Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 và xu hướng tự động hóa ngày càng mở rộng, robot tự hành (Autonomous Mobile Robot - AMR) đóng vai trò then chốt trong việc tăng cường năng suất vận hành, tối ưu hóa chuỗi cung ứng nội bộ và giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công trong các nhà máy sản xuất thông minh. Tuy nhiên, để một robot AMR có thể thực hiện linh hoạt các tác vụ chuyên biệt trong dây chuyền sản xuất (như nâng hạ pallet, trung chuyển hàng hóa qua băng chuyền hoặc kéo các xe hàng trung chuyển), hệ thống cần được trang bị các mô-đun phụ kiện cơ điện tử tương thích và có khả năng hoạt động độc lập. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó tại các doanh nghiệp sản xuất trong nước, đề tài "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các phụ kiện cho Robot AMR trong ngành công nghiệp sản xuất thông minh" (Mã số đề tài: 22223DT127) đã được triển khai tại Bộ môn Cơ điện tử, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh với sự phối hợp hỗ trợ kỹ thuật từ Công ty TNHH Giải pháp kỹ thuật Indruino.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm bốn nội dung cụ thể:

  1. Chế tạo các phụ kiện có khả năng hoạt động độc lập nhằm mở rộng chức năng cho robot AMR.
  2. Tăng tỉ lệ tự động hóa ở các công ty, nhà máy đối với các công việc vận chuyển chi tiết, bán thành phẩm giữa các dây chuyền sản xuất.
  3. Giảm tỉ lệ sai sót kỹ thuật và rủi ro lao động cho công nhân trong môi trường sản xuất.
  4. Giúp các doanh nghiệp tối ưu hóa và cắt giảm số lượng nhân công vận hành trực tiếp trên các tuyến vận chuyển nội bộ.

Nhiệm vụ nghiên cứu và các yêu cầu kỹ thuật ban đầu bao gồm: khảo sát yêu cầu khách hàng; đề xuất phương án kết cấu; tính toán, thiết kế và chế tạo 03 bộ phụ kiện hoàn chỉnh (phụ kiện ben nâng, phụ kiện băng tải, phụ kiện móc kéo); thiết kế hệ thống mạch điện, tủ điện điều khiển, lập trình vi điều khiển; vận hành thử nghiệm, hiệu chỉnh cơ khí và thuật toán điều khiển; đảm bảo hệ thống vận hành tương thích với Robot AMR của Indruino, hoạt động ổn định liên tục 8 giờ/ngày và bàn giao cho doanh nghiệp.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Robot AMR, các phụ kiện cơ điện tử tích hợp, hệ thống nhà xưởng sản xuất công nghiệp có ứng dụng AMR, cùng các giải thuật và ngôn ngữ lập trình điều khiển nhúng.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế phần cứng (kết cấu cơ khí, mạch điện tử) và phần mềm điều khiển cho 03 loại phụ kiện lắp đặt trên Robot AMR phục vụ môi trường công nghiệp tại các doanh nghiệp trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng tính toán dựa trên lý thuyết cơ sở về kỹ thuật cơ điện tử và truyền động máy:

  • Khung lý thuyết cơ khí và phần tử chấp hành: Lý thuyết tính toán truyền động đai ma sát, bộ truyền puly - đai, hộp giảm tốc bánh răng; động học và động lực học cơ cấu nâng trượt mặt nghiêng; nguyên lý truyền động tuyến tính của xi lanh điện (Electric cylinder); phân tích ứng suất và biến dạng kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn (FEA) với chuẩn vật liệu thép C45 ($\sigma_b = 600\text{ MPa}$).
  • Khung lý thuyết điều khiển và điện tử: Lý thuyết điều khiển phản hồi vòng kín sử dụng giải thuật PID (Proportional - Integral - Derivative) cho động cơ một chiều (DC Motor); nguyên lý cách ly quang tín hiệu (Optocoupler), mạch logic số (cổng NOR) chống xung đột trạng thái; giao thức truyền thông nối tiếp RS232 và UART.
  • Phương pháp nghiên cứu:
    • Phương pháp thu thập số liệu: Khảo sát các thông số kỹ thuật, catalogue sản phẩm phụ kiện thương mại hiện có trên thị trường thế giới và Việt Nam (MiR, BARY, TZAGV, IT-AGV, AWT).
    • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Phân tích động lực học, tính toán công suất động cơ, tỷ số truyền, lực đẩy xi lanh, kiểm nghiệm độ bền bền mỏi và khả năng biến dạng của trục/thanh đỡ.
    • Phương pháp mô phỏng số: Ứng dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế mô hình 3D, xuất bản vẽ chế tạo 2D và kiểm nghiệm ứng suất tĩnh, chuyển vị, hệ số an toàn bằng công cụ Simulation.
    • Phương pháp thực nghiệm: Gia công cơ khí, lắp ráp tủ điện, nạp chương trình vi điều khiển, hiệu chỉnh thực nghiệm thông số PID trên tải thực tế và thử nghiệm ghép nối trực tiếp với robot AMR.
  • Nguồn dữ liệu: Sổ tay thiết kế chi tiết máy, bảng tra cứu tiêu chuẩn vật liệu, datasheet từ các nhà sản xuất linh kiện công nghiệp (Omron, Schneider, Texas Instruments) và tài liệu kỹ thuật nội bộ của Công ty TNHH Giải pháp kỹ thuật Indruino.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống phụ kiện cho Robot AMR được thiết kế đồng bộ theo 3 phân hệ độc lập, tối ưu hóa về mặt không gian và khả năng tương thích điện - cơ khí với thân robot:

