Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam tăng trưởng nhanh chóng gắn liền với sự bùng nổ của thương mại điện tử (các sàn Shopee, Lazada, Tiki), hoạt động logistics và quản trị chuỗi cung ứng đóng vai trò trọng yếu trong việc luân chuyển hàng hóa. Tại các cửa hàng bán lẻ và cửa hàng tiện lợi, diện tích mặt bằng lưu kho thường nhỏ hẹp nhưng lại có nhu cầu dự trữ khối lượng hàng hóa lớn, đòi hỏi tốc độ luân chuyển nhanh và hạn chế tối đa sai sót do thao tác thủ công. Thực tiễn chuỗi cung ứng tại Việt Nam hiện nay đối mặt với nhiều rào cản: hạ tầng logistics chưa đồng bộ, thiếu hụt nhân lực vận hành kỹ thuật cao, chi phí đầu tư ban đầu cho công nghệ tự động hóa lớn và công tác bảo mật dữ liệu kho chưa được chú trọng đúng mức.

Nhóm tác giả đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống lưu kho thông minh và robot vận chuyển hàng hóa tự động trên thế giới và tại Việt Nam.
  2. Thiết kế và chế tạo mô hình lưu kho tự động kết hợp robot vận chuyển nhằm khảo sát kết cấu cơ khí, nguyên lý vận hành và tính khả thi trong thực tiễn.
  3. Xây dựng thuật toán điều khiển vị trí chuyển động cho robot vận chuyển.
  4. Thiết kế bản vẽ 2D, 3D bằng phần mềm SolidWorks; tính toán động học, động lực học và mô phỏng chuyển động trên phần mềm MATLAB.
  5. Gia công, lắp ráp hoàn chỉnh mô hình phần cứng và tủ điện điều khiển phục vụ thực nghiệm.
  6. Xây dựng hệ thống quản lý, điều khiển và giám sát thông qua Blazor Web Server, hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL và công nghệ nhận diện mã QR.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động (AS/RS) ứng dụng cơ cấu Cartesian Robot 3 bậc tự do và hệ thống băng tải tiếp nhận, xuất trả hàng.
  • Phạm vi không gian: Mô hình thực nghiệm tại xưởng với quy cách kho hàng dạng module kích thước tổng thể $3200 \times 1500 \times 2000$ (mm), gồm 2 dãy kệ Drive-in đối xứng 2 bên với tổng cộng 18 vị trí lưu trữ pallet.
  • Phạm vi đối tượng hàng hóa: Hàng tiêu dùng nhanh dạng chai/lon dung tích từ 250 ml đến 500 ml, đóng gói trong thùng hàng tiêu chuẩn kích thước $380 \times 280 \times 190$ (mm), khối lượng nâng tối đa của robot là 12 kg (tải trọng thùng hàng tính toán danh định là 10 kg).
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được triển khai và hoàn thành trong Học kỳ II năm học 2023–2024 (nghiệm thu tháng 07 năm 2024).
Thông số thiết kế ban đầu Giá trị kỹ thuật
Kích thước tổng thể kho hàng ($D \times R \times C$) $3200 \times 1500 \times 2000$ mm
Tải trọng lưu trữ tối đa của kho hàng 216 kg
Số lượng kệ hàng lưu trữ 18 ngăn (loại kệ Drive-in)
Số loại hàng hóa quản lý 6 loại
Kích thước thùng hàng danh định $380 \times 280 \times 190$ mm
Khối lượng hàng nâng tối đa ($m_{max}$) 12 kg (tính toán danh định 10 kg)
Vận tốc di chuyển tối đa của các trục ($v_{max}$) 0,5 m/s
Chu kỳ nhập/xuất kho trung bình Khoảng 25 giây / một chu kỳ

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và các khái niệm kỹ thuật được áp dụng trong đề tài:

  • Hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động (AS/RS): Mô hình tích hợp giá kệ lưu trữ mật độ cao, robot bốc xếp cơ học, hệ thống băng chuyển tải và phần mềm quản lý kho WMS.
  • Cartesian Robot (Robot tọa độ Descartes): Cơ cấu chuyển động tuyến tính 3 trục vuông góc $X, Y, Z$ độc lập, định vị điểm đến chính xác trong không gian làm việc hình hộp chữ nhật.
  • Thuật toán điều khiển PID (Proportional - Integral - Derivative): Giải thuật điều khiển vị trí hồi tiếp vòng kín theo công thức rời rạc: $$u(k) = u_P(k) + u_I(k) + u_D(k)$$ với thành phần vi phân $u_D(k) = K_D \frac{e(k) - e(k-1)}{T_s}$, thành phần tích phân tích lũy có bù sai số chống bão hòa (Anti-Windup) $u_I(k) = u_I(k-1) + K_I T_s e(k) + K_b T_s e_{reset}(k)$, giúp triệt tiêu sai số xác lập và hạn chế vọt lố.
  • Tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp OPC: Ứng dụng chuẩn OPC DA (Data Access) và OPC UA (Unified Architecture) làm cầu nối trao đổi dữ liệu hai chiều thời gian thực giữa thiết bị điều khiển cấp dưới (PLC) và ứng dụng phần mềm cấp trên.
  • Công nghệ nhận diện mã vạch 2 chiều (QR Code): Mã hóa thông tin định danh sản phẩm, vị trí ô kệ, ngày nhập kho phục vụ truy xuất tức thời qua thiết bị chụp ảnh công nghiệp.
  • Công nghệ máy chủ web và quản trị dữ liệu: Nền tảng Blazor Web Server tương tác thời gian thực kết hợp hệ quản trị cơ sở dữ liệu MySQL để ghi nhận cấu trúc bảng sản phẩm, danh mục lưu trữ, trạng thái ô kệ và truy xuất nhật ký vận hành ra tệp Excel.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp tổng hợp tài liệu chuyên ngành về robot công nghiệp, hệ thống logistics kho thông minh và truyền thông công nghiệp.
  • Phương pháp tính toán cơ học truyền động: Tính toán công suất động cơ, tỷ số truyền, momen xoắn, ứng suất vít me và độ võng cơ cấu.
  • Phương pháp mô phỏng số: Ứng dụng phần mềm SolidWorks để thiết kế mô hình kết cấu 3D và trích xuất bản vẽ gia công; sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng động học, động lực học và kiểm chứng thuật toán điều khiển vị trí khi có tải và không tải.
  • Phương pháp thực nghiệm: Thi công cơ khí, lắp ráp hệ thống dẫn động, đấu nối tủ điện công nghiệp, lập trình điều khiển PLC, tích hợp camera thị giác máy và đo đạc các thông số vận hành thực tế qua đồ thị số xung phát ra tương ứng với quãng đường.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan

Chương 1 phân tích bối cảnh phát triển của thị trường kho vận thông minh toàn cầu (đạt 600 tỷ USD và dự báo đạt 900 tỷ USD vào năm 2026) và thực trạng chuyển đổi số trong chuỗi cung ứng tại Việt Nam. Tác giả chỉ ra các rào cản lớn đối với các cửa hàng tiện lợi và doanh nghiệp vừa và nhỏ: kho có không gian hẹp, mặt bằng đi thuê ngắn hạn dẫn đến khó triển khai các hệ thống cố định, chi phí đầu tư ban đầu cao. Từ đó, chương xác định mục tiêu nghiên cứu, giới hạn đề tài, các thông số thiết kế ban đầu và phân kỳ nhiệm vụ nghiên cứu.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Nội dung chương trình bày nền tảng lý thuyết về hệ thống AS/RS, cấu trúc Cartesian Robot và giải thuật PID điều khiển chuyển động có lọc nhiễu vi phân và khâu Anti-Windup. Chương cung cấp cấu trúc kết nối của tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp OPC (OPC DA, OPC UA) trong kiến trúc SCADA, nguyên lý phân phối dữ liệu qua Web Server, cấu trúc lưu trữ cơ sở dữ liệu quan hệ MySQL và ưu điểm mã hóa thông tin của mã QR Code trong quản lý hàng tồn kho.

