Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu, Xây dựng Xe Tự Hành Vận Chuyển trong Nhà Máy

Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu chế tạo xe tự hành ứng dụng trong vận chuyển tại nhà máy. Giải pháp nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí nhân công.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Huy
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thành Tuyên
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu, Xây Dựng Xe Tự Hành Phục Vụ Vận Chuyển Trong Nhà Máy Sản Xuất
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Mục lục
• Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu
• Danh mục các hình
• Danh mục các bảng
• Lý do chọn đề tài
• Mục đích và đối tượng nghiên cứu
• Mục đích nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu
• Nhiệm vụ nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• Tình hình trong và ngoài nước
• Tình hình ngoài nước
• Tình hình trong nước
• 1. Chương 2: PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tổng quan về AGV
• 2.2. Các phương pháp dẫn hướng
• 2.2.1. AGV được dẫn hướng bằng Laser
• 2.2.2. AGV được dẫn hướng bằng băng từ
• 2.2.3. AGV dẫn hướng bằng điểm từ
• 2.2.4. Dẫn hướng tự nhiên (Natural Navigation AGV)
• 2.2.5. Sử dụng định vị toàn cầu GPS để điều hướng AGV
• 2.2.6. AGV dẫn hướng bằng băng quang
• 2.3. Thuật toán điều khiển PID
• 2.3.1. Khâu tỉ lệ
• 2.3.2. Khâu tích phân
• 2.3.3. Khâu vi phân
• 2.3.4. Thông số Kp, Ki, Kd
• 2.4. Ngôn ngữ lập trình
• 2.4.1. Phần mềm Arduino
• 2.5. Định nghĩa về Firebase
• 2.6. Định nghĩa về internet of things (IOT)
• 2.6.1. Cấu trúc của một hệ thống IOT
• 2.6.2. Ứng dụng của IOT
• 2.7. Các linh kiện sử dụng trong đề tài
• 2.7.1. Cảm biến dò line QTR-5RC line follower sensor
• 2.7.2. Cảm biến hồng ngoại
• 2.7.3. Cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04
• 2.7.4. Tổng quan về pin
• 3. Chương 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH
• 3.1. Thiết kế, tính toán mô hình
• 3.1.1. Giới thiệu phần mềm thiết kế Autodesk Inventor
• 3.1.2. Thiết kế mô hình khung xe
• 3.1.3. Tính toán chọn động cơ cho xe
• 3.2. Giới thiệu về ứng dụng AGVControl
• 3.2.1. Các chế độ hoạt động
• 3.2.1.1. Chế độ an toàn
• 3.2.1.2. Chế độ thủ công
• 3.2.1.3. Chế độ tự động
• 4. Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 4.1. Đánh giá kết quả về độ cứng vững của khung xe
• 4.2. Đánh giá kết quả thực nghiệm ở chế độ an toàn
• 4.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm ở chế độ thủ công
• 4.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm ở chế độ tự động
• 4.5. Đánh giá kết quả gửi và lưu lộ trình cho xe
• 4.6. Đánh giá kết quả khả năng đi theo lộ trình
• 4.7. Đánh giá tổng quan về đề tài
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Đồ án HCMUTE Tổng quan về xe tự hành vận chuyển nhà máy 55 ký tự

Trong bối cảnh nhà máy thông minh ngày càng phát triển, nhu cầu tự động hóa quy trình logistics nội bộ trở nên cấp thiết. Xe tự hành phục vụ vận chuyển nổi lên như một giải pháp hiệu quả, giúp tối ưu hóa vận chuyển, giảm chi phí và nâng cao năng suất. Đồ án HCMUTE nghiên cứu xây dựng xe tự hành là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ này vào thực tế. Đề tài "Nghiên cứu, xây dựng xe tự hành phục vụ vận chuyển trong nhà máy sản xuất" tập trung vào thiết kế, chế tạo và điều khiển một mẫu AGV có khả năng hoạt động tự động trong môi trường nhà máy. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng kiến thức từ nhiều lĩnh vực như kỹ thuật ô tô, điện tử, lập trình và điều khiển xe tự hành. Mục tiêu chính là tạo ra một giải pháp xe tự hành đơn giản, hiệu quả và dễ dàng triển khai, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả sản xuất. Đề tài này không chỉ mang tính học thuật mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn cao, có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu sau này và đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam. Theo tài liệu gốc, nhóm đã nỗ lực tham khảo nhiều nguồn tài liệu, tìm hiểu kiến thức mới và áp dụng những kiến thức được giảng dạy để đạt được kết quả tốt nhất. Sự hỗ trợ từ Ban lãnh đạo Khoa Cơ Khí Động Lực và ThS. Nguyễn Thành Tuyên là yếu tố then chốt giúp nhóm vượt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện đồ án. Dự án này mở ra một hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ tự động hóa trong nhà máy sản xuất, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội.

