Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng tự động hóa quy trình sản xuất và hậu cần công nghiệp, nhu cầu lưu trữ và luân chuyển hàng hóa đòi hỏi các hệ thống kho vận phải hoạt động chính xác, liên tục và giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công. Thực tế tại các nhà kho truyền thống bộc lộ nhiều hạn chế kỹ thuật: diện tích mặt sàn bị chiếm dụng lớn, hàng hóa không được phân loại rõ ràng, quy trình xếp chồng thủ công dễ gây hư hỏng cơ học, việc kiểm kê số lượng gặp khó khăn và thời gian xuất - nhập kéo dài. Việc ứng dụng hệ thống kho tự động (AS/RS) tích hợp cánh tay máy và băng tải giúp nâng cao độ an toàn bảo quản, rút ngắn chu kỳ xếp dỡ và tinh gọn nhân sự vận hành.

Khóa luận chỉ ra rằng các hệ thống phân loại và lưu kho tự động trước đây – điển hình là đề tài phân loại theo mã vạch của Phạm Huỳnh Vững và đề tài phân loại theo mã QR của Ngô Đăng Thoại cùng Đàm Trung Toàn – đều áp dụng phương pháp dừng băng tải: khi vật phẩm di chuyển đến vị trí gắp xác định bởi cảm biến, băng tải phải ngắt động lực hoàn toàn để cơ cấu chấp hành tiếp cận vật thể. Chu trình dừng - chạy liên tục này làm gia tăng tổn thất điện năng, đồng thời lực quán tính khi phanh đột ngột khiến vật phẩm bị trượt trên mặt băng, tạo ra sai số định vị cơ học. Nhằm khắc phục tình trạng này, đề tài nghiên cứu giải pháp "bắt vật động" – thực hiện gắp sản phẩm trong lúc băng tải vẫn chuyển động liên tục nhờ đồng bộ vận tốc – kết hợp camera thị giác máy tính để kiểm soát tình trạng rơi rớt hàng hóa tại các ô kệ.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo 6 nội dung cụ thể:

  1. Thiết kế, thi công và lắp ráp mô hình vật lý hệ thống lưu kho bắt vật động và quản lý kho.
  2. Lập trình giải thuật phân loại sản phẩm thông qua quét mã phản hồi nhanh (mã QR).
  3. Lập trình thuật toán điều khiển chức năng bắt vật động trên băng tải ở 2 chế độ: Tự động (Auto) và Bằng tay (Manual).
  4. Lập trình chu trình điều khiển xuất kho.
  5. Xây dựng giao diện phần mềm SCADA giám sát và điều khiển hoạt động xuất - nhập hàng.
  6. Lập trình xử lý ảnh để nhận diện, kiểm đếm và quản lý sản phẩm thực tế trên giá kho.

Đối tượng nghiên cứu là mô hình cơ điện tử kho hàng tự động mini gồm cơ cấu nâng hạ 3 bậc tự do (X, Y, Z), hệ thống băng tải con lăn cấp hàng, trạm đọc mã QR, cụm camera thị giác và tủ điện điều khiển tích hợp.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở quy mô mô hình thực nghiệm cấp phòng thí nghiệm tại Bộ môn Tự động Điều khiển, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 6 năm 2024. Mô hình trang bị 1 cánh tay nâng duy nhất đảm nhận cả hai chu trình nhập và xuất hàng; hệ thống kệ lưu trữ gồm 3 tầng với tổng cộng 6 ngăn chứa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên các nền tảng lý thuyết kỹ thuật điều khiển chuyển động, truyền động cơ điện và công nghệ thông tin công nghiệp:

