Chương 1: Giới thiệu. • Chương 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài. • Chương 3: Cơ sở lý thuyết. • Chương 4: Các giải pháp thực hiện đề tài và tính toán thiết kế hệ thống cơ khí.
• Chương 5: Tính toán thiết kế hệ thống điện và bộ điều khiển PID cho động cơ. • Chương 6: Xây dựng thuật toán di chuyển cho robot dựa trên cảm biến lidar và cảm biến từ trường. • Chương 7: Thực nghiệm và đánh giá. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2.
Sự phát triển của robot hiện nay nay. Robot ngày nay đã phát triển vượt bậc so với những thế hệ đầu tiên, với sự tiến bộ mạnh mẽ trong các lĩnh vực công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI), cơ học, và tự động hóa. Những cải tiến này đã mang lại cho robot khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ phức tạp mà trước đây chỉ có con người mới có thể làm được. Các lĩnh vực ứng dụng của robot: ▪ Công nghiệp và sản xuất: Robot được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy để lắp ráp, hàn, sơn và kiểm tra sản phẩm.
Những robot này không chỉ giúp tăng năng suất mà còn giảm thiểu sai sót và rủi ro cho công nhân. ▪ Y tế: Trong lĩnh vực y tế, robot hỗ trợ phẫu thuật với độ chính xác cao, giúp thực hiện những ca mổ phức tạp. Ngoài ra, robot còn được sử dụng để chăm sóc bệnh nhân, giúp đỡ các công việc điều dững và vận chuyển thiết bị y tế. ▪ Dịch vụ và giải trí: Robot phục vụ tại nhà hàng, khách sạn và thậm chí trong các gia đình để thực hiện những công việc như lau dọn nhà cửa, chăm sóc người già và trẻ em.
Các robot này không chỉ tiện ích mà còn mang tính giải trí cao. ▪ Khám phá và nghiên cứu: Robot được sử dụng trong các nhiệm vụ khám phá không gian, thám hiểm đại dương và các môi trường nguy hiểm khác mà con người khó tiếp cận. Những robot này giúp thu thập dữ liệu và thực hiện các thí nghiệm khoa học. Giới thiệu về robot AGV AGV (Automated Guided Vehicle) là loại robot tự hành được thiết kế để vận chuyển hàng hóa và vật liệu trong các môi trường công nghiệp và kho vận.
Với khả năng di chuyển tự động mà không cần sự can thiệp của con người, AGV đã trở thành một phần quan trọng trong các qui trình tự động hóa hiện đại. Các loại AGV và ứng dụng của chúng gồm: ▪ AGV kéo (Tow AGV): Là loại AGV thường được sử dụng để kéo các toa hàng hoặc xe hàng, thường thấy trong các nhà máy sản xuất và trung tâm phân phối. ▪ AGV vận chuyển (Unit Load AGV): Được thiết kế để vận chuyển các đơn vị tải trọng như pallet, thùng hàng. Chúng thường được sử dụng trong kho hàng và các dây chuyền sản xuất.
5 ▪ AGV nâng (Forklift AGV): Chức năng tương tự như xe nâng tự động, dùng để nâng và xếp hàng hóa lên kệ hoặc vận chuyển đến các vị trí khác trong nhà kho. ▪ AGV phục vụ (Service AGV): Dùng trong các môi trường phi công nghiệp như bệnh viện, khách sạn để vận chuyển các vật dụng, thực phẩm, thuốc men.1 Hình ảnh robot KUKA AGV KMP 600-S Được thiết kế bởi KUKA với tốc độ lên đến 2 m/s, nền tảng robot di động KMP 600-S không chỉ nhanh mà còn đáp ứng các yêu cầu an toàn cao nhất nhờ máy quét laser và phát hiện đối tượng 3D, đưa phương tiện dẫn đường tự động trong công nghiệp lên một tầm cao mới.2 Hình ảnh robot MEGVII MegBot-T800 Robot MEGVII MegBot-T800 lấy cảm hứng từ mắt đại bàng để đưa ra một thiết kế mới phá vỡ hình dạng của robot AGV. Hình dạng chiếc xe hạng nhẹ tương lai thể hiện công nghệ và thuật toán thông minh, chính xác nhanh chóng thúc đẩy hiệu suất của nó. • Lợi ích của robot AGV ▪ Tăng năng suất: AGV giúp tăng tốc độ và hiệu quả của các quy trình vận chuyển, giảm thời gian chờ đợi và tối ưu hóa luồng công việc.