1.1. Giới thiệu chung về ứng dụng xe tự hành trong nhà máy 50 ký tự

Ứng dụng xe tự hành trong nhà máy sản xuất ngày càng trở nên phổ biến do những lợi ích to lớn mà nó mang lại. Robot tự hành giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công, tăng năng suất và giảm thiểu sai sót trong quá trình vận chuyển. Các AGV có thể hoạt động liên tục 24/7, không cần nghỉ ngơi, giúp tối ưu hóa thời gian và hiệu quả sản xuất. Ngoài ra, xe tự hành trong nhà máy còn giúp cải thiện an toàn xe tự hành lao động bằng cách thay thế con người trong các công việc nguy hiểm hoặc lặp đi lặp lại. Việc triển khai hệ thống xe tự hành đòi hỏi sự đầu tư ban đầu, nhưng về lâu dài, nó sẽ mang lại lợi nhuận cao hơn nhờ giảm chi phí vận hành, tăng năng suất và giảm thiểu rủi ro. Đặc biệt, trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa là yếu tố then chốt giúp các doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đồ án HCMUTE 55 ký tự

Đồ án Đồ án xe tự hành HCMUTE hướng đến việc nghiên cứu, thiết kế và xây dựng xe tự hành có khả năng vận chuyển hàng hóa trong môi trường nhà máy sản xuất. Mục tiêu chính là tạo ra một mẫu AGV hoạt động ổn định, chính xác và an toàn. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc tìm hiểu các công nghệ cảm biến xe tự hành, điều khiển xe tự hành, lập trình xe tự hành và thiết kế cơ khí. Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng một hệ thống điều khiển xe tự hành đơn giản, dễ sử dụng và có khả năng mở rộng. Ngoài ra, đồ án cũng đề cập đến các vấn đề về an toàn xe tự hành, tối ưu hóa vận chuyển và tích hợp hệ thống xe tự hành vào quy trình sản xuất hiện có. Theo tài liệu, phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào sự giao tiếp giữa người vận hành với máy tính và mạch giao tiếp giữa máy tính với phương tiện tự hành thông qua phần mềm lập trình IDE Arduino và ứng dụng “AGVControl” do nhóm phát triển. Mục đích cuối cùng là chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc ứng dụng xe tự hành trong nhà máy sản xuất, góp phần vào việc thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam.

II. Thách thức Giải pháp xây dựng xe tự hành vận chuyển 58 ký tự

Việc xây dựng xe tự hành phục vụ vận chuyển trong nhà máy sản xuất không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Có nhiều thách thức cần phải vượt qua, từ việc lựa chọn công nghệ phù hợp đến việc đảm bảo an toàn xe tự hành và tích hợp hệ thống vào quy trình sản xuất hiện có. Một trong những thách thức lớn nhất là việc điều khiển xe tự hành trong môi trường phức tạp, nhiều vật cản và có sự thay đổi liên tục. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã áp dụng các thuật toán cảm biến xe tự hành và thuật toán xe tự hành thông minh, giúp xe tự hành có thể nhận biết môi trường xung quanh, tránh vật cản và tự động điều chỉnh đường đi. Ngoài ra, việc đảm bảo an toàn xe tự hành cũng là một ưu tiên hàng đầu. Nhóm nghiên cứu đã tích hợp các hệ thống cảm biến và phanh khẩn cấp, giúp xe tự hành có thể dừng lại kịp thời khi phát hiện nguy hiểm. Quan trọng hơn, việc xây dựng xe tự hành cần phải phù hợp với điều kiện thực tế của nhà máy sản xuất, đảm bảo tính kinh tế và khả năng mở rộng trong tương lai. Theo tài liệu, nhóm nghiên cứu đã khảo sát các công trình nghiên cứu phương tiện tự hành đã sẵn có trong và ngoài nước, nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các linh kiện sử dụng trong đề tài và thiết kế kết cấu khung vững chắc cho xe.