  • Cấu trúc hệ thống lưu kho tự động: Phân tích 4 khối chức năng gồm cơ sở hạ tầng kho hàng (giá kệ nhiều tầng, khu vực xuất/nhập), cơ cấu vận chuyển (băng chuyền, tay nâng 3 chiều), hệ thống điều khiển - quản lý (PLC, SCADA trên WinForms C#) và chương trình nhận diện/phân loại (mã QR, camera thị giác máy).
  • Lý thuyết truyền động điện: Nguyên lý hoạt động của động cơ dòng điện một chiều (DC) điều khiển bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM); động cơ bước (Stepper Motor) vận hành bằng chuỗi xung rời rạc với các chế độ kích từ (dạng sóng - wave drive, bước đủ - full step, nửa bước - half step, vi bước - microstepping); động cơ servo hoạt động theo nguyên lý điều khiển hồi tiếp vòng kín; động cơ bước lai (Hybrid Step-Servo) tích hợp bộ mã hóa vòng quay (encoder) 1000 xung giúp khắc phục hiện tượng mất bước của động cơ bước thông thường với chi phí thấp hơn động cơ servo thuần túy.
  • Phương pháp phát xung PTO (Pulse Train Output): Kỹ thuật điều khiển vị trí và tốc độ động cơ thông qua việc điều biến tần số chuỗi xung có chu kỳ làm việc cố định 50% ON và 50% OFF.
  • Cơ sở phần mềm và truyền thông: Ngôn ngữ lập trình Ladder Logic (theo chuẩn IEC 61131-3) trên môi trường TIA Portal của Siemens; ngôn ngữ C# trên nền tảng .NET Framework để lập trình giao diện người - máy (HMI/SCADA) và xử lý ảnh; hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server phục vụ lưu trữ thông tin trạng thái kho; giao thức truyền thông công nghiệp Ethernet (PROFINET / Modbus TCP/IP) kết nối máy tính điều khiển với PLC.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính toán động học, mô-men tải và hành trình cơ cấu 3 trục tọa độ Descartes; lựa chọn động cơ truyền động trục vít me và dây đai răng; thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển.
  • Phương pháp chế tạo - thực nghiệm mô hình: Gia công kết cấu cơ khí, đấu nối tủ điện điều khiển, lập trình điều khiển phát xung PTO đồng bộ trục X của tay máy với tốc độ di chuyển của băng chuyền, thực nghiệm giải thuật bóc tách dữ liệu mã QR và thuật toán phân tích điểm ảnh để phát hiện tình trạng đầy/trống hoặc rơi rớt vật thể tại các ô chứa.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu xuất phát từ các thông số đo kiểm thực nghiệm trên mô hình vật lý: tọa độ vị trí các trục $X, Y, Z$; tốc độ phát xung; dữ liệu ảnh chụp quang học từ hai camera giám sát; bảng mã phân loại sản phẩm và bảng cơ sở dữ liệu kho hàng lưu trên hệ thống SQL Server.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc điều khiển phân tán có thứ cấp, kết hợp giữa bộ điều khiển lập trình công nghiệp (PLC), vi điều khiển nhúng chuyên dụng và máy tính giám sát (PC).

