Luận văn hệ thống phân loại sản phẩm robot Gantry - ĐH Tôn Đức Thắng

Luận văn hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry ngành Tự động hóa. Ứng dụng PLC, động cơ bước, HMI SCADA quản lý kho dược phẩm hiệu quả.

Trường đại học

Ton Duc Thang University

Chuyên ngành

Kỹ thuật Tự động hóa và Điều khiển

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Khóa luận tốt nghiệp

2025

76
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Tối ưu năng suất Giải pháp Hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, nhu cầu về phân loại sản phẩm tự động ngày càng trở nên cấp thiết. Các doanh nghiệp đang tìm kiếm những giải pháp tiên tiến để nâng cao hiệu suất, giảm thiểu sai sót và tối ưu hóa chi phí vận hành. Hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry đã nổi lên như một công nghệ chủ chốt, mang lại khả năng xử lý hàng hóa nhanh chóng và chính xác. Giải pháp này tích hợp robot Gantry vào quy trình sản xuất, tạo ra một chuỗi cung ứng linh hoạt và hiệu quả hơn. Với khả năng di chuyển trên ba trục X-Y-Z, robot Gantry cung cấp phạm vi hoạt động rộng lớn, phù hợp cho việc sắp xếp và di chuyển các loại sản phẩm khác nhau trong không gian nhà xưởng. Sự phát triển của công nghệ phân loại hàng hóa này không chỉ đáp ứng yêu cầu về năng suất mà còn mở ra nhiều tiềm năng trong việc tối ưu hóa toàn bộ quy trình sản xuất và kho vận. Việc áp dụng robot Gantry không chỉ là xu hướng mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng các nhà máy thông minh, hướng tới mục tiêu tối đa hóa lợi nhuận và duy trì lợi thế cạnh tranh trên thị trường.

1.1. Phân loại sản phẩm tự động Nhu cầu cấp thiết của kỷ nguyên 4.0

Kỷ nguyên công nghiệp 4.0 đang thúc đẩy mạnh mẽ quá trình chuyển đổi số và tự động hóa trong mọi lĩnh vực sản xuất. Đối với các nhà máy và trung tâm phân phối, việc phân loại sản phẩm một cách thủ công không còn đáp ứng được tốc độ tăng trưởng của thị trường và khối lượng hàng hóa khổng lồ. Nhu cầu về một hệ thống phân loại sản phẩm tự động trở nên bức thiết hơn bao giờ hết, nhằm giải quyết các vấn đề về sai sót, chậm trễ và chi phí nhân công cao. Công nghệ này giúp tự động hóa quy trình kiểm tra, nhận dạng và sắp xếp hàng hóa, từ đó giảm thiểu sự phụ thuộc vào sức lao động con người. Việc triển khai các giải pháp tự động hóa không chỉ nâng cao năng suất mà còn cải thiện độ chính xác, đảm bảo chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa không gian lưu trữ. Các doanh nghiệp hiện đại ưu tiên đầu tư vào công nghệ phân loại hàng hóa tiên tiến để duy trì sự cạnh tranh, linh hoạt ứng phó với sự thay đổi của thị trường và đáp ứng kịp thời các yêu cầu ngày càng cao của khách hàng, đặt nền móng vững chắc cho sự phát triển bền vững.

1.2. Robot Gantry là gì Vai trò trong hệ thống tự động hóa

Robot Gantry là một loại robot công nghiệp được thiết kế với cấu trúc khung giàn, cho phép nó di chuyển trên các trục Cartesian (X, Y, Z) để thực hiện các thao tác trong một không gian làm việc rộng lớn và linh hoạt. Khác với các loại robot cánh tay khớp nối truyền thống, robot Gantry thường được lắp đặt phía trên khu vực làm việc, giúp tiết kiệm không gian sàn nhà và dễ dàng tích hợp vào các dây chuyền sản xuất hiện có. Trong hệ thống tự động hóa, robot Gantry đóng vai trò quan trọng trong việc nâng, di chuyển và sắp xếp các vật liệu, linh kiện hoặc sản phẩm với độ chính xác cao và tốc độ vượt trội. Chúng đặc biệt hiệu quả trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng xử lý tải trọng lớn hoặc phạm vi hoạt động rộng như xếp dỡ hàng hóa, lắp ráp các bộ phận lớn, hoặc đặc biệt là trong phân loại sản phẩm tự động. Việc sử dụng robot Gantry giúp giảm thiểu công việc nặng nhọc, tăng cường an toàn lao động và tối ưu hóa quy trình sản xuất tổng thể, đóng góp vào sự phát triển của các nhà máy thông minh và hiệu quả.