2.1. Các vấn đề về định vị dẫn đường cho AGV 45 ký tự

Định vị và dẫn đường là hai yếu tố then chốt trong việc điều khiển xe tự hành thành công. Xe tự hành cần phải biết vị trí chính xác của mình trong môi trường và có khả năng tự động điều chỉnh đường đi để đến đích. Các phương pháp định vị phổ biến bao gồm sử dụng cảm biến laser, cảm biến siêu âm, cảm biến hình ảnh và cảm biến từ trường. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và yêu cầu độ chính xác. Ví dụ, AGV dẫn hướng bằng laser có độ chính xác cao nhưng lại dễ bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn và ánh sáng. AGV dẫn hướng bằng băng từ thì đơn giản và rẻ tiền, nhưng lại khó thay đổi đường đi. Trong đồ án này, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn phương pháp dẫn hướng bằng băng quang vì tính linh hoạt, dễ dàng triển khai và chi phí thấp. Theo tài liệu, nhóm đã nghiên cứu rõ nguyên lý hoạt động của các linh kiện sử dụng trong đề tài như: bo mạch Arduino, module ESP8266, module HC-SR04, mạch QTR-5RC…

2.2. Đảm bảo an toàn và tuân thủ quy trình nhà máy 57 ký tự

An toàn xe tự hành là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình xây dựng xe tự hành. Xe tự hành cần phải có khả năng phát hiện và tránh vật cản, tuân thủ các quy tắc giao thông trong nhà máy sản xuất và không gây nguy hiểm cho người và thiết bị. Để đảm bảo an toàn xe tự hành, cần phải tích hợp các hệ thống cảm biến an toàn, hệ thống phanh khẩn cấp và hệ thống cảnh báo. Ngoài ra, xe tự hành cần phải được lập trình để tuân thủ các quy trình và quy định của nhà máy sản xuất. Ví dụ, xe tự hành cần phải dừng lại khi gặp đèn đỏ, nhường đường cho người đi bộ và tuân thủ tốc độ giới hạn. Việc đảm bảo an toàn xe tự hành không chỉ là trách nhiệm của nhà sản xuất mà còn là trách nhiệm của người sử dụng và quản lý nhà máy sản xuất. Theo tài liệu, xe AGV được kiểm soát ở ba chế độ: chế độ an toàn, thủ công (Manual), và tự động (Automatic). Chế độ an toàn giúp AGV nhận biết các vật cản có trên đường đi, cảnh người đối diện, dừng lại và báo còi cảnh báo trước vật cản với khoảng cách an toàn là 40cm.

III. Phương pháp lập trình điều khiển xe tự hành HCMUTE 59 ký tự

Việc lập trình xe tự hành và điều khiển xe tự hành là một phần quan trọng trong quá trình xây dựng xe tự hành. Xe tự hành cần phải được lập trình để có thể tự động di chuyển, nhận biết môi trường xung quanh và thực hiện các nhiệm vụ được giao. Có nhiều phương pháp lập trình xe tự hành khác nhau, từ sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ đến sử dụng các phần mềm điều khiển xe tự hành chuyên dụng. Trong đồ án này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng ngôn ngữ lập trình C++ và phần mềm Arduino để lập trình xe tự hành. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu cũng đã phát triển một ứng dụng điều khiển xe tự hành trên điện thoại di động, giúp người dùng có thể dễ dàng điều khiển xe tự hành từ xa. Việc điều khiển xe tự hành không chỉ đòi hỏi kiến thức về lập trình mà còn đòi hỏi kiến thức về điện tử, cơ khí và thuật toán xe tự hành. Theo tài liệu, áp dụng kiến thức lập trình C++ vào lập trình điều khiển Arduino và NodeMCU. Lập trình ứng dụng điều khiển xe dựa trên nền tảng MIT App Inventor. Cuối cùng là lưu trữ dữ liệu được nhập từ điện thoại lên Firebase.

