CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về robot vận chuyển hàng hóa AGV 1. Lịch sử phát triển Khái niệm về Robot tự hành AVG là một khái niệm chung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái. Trong công nghiệp Robot tự hành AGV được hiểu là các xe chuyên chở tự động được áp dụng trong các lĩnh vực: Cung cấp, sắp xếp linh kiện tại khu vực kho và sản xuất.
Vận chuyển hàng giữa các trạm sản xuất. Phân phối, cung ứng sản phẩm trong hệ thống kho hàng tự động của hệ thống logictics. Ứng dụng trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị, văn phòng. Chính vì vậy mà Robot tự hành AGV ngày càng trở nên quan trọng đối với sự phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.
Các tiêu chuẩn công nghệ, mức độ kinh nghiệm hiện tại, cùng với công nghệ tự động hóa đã dẫn đến AGV được đưa vào hầu hết các ngành công nghiệp và các lĩnh vực sản xuất khác nhau. Lịch sử của Robot tự hành AGV đã được bắt đầu từ năm 1953 bởi Barrett Electonics Of Northbrook, bang Illinois- USA - quê hương ra đời của nhiều phát minh cải tiến. Trong quá trình phát triển Robot tự hành AGV được chia ra thành các thời kì và được phân biệt với nhau thông qua trình độ công nghệ và sự phản hồi tương tác từ môi trường làm việc đối với hệ thống. Đây cũng có thể được đánh giá là những giai đoạn phát triển trong từng thời kỹ của khoa học, công nghệ của thế giới: Thời kì đầu tiên của Robot tự hành AGV (được minh hoạ ở hình 1.1) Sáng chế đầu tiên về Robot tự hành AGV ứng dụng trong công nghiệp ở Mỹ từ năm 1953, sau đó vài năm là ở những nước châu Âu.
Khoa học công nghệ phát triển, những Robot tự hành đầu tiên được tạo ra và được dẫn đường một cách đơn giản bằng cách sử dụng những sensor thay cho các công tắc hành trình. Những năm đầu của thập niên 50 thế kỉ XX, các nhà sáng chế người Mỹ đã có ý tưởng thay thế người lái xe kéo bằng các thiết bị điều khiển tự động để vận chuyển hàng hóa. Hệ thống Robot tự hành AGV đầu tiên được thiết kế và lắp đặt vào năm 1954 tại công ty Mercury Motor Freight ở Colombia, phía Nam Carolina để vận chuyển những kho hàng đường dài. 1 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 1.1 Robot tự hành AGV trong giai đoạn đầu Hệ thống dẫn đường rất đơn giản các Robot tự hành AGV đi theo các tuyến đường đã được định trước từ điểm này đến điểm kia, bắt đầu bằng lệnh và dừng lại khi nhận ra điểm dừng bằng công tắc hành trình và cảm biến từ đơn giản.
Các các Robot tự hành AGV thời kỳ này không có sự linh hoạt và thường chỉ có thể di chuyển theo một chiều định trước.2 Xe được hướng dẫn tự động bằng cảm biến từ 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thời kì thứ 2 - Bùng nổ của tự động hóa Kỷ nguyên thứ hai phát triển trong 20 năm bắt đầu từ năm 1970 và kết thúc vào đầu những năm 1990. Trong giai đoạn này các tương tác của Robot tự hành AGV với môi trường làm việc đã bắt đầu được thực hiện và tích hợp với hệ thống sản xuất. Khả năng ứng dụng của AGV tăng lên như: có khả năng đảo chiều, dỡ hàng, di chuyển và dừng tại các vị trí định trước. Điều khiển, truyền tín hiệu bằng sóng vô tuyến và tín hiệu hồng ngoại, còn dẫn đường bằng day dẫn hướng hoặc vạch kẻ.
Lĩnh vực được ứng dụng phố biến nhiều nhất trong thời kỳ này là ngành công nghiệp sản xuất Ô tô, đặc biệt là các nhà máy sản xuất ô ở Đức, các Robot tự hành AGV đã trở thành một thành phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất ô tô như: Trong lắp ráp ô tô, Robot tự hành AGV được ứng dụng như một trạm lắp ráp di động. Trong sản xuất linh kiện, Robot tự hành AGV là một mô đun liên kết các máy móc sản xuất theo một quy trình. Các loại Robot tự hành AGV kéo, nâng dùng để cung cấp linh kiện trong dây chuyền sản xuất. Trong công tác kho vận Robot tự hành AGV được ứng dụng để vận hành và phân phối sản phẩm.3 Robot tự hành AGV hoạt động trong nhà máy sản xuất Ô tô 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Thời kì thứ 3- Công nghệ đã được chứng minh Kỷ nguyên thứ ba kéo dài từ giữa những năm 1990 đến năm 2010, trong đó các tiêu chuẩn công nghệ đã được thiết lập.
Các Robot tự hành AGV đã được trang bị các loại cảm biến không tiếp xúc và công nghệ nhận dạng hình ảnh và xử lý tín hiệu bằng các bộ vi xử lý và truyền dữ liệu thông qua hệ thống mạng WLAN. Trong giai đoạn này hệ thống dẫn đường bằng day và vạch kẻ không còn vai trò. Ở thời kỳ này Robot tự hành AGV có các tính năng vượt trội hơn ở thời kỳ thứ 2 như: Tốc độ di chuyển cao hơn trong vận chuyển, vận tải nhờ cải tiến công nghệ cảm biến. Robot tự hành AGV có chi phí thấp hơn, nhưng hoạt động tin cậy hơn.
