Tiểu luận tốt nghiệp đại học về thiết kế robot tự hành 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
• 2.1.2. Lựa chọn bộ truyền
• 2.2. Phương án điện – điện tử
• 2.2.1. Lựa chọn động cơ
• 2.2.2. Lựa chọn phương pháp dẫn đường
• 2.2.3. 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

Chương này trình bày tổng quan về robot tự hành trong nhà xưởng, một phần quan trọng trong ngành công nghiệp 4.0. Robot tự hành (AGV) là giải pháp tối ưu cho việc tự động hóa quá trình vận chuyển hàng hóa. Việc áp dụng công nghệ robot giúp giảm thiểu chi phí và tăng hiệu quả sản xuất. Hệ thống AGV hoạt động liên tục, thay thế con người trong việc di chuyển hàng hóa nặng nhọc, đồng thời đảm bảo tính chính xác và độ ổn định cao. Các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy robot công nghiệp đã được ứng dụng rộng rãi, như Kiva Robot của Amazon, cho thấy tiềm năng lớn của robot tự hành trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất.

1.1 Giới thiệu robot tự hành trong nhà xưởng

Nhà xưởng là nơi tập trung nhân lực và thiết bị phục vụ sản xuất. Việc di chuyển hàng hóa truyền thống thường gặp khó khăn và nguy hiểm. Robot tự hành giúp cải thiện quy trình này bằng cách sử dụng các công nghệ dẫn đường như laser và từ trường. AGV có thể hoạt động liên tục, giảm chi phí vận hành và thời gian di chuyển. Hệ thống AGV bao gồm phương tiện, bộ điều khiển và phần mềm quản lý, cho phép tối ưu hóa việc sử dụng và theo dõi hàng hóa trong kho.

1.2 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng robot tự hành có thể cải thiện hiệu suất trong nhà xưởng. Kiva Robot là một ví dụ điển hình, với khả năng tự động nhận và thực hiện đơn hàng. Tại Việt Nam, các công ty như Changsing đã áp dụng AGV để vận chuyển hàng hóa trong sản xuất, cho thấy sự phát triển của công nghệ robot trong nước. Những nghiên cứu này không chỉ giúp giảm giá thành mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm.

II. 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. Các yếu tố cần xem xét bao gồm phương án cơ khí, điện và điều khiển. Việc lựa chọn cơ cấu lái là rất quan trọng, với các phương án như cơ cấu lái vi sai, xe ba bánh và đồng bộ. Cơ cấu lái vi sai được chọn do tính đơn giản và khả năng điều khiển linh hoạt trong không gian hạn chế của nhà xưởng. Ngoài ra, việc lựa chọn bộ truyền cũng cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của robot công nghiệp.

2.1 Phương án cơ khí

Phương án cơ khí bao gồm việc lựa chọn cơ cấu lái và bộ truyền. Cơ cấu lái vi sai được ưa chuộng vì tính đơn giản và khả năng điều khiển tốt. Bộ truyền đai cũng được xem xét do khả năng truyền động êm ái và không gây ồn. Việc lựa chọn các thành phần này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của robot tự hành.

2.2 Phương án điện điện tử

Phương án điện – điện tử bao gồm việc lựa chọn động cơ, cảm biến và bộ điều khiển. Động cơ DC servo được chọn vì khả năng điều khiển chính xác và hiệu suất cao. Cảm biến từ trường giúp robot xác định vị trí và điều hướng trong không gian. Bộ điều khiển cần được thiết kế để xử lý các tín hiệu từ cảm biến và điều khiển động cơ một cách hiệu quả, đảm bảo robot tự hành hoạt động ổn định và chính xác.

III. Thiết kế hệ thống cơ khí

Chương này trình bày chi tiết về thiết kế hệ thống cơ khí cho robot tự hành. Các yêu cầu thiết kế bao gồm tính toán mô hình động học, lựa chọn công suất động cơ và thiết kế các chi tiết cơ khí. Việc phân tích lực và chọn đường kính trục dẫn động là rất quan trọng để đảm bảo robot hoạt động hiệu quả. Các thông số này cần được tính toán chính xác để đảm bảo robot có thể vận chuyển hàng hóa một cách an toàn và hiệu quả.

3.1 Yêu cầu thiết kế

Yêu cầu thiết kế bao gồm khả năng vận chuyển hàng hóa với khối lượng tối đa 50 kg và vận tốc di chuyển 0,5 m/s. Các thông số này cần được cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo robot có thể hoạt động trong môi trường nhà xưởng. Việc thiết kế cần đảm bảo tính ổn định và độ bền của robot trong quá trình vận hành.

3.2 Phân tích mô hình động học

Phân tích mô hình động học giúp xác định mối quan hệ giữa vận tốc góc của động cơ và vận tốc của robot. Các phương trình động học cần được thiết lập để đảm bảo robot có thể di chuyển chính xác theo quỹ đạo mong muốn. Việc tính toán công suất động cơ cũng rất quan trọng để đảm bảo robot có thể hoạt động hiệu quả trong suốt thời gian làm việc.