CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Xe tự hành và bánh xe đa hướng Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa để tiến kịp các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp cận các công nghệ và thiết bị hiện đại. Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các kiến thức mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất nước. Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta đều có quy mô lớn nhưng chất lượng chưa cao do những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị còn thô sơ nên năng suất lao động chỉ đạt ở mức trung bình vì lợi nhuận giảm do phải thuê một lượng công nhân rất lớn.
Để nâng cao năng suất và tính tự động hóa, xe tự hành đã được sử dụng rộng rãi ở trong các nhà xưởng công nghiệp một loại robot để chuyên chở tự động, cùng với đó là các loại bánh xe đa hướng đã ra đời nhằm nâng cao khả năng di chuyển linh hoạt của xe. Xe tự hành [1] Xe tự hành tiếng anh là Autonomous Guided Vehicle (AGV), đây là loại xe sử dụng các công nghệ dẫn đường để vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu đến những địa điểm đã được đánh dấu sẵn mà không cần đến sự can thiệp của con người. Năm 1953, Authur ‘‘MAC’’ Barret đã chế tạo ra phương tiện không người lái đầu tiên và đặt tên là ‘‘Guide-0-Matic’’. Chiếc xe này di chuyển theo một sợi dây cố định gắn trên sàn nhà máy thay vì đi trên đường ray.
Về sau, chiếc xe được đổi tên thành AGV và được điều khiển từ xa để vận hành xe từ điểm lấy hàng tới vị trí trả hàng. Những chiếc AGV được đưa vào trong ngành công nghiệp sản xuất hàng loạt với nhiều công nghệ, cảm biến trang bị giúp cho xe có nhiều tính năng hơn. Hiện nay, xe tự hành đã trở nên thông minh hơn với có thể tránh vật cản, nhận biết và xử lý hình ảnh, di chuyển với tốc độ nhanh hơn, biết tự đi về điểm nạp năng lượng. Hiện nay, xe AGV được phân làm 5 loại : - Xe kéo (còn được gọi là xe "tugger") là loại xe đầu tiên được giới thiệu và rất phổ biến cho đến ngày nay.
Xe kéo có thể kéo vô số loại rơ mooc và có tải trọng từ 2. 7 Hình 1: Đầu kéo xe AGV [1] Hiện nay, Tugger AGV được dùng rất nhiều trong các nhà xưởng để kéo trang thiết bị tới vị trí cần đến theo một đường dẫn nhất định. Loại xe này có thể trang bị nhiều rơ mooc để kéo được nhiều hàng hơn. Hình 2: Tugger AGV kéo nhiều rơ moóc trong môi trường nhà kho [1] - Xe AGV chở hàng được trang bị các khay chứa, pallet hoặc thùng đựng để có thể chứa nhiều hàng hóa, hoạt động riêng lẻ và linh hoạt.
Nhiều xe được trang bị các băng tải và truyền tải tự động. Sàn có thể là loại nâng và hạ, con lăn chạy bằng điện hoặc không chạy bằng điện, sàn bằng dây xích hoặc dây đai hoặc sàn tùy chỉnh có nhiều ngăn. 8 Hình 3: Xe AGV trang bị tải kép [1] - Xe nâng AGV được thiết kế như một chiếc xe nâng, có thể lấy và vận chuyển các khay hàng hóa được xếp chồng lên nhau. Trong một số trường hợp, những phương tiện này cũng có thể xếp tải trong giá đỡ, để lưu trữ hoặc lấy hàng ở giá đỡ trên cao.
Thông thường, những loại xe này được trang bị càng nâng để có thể tùy chỉnh độ cao lấy hàng hóa phù hợp với hầu hết các kệ hàng trong nhà xưởng. Hình 4: Xe nâng AGV [1] - Xe AGVS Hybrid được thiết kế như một chiếc xe tải để có thể chạy hoàn toàn tự động hoặc được điều khiển bởi tài xế. Chúng có thể được sử dụng để kéo, di chuyển vật liệu xung quanh nhà kho. - AGVS Tải Nhẹ là các phương tiện có tải trọng trong khoảng 500 pound trở xuống và được sử dụng để vận chuyển các bộ phận nhỏ, giỏ hoặc các tải trọng nhẹ khác.
Chúng được thiết kế để hoạt động ở những khu vực có không gian hạn chế. AGV là một phần của quá trình phát triển nhà máy thông minh (Smart Factory) cũng như tự động hóa trong công nghiệp khi các. Hiện nay AGV được 9 sử dụng trong hoạt động vận chuyển nguyên vật liệu của nhiều ngành nghề như: Công nghiệp ô tô, điện điện tử, logistic, dược phẩm, y tế, hàng tiêu dùng. Hình 5: Hình dạng xe tự hành AGV [2] - Ưu điểm của xe tự hành [2] [3] AGV được sử dụng trong các nhà máy sản xuất, nhà kho thông minh mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp so với các phương pháp vận chuyển hàng truyền thống, một số ưu điểm của AGV như sau: • Giảm chi phí lao động Tiết kiệm chi phí rõ ràng nhất đến từ việc thực hiện các phương tiện tự động và thay thế con người.
Nhân viên mong đợi sự đền bù của họ sẽ tăng lên theo mức độ kinh nghiệm và thời gian của họ với một công ty. Cho dù điều này là thông qua tăng lương hàng năm, tiền thưởng, thời gian nghỉ thêm, chi phí bảo hiểm, với mỗi năm trôi qua, chi phí lao động của bạn có thể sẽ có xu hướng tăng lên. Điều này có nghĩa là mỗi năm, chi phí phải trả cho lao động sẽ tăng lên. Bằng cách thay thế nhân sự, AGV giúp sản xuất giảm chi phí lao động.
