nghiên cứu thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động

Nội dung chính của đồ án: - Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống lưu kho tự động - Lập trình điều khiển PLC S7-1200 - Thiết kế giao diện điều khiển Runtime - Lập trình chươn

NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

GVHD: THS NGUYỄN VĂN MINH SVTH: NGUYỄN DUY HẢI

NGUYỄN VĂN TOẠI

TRẦN DƯƠNG NHỰT TRƯỜNG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 3/2024

S K L 0 1 2 6 5 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT -

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

lưu kho tự động” Gi

ảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN VĂN MINH

3 TRẦN DƯƠNG NHỰT TRƯỜNG 19104062

Lớp: 191040 Khóa: 2019-2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Bộ môn Kỹ thuật hệ thống Công nghiệp

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Học kỳ I / năm học 2023 - 2024 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Minh

Sinh viên thực hiện:

2 Nguyễn Văn Toại MSSV: 19104053 Điện thoại: 0374620126 3 Trần Dương Nhựt Trường MSSV: 19104062 Điện thoại: 0784599595

1 Đề tài tốt nghiệp:

- Mã số đề tài: KCN-29

- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Tài liệu tham khảo về các hệ thống lưu kho sử dụng trong công nghiệp - Tài liệu sử dụng các thiết bị tự động hoá, PLC siemens PLC S7-1200

3 Nội dung chính của đồ án:

- Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống lưu kho tự động - Lập trình điều khiển PLC S7-1200

- Thiết kế giao diện điều khiển Runtime

- Lập trình chương trình xử lý ảnh quét mã QR-CODE - Tạo hệ cơ sở dữ liệu SQL SERVER

- Lập trình và thiết kế Web quản lý dữ liệu lưu kho thông qua SQL SERVER

4 Các sản phẩm dự kiến

- Mô hình hệ thống lưu kho tự động

- Báo cáo thuyết minh, Poster, Video hệ thống lưu kho - Bản vẽ 2D, 3D hệ thống lưu kho

- Các chương trình lập trình sử dụng cho hệ thống lưu kho

5 Ngày giao đồ án: 01/10/2023 6 Ngày nộp đồ án: 09/03/2024

7 Ngôn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt 

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

 Được phép bảo vệ ………

LỜI CAM KẾT

- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động

- GVHD: ThS Nguyễn Văn Minh Sinh viên thực hiện:

1 Nguyễn Duy Hải

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”

Tp Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 03 năm 2024

LỜI CẢM ƠN

Từ khi bước chân vào trường, Thầy Cô trong Khoa Cơ khí chế tạo máy đã hỗ trợ và tạo điều kiện để chúng em có thể tiếp cận những kiến thức bổ ích và xây dựng nền tảng chuyên môn vững vàng Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, sự hướng dẫn và lời khuyên từ các Thầy Cô đã giúp chúng em tiếp cận các thiết bị và cơ sở vật chất, từ đó hoàn thiện đồ án một cách toàn diện

Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Cơ khí chế tạo máy của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt, sự tận tâm của Thầy Nguyễn Văn Minh không thể không kể đến Thầy luôn dành sự tận tâm hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đồ án tốt nghiệp này Bên cạnh đó, gia đình - nguồn động lực vững chắc, mang đến cho chúng em điều kiện tốt nhất cả về mặt vật chất lẫn tinh thần để hoàn thành chặng đường học tập tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến những người anh chị, những người bạn đã luôn đồng hành và chia sẻ những lời khuyên quý báu giúp chúng em hoàn thành đồ án này

Do hạn chế về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm, sai sót là một điều khó tránh khỏi, chúng em mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến từ các Thầy Cô để đồ án của chúng em được hoàn thiện, trở nên hoàn hảo hơn Xin chân thành tri ân!