6 ▪ Giảm chi phí lao động: Với AGV, nhu cầu sử dụng nhân lực cho các công việc vận chuyển đơn giản được giảm thiểu, từ đó tiết kiệm chi phí nhân công. ▪ Cải thiện an toàn: Giảm thiểu tai nạn lao động và nâng cao an toàn cho nhân công. ▪ Khả năng mở rộng: Mạng lưới AGV dễ dàng được điều chỉnh và mở rộng theo quy mô và nhu cầu sản xuất, logistics. • Một số hạn chế: ▪ Chi phí ban đầu: Đầu tư ban đầu cao cho thiết bị và lắp đặt.
▪ Yêu cầu bảo trì bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo độ tin cậy. ▪ Khả năng định vị: Có thể bị gián đoạn bởi các thay đổi trong môi trường hoặc bố trí sàn. • Xu hướng tương lai của AGV: ▪ Tích hợp AI và ML: Việc tích hợp AL và ML, thị giác máy tính… giúp nâng cao khả năng ra quyết định và thực hiện những yêu cầu phức tạp hơn. ▪ Tích hợp công nghệ IoT: Việc tích hợp công nghệ IoT giúp tăng cường khả năng kết nối và giám sát, giúp người dùng quản lý hệ thống các AGV theo thời gian thực.
▪ Thân thiện với môi trường: Phát triển các AGV tiết kiệm năng lượng và bền vững. Máy quấn màng PE Máy quấn màng PE (Polyethylene) là thiết bị tự động hoặc bán tự động dùng để quấn màng PE quanh các sản phẩm, hàng hóa hoặc pallet nhằm bảo vệ, cố định và ổn định trong quá trình vận chuyển và lưu trữ. Máy quấn màng PE giúp tăng cường sự an toàn cho hàng hóa, sản phẩm, ngăn ngừa hư hỏng và giữ hàng hóa sạch sẽ, tránh hư hại do bụi bẩn và các tác động từ môi trường. Phân loại máy quấn màng PE: • Phân loại theo tính tự động: ▪ Máy quấn màng PE tự động: Hoạt động hoàn toàn tự động, từ việc đưa pallet vào máy đến quấn màng và cắt màng.
▪ Máy quấn màng PE bán tự động: Cần có sự can thiệp của người vận hành trong một số công đoạn như đặt pallet lên máy và cắt màng. ▪ Máy quấn màng PE cầm tay: Thiết bị nhỏ gọn, thích hợp cho công việc quấn màng nhẹ và di động. • Theo tính linh hoạt: 7 ▪ Máy quấn màng PE di động: Là loại máy quấn màng được thiết kế để có thể di chuyển linh hoạt xung quanh kiện hàng cần quấn màng PE. Ưu điểm là phù hợp cho các kiện hàng có kích thước lớn, di chuyển nâng đỡ khó khăn.
▪ Máy quấn màng PE cố định: Được thiết kế để đặt cố định ở nơi làm việc. Ưu điểm là dễ dàng thao tác và sử dụng nhanh chóng.3 Máy quấn màng PE cố định Hình 2.4 Quấn màng PE thủ công bằng tay 8 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. Các cơ cấu hoạt động phổ biến trong robot AGV Robot di động thường có cấu hình di chuyển trên bánh xe (cơ cấu hai bánh vi sai) do thuận lợi trong việc điều khiển. Với cơ cấu này, robot dễ dàng di chuyển trên nền phẳng như siêu thị và nhà kho là thuận lợi nhất.1 Nguyên lý hoạt động của cơ cấu bánh vi sai Kiểm soát tốc độ vi sai hoặc kiểm soát số vòng quay của mỗi bánh xe là phương pháp điều khiển AGV phổ biến nhất.
