CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.4 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đặt ra của đề tài là xây dựng thuật toán điều khiển, lập trình giải quyết giải thuật bám line, thiết kế và xây dựng mô hình xe AGV phù hợp để vận chuyển hàng hoá từ các trạm dừng được thiết kế sẳn đến vị trí mong muốn.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Mô hình mô phỏng điều khiển xe AGV Mô hình thực tế và điều khiển thực tế xe AGV. Xây dựng giao diện điều khiển và giám sát. Phạm vi nghiên cứu Do việc thiếu kinh nghiệm, chuyên môn của nhóm còn hạn chế, nguồn kinh phí eo hẹp nên đề tài của nhóm còn tồn đọng giới hạn như sau: - Hệ thống do nhóm tự thiết kế và thi công nên chưa đánh giá được mức độ bền vừng và ổn định của hệ thống. - Thuật toán bám line vẫn chưa hoạt động ổn định trong điều kiện ánh sáng thay đổi.
- Một số tình huống yêu cầu phải xử lí nhiễu bằng cách thủ công. - Giao diện người dùng chưa có tính bảo mật cao. Nội dung nghiên cứu Chương 1. Tổng quan Chương 2.
Cơ sở lý thuyết Chương 3. Thiết kế và thi công hệ thống Chương 4. Kết quả thực hiện Chương 5. Nhận xét và đánh giá Chương 6.
Kết luận và hướng phát triển BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 4 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về xe AGV Định nghĩa xe AGV 2.1 Xe AGV là gì? Xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle), là một phương tiện di chuyển không người lái, di chuyển theo các đường line từ được dán trên sàn hoặc sử dụng sóng vô tuyến, camera quan sát, laser để điều hướng. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp để vận chuyển vật liệu nặng xung quanh công xưởng, chẳng hạn như nhà máy hoặc nhà kho. Hình 2-1: Xe tự hành làm việc trong nhà máy 2.2 Phân loại xe AGV theo sự dẫn đường Điều hướng bằng dây điện Xe tự hành AGV đầu tiên được đưa ra thị trường vào những năm 1950, bởi Barrett Electronics ở Northbrook, Illinois, vào thời điểm đó, nó chỉ đơn giản là một chiếc xe kéo đi theo dây điện được chôn dưới sàn. Một dây tín hiệu được đặt sâu khoảng 2cm dưới bề mặt sàn.
Dây này được dùng để điều hướng cho AGV và để truyền tín hiệu radio. Một cảm biến được lắp đặt ở dưới gầm của AGV, vị trí gần mặt đất nhất. Cảm biến sẽ phát hiện vị trí tương đối của tín hiệu vô BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 5 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT tuyến được truyền từ dây. Thông tin này được sử dụng để điều chỉnh mạch lái, làm cho AGV đi theo đúng lộ trình dây tín hiệu được chôn sẵn dưới sàn nhà xưởng.
Hình 2-2 : Xe tự hành AGV điều hướng bằng dây điện và điều hướng bằng từ Điều hướng bằng hệ thống băng từ Nhận thấy những khó khăn khi sử dụng dây điện chôn dưới sàn để điều hướng, vào năm 1960, các kỹ sư thời bấy giờ đã cho ra đời phương pháp điều hướng bằng băng từ hay còn gọi là nam châm cuộn, nam châm dẻo. Thay vì sử dụng dây điện được chôn cố định dưới sàn, người ta sử dụng băng từ được dán trên sàn, nó có thể dễ dàng được gỡ bỏ và di dời theo lộ trình khác nếu lộ trình di chuyển từ vị trí cấp hàng tới vị trí sản xuất cần thay đổi, điều này làm giảm chi phí đầu tư và linh hoạt trong khâu chuẩn bị. Đây là phương pháp điều hướng xe tự hành AGV phổ biến tại Việt Nam đến thời điểm hiện tại. Có 2 loại băng được sử dụng: - Loại từ tính.
Đến hiện tại, nhiều mẫu xe tự hành agv với nhiều chủng loại kiểu dáng khác nhau đã được phát triển, các phương pháp điều hướng cũng ngày càng đa dạng hơn, có thể kể đến như là: Điều hướng bằng laser, điều hướng bằng quán tính,… Hệ thống điều hướng bằng laser Công nghệ dẫn đường bằng laser sử dụng một số gương phản xạ đặt trên tường/dầm, máy móc dọc theo tuyến đường, theo sau là các phương tiện, cho phép bộ điều khiển tính toán vị trí của xe. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 6 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2-3 : Xe tự hành AGV điều hướng bằng lazer AGV mang trên mình một bộ cảm biến phát và thu laser. Các tia laser được truyền đi và phản chiếu lại vào bộ cảm biến, từ đó, góc và (đôi khi) khoảng cách đến bất kỳ gương phản xạ nào trong tầm nhìn và trong phạm vi được tự động tính toán. Thông tin này được so sánh với bản đồ bố trí gương phản xạ đã được lưu trong bộ nhớ của AGV.
