Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa, hoạt động quản lý kho bãi đóng vai trò then chốt trong chuỗi cung ứng của doanh nghiệp. Phương thức quản lý truyền thống phụ thuộc phần lớn vào sức lao động thủ công trong công tác bốc xếp và vận chuyển hàng hóa, dẫn đến tình trạng lãng phí diện tích mặt sàn, giảm sức chứa hữu dụng và phát sinh chi phí vận hành lớn. Sự đa dạng hóa của các chủng loại sản phẩm đặt ra yêu cầu cấp thiết về các giải pháp lưu trữ mật độ cao và tự động hóa chu trình xuất nhập hàng. Hệ thống kệ Radio Shuttle kết hợp xe con đưa đón pallet (Robot Shuttle) là giải pháp chuyên dụng cho các kho hàng chứa khối lượng lớn nhưng ít chủng loại (như thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, tủ đông, thuốc lá), giúp tối ưu hóa chiều cao kho với chiều sâu luồng kệ lên tới 30 m, tiết kiệm hơn 50% diện tích sàn so với kệ pallet thông thường và 10% so với kệ Mobile Racking. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng thiết bị này còn đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật. Do đó, nhóm tác giả đã lựa chọn thực hiện đề tài "Ứng dụng robot vận chuyển pallet trên kệ trong nhà kho - Robot Shuttle".

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

  1. Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phần cứng Robot Shuttle có khả năng di chuyển trên ray kệ Radio Shuttle để vận chuyển pallet hàng hóa có tải trọng lên tới 1.500 kg (giới hạn thử nghiệm thực tế ≤ 1 tấn).
  2. Thiết kế và chế tạo trạm kết nối (Connecting Station) nhằm định vị robot vào kệ, bảo vệ thiết bị và hỗ trợ xe nâng (Forklift) đưa robot qua các ô kệ khác nhau.
  3. Nghiên cứu phương thức truyền thông không dây WiFi giữa PLC và điện thoại thông minh; xây dựng ứng dụng di động trên nền tảng .NET MAUI để điều khiển robot.
  4. Lập trình hệ thống điều khiển tự động trên PLC nhằm thực thi các chức năng vận hành chính:
    • Nhập hàng (Storage) theo nguyên tắc nhập trước - xuất trước (FIFO) hoặc nhập sau - xuất trước (FILO).
    • Nhập hàng liên tục (Continuous Storage).
    • Xuất hàng (Retrieval) và xuất hàng liên tục (Continuous Retrieval).
    • Đếm số lượng pallet trong một ô kệ (Pallet Count).
    • Chế độ điều khiển thủ công (Manual).
  5. Thử nghiệm thuật toán sắp xếp khoảng cách pallet theo cài đặt trước, kiểm soát vận tốc di chuyển ổn định (đạt 1 m/s khi không tải và 0,9 m/s khi có tải), hạn chế tối đa quán tính gây trượt bánh hoặc nghiêng lật pallet.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Mô hình Robot Shuttle, Trạm kết nối, hệ thống điều khiển lập trình PLC, hệ thống cảm biến công nghiệp, động cơ truyền động servo và phần mềm điều khiển di động.
  • Phạm vi không gian: Hệ thống kệ Radio Shuttle tiêu chuẩn có khoảng cách giữa hai đường ray là 1 m (1.000 mm); thử nghiệm tại văn phòng Công ty TNHH Kỹ thuật Giải pháp Lưu trữ Pro và thử nghiệm tải thực tế tại kho Yami của Công ty Kinh Đô Mondelez.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 17/8/2023, nộp và bảo vệ vào cuối tháng 12/2023, trong đó bao gồm thời gian chạy thử nghiệm thực tế liên tục suốt 3 tháng tại kho Yami.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Về mặt lý thuyết, đề tài xây dựng trên các nền tảng toán học, cơ học và tự động hóa:

  • Nguyên lý lưu trữ kho hàng: Ứng dụng hai quy trình luân chuyển hàng hóa tiêu chuẩn gồm FIFO (First In, First Out) và FILO/LIFO (First In, Last Out), cho phép sắp xếp và truy xuất hàng tùy thuộc vào việc kệ mở ở một đầu hay hai đầu.

