Đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế robot tự hành agv

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG KHOA TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ROBOT TỰ HÀNH AGV GVHD SVTH Lớp Khóa : Trần Ngọc Tân : Nguyễn Quý Phi Nguyễn Ngọc Thành Đặng Trung Kiên Lê Duy Tân : 20CĐT1B : 2020 - 2023 Đà Nẵng, năm 2022 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Ngọc Tân, giảng viên môn trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng, người tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng nói chung, thầy Khoa Tự Động Hóa nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành khoá luận tốt nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT .7 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU .2 Lịch sử phát triển xe AGV Phân loại xe AGV MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .6 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Chương 2: cấu tạo ứng dụng phương pháp điều khiển AGV 2.1 CẤU TẠO 2.2 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 11 3.1.BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ARDUINO UNO R3 11 3.2.MẠCH CẦU H ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 12 3.3.BỘ NGUỒN 13 3.4.HỆ THỐNG DÒ LINE 14 3.5.HỆ THỐNG TRÁNH VẬT CẢN .16 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 4.1 KẾT CẤU CƠ KHÍ 18 4.2 KHUNG VÀ VỎ MƠ HÌNH AGV .20 4.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 20 4.4 SƠ ĐỒ KẾT NỐI ĐIỀU KHIỂN 21 4.5 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN .22 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, ƯU NHƯỢC ĐIỂM, CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN VÀ KẾT QUẢ AGV 23 KẾT LUẬN .23 5.2 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA ROBOT AGV ƯU ĐIỂM : .23 5.3 PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN ROBOT AGV 25 5.4 PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN ROBOT AGV 26 5.5 KẾT QUẢ 26 CHƯƠNG TRÌNH ROBOT 28 DANH MỤC HÌNH Chương Hình 1 Sơ đồ vận hành xe AGV nhà máy .2 Hình Xe AGV kéo hàng .3 Hình Xe AGV chở hàng .3 Hình Xe AGV nâng hàng .4 Chương Chương Hình Arduino uno r3 10 Hình Mạch cầu H dung L298 Đặc tính kỹ thuật: .11 Hình 3 Pin 18650 12 Hình Cảm biến dị line led .13 Hình Cảm Biến Vật Cản Hồng Ngoại E18-D80NK 15 Chương Hình động giảm tốc V1 17 Hình khung vỏ xe AGV 19 Hình sơ đồ mạch điện điều 19 Hình 4 sơ đồ mạch 20 Hình động giảm tốc V1 21 Chương Hình robot hồn thành 25 Hình robot hoàn thành 26 Hình robot hồn thành 26 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát tiển ngành khoa học kỹ thuật việc ứng dụng cơng nghệ kỹ thuật vào công nghiệp ngày trở nên quan trọng phổ biến Việc nghiên cứu, phát triển mơ hình Robot tự hành AGV nhằm mục đích thay quy trình vận hành thủ cơng phương pháp tự động hóa, góp phần nâng cao suất lao động, giảm chi phí đem lại hiệu to lớn sản xuất cơng nghiệp Bài báo cịn đề cập tới việc tính tốn lựa chọn thiết thiết bị xây dựng mơ hình Robot tự hành AGV Nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tiễn góp phần tăng xuất công ty Xu nghiên cứu phù hợp với phát triển công nghiệp nước nhà, đặc biệt thuận lợi cho việc nghiên cứu sinh viên Along with the development of the science and technology, the application of technical technologies in the industry has become increasingly important and popular The research and development to design AGV robot model aims to replace manual previous operation processes automation method, contributing, enhance improving labor productivity, reducing costs and bringing about great efficiency in industrial production The article also refer to the calculation and the selection of equipment for building AGV robot models The research is proposed from