Tính toán và chế tạo xe tự hành AGV vận chuyển hàng hóa trong công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tính toán và chế tạo xe tự hành agv
vận chuyển hàng hóa trong cơng
nghiệp
TRẦN VĂN TUẤN

NGUYỄN CƠNG ĐẠT

Chun ngành Kỹ thuật Cơ điện tử

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Trương Công Tuấn

Bộ môn:
Viện:

Cơ điện tử
Cơ khí



BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHÍA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Công Đạt
Trần Văn Tuấn

MSSV: 20150839
MSSV: 20154147

Lớp: Kỹ thuật cơ điện tử 02 – K60
Bộ mơn: Cơ Điện Tử
Viện: Cơ Khí
I/ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ
“Tính toán và chế tạo xe tự hành agv vận chuyển hàng hóa trong cơng
nghiệp”
II/ CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU
- Khả năng tải trọng: 3Kg
- Tốc độ không tải: 30m/ph
- Tốc độ có tải: 15m/ph
-

Gia tốc: 0,25
Sai lệch dừng 10mm

- Sai lệch góc <
III/ NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN
- Giới thiệu chung
- Thiết kế hệ thống cơ khí
- Thiết kế hệ thống điều khiển
- Mơ hình và kết quả thực nghiệm
- Kết luận

IV/ CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ
- Bản vẽ tách chi tiết (A0)
- Bản vẽ mạch điều khiển (A0)
- Bản vẽ lắp (A0)
- Bản vẽ cơ cấu đổ hàng (A0)
- Bản vẽ sơ đồ thuật toán (A0)
- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý (A0)
V/ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trương Công Tuấn
VI/ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ THIẾT KẾ: 06/9/2020
VII/ NGÀY HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN: 20/1/2021
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
Giảng viên hướng dẫn



Đánh giá của giảng viên hướng dẫn
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

Kết quả đánh giá
Họ và tên

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Điểm

Nguyễn Công Đạt
Trần Văn Tuấn

Giảng viên hướng dẫn



Đánh giá của giảng viên phản biện
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

Kết quả đánh giá
Họ và tên

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Điểm

Nguyễn Công Đạt
Trần Văn Tuấn

Giảng viên phản biện



LỜI CẢM ƠN
Trải qua 5 năm học tập tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi đã trang bị cho
chúng em những kiến thức về chuyên môn cũng như đời sống để có được hành
trang tốt nhất cho tương lai.
Đồ án tốt nghiệp ngày hơm nay chính là những kiến thức đã được tổng hợp đầy
đủ nhất mà chúng em đã tích lũy được trong thời gian học tập tại trường. Qua
đây, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cơ trong viện Cơ khí,
bộ môn Cơ điện tử và đặc biệt là thầy giáo Trương Cơng Tuấn đã tận tình hướng
dẫn chúng em hồn thành đồ án lần này. Chúng em chúc các thầy cô luôn mạnh
khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo, giúp đỡ các thế hệ sinh viên tiếp theo. Cảm ơn gia
đình đã luôn tin tưởng và hi vọng, là nguồn động lực lớn nhất cho chúng con.


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Đồ án tốt nghiệp của nhóm em là tính tốn và chế tạo hệ thống xe tự hành agv
vận chuyển hàng hóa trong cơng nghiệp. Trong đồ án, nhóm đặt ra mục tiêu điều
khiển xe di chuyển thông minh tránh các vật cản lấy, trả hàng đúng vị trí. Với
mục tiêu đó, chúng em đã vận dụng kiến thức về cơ khí, lý thuyết điều khiển tự
động để tính tốn và chế tạo nên một chiếc xe tự hành. Từ đó có thể lựa chọn các
thiết bị phù hợp.
Về phần cứng, nhóm xây dựng mơ hình bằng vật liệu thép hộp để đảm bảo độ
cứng vững cho xe khi chịu tải nặng. Hệ thống điều khiển sử dụng Arduino Mega
2560 kết hợp với driver L298 để điều khiển động cơ. Cảm biến GM65, cảm biến
vạch line và cảm biến siêu âm có nhiệm xác đinh vị trí robot, xác định đường đi
và khoảng cách, báo vật cản. Từ đó định hướng được hướng đi cho xe.