  • Động lực học và chuyển động thẳng của robot: Khảo sát bài toán chuyển động ngang chịu lực ma sát và lực quán tính. Quá trình chuyển động được mô tả qua các biểu thức gia tốc và quãng đường:

    $$F_x = (m_p + m_r)a_G = F_m - F_b$$

    $$v = v_0 + a_G t$$

    $$x = x_0 + v_0 t + \frac{1}{2} a_G t^2$$

    Trong đó: $F_x$ là lực dọc trục x; $m_p$ là khối lượng pallet; $m_r$ là khối lượng robot; $a_G$ là gia tốc chuyển động; $F_m$ là lực kéo động cơ; $F_b$ là lực phanh; $v_m$ là vận tốc cực đại ($1\text{ m/s}$ không tải, $0,9\text{ m/s}$ có tải); $t_1$ là thời gian tăng tốc đạt vận tốc cực đại với $a_G = \frac{v_m}{t_1}$.

  • Điều kiện chống lật và trượt pallet: Để pallet không bị nghiêng lật khi tăng tốc hoặc hãm phanh, tổng moment lực tại điểm tiếp xúc $P$ phải triệt tiêu:

    $$\sum M_P = m_p a_G \left(\frac{l_y}{2}\right) - m_p g \left(\frac{l_x}{2}\right) \le 0$$

    Trong đó $l_x$ và $l_y$ là kích thước hình học của khối tải. Công suất động cơ cần thiết được tính toán theo $P = F_x \cdot v_m$, đồng thời được nhân thêm hệ số dự phòng lớn hơn 20% nhằm bù đắp tổn hao ma sát truyền động và suy giảm hiệu suất.

  • Lý thuyết điều khiển PLC và truyền thông công nghiệp: Khảo sát kiến trúc phần cứng bộ điều khiển PLC họ S7-1200 của Siemens, chu kỳ quét I/O, bộ đếm xung tốc độ cao (HSC), bộ phát chuỗi xung điều khiển vị trí (PTO/PWM), chuẩn truyền thông nối tiếp RS485 qua giao thức Modbus RTU và chuẩn truyền thông cảm biến thông minh IO-Link.

  • Công nghệ phần mềm di động và IoT: Sử dụng khung lập trình đa nền tảng .NET MAUI (Multi-platform App UI) dựa trên C# và XAML, giao tiếp mạng nội bộ qua giao thức truyền thông TCP/IP và router WiFi công nghiệp.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết (tính toán tải trọng, gia tốc, động học và giải thuật điều khiển) và phương pháp thực nghiệm chế tạo (thiết kế 3D cơ khí trên SolidWorks, đấu nối tích hợp tủ điện, nạp chương trình PLC, chạy thử nghiệm tải gạch 1 tấn và thử nghiệm thực địa trong kho công nghiệp).

Nguồn dữ liệu sử dụng bao gồm tài liệu kỹ thuật của các nhà sản xuất Siemens, Leadshine, Pepperl+Fuchs, Autonics; tài liệu tiêu chuẩn kệ Radio Shuttle từ Công ty TNHH Kỹ thuật Giải pháp Lưu trữ Pro; cùng tập dữ liệu thực nghiệm đo kiểm chu kỳ xuất/nhập/đếm pallet tại kho Yami (Kinh Đô Mondelez).

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống Robot Shuttle bao gồm ba phân hệ chính: Trạm kết nối (Connecting Station), Thân xe Robot Shuttle (8 bánh xe) và Ứng dụng điều khiển di động (App MAUI).

Kiến trúc phần cứng và cơ khí

Thân xe có kích thước 104 cm x 99 cm, thiết kế đối xứng với 8 bánh xe chịu lực, chuyển động lọt lòng trong ray kệ rộng 1 m. Robot tích hợp cơ cấu nâng hạ dạng đòn bẩy điều khiển bằng trục vít/cam để nhấc pallet lên khỏi mặt ray kệ trong quá trình di chuyển. Trạm kết nối trung gian được đưa vào đầu dãy kệ bằng xe nâng Forklift, đóng vai trò gá đỡ định tâm robot, bảo vệ thân xe khỏi va quẹt càng nâng và tích hợp gương phản xạ để cảm biến quang xác định vị trí gốc (Home).