3.1. Lựa chọn cảm biến và bộ vi điều khiển phù hợp 56 ký tự

Việc lựa chọn cảm biến xe tự hành và bộ vi điều khiển phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả hoạt động của xe tự hành. Cảm biến xe tự hành có nhiệm vụ thu thập thông tin về môi trường xung quanh, bao gồm khoảng cách đến vật cản, vị trí đường đi và các thông tin khác. Bộ vi điều khiển có nhiệm vụ xử lý thông tin từ cảm biến xe tự hành và đưa ra các lệnh điều khiển xe tự hành. Có nhiều loại cảm biến xe tự hành khác nhau, từ cảm biến siêu âm đến cảm biến laser và cảm biến hình ảnh. Việc lựa chọn loại cảm biến xe tự hành phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu độ chính xác, phạm vi hoạt động và chi phí. Tương tự, việc lựa chọn bộ vi điều khiển cũng phụ thuộc vào yêu cầu về tốc độ xử lý, bộ nhớ và số lượng chân I/O. Trong đồ án này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng bộ vi điều khiển Arduino Mega 2560 và các cảm biến siêu âm HC-SR04, cảm biến dò line QTR-5RC, cảm biến hồng ngoại.

3.2. Phát triển thuật toán điều khiển PID cho xe tự hành 58 ký tự

Thuật toán PID (Proportional-Integral-Derivative) là một thuật toán điều khiển xe tự hành phổ biến, được sử dụng để điều khiển xe tự hành di chuyển theo một đường đi định sẵn. Thuật toán PID hoạt động bằng cách tính toán sai số giữa vị trí hiện tại của xe tự hành và vị trí mong muốn, sau đó điều chỉnh tốc độ và hướng đi của xe tự hành để giảm thiểu sai số. Việc điều chỉnh các thông số của thuật toán PID (Kp, Ki, Kd) là rất quan trọng để đảm bảo xe tự hành di chuyển ổn định và chính xác. Trong đồ án này, nhóm nghiên cứu đã phát triển và tinh chỉnh thuật toán PID để xe tự hành có thể di chuyển theo đường đi một cách mượt mà và không bị rung lắc. Theo tài liệu gốc, giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính toán đầu ra của bộ điều khiển PID.

IV. Ứng dụng và Kết quả Nghiên cứu Xe Tự hành HCMUTE 59 ký tự

Sau quá trình nghiên cứu và xây dựng xe tự hành, nhóm HCMUTE đã đạt được những kết quả đáng khích lệ. Mẫu xe tự hành phục vụ vận chuyển đã được thử nghiệm thành công trong môi trường nhà máy sản xuất mô phỏng. Xe tự hành có khả năng tự động di chuyển theo đường đi định sẵn, nhận biết và tránh vật cản, đồng thời tuân thủ các quy trình an toàn. Ứng dụng điều khiển xe tự hành trên điện thoại di động cũng hoạt động ổn định, giúp người dùng dễ dàng điều khiển xe tự hành từ xa. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn của xe tự hành trong việc tối ưu hóa vận chuyển và nâng cao năng suất trong nhà máy sản xuất. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu và cải tiến, như tăng độ chính xác của hệ thống định vị, cải thiện khả năng xử lý tình huống phức tạp và tích hợp hệ thống xe tự hành vào quy trình sản xuất thực tế. Theo tài liệu gốc, xe AGV được nhóm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, có khả năng hoạt động tốt và ứng dụng cao trong các nhà máy sản xuất.