II. Thách thức lớn Hạn chế của phân loại thủ công và nhu cầu phân loại sản phẩm tự động

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng việc phân loại sản phẩm theo phương pháp thủ công đang gặp phải nhiều thách thức lớn trong bối cảnh công nghiệp hiện đại. Sự phụ thuộc vào sức lao động con người không chỉ gây ra chi phí cao mà còn tiềm ẩn nhiều rủi ro về độ chính xác và tốc độ xử lý. Với khối lượng hàng hóa ngày càng tăng và sự đa dạng về chủng loại sản phẩm, việc phân loại sản phẩm tự động không còn là một lựa chọn mà đã trở thành một yêu cầu cấp thiết. Các doanh nghiệp đang phải đối mặt với áp lực lớn trong việc cải thiện hiệu suất, giảm thiểu sai sót và nâng cao khả năng đáp ứng thị trường. Điều này đòi hỏi phải có những giải pháp công nghệ tiên tiến, có khả năng thực hiện các tác vụ lặp đi lặp lại với độ chính xác cao và tốc độ ổn định. Hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry chính là một trong những câu trả lời cho những thách thức này, mang lại khả năng biến đổi cách thức hoạt động của các nhà máy và trung tâm logistics, hướng tới một tương lai sản xuất thông minh và hiệu quả hơn.

2.1. Hạn chế của quy trình phân loại sản phẩm truyền thống

Quy trình phân loại sản phẩm truyền thống, chủ yếu dựa vào sức lao động thủ công, đối mặt với nhiều hạn chế cố hữu. Đầu tiên, độ chính xác thường không cao, dễ dẫn đến sai sót trong việc nhận diện và sắp xếp sản phẩm, gây thiệt hại về tài chính và ảnh hưởng đến uy tín thương hiệu. Thứ hai, tốc độ và hiệu quả xử lý chậm chạp, không thể đáp ứng được nhu cầu sản xuất hàng loạt hoặc trong các giờ cao điểm. Điều này làm giảm năng suất tổng thể và kéo dài thời gian chờ đợi của khách hàng. Thứ ba, chi phí nhân công ngày càng tăng cao, cùng với các vấn đề về quản lý nhân sự, đào tạo và an toàn lao động, làm tăng gánh nặng tài chính cho doanh nghiệp. Cuối cùng, việc thực hiện các thao tác lặp đi lặp lại có thể gây mệt mỏi cho công nhân, dẫn đến giảm năng suất và tăng nguy cơ tai nạn lao động. Những hạn chế này đã thúc đẩy sự cần thiết phải chuyển đổi sang các giải pháp phân loại sản phẩm tự động, đặc biệt là hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry.

2.2. Những khó khăn khi triển khai robot Gantry trong sản xuất

Việc triển khai robot Gantry vào hệ thống tự động hóa sản xuất không phải là không có thách thức. Một trong những khó khăn chính là chi phí đầu tư ban đầu khá lớn cho thiết bị, phần mềm và hạ tầng. Điều này đòi hỏi các doanh nghiệp phải có kế hoạch tài chính rõ ràng và đánh giá lợi tức đầu tư (ROI) cẩn thận. Tiếp theo, việc tích hợp robot Gantry vào hệ thống sản xuất hiện có có thể phức tạp, đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật điện, cơ khí và lập trình. Việc điều chỉnh quy trình sản xuất, đào tạo nhân sự vận hành và bảo trì cũng là một yếu tố cần được quan tâm. Ngoài ra, việc đảm bảo độ chính xác cao và ổn định của robot Gantry trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, với bụi bẩn, nhiệt độ thay đổi, cũng là một thách thức kỹ thuật. Việc lựa chọn các thành phần phù hợp như động cơ bước, bộ điều khiển PLC, và bộ quét mã vạch chất lượng cao là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu và độ bền của hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry.

III. Khám phá hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry Cấu trúc Nguyên lý

Hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry là một giải pháp kỹ thuật phức tạp, kết hợp nhiều thành phần cơ khí, điện tử và phần mềm để thực hiện quá trình nhận diện và sắp xếp sản phẩm một cách tự động. Để đạt được độ chính xác cao và hiệu suất tối ưu, việc hiểu rõ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống là vô cùng quan trọng. Cấu trúc khung giàn của robot Gantry cho phép di chuyển linh hoạt trên các trục tọa độ, tạo ra một không gian làm việc rộng rãi và không bị cản trở. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên sự phối hợp nhịp nhàng giữa các cảm biến, bộ điều khiển PLC và các cơ cấu chấp hành. Việc lập trình tối ưu các thuật toán chuyển động, tính toán thời gian dựa trên tốc độ, gia tốc và giảm tốc, đảm bảo rằng robot có thể di chuyển nhanh chóng và dừng lại đúng vị trí với độ chính xác cao, như đã được chứng minh qua nhiều thử nghiệm. Hiểu được các thành phần và cách chúng tương tác sẽ giúp tối đa hóa tiềm năng của hệ thống tự động hóa này trong việc phân loại sản phẩm tự động.