Thành phần phần cứng Model / Thông số kỹ thuật Vai trò trong hệ thống
Bộ điều khiển lập trình Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC (14 DI 24VDC, 10 DO Transistor 24VDC) Xử lý logic trung tâm, phát xung PTO điều khiển chuyển động các trục
Vi điều khiển phụ trợ 1 Arduino Mega 2560 Nhận lệnh điều khiển động cơ DC dẫn động băng chuyền qua PWM
Vi điều khiển phụ trợ 2 Arduino Uno Điều khiển động cơ RC Servo xoay cơ cấu kẹp trên cánh tay nâng
Động cơ trục X Động cơ Hybrid Step-Servo HS57-54-1M (1000-2000 rpm, encoder 1000 xung), Driver T60 (20-50VDC) Dẫn động trục ngang qua dây đai, đáp ứng tốc độ cao và đồng bộ vận tốc bắt vật
Động cơ trục Y, Z 2 Động cơ bước Stepper 17HS8401 (Mô-men $\ge 480$ mNm, 1.5A), 2 Driver TB6600 (9-42VDC, microstepping) Dẫn động trục dọc và trục đứng thông qua cơ cấu trục vít me - đai ốc
Động cơ chấp hành phụ 2 Động cơ RC Servo MG996R (góc quay $180^\circ$) Điều khiển nâng hạ thanh chắn hàng và xoay cơ cấu tay gắp
Cảm biến vị trí và an toàn Cảm biến quang chữ U EE-SX471, Công tắc hành trình KW-V-153-1C25 Xác định điểm chuẩn gốc (Home) và ngắt giới hạn hành trình các trục
Cảm biến phát hiện vật Cảm biến hồng ngoại E3F-DS10C4 / DS30C4 (NPN, NO), Cảm biến vật cản FM53 (3.3-5VDC) Phát hiện hàng hóa đầu vào băng tải và nhận biết vật nằm trên bàn nâng
Hệ thống camera 2 Webcam (trong đó có 1 camera AIODIY Full HD 1080P 30 FPS) Đọc mã QR phân loại hàng hóa và giám sát số lượng hàng tồn trên giá kệ
Hệ thống nguồn cấp 3 bộ chuyển đổi xung AC-DC (24VDC-15A; 12VDC-5A; 5VDC-10A) Cung cấp nguồn độc lập cho PLC/Driver, động cơ băng tải và mạch vi điều khiển

Hệ thống cơ khí được triển khai với kích thước thực tế:

  • Cánh tay nâng 3 bậc có kích thước phủ bì $64 \times 40 \times 60\text{ cm}$; hành trình làm việc hữu ích trục X đạt từ $0\text{ cm}$ đến $46\text{ cm}$.
  • Băng tải con lăn có kích thước $60 \times 7 \times 10\text{ cm}$; con lăn dài $7\text{ cm}$, đường kính $2\text{ cm}$.
  • Kệ lưu trữ gồm 3 tầng với kích thước bao: rộng $15\text{ cm}$, dài $8\text{ cm}$, cao $32\text{ cm}$; khoảng cách chiều cao mỗi tầng là $7\text{ cm}$. Kích thước kiện hàng tiêu chuẩn là $5 \times 5 \times 6\text{ cm}$.

Về mặt phần mềm, thuật toán điều khiển bắt vật động được thực hiện qua các bước tuần tự:

  1. Khi cảm biến quang phát hiện kiện hàng xuất hiện tại đầu băng tải, camera quét hình ảnh và giải mã chuỗi ký tự QR trên phần mềm C#. Dữ liệu được đối chiếu với cơ sở dữ liệu SQL Server để phân định nhóm hàng và gán vị trí ô lưu trữ còn trống.
  2. Servo MG996R nâng thanh chắn cơ học cho phép kiện hàng trượt vào khu vực bắt vật trên băng chuyền đang chuyển động.
  3. PLC kích hoạt khối hàm Motion Control phát xung PTO điều khiển động cơ Hybrid trục X di chuyển bám đuổi theo vị trí của vật, sau đó hiệu chỉnh tần số xung để đồng tốc với vận tốc dài của băng chuyền.
  4. Cơ cấu kẹp hạ trục Z và vươn trục Y tiếp cận vật phẩm, thực hiện nhấc kiện hàng khỏi mặt băng tải mà không cần dừng chuyển động của băng tải.
  5. Tay nâng di chuyển kiện hàng về tọa độ các ngăn kệ đã định sẵn, hạ hàng và quay về trạng thái chờ.
  6. Camera quản lý kho định kỳ chụp ảnh bề mặt các ngăn kệ, truyền luồng ảnh về chương trình C# để xử lý bóc tách hình ảnh, đối chiếu số lượng kiện hàng thực tế trên từng tầng nhằm phát hiện tình trạng rơi rớt hoặc thất thoát vật tư.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày bối cảnh chuyển dịch từ kho bãi truyền thống sang kho hàng tự động hóa trong sản xuất công nghiệp. Tác giả phân tích ưu điểm của kho tự động về mật độ lưu trữ, an toàn hàng hóa và tốc độ luân chuyển, đồng thời mổ xẻ hạn chế của hai công trình nghiên cứu đi trước (Phạm Huỳnh Vững; Ngô Đăng Thoại và Đàm Trung Toàn) khi buộc phải dừng băng tải ngắt quãng để gắp hàng. Từ đó, chương xác định mục tiêu thiết kế hệ thống bắt vật động, nêu rõ 6 nhiệm vụ kỹ thuật cần thực hiện và vạch rõ phạm vi giới hạn của đề tài về mặt không gian kệ chứa (6 ô) cũng như việc chỉ dùng một cánh tay nâng cho cả hai chiều xuất - nhập.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này hệ thống hóa các khái niệm nền tảng về cấu trúc một hệ thống kho tự động tiêu chuẩn gồm cơ sở hạ tầng giá kệ, thiết bị bốc dỡ và hệ thống mạng quản lý SCADA. Nội dung tập trung phân tích sâu nguyên lý điều khiển của 4 dòng động cơ: động cơ DC (điều khiển tốc độ bằng PWM), động cơ bước (nguyên lý quay theo góc bước, 4 chế độ kích từ), động cơ servo (hồi tiếp encoder vòng kín) và động cơ Hybrid (kết hợp ưu điểm giá thành của động cơ bước và độ chính xác phản hồi của servo). Tác giả giải thích chi tiết phương pháp điều khiển phát xung PTO với đặc trưng thay đổi tần số nhưng giữ nguyên chu kỳ nhiệm vụ 50%, đồng thời trình bày tổng quan về ngôn ngữ lập trình Ladder Logic, ngôn ngữ C#, chuẩn truyền thông Ethernet công nghiệp và hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server.

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 quy định các yêu cầu công nghệ cho 3 phương thức hoạt động: Nhập kho (gồm chế độ Auto bắt vật động và Manual gắp tĩnh), Xuất kho (băng tải chạy ngược, tay máy rút hàng từ kệ đặt lên băng) và Quản lý kho (giám sát vật lý bằng camera). Tác giả thuyết minh sơ đồ khối toàn hệ thống, trình bày căn cứ lựa chọn các thiết bị: PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, hai vi điều khiển Arduino Mega 2560 và Arduino Uno (nhằm tách biệt xung điều khiển động cơ DC băng tải và servo, triệt tiêu độ trễ và xung nhiễu), động cơ Hybrid HS57-54-1M đi kèm driver T60 cho trục X, hai động cơ bước 17HS8401 đi kèm driver TB6600 cho trục Y và Z. Chương này đưa ra các bản vẽ thiết kế cơ khí 3D cho cánh tay nâng ($64 \times 40 \times 60\text{ cm}$), hệ thống băng tải ($60 \times 7 \times 10\text{ cm}$), giá kho 3 tầng 6 ô ($15 \times 8 \times 32\text{ cm}$), tủ điện và xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả quá trình gia công cơ khí thực tế, lắp ráp khung nhôm định hình, định vị cơ cấu truyền động vít me trên trục Y, Z và dây đai trên trục X. Tác giả trình bày sơ đồ đấu dây chi tiết giữa ngõ ra phát xung tốc độ cao của PLC với các bộ driver TB6600, T60, đấu nối rơ-le trung gian HH62P và các cảm biến quang, công tắc hành trình. Trong phần điều khiển động cơ, chương thiết lập các bảng tham số cấu hình trục (Axis) trong phần mềm TIA Portal, áp dụng các khối hàm Motion Control chuẩn của Siemens (như MC_Power để cấp nguồn điều khiển trục, MC_Reset để xóa lỗi hệ thống, các khối định vị tuyệt đối và phát xung tốc độ). Cuối chương là bảng dữ liệu thực nghiệm đánh giá lựa chọn tốc độ chuyển động tối ưu của cơ cấu tay nâng nhằm tránh rung lắc cơ khí.

