Nghiên cứu và chế tạo xe tự hành vận chuyển hàng hóa

1 PHẦN MỞ ĐẦU Lý Do Chọn Đề Tài Đất nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa đại hóa Để tiến kịp nước khu vực giới, công nghiệp nước nhà cần tiếp cận công nghệ thiết bị đại Các cán kĩ thuật cần trang bị kiến thức mới, đẩy nhanh trình phát triển đất nước Kĩ thuật robot ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhiều nước, đem lại hiệu to lớn sản xuất công nghiệp, quốc phòng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot sản xuất hoi Việc ứng dụng robot cơng nghiệp cịn lĩnh vực mẻ công nghiệp nước nhà Trong xu hướng phát triển chung việc nghiên cứu sử dụng robot Việt nam chắn phát triển AGV loại robot sử dụng nước ngành công nghiệp dùng để chuyên chở tự động Tuy nhiên Việt Nam cơng nghệ chưa áp dụng nhiều thực tế Hiện nay, hầu hết ngành công nghiệp nước ta có quy mơ lớn chất lượng chưa cao hạn chế khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị cịn thơ sơ nên suất lao động đạt mức trung bình lợi nhuận giảm phải thuê mướn lượng công nhân lớn, Changshin khơng tránh khỏi tình trạng THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV - Vì thời gian tiếp cận với quy trình sản xuất công ty Changshin Việt Nam, nhận thấy quy trình vận chuyển xe Last dọc theo chuyền sản xuất phân xưởng NOS công ty quy trình nặng nhọc người công nhân Đồng thời với yêu cầu công ty mong muốn đưa tự động hóa vào sản xuất để giải phóng sức lao động chân tay nâng cao xuất lao động Qua đó, nhóm đề xuất việc thay sức lao động quy trình vận chuyển xe last bên phía công ty ủng Xe chở last hộ tạo điều kiện cho nhóm nghiên cứu Do đề tài mang tên “NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO XE TỰ HÀNH VẬN CHUYỂN HÀNG HĨA” Mục Đích Nghiên Cứu - Đưa tự động hóa vào khâu sản xuất giày công ty changshin thay công nhân số công đoạn nặng nhọc vài nơi nguy hiểm - Thiết kế tạo xe có khả dị đường robot tự động phải tránh chướng ngại vật nhờ vào cảm biến phải kết nối tự động với xe chở last từ thay công nhân làm công việc nặng nhọc phải giải yêu cầu: - Nâng cao suất lao động, thời gian số chuyến vận chuyển sản phẩm tăng lên đem lại lợi nhuận cho công ty THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV - Đề tài gồm nhiều môn học chuyên ngành liên quan qua đề tài giúp em hiểu rõ, nắm sâu kiến thức học Nội Dung Và Phạm Vi Nghiên Cứu Nội dung:  Nghiên cứu tạo kết cấu khí hợp lý vững cho AGV  Thiết kế driver điều khiển động dùng mạch cầu H kết hợp với PID điều khiển cách xác vị trí, tốc độ  Thiết kế module cảm biến giúp xe xác định đường đi, vật cản nhận định xác xe Last kết nối  Thiết kế module giao tiếp RFID giúp xe nhận diện vị trí xác bến giao nhận xe, vị trí đặt xe vị trí sạc bình tự động  Thiết kế mạch đo dung lượng Acquy, kết hợp lập trình tạo nên xe AGV có khả sạc bình tự động nhằm đảm bảo lượng cho xe hoạt động  Cách kết nối mạch lại với để tạo AGV hoàn chỉnh Phạm vi nghiên cứu:  Trong nước nói chung thực chạy thực nghiệm xưởng NOS cơng ty Changshin nói riêng Ý Nghĩa Khoa Học  Mang đến bước tiến vượt trội việc áp dụng khoa học công nghệ đại vào quy trình sản xuất, tảng sở để xây dựng quy trình tự động hóa với thiết bị máy móc tốt tương lai Bên cạnh cịn thể lĩnh tầm hiểu biết ngày nâng cao sinh viên nắm bắt kiến thức khoa học kỹ thuật vận dụng cách sáng tạo, có hiệu vào thực tiễn sống THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV Ý Nghĩa Thực Tiễn  Tự động hóa sản xuất hàng hóa nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, mang lại lợi nhuận trực tiếp cho công ty Changshin Việt Nam  Về ý nghĩa nhân văn, thay thể người vị trí nguy hiểm, dễ gây tai nạn lao động trình làm việc Nhiệm Vụ Nghiên Cứu  AGV đề tài nghiên cứu xe chở hàng cơng nghiệp khơng người lái Nó có kích thước khác để mang tải trọng từ vài kg đến tải trọng hàng trăm tấn.Tuy nhiên khuôn khổ đồ án tốt nghiệp với kinh phí khả hạn hẹp, nên để đề tài có tính khả thi cao, nhóm chúng em đề nhiệm vụ việc thiết kế chế tạo xe AGV sau:  Chế tạo kết cấu kết cấu khí cho xe AGV loại xe chở có khay để hàng với tải trọng 150kg (khơng tính trọng lượng xe).Đảm bảo được độ vững xe hàng hóa q trình di chuyển, tạo ổn định thuận lợi cho phần điều khiển  Thiết kế mạch điện tử cho AGV hoạt động ổn định  Lập trình điều khiển cho AGV chạy bám theo vạch kim loại với tốc độ ổn định 25m/phút Thiết kế cho AGV có khả phát vật cản trình di chuyển đồng thời đưa cảnh báo an toàn thơng qua cịi báo đèn báo  Tìm hiểu thiết kế nguồn lượng cho xe nguồn chiều DC Phƣơng Pháp Nghiên Cứu  Phương pháp quan sát thực tế: Nhóm có thời gian tiếp cận với quy trình sản xuất cơng ty Changshin Việt Nam từ tìm cơng đoạn cần cải tiến máy móc để nâng cao suất lao động khâu vận chuyển last THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV  Tìm hiểu thơng qua sách, báo, viết chuyên đề thông qua mạng internet nhằm rút mơ hình phù hợp  Học hỏi thầy có nhiều kinh nghiệm lĩnh vực robocon để có hướng giải nhanh tốt  Giải Module nhỏ sau ghép thành mạch hồn chỉnh  Tính toán chạy thử nghiệm rút phương án tối ưu  Thiết lập mơ hình xe, chạy thử nghiệm bên ngồi nhằm tìm phương án tốt áp dụng Bố Cục Của Đề Tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung báo cáo gồm chương:  Chương 1: Tổng quan  Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết  Chương 3: Kết luận Phần cuối báo cáo danh mục tài liệu tham khảo Thời Gian Biểu Thực Hiện Đề Tài + Ngày 30-7 nhận đề tài giao từ công ty + Từ đến 15-8 thiết kế mơ hình xe hồn chỉnh, mơ hệ thống máy tính phần mềm Solidworks + Từ 16 đến 31-8 làm mơ hình thực tế cho xe AGV + Từ đến 15-9 thiết kế driver điều khiển động + Từ 16 đến 30-9 tìm hiểu cảm biến siêu âm phương pháp dò line kim loại cảm biến cảm ứng từ + Trong tháng 10 kết nối module nhỏ lại thành xe hoàn chỉnh + Đầu tháng 11 bắt đầu viết báo cáo dự kiến hoàn tất tháng 11 để chuẩn bị báo cáo cấp khoa THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Các Dữ Kiện Khi Khảo Sát Thực Tế :  Yêu cầu vận chuyển: Dựa vào tình hình thực tế sản xuất công ty đưa yêu cầu vận chuyển, số lượng hàng hóa thời gian đáp ứng Vận chuyển liên tục xe last dọc theo line sản xuất giầy xưởng Nos 1, công ty Changshin Việt Nam Qua khảo sát thực tế thu thập số liệu Kế hoạch sản xuất ngày 3.000 Pairs Số lượng Last vận chuyển m i chuyến 48 Pairs Khoảng cách vận chuyển 188 Metter Số chuyến xe phải hàng ngày 62.5 Chuyến Số met phải hàng ngày 11.750 Metter Thời gian yêu cầu cho AGV 461 s/chuyến Thời gian làm việc m i ngày Tiếng Vận tốc bắt buộc đáp ứng kế hoạch 0.41 m/s Kích thước AGV(dài x rộng x cao) 520x420x430 mm 10 Trọng lượng xe chở last 49 kg 11 Trọng lượng tổng số last xe chở 120 kg Hình 1.1 Bảng số liệu thu thập qua khảo sát thực tế  Yêu cầu đặt ra:  Thay sức lao