3.1. Các thành phần chính của hệ thống phân loại dùng robot Gantry

Hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry bao gồm nhiều thành phần cốt lõi để đảm bảo hoạt động trơn tru và hiệu quả. Đầu tiên là cấu trúc cơ khí, gồm khung robot Gantry (XYZ profiles) và các bộ phận truyền động như thanh răng – bánh răng hoặc vít me bi, dẫn hướng tuyến tính. Thứ hai là hệ thống truyền động, thường sử dụng động cơ bước (stepper motor) kết hợp với các driver điều khiển (ví dụ: TB6600), cung cấp chuyển động chính xác cho robot trên các trục. Thứ ba là bộ phận điều khiển trung tâm, điển hình là bộ điều khiển PLC (Programmable Logic Controller), cụ thể như Siemens S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC, chịu trách nhiệm xử lý logic, điều khiển tuần tự và giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Để nhận diện sản phẩm, hệ thống tích hợp bộ quét mã vạch (barcode scanner) hoặc các cảm biến quang điện. Giao diện người máy (HMI) và hệ thống giám sát và điều khiển thu thập dữ liệu (SCADA) cung cấp khả năng điều khiển và giám sát trực quan. Ngoài ra, các cảm biến giới hạn hành trình, nguồn cấp và các thiết bị điện tử phụ trợ khác cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và tính ổn định cho toàn bộ hệ thống tự động hóa.

3.2. Nguyên lý hoạt động và PLC điều khiển Gantry hiệu quả

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry bắt đầu từ việc nhận dạng sản phẩm. Khi một sản phẩm đi qua khu vực quét, bộ quét mã vạch sẽ đọc thông tin và gửi dữ liệu về bộ điều khiển PLC. Dựa trên dữ liệu này, PLC sẽ xác định loại sản phẩm và vị trí đích cần được sắp xếp. Sau đó, PLC tính toán quỹ đạo di chuyển tối ưu cho robot Gantry trên ba trục X, Y, Z. Các lệnh điều khiển được gửi đến các driver của động cơ bước, kích hoạt chúng di chuyển robot đến vị trí sản phẩm, gắp sản phẩm bằng dụng cụ cuối cánh tay robot (End-effector) và di chuyển đến vị trí đích đã xác định. PLC điều khiển Gantry sử dụng các thuật toán tối ưu hóa thời gian di chuyển dựa trên tốc độ, gia tốc và giảm tốc để đảm bảo robot hoạt động nhanh chóng và dừng lại chính xác, giảm thiểu rung lắc và sai số. Khả năng lập trình linh hoạt của bộ điều khiển PLC cho phép hệ thống dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với các loại sản phẩm khác nhau và thay đổi trong quy trình sản xuất, mang lại tốc độ và hiệu quả cao.

IV. Cách thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry hiệu quả Các bước triển khai

Việc thiết kế và triển khai một hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry hiệu quả đòi hỏi một quy trình kỹ lưỡng và có hệ thống, từ khâu lựa chọn linh kiện đến lập trình điều khiển. Mục tiêu chính là đảm bảo robot Gantry hoạt động với độ chính xác cao, tốc độ và hiệu quả tối đa, đồng thời dễ dàng bảo trì và mở rộng trong tương lai. Quá trình này bắt đầu từ việc khảo sát yêu cầu thực tế của quy trình sản xuất, xác định loại sản phẩm, khối lượng và tốc độ phân loại mong muốn. Từ đó, các kỹ sư sẽ tiến hành lựa chọn các thành phần phù hợp, thiết kế cấu trúc cơ khí và phát triển phần mềm điều khiển. Một hệ thống tự động hóa được thiết kế tốt không chỉ giải quyết được bài toán hiện tại mà còn có khả năng thích ứng với những thay đổi trong tương lai, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa nguồn lực và đầu tư. Các bước triển khai chi tiết giúp đảm bảo rằng mọi khía cạnh của hệ thống phân loại sản phẩm tự động đều được xem xét cẩn thận, từ phần cứng đến phần mềm, từ cơ khí đến điện tử, nhằm đạt được hiệu suất tốt nhất.