Chương 5: Kết quả thực hiện

Chương 5 giới thiệu mô hình cơ điện hoàn thiện và các giao diện điều khiển, giám sát SCADA được lập trình trên C# WinForms. Tác giả công bố các dữ liệu thực nghiệm liên quan đến hiệu suất hoạt động của hệ thống, bao gồm bảng tọa độ các vị trí ô kho, kết quả kiểm thử chức năng đọc mã QR của camera 1080P, độ trễ và tỷ lệ bắt thành công vật động trên băng tải ở các mức vận tốc khác nhau, cùng kết quả nhận dạng hình ảnh để đếm số lượng sản phẩm trên từng ngăn kệ.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối cùng tổng kết các hạng mục kỹ thuật đã đạt được so với nhiệm vụ ban đầu: hoàn thiện mô hình cơ điện, làm chủ giải thuật bắt vật động không dừng băng chuyền và ứng dụng thị giác máy quản lý kho. Tác giả tự đánh giá các ưu nhược điểm của mô hình và đề xuất các giải pháp nâng cấp trong tương lai như mở rộng dung lượng kho chứa, bổ sung cánh tay máy phụ để tách biệt chu trình xuất - nhập và xây dựng nền tảng giám sát dữ liệu từ xa qua giao diện web.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành việc chế tạo mô hình thực nghiệm và lập trình điều khiển với các kết quả cụ thể:

  • Chế tạo phần cứng: Chế tạo thành công mô hình hệ thống kho tự động hoàn chỉnh gồm cánh tay robot tọa độ Descartes 3 bậc tự do (kích thước $64 \times 40 \times 60\text{ cm}$, hành trình trục X đạt $46\text{ cm}$), hệ thống băng chuyền con lăn dẫn động bằng động cơ DC và hệ thống kệ chứa 3 tầng với 6 vị trí lưu trữ kiện hàng ($5 \times 5 \times 6\text{ cm}$).
  • Điều khiển chuyển động: Lập trình làm chủ phương pháp phát xung PTO trên PLC Siemens S7-1200 CPU 1214C kết hợp các khối lệnh Motion Control (MC_Power, MC_Reset, điều khiển vị trí), vận hành thành công động cơ Hybrid Servo trên trục X và động cơ bước trên trục Y, Z.
  • Tính năng bắt vật động: Triển khai giải thuật bắt vật động trên băng chuyền ở chế độ tự động, giải quyết triệt để vấn đề dừng băng tải gián đoạn, loại bỏ hiện tượng sai lệch vị trí do quán tính trượt của vật phẩm.
  • Tích hợp thị giác máy và SCADA: Xây dựng giao diện điều khiển xuất - nhập hàng trực quan trên phần mềm C# WinForms kết nối Ethernet với PLC; tích hợp camera độ phân giải Full HD 1080P quét mã QR phân loại sản phẩm tự động; ứng dụng thuật toán xử lý ảnh trên camera giám sát kho để kiểm đếm số lượng sản phẩm thực tế trên 6 ô kệ, giúp phát hiện hàng rơi rớt hoặc thất lạc.

Về mặt giải pháp, tác giả đề xuất kiến trúc điều khiển kết hợp: dùng PLC xử lý các tác vụ công nghiệp yêu cầu tính thời gian thực và độ tin cậy cao (phát xung PTO, giới hạn an toàn), chia sẻ tải cho 2 vi điều khiển Arduino chuyên trách các cơ cấu đơn lẻ (băng tải DC, servo thanh gạt) để triệt tiêu độ trễ xung, và sử dụng máy tính PC xử lý các tác vụ nặng về dữ liệu (nhận diện QR, xử lý ảnh thị giác máy, quản lý cơ sở dữ liệu SQL Server).

