc.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


7

Hình 1.2 Đường đi thực tế và môi trường làm việc

1.2 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 sản xuất.

-

Chuyển hàng giữa các trạm sản xuất.

-

Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt trong bán buôn.

-

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
lực v.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.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


8

Hình 1.3 Xe agv đang vận chyển hàng

1.3 Lịch Sử Phát Triển Của AGV
 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 moóc trong kho, mà còn được sử dụng trong quá trình sản xuất, làm việc,
và các hệ thống lắp ráp ô tô.
 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).
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, LGV đóng

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


9

vai trò quan trọng trong thiết kế các nhà máy và nhà kho, đưa hàng hóa đến
đúng địa điểm một cách an toàn.

1.4 Phân Loại AGV
1.4.1 Phân loại theo chức năng: thì có 4 kiểu AGV
 Xe kéo (Towing Vehicle)
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 60000 pounds.
Ưu điểm của hệ thống xe kéo:
- Khả năng chuyên chở lớn.
- Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng
như đảm bảo an toàn.
- Tăng tính an toàn.

Hình 1.4 AGV kéo xe hàng

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


10

 Xe chở (Unit Load Vehicle)
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 yêu cầu.
- Thời gian đáp ứng nhanh gọn.
- Giảm hư hại tài sản.
- Đường đi linh hoạt.
- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.
- Lập kế hoạch hiệu quả.

Hình 1.5 AGV chở hàng
Xe đẩy (Cart Vehicle)
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 lắp ráp.
Xe nâng (Fork Vehicle)
Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các
khối hàng đặt trên giá.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


11

Hình 1.6 Mô hình xe nâng

1.4.2 Phân loại theo dạng đƣờng đi : thì AGV chia làm các loại như sau
 Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free path navigation)
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.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


12

Loại chạy theo đường dẫn (Fixed path navigation)
 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.

1.5 Tình Hình Nghiên Cứu Trong Và Ngoài Nƣớc
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 thể là:
1.5.1 Ở trong nƣớc:
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 hạn chế.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


13

1.5.2 Ở ngoài nƣớc:
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.

1.6 Mục Tiêu Hƣớng Đến Của Đề Tài
Đầu tiên là thiết kế ra xe AGV là một robot không người lái để kéo xe chở last,
nhằm tạo ra bước cải tiến trong quy trình sản xuất giày của công ty changshin
và thay thế một phần công việc nào đó cho công nhân đảm bảo an toàn lao

động. Thứ hai là đưa tự động hóa vào sản xuất để giảm lao động chân tay và
đem lại lợi nhuận cho công ty gấp nhiều lần khi thay thế người công nhân.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


14

CHƢƠNG 2
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ LÝ THUYẾT
2.1 Các Thành Phần Của Xe AGV
Từ yêu cầu làm việc thực tế trong công ty, nhóm đã lựa chọn phương án thiết kế xe
AGV phù hợp với yêu cầu làm việc và đã được sự chấp thuận của công ty. Qua đó
nhóm đã đưa ra tổng thể của xe AVG như sau:
 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 công việc.
 Bộ định vị khớp kết nối: Có nhiệm vụ giúp xe định vị xe chở last phía sau xe
nhằm đến đúng vị trí thực hiện kết nối, ghép nối xe chở last và AGV. Chốt giữ cho
phần kết nối chắc chắn và tạo khớp xoay giúp cho việc chuyển động ở góc cua linh
hoạt hơn.
 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 của xe last.
 Bánh xe vô hướng giúp cho việc dò tìm đường linh hoạt hơn, giúp AGV di
chuyển linh hoạt trong các khúc cua hay quay đầu.
 Hệ thống các loại cảm biến giúp AGV nhận biết line chạy, xe last cũng như
phát hiện các chướng ngại trên đường di chuyển của xe.
 Bộ nguồn gồm có acquy 12V/100A và bộ chuyển đổi nguồn 5V cho vi điều
khiển hoạt động.
 Bộ Driver điều khiển động cơ có nhiệm vụ thay đổi chiều quay và tốc độ của

động cơ đồng thời kết hợp với lập trình PID làm cho động cơ dừng chính xác hơn.
 Bộ board mạch chủ để điều khiển mọi hoạt động xe AGV thông qua giao
tiếp với các bộ driver.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


15

Hình 2.1 Cấu tạo AGV

2.2 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 Last đã được chất đầy hàng rồi kéo xe Last đến đầu line sản xuất. AGV sẽ thực
hiện thả xe Last 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 last đã được dỡ hết các last 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 công việc.

Hình 2.2 Hệ thống line và qui trình hoạt động của AGV

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


16

2.3 Lựa Chọn Và Thi Công Cơ Khí
2.3.1 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 sản xuất.

Hình 2.3 Khung xe thiết kế
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 khung xe.

Hình 2.4 Khung xe thực tế

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


17

2.3.2 Phần Bánh Xe
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 cấu xe.
Trong AGV sử dụng hai loại bánh xe:
 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).

Hình 2.5 Bánh xe chủ động thiết kế

Hình 2.6 Bánh xe chủ động trong thực tế

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV

18

 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 độ nào.

