Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế Cánh Tay Robot Kết Hợp Xe Tự Hành Lấy Hàng Trong Môi Trường Nhà Kho

• Tác giả: Ngô Hoàng Thiện
• Người hướng dẫn: PGS.TS Vũ Văn Phong
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Và Điều Khiển Cánh Tay Robot Kết Hợp Xe Tự Hành Lấy Hàng Theo Đơn Trong Môi Trường Nhà Kho
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• BẢN CAM KẾT VÀ XÁC NHẬN KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐẠO VĂN
• NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
• PHIẾU NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Mô hình toán của hệ xe hai bánh vi sai
• 2.2. Động học thuận. Động học nghịch. Momen xoắn cho cánh tay
• 2.3. Bài toán người bán hàng (TSP)
• 2.4. Thuật toán tối ưu đàn kiến (ACO)
• 2.5. Thuật toán Dijsktra’s
• 2.6. Thuật toán DWA
• 2.7. Tổng quan về hệ điều hành robot (ROS)
• 2.7.1. ROS File System Level
• 2.7.2. ROS Computation Graph Level
• 2.7.3. ROS Community Level
• 2.8. Giới thiệu về phần mềm
• 2.8.1. Giới thiệu phần mềm Gazebo
• 2.8.2. Giới thiệu về phần mềm Rviz
• 2.8.3. Giới thiệu về Turtlebot3
• 2.8.4. Giới thiệu về gói Navigation Stack trong ROS
• 2.8.5. Giới thiệu về Qt Designer
• 2.8.6. Giới thiệu về Web Server
• 2.8.7. Giới thiệu về ReactJS
• 2.8.8. Giới thiệu về EmailJS
• 2.8.9. Giới thiệu về Firebase
• 2.9. Cách xác định vị trí xe trên bản đồ
• 2.10. Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo lường chuyển động (IMU)
• 2.11. Nguyên lý hoạt động của cảm biến Encoder
• 2.12. Nguyên lý hoạt động của xử lý ảnh
• 2.13. Phương pháp nhận diện màu sắc
• 2.14. Xác định vị trí của vật trên khung ảnh
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 3.1. Yêu cầu thiết kế
• 3.2. Sơ đồ khối mô tả hệ thống
• 3.3. Thiết kế khung xe và cánh tay 3 bậc
• 3.3.1. Bản vẽ khung xe
• 3.3.2. Bản vẽ cánh tay
• 3.4. Tính toán lựa chọn và lựa chọn động cơ cánh tay
• 3.4.1. Thiết kế khớp 3 của cánh tay 3 bậc
• 3.4.2. Thiết kế khớp 2 của cánh tay 3 bậc
• 3.4.3. Thiết kế khớp 1 của cánh tay 3 bậc
• 3.4.4. Chọn động cơ cho từng khớp
• 3.4.5. Tính toán tải trọng tối đa của cánh tay
• 3.5. Tính toán và chọn động cơ cho xe tự hành
• 3.6. Lựa chọn các thiết bị khác cho hệ cánh tay robot di động
• 3.6.1. Vi điều khiển Arduino Mega 2560
• 3.6.2. Máy tính nhúng Jetson Nano
• 3.6.3. Cảm biến Lidar A1M8
• 3.6.4. Cảm biến góc IMU MPU6050
• 3.6.5. Nguồn cấp cho Jetson Nano
• 3.6.6. Nguồn Pin Lithium 12V10A
• 3.7. Lắp ráp phần cứng
• 3.8. Bộ điều khiển PID
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 4.1. Thiết lập bản đồ cho robot (Map)
• 4.2. Binary Occupancy Grid Map
• 4.3. Định vị cho Robot và các đặc điểm trạm trên bản đồ có sẵn (Localization)
• 4.4. Giải bài toán TSP cho các trạm bằng thuật toán ACO
• 4.5. Quy hoạch đường đi toàn cục tối ưu cho robot bằng thuật toán Dijsktra
• 4.6. Sử dụng thuật toán DWA cho robot né tránh vật cản
• 4.7. Thiết kế web server cho khách hàng
• 4.8. Tổng quan về Web Server
• 4.9. Truyền nhận dữ liệu giữa Web Server và GUI
• 4.10. Thiết kế giao diện người dùng cho người vận hành
• 4.10.1. Tổng quan về giao diện
• 4.10.2. Trang About Us
• 4.11. Quy trình xử lý ảnh và hoạt động của cánh tay robot
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN
• 5.1. Kết quả mô phỏng
• 5.1.1. Mô phỏng thuật toán ACO trên phần mềm Matlab
• 5.1.2. Mô phỏng thuật toán Dijkstra’s trên phần mềm Matlab
• 5.1.3. Mô phỏng thuật toán DWA
• 5.1.4. Mô phỏng hệ hai bánh vi sai trên phần mềm Matlab
• 5.2. Vẽ bản đồ bằng phương pháp Gmapping trong ROS
• 5.3. Bài toán TSP trong ROS
• 5.4. Kết quả thực tế
• 5.4.1. Điều khiển PID vận tốc bánh xe
• 5.4.2. Điều khiển PID vị trí cánh tay
• 5.4.3. Vẽ bản đồ bằng phương pháp Gmapping
• 5.4.4. Chạy ITSP với 5 trạm trong map thực tế
• 5.4.5. Các trường hợp gắp hàng
• 5.4.6. Thử nghiệm tránh vật cản tĩnh và vật cản động
• 5.4.7. Chế độ chạy auto và manual trên GUI
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Cánh Tay Robot Kết Hợp Xe Tự Hành