Về phần mềm, nhóm sử dụng Solidworks và AutoCad để thiết kế mơ hình, sử
dụng phần mềm Arduino IDE để điều khiển chuyển động của xe. Dùng phần
mềm matlab, proteus để mơ phỏng. Nhóm khi tiếp nhận đề tài nhận thấy rằng: đề
tài thiết kế hệ thống xe tự hành là một đề tài hay, có tính ứng dụng thực tiễn cao
và phù hợp với sinh viên cơ điện tử.Tuy nhiên đề tài khá lớn và phức tạp, nên có
nhiều thách thức với nhóm do kiến thức của mỗi thành viên trong nhóm cịn
nhiều hạn chế. Nên đề tài của nhóm chỉ dừng lại ở mơ hình nhỏ, thuật tốn cịn
khá đơn giản. Điều kiện về kinh phí cịn hạn chế nên chỉ đạt được một phần. Hi
vọng sau đồ án này, nhóm sẽ có những nghiên cứu và phát triển thêm để đạt được
mục tiêu đã đưa ra. Qua đồ án này, chúng em học được nhiều kiến thức trong
việc sử dụng các thiết bị điện tử và động cơ. Ngồi ra, cịn trau dồi cho bản thân
được các kỹ năng về văn phịng cũng như lập trình.


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG

1

1.1 Giới thiệu đề tài

1

1.2 Tổng quan về xe tự hành

1

1.2.1 Giới thiệu xe tự hành

1

1.2.2 Phân loại xe tự hành

3

1.3 Lựa chọn phương án xây dựng

6

1.4 Nhiệm vụ và phương hướng đề tài

6

1.4.1 Nhiệm vụ

6

1.4.2 Phương hướng xây dựng đề tài

7

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

8

2.1 Giới thiêu chương

8

2.2 Yêu cầu kỹ thuật

8

2.2.1 Đặt vấn đề

8

2.2.2 Yêu cầu đặt ra

8

2.3 Phân tích phương án lựa chọn

9

2.4 Bánh xe

10

2.4.1 Bánh xe chủ động

11

2.4.2 Bánh xe dẫn hướng

11

2.5 Động cơ

12

2.5.1 Giới thiệu chung

12

2.5.2 Encoder

14

2.5.3 Tính chọn động cơ chính

15

2.5.4 Động cơ phụ chuyển hàng hóa

18

2.6 Tính tốn và kiểm bền trục

21

2.7 Bộ truyền của hệ thống chuyển hàng hóa

23

2.8 Mơ hình xe tự hành

25

2.8.1 Mơ hình 3D của xe

28

2.8.2 Các chi tiết chịu tải chính

29

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

34

3.1 Ngun lí hoạt động

34

3.2 Tính tốn và thiết kế bộ điều khiển động cơ

37


3.2.1 Xây dựng hàm truyền động cơ

37

3.2.2 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ

39

3.2.3 Thiết kế bộ điều khiển PID

40

3.3 Tính tốn và thiết kế hệ thống điều khiển

42

3.3.1 Mơ hình động học của xe

42

3.3.2 Bộ điều khiển

44

3.4 Các thiết bị trong hệ thống điều khiển

46

3.4.1 Động Cơ DC Servo GM25-370 DC Geared Motor

46

3.4.2 Động cơ servo DC JGB37 - 545

47

3.4.3 Modul Driver L298

47

3.4.4 Arduino mega 2560

50

3.4.5 Cảm biến siêu âm SFR04

51

3.4.6 Cảm biến la bàn sô và gia tốc

54

3.4.7 Cảm biến dò Line TCRT5000

55

3.4.8 Modun cảm biết quét mã vạch GM 65

56

CHƯƠNG 4. MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

58

4.1 Giới thiệu mơ hình

58

4.2 Kết quả mơ phỏng

59

4.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm:

59

4.3.1 Tải trọng

59

4.3.2 Vận tốc

59

4.3.3 Độ chính xác

59

TÀI LIỆU THAM KHẢO

60


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Xe tự hành di chuyển trong nhà máy