Chương 3: Thiết kế cơ cấu cơ khí

Tác giả tiến hành so sánh 3 phương án thiết kế hệ thống lưu kho: Phương án 1 (Cánh tay robot 6 DOF), Phương án 2 (Cơ cấu robot tuyến tính với 1 dãy kệ) và Phương án 3 (Cartesian Robot đặt giữa 2 dãy kệ Drive-in kết hợp băng tải trung chuyển).

Tiêu chí so sánh Phương án 1 (Robot arm 6 DOF) Phương án 2 (Robot tuyến tính, 1 kệ) Phương án 3 (Cartesian robot, 2 kệ Drive-in, băng tải)
Diện tích lưu kho lớn Không Không Đạt
Đa dạng loại hàng lưu kho Đạt Không Không
An toàn trong vận hành Không Đạt Đạt
Phù hợp nhu cầu thực tế Không Không Đạt
Hiệu quả hoạt động cao Đạt Đạt Đạt
Vệ sinh và sửa chữa Không Đạt Đạt
Bảo trì và nâng cấp Không Đạt Đạt

Dựa trên kết quả phân tích, Phương án 3 được lựa chọn. Tác giả trình bày chi tiết giải pháp thiết kế cho từng trục:

  • Trục Y (Cơ cấu đẩy rút Telescopic): Hoạt động theo nguyên lý truyền động thanh răng - bánh răng kết hợp puly dây đai, cho phép cơ cấu giữ cố định tầng 1 và di chuyển tương đối các tầng 2 và 3 sang hai phía kệ đối xứng. Tính toán hiệu suất $\eta_{ch} = 0,839$, công suất danh định $P_{ct} = 73,64$ W, tỷ số truyền $u = 4$, chọn động cơ AC Servo công suất 200 W, tốc độ 1600 vòng/phút, momen xoắn $T = 1471$ N.mm.
  • Trục Z (Cơ cấu nâng hạ): Ứng dụng bộ truyền vít me - đai ốc với chiều dài trục 1950 mm, vật liệu thép không gỉ, vận tốc di chuyển 0,2 m/s, tổng khối lượng nâng danh định 19 kg (khối lượng hàng 10 kg, trục 6 kg, cơ cấu Y 3 kg).
  • Trục X (Cơ cấu di chuyển dọc kho): Truyền động thông qua dây curoa kết hợp 2 thanh trượt dẫn hướng T10 có bố trí cụm tăng đai chống chùng.
  • Hệ thống băng tải: Sử dụng động cơ giảm tốc DC, con lăn bọc cao su chịu tải, tiếp nhận và trả thùng hàng tại cổng trung chuyển.

Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển hệ thống

Chương 4 thiết kế kiến trúc phần cứng điện - tự động hóa. Hệ thống phân chia thành các khối chức năng rõ ràng:

  • Khối điều khiển trung tâm: Bộ lập trình PLC Mitsubishi FX5UC 32MT/D và máy tính tính toán thị giác Intel NUC 10.
  • Khối cảm biến: Cảm biến quang điện E3F-DS30C4 DC NPN phát hiện vị trí thùng hàng; công tắc hành trình cơ khí KW11 (5A - 250V) xác định giới hạn các trục.
  • Khối chấp hành: Động cơ AC Servo Panasonic A5 công suất 200 W kèm Driver điều khiển vị trí chính xác cho các trục; động cơ giảm tốc DC JGB37-545 24VDC điều khiển băng tải.
  • Khối nguồn và bảo vệ: Aptomat MCB NXB-63 ngắt mạch quá tải, bộ nguồn tổ ong 24V-10A cấp điện áp một chiều ổn định.
  • Khối xử lý ảnh: Camera Basler a2A2840-14gmUV đọc mã QR dán trên thùng hàng. Chương cũng xây dựng mô hình toán động lực học của robot Cartesian và mô phỏng trên MATLAB quỹ đạo chuyển động 3 trục trong hai chế độ: chạy không tải và chạy có tải, chứng minh tính ổn định của hệ thống trước khi vận hành thực tế.