Tích kiệm niệm năng lượng và có khả năng tự nạp năng lượng. Các Robot tự hành AGV đã được trang bị máy tính công nghiệp để xử lý, kiểm soát thiết bị và tương tác với môi trường làm việc bằng các cảm biến thông minh. Truyền dữ liệu chủ yếu qua WLAN. Thời kì thứ 4 Bùng nổ và thách thức Kỷ nguyên thứ 4 được bắt đầu từ năm 2010 đến nay, những thách thức về chức năng được đặt ra: Hoạt động an toàn, tin cậy, tích hợp.
Liên kết tự động và thông minh hóa. Có khả năng hoạt động theo bầy đàn và nhận dạng các Robot tự hành AGV với nhau, cũng như với các thiết bị trong một dây chuyền sản xuất. Ứng dụng trí tuệ nhân tạo và cơ sở dữ liệu lớn trong vận hành và quản lý hệ thống. Phát triển các ứng dụng khác trong các lĩnh vực của cuộc sống như: bệnh viện, nông nghiệp v.
4 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 1. Cấu tạo của Robot tự hành AGV Cấu tạo cơ bản của Robot tự hành AGV được mô tả trên hình 1.4 bao gồm các bộ phận chính sau: Hình 1.4 Các bộ phận chính của Robot AGV Bộ truyền chuyển động: Có nhiệm vụ truyền động năng từ động cơ quan các bộ giảm tốc đến bánh xe giúp AGV di chuyển một cách linh hoạt và đạt được vận tốc cũng như lực kéo phù hợp, đáp ứng được yêu cầu công việc. Bánh xe chủ động: Phải có độ bám đường tốt nhằm đảm bảo xe không bị trượt trên đường di chuyển khi chịu tải lớn. Bánh xe bị động (vô hướng): Giúp cho việc di chuyển linh hoạt hơn và chịu tải chính, giúp AGV di chuyển linh hoạt trong các khúc cua hay quay đầu.
Hệ thống cảm biến: Giúp AGV nhận dạng đường đi, cũng như phát hiện chướng ngại vật trên đường di chuyển của xe và tương tác với môi trường làm việc. Bộ nguồn nuôi: Ắc quy và pin để nuôi bộ điều khiển trung tâm và cơ cấu chấp hành của AGV. Bộ Driver điều khiển động cơ: Có nhiệm vụ thay đổi chiều quay và tốc độ của động cơ dẫn động hệ thống. Phân loại Robot tự hành AGV Về cơ bản Robot tự hành AGV được phân loại theo chức năng và hệ thống nhận dạng đường đi, dưới đây là các phương pháp phân loại.
5 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 1. Phân loại theo chức năng Khi phân loại theo chức năng thì Robot tự hành AGV lại được phân thành 4 loại như sau: Xe kéo (Towing Vehicle) Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bây giờ vẫn được sử dụng rất phổ biến, loại này có thể kéo được nhiều loại hàng khác nhau và chở được từ 8000-60000 pounds. Ưu điểm của hệ thống xe kéo: Khả năng chuyên chở lớn. Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng như đảm bảo an toàn.
Tăng tính an toàn.5 AGV kéo hàng trong nhà máy 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Xe chở (Unit LoadVehicle) Hình 1.6 Xe chở AGV sử dụng hệ thống nâng, hạ Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là nâng, hạ hay chuyển động bằng băng tải, đai hoặc xích.7 Xe AGV sử dụng hệ thống băng tải 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Loại này có ưu điểm: Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu. Thời gian đáp ứng nhanh gọn. Giảm hư hại sản phẩm. Đường đi linh hoạt.
Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở. Lập kế hoạch hiệu quả. Xe đẩy (CartVehicle) Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ tiền. Chúng được sử dụng để chuyên chở vật liệu và các hệ thống lắp ráp.8 Robot tự hành AGV trong một nhà máy sản xuất cơ khí Xe nâng (ForkVehicle) Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các khối hàng đặt trên giá.
8 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 1.9 Xe nâng tự hành AGV Ưu điểm: Vận chuyển hàng hóa với kích thước lớn, tải trọng lớn. Tuy nhiên, xe cần không gian hoạt động rộng, kích thước xe lớn hơn các loại còn lại.10 Xe nâng AGV hoạt động trong nhà máy thời đại công nghệ 4.0 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 1. Phân loại theo dạng đường đi Loại chạy không đi theo đường dẫn (Free pathnavigation) Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không gian hoạt động. Đây là loại xe AGV có tính linh hoạt cao được định vị, vị trí nhờ các cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscop sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để xác định vị trí các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống định vị cục bộ (Local navigation Location) để xác định tọa độ tức thời.
Việc thiết kế loại xe này đòi hỏi công nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại AGV khác. Loại chạy theo đường dẫn (Fixed pathnavigation) Hình 1.11 Xe AGV chạy theo đường dẫn trên nền Xe AGV thuộc loại này được thiết kế để chạy theo các đường dẫn định sẵn gồm các loại đường dẫn như sau: Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire) chôn ngầm dưới nền sàn.