Đang tải... (xem toàn văn)
Trước tiên chúng em xin gửi lời cảm và biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hữu Phước – Giảng viên bộ môn Điện tử công nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn chúng em thực hiện đề tài. Thầy đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ nhóm trong suốt thời gian thực hiện và cũng là người giúp nhóm đưa ra ý tưởng, kiểm tra sự phù hợp của đề tài. Em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã luôn ở bên để động viên và là nguồn cổ vũ lớn lao, là động lực giúp em hoàn thành đề tài này . Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài trong phạm vi và khả năng có thể. Tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và toàn thể các bạn. Xin chân thành cảm ơn
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ _ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG AGV TRONG KHO LẠNH SVTH: Hồ Văn Rồi MSSV: 1712923 GVHD: PGS TS Nguyễn Duy Anh TPHCM, 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ _ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG AGV TRONG KHO LẠNH SVTH: Hồ Văn Rồi MSSV: 1712923 GVHD: PGS TS Nguyễn Duy Anh TPHCM, 2020 LỜI CẢM ƠN Để có kết ngày hôm nay, đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Duy Anh – người hướng dẫn em thực đề tài Thầy tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, góp ý quan trọng lời động viên để em hồn thành đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến anh Lê Anh Tuấn – giám đốc Công ty TNHH Dịch vụ Kỹ thuật Thương mại Nhất Tinh, hỗ trợ nơi học tập, nghiên cứu để em thực đề tài Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị cơng ty nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn em Em xin gửi lời cảm ơn đến anh Lê Ngọc Bảo Long tận tình giúp đỡ, dẫn em thực đề tài Và lời cảm ơn đến tất anh, chị, bạn bè người thân giúp đỡ, động viên để em có động lực hồn thành đề tài ngày hơm Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Hồ Văn Rồi i TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày với phát triển khoa học, công nghệ, không kể đến thiết bị phục vụ lĩnh vực tự động hóa Ra đời cách gần 70 năm, ngày nay, xe tự hành – Automated Guided Vehicle (AGV) có mặt nhiều ngành cơng nghiệp tự động hóa dây chuyền sản xuất, vận chuyển hàng hóa kho vận,… Thấy xuất ngày phổ biến ngày quan trọng vậy, luận văn nghiên cứu hướng ứng dụng xe tự hành lĩnh vực kho vận - đề tài thực “Nghiên cứu, thiết kế điều khiển hoạt động hệ thống AGV kho lạnh” Qua luận văn thực nghiên cứu tổng quan nội dung hệ thống AGV, thiết kế khí hệ thống điện xe AGV dạng Reach Truck Tác giả tìm hiểu trình thiết kế hệ thống AGV ứng dụng nhà kho Qua đó, tác giả trình bày kết trình thiết kế hệ thống AGV ứng dụng kho lạnh với công suất lưu trữ 4000 vị trí lưu trữ dạng pallet i LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN i DANH SÁCH HÌNH ẢNH .v DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii PHẦN LIỆT KÊ CÁC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống kho lạnh 1.1.1 Khái niệm kho kho lạnh 1.1.2 Thành phần hệ thống lạnh 1.1.3 Tổng quan nguyên lý hoạt động kho 1.2 Tổng quan hệ thống AGV .5 1.2.1 Thiết kế layout khu vực hoạt động 1.2.2 Thiết kế layout đường nhà kho 1.2.3 Xác định số lượng xe .11 1.2.4 Nguyên tắc phân phối xe thực đơn hàng .12 1.2.5 Xác định tuyến đường cho