động người công nhân khâu vận chuyển xe last với quãng đường dài dọc theo line sản xuất phân xưởng  Đáp ứng yêu cầu công ty việc vận chuyển, đảm bảo thời gian hồn tất cơng việc THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV Hình 1.2 Đường thực tế môi trường làm việc 1.2 Xe AGV Là Gì ? Khái niệm xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) khái niệm chung tất hệ thống có khả vận chuyển mà không cần người lái Trong công nghiệp AGV hiểu xe chuyên chở tự động áp dụng lĩnh vực: - Cung cấp xếp linh kiện khu vực kho sản xuất - Chuyển hàng trạm sản xuất - Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt bán buôn - Cung cấp, xếp lĩnh vực đặc biệt bệnh viên, siêu thị, văn phòng Qua tất ứng dụng trên, AGV thể rõ hiệu như: Giúp giảm thiệt hại kiểm kê, xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân lực v.v… AGV giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu sản xuất Chúng chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hồng cấp phát cho số vị trí làm việc định THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV Hình 1.3 Xe agv vận chyển hàng 1.3 Lịch Sử Phát Triển Của AGV  Hệ thống xe dẫn hướng tự động (AGVS) tồn từ năm 1953 Barrett Electronics Of Northbrook, bang Illinois – USA, Savant Automation of Walker, bang Michigan – USA Một nhà phát minh với giấc mơ sáng chế phương pháp tự động hóa người xe tải kéo mà sử dụng nhà máy nhiều năm Lúc đầu xe kéo nhỏ chạy theo đường dẫn Hệ thống hướng dẫn tạo xuất cảm biến dò theo từ trường AGV tồn mức năm 70 Công nghệ lúc điều khiển hệ thống để mở rộng khả tính linh hoạt Xe khơng cịn dùng để kéo rơ mc kho, mà cịn sử dụng q trình sản xuất, làm việc, hệ thống lắp ráp ô tô  Qua nhiều năm, công nghệ trở nên tinh vi hơn, ngày AGV chủ yếu định vị hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle) Trong trình tự hành, LGV lập trình để giao tiếp với robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm chuyển qua trạm, kho nơi mà sau chúng lại chuyển đến vị trí khác Ngày nay, LGV đóng THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV vai trò quan trọng thiết kế nhà máy nhà kho, đưa hàng hóa đến địa điểm cách an tồn 1.4 Phân Loại AGV 1.4.1 Phân loại theo chức năng: có kiểu AGV  Xe kéo (Towing Vehicle) Xe kéo xuất bay cịn thịnh hành Loại kéo nhiều loại toa hàng khác chở từ 8000 đến 60000 pounds Ưu điểm hệ thống xe kéo: - Khả chuyên chở lớn - Có thể dự đốn lên kế hoạch tính hiệu việc chuyên chở đảm bảo an toàn - Tăng tính an tồn Hình 1.4 AGV kéo xe hàng THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 10  Xe chở (Unit Load Vehicle) Xe chở trang bị tầng khay chứa nâng, hạ chuyền động băng tải, đai xích Loại có ưu điểm : - Tải trọng phân phối di chuyển theo yêu cầu - Thời gian đáp ứng nhanh gọn - Giảm hư hại tài sản - Đường linh hoạt - Giảm thiểu tắc nghẽn giao thơng chun chở - Lập kế hoạch hiệu Hình 1.5 AGV chở hàng Xe đẩy (Cart Vehicle) Xe đẩy cho có tính linh hoạt cao rẻ tiền Chúng sử dụng để chuyên chở vật liệu hệ thống lắp ráp Xe nâng (Fork Vehicle) Có khả nâng tải trọng đặt sàn bục cao hay khối hàng đặt giá THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 37 Hình 2.30 Một số nút nhấn thị trường  Thơng số lựa chọn - Dịng điện qua cặp tiếp điểm - Đường kính nút nhấn - Màu sắc nút nhấn 2.3.11.2 Khối hiển thị Hình 2.31 LCD 16x2 LCD khối hiển thị thông dụng để thông tin cho người