4.1. Quy trình phát triển phần cứng Lựa chọn động cơ bước và khung robot

Quy trình phát triển phần cứng là nền tảng cho hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry. Đầu tiên, việc lựa chọn khung robot là rất quan trọng; khung nhôm định hình (aluminum profiles) thường được sử dụng để tạo cấu trúc XYZ bền vững và chính xác. Tiếp theo, các động cơ bước (stepper motor) là lựa chọn phổ biến cho robot Gantry nhờ khả năng điều khiển vị trí chính xác và chi phí hợp lý. Việc lựa chọn động cơ bước phải phù hợp với tải trọng và tốc độ yêu cầu, kết hợp với các driver điều khiển (ví dụ: TB6600) để đảm bảo chuyển động mượt mà và chính xác. Các bộ phận truyền động như vít me bi (lead screw pitch) hoặc thanh răng – bánh răng cần được tính toán kỹ lưỡng để tối ưu hóa hành trình và độ chính xác. Hệ thống còn bao gồm các cảm biến vị trí (limit switches) để xác định giới hạn di chuyển của robot, bộ quét mã vạch để nhận diện sản phẩm và các dụng cụ cuối cánh tay robot (end-effector) phù hợp với từng loại sản phẩm cần phân loại. Việc lắp ráp cẩn thận và kiểm tra từng thành phần là cần thiết để đảm bảo tính ổn định và an toàn của toàn bộ hệ thống tự động hóa.

4.2. Lập trình PLC điều khiển Gantry và giao diện HMI SCADA

Lập trình là trái tim của hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry, đặc biệt là bộ điều khiển PLC và giao diện người dùng. Việc lập trình PLC điều khiển Gantry (ví dụ: Siemens S7-1200) tập trung vào việc tạo ra các thuật toán điều khiển chuyển động chính xác cho robot Gantry. Chương trình PLC phải xử lý dữ liệu từ bộ quét mã vạch, tính toán tọa độ đích, điều khiển các động cơ bước di chuyển robot, và quản lý các tín hiệu từ cảm biến. Các thuật toán này cần được tối ưu hóa để đảm bảo tốc độ và hiệu quả di chuyển cao, dừng lại chính xác với độ lệch rất nhỏ, như kết quả thử nghiệm đã chỉ ra. Song song đó, việc thiết kế giao diện người máy (HMI) và hệ thống giám sát và điều khiển thu thập dữ liệu (SCADA) là cần thiết để người vận hành có thể dễ dàng giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống tự động hóa, nhập liệu, điều chỉnh thông số và xử lý sự cố. Giao diện này cần trực quan, dễ sử dụng, cung cấp đầy đủ thông tin về quy trình sản xuất và cho phép điều khiển thủ công khi cần. (Tài liệu gốc ghi: 'Start programming HMI and design SCADA interface' và 'Continue writing PLC programs.')

V. Đánh giá hiệu suất Ưu điểm robot Gantry và kết quả thực nghiệm đạt được

Việc triển khai hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry đã mang lại những kết quả thực nghiệm ấn tượng, khẳng định ưu điểm robot Gantry vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Qua quá trình thử nghiệm và tối ưu hóa, hệ thống đã chứng minh khả năng hoạt động với độ chính xác caotốc độ và hiệu quả đáng kể. Kết quả này không chỉ thể hiện khả năng của công nghệ mà còn mở ra nhiều cơ hội cho việc tối ưu hóa quy trình sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Robot Gantry đã thể hiện sự ổn định trong các thao tác lặp đi lặp lại, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người và tăng cường an toàn lao động. Các thuật toán điều khiển PLC được tối ưu hóa đã đóng góp lớn vào việc đạt được các chỉ số hiệu suất ấn tượng, đặc biệt là trong việc tính toán thời gian di chuyển và dừng chính xác. Điều này chứng minh rằng đầu tư vào công nghệ phân loại hàng hóa tự động là một quyết định chiến lược đúng đắn để nâng cao năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững của doanh nghiệp trong kỷ nguyên số.

5.1. Độ chính xác cao và tối ưu hóa quy trình sản xuất với Gantry

Một trong những kết quả nổi bật của hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry là khả năng đạt được độ chính xác cao trong các thao tác phân loại. Theo kết quả thử nghiệm, robot Gantry thực hiện các chức năng với độ lệch rất nhỏ, đảm bảo sản phẩm được đặt đúng vị trí đích. Điều này có được nhờ vào thuật toán tối ưu hóa thời gian di chuyển, dựa trên việc tính toán chính xác tốc độ, gia tốc và giảm tốc. Thuật toán này giúp robot di chuyển nhanh chóng mà vẫn dừng lại đúng vị trí, tránh gây hư hại sản phẩm hoặc đặt sai chỗ. Khả năng độ chính xác cao này trực tiếp góp phần vào tối ưu hóa quy trình sản xuất bằng cách giảm thiểu sai sót, lãng phí và công việc làm lại. Nó cũng giúp nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng và uy tín của doanh nghiệp. Việc tích hợp robot Gantry vào hệ thống tự động hóa không chỉ đơn thuần là thay thế lao động thủ công mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất tổng thể, tạo ra một quy trình sản xuất mượt mà và đáng tin cậy hơn.