Thiết kế cánh tay robot kết hợp xe tự hành trong nhà kho đang trở thành xu hướng quan trọng trong ngành công nghiệp 4.0. Sự kết hợp này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển hàng hóa mà còn nâng cao hiệu quả làm việc trong môi trường nhà kho thông minh. Cánh tay robot có khả năng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp như gắp hàng, trong khi xe tự hành đảm bảo di chuyển linh hoạt và chính xác.

1.1. Lợi Ích Của Cánh Tay Robot Trong Nhà Kho

Cánh tay robot giúp giảm thiểu thời gian và công sức trong việc lấy hàng. Với khả năng tự động hóa, robot có thể hoạt động liên tục mà không cần nghỉ ngơi, từ đó tăng năng suất làm việc.

1.2. Vai Trò Của Xe Tự Hành Trong Quy Trình Logistics

Xe tự hành đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển hàng hóa từ vị trí này sang vị trí khác trong nhà kho. Chúng giúp giảm thiểu sai sót và tăng cường độ chính xác trong quy trình logistics.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Cánh Tay Robot Kết Hợp Xe Tự Hành

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế cánh tay robot kết hợp xe tự hành cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ chính xác trong việc gắp hàng, khả năng di chuyển trong không gian hạn chế và sự tương tác giữa các thiết bị là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ Chính Xác Trong Gắp Hàng

Độ chính xác của cánh tay robot là yếu tố quyết định đến hiệu quả làm việc. Việc thiết kế các cảm biến và thuật toán điều khiển chính xác là rất cần thiết để đảm bảo robot có thể gắp hàng một cách chính xác.

2.2. Khả Năng Di Chuyển Trong Không Gian Hạn Chế

Xe tự hành cần phải có khả năng di chuyển linh hoạt trong không gian hạn chế của nhà kho. Việc tối ưu hóa thiết kế và sử dụng các thuật toán điều khiển là rất quan trọng để giải quyết vấn đề này.

III. Phương Pháp Thiết Kế Cánh Tay Robot Kết Hợp Xe Tự Hành

Để thiết kế cánh tay robot kết hợp xe tự hành hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng mô hình hóa và mô phỏng là rất quan trọng trong quá trình thiết kế.

3.1. Mô Hình Hóa Cánh Tay Robot

Mô hình hóa cánh tay robot giúp xác định các thông số kỹ thuật cần thiết. Sử dụng phần mềm CAD để thiết kế và mô phỏng giúp phát hiện sớm các vấn đề trong thiết kế.

3.2. Mô Phỏng Xe Tự Hành

Mô phỏng xe tự hành trong môi trường ảo giúp kiểm tra khả năng di chuyển và tương tác với các đối tượng khác. Điều này giúp tối ưu hóa thiết kế trước khi sản xuất thực tế.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Cánh Tay Robot Kết Hợp Xe Tự Hành

Cánh tay robot kết hợp xe tự hành đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành logistics và sản xuất. Những ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả công việc.

4.1. Ứng Dụng Trong Ngành Logistics

Trong ngành logistics, cánh tay robot kết hợp xe tự hành giúp tự động hóa quy trình lấy hàng và vận chuyển, từ đó giảm thiểu thời gian và chi phí.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Sản Xuất

Trong sản xuất, việc sử dụng cánh tay robot giúp tăng cường độ chính xác và hiệu quả trong các quy trình lắp ráp và kiểm tra sản phẩm.

V. Kết Luận Về Thiết Kế Cánh Tay Robot Kết Hợp Xe Tự Hành

Thiết kế cánh tay robot kết hợp xe tự hành là một bước tiến quan trọng trong việc tự động hóa nhà kho. Với những lợi ích vượt trội, công nghệ này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng ứng dụng trong tương lai.

5.1. Tương Lai Của Công Nghệ Robot

Công nghệ robot sẽ tiếp tục phát triển với sự cải tiến về trí tuệ nhân tạo và cảm biến, giúp nâng cao khả năng tự động hóa trong nhiều lĩnh vực.

5.2. Định Hướng Phát Triển Trong Ngành Công Nghiệp

Ngành công nghiệp sẽ ngày càng chú trọng đến việc áp dụng công nghệ robot để tối ưu hóa quy trình sản xuất và logistics, từ đó nâng cao năng suất và giảm chi phí.