Sinh viên thực hiện Nguyễn Duy Hải Nguyễn Văn Toại Trần Dương Nhựt Trường

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG

Trong đề tài này, hướng nghiên cứu của nhóm em chính là việc áp dụng hệ thống lưu kho hàng hóa sử dụng các thiết bị công nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho Hệ thống hoạt động một cách tự động dưới sự kiểm soát của con người bằng hệ thống phần mềm quản lý

Từ việc thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau chúng em thấy được nhiều vấn đề mà hiện nay con người còn vấp phải gây ra rất nhiều lãng phí Với phương pháp lưu trữ hàng hóa cổ điển mà chúng ta được biết nó thực sự có rất nhiều điểm bất cập và chưa tối ưu về mặt lợi ích Trong đó có một số dẫn chứng rất rõ ràng để nói về vấn đề lãng phí Thứ nhất là về mặt thời gian Khi lưu trữ hàng hóa theo phương pháp cổ điển rất mất thời gian từ khâu quản lý đầu vào, quản lý lưu trữ và quản lý đầu ra của hàng hóa Thứ hai là về mặt con người Trong quá trình lưu trữ hàng hóa bắt buộc phải có nhiều bộ phận quản lý như quản lý kho, người vận chuyển, người sắp xếp,… gây tốn kém về kinh tế và rủi ro tai nạn lao động cao Thứ ba là về diện tích lưu trữ hàng hóa Giữa những kệ hàng cần phải có không gian trống trải đủ cho việc di chuyển xuất và nhập hàng hóa Vì vậy sẽ chưa thể tối ưu được diện tích và sức chứa của kho lưu trữ Còn rất nhiều vấn đề gây ra sự lãng phí cho phương pháp lưu trữ cổ điển này

Nhận thấy được những vấn đề ở trên Nhóm chúng em đã thảo luận và đưa ra hướng giải quyết bằng cách thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động” Với việc thiết kế một hệ thống vận hành một cách tự động dưới sự giám sát và quảng lý của con người thông qua phần mềm quản lý giúp giảm thiểu thời gian, nhân lực, rủi ro,… và bên cạnh đó tăng sức chứa hàng hóa trong cùng một không gian nhất định và đem lại giá trị cao cho cá nhân và doanh nghiệp sử dụng

DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv

1.5 Phương pháp nghiên cứu 2

1.6 Nội dung đề tài 2

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.4.4.4 Microsoft SQL Server Management Studio 17