4.2. Ứng dụng xe tự hành trong các quy trình sản xuất 52 ký tự

Ứng dụng xe tự hành trong các quy trình sản xuất có thể mang lại nhiều lợi ích to lớn, bao gồm giảm chi phí lao động, tăng năng suất và cải thiện an toàn xe tự hành. Xe tự hành có thể được sử dụng để vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm và thành phẩm giữa các công đoạn sản xuất. Ngoài ra, xe tự hành còn có thể được sử dụng để thực hiện các công việc lặp đi lặp lại hoặc nguy hiểm, như kiểm tra chất lượng sản phẩm hoặc vận chuyển hóa chất độc hại. Để ứng dụng xe tự hành thành công, cần phải tích hợp hệ thống xe tự hành vào quy trình sản xuất hiện có và đào tạo nhân viên để vận hành và bảo trì thiết bị. Kết quả thu được từ ứng dụng vào thí nghiệm thực tế đã cho thấy, độ cứng vững của khung xe có độ tin cậy cao, khả năng di chuyển ở chế độ an toàn, kết quả việc gửi và nhận lộ trình cho xe hoạt động tốt.

V. Đề xuất hướng phát triển và hoàn thiện xe tự hành HCMUTE 58 ký tự

Từ kết quả nghiên cứu và thử nghiệm, nhóm tác giả đề xuất một số hướng phát triển và hoàn thiện xe tự hành HCMUTE trong tương lai. Các hướng này tập trung vào việc nâng cao hiệu suất, mở rộng tính năng và tăng cường khả năng ứng dụng thực tiễn của xe tự hành phục vụ vận chuyển trong nhà máy sản xuất. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ xe tự hành sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam, mang lại nhiều lợi ích kinh tế và xã hội.

5.1. Nâng cấp hệ thống định vị và điều khiển chính xác 57 ký tự

Để xe tự hành hoạt động hiệu quả hơn trong môi trường nhà máy sản xuất phức tạp, cần nâng cấp hệ thống định vị và điều khiển xe tự hành chính xác hơn. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các công nghệ cảm biến tiên tiến hơn, như cảm biến laser hoặc cảm biến hình ảnh 3D, kết hợp với các thuật toán điều khiển xe tự hành thông minh hơn, như thuật toán học máy hoặc thuật toán trí tuệ nhân tạo.

5.2. Tối ưu hóa thuật toán và quản lý năng lượng xe AGV 57 ký tự

Việc tối ưu hóa vận chuyển thuật toán và quản lý năng lượng là rất quan trọng để giảm chi phí vận hành và tăng tuổi thọ của xe tự hành. Cần phát triển các thuật toán điều khiển xe tự hành thông minh hơn, giúp xe tự hành có thể di chuyển theo đường đi tối ưu và tránh các tình huống không cần thiết. Ngoài ra, cần cải thiện hiệu suất của hệ thống quản lý năng lượng, giúp xe tự hành sử dụng năng lượng hiệu quả hơn và giảm thời gian sạc.

VI. Kết luận và tầm quan trọng của đồ án xe tự hành 53 ký tự

Đồ án nghiên cứu xe tự hành HCMUTE đã đạt được những thành công nhất định trong việc thiết kế, chế tạo và điều khiển xe tự hành phục vụ vận chuyển trong nhà máy sản xuất. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn của xe tự hành trong việc tối ưu hóa vận chuyển, giảm chi phí và nâng cao năng suất. Đồ án này không chỉ mang tính học thuật mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn cao, góp phần vào việc thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp tự động hóa tại Việt Nam.

6.1. Tổng kết các thành tựu chính đạt được 43 ký tự

Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo một mẫu AGV hoạt động ổn định và chính xác trong môi trường nhà máy sản xuất mô phỏng. Hệ thống điều khiển xe tự hành và ứng dụng điều khiển xe tự hành trên điện thoại di động cũng hoạt động tốt. Bên cạnh đó, thuật toán PID được xây dựng và tinh chỉnh có khả năng giúp xe tự hành di chuyển một cách mượt mà và không bị rung lắc. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã có được những kinh nghiệm quý báu trong việc nghiên cứu, thiết kế và xây dựng xe tự hành.