Chương 5: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển

Tác giả thiết kế kiến trúc truyền thông và giao diện người dùng dựa trên nền tảng Blazor Web Server kết nối qua OPC Server đến PLC Mitsubishi FX5UC:

  • Cơ sở dữ liệu MySQL: Tổ chức các bảng quản lý mã hàng, tên sản phẩm, kích thước, trạng thái ô chứa (trống/đầy), tọa độ ô kệ và thời gian xuất/nhập.
  • Giao diện Web Server: Xây dựng màn hình Trang chủ tổng quan; Màn hình Nhập kho (chế độ Tự động Auto và Thủ công Manual); Màn hình Xuất kho theo mã hàng/vị trí; Màn hình Quản lý cơ sở dữ liệu và truy xuất báo cáo thống kê định dạng Excel.
  • Thuật toán điều khiển: Thiết lập các lưu đồ giải thuật cho chu trình nhập kho tự động (nhận kiện -> quét QR -> phân bổ ô trống -> điều khiển Cartesian robot đưa hàng vào kệ), chu trình xuất kho (chọn lệnh -> xác định vị trí -> robot lấy hàng ra băng tải xuất) và giải thuật đồng bộ dữ liệu thời gian thực.

Chương 6: Thi công mô hình điều khiển thực nghiệm

Chương ghi nhận quá trình gia công cơ khí, lắp dựng hệ khung kệ Drive-in 18 ngăn, cân chỉnh cơ cấu trượt dẫn hướng của robot Cartesian, đấu nối tủ điện công nghiệp và lắp đặt camera Basler. Tác giả tiến hành thực nghiệm đo đạc thực tế:

  • Kiểm tra đáp ứng chuyển động của trục X, trục Y, trục Z theo tín hiệu đặt vị trí.
  • Xây dựng đồ thị thực nghiệm thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa quãng đường di chuyển và số xung phát ra từ bộ điều khiển phát xung tốc độ cao của PLC FX5UC.
  • Đánh giá khả năng định vị chính xác thùng hàng vào pallet và sai số vị trí tiếp xúc của cơ cấu đẩy rút telescopic.

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Chương tổng kết toàn bộ các kết quả đạt được về mặt cơ khí, điện tử và phần mềm giám sát; chỉ ra các hạn chế kỹ thuật tồn tại trong mô hình và đề xuất giải pháp cải tiến cùng định hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động được thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh dưới dạng mô hình cơ điện tử tích hợp:

[Camera Basler a2A2840] ---> [Máy tính Intel NUC 10] ---> [Blazor Web Server / MySQL]
                                                                    | (OPC DA/UA)
                                                                    v
[Cảm biến E3F-DS30C4 / KW11] ---> [PLC Mitsubishi FX5UC 32MT/D] ---> [Driver Servo Panasonic A5]
                                              |                             |
                                              v                             v
                                   [Động cơ DC JGB37-545]        [Động cơ AC Servo 200W]
                                              |                             |
                                              v                             v
                                     (Hệ thống Băng tải)           (Robot Cartesian X-Y-Z)

  1. Thiết kế cơ cấu cơ khí:

    • Khung kệ Drive-in 3 tầng, 3 khoang mỗi bên (tổng cộng 18 ô chứa pallet).
    • Trục X dẫn động bằng đai curoa trên hai ray dẫn hướng trục tròn T10 dài hơn 2000 mm, đảm bảo dịch chuyển dọc theo chiều dài kệ.
    • Trục Z nâng hạ cụm chấp hành thông qua trục vít me - đai ốc bi thép không gỉ dài 1950 mm, khử độ rơ và triệt tiêu tải trọng trượt tự do khi mất điện.
    • Trục Y sử dụng cơ cấu phân tầng Telescopic 3 cấp: tầng cơ sở cố định gắn trên trục Z, hai tầng trượt sử dụng bộ truyền thanh răng - bánh răng kết hợp dây đai răng giúp đưa càng gắp vươn sâu vào ô kệ của cả 2 phía đối diện.
    • Băng tải con lăn đặt tại đầu kệ làm nhiệm vụ tiếp nhận thùng hàng đầu vào và chuyển trả hàng hóa đầu ra.