Đóng góp kỹ thuật tự công bố của đề tài là đã nâng cao tính liên tục và linh hoạt của quy trình nhập kho so với các mô hình nghiên cứu trước đây (của Phạm Huỳnh Vững, Ngô Đăng Thoại - Đàm Trung Toàn) nhờ áp dụng thành công kỹ thuật đồng tốc bắt vật động và bổ sung cơ chế giám sát rơi rớt hàng hóa bằng thị giác máy tính.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận thẳng thắn ghi nhận các giới hạn kỹ thuật tồn tại trong đề tài:

  • Cấu trúc cánh tay nâng đơn: Hệ thống chỉ trang bị 1 cánh tay nâng duy nhất phục vụ cho cả chu trình nhập hàng và xuất hàng. Do đó, hai quy trình này không thể vận hành song song mà phải hoạt động luân phiên, làm gia tăng thời gian chờ khi lưu lượng hàng hóa tăng cao.
  • Dung lượng lưu trữ hạn chế: Quy mô kho hàng thử nghiệm chỉ gồm 3 tầng với 6 ô chứa, chưa phản ánh được tính phức tạp của các kho công nghiệp lớn có nhiều dãy kệ và lối đi.
  • Phạm vi giám sát dữ liệu: Giao diện điều khiển và giám sát SCADA mới chỉ chạy cục bộ trên ứng dụng WinForms của máy tính trạm, chưa phát triển được hệ thống quản trị dữ liệu trên nền tảng Web thông qua mạng LAN hay Internet như một số nghiên cứu trước đã làm.

Các hướng phát triển được tác giả đề xuất:

  • Mở rộng quy mô cơ khí của giàn kệ kho (tăng số tầng, số ô lưu trữ và mở rộng không gian hoạt động của các trục tọa độ).
  • Bổ sung thêm cơ cấu tay nâng độc lập để tách biệt quy trình xuất kho và nhập kho, cho phép hai chu trình này hoạt động song song và liên tục.
  • Xây dựng máy chủ web (Web Server) giám sát dữ liệu trong mạng nội bộ LAN và môi trường Internet, hỗ trợ trích xuất báo cáo kho vận từ xa trên nhiều nền tảng thiết bị.
  • Cải tiến giải thuật xử lý ảnh để tăng tốc độ nhận diện mã QR trong điều kiện ánh sáng thay đổi và nâng cao độ chính xác khi đếm kiện hàng trên kệ.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành:

  • Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa: Cung cấp tài liệu thiết kế tủ điện điều khiển công nghiệp, sơ đồ đấu nối giữa PLC Siemens S7-1200 với các driver điều khiển động cơ bước (TB6600) và động cơ Hybrid Servo (T60), phương pháp thiết lập tham số phát xung PTO và ứng dụng các tập lệnh Motion Control trong TIA Portal.
  • Kỹ thuật Cơ điện tử và Robot: Tham khảo phương pháp tính toán, thiết kế cơ khí cho cánh tay máy 3 trục tọa độ Descartes kết hợp hệ truyền động vít me và đai răng; giải pháp kết hợp đa bộ điều khiển (PLC kết hợp Arduino) để điều khiển đồng bộ băng tải con lăn và cơ cấu kẹp.
  • Kỹ thuật Phần mềm và Tự động hóa công nghiệp: Tham khảo mô hình truyền thông giữa máy tính chạy ứng dụng C# .NET với PLC S7-1200 qua Ethernet; phương pháp nhúng thư viện xử lý ảnh để đọc mã QR và nhận dạng trạng thái ô kệ phục vụ công tác quản lý kho tự động.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp "bắt vật động" của hệ thống hoạt động như thế nào và đem lại lợi ích kỹ thuật gì?
Phương pháp này điều khiển cơ cấu tay nâng di chuyển trục X bám theo kiện hàng đang chạy trên băng chuyền, sau đó đồng bộ vận tốc của cơ cấu gắp bằng với vận tốc dài của băng tải để nhấc hàng lên mà không cần ngắt động cơ băng chuyền. Giải pháp này giúp quá trình nhập kho diễn ra liên tục, tiết kiệm năng lượng do không phải khởi động/dừng động cơ liên tục, đồng thời loại bỏ quán tính trượt làm xô lệch vị trí sản phẩm.