1

Hình 1.2 Một trong những mấu xe đầu tiên

2

Hình 1.3 Mơ hình xe kéo

3

Hình 1.4 Mơ hình xe chở

4

Hình 1.5 Mơ hình xe đẩy

4

Hình 1.6 Mơ hình xe nâng

5

Hình 2.1 Cơ cấu xe 3 bánh

9

Hình 2.2 Cơ cấu xe 4 bánh

10

Hình 2.3 Cơ cấu xe lựa chọn

10

Hình 2.4 Bánh xe

11

Hình 2.5 Bánh xe dẫn hướng

12

Hình 2.6 Cấu tạo của rotor động cơ

12

Hình 2.7 Stator của động cơ

13

Hình 2.8 Cổ góp và chổi than

13

Hình 2.9 Sơ đồ mạch nguyên lý của encoder

14

Hình 2.10 Hai kệm A và B trong encoder

15

Hình 2.11 Sơ đồ lực

15

Hình 2.12 Động Cơ DC Servo GM25-370

17

Hình 2.13 Kích thước động cơ

17

Hình 2.14 Sơ đồ đặt lực

18

Hình 2.15 Động cơ DC servo JGB 37 - 545

20

Hình 2.16 Kích thước động cơ

20

Hình 2.17 Biểu đồ lực

22

Hình 2.18 Mơ hình xe

25

Hình 2.19 Hình chiếu bằng

26

Hình 2.20 Hình chiếu cạnh

26

Hình 2.21 Hình chiều đứng

27

Hình 2.22 Hình chiều mặt dưới

27

Hình 2.23 Khung xe

28

Hình 2.24 Mô phỏng ứng suất khung xe

28


Hình 2.25 Mô phỏng độ chuyển vị của khung xe

29

Hình 2.26 Giá đỡ chứa hàng

29

Hình 2.27 Chi tiết cánh tay địn

30

Hình 2.28 Mơ phỏng ứng suất chi tiết cánh tay địn

30

Hình 2.29 Mơ phỏng ứng suất chi tiết giá đỡ chứa hàng

31

Hình 2.30 Mô phỏng chuyển vị chi tiết cánh tay địn

32

Hình 2.31 Mơ phỏng chuyển vị chi tiết giá đỡ chứa hàng

32

Hình 2.32 Mô phỏng chuyển vị cụm chi tiết đổ hàng hóa

33

Hình 3.1 Sơ đồ ngun lí hoạt động của xe

34

Hình 3.1 Mơ hình hóa khơng gian làm việc và các vị trí

35

Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn

36

Hình 3.4 Động cơ DC điện một chiều

37

Hình 3.5 Sơ đồ khối động cơ

39

Hình 3.6 Điều khiển động cơ bằng PWM

39

Hình 3.7 Dạng sóng dịng và áp trên động cơ

40

Hình 3.8 Sơ đồ khối giải thuật PID

40

Hình 3.9 Sơ đồ khối sử dụng PID điều khiển động cơ

41

Hình 3.10 Kết quả mô phỏng trên matlab

42

Hình 3.11 Sơ đồ động học của xe

42

Hình 3.12 Mơ hình dịch chuyển của Xe

44

Hình 2.13 Động Cơ DC Servo GM25-370

46

Hình 3.14 Động cơ DC servo JGB 37 - 545

47

Hình 3.15 Mạch cầu H L298

48

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lí mạch cầu H L298

49

Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lí IC L298

49

Hình 3.18 Arduino Mega 2560

50

Hình 3.19 Sơ đồ khối của Arduino Mega 2560

51

Hình 3.20 Hình mơ tả thời gian và nhận sóng

53

Hình 3.21 Cảm biến siêu âm SRF04

53

Hình 3.22 Giản đồ hoạt động của SRF04

53

Hình 3.23 Cảm biến la bàn số và gia tốc GY-511 LSM303DLHC

54


Hình 3.24 Cảm biến dò line TCRT 5000

55

Hình 3.25 Sơ đồ các chân cảm biến dò Line TCRT5000

55

Hình 3.26 Sơ đồ nối mạch của cảm biến dò Line TCRT5000

55

Hình 3.27 Cảm biến quét mã vạch 1D/2D/QR GM 65

56

Hình 3.28 Một số mã vạch thông dụng

57

Hình 3.29 Khả năng vùng quét của modun cảm biến

57

Hình 4.1 Mơ hình xe tự hành

58

Hình 4.2 Mặt bên xe tự hành

58

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của xe

16

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của động cơ

17

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của xe với hệ thống đổ trả hàng

19

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của động cơ

20

Bảng 2.3 Hệ số bộ truyền

23

Bảng 2.4 Các thơng số kích thước bộ truyền

25

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật

38

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của động cơ

46

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của động cơ

47

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của arduino mega 2560

50

Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm SFR
CHƯƠNG 1.
GIỚI THIỆU CHUNG

52

1.1

Giới thiệu đề tài

Cùng với sự mở rộng của các nhà máy được tự động hóa và cơ khí hóa, các vấn
đề về việc vận chuyển, bốc dỡ và tích trữ hàng hóa trở nên ngày càng quan trọng
hơn. Theo xu hướng gia tăng sự tự động hóa trong các lĩnh vực sản xuất, các hệ
thống vận chuyển bên trong các nhà máy dưới dạng “hệ thống máy dẫn đường tự
động” ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong tồn bộ lĩnh vực xử lý vật
liệu. Xe được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ:

- Cung cấp và chuyên chở ở các khu vực sản xuất và kho. Khu vực này bao gồm
nhiều ứng dụng khác nhau trong toàn bộ luồng vật liệu từ khi nhập hàng hóa, qua
kho và vùng sản xuất đến khi chuyển đi.
- Ứng dụng tích hợp sản xuất của xe tự hành chở hàng như một bệ nền lắp ráp.
Ứng dụng này dựa trên cơ sở ý tưởng rằng quy trình sản xuất có thể được cấu
trúc theo cách linh hoạt hơn với hệ thống vận chuyển này.
- Cung ứng và chuyên chở trong các khu vực đặc biệt, như ở bệnh viện và di
chuyển tài liệu trong các văn phịng, trong các khu sản xuất diện tích lớn.
Trong tất cả các ứng dụng trên, người ta thấy rằng xe tự hành làm cho kế hoạch
sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nhu cầu nhân lực, hữu ích cho việc phát triển
công nghệ 4.0.


Hình 1.1 Xe tự hành di chuyển trong nhà máy

1.2
Tổng quan về xe tự hành
1.2.1 Giới thiệu xe tự hành
Khái niệm xe tự hành (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.
- Vận chuyển hàng giữa các trạm sản xuất, trong khu vực sản suất
- 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, đã thể hiện rất rõ hiệu quả của như: Giúp giảm
thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân
lực v.v…

Ngồi ra, xe tự hành cịn giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất.
Chúng có thể chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hoàng cấp phát cho một số
vị trí làm việc nhất định.
Lịch sử phát triển của xe tự hành
Hệ thống xe dẫn hướng tự động (AGVS) đã tồn tại từ năm 1953 bới 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 hoá 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 giữa năm bảy mươi. Công nghệ lúc này đã điều khiển các hệ
thống để mở rộng khả năng và tính linh hoạt. Xe khơng chỉ cịn được dùng để
kéo rơ mc trong kho, mà cịn được sử dụng trong quá trình sản xuất, làm việc,
và các
hệ thống lắp ráp ô tô.

Hình 1.2 Một trong những mấu xe đầu tiên

Qua nhiều năm, khi công nghệ trở nên tinh vi hơn, thì ngày nay các xe 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 giữ lại hoặc
chuyển đến một vị trí khác. Ngày nay, LGV đóng vai trị quan trọng trong thiết
kế các nhà máy và nhà kho, đưa hàng hóa đến đúng địa điểm một cách an toàn.
1.2.2 Phân loại xe tự hành
● Phân loại theo chức năng
*) Xe kéo (Towing Vehicle)

Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn cịn 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 chun chở lớn
- Có thể dự đốn và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng như
đảm bảo an tồn.
- Tăng tính an tồn.


Hình 1.3 Mơ hình xe kéo

*) 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 hoăc xích. Loại này có ưu điểm:
- Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu.
- Thời gian đấp ứng nhanh gọn.
- Giảm hư hại sản .
- Đường đi linh hoạt.
- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chun chở.
- Lập kế hoạch hiệu quả.

Hình 1.4 Mơ hình xe chở

*) 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 giáp.


Hình 1.5 Mơ hình xe đẩy

*) 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.

Hình 1.6 Mơ hình xe nâng

● Phân loại theo dạng đường đi
*) Loại chạy không chạy theo đường dẫn (Free path navigation)
Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong khơng 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 q 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 địi hỏi cơng nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại xe khác.
*) 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, khơng ảnh hưởng đến các cơng 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 tự hành 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.
- Điều hướng bằng Laser: LGV (Laser Guided Vehicle), đây là một trong những
hệ thống điều hướng phổ biến nhất, nó được dùng cho các phương tiện dẫn
đường bằng laser. Công nghệ điều hướng laser guided được sử dụng rộng rãi
trong xe nâng tự động, được sử dụng trong các ứng dụng nhà kho. Công nghệ
điều hướng laser guided điều khiển một hệ thống robot đến vị trí mục tiêu bằng
laser. Nó được thực hiện bằng cách chiếu ánh sáng laser, xử lý hình ảnh giao tiếp
để cải thiện độ chính xác của sự điều hướng. Điều hướng laser bao gồm các lĩnh
vực robot, thị giác máy tính, giao diện người dùng, trị chơi video, giao tiếp và
cơng nghệ nhà thơng minh.
+Ưu điểm: dễ dàng cài đặt, định vị chính xác, khơng tốn chi phí bảo trì cài đặt
+Nhược điểm: LGV có giá tương đối cao, dễ sửa đổi chương trình theo dõi AGV
nhưng chỉ có các kỹ sư của nhà cung cấp mới có thể thực hiện.
- Điều hướng GPS, RTLS: các vệ tinh, beacon được dùng để xác định vị trí AGV
(thích nghi với mơi trường ngồi trời, độ chính xác thấp và không thể sử dụng
bên trong).
1.3

Lựa chọn phương án xây dựng

- Xe tự hành dẫn hướng bằng mã qr code
- Các bộ phận dẫn động và điều khiển: Động cơ, mạch điều khiển, cảm biến…
- Khay chứa tải: Được thiết kế tùy theo loại xe và yêu cầu sử dụng.
- Nguồn năng lượng: Ắc quy, điện một chiều.
- Các hệ thống định vị và truyền thông: Cảm biến quét mã vạch GM 65, cảm biến
siêu âm…
1.4
Nhiệm vụ và phương hướng đề tài

1.4.1 Nhiệm vụ
Xe tự hành trong đề tài nghiên cứu là xe chở, vận chuyển hàng hóa trong cơng
nghiệp . Đặc biệt hướng tới các hàng hóa trong ngành cơng nghiệp thương mại,
có kích thước vài tải trọng địi hỏi thay đổi liên tục. 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 tự hành
như sau:
Chế tạo kết cấu kết cấu cơ khí cho xe là loại xe chở hàng hóa có kích thước khác
nhau và đa dạng về hình dáng với tải trọng tối đa là 3kg (bao gồm tải trọng của
xe). Đảm bảo được được độ vững chắc của xe và hàng hóa trong q trình di
chuyển, tạo sự ổn định và thuận lợi cho phần điều khiển.
Thiết kế được mạch điện tử cho xe hoạt động ổn định, có nhiều cổng vào ra, thực
hiện các chức năng như: điều khiển các động cơ của xe, kết nối với cảm biến, …
Lập trình điều khiển cho xe di chuyển đến đúng vị trí và thực hiện đúng thao tác
yêu với tốc độ ổn định 30m/phút. Sai lệch dừng lớn nhất là 10mm và sai lệch góc
nhỏ hơn 3 độ. Thiết kế cho hệ thống AGV có khả năng phát hiện được vật cản
trong quá trình di chuyển đồng thời đưa ra cảnh báo và định hướng di chuyển.
Tìm hiểu và thiết kế cơ khí cho xe. Sử dụng năng lượng là nguồn điện một chiều.
1.4.2 Phương hướng xây dựng đề tài
Từ những nhiệm vụ ở trên, nhóm chúng em đã thảo luận và đưa ra được những
phương hướng cụ thể để bắt tay vào thực hiện đề tài như sau:
Tìm kiếm tài liệu về xe tự hành thông qua nhiều nguồn khác nhau như: tài liệu
trên mạng internet, các bài giảng của các thầy cô giáo trong trường cũng như giáo
trình của một số trường đại học khác, các đồ án hoặc cơng trình nghiên cứu về
AGV…
Khảo sát các mơ hình thực tế đang có trên thị trường như trong các siêu thị, trong
các nhà máy sản xuất ở trong và ngoài nước…
Đưa ra đề xuất thiết kế chế tạo xe mang tính khả thi nhất, có tham khảo ý kiến

nhận xét của thầy hướng dẫn để hoàn thiện ý tưởng thiết kế.
Tiếp theo tiến hành thiết kế mơ hình hóa cho kết cấu cơ khí, tính tốn tải trọng để
lựa chọn động cơ và chế tạo trục bánh xe. Đồng thời thiết kế được mạch điều
khiển đáp ứng được khả năng điều khiển cho xe.
Tiến hành chế tạo, lắp ráp cơ khí cho xe. Thử khả năng tải trọng của xe và động
cơ có đáp ứng được u cầu theo tính tốn hay khơng. Nếu đáp ứng thì tiến hành
kết nối mạch điều khiển với xe. Lắp ráp các modul lại với nhau…
Tiếp theo là lập trình điều khiển cho xe dựa vào những phần mềm có sẵn, nhằm
đáp ứng được với các mục tiêu được đề ra. Trong quá trình vận hành nếu xảy ra


sai sót thì tiến hành sửa chữa, điều chỉnh sao cho hệ thống xe hoạt động chính
xác, ổn định.
Cuối cùng đưa ra đánh giá nhận xét và đề xuất hướng phát triển của đề tài.


CHƯƠNG 2.
2.1

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ

Giới thiêu chương

Khi lên ý tưởng về một chiếc máy hay robot thì điều quan trọng và khơng thể
thiếu là phần thiết kế phần cơ khí. Trong chương này em sẽ giới thiệu quy trình
để thiết kế cơ khí hình thành lên một con xe tự hành cơ bản. Bao gồm: tính tốn
thiết kế, mơ hình hóa các chi tiết, tính chọn động cơ và kiểm nghiệm độ bền hệ
thống.
2.2
Yêu cầu kỹ thuật

2.2.1 Đặt vấn đề
Ngày nay, trong công nghiệp xe tự hành 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, Xe tự hành 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…
Giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất. Chúng có thể được chế tạo để
chuyển hàng, kéo hàng, nâng hồng cấp phát cho một số vị trí làm việc nhất định.
Mang đến nhiều lợi ích khác nhau cho các công ty khi giúp giảm số lượng nhân
công, tăng hiệu suất làm việc mà khơng cần phải tăng chi phí, giảm thiểu tai nạn
và nâng cao an toàn trong quá trình sản xuất.
Thấy được những lợi ích mà nó mang lại thì việc thiết kế và điều khiển một con
xe tự hành là rất cần thiết. Phát triển nhiều tính năng mới và hoạt động một cách
mượt mà hơn.
Sử dụng nhiều tính năng định hướng giúp xe hoạt động thơng minh hơn và đa
dạng hóa nhiều hơn.
2.2.2 Yêu cầu đặt ra
● Xe tự hành hoạt động ở chế độ:Phát hiển và xử lý khi có vật cản, đọc vị trí
và điều khiển tới đúng vị trí trả hàng.
● Di chuyển trên địa hình bằng phẳng, trong phịng.


● Đảm bảo độ cứng vững và chịu tải trọng: 7KG (bao gồm cả trọng lượng
xe)
● Tốc độ tối đa khi ổn định 15m/phút (ổn định khi có tải)

2

● Gia tốc tối đa 0,25𝑚/𝑠 .
● Sai lệch dừng lớn nhất 10mm.
● Sai lệch góc tại mỗi vị trí nhỏ hơn 3 độ.
● Định hướng di chuyển và giảm nhiễu.
● Hàng hóa có kích thước tải trọng tối đa 3kg-H/W/L:20/25/30(mm)
2.3

Phân tích phương án lựa chọn

Phương án 1: Cơ cấu di chuyển bằng 3 bánh.
●

Bánh chủ động phía sau và bánh tự lựa phía trước.

Hình 2.1 Cơ cấu xe 3 bánh

-

Ưu điểm:
● 3 bánh xe luôn đồng phẳng tiếp xúc với mặt đất.
● Kết cấu cơ khí đơn giản.
● Qua cua dễ dàng.
● Dễ điều khiển.

-

Nhược điểm:
● Xe mang tải nặng hoặc kích thước lớn sẽ khiến xe dễ lật.

● Khó cân xứng khi mang tải dễ lệch hướng.