2.4.4.5 Phần mềm cơ sở dữ liệu ODBC 17

3.1 Yêu cầu hệ thống 19

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế kho hàng tự động 19

3.2.1 Phương án thiết kế khung kho hàng 19

3.2.2 Phương án thiết kế cánh tay cơ khí 23

3.3 Tính toán phương án truyền động 24

3.3.1 Cơ cấu vitme - đai ốc trượt 24

3.4.3.1 Tính công suất động cơ 34

3.4.3.1.1 Tính momen xoắn cho động cơ trục X 34

3.4.3.1.2 Momen xoắn cho động cơ trục Z 36

3.4.3.1.3 Momen xoắn cho động cơ trục Y 38

3.4.3.2 Động cơ cho vitme trục X 39

3.4.3.3 Động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút) 40

3.4.3.4 Động cơ vitme trục Z 41

3.4.3.5 Driver điều khiển 42

3.4.3.6 Động cơ băng tải 43

3.5 Thiết kế phần cứng trên phần mềm Solidworks 44

3.5.1 Giới thiệu về Solidworks 44

3.5.2 Thiết kế kho chứa hàng 45

3.5.3 Thiết kế băng tải vận chuyển hàng hóa 45

3.6.3 Lưu đồ điều khiển hệ thống 52

3.6.3.1 Lưu đồ điều khiển cho khối RESET 52

3.6.3.2 Lưu đồ điều khiển cho khối RUN 52

3.6.3.3 Lưu đồ điều khiển cho khối Auto 53

3.6.3.4 Lưu đồ điều khiển của khối MANUAL 55

3.6.3.5 Lưu đồ điều khiển chương trình con phân loại hàng hoá 57

3.6.3.6 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ô hàng nhập kho 58

3.6.3.7 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ô hàng xuất kho 59

3.7 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống 60

3.7.1 Yêu cầu về thiết kế 60

3.7.2 Cách thức sắp xếp kho cho hệ thống 61

3.7.3 Các cách phân loại sản phẩm 61

3.7.4 Giao diện HOME 63

3.7.5 Giao diện VIEW 64

3.7.6 Giao diện CONTROL 65

3.7.7 Giao diện DATA 66

3.7.8 Giao diện ALARM 67

3.7.9 Giao diện TEST 68

3.7.10 Giao diện LOGIN 69

3.8 Thiết kế giao diện quét mã QR và giám sát hệ thống Websever 70

3.8.5 Giao diện Websever 77

CHƯƠNG 4 THI CÔNG, CHẾ TẠO 80

4.1 Thi công phần cứng hệ thống 80

4.1.1 Thi công phần kho chứa hàng 80

4.1.2 Tọa độ của các kiện hàng và tỉ số truyền của động cơ tại các trục tương ứng 80

4.1.3 Thi công băng tải chuyển hàng 82

4.1.4 Thi công cơ cấu ba trục 83

4.1.5 Hệ thống phần cứng hoàn chỉnh 83

4.2 Thiết kế tủ điện 84

4.2.1 Yêu cầu thiết kế 84

4.4.2 Tủ điện sau khi thiết kế 84

4.4.3 Sơ đồ nối dây 86

DANH SÁCH HÌNH ẢNH Chương 2

Hình 2.1 PLC siemens và hệ sinh thái đi kèm 6

Hình 2.2 PLC Mitsubishi 7

Hình 2.3 Cảm biến quang 8

Hình 2.4 Cảm biến tiệm cận 9

Hình 2.5 Băng tải cao su 9

Hình 2.6 Băng tải mini 10

Hình 2.7 Băng tải lăn 10

Hình 2 13 Máy quét chuyên dụng mã vạch 1D 14

Hình 2 14 Camera công nghiệp 15

Hình 2.15 HD webcam 15

Hình 2.16 Visual studio 15

Hình 2.17 Microsoft ASP.net 16

Hình 2.18 Ngôn ngữ VBScript 17

Hình 2.19 SQL Server Management Studio (SSMS) 17

Hình 2.20 Giao diện ODBC Data Source Administrator 18

Chương 3 Hình 3.1 Hệ thống kệ Selective 20

Hình 3.2 Hệ thống kệ di động 21

Hình 3.3 Kệ double deep 22

Hình 3.4 Hệ thống kệ Drive in 22

Hình 3.5 Kết cấu vitme – đai ốc 25

Hình 3.6 Cơ cấu vitme – đai ốc bi 26

Hình 3.7 Mô hình truyền động đai 27

Hình 3.8 Cảm biến quang phát hiện vật E3F – DS10C4 32

Hình 3.23 Băng tải OUT 46

Hình 3.30 Lưu đồ khối RESET 52

Hình 3.31 Lưu đồ khối RUN 53

Hình 3.32 Lưu đồ khối AUTO 54

Hình 3.33 Lưu đồ khối MANUAL 56

Hình 3.34 Lưu đồ chương trình con phân loại sản phẩm 58

Hình 3.35 Lưu đồ chương trình con vị trí ô hàng nhập kho 59

Hình 3.36 Lưu đồ chương trình con vị trí ô hàng xuất kho 60

