Tìm hiểu và thiết kế hệ thống kho hàng tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO HÀNG TỰ ĐỘNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.s Phạm Uyên Phương Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Phạm Thành Đạt 1811032705 18DCTA2 Huỳnh Nguyễn Quốc An 1811032699 18DCTA2 Hàn Ngọc Nguyên Anh 1811030001 18DCTA1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2022 (dịng 29) Tp Hồ Chí Minh, tháng …/… (chữ thường, cỡ 13; ghi tháng năm bảo vệ) MỤC LỤC Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN Phiếu giao nhiệm vụ Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abstract iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Danh sách xii Lời mở đầu Chương 1: Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới thiệu tìm hiểu kho hàng tự động 1.2.1 Kho hàng gì? 1.2.2 Chức kho hàng 1.2.3 Các loại kho hàng 1.2.4 Đặc điểm chung số loại kho hàng 1.2.5 Đánh giá suất loại kho hàng 1.2.6 Giới thiệu hệ thống kho hàng tự động 1.2.6.1 Hệ thống kho tự động gì? 1.2.6.2 Cấu trúc hệ thống kho tự động 1.2.6.3 Hệ thống vận chuyển 1.2.6.4 Hệ thống xuất nhập 1.2.6.5 Hệ thống lưu trữ Chương 2: Bố trí mặt mô tả kho 2.1 Lập sơ đồ bố trí mặt nhà kho thông minh 2.1.1 Bố trí nhà kho v 2.1.2 Thiết kế nhà kho 2.1.3 Các dạng thiết kế kho 2.1.3.1 Thiết kế kho hình chữ U 2.1.3.2 Thiết kế kho hình chữ I 10 2.1.3.3 Thiết kế kho hình chữ L 11 2.2 Phương pháp quản lý kho 12 2.2.1 Nguyên tắc FIFO, LIFO, FEFO cách ứng dụng xếp hàng hóa 12 2.3 Thiết kế mặt 14 Chương 3: Thiết kế khí 15 3.1 Tính tốn thiết kế phần tử 15 3.1.1 Tính tốn thiết kế cánh tay robot 15 3.1.1.1 Định nghĩa 15 3.1.1.2 Lợi ích cánh tay robot 15 3.1.1.3 Mô hình hóa cánh tay robot 15 3.1.1.4 Thiết kế thi cơng mơ hình cách tay robot 18 3.1.2 Tính tốn thiết kế băng tải mini 23 3.1.2.1 Định nghĩa 23 3.1.2.2 Tính toán động băng tải 24 3.1.2.3 Thiết kế thi công băng tải mini 26 Chương 4: Hệ thống điện 32 4.1 Tìm hiểu vi điều khiển Arduino 32 4.1.1 Khái niệm vi điều khiển 32 4.1.2 Khái niệm Arduino 32 4.1.3 Ưu điểm Arduino 33 4.1.4 Bộ xử lý Arduino Mega2560 34 4.1.4.1 Giới thiệu 34 4.1.4.2 Sơ đồ chân 35 4.2 Tìm hiểu, phân tích loại cảm biến 36 4.2.1 Khái niệm cảm biến 36 4.2.2 Cấu tạo chung cảm biến 37 4.2.3 Phân loại loại cảm biến 37 4.3 Cảm biến tiệm cận 38 vi 4.3.1 Giới thiệu cảm biến tiệm cận quang E18-D80NK 38 4.3.2 Thông số kỹ thuật 39 4.4 Cảm biến màu 40 4.4.1 Giới thiệu cảm biến màu TCS3200 40 4.4.2 Sơ đồ chân 41 4.4.3 Thông số kỹ thuật 42 4.5 Động RC Servo 42 4.5.1 RC Servo MG90S 42 4.6 Khối nguồn 44 4.7 Nút nhấn 45 4.8 Mạch driver điều khiển động bước TB6560 46 4.8.1 Giới thiệu 46 4.8.2 Thông số kỹ thuật 47 4.9 Sơ đồ mạch điện 47 Chương 5: Hệ thống điều khiển 49 5.1 Sơ đồ khối 49 5.1.2 Khối xử lý trung tâm 49 5.1.3 Khối cảm biến 50 5.1.4 Khối cánh tay Robot 54 5.1.5 Khối băng tải 54 5.2 Lưu đồ giải thuật 54 Chương 6: Thực nghiệm hướng phát triển đề tài 56 6.1 Mơ hình nhà kho thơng minh sử dụng cách tay Robot băng tải 