Hình 2.7 Bánh xe vô hướng thiết kế và thực tế
2.3.3 Phần Chọn Động Cơ Và Phân Phối Tỉ Số Truyền
2.3.3.1 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 thức sau:
F

(G  G x )g
(  .rct  f )k ms [ N ]
Rb

(3.1)

Trong đó:
G – khối lượng chuyên chở, kg;
Gx –khối lượng của xe, kg;
Rb –bán kính bánh xe, m;
β -hệ số ma sát trượt,(8.10-4÷15.10-4)
rct –bán kính cổ trục bánh xe, m;
f –hệ số ma sát lăn(5.10-4);
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 động đó bằng:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


19

M

F.R b
[ N .m]
i.

(3.2)

Trong đó:
F –lực cản chuyển động, N;
i –tỉ số truyền từ trục động cơ đến bánh xe;
η –hiệu suất của cơ cấu;
Công suất của động cơ khi di chuyển có tải bằng:
P

F.v



.10 3 [kW ]

(3.3)

Thực tế ta có được:
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 ma sát lăn: 5.10-4;
kms – hệ số có tính đến ma sát giữa mép bánh xe và đường ray: (1,3);
F

(G  G x )g
(  .rct  f )k ms [ N ]
Rb

F

(100  15  50)9,81
(8.10 4.0,005  5.10 4 )1,3 =10,6 [N]
0.1

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 chuyển động:
M

F.R b 10,6.0,1

 0,065 [N.m]
i.
18.0,9

Với vận tốc 1,5 (m/s) = 5,4 (km/h)

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


20

Công suất cần thiết của động cơ khi di chuyển có tải trong chế độ xác lập
bằng:
P

F.v



.103[kW ] =

10,6.5,4 3
.10 =0,0715 [Kw] = 71,5 [W]
0.8

Công suất động cơ được lựa chọn dựa trên các thông số lớn nhất do yêu cầu
đặt ra.
Trong lúc hoạt động xe chịu nhiều ảnh hưởng bởi các lực cản bên ngoài (địa
hình, không khí).
Vì vậy để đảm bảo công suất cho xe AGV nên chọn loại động cơ có công
suất 100 (W), 24 (V). Vừa đáp ứng được yêu cầu về tốc độ cũng như khả năng chịu
quá tải đối với xe AGV nhưng vẫn đảm bảo tính kinh tế cho công ty.
Dòng điện cần thiết để cấp cho động cơ:

I

Pđm 100

 4,16 [A]
U đm 24

Hình 2.8 Động cơ servo
Thông số kĩ thuật:
Động cơ Servo 100w - 24VDC
Current : 5.5 A.
Tốc độ: 2500 rpm
Encoder: 1000 xung

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


21

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 được gắn
một encoder kèm theo để phản hồi vị trí cho bộ điều khiển.
Các ưu điểm:
Tính năng kỹ thuật cao.
Chi phí thấp.
Nhiễu tạp nhỏ.
Kèm theo encoder (1000 xung), l i vị trí có thể được giới hạn đến một xung.
2.3.3.2 Phân phối tỷ số truyền:
Với tải trọng m=120kg chọn loại động cơ DC 24V/100W với số vòng
quay là 2500 vòng/phút.

Tốc độ của bánh xe là:
nct 

60.1000V 60.1000.1.1

 104.16 (vg/ph)
D
 .200

Tỉ số truyền chung là:
i  i 1 .i 2 

n dc
2500

 24
n 104.16

Với tải trọng không lớn và vận hành với vận tốc thấp nên ta sử dụng bộ
truyền động bằng xích ống con lăn.
 Đối với cấp nhanh:
 Chọn số răng đĩa xích dẫn là Z1= 10 răng
 Chọn số răng đĩa xích bị dẫn là Z2=Z1.i1=10.4=40 răng
 Đối với cấp chậm:
 Chọn số răng đĩa xích dẫn là Z1= 10 răng
 Chọn số răng đĩa xích bị dẫn là Z2=Z1.i2=10.6=60 răng

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV

22

Hình 2.9 Buli chia giảm tốc thiết kế

Hình 2.10 Thiết kế bộ giảm tốc 2 cấp

Hình 2.11 Bánh răng thực tế

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


23

Hình 2.12 Bộ truyền giảm tốc thực tế đã lắp ráp
2.3.4 Phần Thiết Kế Ổ Bi
 Trục I và II có lực tác dụng dọc theo trục nên ta chọn ổ bi đỡ chặn.
 Trục I chọn ổ bi theo tiêu chuẩn kí hiệu: 6000 với đường kính ngoài 26mm,
đường kính l là 10mm.
 Trục II chọn ổ bi theo tiêu chuẩn kí hiệu: 6200 với đường kính ngoài 37mm,
đường kính l là 12mm.

Hình 2.13 Bạc đạn sử dụng cho xe AGV

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


24

2.3.5 Lựa Chọn Và Thi Công Mạch Điện

Hình 2.14 Sơ đồ kết nối phần điều khiển của xe agv
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 tối ưu.
2.3.6 Acquy Và Khối Nguồn 5V
 Chọn acquy : Để đảm bảo yêu cầu chạy trong công ty 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 như sau:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV


25

T

Ah.U.pt
[giờ]
P

(3.5)

Trong đó:
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 8h

thì dung lượng ắc quy cần thiết sẽ là:
Ah 

T.P
8.50

 20,8 [Ah]
U.pt 24.0,8

Hình 2.15 Acquy khô 12V/100Ah
 Mạch Nguồn 5V
 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 dùng LM2596.

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV