Mở đầu. Chương 2: Tổng quan về AGV. Chương 3: Mô hình toán học AGV. Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển và hệ thống đo lường.
Chương 5: Thiết kế thi công AGV và mô phỏng hệ thống trên Matlab. 4 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ AGV 2.1 Sơ lược quá trình phát triển của AGV AGV (viết tắt của Automated Guided Vehicles) là xe tự hành di chuyển theo những con đường được xác định, dựa vào tín hiệu từ dây được bố trí dưới sàn nhà hoặc từ cảm biến thị giác kết hợp với các thuật toán chuyển động để xử lý. Trong công nghiệp, AGV là xe tải không người lái, thường được trang bị động cơ điện và ắc quy. AGV đầu tiên được đưa ra thị trường vào những năm 1950 bởi Barrett, và vào thời điểm đó nó chỉ đơn giản là một chiếc xe tải kéo một toa hàng hóa trong nhà kho, sử dụng một dây trên cao để định hướng di chuyển.
Công nghệ AGV bắt đầu trở lại vào 1962 khi Goran Netzler và Anders Dahlgren sáng lập NDC Sweden, chủ yếu tập trung vào các công nghệ mới về thiết kế và tiêu chuẩn hóa các giải pháp mô-đun điện công nghiệp và bộ phận điều khiển để đáp ứng nhu cầu bảo trì hiệu quả và dễ dàng trong việc giao tiếp giữa các người vận hành và hệ thống. Sự ra đời của công nghệ AGV có thể được công nhận cho những nỗ lực tiên phong của Goran Netzler và Anders Dahlgren đã mang đến cho ngành công nghiệp vận chyển hàng hóa. Sự phát triển lớn đầu tiên cho ngành công nghiệp AGV là sự ra đời của chiếc xe nâng vào 1970, chúng được chấp nhận rộng rãi vì có khả năng liên kết trong việc kiểm soát hệ thống thông tin. Cũng cùng năm đó công nghệ định hướng ra đời, một dây được đặt dưới sàn nhà phát ra tần số và một bộ biến tần cho dây để định hướng cho AGV theo tuyến đường dự kiến.
Một ăng-ten trên AGV sẽ tìm ra các tần số và định hướng chiếc xe dựa trên tín hiệu phát ra của dây. Công nghệ này cần nhiều dây trong sàn để xử lý các nút giao thông hoặc điểm quyết định khác. Hệ thống cung cấp năng lượng cho dây sẽ tương ứng với hướng đi mong muốn. 5 Vào cuối những 1980, định hướng không dây cho các hệ thống AGV đã được giới thiệu.
Sử dụng laser cho phép tăng tính linh hoạt và chính xác của hệ thống trong việc di chuyển theo đường đi mong muốn. Như với tất cả các sản phẩm công nghệ cao dựa trên phần mềm máy tính và điện tử. Các máy tính được sử dụng trong các hệ thống AGV có thể lưu trữ thông tin, đưa ra quyết định và thực hiện quy trình. Trong thực tế, AGV có khả năng thực hiện gần như tất cả các quyết định và các chức năng điều khiển.
Chúng có thể sắp xếp thời gian, giữ hàng tồn kho, quản lý chi tiết hệ thống và kiểm soát nhiều loại hệ thống máy khi hoạt động chung. Ngày nay AGV được sử dụng rộng rãi ở hầy hết các ngành công nghiệp lớn như hàng không, may mặc, sách và hệ thống thư viện, y tế, nhà kho, các cơ sở lưu trữ hàng hóa v. Nhu cầu thị trường cho AGV có thể được đánh giá thông qua số lượng các nhà sản xuất AGV. Vào cuối những năm 1970 có 6 nhà cung cấp AGV ở Hoa Kỳ và chỉ có 3 loại xe khác nhau.
Năm 1990 đã có hơn 40 nhà cung cấp trên toàn thế giới và hơn 15 loại xe với trọng tâm là tiêu chuẩn thiết kế. Công nghệ phát triển sẽ thúc đẩy sự gia tăng trong việc sử dụng AGV do đó sẽ thúc đẩy việc nghiên cứu và phát triển AGV.2 Phân loại AGV Có ba dạng AGV chính: - Tàu không người lái. - Xe nâng pallet. - Xe chở hàng.1 Tàu không người lái - Gồm một đầu máy kéo, kéo một hoặc nhiều toa xe phía sau tạo thành một đoàn xe giống như một con tàu.
- Loại xe này được dùng trong việc chuyên chở những hàng hóa có tải trọng nặng trong không gian nhà ko hoặc nhà máy lớn. - Có 5-10 toa xe phía sau và là hệ thống vận chuyển hiệu quả. - Đầu máy kéo có thể kéo được 60,000 pound.1 AGV dạng tàu không người lái. Source: http://www.com/en/Solutions/Products/Tugger-Automatic-Guided- Vehicles-AGVs.2 Xe nâng pallet - Dùng để vận chuyển các pallet hàng hóa theo tuyến đường xác định trước.
- Nâng được hàng ngàn kilogam, một số loại AGV có thể nâng hai pallet cùng lúc. - Loại xe này được dùng trong chuyển động thẳng đứng thường là sắp xếp pallet hàng hóa lên kệ hàng.2 AGV dạng xe nâng pallet. Source: http://www.com/en/automation/material-handling- automation_ha-solutions_agv-systems_agv-types/forklift-agv 2.3 Xe chở hàng - Dùng để vận chuyển hàng hóa từ trạm này đến trạm khác bằng cách đặt hàng hóa lên xe. - Có thể vận chuyển được tối đa 250 kg.
- Loại xe này được thiết kế đặc biệt để vận chuyển hàng hóa với tải trọng nhỏ.3 AGV dạng xe chở hàng. Source: http://www.com/en/Solutions/Products/Unit-Load-Automatic- Guided-Vehicles-AGVs.3 Tóm tắt các công trình nghiên cứu [1] Trong bài báo này nhóm tác giả đã giới thiệu một hệ thống GPS indoor đơn giản, sử dụng cảm biến siêu âm. Thông thường hệ thống siêu âm cần ít nhất ba bộ phát, trong đó thời gian cập nhật thông tin vị trí là 5 cycles/s để cho sóng siêu âm từ ba bộ phát không trùng nhau. Hệ thống này bao gồm một bộ phát và hai bộ thu, trong đó bộ phát dùng để phát sóng siêu âm và RF, bộ thu dùng tính khoảng cách tương ứng với tham chiếu đến các tín hiệu RF.
Hai giá trị được dùng để xác định vị trí của bộ phát bằng các công thức lượng giác.4 Phương pháp tính toán vị trí. , là khoảng cách đo được. Ta có thể tính , : = − (2.4) ta hoàn toàn xác định được ( Xr , Yr ). Do đặc điểm của cảm biến siêu âm, ảnh hưởng của nhiệt độ hoặc chướng ngại vật xung quanh sẽ sinh ra nhiễu trên cảm biến.
Vì thế sai số vị trí được giảm thiểu bằng cách sử dụng bộ lọc Kalman tuyến tính. Để chứng minh tính hiệu quả của hệ thống này, các thí nghiệm đã được tiến hành trong một không gian kích thước tương bằng 3.2 m, trong đó sai số vị trí tối đa 2 cm.5 Môi trường thực nghiệm.6 Kết quả khi sử dụng bộ lọc Kalman.7 Dữ liệu vị trí. Tuy nhiên nghiên cứu này cần có những cải thiện như sau: - Cảm biến nên phát triển để nhận biết vị trí ở những không gian lớn hơn vì lúc đó ta sẽ xét thêm góc của chùm tia song siêu âm. - Khi đặt bộ nhận tại nhiều nơi, một mạng lưới cảm biến là cần thiết để tính toán khoảng cách giữa các cảm biến.
Giải pháp bao gồm thuật toán thiết kế quỹ đạo − với đa thức bậc 7 kết hợp với thuật điều khiển tối ưu theo chuẩn toàn phương để xác định tốc độ góc cần thiết cho robot bám quỹ đạo. Ngoài ra việc định vị xe tự hành từ các tín hiệu đo can nhiễu được xác định bằng phương pháp lọc kalman mở rộng. Các thử nghiệm trên robot tự hành Pioneer – 3DX trong phòng thí nghiệm cho kết quả khả quan.8 Sơ đồ khối của vòng điều khiển robot di động bám theo quỹ đạo G3.9 Quỹ đạo mong muốn và quỹ đạo thực của robot. Những kết quả trên nhóm tác giả chỉ dùng thiết bị đo duy nhất là encoder ( đo tương đối ) để tính vận tốc tức thời và dự đoán tọa độ, hướng robot mà chưa sử dụng cảm biến ngoài như camera để đo vị trí tuyệt đối của robot trong không gian hoạt động nên bộ lọc Kalman mở rộng chưa thể phản ánh chính xác vị trí thực của robot.
Do đó, trên thực tế khi gắp thả kệ hàng, tọa độ của rô bốt thực bị sai lệch từ 1 đến 3 cm so với mong muốn, hướng thực bị sai lệch vài độ so với mong muốn. [3] Báo cáo trình bày bộ điều khiển tích hợp động học và moment của mô hình động lực học robot di động noholonomic. Trong báo cáo này sẽ đề xuất mở rộng điều khiển đáp ứng của bộ điều khiển. Nếu bộ điều khiển có thể điều khiển đáp ứng quỹ đạo cho 13 động học robot với những tham số không biết trước, thì đáp ứng quỹ đạo cho động lực học robot có thể thiết kế được bằng cách dùng lý thuyết Lyapounov.
Kết quả được kiểm nghiệm bằng mô hình robot di dộng hai bánh. Trong báo cáo này, một bộ điều khiển đáp ứng động học của robot được đề xuất sau đó đáp ứng về mô-men sẽ được đưa ra từ bộ điều khiển trên.10 Robot di động hai bánh.11 Vị trí thật và mục tiêu của robot.12 Đáp ứng vận tốc của bánh trái và phải.13 Sai số quỹ đạo , ,. Tác giả đã đưa ra được phương pháp điều khiển đáp ứng quỹ đạo cho robot di động với những tham số không biết trước. Bộ điều khiển động lực học cho robot di động trên cơ sở bộ điều khiển động học đã được thiết kế dùng đáp ứng backstepping.
Tiến hành mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab nghiên cứu trên robot di động hai bánh đã cho kết quả tốt. Cơ sở cho chúng ta tiến hành áp dụng thực tế cho 15 robot di động khác. Hướng phát triển tiếp theo sẽ làm mô hình robot thật và đưa phương pháp này vào áp dụng cho robot di động. [4] Trong bài báo này trình bày thiết kế bộ điều khiển mobile robot nonholonomic.
Trên cơ sở phương trình động học của robot, một robot điều khiển được thiết kế sao cho bám theo quỹ đạo tham chiếu tùy ý với vận tốc được xác định trước. Các thuật toán điều khiển được thiết kế chứng minh ổn định cho WMR. Luật điều khiển được chứng minh trên một ví dụ quỹ đạo đơn giản, tuy nhiên đối với một ứng dụng tổng quát hơn một thuật toán lập kế hoạch chuyển động theo thời gian tối ưu với ràng buộc gia tốc được trình bày là tốt.14 Sơ đồ khối vòng điều khiển mobile robot.15 cho thấy kết quả mô phỏng vòng kín trong đó robot có trạng thái sai số ban đầu (không bắt đầu với góc định hướng và vị trí đúng), các tín hiệu ngõ vào và ngõ ra có nhiễu tác động. Bộ điều khiển triệt tiêu các trạng thái sai số ban đầu và robot đã bám theo quỹ đạo tham chiếu với độ chính xác đạt yêu cầu.15 Điều khiển vòng kín với = 0.6 , = 2 để mô phỏng robot (reference --, robot path -).
Quỹ đạo robot tín hiệu ngõ ra với nhiễu và tín hiệu ngõ vào (feedforward: - -, feedforward and closed-loop: -). Kết quả điều khiển vòng kín của robot thực nghiệm được thể hiện trong hình 2.