Thiết bị Mã hiệu / Xuất xứ Vai trò và thông số kỹ thuật
Bộ điều khiển logic (PLC) Siemens S7-1215C DC/DC/DC CPU xử lý trung tâm, tích hợp bộ đếm tốc độ cao HSC và ngõ ra phát xung PTO
Module ngõ vào số Siemens SM 1221 (8DI, 24V DC) Mở rộng 8 đầu vào tín hiệu cảm biến số
Module truyền thông nối tiếp Siemens CM 1241 RS422/485 Giao tiếp mạng Modbus RTU điều khiển Driver Leadshine
Module Master IO-Link Siemens SM 1278 4xIO-Link Quản lý truyền thông 4 kênh với cảm biến khoảng cách laser
Động cơ Servo chính Leadshine ELVM80100V48EH-M17-HD Động cơ servo DC 48V, điều khiển chính xác chuyển động tịnh tiến
Hộp giảm tốc Servo LRF90 Hộp số hành tinh tỉ số truyền cao, tăng moment kéo tải trọng nặng
Bộ điều khiển động cơ (Driver) Leadshine ELD2-RS7030B Driver servo DC, nhận lệnh qua Modbus RS485 và phát xung điều khiển vị trí
Bộ mã hóa vòng quay Autonics E40H12-1000-3-T-24 Encoder tương đối 1.000 xung/vòng, cốt âm 12 mm, cấp nguồn 12–24V DC
Cảm biến đo khoảng cách Pepperl+Fuchs VDM28-15-L-IO Cảm biến Laser đo khoảng cách, truyền dữ liệu số qua giao thức IO-Link
Cảm biến tiệm cận Pepperl+Fuchs NBN7-12GM35-E2-V1 Cảm biến từ phát hiện vị trí giới hạn hành trình và cơ cấu nâng hạ
Cảm biến phát hiện pallet Pepperl+Fuchs ML7-8-H-140-IR Cảm biến hồng ngoại nhận diện đáy pallet và vị trí cuối đường ray
Cảm biến quang phản xạ gương Autonics BRQM3M-PDTA Phát hiện vị trí trạm kết nối ban đầu thông qua gương phản xạ
Bộ định tuyến WiFi Totolink A3300R (AC1200) Băng tần kép 2,4 GHz / 5 GHz, tạo kết nối mạng nội bộ giữa App và PLC
Hệ thống nguồn và bảo vệ SSR-100 DD, LS GMD-40, Schneider A9N15636 Cụm pin công nghiệp 48V/24V/12V, rơ-le bán dẫn 100A, contactor và cầu chì DC 25A

Cấu hình phần mềm và điều khiển

  • Phần mềm PLC (TIA Portal): Khởi tạo khối hàm MB_Comm_Load và MB_Master_DB để đọc/ghi thanh ghi qua Modbus RTU điều khiển Driver Leadshine; thiết lập đối tượng công nghệ (Technology Object) điều khiển trục bằng hàm MC_Power_DB và khối phát chuỗi xung PTO; định cấu hình bộ đếm xung tốc độ cao HSC1 để đo chính xác tọa độ vị trí; sử dụng lệnh MOVE trong SM 1278 để thu thập giá trị khoảng cách từ cảm biến laser IO-Link.
  • Ứng dụng điều khiển di động: Phát triển trên nền tảng .NET MAUI sử dụng C# và XAML, cho phép kết nối đến địa chỉ IP của PLC qua WiFi. Ứng dụng cung cấp bảng điều khiển chọn chế độ (Nhập hàng, Xuất hàng, Đếm hàng, Nhập/Xuất liên tục, Manual), hiển thị trạng thái hoạt động thực thời, theo dõi thông số chu kỳ và hệ thống mã lỗi cảnh báo hư hỏng cơ điện.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của việc áp dụng giải pháp tự động hóa vào hệ thống lưu trữ hàng hóa công nghiệp nhằm giảm chi phí nhân công và tối ưu hóa diện tích kho bãi. Tác giả giới thiệu mô hình kệ Radio Shuttle và chỉ ra sự phù hợp đối với các kho hàng số lượng lớn, ít chủng loại. Chương này xác định rõ mục tiêu chế tạo robot shuttle 8 bánh chạy trên ray 1 m, giới hạn phạm vi đề tài với tải trọng hàng hóa ≤ 1 tấn, xác định nội dung nghiên cứu từ thiết kế cơ khí 3D trên SolidWorks đến lập trình điều khiển nhúng trên PLC Siemens và ứng dụng di động .NET MAUI.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Cung cấp bức tranh toàn diện về các cấu phần công nghệ:

  • Giới thiệu chi tiết hệ sinh thái Radio Shuttle, cơ chế phối hợp giữa xe nâng và robot shuttle, mục tiêu tối ưu diện tích sàn (tiết kiệm hơn 50% so với kệ truyền thống), nâng cao độ an toàn do xe nâng không phải đi sâu vào lòng kệ (khắc phục nguy cơ mất an toàn của kệ Drive-In Rack), và khả năng làm việc trong môi trường dải nhiệt độ rộng từ -30°C đến 45°C.
  • Phân tích lịch sử phát triển, cấu trúc phần cứng (CPU, module I/O, khối nguồn, bộ nhớ), chu kỳ quét và phân loại bộ điều khiển PLC Siemens từ Logo, S7-200, S7-300/400 đến S7-1200 và S7-1500.
  • Khảo sát nguyên lý hoạt động của các dòng cảm biến công nghiệp: cảm biến tiệm cận cảm ứng từ (Shielded và Un-Shielded), cảm biến tiệm cận điện dung, cảm biến khoảng cách laser và siêu âm.
  • Tổng quan về IoT trong công nghiệp, giải pháp bảo trì và giám sát PLC/HMI từ xa qua mạng.
  • Phân tích kiến trúc khung lập trình .NET MAUI (kế thừa từ Xamarin.Forms), cơ chế biên dịch AOT/JIT trên Android/iOS/Windows và cách thức chia sẻ mã nguồn logic nghiệp vụ đơn lẻ qua XAML và C#.

Chương 3: Thiết kế phần cứng

Đi sâu vào các tính toán cơ khí và lựa chọn linh kiện thực tế:

  • Xây dựng mô hình toán học cân bằng động lực học khi robot tăng tốc và hãm dừng; thiết lập phương trình gia tốc, vận tốc, quãng đường và điều kiện giới hạn moment $\sum M_P \le 0$ để ngăn ngừa tình trạng trượt hoặc lật pallet.
  • Tính toán công suất kéo của động cơ servo có tính đến hệ số bù trừ 20% do tổn hao cơ khí và ma sát động giữa bánh xe và ray thép.
  • Thiết kế chi tiết cơ cấu hình học thân xe 8 bánh xe (104 cm x 99 cm) và trạm kết nối 8 bộ phận cấu thành bằng phần mềm SolidWorks.
  • Trình bày thông số kỹ thuật và sơ đồ đấu nối chi tiết của các thiết bị chính: PLC Siemens S7-1215C DC/DC/DC, các module SM 1221, CM 1241, SM 1278; động cơ servo Leadshine ELVM80100V48EH-M17-HD đi kèm hộp số LRF90; bộ điều khiển ELD2-RS7030B; cảm biến laser VDM28 IO-Link; cảm biến NBN7, ML7, BRQM3M-PDTA; encoder Autonics E40H12; rơ-le bán dẫn SSR-100 DD, contactor LS GMD-40 và hệ thống pin cấp nguồn DC.

Chương 4: Thiết kế phần mềm

Trình bày cấu trúc chương trình điều khiển và thuật toán vận hành:

  • Mô tả lưu đồ giải thuật cho từng chức năng cốt lõi: Nhập hàng (đưa pallet từ trạm kết nối vào vị trí trống sâu nhất), Xuất hàng (chuyển pallet từ vị trí lưu trữ gần nhất ra trạm nối), Nhập/Xuất liên tục và Đếm tự động số lượng pallet hiện hữu trong dãy kệ.
  • Lập trình truyền thông nối tiếp RS485 sử dụng chuẩn Modbus RTU giữa module CM 1241 và Driver Leadshine: thiết lập cấu hình cổng truyền thông qua khối MB_Comm_Load, đọc ghi thanh ghi điều khiển qua MB_Master_DB.
  • Cấu hình khối chức năng Motion Control trên PLC S7-1200: thiết lập Technology Objects, ngõ ra xung PTO, cấu hình bộ đếm tốc độ cao HSC1 để đọc tín hiệu xung từ encoder Autonics phục vụ vòng lặp phản hồi vị trí.
  • Xây dựng cấu hình cổng Master IO-Link trên module SM 1278 để giải mã tín hiệu đo từ cảm biến khoảng cách laser VDM28.
  • Xây dựng bảng mã lỗi (Fault Code) giám sát toàn diện lỗi phần cứng, mất kết nối mạng và hành trình cơ cấu.
  • Thiết kế giao diện đồ họa (UI) và lập trình các khối sự kiện trên ứng dụng di động .NET MAUI để người vận hành gửi lệnh công việc và nhận phản hồi trực quan.