xe 15 1.2.6 Điều khiển giao thông hệ thống [8] .15 1.3 Tổng quan AGV 16 1.3.1 Một số loại AGV 16 1.3.2 Hệ thống cảm biến an toàn AGV 18 1.3.3 Các phương pháp định vị AGV 18 1.3.4 Kết cấu tổng thể AGV dạng Forklift .19 1.3.5 Hệ thống thủy lực 22 ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.4 Nội dung thực phạm vi đề tài 25 1.4.1 Nội dung thực 25 1.4.2 Phạm vi đề tài 25 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 26 2.1 Lựa chọn phương án khí .26 2.1.1 Phương án kết cấu AGV 26 2.1.2 Lựa chọn bơm cho cấu nâng hạ 26 2.1.3 Lựa chọn loại động dẫn động 27 2.2 Lựa chọn phương án điện 28 2.2.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển 28 2.2.2 Lựa chọn phương pháp định vị 29 2.2.3 Lựa chọn cảm biến phát vật cản 31 2.2.4 Công nghệ pin 32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CHO AGV 35 3.1 Tiêu chí thơng số thiết kế khí 35 3.2 Tính tốn cấu nâng bàn trượt 35 3.3 Tính tốn lực nâng cần thiết 35 3.4 Tính chọn xilanh piston thủy lực nâng bàn trượt .39 3.5 Tính chọn xích nâng puly xích 40 3.5.1 Tính chọn xích nâng 40 3.5.2 Tính chọn puly xích .42 3.6 Tính tốn lựa chọn bơm thủy lực .42 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỆN 45 4.1 Tiêu chí thiết kế điện 45 4.2 Sơ đồ khối hệ thống điện AGV 45 iii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 4.3 Công nghệ định vị RFID 45 4.4 Tính tốn lựa chọn nguồn pin 45 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO 46 5.1 Tiêu chí thiết kế .46 5.2 Tính tốn thiết kế layout kho 46 5.2.1 Lựa chọn hệ thống kệ lưu trữ 46 5.2.2 Thiết kế layout khu vực lưu trữ .47 5.2.3 Phân tích, lựa chọn số lượng AGV 50 5.3 Thiết kế giải thuật chương trình .51 5.4 Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ 51 5.5 Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí xuất hàng 53 5.6 Thiết kế giải thuật giao nhiệm vụ cho AGV 54 5.7 Thiết kế giải thuật tìm đường .55 5.8 Thiết kế giải thuật hạn chế va chạm .57 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT THỰC HIỆN .59 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .63 iv LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1- Quy trình hoạt động nhà kho [nguồn internet] Hình 1.2- Một số dạng phân bố khu vực lưu trữ phổ biến Hình 1.3- Thơng số kích thước pallet theo chuẩn ISO Hình 1.4 Kích thước pallet với tải trọng điển hình Hình 1.5- Ví dụ hệ thống đường tiếp đơi (Tandem guide-pathsystem) [3] 10 Hình 1.6- Một số dạng va chạm 16 Hình 1.7 - Sơ đồ động cấu nâng bàn trượt 22 Hình 1.8 – Sơ đồ thủy lực hệ thống nâng hạ 22 Hình 2.1 - Xe AGV dạng Forklift (www.rocla-agv.com) .26 Hình 2.2 - Sơ đồ khối Kit STM32F407VG DISCOVERY 29 Hình 2.3 - Cấu trúc thẻ RFID 30 Hình 2.4 - Sơ đồ truyền thơng hệ thống RFID .31 Hình 3.1 - Sơ đồ xác định lực cản nâng 36 Hình 4.1 - Sơ đồ khối hệ thống điện AGV 45 Hình 5.1 – Kệ dạng Selective kích thước pallet 48x40 inches 46 Hình 5.2 - Dạng phân bố khu vực nhà kho 48 Hình 2.4- Mơ hình 3D layout khu vực lưu trữ 49 Hình 5.3 - Mơ hình 2D layout khu vực nhà kho 49 Hình 5.4 – Biểu đồ cột khoảng cách từ vị trí đến cửa kho 50 Hình 5.5 Sơ đồ giải thuật chương trình .51 Hình 5.6 Kết trải ngang layout kho 52 Hình 5.7 Kết tính tốn trọng số số vị trí (được khoanh vùng) 52 Hình 5.8 Giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ .53 v LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hình 