Điều này cho phép hệ thống định vị tam giác (xác định vị trí của 1 điểm nhờ vào vị trí giao nhau của 3 đường tròn với bán kính xác đinh) vị trí hiện tại của AGV. Vị trí hiện tại được so sánh với đường dẫn được lập trình trong bản đồ bố trí phản xạ. Điều hướng được điều chỉnh phù hợp để giữ việc theo dõi AGV. Sau đó, nó có thể được điều hướng đến một mục tiêu mong muốn bằng cách sử dụng vị trí cập nhật liên tục.
Hệ thống điều hướng bằng quán tính Một hình thức khác của điều hướng AGV là điều hướng quán tính. Với điều hướng quán tính, một hệ thống điều khiển máy tính sẽ điều khiển và phân công nhiệm vụ cho các phương tiện. Bộ tiếp sóng được nhúng trong sàn của nơi làm việc. AGV sử dụng các bộ tiếp sóng này để xác minh rằng chiếc xe đang hoạt động.
Một con quay hồi chuyển có thể phát hiện sự thay đổi nhỏ nhất về hướng của chiếc xe tự hành và điều chỉnh nó để giữ AGV luôn đi đúng đường. Biên độ sai số của phương pháp quán tính là ± 25. Quán tính có thể hoạt động trong hầu hết mọi môi trường kể cả các lối đi chật hẹp hoặc trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt. Điều hướng quán tính có thể bao gồm việc sử dụng nam châm nhúng trong sàn nhà xưởng mà phương tiện có thể đọc và làm theo.
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 7 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2 Phân loại xe AGV theo chức năng Dựa vào các chức năng mà xe tự hành AGV đảm nhận trong cách công việc có thể được chia làm bốn loại dựa theo nhu cầu chức năng của người sử dụng. Xe kéo (Towing Vehicle) Xe kéo là dòng sản phẩm đầu đời của AGV, xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn còn thịnh hành và là loại phổ biến nhất. Loại này có thể kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 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. Hình 2-4 : Mô hình xe AGV dạng kéo Xe chở (Unit Load Vehicle) Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các nâng, hạ chuyền động bằng băng tải, đai hoặc xích. Xe tư hành AGV dạng chở (Unit Load) được trang bị cảm biến sẽ được chờ sẵn tại vị trí băng tải, tiếp theo khi hàng hóa từ băng tải chuyển lên xe, AGV sẽ tự động chạy đến các điểm đã được lập trình. Một số đặc điểm của AGV dạng chở: Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu : - Thời gian đáp ứng nhanh gọn.
- Giảm hư hại tài sản. - Đường đi linh hoạt, lập kế hoạch hiệu quả. - Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 8 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2-5 : Xe AGV dạng chở Xe đẩy (Cart Vehicle) 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.
Hình 2-6 : Mô hình xe AGV dạng đẩy Xe nâng (Fork Vehicle) Có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các khối hàng đặt trên giá. Các ứng dụng thực tế của AGV trong các ngành sản xuất: Các ngành may mặc, giày da, sản xuất Ô Tô, sản xuất linh kiện điện tử, các ngành đặt thù cần vận chuyển nhiều trong nhà máy. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 9 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2-7 : Mô hình xe AGV dạng nâng 2.2 Lịch sử hình thành của xe AGV Năm 1953, Arthur “MAC” Barett đã chế tạo ra phương tiện không người lái đầu tiên và đặt tên là “Guide-O-Matic”. Guide-O-Matic sử dụng một sợi dây dẫn gắn trên sàn để định hướng di chuyển.
Sau đó, nó được đổi tên thành AGV và mọi người công nhận Arthur “MAC” Barett là cha đẻ của chúng. Ông sử dụng một cần trục điều khiển bằng sóng radio để vận hành xe từ điểm lấy hàng trên pallet đến địa điểm lấy hàng tiếp theo. Chúng ta có thể thấy rằng mục đích sáng chế xe tự hành AGV của Barrett là để hỗ trợ nhân viên di chuyển hàng hóa xung quanh khu vực làm việc. Và cho đến bây giờ, nguyên tắc này vẫn chưa đổi.
Hình 2-8 : Guide-O-Matic BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 10 CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Năm 1954, Mỹ đã sử dụng chiếc xe tự hành AGV đầu tiên để vận chuyển hàng hóa. Khi mới ra đời, AGV còn đơn sơ và chưa được phát triển. Các xe AGV chỉ có thể di chuyển theo một chiều được định trước bằng cách dò theo đường dây dẫn và được điều khiển bằng lệnh và công tắc hành hình với cảm biến đơn giản. Tuy nhiên, mặc dù chưa có tính linh hoạt, AGV đã góp phần thay đổi rất lớn trong quá trình sản xuất.
AGV giải phóng sức lao động và giúp quy chuẩn hóa dây chuyền sản xuất. Hình 2-9 : Mỹ đã sử dụng chiếc xe tự hành AGV đầu tiên để vận chuyển hàng hóa Năm 1973, Volvo – công ty lắp ráp ô tô nổi tiếng của Thụy Điển – đã triển khai hệ thống xe tự hành AGV để thay thế cho dây chuyền lắp ráp truyền thống. Để thực hiện điều này, họ đã tiến hành một cuộc cải cách lớn bằng cách triển khai 280 chiếc xe tự hành được điều khiển bằng máy tính.