Phụ kiện ben nâng (Lifting Module)

  • Thiết kế cơ khí: Lựa chọn phương án nâng thông qua cơ cấu mặt nghiêng kết hợp cụm con lăn ổ bi trượt (ổ bi đỡ chặn 6000-2Z) thay vì cơ cấu cắt kéo (mắt cáo) nhằm hạ thấp trọng tâm và đơn giản hóa kết cấu chế tạo. Xi lanh điện tạo lực đẩy ngang tác động lên thanh trượt dẫn động mặt nghiêng, biến chuyển động tịnh tiến ngang thành chuyển động nâng thẳng đứng.
  • Hệ thống điều khiển: Bo mạch trung tâm AGV Controller giao tiếp máy tính nhúng AMR qua chuẩn RS232 (module chuyển đổi RS232 to UART). Hệ thống bảo vệ hành trình sử dụng công tắc hành trình V-154-1C25 tại hai vị trí giới hạn trên/dưới, cảm biến tiệm cận quang E3F-DS30F1 phát hiện vật cản/hàng hóa. Tín hiệu cảm biến đi qua mạch cách ly quang PC817 và mạch logic khóa chéo cổng NOR để ngăn ngừa lỗi kích hoạt đồng thời cả hai chiều nâng - hạ.

Phụ kiện băng tải (Conveyor Module)

  • Thiết kế cơ khí: Sử dụng băng tải dây đai PVC bản rộng 250 mm, khoảng cách trục 625 mm, đường kính tang dẫn 75 mm. Thiết kế bố trí cụm động cơ và bộ điều khiển nằm hoàn toàn gọn bên trong khung thân băng tải để tiết kiệm không gian lắp ráp trên thân AMR. Động cơ DC 24VDC 60W (tốc độ định mức 3500 vòng/phút) kết nối qua bộ truyền puly tỷ số $40/12$ và hộp giảm tốc 2GN15K (tỷ số truyền $i = 15$), cho tốc độ đầu ra của tang dẫn đạt 70 vòng/phút, tương ứng vận tốc băng tải 0,35 m/s.
  • Hệ thống điều khiển & Thuật toán PID: Động cơ được gắn bộ đọc encoder quang OMRON E6B2-CWZ6C để phản hồi vị trí và vận tốc. Chương trình điều khiển vi xử lý áp dụng giải thuật PID số nhằm ổn định vận tốc khi nhận tải đột ngột và triệt tiêu hiện tượng vọt lố (overshoot) bằng cách hiệu chỉnh hệ số $K_i, K_p, K_d$. Cảm biến quang E3F-DS30F1 và E3F-DS30C4 được bố trí ở hai đầu băng chuyền để xác định điểm dừng của kiện hàng trong quá trình nạp/dỡ hàng tự động.