5.9 Giải thuật lựa chọn vị trí xuất hàng FIFO 54 Hình 5.10 - Giải thuật giao nhiệm vụ cho AGV 55 Hình 5.11 – Đường kho 56 Hình 5.12 – Sơ đồ giải thuật thuật toán A* 57 Hình 5.13 Giải thuật phát ngăn chặn va chạm 58 Hình 6.1 - Giao diện chương trình 59 Hình 6.2 - Giao diện tra cứu thơng tin 59 Hình 6.3 - Trạng thái kho trước lưu trữ - trạng thái ban đầu 60 Hình 6.4 - Trạng thái kho sau thực đơn hàng 200 hàng F .60 Hình 6.3 - Kết thực tìm đường từ vị trí cửa đến vị trí điểm 124 61 vi LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1- Một số hệ thống kệ Pallet sử dụng phổ biến Bảng 1.2- Một số nguyên tắc lưu trữ hàng kho .4 Bảng 1.3- Một số nguyên tắc quản lý hàng kho Bảng 1.4- Nhóm thơng số thiết kế hệ thống AGV Bảng 1.5- Ưu nhược điểm dạng hệ thống đường [4] 10 Bảng 1.6- Một số nguyên tắc phân phối xe cho đơn hàng [nguồn internet] 12 Bảng 1.7: Một số loại AGV phổ biến 16 Bảng 2.1: Các loại bơm thủy lực phổ biến ưu, nhược điểm .26 Bảng 2.2: Một số loại cảm biến phát vật cản 32 Bảng 2.2: Một số công nghệ pin so sánh 33 Bảng 3.1 Thơng số kỹ thuật xích lăn .42 Bảng 3… thông số bơm thủy lực 44 Bảng 3… thông số động điện 44 Bảng 5.1 – Tính tốn cơng suất nhà kho .48 vii CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO Tính tốn khoảng cách từ vị trí lưu trữ đến cổng - Khoảng cách sơ tính từ cửa kho lạnh đến vị trí lưu trữ tính dựa cơng thức: di xi xgoal yi y goal zi z goal - Sau tính tốn kết khoảng cách, biểu diễn đồ thị cột, sử dụng phần mềm, ta kết hình dưới: Hình 5.4 – Biểu đồ cột khoảng cách từ vị trí đến cửa kho 5.2.3 Phân tích, lựa chọn số lượng AGV Thực tính tốn số lượng AGV dựa mô hệ thống, vẽ đồ thị lựa chọn số AGV cho kết thực tốt Kết đánh giá dựa tiêu chí@ - Thời gian thực - Va chạm AGV - Tổng mức lượng sử dụng Trong đó, yếu tố thời gian thực ưu tiên Trong nội dung thực hiện, tác giả khảo sát với số lượng AGV ban đầu AGV 50 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO 5.3 Thiết kế giải thuật chương trình Chương trình quản lí vận hành với hỗ trợ phần mềm Matlab máy tính chủ, bao gồm nhiều tác vụ Chương trình thể cách thức hoạt động tổng quát hệ thống Hình 5.5 Sơ đồ giải thuật chương trình 5.4 Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ Mỗi vị trí lưu trữ kho tính tốn trọng số Đây tiêu chí để lựa chọn vị trí lưu trữ thích hợp Trọng số vị trí phụ thuộc vào tọa độ Oxyz quy định, ưu tiên lựa chọn vị trí có độ cao thấp hơn, thơng số z nhân thêm hệ số an toàn, luận văn này, tác giả chọn hệ số an toàn 51 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO Hình 5.6 Kết trải ngang layout kho Hình 5.7 Kết tính tốn trọng số số vị trí (được khoanh vùng) Thực lựa chọn vị trí lưu trữ theo nguyên tắc Closest Open Location (COL) Vị trí có thời gian thực ngắn lựa chọn trước Các tiêu chí thực theo nguyên tắc COL (để đạt kết tốt nhất) - Thời gian thực nhiệm vụ ngắn 52 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO - Vị trí có khoảng cách nhỏ loại lựa chọn trước Khoảng cách từ vị trí lưu trữ i đến cổng I/O di dxi dyi dzi xi xI / O yi yI / O zi z I /O - Kết định tuyến tốt Với trường hợp có nhiều vị trí thõa mãn điều kiện, cách xếp quy tắc thực hiện, vị trí lựa chọn theo thứ tự từ trái sang phải Hình 5.8 Giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ 5.5 Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí xuất hàng Hầu hết loại hàng hóa lưu trữ kho lạnh phần lớn thực phẩm Chúng có đặc tính dễ hỏng có thời gian lưu trữ khơng q cao, để quản lí hàng tồn kho, tác giả cân nhắc sử dụng quy tắc FEFO - hàng có thời gian hết hạn trước xuất kho trước 53 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO Tuy nhiên, giới hạn nội dung mục phạm vi thực hiện, hàng hóa quy định có thời gian lưu trữ nhau, nghĩa hàng hóa đến trước bị hết hạn trước Hình 5.9 trình bày giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ Hình 5.9 Giải thuật lựa chọn vị trí xuất hàng FIFO 5.6 Thiết kế giải thuật giao nhiệm vụ cho AGV Với nhiệm vụ, hệ thống tính tốn giao cho AGV có thời gian hồn thành nhiệm vụ sớm Với nhiệm vụ, tác giả chia làm nhóm: đơn hàng nhập kho đơn hàng xuất kho Đối với đơn hàng nhập kho, trình thực chia thành giai đoạn: (1) AGV di chuyển từ vị trí đến vị trí cửa để lấy hàng; (2) AGV di chuyển hàng từ vị trí cửa đến vị trí lưu trữ Đối với đơn hàng xuất kho, tương tự chia thành giai đoạn: (1)AGV di chuyển từ vị trí đến vị trí lưu trữ để lấy hàng; (2) AGV di chuyển từ vị trí lưu trữ đến vị trí cửa 54 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO Qua phân tích qua trình thực trên, ta thấy với loại đơn hàng xuất khoảng thời gian thực ngắn xét khác Cụ thể với đơn hàng nhập kho, khoảng cách ngắn so sánh khoảng cách từ AGV đến vị trí cửa Cịn đơn hàng xuất kho, khoảng cách ngắn xét khoảng cách từ AGV đến vị trí lưu trữ cần thực Hình 5.10 - Giải thuật giao nhiệm vụ cho AGV 5.7 Thiết kế giải thuật tìm đường Tìm hiểu dùng thuật tốn A* tìm kiếm đường ngắn từ cổng đến vị trí lưu trữ 55 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO Hình 5.11 – Đường kho - Trong giới hạn tìm hiểu, tác giả sử dụng thuật tốn A* để tìm đường ngắn nhất, với hàm tính tốn: f (n) g (n) h(n) Trong đó: g (n) đường ngắn từ điểm bắt đầu đến điêm xét h(n) hàm đánh giá từ điểm xét đến điểm đích Trong nội dung thực hiện, tác giải chọn hàm h(n) giá trị khoảng cách ngắn từ vị trí xét đến điểm đích, giá trị tính tốn theo giải thuật Floyd Mô tả giải thuật - Khởi tạo tập hợp OPEN CLOSE Trong đó, OPEN tập hợp điểm xét đến, CLOSE tập hợp điểm nằm đường xét đến - Chọn điểm bắt đầu điểm xét Tính tốn hàm g(n), h(n) f(n) cho điểm bắt đầu - Chọn điểm với hàm f(n) nhỏ nhất, xóa khỏi tập OPEN, cập nhật điểm vào tập CLOSE chọn điểm điểm xét - Đưa vào vịng lập điểm xét khơng phải điểm đến Xét điểm kề điểm xét Với điểm, tính tốn giá trị g(n), h(n) f(n) Nếu điểm chưa có mặt tập OPEN cập nhật điểm vào OPEN 56 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO Nếu điểm có mặt tập OPEN cập nhật điểm với giá trị hàm f(n) nhỏ Nếu điểm có mặt tập CLOSE xóa khỏi CLOSE cập nhật lại điểm vào OPEN Xét điểm tập OPEN có hàm f(n) nhỏ Xóa điểm khỏi tập OPEN, cập nhật vào tập CLOSE chọn điểm điểm xét Quay lại bước vòng lập - Truy xuất lại đường từ kết tập CLOSE Hình 5.12 – Sơ đồ giải thuật thuật toán A* 5.8 Thiết kế giải thuật hạn chế va chạm Sau thực tìm đường, trước gửi liệu đến AGV, hệ thống tiến hành khảo sát đường trước xem có va chạm tắc nghẽn đường khơng Kết hợp với hệ thống cảm báo an toàn AGV, việc tránh va chạm cho kết tốt 57 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO Start AGV_path, AGV_ID, time_in, time_out, replan = Cập nhật thời gian vào time_in, time_out Xét điểm đường Time_in