56 6.2 Cụm mơ hình băng tải đưa hàng vào kệ 57 6.3 Cụm mô hình băng tải đưa hàng 57 6.4 Cánh tay Robot gắp hàng 58 6.5 Bảng điện điều khiển 58 6.6 Kệ hàng 59 6.7 Giới thiệu phần mềm 59 6.7.1 Giới thiệu Arduino IDE 59 6.7.2 cài đặt Arduino IDE 60 6.7.3 Ngôn ngữ lập trình Arduino IDE 61 vii 6.8 Những ưu điểm thiếu sót mơ hình 62 6.9 Những điều rút 62 6.10 Hướng phát triển tiếp mơ hình 63 6.11 Kết luận 63 Tài liệu tham khảo 64 Phụ lục 65 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Diễn giải ĐATN Đồ án tốt nghiệp FIFO First In First Out LIFO Last In First Out FEFO First Expired First Out ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Sơ đồ phân loại kho hàng Hình 2.1: Thiết kế kho hình chữ U 10 Hình 2.2: Thiết kế kho hình chữ I 11 Hình 2.3: Thiết kế kho hình chữ L 12 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí mặt 14 Hình 3.1: Chiều dài góc xoắn khâu thứ i 16 Hình 3.2: Các thông số DH khâu θ, d, a α 16 Hình 3.3: Các trục tọa độ robot 17 Hình 3.4: Bản vẽ cánh tay Robot 18 Hình 3.5: Động step ST4118L1804-KQR01 19 Hình 3.6: Các chi tiết cánh tay robot 20 Hình 3.7: Mặt bích cot 20 Hình 3.8: Cánh tay robot sau lắp ráp 21 Hình 3.9: Bản vẽ khâu J4 22 Hình 3.10: Bản vẽ tay gắp 22 Hình 3.11: Cánh tay robot sau lắp ráp hoàn thiện 23 Hình 3.12: Bản vẽ băng tải mini 24 Hình 3.13: Bản vẽ mơ hình băng tải hàng vào 27 Hình 3.14: Động băng tải DC 27 Hình 3.15: Bản vẽ pas lắp động 28 Hình 3.16: Pas lắp động sau gia cơng 28 Hình 3.17: Phay gối đỡ băng tải cơng nghiệp 29 Hình 3.18: Puly GT2 30 Hình 3.19: Băng tải sau lắp hồn chỉnh 30 Hình 3.20: Băng tải sau lắp hoàn chỉnh 31 Hình 4.1: Mã nguồn mở Arduino 34 x Hình 4.2: Bộ vi xử lý Arduino Mega2560 35 Hình 4.3: Sơ đồ chân Arduino Mega2560 36 Hình 4.4: Cảm biến tiệm cận E18-D80NK 39 Hình 4.5: Cảm biến màu TCS3200 41 Hình 4.6: Sơ đồ chân Cảm biến màu TCS3200 41 Hình 4.7: Động Servo MG90S 43 Hình 4.8 : Nguồn tổ ong 12V 5A 44 Hình 4.9 : Nút nhấn 46 Hình 4.10: Mạch driver động bước TB6560 47 Hình 4.11 : Sơ đồ nối mạch điều khiển động bước TB6560 47 Hình 4.12: Sơ đồ điện hệ thống 48 Hình 5.1: Sơ đồ thành phần hệ thống nhà kho thơng minh 49 Hình 5.2: Các cổng kết nối vi xử lý Arduino Mega2560 50 Hình 5.3: Hình ảnh thực tế cảm biến tiệm cận E18-D80NK 51 Hình 5.4: Nguyên lý hoạt động cảm biến màu TCS3200 51 Hình 5.5: Bộ lọc màu cảm biến ánh sáng 52 Hình 5.6 : Lưu đồ giải thuật 55 Hình 6.1 : Mơ hình kho hàng sử dụng Robot băng tải 56 Hình 6.2 :Cụm mơ hình băng tải đưa hàng vào 57 Hình 6.3 : Cụm mơ hình băng tải đưa hàng 57 Hình 6.4 : Cánh tay Robot 58 Hình 6.5 : Bảng điện điều khiển 58 Hình 6.6: Kệ hàng 59 Hình 6.7: Giao diện Arduino IDE 60 Hình 6.8: Phiên Arduno 1.8.12 60 Hình 6.9: Giải nén vào ổ C máy tính 61 Hình 6.10: Màn hình làm việc Arduino IDE 62 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Bảng thông số DH 18 Bảng 4.1: Chi tiết chân Cảm biến màu TCS3200 42 Bảng 5.1: Bộ lọc màu thông qua chân S2 S3 53 Bảng 5.2: Tỉ lệ tần số ngõ chân S0 S1 