sử dụng biết xe chế độ hoạt động lượng bình để kịp thời quay vi trí sạc tự động thiết kế mặt sàn THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 38 2.3.12 Khối Xử Lý Trung Tâm  Giới thiệu chung AVR Hình 2.32 Vi điều khiển AVR  AVR họ vi điều khiển hãng Atmel (Hoa Kì) sản xuất AVR chip vi điều khiển bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa Họ vi điều khiển AVR họ vi điều khiển có cấu trúc đại  So với họ vi điều khiển 8bits khác, AVR có nhiều tính hẳn, đầy đủ chức dễ sử dụng:  Gần không cần mắc thêm linh kiện sử dụng AVR, chí khơng cần tạo nguồn xung clock cho chip (thường khối dao động thạch anh)  Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR dễ làm, có loại sử dụng vài điện trở làm AVR h trợ lập trình on-chip Bootloader khơng cần mạch nạp…  Bên cạnh lập trình ngơn ngữ máy hay gọi ASM, cấu trúc AVR cịn thiết kế tương thích với ngơn ngữ C  Nguồn tài nguyên tài liệu, source code, ứng dụng tìm kiếm nhiều internet  Một người khơng cần biết cấu trúc AVR lập trình cho AVR phần mềm CodeVisionAVR (C), AVRStudio… THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 39  Tốc độ xử lý AVR nhanh họ vi điều khiển khác từ đến 12 lần, mà AVR xem dòng vi điều khiển mạnh sau vi điều khiển ARM  Hầu hết AVR có tính sau:  Có thể sử dụng xung clock lên đến 20MHz, sử dụng xung clock nội lên đến 8MHz (sai số 3%)  Bộ nhớ chương trình Flash có dung lượng lớn lập trình lại nhiều lần, có SRAM (Ram tĩnh) lớn đặc biệt có nhớ lưu trữ lập trình EEPROM  Nhiều ngõ vào (I/O PORT)  Có timer/counter 8bits, 16 bits tích hợp với PWM  Các chuyển đổi Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh  Có chức Analog Comparator  Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS 232)  Giao diện nối tiếp Tw –Wire–Serial (tương thích chuẩn I2C) Mater Slaver  Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)  Tìm Hiểu Về Atmega64 Hình 2.33 Sơ đồ chân Atmega64 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 40 Atmega 64 vi xử lý RISC với kiến trúc Harvard thuộc họ AVR sản xuất công ty ATMEL với tính mạnh mẽ, có 130 lệnh xử lý hầu hết chu kỳ xung nhịp  Những đặc điểm tính Atmega 64  Atmega64 có 64 chân có 53 chân I/O, điện áp hoạt động: 2,7V 5,5V với dòng ATmega64L, 4,5V - 5,5V với dịng ATmega64  32x8 ghi thơng dụng ghi điều khiển  Có thể hoạt động lên tới 16 triệu lệnh/1giây (16 MIPS) - sử dụng thạch anh 16MHz  64KBytes nhớ Flash cho chương trình  2KBytes EEPROM  4KBytes SRAM nội  Có thể mở rộng lên tới 64KBytes nhớ ngoại  Ghi/Xóa: 10.000 Flash / 100.000 EEPROM  Giao tiếp SPI cho viêc lập trinh chíp - In-Sytem Programming (Mạch nạp AVR910 - sử dụng SPI để nạp chương trình cho chíp)  Timer/Counter 8-bit chế độ Separate Prescalers, Compare Modes  Timer/Counter 16-bits chế độ Separate Prescalers, Compare Modes and Capture Mode  kênh điều xung PWM 8-bits  kênh điều xung PWM lập trình từ tới 16 bits  kênh ADC 10 bits  giao tiếp UART  Master/Slaver thông qua giao tiếp SPI  Lập trình Watchdog Timer với giao động chíp  Dao động thạch anh ngồi: 0-8MHz với dòng ATmega64L, 0-16MHz với dòng ATmega64 Bộ xử lý trung tâm phần điều khiển chính, não xe AGV lấy tín hiệu từ cảm biến bên để xử lý đưa phương án điều khiển cho xe THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 41 quẹo trái, quẹo phải, chạy dừng Board Master sử dụng chíp xử lý Atmega64, vi điều khiển họ AVR Hình 2.34 