2. Cấu hình phần cứng truyền động của 3 trục X, Y, Z được thiết kế ra sao?
Trục X – trục yêu cầu di chuyển linh hoạt, biến thiên vận tốc và đòi hỏi mô-men xoắn lớn để bắt vật động – sử dụng động cơ Hybrid Step-Servo HS57-54-1M (có encoder hồi tiếp 1000 xung) điều khiển qua driver T60 và truyền động bằng dây đai. Trục Y và trục Z không yêu cầu mô-men quá cao nên sử dụng 2 động cơ bước Stepper 17HS8401 điều khiển qua 2 driver TB6600 và truyền động bằng cơ cấu trục vít me - đai ốc.

3. Vì sao hệ thống cần sử dụng thêm 2 mạch vi điều khiển Arduino Mega 2560 và Arduino Uno bên cạnh PLC S7-1200?
Hệ thống sử dụng Arduino Mega 2560 riêng biệt để phát xung PWM điều khiển động cơ DC dẫn động băng tải, và Arduino Uno để điều khiển góc quay của động cơ RC Servo MG996R trên tay gắp. Việc tách riêng này nhằm giảm tải cho các ngõ ra của PLC, đồng thời cách ly các xung nhiễu và độ trễ phản hồi cơ học sinh ra trong quá trình vận hành servo, tránh làm ảnh hưởng đến tính ổn định của chu trình phát xung PTO chính xác trên PLC.

4. Khâu kiểm soát hàng hóa và rơi rớt trong kho được thực hiện bằng phương tiện nào?
Hệ thống sử dụng 2 camera: 1 camera Full HD 1080P bố trí tại trạm vào để quét mã QR phân loại sản phẩm, và 1 camera thị giác máy tính hướng về phía mặt tiền giá kệ. Ảnh chụp thực tế của giàn kệ được truyền về máy tính, phần mềm C# sẽ áp dụng thuật toán xử lý ảnh để đếm số lượng vật thể hiện hữu tại từng ô của 3 tầng kệ, từ đó đối chiếu với cơ sở dữ liệu để cảnh báo lỗi rơi rớt hoặc thất thoát hàng hóa.

5. Thông số kích thước của mô hình cơ khí và dung lượng lưu trữ của kho hàng là bao nhiêu?
Cánh tay nâng có kích thước bao $64 \times 40 \times 60\text{ cm}$ với hành trình trục X từ $0$ đến $46\text{ cm}$; băng chuyền kích thước $60 \times 7 \times 10\text{ cm}$ với con lăn đường kính $2\text{ cm}$; hệ thống kệ chứa gồm 3 tầng với kích thước $15 \times 8 \times 32\text{ cm}$ (chiều cao mỗi tầng $7\text{ cm}$), tổng dung lượng lưu trữ là 6 ô chứa cho các kiện hàng kích thước $5 \times 5 \times 6\text{ cm}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đinh Tuấn Khanh và Nguyễn Thành Nghĩa đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình hệ thống lưu kho tự động bắt vật động và quản lý kho. Bằng việc kết hợp bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200, động cơ Hybrid Servo và công nghệ thị giác máy tính, đề tài đã giải quyết được hạn chế gián đoạn băng chuyền của các nghiên cứu tiền nhiệm, đồng thời bổ sung khả năng kiểm kê hàng hóa trực quan trên giá kệ. Dù còn một số hạn chế về quy mô 6 ô chứa và tính đơn lẻ của tay nâng, công trình đã thể hiện phương pháp tiếp cận kỹ thuật bài bản, cung cấp tài liệu thực nghiệm có giá trị cao cho việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống cơ điện tử tự động hóa kho vận.