  2. Hệ thống điều khiển và phần cứng:

    • Bộ điều khiển khả trình PLC Mitsubishi FX5UC 32MT/D thực hiện nhận tín hiệu cảm biến quang NPN E3F-DS30C4 và công tắc hành trình KW11, tính toán thuật toán PID và phát chuỗi xung điều khiển vị trí đến Driver Servo Panasonic A5.
    • Động cơ AC Servo Panasonic A5 200W dẫn động trực tiếp các trục chính, duy trì độ chính xác cao và đáp ứng động học tức thời.
    • Hệ thống quét ảnh sử dụng Camera công nghiệp Basler a2A2840-14gmUV độ phân giải cao kết nối với máy tính nhúng Intel NUC 10 để giải mã dữ liệu mã QR từ bề mặt thùng hàng.
    • Tủ điện bố trí phân tầng cách ly mạch động lực và mạch điều khiển, trang bị aptomat MCB NXB-63 và bộ đổi nguồn tổ ong công nghiệp 24V-10A.

  3. Phần mềm điều khiển và giám sát:

    • Xây dựng trên nền tảng Blazor Web Server với giao diện đồ họa trực quan, hỗ trợ điều khiển trên trình duyệt không phụ thuộc thiết bị đầu cuối.
    • Kết nối thông suốt với PLC thông qua giao thức công nghiệp OPC DA/UA.
    • Cơ sở dữ liệu MySQL lưu trữ tập trung dữ liệu sản phẩm, nhật ký thao tác và bảng phân bố trạng thái 18 ô kệ.
    • Tích hợp tính năng xuất báo cáo tồn kho và lịch sử xuất nhập ra tệp bảng tính Excel tự động.

  4. Kiểm thử và vận hành thực nghiệm:

    • Thử nghiệm không tải: Kiểm tra hành trình giới hạn cơ khí, khả năng đáp ứng xung và thời gian đáp ứng của bộ điều khiển PID trên từng trục riêng biệt.
    • Thử nghiệm có tải (thùng hàng khối lượng danh định 10 kg, tối đa 12 kg): Đánh giá độ võng của cơ cấu đẩy rút Telescopic trục Y khi vươn hết tầm; đo độ sai lệch điểm dừng vị trí ô kệ.
    • Kiểm tra chu kỳ tự động: Chu kỳ hoàn chỉnh từ lúc băng tải tiếp nhận thùng hàng, camera Basler nhận diện mã QR, phân bổ vị trí ô trên Web Server, robot Cartesian lấy hàng đưa vào kệ mất trung bình khoảng 25 giây.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm chính của đề tài:

  • Chế tạo thành công mô hình phần cứng hệ thống AS/RS hoàn chỉnh theo đúng thiết kế với kích thước $3200 \times 1500 \times 2000$ (mm), chịu tải tổng cộng 216 kg hàng hóa trên 18 vị trí giá kệ Drive-in.
  • Robot Cartesian 3 bậc tự do vận hành chính xác với vận tốc tối đa đạt $v_{max} = 0,5$ m/s, nâng tải an toàn 12 kg với thời gian thực hiện một chu kỳ xuất/nhập kho trung bình đạt 25 giây.
  • Thuật toán PID điều khiển vị trí thông qua chuỗi xung phát ra từ PLC Mitsubishi FX5UC phối hợp với Servo Panasonic A5 cho thấy mối quan hệ giữa số lượng xung phát ra và quãng đường di chuyển thực tế của các trục $X, Y, Z$ đạt độ tuyến tính cao, triệt tiêu sai số vị trí khi tiếp cận pallet.
  • Triển khai thành công ứng dụng Blazor Web Server và MySQL, cho phép giám sát trực quan trạng thái kho theo thời gian thực, điều khiển xuất nhập kho linh hoạt ở cả 2 chế độ Tự động (Auto) và Bằng tay (Manual), tự động nhận diện mã QR bằng Camera Basler và xuất dữ liệu báo cáo dạng Excel.