5.2. Lợi ích của robot Gantry trong phân loại sản phẩm công nghiệp

Robot Gantry mang lại nhiều lợi ích đáng kể trong phân loại sản phẩm công nghiệp. Đầu tiên, nó tăng cường tốc độ và hiệu quả xử lý sản phẩm một cách vượt trội so với phương pháp thủ công, giúp đáp ứng được yêu cầu sản xuất hàng loạt và giảm thời gian chu kỳ. Thứ hai, robot Gantry đảm bảo độ chính xác cao và tính nhất quán trong mỗi thao tác, loại bỏ lỗi do yếu tố con người và giảm thiểu tỷ lệ sản phẩm bị hỏng hoặc đặt sai vị trí. Điều này trực tiếp ảnh hưởng đến việc giảm chi phí vận hành và tăng cường chất lượng sản phẩm. Thứ ba, việc triển khai robot Gantry giúp tiết kiệm chi phí nhân công và giảm thiểu rủi ro an toàn lao động, đặc biệt trong các môi trường làm việc nguy hiểm hoặc yêu cầu sức lực. Thứ tư, với cấu trúc linh hoạt và khả năng tùy chỉnh dụng cụ cuối cánh tay robot, hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry có thể xử lý đa dạng các loại sản phẩm, từ nhỏ nhẹ đến cồng kềnh. Cuối cùng, robot Gantry là một phần không thể thiếu của hệ thống tự động hóa hiện đại, thúc đẩy tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường toàn cầu.

VI. Tầm nhìn phát triển Tương lai của hệ thống phân loại tự động sử dụng robot Gantry

Hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry không ngừng được cải tiến và phát triển để đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp. Tương lai của hệ thống phân loại tự động sử dụng robot Gantry hứa hẹn nhiều tiềm năng, đặc biệt trong việc mở rộng quy mô, nâng cao độ chính xác cao và tăng cường tính linh hoạt. Các hướng phát triển tập trung vào việc tối ưu hóa thời gian di chuyển, tích hợp các công nghệ nhận diện tiên tiến hơn và khả năng xử lý đa dạng sản phẩm. Sự phát triển này không chỉ giải quyết các hạn chế hiện tại mà còn mở ra cánh cửa cho nhiều ứng dụng robot công nghiệp Gantry trong các lĩnh vực mới, từ dược phẩm đến logistics, từ sản xuất linh kiện điện tử đến chế biến thực phẩm. Việc tiếp tục nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và thị giác máy tính sẽ biến robot Gantry thành một công cụ mạnh mẽ hơn nữa trong việc xây dựng các nhà máy thông minh, hiệu quả và bền vững.

6.1. Những cải tiến nhằm tăng tốc độ và hiệu quả của hệ thống

Để tối ưu hóa, ổn định và cải thiện hiệu suất trong các điều kiện môi trường đa dạng, hệ thống phân loại sản phẩm dùng robot Gantry cần được nâng cấp liên tục. Một hướng cải tiến quan trọng là tối ưu hóa thời gian di chuyển của robot cho các mô hình quy mô lớn hơn, giúp quá trình xếp dỡ diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn. Điều này sẽ trực tiếp cải thiện tốc độ và hiệu quả tổng thể của hoạt động. Việc nghiên cứu các thuật toán điều khiển chuyển động tiên tiến hơn, có khả năng học hỏi và thích nghi, sẽ giúp robot Gantry vận hành mượt mà và nhanh hơn. Ngoài ra, việc nâng cấp các bộ phận cơ khí như động cơ, hệ thống truyền động để chịu tải tốt hơn và có tốc độ phản hồi nhanh hơn cũng là yếu tố then chốt. Việc áp dụng các vật liệu nhẹ nhưng bền bỉ cho khung robot có thể giúp tăng tốc độ di chuyển mà vẫn duy trì độ chính xác cao. Những cải tiến này không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn nâng cao năng suất, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của quy trình sản xuất hiện đại. (Theo tài liệu gốc: 'optimize the robot's travel time so that the loading and unloading process can be performed more quickly and efficiently, helping to improve overall operations.')