Phụ kiện móc kéo (Towing Hook Module)

  • Thiết kế cơ khí: Cơ cấu chốt kẹp kéo mở tự động bằng xi lanh điện hành trình 50 mm, liên kết với đế thông qua trục xoay chịu lực bằng thép. Kết cấu kẹp được tính toán chịu lực kéo giật khi xe hàng bắt đầu khởi hành hoặc phanh dừng.
  • Hệ thống điều khiển: Sử dụng vi điều khiển Arduino Nano V3 kết hợp module hạ áp LM2596, module 2 Relay 5V kích mức cao/thấp, mạch cầu H đảo chiều động cơ xi lanh, mạch cách ly quang và các cảm biến quang E3F-DS30F1, công tắc hành trình giám sát trạng thái kẹp/nhả chốt.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1 làm rõ tính cấp thiết của đề tài trong xu thế tự động hóa công nghiệp và phát triển nhà máy thông minh tại Việt Nam. Tác giả trình bày ý nghĩa khoa học trong việc phân tích dữ liệu cảm biến phục vụ tối ưu hóa dây chuyền, cùng ý nghĩa thực tiễn trong việc tăng tính linh hoạt cho robot AMR. Xác định rõ 4 mục tiêu nghiên cứu, phạm vi phần cứng/phần mềm, phương pháp nghiên cứu và bố cục 6 chương của toàn văn đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này hệ thống hóa các nguyên lý hoạt động của các cụm cơ cấu cơ khí và chấp hành thông dụng:

  • Băng tải (dây đai, con lăn), xi lanh điện công nghiệp (ưu điểm thay thế xi lanh khí nén về khả năng kiểm soát vị trí và không yêu cầu máy nén khí cồng kềnh).
  • Phân loại động cơ điện (DC, AC, bước) và các dạng hộp giảm tốc (bánh răng trụ, bánh răng hành tinh, trục vít).
  • Nguyên lý hoạt động của vi điều khiển xử lý tín hiệu số và các họ cảm biến công nghiệp (quang điện, tiệm cận từ, công tắc hành trình, encoder).

Chương 3: Tổng quan nghiên cứu

Trình bày khảo sát hiện trạng kỹ thuật các phụ kiện robot tự hành trên thị trường quốc tế làm cơ sở tham chiếu:

  • Phụ kiện ben nâng: Khảo sát dòng TML 150 (tải trọng 50–150 kg, kích thước $800 \times 606\text{ mm}$, nâng cao 75–100 mm) và BARY PXS-500 (tải trọng 500 kg, kích thước $1490 \times 553\text{ mm}$, nâng cao 50 mm).
  • Phụ kiện băng tải: Khảo sát các mẫu IT-AGV-C (băng tải con lăn tải trọng 200 kg), AGV-GT80 (tải trọng 80 kg, kích thước $1140 \times 560\text{ mm}$) và AWT (tải trọng lớn 1250 kg, kích thước $3429 \times 1432\text{ mm}$).
  • Phụ kiện móc kéo: Khảo sát dòng MiR Hook 250 (tải kéo tối đa 500 kg, kích thước $645\text{--}895 \times 580 \times 1130\text{--}1220\text{ mm}$) và TZAGV-Q01M (tải kéo 100 kg, kích thước $806 \times 566 \times 400\text{ mm}$).

Chương 4: Thiết kế hệ thống cơ khí

Tập trung tính toán kỹ thuật chi tiết, lựa chọn phương án và kiểm nghiệm ứng suất kết cấu cho từng phụ kiện:

  • Phụ kiện ben nâng:
    • Lựa chọn ổ bi đỡ chặn 6000-2Z có đường kính ngoài $D_{ngoài} = 26\text{ mm}$ (bán kính $AB = 13\text{ mm}$), tải trọng động 4750 N, tải trọng tĩnh 1960 N. Tính toán độ nâng thực tế đạt $h = 25,11\text{ mm}$ (đáp ứng dải thiết kế 20–30 mm).
    • Tính toán lực nâng với khối lượng hàng 30 kg, thanh đẩy 3,5 kg, áp dụng hệ số an toàn $k = 1,5$, xác định lực đẩy yêu cầu $F_A \approx 493\text{ N}$. Lựa chọn xi lanh điện PFDE12V-50-10 (hành trình 50 mm, lực đẩy định mức 900 N, vận tốc 10 mm/s, đường kính trục $\varnothing 6\text{ mm}$).
    • Mô phỏng ứng suất trên SolidWorks cho thanh đỡ vật liệu thép C45: Ứng suất lớn nhất đạt 14,81 MPa (nhỏ hơn nhiều so với giới hạn bền kéo $\sigma_b = 600\text{ MPa}$), độ chuyển vị cực đại $9,778\times 10^{-3}\text{ mm}$, hệ số an toàn kết cấu nhỏ nhất đạt 39.
Thông số thiết kế ben nâng Giá trị tính toán / Tiêu chuẩn
Chiều dài $\times$ Chiều rộng kết cấu $531\text{ mm} \times 398\text{ mm}$
Chiều cao trạng thái hạ - nâng $40\text{ mm} - 65\text{ mm}$
Chiều cao nâng hiệu dụng $25\text{ mm}$
Tải trọng nâng kiểm nghiệm $30\text{ kg}$
Vận tốc nâng hạ $10\text{ mm/s}$
Điện áp làm việc $24\text{ VDC}$