6.2. Đánh giá tiềm năng phát triển công nghệ 44 ký tự

Công nghệ xe tự hành có tiềm năng phát triển rất lớn trong tương lai. Với sự tiến bộ của công nghệ cảm biến xe tự hành, thuật toán xe tự hành và công nghệ pin, xe tự hành sẽ ngày càng trở nên thông minh, hiệu quả và bền bỉ hơn. Trong tương lai, xe tự hành có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nhà máy sản xuất đến kho bãi, bệnh viện và thậm chí cả giao thông công cộng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG XE TỰ HÀNH PHỤC VỤ VẬN CHUYỂN TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT GVHD: ThS. NGUYỄN THÀNH TUYÊN SVTH: NGUYỄN HOÀNG HUY NGUYỄN TUẤN VŨ SKL009373 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ----- ----- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Tên đề tài NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG XE TỰ HÀNH PHỤC VỤ VẬN CHUYỂN TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT SVTH: Nguyễn Hoàng Huy MSSV: 18145360 SVTH: Nguyễn Tuấn Vũ MSSV: 18145492 GVHD: ThS. Nguyễn Thành Tuyên Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 LỜI CẢM ƠN Để đạt được kết quả như ngày hôm nay nhóm đã không ngừng nỗ lực, tham khảo nhiều nguồn tài liệu, tìm hiểu thêm nhiều kiến thức mới, áp dụng những kiến thức được các quý Thầy giảng dạy trên giảng đường cũng như trong nhà xưởng vào đề tài. Những bước đầu đi vào nghiên cứu đề tài thì nguồn tài liệu tham khảo dồi dào là một lợi thế lớn, thật tuyệt vời khi nhóm được học trong ngôi trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh nơi mà thư viện nhà trường luôn là nơi lưu trữ nguồn tài liệu phong phú cả về in ấn lẫn tài liệu số để bọn em thoả sức tham khảo và ứng dụng, nhóm rất biết ơn về điều đó. Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm đã được Ban lãnh đạo Khoa Cơ Khí Động Lực cũng như các quý Thầy ở các xưởng Điện, Động Cơ, Khung Gầm tạo điều kiện thuận lợi, cho nhóm mượn những trang thiết bị cần thiết và kịp thời, nhóm xin biết ơn sâu sắc. Đặc biệt nhóm xin gửi lởi cảm ơn chân thành nhất tới ThS.

Nguyễn Thành Tuyên, người Thầy luôn lắng nghe những trình bày của nhóm, đưa ra những hướng dẫn đúng đắn, kịp thời. Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm đã có nhiều điều chưa rõ, đôi khi là những hướng đi lệch lạc, nhưng đổi lại là sự tận tuỵ, tâm huyết, Thầy đã giúp nhóm tháo gỡ những khúc mắc và xác định đúng hướng đi để để tài đạt được kết quả cao nhất. Xin chúc Thầy và gia đình nhiều sức khoẻ, luôn cống hiến hết mình cho trong sự nghiệp giảng dạy của mình và trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh. Mặc dù nhóm đã luôn cố gắng, nỗ lực để luận văn đạt kết quả tốt nhất, có tính ứng cao trong lao động, sản xuất.

Song đề tài vẫn có những thiếu sót nhất định, mong được sự ghi nhận, đóng góp ý kiến từ phía quý Thầy để luận văn có thể được hoàn thiện hơn. Cuối cùng nhóm xin chúc tập thể Ban lãnh đạo Khoa Cơ Khí Động Lực, quý Thầy Cô nhiều sức khoẻ, ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành công trong sự nghiệp. i TÓM TẮT Xe AGV tự hành phục vụ vận chuyển trong dây chuyền sản xuất của nhà máy do nhóm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, có khả năng hoạt động tốt và ứng dụng cao trong các nhà máy sản xuất. Cấu tạo của xe gồm ba phần chính.