Trên thực tế, việc sử dụng AGV trở nên có lợi hơn sau mỗi năm trôi qua: Một khi máy đã hoạt động đủ lâu để thu lại khoản đầu tư ban đầu, bất kỳ khoản tiền thu thêm nào mà việc sử dụng của nó mang lại là lợi nhuận thuần túy (không bao gồm chi phí bảo trì, sửa chữa, và tiêu thụ năng lượng). • Giảm thiểu thiệt hại trong quá trình làm việc và sản phẩm AGV không phải đối mặt với những vấn đề như mệt mỏi, ảnh hưởng bởi môi trường, mất tập trung,. Thông qua việc sử dụng các cảm biến hiện đại như laser và máy ảnh,. AGV giúp giảm thiệt hại mà người vận hành có thể gây ra.
10 • Tăng sự an toàn tại nơi làm việc và chi phí thấp hơn Sử dụng AGV làm tăng sự an toàn tại các nơi làm việc nguy hiểm cho người lao động sản xuất sản sản phẩm công nghiệp như xử lý các chất độc hại, làm việc trong nhiệt độ khắc nghiệt và di chuyển các vật liệu nặng. Các AGV hoạt động một cách có kiểm soát, với khả năng tăng hoặc giảm tốc mượt mà và ổn định và tốc độ được giám sát. Trái ngược hoàn toàn với người lái xe nâng tay, con người có di chuyển xung quanh nhà máy ở tốc độ cao và gây nguy hiểm cho nhân viên. • Ít tốn kém hơn các hệ thống tự động cố định Trong nhiều trường hợp, AGV thực hiện nhiệm vụ tương tự như các hệ thống tự động cố định (như băng tải).
Các hệ thống tự động cố định có thể tốn kém để thực hiện và thường ảnh hưởng đến quy trình làm việc trong quá trình thực hiện; phải mất thời gian để đưa các hệ thống vào vị trí, và đôi khi một cơ sở không thể hoạt động trong khi thực hiện. Mặt khác, AGV ít tốn kém hơn để thực hiện và quan trọng hơn, không ảnh hưởng đến hoạt động trong khi được thực hiện. Điều này dẫn đến việc tối ưu những khoảng thời gian trống và tăng năng suất. Ngoài ra, các cơ sở thường sẽ cần điều chỉnh quy trình làm việc và bố trí để đáp ứng nhu cầu và tăng tính linh hoạt.
Một hệ thống tự động cố định, một khi được triển khai, rất khó khăn và tốn kém để di chuyển. Mặt khác, AGV có thể dễ dàng được lập trình lại để đi theo những con đường mới. • Giảm chi phí tiện ích Một trong những lợi ích chính của AGV là chúng có thể hoạt động 3 ca liên tục trong ngày và trong điều kiện con người không thể làm việc hiệu quả, điều này giúp tăng năng suất, chất lượng cho các hoạt động sản xuất. Các công ty thêm phương tiện tự động hướng dẫn vào lực lượng lao động của họ thường giảm chi phí tiện ích vì AGV có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn con người thấy thoải mái (giảm chi phí sưởi ấm và thông gió) và trong môi trường ánh sáng yếu (giảm chi phí điện).
• Tăng hiệu quả và độ chính xác của hàng tồn kho 11 Khi được liên kết với hệ thống kiểm soát kho hoặc hệ thống quản lý kho, AGV dễ dàng và tự động theo dõi hàng tồn kho. Điều này làm giảm chi phí bằng cách loại bỏ sự cần thiết phải có công nhân thực hiện kiểm kê. Tăng độ chính xác của hàng tồn kho như kiểm soát có bao nhiêu nguyên liệu, cho phép đặt hàng nguyên liệu khi cần chúng. Điều này ngăn ngừa mất thời gian, năng suất, sự lãng phí trong các phân xưởng công nghiệp.
• Dễ dàng thay đổi và mở rộng yêu cầu Hầu hết các AGV có thể thay đổi để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng như: nâng cấp, giảm tải trọng, thay đổi quãng đường. - Cấu tạo chung của một loại xe tự hành Hình 6: Cấu tạo chung của xe AGV [2] 1. Bộ phận dò đường 7. Bộ điều khiển trung tâm 2.
Cảm biến phát hiện vật cản 8. Bộ phận kết nối xe hàng 3. Cảm biến chống va chạm 9. Cảm biến vị trí 4.
Giao diện người dùng 5. Bộ thu phát sóng từ xa 11. Pin và sạc 12 1. Bánh xe đa hướng [4] [5] Có nhiều cấu hình của hệ thống bánh xe có thể sử dụng khi thiết kế các dạng chuyển động có thể xảy ra của xe.
Do đó, trước khi khảo sát các cấu hình bánh xe có thể khảo sát, ta sẽ nghiên cứu một vài loại bánh xe. Một cách tổng quát, có bốn kiểu loại bánh xe khác nhau có các bậc tự do khác nhau. Do đó, khả năng cơ động hay tính linh hoạt của xe AGV bị ảnh hưởng bởi cấu hình của hệ thống bánh xe và cách chọn bánh xe. Ở dưới hình đưa ra bốn loại bánh xe khác nhau: • Hình a) là bánh xe tiêu chuẩn (standard wheel).
• Hình b) là bánh xe đẩy (castor wheel). • Hình c) là bánh xe đa hướng (Mecanum wheel). • Hình d) là bánh xe có vòng đệm cầu (Spherical wheel). Hình 7: Các loại bánh xe đa hướng [4] Về hai loại bánh xe ở hình a và hình b, cả hai loại bánh xe này đều có một trục quay chính.