6.2. Ứng dụng robot công nghiệp Gantry đa dạng trong tương lai

Tương lai của hệ thống phân loại tự động sử dụng robot Gantry sẽ chứng kiến sự đa dạng hóa trong ứng dụng robot công nghiệp. Một trong những hướng phát triển quan trọng là tích hợp thêm thiết bị camera để hỗ trợ nhận diện sản phẩm chính xác hơn, không chỉ dựa vào bộ quét mã vạch mà còn sử dụng công nghệ thị giác máy tính. Điều này cho phép hệ thống xử lý các sản phẩm không có mã vạch hoặc cần kiểm tra chất lượng bằng hình ảnh. Đồng thời, việc điều chỉnh các dụng cụ cuối cánh tay robot (end-effector) để có thể xử lý nhiều loại sản phẩm khác nhau cũng là một ưu tiên. Ví dụ, thiết kế các bộ gắp đa năng hoặc có thể thay đổi nhanh chóng, cho phép robot Gantry linh hoạt chuyển đổi giữa các tác vụ và loại sản phẩm. Điều này mở rộng phạm vi ứng dụng robot công nghiệp Gantry sang các ngành như dược phẩm (như đã đề xuất trong lịch trình dự án), thực phẩm, logistics và sản xuất linh kiện điện tử, nơi yêu cầu độ chính xác cao và khả năng xử lý đa dạng. Sự phát triển này sẽ giúp robot Gantry trở thành một giải pháp hệ thống tự động hóa toàn diện và linh hoạt hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng phức tạp của thị trường. (Theo tài liệu gốc: 'Integrate additional camera equipment to support more accurate product identification.' và 'Adjust the tools at the end of the robot arm to be able to handle a variety of products.')

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI từ nội dung tài liệu gốc; tài liệu do người dùng đóng góp và được kiểm duyệt trước khi xuất bản. Báo lỗi nội dung.

15/03/2026
The product sorting system using gantry robot undergraduate thesis of automation and control engineering

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM GENERAL CONFEDERATION OF LABOR TON DUC THANG UNIVERSITY DEPARTMENT OF ELECTRICAL – ELECTRONICS DO MANH HUNG - 41900405 THE PRODUCT SORTING SYSTEM USING GANTRY ROBOT UNDERGRADUATE THESIS OF AUTOMATION AND CONTROL ENGINEERING Ho Chi Minh city, year 2025 VIETNAM GENERAL CONFEDERATION OF LABOR TON DUC THANG UNIVERSITY DEPARTMENT OF ELECTRICAL – ELECTRONICS DO MANH HUNG - 41900405 THE PRODUCT SORTING SYSTEM USING GANTRY ROBOT UNDERGRADUATE THESIS OF AUTOMATION AND CONTROL ENGINEERING Instructor: MSc. NGUYEN THANH QUANG Ho Chi Minh city, year 2025 i ACKNOWLEDGMENT I would like to thank the teachers of the Faculty of Electrical and Electronics Engineering at Ton Duc Thang University majoring in Control and Automation Engineering for teaching and imparting valuable knowledge to me during my study period. and practice at school. I thank lecturer MSc.

Nguyen Thanh Quang for helping me throughout the process of making the project and giving me a lot of new and useful knowledge, helping me to expand my knowledge. Ho Chi Minh city, month 1 day 10 year 2025 Author Do Manh Hung ii The project was completed at Ton Duc Thang University Scientific supervisors:. (Specify the academic title, academic degree, full name and signature) The graduation/synthesis project is protected at the Graduation/General Project Evaluation Council of Ton Duc Thang University on. Certification of the Chairman of the Graduation/General Project Evaluation Council and the Dean of the specialized management faculty after receiving the corrected graduation/general project (if any).

……………………………… iii COMPLETED WORKS AT TON DUC THANG UNIVERSITY I assure you that this is my own research work and is scientifically guided by MSc. Nguyen Thanh Quang. The research contents and results in this project are honest and have not been published in any form before. The data in the tables for analysis, comment and evaluation collected by the author himself from different sources are clearly stated in the references.

In addition, the graduation/synthesis project also uses a number of comments, evaluations as well as data of other authors, other agencies and organizations with citations and annotations of origins. If any fraud is detected, I would like to take full responsibility for the content of my graduation project. Ton Duc Thang University is not involved in the copyright and copyright violations caused by me in the process of implementation (if any). Ho Chi Minh city, month 1 day 10 year 2025 Author Do Manh Hung iv (This page is used to attach the Graduation Project Task signed by the instructor) v TON DUC THANG UNIVERSITY SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM FACULTY OF ELECTRICAL Independence – Freedom – Happiness AND ELECTRONICS ---------------------- GRADUATION PROJECT SCHEDULE Student's Name: DO MANH HUNG Class: 19H40301 MSSV: 41900405 Title of the topic: The product sorting system using gantry robot Workload Week/Date Instructor’s sign Done Next task Receive the topic Exlore stepper 1 and identify the motors content Purchase electrical Purchase the cabinets, PLCs, required 2 indicator light, equipment, electric wire, … Buy aluminum Complete xyz profiles to make the robot frame for the system.

3 Find joints to fix the stepper motor, choose a suitable barcode scanner Complete xyz robot Investigate the 4 Start connecting the control procedure PLC to the device of the xyz robot. Start connecting Start programming 5 HMI and design vi SCADA interface. Manual control Develop an idea to system code. create a warehouse 6 for storing phaarmaceuticals Research on Buy an Ethernet processing data hub extender 7 from barcode scans Continue writing PLC programs.