Mạch Mater Atmega64 CHƢƠNG KẾT LUẬN 3.1 Hệ Thống Xe AGV Hiện xe hoàn thành vào chạy thử nghiệm, thay cho việc vận chuyển sức người Tăng suất từ đến lần so với trước Không thế, việc ứng dụng xe AUTO AGV vào sản xuất cịn giúp cơng ty tiết kiệm khoản chi phí đáng kể so với sử dụng quy trình sản suất cũ  Đảm bảo an tồn với mơi trường, dễ vận hành sử dụng bảo dưỡng  Thay đến nhân công ca sản xuất  Máy hoạt động vịng tháng hồn lại vốn 3.2 Đánh Giá Và Nhận Xét 3.2.1 Ƣu điểm Xe AGV kết nối với xe last chở hàng cách linh hoạt kiểm sốt dung lượng bình Xe AGV thay công nhân vận chuyển last lên xuống NOS cách liên tục nhanh chóng từ suất tăng lên từ đến lần THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 42 3.2.2 Nhƣợc điểm Do sử dụng nguồn acquy nên việc hoạt động liên tục thời gian địi hỏi phải có độ bền cao thời gian lưu trữ lượng lâu Nên ta phải thiết kế nơi để xe sạc tự động hết điện làm gián đoạn việc vận chuyển 3.3 Kết Quả Q Trình Thử Nghiệm Xe AGV sau hồn thành xong đáp ứng yêu cầu đặt tốc độ làm việc gần 0.5m/s, xe chạy linh hoạt dừng nơi quy định ngồi kết nối tự động với xe chở last 3.4 Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế Xe sau giao đem lại lợi nhuận cho cơng ty nhiều lần góp phần đưa công ty ngày phát triển lên Hƣớng Phát Triển 3.5  Thiết kế kết cấu khí, chọn loại động nguồn thích hợp giúp AGV có khả tải trọng cao hơn, đến vài Thiết kế trạm nạp ắc quy tự động cho AGV đồng thời với hệ thống định vị GPS cục nhà xưởng nhà máy để kiểm sốt xác hành trình, trạng thái AGV  Hồn thiện giao diện điều khiển máy tính, phát triển tính chạy tự động theo lộ trình đặt trước, theo thời gian đặt trước Nâng cao hiệu suất sử dụng (tăng thời gian vận hành, tiết kiệm lượng ), kiểm sốt xác vị trí tốc độ hoạt động xe  Xây dựng xe AGV tương thích với chu trình tự động hệ thống nhà xưởng, cấp phát phôi tự động đáp ứng yêu cầu công nghiệp, kết hợp hệ thống tự động khác robot scada …  Chuẩn hóa modul để phát triển, chế tạo AGV theo mơ hình cơng nghiệp, sản xuất quy mô lớn  Nghiên cứu công nghệ áp dụng vào AGV LGV THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 43 3.6 Giấy Xác Nhận Chuyển Giao Cơng Nghệ Hình 3.1 Giấy chuyển giao cơng nghệ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 44 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tiếng Việt : [1] Phạm Đăng Phước, “Robot công nghiệp” , Nhà xuất xây dựng Hà Nội, 2007 [2] Trần Hữu Quế (chủ biên), “Vẽ kỹ thuật khí (tập 1,tập 2)” , Nxb Giáo dục, 2007 [3] Nguyễn Ngọc Bảo, Hồ Viết Bình, “Cơ sở cơng nghệ chế tạo máy” ,Trường Đại học Sư phạm kĩ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 Tiếng Anh : [1] Datasheet ATMEGA-8 ATMEL [2] Datasheet ATMEGA-64 ATMEL [3] Datasheet SRF05 [4] Datasheet IR2184 [5] Craig John J(1986) In troduction to ROBOTICs- Mechanics & Control Addison-Wesley Publishing Company Tham khảo trang Web [1] www.dientuvietnam.net [2] www.hocavr.com PHỤC LỤC ĐÍNH KÈM #include #include #define left OCR1A #define right OCR1B #define sigf PORTD.5 #define sigr PORTD.6 #define dir PIND.3 unsigned char kp=10,ki=20,kd=20,giam=50; THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO XE AGV 45 signed int enc=0,err1=0,err2=0,pid=0; signed char ref=0; // External Interrupt service routine #define RXB8 #define TXB8 #define UPE #define OVR #define FE #define UDRE #define RXC #define FRAMING_ERROR (1