Chương 5: Kết quả thực nghiệm

Đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống qua hai giai đoạn kiểm nghiệm:

  • Giai đoạn 1 (Thực nghiệm tại xưởng): Kiểm tra chuyển động cơ học không tải, kiểm tra cơ cấu nâng hạ, kiểm nghiệm khả năng kéo tải trọng 1 tấn (dùng tải gạch chuyên dụng) trên hệ thống đường ray mẫu ở văn phòng Công ty TNHH Kỹ thuật Giải pháp Lưu trữ Pro; kiểm tra độ chính xác của phản hồi tín hiệu encoder và module phát xung PTO.
  • Giai đoạn 2 (Vận hành thực tế tại kho công nghiệp): Đưa toàn bộ robot và trạm kết nối vào lắp đặt, chạy thử nghiệm liên tục trong thời gian 3 tháng tại kho Yami của Công ty Kinh Đô Mondelez. Đánh giá chi tiết các chỉ số:
    • Độ chính xác định vị và độ tin cậy khi chuyển động trên hệ thống đường ray thực tế.
    • Khả năng chịu tải và độ ổn định của hệ thống nâng hạ.
    • Tỷ lệ thành công của các chu trình Nhập hàng, Nhập hàng liên tục, Xuất hàng, Xuất hàng liên tục.
    • Độ chính xác của thuật toán đếm pallet trong ô kệ.
    • Kiểm tra độ ổn định kết nối WiFi giữa App điều khiển và PLC trong môi trường kho nhiều kệ kim loại.
    • Thu thập phản hồi từ người vận hành thực tế tại nhà máy về mức độ thân thiện và tiện dụng của giao diện điều khiển.

Chương 6: Hướng phát triển

Từ các kết quả đạt được, nhóm tác giả đề xuất định hướng cải tiến công nghệ bao gồm: nâng cao tốc độ di chuyển và độ mượt mà của quỹ đạo điều khiển; tích hợp robot vào hệ thống phần mềm quản lý kho WMS/ERP toàn diện; mở rộng mô hình thang nâng tự động (Lifter) để trung chuyển robot giữa các tầng kệ; bổ sung trạm sạc tự động nhằm tối ưu hóa thời gian vận hành liên tục không gián đoạn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả đo kiểm thực nghiệm

Các thông số kỹ thuật thực tế thu nhận từ quá trình chế tạo và vận hành thử nghiệm:

Chỉ số vận hành Giá trị thiết kế / Giá trị kiểm nghiệm thực tế Ghi chú kiểm chứng
Kích thước thân robot 104 cm x 99 cm (8 bánh xe) Tương thích ray kệ Radio Shuttle tiêu chuẩn rộng 1 m
Tốc độ di chuyển không tải $1\text{ m/s}$ Vận hành ổn định, không rung lắc
Tốc độ di chuyển có tải $0,9\text{ m/s}$ Thử nghiệm với tải trọng 1.000 kg (1 tấn)
Tải trọng nâng hạ lớn nhất Thiết kế $1.500\text{ kg}$; thử nghiệm thực tế $1.000\text{ kg}$ Sử dụng tải trọng gạch đặc tại văn phòng công ty
Thời gian chạy thử nghiệm thực địa 3 tháng liên tục Vận hành trên kệ thực tế tại kho Yami (Kinh Đô Mondelez)
Chức năng tự động hóa Đạt 100% các chức năng: Nhập, Xuất, Đếm pallet Hoạt động chính xác theo cả hai chu trình FIFO và FILO
Kết nối không dây WiFi băng tần kép (Router Totolink A3300R) Điều khiển mượt qua App MAUI, thời gian trễ thấp