Nó sử dụng hai bánh dẫn động độc lập, mỗi bánh được dẫn động ở một tốc độ khác nhau hoặc cùng tốc độ nhưng số vòng quay khác nhau để rẽ trái phải, hoặc đi thẳng. Ngoài hai bánh chủ động, có thể thêm một hoặc một vài bánh tự dẫn, để cân bằng robot.2 Cơ cấu điều khiển một bánh dẫn hướng Điều khiển dựa trên một bánh dẫn hướng là một phương pháp phổ biến khác được sử dụng chủ yếu trong các phương tiện ba bánh. Trong cấu hình robot này, bánh dẫn hướng được gắn encoder kiểm soát góc xoay nhằm dẫn hướng di chuyển cho robot. Bánh dẫn hướng này có thể là bánh xe dẫn động chính hoặc cũng có thể là bánh xe bị động, lúc này, robot được dẫn động bởi các bánh xe còn lại.3 Cơ cấu điều khiển kết hợp Loại AGV thứ ba kết hợp các phương pháp điều khiển vi sai và lái.
Hai động cơ lái/truyền động độc lập với bộ mã hóa gia tăng phù hợp được đặt ở các góc chéo của AGV. Bánh xe xoay được đặt ở các góc đối diện. Điều này cho phép xe rẽ theo hình vòng cung. Nó cũng có thể di chuyển ngang hoặc theo bất kỳ hướng nào và nó có thể lái ở chế độ vi sai theo bất kỳ hướng nào.
Dựa vào việc phân tích các cơ cấu hoạt động trên nhóm đã quyết định lựa chọn cơ cấu vi sai với 2 bánh chủ động và 2 bánh bị động, nhằm điều khiển dễ dàng với góc xoay đa dạng và khả năng chịu tải. Hai bánh chuyển động bởi 2 động cơ vì vậy nó có thể quay không đồng tốc và không cần thiết kế cơ cấu lái. Đồng thời ở các nhà hàng hiện nay cũng đang sử dụng cơ cấu này. Vì thế việc đưa cơ cấu này để sử dụng là hoàn toàn hợp lý.
Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative Controller) là một công cụ điều khiển tự động có phản hồi được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Bộ điều khiển này giúp duy trì một biến quá trình (process variable) ở mức giá trị mong muốn (setpoint) bằng cách điều chỉnh đầu ra của hệ thống điều khiển. Bộ điều khiển PID hoạt động dựa trên ba thành phần chính: • Thành phần tỷ lệ P (Proportional): Thành phần tỷ lệ tao ra một đầu ra tỷ lệ với sai lệch hiện tại giữa giá trị mong muốn và giá trị thực tế của biến quá trình.𝑒(𝑡) ▪ Trong đó: P: Đầu ra của thành phần tỷ lệ. 𝐾𝑝 : Hệ số tỷ lệ.
10 • Thành phần tích phân I (Integral): Thành phần tích phân xử lý sai lệch tích lũy theo thời gian, giúp loại bỏ sai lệch tồn đọng lâu dài.∫0 𝑒(𝑡 )𝑑𝑡 ▪ Trong đó: I: Đầu ra của thành phần tích phân. 𝐾𝑖 : Hệ số tích phân. 𝑡 ∫0 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡: Sai lệch tích lũy. • Thành phần vi phân D (Derivative): Thành phần vi phân dự đoán xu hướng sai lệch tương lai dựa trên tốc độ thay đổi của sai lệch hiện tại.
𝑑𝑡 ▪ Trong đó: D: Đầu ra của thành phần vi phân. 𝐾𝑑 : Hệ số vi phân. 𝑑𝑒(𝑡) : Tốc độ thay đổi của sai lệch. 𝑑𝑡 Đầu ra tổng quát của bộ điều khiển PID là tổng hợp của ba thành phần trên: 𝑡 𝑑𝑒(𝑡) 𝑢(𝑡) = 𝐾𝑃 .1 0 𝑑𝑡 Trong đó: 𝑢(𝑡): Đầu ra của bộ điều khiển PID.
𝑒(𝑡): Sai lệch hiện tại. 𝑦𝑠𝑝 : Giá trị mong muốn. 𝑦(𝑡): Giá trị phản hồi.