the practical needs of the workers, contributing to increasing productivity The trend of the topic is in line with the development of the domestic industry, especially, convenient for the study of students Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Quý Phi Nguyễn Ngọc Thành Lê Duy Tân Đặng Trung Kiên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MOBILE ROBOT LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Lịch sử phát triển xe AGV Robot đời từ kỷ trước công nguyên Chu Mục Vương (Trung Quốc) người Yan Shi phác thảo ý tưởng máy tự động khí Đến năm 1927, robot điện tử lần xuất phim ảnh Năm 1948, nguyên lý tảng robot tự động hóa đời, tạo tiền đề cho robot học sau Cho tới năm 1961, Mobile Robot điện tử giới đời, đặt tên Unimate.Trong loại Mobile Robot áp dụng lĩnh vực cơng nghiệp, Robot tự hành mặt đất AGV( Autonomous Guided Vehicles) giới quan tâm đến Hệ thống xe tự hành (AGV) tồn từ năm 1953 Barrett Electronics Of Northbrook, bang Illinois – USA, Savant Automation of Walker, bang Michigan – USA Một nhà phát minh sáng chế phương pháp tự động hoá người xe tải kéo mà sử dụng nhà máy nhiều năm nhờ vào giấc mơ Robot tự hành AGV chế tạo để vận chuyển phôi gia công vào năm 70, vấn đề định hướng xe tự hành vấn đề quan trọng Ban đầu AGV xe kéo nhỏ chạy theo đường dẫn Công nghệ năm 70 điều khiển hệ thống để nâng cao khả tính linh hoạt xe AGV, xe khơng dùng để kéo, đẩy hàng kho, mà có chức trung gian , kết nối trình sản xuất, lắp ráp, phân loại hàng hóa Trải qua nhiều năm, công nghệ phát triển mạnh hơn, trình tự hành, AGV lập trình để giao tiếp với robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm chuyển qua trạm, kho nơi mà sau chúng giữ lại chuyển đến vị trí khác Phân loại xe AGV Xe AGV sử dụng với mục đích chung để chuyển hàng nhà máy, kho chứa sản phẩm Hình 1 Sơ đồ vận hành xe AGV nhà máy Ngày nay, xe AGV có nhiều dòng sản phẩm khác thị trường Các sản phẩm AGV bao gồm: Các sản phẩm AGV bao gồm: Xe kéo (Towing Vehicle) Xe kéo xuất dòng xe AGV thịnh hành thị trường Loại kéo nhiều toa hàng khác trở 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 việc đảm bảo an tồn • Tính an tồn tốt Hình Xe AGV kéo hàng ➢ Xe chở ( Unit Load Vehicle) Xe chở trang bị tâng khay chứa nâng, hạ chuyển động băng tải, đai xích Ưu điểm xe chở: • Tải trọng phân phối di chuyển theo yêu cầu • Thời gian đáp ứng nhanh gọn • Giảm hư hại tài sản • Đường linh hoạt • Giảm thiếu tắc nghẽn giao thơng chuyên chở Hình Xe AGV chở hàng ➢ Xe đẩy ( Cart Vehicle) CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH 4.1 KẾT CẤU CƠ KHÍ Yêu cầu đặt bánh động lực cần phải chịu tải tốt, ma sát bánh với mặt phải thật lớn để tránh bị trượt di chuyển, gây không ổn định xe trình làm việc Vì nhóm đề xuất sử dụng cụm bánh động lực sau: Hình 4.1 động giảm tốc V1 4.2 KHUNG VÀ VỎ MƠ HÌNH AGV - Khung xe yêu cầu phải có khả chịu tải trọng cao, dễ dàng lắp ráp với module bánh, cảm biến, module mạch, hệ thống nút điều khiển xe - Kích thước phù hợp với chức không gian làm việc - Đảm bảo an tồn hàng hóa q trình di chuyển - Có bền có tính thẩm mỹ Nhóm để xuất mơ hình vỏ AGV sau: Hình 4.2 khung vỏ xe AGV 4.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 4.3 sơ đồ mạch điều Giải thuật: Khi xe Hình hoạt động , sensor dị điện đường báo tín hiệu Vi điều khiển để biết bị trí tương đối xe so với đường Tương ứng với tín hiệu Vi điều khiển phát lệnh điều khiển dến RC servo động kéo bánh xe truyền động Việc điều khiển bẻ servo cần liên tục xác để xe chạy tốc độ cao bám line đường Vì ta sử dụng ngắt trần Timer0 để tạo thời gian kiểm tra servo 20ms Khi 20ms servo điều chỉnh hướng quay lần đẩm bảo robot di chuyển line Khi gặp vạch báo hiệu bẻ góc 90 độ chuyển line Vi điều khiển