Phần cứng của xe được nhóm thiết kế trên phần mềm Autocad Inventor, khung được làm bằng vật liệu Nhôm, bánh xe Nhôm có vỏ cao su ở ngoài. Phần linh kiện điện tử: Trên xe sử dụng bo mạch Arduino Mega 2560, mạch điều khiển động cơ L298N, Kit thu phát Wifi ESP8266, động cơ DC, cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm Ultrasonic HC – SR04, cảm biến dò line QTR – 5RC. Phần điều khiển xe: Áp dụng kiến thức lập trình C++ vào lập trình điều khiển Arduino và NodeMCU. Lập trình ứng dụng điều khiển xe dựa trên nền tảng MIT App Inventor.

Cuối cùng là lưu trữ dữ liệu được nhập từ điện thoại lên Firebase. Xe AGV được nhóm nghiên cứu kiểm soát ở ba chế độ: chế độ an toàn, thủ công (Manual), và tự động (Automatic). Chế độ an toàn giúp AGV nhận biết các vật cản có trên đường đi, cảnh người đối diện, dừng lại và báo còi cảnh báo trước vật cản với khoảng cách an toàn là 40cm. Chế độ Manual được sử dụng khi người sử dụng muốn điều khiển xe theo ý muốn của mình, giảm sự khiêng vác trong một số vị trí chưa có trong chế độ Auto.

Chế độ Auto là chế độ lập trình sẵn đường đi, người dùng chỉ cần chọn đích đến thông qua ứng dụng AGVControl trên điện thoại, AGV sẽ tự động chuyển hàng hoá tới các đích được người dùng chọn và quay về vị trí ban đầu. ii MỤC LỤC Lời cảm ơn. ii Mục lục. iii Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu.

vi Danh mục các hình. vii Danh mục các bảng. Lý do chọn đề tài. Mục đích và đối tượng nghiên cứu.

Mục đích nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Nhiệm vụ nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Tình hình trong và ngoài nước. Tình hình ngoài nước. Tình hình trong nước. PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Tổng quan về AGV. Các phương pháp dẫn hướng. AGV được dẫn hướng bằng Laser. AGV được dẫn hướng bằng băng từ.

AGV dẫn hướng bằng điểm từ. Dẫn hướng tự nhiên (Natural Navigation AGV). Sử dụng định vị toàn cầu GPS để điều hướng AGV. AGV dẫn hướng bằng băng quang.

Thuật toán điều khiển PID. Khâu tỉ lệ. Khâu tích phân. Khâu vi phân.

Thông số Kp, Ki, Kd. Ngôn ngữ lập trình. Phần mềm Arduino. Định nghĩa về Firebase.

Định nghĩa về internet of things (IOT). Cấu trúc của một hệ thống IOT. Ứng dụng của IOT. Các linh kiện sử dụng trong đề tài.

Cảm biến dò line QTR-5RC line follower sensor. Cảm biến hồng ngoại. Cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04. Tổng quan về pin.

THIẾT KẾ MÔ HÌNH. Thiết kế, tính toán mô hình. Giới thiệu phần mềm thiết kế Autodesk Inventor. Thiết kế mô hình khung xe.

Tính toán chọn động cơ cho xe. Giới thiệu về ứng dụng AGVControl. Các chế độ hoạt động. Chế độ an toàn.

Chế độ thủ công. Chế độ tự động. 46 iv Chương 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.

Đánh giá kết quả về độ cứng vững của khung xe. Đánh giá kết quả thực nghiệm ở chế độ an toàn. Đánh giá kết quả thực nghiệm ở chế độ thủ công. Đánh giá kết quả thực nghiệm ở chế độ tự động.

Đánh giá kết quả gửi và lưu lộ trình cho xe. Đánh giá kết quả khả năng đi theo lộ trình. Đánh giá tổng quan về đề tài. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

Hướng phát triển. 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 66 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU AGV: Automated Guided Vehicle UAV: Unmanned Aerial Vehicle IoT: Internet of Things AI: Artificial Intelligence : Lực kéo tiếp tuyến của ô tô (N) : Lực cản lăn (N) Fi: Lực cản lên dốc (N) : Lực cản không khí (N) Fj: Lực cản quán tính (N) Fm: Lực cản ở rơ mooc (N) G: Trọng lượng toàn bộ của xe (kg) : Vận tốc tương đối giữa xe và không khí (m/s) : Vận tốc của xe (m/s) : Vận tốc của gió (m/s) vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. AGV vận chuyển khung xe Mercedes-Benz dòng CLA coupé.