Assess the completed work at 55% to decide whether to Midterm test continue or discontinue the graduation project. Finish the manual Investigate how to 8 import store values in the database Finish the manual Start writing 9 import programs Complete auto Continue writing 10 mode program programs. Read and write Check the system values on PLC overview. Check for system Test project 12 and program errors.

Research web Start writing programming to programs 13 control PLC via the internet. vii Report writes a Submit for 14 project plagiarism check. Complete the report 15 writing. Completed 100% graduation project.

Graduation project’s final Submit defense viii THIẾT KẾ VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG ROBOT GANTRY TÓM TẮT Em đã phát triển một hệ thống robot cổng chuyên dụng để quản lý, lưu trữ và phân phối dược phẩm tại các cơ sở chăm sóc sức khỏe, với mục đích tối ưu hóa quy trình quản lý kho thuốc và nâng cao chất lượng dịch vụ y tế. Hệ thống này mang lại nhiều lợi ích thiết thực, đặc biệt là trong việc cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của các hoạt động liên quan đến dược phẩm. Đầu tiên, robot cổng được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ với độ chính xác và tính nhất quán cao, giảm thiểu rủi ro sai sót trong quá trình lưu trữ và phân phối thuốc. Điều này không chỉ đảm bảo cung cấp thuốc kịp thời và hiệu quả mà còn góp phần cải thiện sự an toàn của bệnh nhân và cải thiện đáng kể chất lượng dịch vụ y tế.

Một điểm mạnh nổi bật khác của hệ thống là khả năng tối ưu hóa không gian lưu trữ. Với thiết kế linh hoạt và khả năng di chuyển tự động, robot cổng giúp tối đa hóa không gian kho, giảm chi phí vận hành và tăng khả năng lưu trữ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành chăm sóc sức khỏe. Ngoài ra, việc tự động hóa các quy trình xử lý thuốc giúp tiết kiệm thời gian và nguồn nhân lực. Đội ngũ y tế có thể tập trung vào các nhiệm vụ quan trọng hơn thay vì các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, do đó cải thiện năng suất chung, giảm mệt mỏi và hạn chế các rủi ro sức khỏe liên quan đến lao động thủ công.

Cuối cùng, hệ thống robot cổng không chỉ đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quản lý dược phẩm mà còn tăng cường khả năng truy xuất nguồn gốc. Nhờ đó, hệ thống góp phần giảm thiểu sai sót của con người, tối ưu hóa quy trình phân phối thuốc, củng cố niềm tin vào chất lượng dịch vụ y tế, mang lại trải nghiệm tốt hơn cho bệnh nhân. ix DESIGN AND IMPLEMENT PRODUCT SORTING SYSTEM USING GANTRY ROBOT ABSTRACT I have developed a dedicated gantry robot system for managing, storing and distributing pharmaceuticals in healthcare facilities, with the aim of optimizing the drug warehouse management process and improving the quality of medical services. This system brings many practical benefits, especially in improving the accuracy and reliability of pharmaceutical-related operations.

First, the gantry robot is programmed to perform tasks with high accuracy and consistency, minimizing the risk of errors in the drug storage and distribution process. This not only ensures a timely and efficient drug supply but also contributes to improving patient safety and significantly improving the quality of medical services. Another outstanding strength of the system is the ability to optimize storage space. With its flexible design and autonomous mobility, the portal robot maximizes warehouse space, reducing operating costs and increasing storage capacity to meet the growing needs of the healthcare industry.

In addition, automating drug handling processes saves time and labor resources. Medical staff can focus on more important tasks instead of repetitive tasks, thereby improving overall productivity, reducing fatigue, and limiting health risks associated with manual labor. Finally, the portal robot system not only ensures safety and efficiency in pharmaceutical management but also enhances traceability. As a result, the system contributes to reducing human errors, optimizing drug distribution processes, and strengthening trust in the quality of medical services, bringing a better experience to patients.

