Luận văn tốt nghiệp đại học về thiết kế robot tự hành theo vết hoạt động trong nhà xưởng

• Tác giả: Võ Phong Thiện
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quốc Chí
• Trường học: Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Cơ Điện Tử
• Đề tài: Thiết Kế Robot Tự Hành Cho Nhà Xưởng
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu robot tự hành trong nhà xưởng
• 1.2. Một số nghiên cứu trong và ngoài nước về robot tự hành trong nhà xưởng
• 1.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi luận văn
• 1.3.1. Mục tiêu luận văn
• 1.3.2. Nhiệm vụ luận văn
• 1.3.3. Giới hạn và phạm vi luận văn
• 1.3.4. Tổ chức luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ROBOT
• 2.1. Phương án cơ khí
• 2.1.1. Lựa chọn cơ cấu lái
• 2.2. Lựa chọn bộ truyền
• 2.3. Phương án điện – điện tử
• 2.3.1. Lựa chọn động cơ
• 2.3.2. Lựa chọn phương pháp dẫn đường
• 2.3.3. Lựa chọn phương án bộ điều khiển
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
• 3.1. Yêu cầu thiết kế
• 3.2. Phân tích mô hình động học của robot
• 3.3. Tính toán lựa chọn công suất động cơ
• 3.4. Tính toán thiết kế trục dẫn động
• 3.5. Phân tích lực và chọn đường kính trục dẫn động
• 3.6. Chọn và kiểm nghiệm then
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
• 4.1. Sơ đồ khối chung của hệ thống điện
• 4.2. Lựa chọn thông số các thiết bị
• 4.3. Vi điều khiển
• 4.4. Mạch công suất động cơ
• 4.5. Sử dụng cảm biến từ
• 4.5.1. Các thông số của cảm biến
• 4.5.2. Mô hình thí nghiệm cảm biến từ
• 4.5.3. Kết quả thí nghiệm cảm biến
• 4.6. Điều khiển động cơ DC encoder
• 4.7. Thiết kế bộ điều khiển bám đường
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT DI CHUYỂN
• 5.1. Giải thuật trên máy tính
• 5.2. Giải thuật trên robot
• 6. CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 6.1. Phương pháp thực nghiệm
• 6.2. Thực nghiệm điều khiển động cơ
• 6.3. Thực nghiệm điều khiển bám line
• 6.4. Thực nghiệm giải thuật di chuyển trong kho hàng
• 7. CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 7.1. Đánh giá kết quả đề tài. Những công việc đã đạt được
• 7.2. Những hạn chế trong thực hiện đề tài
• 7.3. Các hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về robot tự hành trong nhà xưởng

Chương này trình bày tổng quan về robot tự hành trong nhà xưởng, nhấn mạnh vai trò của chúng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. Robot tự hành (AGV) là giải pháp hiệu quả cho việc vận chuyển hàng hóa, giúp giảm thiểu chi phí và thời gian. Việc áp dụng công nghệ robot trong nhà xưởng không chỉ nâng cao năng suất mà còn đảm bảo an toàn cho người lao động. Theo nghiên cứu, robot công nghiệp có khả năng hoạt động liên tục, giảm thiểu sai sót và tăng tính chính xác trong quá trình vận chuyển. Hệ thống AGV thường bao gồm phương tiện di chuyển, bộ điều khiển và phần mềm quản lý, cho phép tự động hóa quy trình vận chuyển hàng hóa. Việc sử dụng robot thông minh trong nhà xưởng đã trở thành xu hướng tất yếu trong thời đại công nghiệp 4.0.

1.1. Lợi ích của robot tự hành

Việc sử dụng robot tự hành trong nhà xưởng mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Đầu tiên, robot tự hành có khả năng hoạt động liên tục, không bị ảnh hưởng bởi thời gian làm việc của con người. Thứ hai, chúng giúp giảm thiểu chi phí vận hành, đặc biệt là chi phí đào tạo và sử dụng nhân công. Hơn nữa, robot công nghiệp có thể thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại mà không gặp phải mệt mỏi hay sai sót. Cuối cùng, việc áp dụng công nghệ robot trong sản xuất giúp tăng cường tính chính xác và độ ổn định, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất. Những lợi ích này đã khiến nhiều công ty sản xuất, thương mại đầu tư vào hệ thống AGV để cải thiện quy trình làm việc.

II. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế robot

Chương này tập trung vào việc phân tích và lựa chọn phương án thiết kế cho robot tự hành. Đầu tiên, cần xác định các yêu cầu thiết kế cơ bản, bao gồm khả năng vận chuyển, tốc độ di chuyển và tính linh hoạt trong không gian hạn chế của nhà xưởng. Việc lựa chọn cơ cấu lái là rất quan trọng, với các phương án như cơ cấu lái vi sai, xe ba bánh và cơ cấu lái đồng bộ. Mỗi loại cơ cấu đều có ưu nhược điểm riêng, tuy nhiên, cơ cấu lái vi sai được chọn do tính đơn giản và khả năng xoay trở linh hoạt trong không gian hẹp. Bên cạnh đó, việc lựa chọn bộ truyền cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của robot công nghiệp.

2.1. Lựa chọn cơ cấu lái

Cơ cấu lái vi sai được lựa chọn cho robot tự hành do tính đơn giản và khả năng điều khiển dễ dàng. Cơ cấu này cho phép điều khiển hai bánh dẫn động phía sau, giúp robot có thể quay tại chỗ mà không cần không gian lớn. Điều này rất quan trọng trong môi trường nhà xưởng, nơi có nhiều vật cản và không gian hạn chế. Mặc dù cơ cấu lái vi sai có nhược điểm là khó điều khiển khi chạy thẳng, nhưng với các cảm biến và phần mềm điều khiển hiện đại, vấn đề này có thể được khắc phục. Việc lựa chọn cơ cấu lái phù hợp sẽ ảnh hưởng lớn đến hiệu suất và khả năng hoạt động của robot tự hành trong nhà xưởng.

III. Thiết kế hệ thống điện điện tử cho robot

Chương này trình bày thiết kế hệ thống điện - điện tử cho robot tự hành. Hệ thống điện bao gồm các thành phần như vi điều khiển, mạch công suất và cảm biến. Việc lựa chọn vi điều khiển phù hợp là rất quan trọng, vì nó sẽ quyết định khả năng xử lý và điều khiển của robot công nghiệp. Các cảm biến được sử dụng để nhận diện môi trường xung quanh, giúp robot có thể di chuyển an toàn và hiệu quả. Mạch công suất động cơ cũng cần được thiết kế để đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho robot hoạt động. Tất cả các thành phần này cần được tích hợp một cách hợp lý để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh, đáp ứng yêu cầu vận chuyển hàng hóa trong nhà xưởng.

3.1. Lựa chọn vi điều khiển

Việc lựa chọn vi điều khiển cho robot tự hành cần dựa trên các tiêu chí như khả năng xử lý, số lượng cổng vào ra và khả năng tương thích với các cảm biến. Vi điều khiển Arduino Mega 2560 được chọn do tính linh hoạt và dễ dàng lập trình. Nó có đủ số lượng cổng để kết nối với các cảm biến và động cơ, đồng thời hỗ trợ nhiều thư viện lập trình giúp việc phát triển phần mềm trở nên nhanh chóng và hiệu quả. Sự lựa chọn này không chỉ giúp giảm thiểu thời gian phát triển mà còn đảm bảo tính ổn định trong quá trình hoạt động của robot công nghiệp.