Xe tự hành cấp độ 4 của Đại học Phenikaa, Hà Nội. Mẫu AGV do Công ty cổ phần METROFA sản xuất. Máy bay không người lái (UAV). Mô phỏng AGV dẫn hướng bằng Laser trong kho.

Gương phản xạ phẳng, hình trụ. Mô phỏng AGV dẫn hướng bằng băng từ trong kho. Băng keo có từ tính. Mô phỏng AGV dẫn hướng bằng điểm từ trong kho.

Mô phỏng AGV di chuyển qua các điểm từ. Mô phỏng AGV dẫn hướng tự nhiên trong kho. Định vị toàn cầu GPS. Mô phỏng AGV dẫn hướng bằng băng quang.

Xe AGV loại kéo. Xe AGV loại chở hàng. Xe tự hành loại nâng hàng. Xe AGV có băng tải.

Xe AGV loại đẩy. Bộ điều khiển PID. Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki và Kd là hằng số). Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với 3 giá trị Ki (Kp và Kd không đổi).

Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Kd (Kp và Ki không đổi). Khởi chạy phần mềm Arduino. Cấu trúc Firebase. Internet of things.

Cấu trúc một hệ thống IoT. Điều khiển máy móc bằng điện thoai có kết nối internet. Mạch điều khiển động cơ L298. Kit RF thu phát Wifi ESP8266.

Động cơ DC thực tế. Cấu tạo động cơ DC. Cảm biến dò line QTR-5RC. Cảm biến hồng ngoại.

Cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04. Pin Lithium - ion (hay Pin Li - ion). Mạch sạc pin 4S 20A. Phần mềm Autodesk Inventor 2021.

Giao diện phần mềm Autocad Inventor 2021. Mô hình khung xe 3D trên Autocad. Bản vẽ khung. Bánh xe Nhôm.

Biểu tượng của ứng dụng AGVControl. Giao diện của ứng dụng AGVControl. Giao diện nhập mật khẩu của ứng dụng AGVControl. Giao diện chọn chế độ hoạt động của ứng dụng AGVControl.

Lưu đồ giải thuật của xe. Sơ đồ mạch điện của AGV. Sơ đồ mạch thực tế trên AGV. Sơ đồ mạch điện của chế độ an toàn.

Sơ đồ chân của cảm biến siêu âm. Hàm Safe() để điều khiển xe ở chế độ an toàn. Sơ đồ mạch điện của chế độ thủ công. Giao diện điều khiển ở chế độ thủ công của ứng dụng AGVControl 44 Hình 3.

Hàm Manual() để điều khiển xe chế độ thủ công. Sơ đồ mạch điện của chế độ tự động. Giao diện điều khiển ở chế độ tự động. Hàm checkReceive() và receiveGoal() để nhận lộ trình đi cho xe.

Hàm HandleGoal() để tính toán lộ trình tối ưu cho xe. Các giá trị lần lượt của module QTR-5RC khi chạm vào quỹ đạo. Hàm Automatic() để điều khiển xe ở chế độ tự động. Thí nghiệm kiểm tra độ cứng vững của khung xe.

Thí nghiệm kiểm tra chế độ an toàn với vật cản tĩnh. Thí nghiệm kiểm tra chế độ an toàn với vật cản động. Biểu đồ đường thể hiện tốc độ của AGV khi so sánh với khoảng cách an toàn bị giảm dần theo thời gian. Biểu đồ đường thể hiện tốc độ của AGV khi so sánh với khoảng cách an toàn tăng dần theo thời gian.

Biểu đồ đường thể hiện tốc độ của AGV khi so sánh với khoảng cách an toàn khi có vật cản động cắt ngang qua theo thời gian. Thí nghiệm kiểm tra chế độ thủ công. Biểu đồ đường thể hiện xung PWM ở bánh trái và bánh phải của xe trong chế độ thủ công. Thí nghiệm kiểm tra kết quả việc gửi và nhận lộ trình cho xe .