phát lệnh xuống động giảm tốc cho xe để xe dễ dàng xử lý sau chờ tín hiệu để bẻ góc chuyển line Tốc độ xe điều chỉnh chân điều chế xung PWM (PWM1A PWM1B) hỗ trợ việc điều chỉnh hướng xe 4.4 SƠ ĐỒ KẾT NỐI ĐIỀU KHIỂN Hình 4.4 sơ đồ mạch Nguồn dương (+) qua cơng tắc, sau chia làm đường đường vào điểm dương Jack DC Arduino, đường vào 12V L298 Đường âm bạn chia đường, đường vào GND L298 đường vào điểm âm Jack DC Arduino Nối các điểm Input 1, Input 2, Input 3, Input L298 theo thứ tự vào điểm 6, 7, 8, Arduino Chân End A câu vào chân 11, chân End B câu vào chân số 10 Arduino 5V nối vào VCC cụm mắt cảm biến, GND câu vào GND, A1, A2, A3, A4, A5 nối theo thứ tự với SS1, SS2, SS3, SS4, SS5 cụm cảm biến Lưu ý: Nếu trường hợp hồn thành thiết kế Robot tìm đường Động ngược chiều bạn kiểm đấu nối lại vị trí chân 6,7,8,9 Arduino 4.5 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN Hình 4.5 động giảm tốc V1 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, ƯU NHƯỢC ĐIỂM, CÁC PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN VÀ KẾT QUẢ AGV KẾT LUẬN Sau tháng nhờ thầy giáo hướng dẫn tìm hiểu từ tài liệu video mạng nhóm e hồn thành đề tài mà nhà trường đề robot tự hành AGV, mơ hình mạch nhỏ gọn, phù hợp với việc học tập nghiên cứu Chi phí đầu tư cho mơ hình thấp đem lại hiệu cao 5.2 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA ROBOT AGV ƯU ĐIỂM : • Giảm chi phí lao động: AGV giảm chi phí lao động cho bạn theo nhiều cách: thay nhân công AGV, cơng ty trả khoản chi phí cho thiết bị – khoản đầu tư ban đầu – so với chi phí liên tục kèm với việc thuê chẳng hạn bảo hiểm chăm sóc sức khỏe, thuế trả lương, tăng lương, thời gian nghỉ phép, v.v • Tăng tính an tồn: AGV lập trình trọng đến an tồn Do đó, chúng trang bị đầy đủ camera, tia laser cảm biến khác cho phép chúng hoạt động an tồn xung quanh người cơng trình Ngược lại, thiết bị người vận hành nhiều chế an tồn tích hợp sẵn dựa vào đầu vào người bị xâm phạm theo cách Trong nhân viên vận hành ln có khả bị tập trung mệt mỏi, gây tai nạn khơng phải mối lo ngại sử dụng robot tự hành AGV Ngồi ra, AGV hoạt động điều kiện mà người vận hành không vận hành tối ưu (nhiệt độ cao, thấp, xung quanh vật liệu nguy hiểm) • Tăng độ xác sản lượng: Khi thay yếu tố người AGV, rủi ro dẫn đến quy trình cơng việc khơng xác bị loại bỏ, làm giảm lãng phí tăng sản lượng, cho phép hoạt động bạn trở nên hiệu xác Khi nhân bị giới hạn thời gian làm việc, AGV có khả hoạt động 24/7 Ngồi cải tiến rõ ràng độ xác suất, cách tích hợp AGV với hệ thống kiểm sốt kho hàng hệ thống quản lý kho, bạn hợp lý hóa quy trình kiểm kê đặt hàng ngun vật liệu • Tính mơ-đun: Khi hoạt động mở rộng, bạn dễ dàng thêm AGV bổ sung cần thiết Điều cho phép bạn tránh khoản đầu tư ban đầu cao Thay mua 20 30 AGV lúc, bạn bắt đầu với hai chuyển đổi từ từ, cuối mở rộng đội xe sang hoạt động hoàn toàn tự động chủ yếu tự động NHƯỢC ĐIỂM: • Đầu tư ban đầu có khả cao: AGV tăng lợi nhuận cuối cho hoạt động cách giảm chi phí lao động tăng suất, có khoản đầu tư ban đầu cao Việc mua AGV ngắn hạn đắt so với việc thuê nhân viên sử dụng thiết bị khác xe nâng Thông thường dài hạn, khoản tiết kiệm thực đầy đủ Khoản đầu tư ban đầu gây gánh nặng cho hoạt động nhỏ chưa sẵn sàng tiếp cận vốn • Chi phí bảo trì: Như thiết bị khác, AGV cần bảo dưỡng định kỳ sửa chữa không thường xuyên Dù AGV không vận hành trực tiếp nhân viên, chắn có số thời gian ngừng hoạt động nhân viên đào tạo triển khai chúng • Khơng thích hợp cho cơng việc khơng lặp lại: AGV có ý nghĩa hoạt động giải cơng việc lặp lặp lại chúng lập trình để làm Nếu nhiệm vụ hoạt động bạn có xu hướng khơng lặp lại, chúng thực nhanh chóng hiệu nhân viên vận hành thiết bị khác (chẳng hạn xe nâng) • Giảm tính linh