Đóng góp của đồ án:

  • Hiện thực hóa mô hình lưu kho tự động AS/RS quy mô nhỏ với chi phí hợp lý, chứng minh tính khả thi của giải pháp lưu trữ hàng hóa mật độ cao cho không gian kho chật hẹp tại các chuỗi cửa hàng tiện lợi và bán lẻ.
  • Làm chủ quy trình thiết kế cơ cấu đẩy rút Telescopic 2 phía kết hợp hệ giá kệ Drive-in đôi, tối ưu hóa không gian hoạt động của robot tịnh tiến.
  • Cung cấp mô hình tích hợp hoàn chỉnh từ cơ khí chính xác, điều khiển chuyển động PLC cấp công nghiệp đến hệ thống phần mềm SCADA giám sát qua nền tảng Web Server hiện đại.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Tính cơ động của hệ thống còn thấp: Kết cấu khung cơ khí và hệ thống giá kệ được lắp ráp cố định, gây khó khăn cho việc tháo lắp và di dời nhanh chóng trong điều kiện các cửa hàng tiện lợi phần lớn phải thuê mặt bằng ngắn hạn hoặc thay đổi địa điểm kinh doanh.
  • Chi phí đầu tư ban đầu cho các thiết bị điều khiển công nghiệp (PLC Mitsubishi, Servo Panasonic, Camera công nghiệp Basler) còn tương đối cao so với quy mô tài chính của các hộ kinh doanh và doanh nghiệp bán lẻ nhỏ.
  • Cấu hình chỉ có 1 cổng băng tải duy nhất dùng chung cho cả đầu vào và đầu ra, khiến hệ thống tại một thời điểm chỉ có thể thực hiện đơn lẻ nhiệm vụ nhập kho hoặc xuất kho, chưa thể thực hiện đồng thời.
  • Kệ Drive-in chỉ tiếp nhận đồng nhất một quy cách pallet và một kích cỡ thùng hàng ($380 \times 280 \times 190$ mm).

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Nghiên cứu thiết kế cơ khí dạng module lắp ghép nhanh nhằm nâng cao tính di động, cho phép mở rộng quy mô giá kệ linh hoạt và dễ dàng tháo dỡ vận chuyển.
  • Nghiên cứu tối ưu hóa vật tư, xem xét các dòng vi điều khiển và cảm biến chi phí thấp hơn để hạ giá thành chế tạo mà vẫn đảm bảo tính ổn định công nghiệp.
  • Cải tiến bố trí cơ cấu 2 cổng băng tải riêng biệt để vận hành song song chu trình nhập kho và xuất kho, nâng cao năng suất phục vụ.
  • Tích hợp thêm các thuật toán Trí tuệ nhân tạo (AI) trong phân tích thói quen tiêu dùng để tự động sắp xếp vị trí các thùng hàng luân chuyển nhanh ở gần cổng ra vào, tối ưu hóa quãng đường di chuyển của robot.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho sinh viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Kỹ thuật Cơ khí và ngành Quản trị Chuỗi cung ứng - Logistics:

  • Phần thiết kế cơ khí (Chương 3): Là tài liệu tham khảo thực tế về các bước tính toán công suất động cơ dẫn động theo tải trọng tĩnh và động, phương pháp thiết kế bộ truyền thanh răng - bánh răng - đai cho cơ cấu đẩy rút Telescopic vươn 2 phía và cách lựa chọn bộ truyền vít me - đai ốc chịu tải nâng phương thẳng đứng.
  • Phần điều khiển và truyền thông (Chương 4 & 5): Cung cấp giải pháp cấu hình phần cứng tủ điện công nghiệp theo tiêu chuẩn, phương pháp kết nối truyền thông giữa PLC Mitsubishi FX5UC với Blazor Web Server qua giao thức OPC DA/UA và cấu trúc cơ sở dữ liệu MySQL phục vụ quản lý xuất nhập hàng bằng mã QR.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu trục Y đẩy rút (Telescopic) hoạt động theo nguyên lý nào và sử dụng loại động cơ gì?
Trục Y hoạt động theo nguyên lý truyền động thanh răng, bánh răng và puly dây đai với kết cấu trượt 3 tầng. Tầng 1 cố định trên bệ trục Z, khi tầng 2 dịch chuyển một đoạn $x$ thì tầng 3 di chuyển tương đối so với tầng 2 một khoảng $x$ (vị trí tương đối của tầng 3 so với tầng 1 là $2x$). Cơ cấu này cho phép càng nâng vươn sang cả 2 bên của hệ thống kệ đối xứng. Trục Y được dẫn động bởi động cơ AC Servo Panasonic A5 công suất 200 W (tốc độ định mức 1600 vòng/phút, tỷ số truyền $u = 4$) kết hợp bộ truyền đai thang và hộp giảm tốc để tạo momen xoắn thực tế 1471 N.mm.

2. Tại sao nhóm tác giả lại lựa chọn phương án thiết kế Cartesian Robot kết hợp 2 dãy kệ Drive-in và băng tải?
Trong 3 phương án khảo sát (Phương án 1 dùng Robot arm 6 bậc; Phương án 2 dùng robot tuyến tính 1 dãy kệ; Phương án 3 dùng Cartesian robot đặt giữa 2 dãy kệ kèm băng tải), nhóm chọn Phương án 3 vì đáp ứng toàn diện các tiêu chí: tối ưu hóa dung tích lưu kho cả chiều dọc lẫn chiều ngang nhờ thiết kế 2 dãy kệ đối xứng, cơ cấu chuyển động tuyến tính đơn giản, dễ bảo trì, dễ lập trình điều khiển vị trí hơn robot arm, tích hợp băng tải tự động hóa khâu cấp và trả hàng, đồng thời có không gian đệm tách rời để thuận tiện sửa chữa thiết bị.

3. Khối điều khiển trung tâm và xử lý thị giác của hệ thống gồm những thiết bị cụ thể nào?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC Mitsubishi FX5UC 32MT/D làm bộ điều khiển trung tâm thực thi thuật toán phát xung điều khiển vị trí Servo; 1 máy tính nhúng Intel NUC 10 xử lý tác vụ thị giác và chạy Web Server; 1 Camera công nghiệp Basler a2A2840-14gmUV kết nối thu nhận ảnh quét mã QR trên thùng hàng; các cảm biến quang điện E3F-DS30C4 DC NPN và công tắc hành trình cơ khí KW11 (5A-250V) giám sát biên và nhận diện vật thể.

4. Các thông số vận hành thực nghiệm cơ bản của mô hình AS/RS đạt được là gì?
Mô hình hoàn thiện có kích thước tổng thể $3200 \times 1500 \times 2000$ (mm), gồm 18 ô kệ Drive-in chứa tải trọng tối đa toàn kho 216 kg. Vận tốc di chuyển tối đa của các trục đạt $v_{max} = 0,5$ m/s, khối lượng nâng hạ tối đa của robot là 12 kg (tương thích thùng hàng $380 \times 280 \times 190$ mm) và chu kỳ thực hiện một lượt nhập hoặc xuất kho đạt trung bình khoảng 25 giây.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế và triển khai hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã giải quyết trọn vẹn bài toán tự động hóa kho hàng quy mô nhỏ cho các cửa hàng tiện lợi. Nghiên cứu đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh gồm hệ thống giá kệ Drive-in 18 ngăn, cơ cấu Cartesian Robot 3 trục dẫn động bằng Servo Panasonic và hệ thống băng tải nhận diện mã QR tự động. Việc tích hợp thành công PLC Mitsubishi FX5UC với giao diện giám sát Blazor Web Server và cơ sở dữ liệu MySQL qua chuẩn OPC đã khẳng định tính thực tiễn cao của mô hình, đồng thời tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc cho các nghiên cứu phát triển kho thông minh dạng module cơ động trong tương lai.