Giải pháp và đề xuất của tác giả

  • Đề xuất thiết kế kết cấu Trạm kết nối (Connecting Station) chuyên dụng có gờ định tâm, vừa giảm thiểu rủi ro va đập lệch ray gây hư hỏng cảm biến do càng xe nâng, vừa tích hợp gương phản xạ để robot tự động căn chỉnh điểm gốc (Home).
  • Thay thế các bộ điều khiển cầm tay chuyên dụng bằng ứng dụng di động .NET MAUI kết nối qua sóng WiFi, giúp giảm chi phí phần cứng thương mại và cho phép mở rộng các tính năng hiển thị mã lỗi trực quan.
  • Tích hợp chuẩn truyền thông thông minh IO-Link kết hợp module SM 1278 nhằm xử lý tín hiệu đo khoảng cách dạng số, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng suy hao và nhiễu tín hiệu thường gặp ở các cảm biến analog truyền thống.

Đóng góp khoa học và thực tiễn tự nêu

  • Làm chủ quy trình tính toán động lực học, cân bằng tải chống trượt/lật pallet đối với dòng robot shuttle di chuyển tốc độ cao trong công nghiệp.
  • Xây dựng thành công mô hình tích hợp đồng bộ giữa thiết bị điều khiển chuẩn công nghiệp (Siemens S7-1200), động cơ truyền động servo (Leadshine) qua Modbus RTU và ứng dụng giám sát di động đa nền tảng.
  • Chứng minh tính khả thi và độ tin cậy của sản phẩm chế tạo trong nước thông qua quá trình thử nghiệm thành công 3 tháng tại dây chuyền kho bãi của doanh nghiệp đa quốc gia (Kinh Đô Mondelez).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Giới hạn tải trọng thực tế mới chỉ được kiểm chứng tối đa ở mức 1 tấn (1.000 kg gạch thử nghiệm), chưa kiểm tra thực tế tới ngưỡng giới hạn thiết kế 1.500 kg.
  • Hệ thống điều khiển hiện tại hoạt động độc lập theo từng lệnh của người vận hành tại trạm ô kệ qua ứng dụng di động, chưa được đấu nối tự động hóa hoàn toàn với hệ thống phần mềm quản lý kho tổng thể (WMS) hoặc hệ thống hoạch định tài nguyên doanh nghiệp (ERP).
  • Vùng phủ sóng vô tuyến phụ thuộc vào router WiFi cục bộ; trong các kho quy mô siêu lớn với nhiều dãy kệ kim loại cao tầng, tín hiệu có thể bị suy giảm nếu không lắp đặt hệ thống Mesh hoặc Access Point công nghiệp chuyên dụng.

Hướng nghiên cứu phát triển tiếp

  • Nâng cấp thuật toán điều khiển vị trí chuyển động nhằm tối ưu hóa đường cong tăng giảm tốc mượt mà hơn khi robot vận hành ở tốc độ cao.
  • Phát triển module giao tiếp API chuẩn để tích hợp dữ liệu xuất nhập tồn trực tiếp từ PLC/App vào hệ thống quản lý kho WMS và ERP trung tâm.
  • Nghiên cứu kết cấu cơ khí và điều khiển thang nâng tự động (Vertical Lifter) để chuyển đổi robot giữa các tầng kệ khác nhau một cách tự động mà không cần dùng xe nâng Forklift hỗ trợ.
  • Tích hợp hệ thống sạc pin tự động (sạc tiếp xúc hoặc sạc không dây) tại trạm chờ trên ray nhằm nâng cao thời gian làm việc liên tục của thiết bị.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Đối tượng: Sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Robot và Logistics/Quản lý chuỗi cung ứng.
  • Nội dung giá trị chuyên sâu:
    • Mô hình tính toán động học, động lực học và cân bằng tải chống lật pallet trong thiết kế cơ cấu robot vận chuyển công nghiệp (Chương 3).
    • Sơ đồ đấu nối và phương pháp cấu hình mạng truyền thông Modbus RTU giữa PLC Siemens S7-1200 (Module CM 1241) với bộ điều khiển Driver Servo Leadshine ELD2-RS7030B (Chương 4).
    • Cách thức cấu hình ngõ vào đếm tốc độ cao HSC và khối phát xung ngõ ra PTO (Technology Objects / Motion Control) trên TIA Portal để điều khiển vị trí chính xác (Chương 4).
    • Hướng dẫn thiết lập truyền thông cảm biến thông minh qua Module SM 1278 4xIO-Link Master (Chương 3 và Chương 4).
    • Phương pháp thiết kế ứng dụng điều khiển công nghiệp đa nền tảng bằng .NET MAUI kết nối PLC qua mạng không dây (Chương 2 và Chương 4).
    • Bản vẽ kết cấu và nguyên lý phối hợp giữa Robot Shuttle và Trạm kết nối trung gian (Chương 3).