hoạt hoạt động: Một lợi ích việc có nhân thực hoạt động đòi hỏi linh hoạt mà AGV khơng làm AGV hoạt động theo hệ thống quy trình đặt trước, gây khó khăn cho việc thay đổi nhanh chóng Một mơ hình kinh doanh có xu hướng phản ứng với xu hướng khơng phù hợp với AGV 5.3 PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN ROBOT AGV - Nâng cấp lên sử dụng thiết bị giám sát cao camera - Tích hợp khả giao tiếp cho robot AGV thông qua wifi, bluetooth… qua tạo lên quy trình làm việc khép kín có tính chun mơn cao Mở rộng ứng dụng robot AGV: Ngoài việc vận chuyển hành nhà xưởng ứng dụng bệnh viện qua việc xếp dụng cụ y tế thư viện lớn cho việc xếp sách… NHƯỢC ĐIỂM: • Đầu tư ban đầu có khả cao: AGV tăng lợi nhuận cuối cho hoạt động cách giảm chi phí lao động tăng suất, có khoản đầu tư ban đầu cao Việc mua AGV ngắn hạn đắt so với việc thuê nhân viên sử dụng thiết bị khác xe nâng Thông thường dài hạn, khoản tiết kiệm thực đầy đủ Khoản đầu tư ban đầu gây gánh nặng cho hoạt động nhỏ chưa sẵn sàng tiếp cận vốn • Chi phí bảo trì: Như thiết bị khác, AGV cần bảo dưỡng định kỳ sửa chữa không thường xuyên Dù AGV không vận hành trực tiếp nhân viên, chắn có số thời gian ngừng hoạt động nhân viên đào tạo triển khai chúng • Khơng thích hợp cho cơng việc khơng lặp lại: AGV có ý nghĩa hoạt động giải công việc lặp lặp lại chúng lập trình để làm Nếu nhiệm vụ hoạt động bạn có xu hướng khơng lặp lại, chúng thực nhanh chóng hiệu nhân viên vận hành thiết bị khác (chẳng hạn xe nâng) • Giảm tính linh hoạt hoạt động: Một lợi ích việc có nhân thực hoạt động địi hỏi linh hoạt mà AGV không làm AGV hoạt động theo hệ thống quy trình đặt trước, gây khó khăn cho việc thay đổi nhanh chóng Một mơ hình kinh doanh có xu hướng phản ứng với xu hướng khơng phù hợp với AGV 5.4 PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN ROBOT AGV - Nâng cấp lên sử dụng thiết bị giám sát cao camera - Tích hợp khả giao tiếp cho robot AGV thơng qua wifi, bluetooth… qua tạo lên quy trình làm việc khép kín có tính chun mơn cao Mở rộng ứng dụng robot AGV: Ngồi việc vận chuyển hành nhà xưởng ứng dụng bệnh viện qua việc xếp dụng cụ y tế thư viện lớn cho việc xếp sách… 5.5 KẾT QUẢ Robot sau hồn thành: Hình 5.1 robot hồn thành Hình 5.2 robot hồn thành Hình 5.3 robot hồn thành /*******************END******************/ CHƯƠNG TRÌNH ROBOT void retrai(char x){ analogWrite(9,x); digitalWrite(10,LOW); digitalWrite(5,LOW); analogWrite(6,x-30); } void cheotrai(char x){ analogWrite(9,x+20); digitalWrite(10,LOW); analogWrite(5,x); digitalWrite(6,LOW); } void dithang(char x){ analogWrite(9,x); digitalWrite(10,LOW); analogWrite(5,x); digitalWrite(6,LOW); } void cheophai(char x){ analogWrite(5,x+20); digitalWrite(6,LOW); analogWrite(9,x); digitalWrite(10,LOW); } void rephai(char x){ analogWrite(5,x); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(9,LOW); analogWrite(10,x-30); } void setup(){ pinMode(5,OUTPUT); pinMode(6,OUTPUT); pinMode(9,OUTPUT); pinMode(10,OUTPUT); } int i=0; void loop(){ if(digitalRead(A5) == 0){ digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); }else if((digitalRead(A1)==0)&&(digitalRead(A2) == 0)&&(digitalRead(A3) == 0)) { digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); delay(5000); dithang(100); i++; if(i == 3){ while(1){ digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(10,LOW); }; }; delay(200); }else if(digitalRead(A0) == 0){ retrai(120); }else if(digitalRead(A1) == 0){ cheotrai(90); }else if(digitalRead(A3) == 0){ cheophai(90); }else if(digitalRead(A4) == 0){ rephai(120); }else if(digitalRead(A2) == 0){ dithang(100); }else{ }; } **************************END************************** NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ Chữ Ký GVHD