  • Phụ kiện băng tải:

    • Tính toán hình học: Chiều rộng đai $B = 250\text{ mm}$, đường kính tang $D = 75\text{ mm}$, khoảng cách trục $l = 625\text{ mm}$, tổng chiều dài đai $L = 1486\text{ mm}$.
    • Động học và động lực học: Khối lượng hàng $m = 30\text{ kg}$, tải trọng hàng trên mét dài $q_{vl} = 48\text{ kg/m}$, trọng lượng đai $q_b = 1,99\text{ kg/m}$. Lực căng đai nhánh căng $S_v = 37,1\text{ kg}$, lực cản uốn qua tang $W_d = 2,28\text{ kg}$, tổng lực kéo tiếp tuyến $W_c = 19,54\text{ kg}$.
    • Động cơ và truyền động: Tỷ số truyền puly $i_{puly} = 40/12 = 10/3$, hộp giảm tốc $i_{hgt} = 15$, tốc độ tang dẫn $n = 70\text{ vòng/phút}$, vận tốc đai $v = 0,35\text{ m/s}$.
    • Kiểm nghiệm bền trục chủ động và bị động trên SolidWorks: Xác nhận độ biến dạng và ứng suất đều nằm trong giới hạn an toàn cho phép.

  • Phụ kiện móc kéo:

    • Lựa chọn xi lanh điện PFDE12V-50-10 dẫn động cơ cấu kẹp mở.
    • Phân tích lực tác dụng lên trục kết nối giữa đế gá và thanh móc kéo; kiểm nghiệm ứng suất và độ chuyển vị trên SolidWorks đảm bảo khả năng chịu tải giật khi kéo xe hàng.

Chương 5: Thiết kế hệ thống điện điều khiển

Chương này trình bày toàn bộ sơ đồ nguyên lý phần cứng mạch điện, sơ đồ bố trí tủ điện và thuật toán điều khiển:

  • Thiết kế mạch nguồn hạ áp và ổn áp: Module AS2-5-24, LM2596 cấp nguồn 5V/12V cho vi điều khiển và cảm biến từ nguồn tổng 24VDC của robot.
  • Thiết kế mạch công suất và bảo vệ: Mạch cầu H, module 2 Relay 5V đóng cắt dòng điện xi lanh; mạch cách ly quang Opto PC817 bảo vệ chống sét lan truyền và xung nhiễu công nghiệp; mạch logic cổng NOR triệt tiêu xung kích sai lệch.
  • Lập trình giải thuật điều khiển: Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển PID cho động cơ băng tải (sử dụng tín hiệu xung encoder OMRON E6B2-CWZ6C); lưu đồ xử lý logic nạp/trả hàng tự động; lưu đồ điều khiển chu trình nâng/hạ ben và kẹp/nhả móc kéo theo lệnh từ hệ điều hành AMR.

Chương 6: Kết luận – Đề nghị

Tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt tính toán, mô phỏng 3D, gia công cơ khí chính xác và lập trình điều khiển thực nghiệm; đồng thời đề xuất các hướng hoàn thiện hệ thống trong giai đoạn tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính

Đồ án đã chế tạo thành công cả 03 bộ phụ kiện hoàn chỉnh với các thông số vận hành thực tế đạt chuẩn theo yêu cầu thiết kế ban đầu:

Hạng mục thông số Phụ kiện Ben nâng Phụ kiện Băng tải Phụ kiện Móc kéo
Kích thước bao ($D \times R \times C$) $531 \times 398 \times 40\text{--}65\text{ mm}$ $750 \times 350 \times 200\text{ mm}$ (ước tính khung) Tối ưu theo chuẩn gá AMR
Hành trình / Chiều cao nâng $25\text{ mm}$ Không áp dụng $50\text{ mm}$ (hành trình xi lanh)
Tải trọng danh định $30\text{ kg}$ $30\text{ kg}$ $30\text{--}50\text{ kg}$
Vận tốc làm việc $10\text{ mm/s}$ $0,35\text{ m/s}$ ($70\text{ rpm}$) $10\text{ mm/s}$
Điện áp hoạt động $24\text{ VDC}$ $24\text{ VDC}$ $12\text{--}24\text{ VDC}$
Cơ cấu chấp hành chính Xi lanh điện PFDE12V/24V Động cơ DC 60W + Hộp số $i=15$ Xi lanh điện PFDE12V-50-10
Cảm biến giám sát E3F-DS30F1, V-154-1C25 E3F-DS30F1/C4, E6B2-CWZ6C E3F-DS30F1, Công tắc hành trình
Vi điều khiển / Xử lý AGV Controller Mạch vi điều khiển + PID Arduino Nano V3

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Đề xuất kết cấu nâng trượt mặt nghiêng sử dụng con lăn ổ bi 6000-2Z thay thế cơ cấu nâng cắt kéo truyền thống, giúp cơ cấu gọn nhẹ, chiều cao ban đầu chỉ 40 mm, giảm đáng kể sai số lệch tâm.
  • Đề xuất giải pháp tích hợp toàn bộ động cơ DC, bộ truyền puly - đai và hộp giảm tốc 2GN15K vào không gian bên trong khung băng tải, giúp phụ kiện có kích thước ngoài tối giản.
  • Thiết kế mạch logic khóa cứng bằng cổng NOR kết hợp cách ly quang PC817, giải quyết triệt để rủi ro xung đột tín hiệu điều khiển đảo chiều động cơ xi lanh.
  • Ứng dụng giải thuật PID số xử lý tín hiệu phản hồi từ encoder Omron để duy trì ổn định tốc độ băng tải khi thay đổi tải trọng hàng hóa.

Đóng góp thực tiễn

  • Làm chủ quy trình từ khâu tính toán lý thuyết, mô phỏng kiểm nghiệm bền FEA, gia công chế tạo cơ khí đến lập trình hệ thống nhúng cho các phụ kiện AMR tại Việt Nam.
  • Cung cấp sản phẩm phụ kiện mẫu có khả năng lắp lẫn và giao tiếp tương thích hoàn toàn với nền tảng robot AMR công nghiệp của doanh nghiệp đối tác (Công ty Indruino), giúp giảm giá thành đầu tư so với việc nhập khẩu phụ kiện từ nước ngoài.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Tải trọng nâng thực nghiệm của phụ kiện ben nâng đạt mức 30 kg (chưa khai thác hết mục tiêu thiết kế ban đầu là 50 kg do giới hạn công suất xi lanh kiểm nghiệm).
  • Kết cấu băng tải tích hợp bộ điều khiển bên trong lòng trục gây khó khăn nhất định cho thao tác tháo lắp, bảo trì và sửa chữa khi có sự cố.
  • Cơ cấu nâng trượt đôi khi xuất hiện sai lệch cơ học nhỏ trong quá trình chuyển động nếu bề mặt tiếp xúc con lăn và mặt nghiêng không được bôi trơn định kỳ.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Nghiên cứu tối ưu hóa vật liệu, tăng công suất xi lanh điện và động cơ kéo để nâng cao tải trọng làm việc của ben nâng lên trên 100 kg và móc kéo lên 200–500 kg.
  • Nâng cấp thuật toán điều khiển PID tự điều chỉnh thông số (Auto-tuning PID) và tích hợp các chuẩn truyền thông công nghiệp không dây (Wi-Fi, CAN bus, ROS - Robot Operating System) nhằm đồng bộ hóa sâu hơn với hệ thống quản lý hạm đội robot (Fleet Management).
  • Cải tiến kết cấu cơ khí theo dạng mô-đun tháo lắp nhanh (Quick-release) giúp rút ngắn thời gian bảo dưỡng và thay thế phụ kiện trên dây chuyền sản xuất.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo ứng dụng thực tế cao:

  • Đối tượng thụ hưởng: Sinh viên, học viên cao học các ngành Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Cơ khí Chế tạo máy, Tự động hóa và Robot công nghiệp; các kỹ sư R&D thiết kế hệ thống vận chuyển tự động AGV/AMR trong nhà máy.
  • Nội dung giá trị chuyên sâu:
    • Phương pháp tính toán động học và động lực học chi tiết cho hệ thống băng tải dây đai PVC dẫn động gián tiếp qua hộp giảm tốc và puly.
    • Trình tự thiết kế, chọn ổ bi, tính toán góc nâng mặt nghiêng và quy trình kiểm nghiệm ứng suất/chuyển vị bằng SolidWorks Simulation.
    • Sơ đồ nguyên lý mạch điện tử công nghiệp: mạch cách ly quang chống nhiễu, mạch logic khóa chéo cổng NOR cho relay và lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc PID động cơ DC dùng encoder.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lựa chọn cơ cấu nâng mặt nghiêng kết hợp ổ bi thay vì cơ cấu nâng cắt kéo (mắt cáo)?
Trả lời: Theo phân tích tại Chương 4, cơ cấu nâng cắt kéo có nhược điểm gia công chế tạo phức tạp và trọng tâm hàng hóa dễ bị lệch khi nâng lên cao. Phương án cơ cấu nâng trượt mặt nghiêng sử dụng con lăn ổ bi 6000-2Z có kết cấu cơ khí đơn giản, trọng tâm thấp, độ tin cậy cao và dễ dàng gia công, bảo trì.

2. Ổ bi số hiệu 6000-2Z được tính toán lựa chọn dựa trên những cơ sở nào và mang lại chiều cao nâng bao nhiêu?
Trả lời: Dựa trên góc nghiêng cơ cấu $\alpha = 30^\circ$ và hành trình xi lanh 50 mm, tác giả tính toán bán kính ngoài của ổ bi $AB$ phải nằm trong khoảng $0 < AB < 30,718\text{ mm}$ để đạt chiều cao nâng thiết kế 20–30 mm. Ổ bi 6000-2Z có đường kính ngoài 26 mm (bán kính $AB = 13\text{ mm}$), tải trọng động 4750 N, tải trọng tĩnh 1960 N, cho chiều cao nâng chính xác là 25,11 mm.

3. Kết quả kiểm nghiệm ứng suất và độ biến dạng của thanh đỡ phụ kiện ben nâng trên phần mềm SolidWorks cho ra số liệu như thế nào?
Trả lời: Với vật liệu thép C45 ($\sigma_b = 600\text{ MPa}$) dưới lực tác dụng 493 N, kết quả mô phỏng cho thấy: ứng suất lớn nhất sinh ra trên thanh đỡ là 14,81 MPa, độ chuyển vị lớn nhất là $9,778\times 10^{-3}\text{ mm}$ và hệ số an toàn nhỏ nhất đạt 39, chứng minh kết cấu hoàn toàn đủ bền chịu lực.

4. Hệ thống truyền động của phụ kiện băng tải được cấu thành từ những bộ phận nào và đạt tốc độ làm việc bao nhiêu?
Trả lời: Băng tải sử dụng động cơ DC 24VDC 60W (tốc độ 3500 vòng/phút), kết nối qua bộ puly tỷ số truyền $40/12 = 10/3$ và hộp giảm tốc 2GN15K có tỷ số truyền $i = 15$. Tốc độ quay của tang dẫn động đường kính 75 mm đạt 70 vòng/phút, tạo ra vận tốc kéo băng tải là 0,35 m/s.

5. Mạch điện điều khiển ben nâng sử dụng giải pháp nào để chống hiện tượng ngắn mạch hoặc xung đột trạng thái nâng/hạ?
Trả lời: Hệ thống tích hợp mạch logic cổng NOR kết hợp mạch cách ly tín hiệu cảm biến bằng Opto PC817 và module 2 Relay 5V. Mạch logic khóa chéo này ngăn chặn trạng thái cả hai relay nâng và hạ cùng đóng một lúc khi có tín hiệu điều khiển sai lệch hoặc nhiễu điện từ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành toàn diện việc nghiên cứu, thiết kế cơ khí, chế tạo mạch điều khiển và thử nghiệm thực tế 03 bộ phụ kiện chuyên dụng (ben nâng, băng tải, móc kéo) cho Robot AMR. Mọi thông số tính toán động lực học, kiểm nghiệm ứng suất phần tử hữu hạn và thuật toán điều khiển PID đều được thẩm định chính xác thông qua mô hình thực nghiệm. Sản phẩm chứng minh tính khả thi cao, đáp ứng đầy đủ yêu cầu làm việc ổn định trong môi trường sản xuất thông minh và tương thích hoàn toàn với nền tảng robot công nghiệp hiện nay.