xii 54 LỜI MỞ ĐẦU Ở Việt Nam nước giới, phát triển nhanh kinh tế xã hội thúc đẩy cho khoa học kỹ thuật ngày có thành tựu nhằm thỏa mãn nhu cầu giới tiện nghi đại Thế nên ngày nay, thay chọn cách lưu trữ hàng hóa thủ cơng vốn tốn nhiều diện tích nhân cơng lao động, nhiều công ty giới trang bị cho văn phịng, nhà xưởng hệ thống kho hàng tự động Với việc ứng dụng công nghệ cao việc cất giữ quản lí hàng hàng hóa, biến việc việc quản lí hàng hóa trở nên khoa học, có hệ thống có tính linh hoạt cao hơn, từ mà nâng cao hiệu giảm giá thành hoạt động Chính lí này, nhóm em lên ý tưởng nghiên cứu thiết kế hệ thống nhà kho thơng minh nhằm tìm hiểu hệ thống lưu trữ sản xuất tích hợp cơng nghệ kĩ thuật cao, đồng thời thiết kế hệ thống nhà kho thông minh kiến thức học ghế nhà trường // énstop1 void endstop1() { dem1 = digitalRead(enstopstep1); if (dem1 == 0) { ktb2 = 1; //Serial.println(dem1); } if (!dem1 && ktb2) { ktb1 = !ktb1; ktb2 = 0; ctht1 = 1; x = 0; Serial.println("endstop1"); } } //enstop2 void endstop2() { dem2 = digitalRead(enstopstep2); if (dem2 == 0) { ktb3 = 1; //Serial.println(dem1); } if (!dem3 && ktb4) { ktb3 = !ktb3; ktb4 = 0; ctht2 = 1; y = 0; Serial.println("endstop2"); } } //éntop3 void endstop3() { dem3 = digitalRead(enstopstep3); if (dem3 == 0) { ktb5 = 1; //Serial.println(dem1); } if (!dem3 && ktb6) { ktb5 = !ktb5; ktb6 = 0; ctht3 = 1; z = 0; Serial.println("endstop3"); } } 76 // nút star void nutstar() { demstar = digitalRead(nutnhanstar); if (demstar == 0) { ktbstar1 = 1; //Serial.println(dem1); } if (!demstar && ktbstar2) { ktbstar1 = !ktbstar1; ktbstar2 = 0; Star = 1; Serial.println("Star"); } } // nút stop void nutstop() { demstop = digitalRead(nutnhanstop); if (demstop == 0) { ktbstop1 = 1; //Serial.println(dem1); } if (!demstop && ktbstop2) { ktbstop1 = !ktbstop1; ktbstop2 = 0; Stop = 1; sto(); Serial.println("Stop"); } } void gapservo() { // servo xoay for (int a = 65; a >= 20; a -= 1) { servoxoay.write(a); delay(15); } //servo gap for (int b = 65; b >= 20; b -= 1) { servogap.write(b); delay(15); } } void thaservo() { // servo xoay 77 for (int a = 65; a >= 20; a -= 1) { servoxoay.write(a); delay(15); } //servo gap for (int b = 65; b >= 20; b -= 1) { servogap.write(b); delay(15); } } void servogatchanphoi() { for (int c = 65; c >= 20; c -= 1) { servogat.write(c); delay(15); } } void homeservogatchanphoi() { for (int c = 20; c = xunglenstep2; y ) { digitalWrite(stepPin2, HIGH); delayMicroseconds(500); digitalWrite(stepPin2, LOW); delayMicroseconds(500); lastxungstep2 = y; Serial.print("lastxungstep2len: "); Serial.println(lastxungstep2); } digitalWrite(dirPin3, 0); for ( z = lastxungstep3; z >= xunglenstep3; z ) { digitalWrite(stepPin3, HIGH); delayMicroseconds(500); digitalWrite(stepPin3, LOW); delayMicroseconds(500); lastxungstep3 = z; Serial.print("lastxungstep3len: "); Serial.println(lastxungstep3); } } void controlstepxuong() { digitalWrite(dirPin1, 0); for ( x = lastxungstep1; x