Hình 3.37 Phân loại cố định cho một loại hàng trên ô sản phẩm 61

Hình 3.38 Phân loại ngẫu nhiên các loại hàng 62

Hình 3.39 Phân loại theo hàng và cột 63

Hình 3.40 Giao diện HOME 64

Hình 3.41 Giao diện VIEW 65

Hình 3.42 Giao diện CONTROL 66

Hình 3.43 Giao diện DATA 67

Hình 3.44 Giao diện ALARM 68

Hình 3.45 Giao diện TEST 69

Hình 3.46 Giao diện LOGIN 70

Hình 3.47 Màn hình giao diện Visual Studio 71

Hình 3.48 Giao diện đọc mã QR sản phẩm 72

Hình 3.49 Kiểu dữ liệu trong bảng DATA 73

Hình 3.50 Bảng cơ sở dữ liệu của DATA 73

Hình 3.51 Kiểu dữ liệu trong bảng ALARM 73

Hình 3.52 Bảng cơ sở dữ liệu của ALARM 74

Hình 3.53 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng DATA 74

Hình 3 54 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng ALARM 75

Hình 3.55 Thiết lập thời gian cập nhật 76

Hình 3.56 Lựa chọn VBScript cần điều chỉnh 77

Hình 3.57 Giao diện tổng quan của Websever 78

Hình 3.58 Giao diện dữ liệu xuất nhập kho của Websever 78

Hình 3.59 Giao diện dữ liệu lỗi hệ thống lưu kho của Websever 79

Hình 3.60 Giao diện tìm kiếm của Websever 79

Chương 4 Hình 4.1 Kho chứa hàng sau khi thi công hoàn chỉnh 80

Hình 4.2 Hình mô tả tọa độ vị trí đặt hàng trong kho 81

Hình 4.3 Băng tải IN hệ thống khi thi công hoàn thiện 82

Hình 4.4 Băng tải OUT hệ thống khi thi công hoàn thiện 82

Hình 4.5 Cơ cấu vít me của hệ thống khi thi công hoàn thiện 83

Hình 4.6 Hệ thống sau khi được thi công hoàn chỉnh 84

Hình 4.7 Tủ điện của hệ thống 85

Hình 4.8 Sơ đồ kết nối các ngõ vào và ra của các thiết bị với PLC 86

Hình 4.9 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển động cơ của ba trục và động cơ băng tải 87

Hình 4.10 Sơ đồ kết nối giữa driver điều khiển với động cơ bước 87

Hình 4.11 Tủ điện điều khiển khi đã được đấu nối hoàn chỉnh 88

Hình 4.12 Mặt trước tủ điện khi đã lắp xong các thiết bị 88

Chương 5 Hình 5.1 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Import 89

Hình 5.2 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Export 90

Hình 5.3 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual – Import 91

Hình 5.4 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual - Export 92

Hình 5.5 Kết quả chạy thực nghiệm giao diện đọc mã QR 93

Bảng 5: Bảng thông số của động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút) 41

Bảng 6: Bảng thông số driver Microstep 42

Bảng 7: Bảng thông số động cơ băng tải 43

Bảng 8: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống 68

Bảng 9: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống 68

Bảng 10: Bảng phân quyền truy cập hệ thống 70

Bảng 11: Tọa độ của hàng ở các vị trí trên hệ thống 81

Bảng 12: Danh sách các thiết bị trong tủ điện 85

Bảng 13: Bảng dùng ngõ vào DI PLC của các thiết bị 86

Bảng 14: Bảng dùng ngõ ra DO PLC của các thiết bị 86

Bảng 15: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện thiếu sáng (dùng đèn chiếu sáng) 94

Bảng 16: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện ánh sáng tự nhiên 94

Bảng 17: Bảng thời gian đi hết chu trình 95

Bảng 18: Bảng thời gian hoàn thành công việc xuất, nhập cho 4 ô hàng của từng loại 95

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller

QR Quick Response

SQL Structured Query Language HMI Human Machine Interface CCD Charge Coupled Device DC Direct Current

MFC Microsoft Foundation Class ODBC Open Database Connectivity FIFO First In First Out