OVERVIEW OF TOPIC.1 Introduction to the topic.2 Statement of the problem.3 Objectives of the Thesis.4 Scopes of the Thesis.1 Types of pharmaceutical storage facilities.5 Storage by Dosage Form.2 Methods of medicine management.2 Pharmaceutical Management Software (ERP).3 Popular commnunication protocols.1 The import process.2 The export process.2 Choosing a Conveyor Operation Solution.1 Electrical design standards.1 Software Design Process.1 Requirements for PLC program.3 PLC control programming.4 Manual operation program.4 HMI Interface Design.1 Introduction to easybuilder pro software.2 Main screen overview.6 Development and Implementation of Electrical Circuits.5 The system operations. 57 xiii LIST OF FIGURES Figure 2-1: Cold Storage for Pharmaceutical Preservation.3 Figure 2-2: Regular Storage for Pharmaceuticals.4 Figure 2-3: Secure medicine cabinet.4 Figure 2-4: Manual Drug Management.5 Figure 2-5: Drug Management Using Software.6 Figure 2-6: Robots working in a pharmaceutical storage warehouse.7 Figure 2-7: Operating system via HMI.8 Figure 2-8: The import process for goods.9 Figure 2-9: The export process for goods.9 Figure 3-1: 2D Drawing of the Pill Container.11 Figure 3-2: 3D Drawing of the Pill Container.11 Figure 3-3: Pill container. 12 Figure 3-4: Basic layout for the Gantry Robot.16 Figure 3-5: MCB CHiNT NXB-63.18 Figure 3-6: 24V honeycomb power supply.19 Figure 3-7: TB6600 Stepper Motor Driver Circuit.20 Figure 3-8: Roller Limit Switch.21 Figure 3-9: PLC S7-1200 1214c DC/DC/DC controller.21 Figure 3-10: Datasheet PLC.23 xi v Figure 3-11: WEINTEK HMI Display. 23 Figure 3-12: Proximity sensor E3F-DS30C4 NPN.25 Figure 3-13: DC Mini Conveyor.25 Figure 3-14: Lead Screw T8.26 Figure 3-15: YHD 1100D Barcode Scanner.26 Figure 3-16: Switch Ethernet TP-Link LS1005Advantages:.27 Figure 3-17: Module S7-1200, Digital I/O SM 1223 8DI/8DO.28 Figure 3-18: Step motor.

28 Figure 4-1: System overview diagram.31 Figure 4-2: Flowchart of the Import function.32 Figure 4-3: Flowchart of the Export function.34 Figure 4-4: Manual operation.36 Figure 4-5: Easybuilder Pro software.37 Figure 4-6: Main screen of system.37 Figure 4-7: Import mode.38 Figure 4-8: Export smode.39 Figure 4-9: Manual screen.40 Figure 4-10: Password screen.40 Figure 4-11: Status screen.41 Figure 4-12: Eplan Electric Software. 43 Figure 4-13: Control Circuit System.45 xv Figure 4-14: PLC Wiring Diagram.46 Figure 4-15: Wiring Driver.47 Figure 4-16: Wiring Light and Valve, Motor.48 Figure 5-1: Real-World Model of a Gantry Robot System. 51 Figure 5-5: Connecting Driver.52 Figure 5-6: Inside the electrical cabinet.53 Figure 5-7: Outside the electrical cabinet.53 Figure 5-8: Homing position. 54 Figure 5-9: Loading medicine boxes onto the conveyor belt properly.54 Figure 5-10: How the robot loads goods into the container.55 Figure 5-11: Continuous goods export by the Robot.55 xv i LIST OF TABLES Table 2.1: Advantages and disadvantages of manual inventory processes.2: Advantages and disadvantages of using Pharmaceutical Management Software.3: Advantages and disadvantages of using Robots for drug management .1: Analyzing the advantages and disadvantages of different types of robots.2: Analyzing the advantages and disadvantages of drive methods.3: Annotation of devices in the layout.1: PLC input signal convention.2: PLC output signal convention.46 xv ii LIST OF ABBREVIATIONS HMI: HUMAN MACHINE INTERFACE WHO: WORLD HEALTH ORGANIZATION IEEE: INSTITUDE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS PLC: PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER RTU: REMOTE TERMINAL UNIT TCP/IP: TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL/INTERNET PROTOCOL xviii Graduation Project Page 1/57 CHAPTER 1.

OVERVIEW OF TOPIC 1.1 Introduction to the topic Modern healthcare faces significant challenges in pharmaceutical inventory management, including human error, high time and labor demands, and growing complexity as facilities expand. These issues lead to resource waste, reduced efficiency, and difficulty in maintaining accuracy. In 2023, the Ministry of Health reported that 15% of drugs expire annually, causing major financial losses. Bach Mai Hospital discards 10% of its drugs yearly due to damage or expiration, while drug shortages at Cho Ray Hospital delayed treatment for 8% of patients, severely impacting their health.

WHO estimates that 50% of medication errors stem from human factors, and 30% of stored drugs are underutilized. To address these challenges, implementing intelligent management systems (IMS), barcode systems, and automated storage and retrieval systems (AS/RS) offers effective solutions. These technologies enhance inventory control, reduce errors, and boost efficiency. Robotics in drug management further automates processes, minimizes human errors, and ensures precise storage and handling.

This approach saves time, reduces costs, and improves healthcare quality, benefiting both patients and medical staff while optimizing resources and enhancing treatment outcomes.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