Câu hỏi thường gặp

1. Kích thước cơ khí của Robot Shuttle là bao nhiêu và khoảng cách đường ray trong kệ Radio Shuttle được thiết kế theo quy chuẩn nào?
Robot Shuttle có kết cấu hình chữ nhật gồm 8 bánh xe với kích thước tổng thể là 104 cm x 99 cm, được thiết kế để chuyển động vừa khít lọt lòng bên trong hệ thống ray kệ Radio Shuttle tiêu chuẩn có khoảng cách giữa hai đường ray là 1 m (1.000 mm).

2. Vận tốc di chuyển của robot khi chạy không mang hàng và khi có tải trọng hàng hóa đạt mức bao nhiêu?
Vận tốc di chuyển được thiết lập và kiểm soát ở mức 1 m/s khi robot chạy không tải và 0,9 m/s khi robot mang tải hàng hóa (thử nghiệm với khối lượng 1.000 kg).

3. Khối điều khiển trung tâm và các module mở rộng của robot sử dụng những thiết bị cụ thể nào?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1215C DC/DC/DC, kết hợp 3 module mở rộng gồm: module ngõ vào số SM 1221 (8DI, 24V DC), module truyền thông nối tiếp CM 1241 RS422/485 và module truyền thông cảm biến SM 1278 4xIO-Link Master.

4. Trạm kết nối (Connecting Station) có vai trò gì và bao gồm các bộ phận cấu thành nào?
Trạm kết nối được xe nâng đặt vào đầu mỗi ô kệ để định hướng robot vào ray thông qua các thanh nhựa dẫn hướng, giữ cố định robot tránh rung lắc hoặc nghiêng lật khi xe nâng di chuyển, và gắn gương phản xạ giúp cảm biến xác định vị trí gốc (Home). Trạm gồm 8 bộ phận: (1) Thanh nhựa định tâm ngang dọc; (2) Tấm gương phản xạ vị trí ban đầu; (3) Lỗ thao tác nút nhấn; (4) Thanh điều hướng pallet; (5) Thanh để pallet; (6) Chân đỡ; (7) Thanh dẫn hướng càng xe nâng; (8) Tấm đỡ chống rơi robot.

5. Đồ án đã thực hiện kiểm nghiệm thực tế tại những địa điểm nào và với tải trọng bao nhiêu?
Robot được kiểm nghiệm qua hai giai đoạn: đầu tiên là thử nghiệm tải trọng 1.000 kg (1 tấn gạch) trên đường ray mẫu tại văn phòng Công ty TNHH Kỹ thuật Giải pháp Lưu trữ Pro; sau đó được đưa vào vận hành thực tế liên tục trong suốt 3 tháng tại kho Yami của Công ty Kinh Đô Mondelez.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng robot vận chuyển pallet trên kệ trong kho robot shuttle" của nhóm tác giả Bùi Lâm Trọng Tuân và Nguyễn Hữu Tuấn (ngành Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu thiết kế và chế tạo thành công một mô hình robot công nghiệp tự động hóa kho bãi. Hệ sinh thái hoàn chỉnh gồm Robot Shuttle 8 bánh, Trạm kết nối định vị cơ khí và Ứng dụng điều khiển di động .NET MAUI vận hành ổn định trên nền tảng PLC Siemens S7-1200 kết hợp động cơ servo Leadshine. Kết quả thử nghiệm tải trọng 1 tấn và quá trình vận hành liên tục suốt 3 tháng tại kho Yami (Kinh Đô Mondelez) khẳng định tính chính xác của các thuật toán xuất/nhập/đếm pallet theo nguyên lý FIFO/FILO, đồng thời chứng minh năng lực ứng dụng thực tiễn cao của giải pháp tự động hóa nội địa trong việc tối ưu hóa chuỗi cung ứng công nghiệp.