LIFO Last In First Out FILO First In Last Out

NPN Negative Positive Negative CPU Central Processing Unit MDF Medium-Density Fibreboard

IEC International Electrotechnical Commission

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Đối với mọi doanh nghiệp, việc quản lí lưu kho và xuất nhập kho đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự mượt mà và hiệu quả của chuỗi cung ứng Trong thời đại số ngày nay, việc áp dụng các giải pháp tự động hóa cho quá trình này không chỉ giúp tối ưu hóa hoạt dộng mà còn mang lại sự linh hoạt, chính xác và tiết kiệm thời gian đáng kể Cùng với sự phát triển của công nghệ, việc áp dụng hệ thống lưu kho và xuất nhập kho tự động đang trở thành xu hướng không thể bỏ qua, mang lại nhiều lợi ích to lớn cho các doanh nghiệp hiện đại Quản lý lưu kho và xuất nhập kho là yếu tố then chốt để đáp ứng nhanh chóng nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm và dịch vụ Do số lượng hàng hóa khổng lồ và chi phí nhân công cao nên các doanh nghiệp như Alibaba, Walmart, FedEx đã áp dụng hệ thống kho thông minh, qua đó các doanh nghiệp này đã tiết kiệm được không gian, giảm thiểu tối đa nhân công, kết nối với phần mềm quản lí thời gian thực dễ dàng vận hành và kiểm soát tồn kho, vận hành hoàn toàn tự động và chính xác Hiện nay, Vinamilk ở Việt Nam cũng đã chuyển đổi từ việc sử dụng hệ thống lưu kho truyền thống, bán tự động sang hệ thống kho thông minh hoàn toàn tự động

Để tiếp cận với xu hướng phát triển của kho thông minh và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả, tính linh hoạt trong quản lí kho hàng, nhóm chúng em quyết định thực hiện đồ

án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động” Mục tiêu

chính của đồ án này là để giảm thiểu chi phí nhân công, nâng cao năng suất, tối ưu hóa các quy trình vận hành và tạo ra hệ thống vận hành có tính ổn định nhất

1.2 Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là tập trung vào việc thiết kế một mô hình hệ thống có khả năng hoạt động hoàn toàn tự động, quản lí dữ liệu xuất nhập kho và các cảnh báo, lỗi trong quá trình hoạt động

khiển hệ thống nếu muốn.

- Điều khiển và giám sát được hệ thống thông qua giao diện HMI, quản lí được dữ liệu thông qua SQL sever và Websever

- Xây dựng chương trình giám sát dễ dàng sử dụng và trực tiếp thao tác - Có thể phân loại sản phẩm bằng mã QR chính xác và ổn định

- Cuối cùng, đánh giá tỉ lệ quét được mã vạch ở điều kiện đầy đủ ánh sáng và ở điều kiện thiếu sáng, đánh giá hiệu suất làm việc khi làm việc thực tế

1.4 Giới hạn đề tài

- Kho có kích thước 4x4 hạn chế việc phân loại đa dạng các sản phẩm - Hệ thống chỉ có thể nâng được các hàng hóa có tải trọng nhỏ hơn 45g - Hệ thống dùng những mã QR đơn giản tự tạo

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo tài liệu, những hệ thống lưu kho tự động có sẵn thị trường

- Dựa trên các tài liệu nghiên cứu khoa học, trên các trang mạng: Google scholar, Studocu,… đồ án tốt nghiệp của các năm trước

- Tính toán, thiết kế và thi công mô hình hệ thống - Lập trình logic hệ thống và thực nghiệm

-Đánh giá kết quả

1.6 Nội dung đề tài

Trong đề tài này nhóm sẽ thiết kế hệ thống lưu kho tự động với thông số của mô hình như sau:

Thiết kế kho hàng với kích thước 4x4 Chiều dài, chiều rộng và chiều cao của kho hàng là

cơ cấu vít me đai ốc là trục X dài 1200mm, rộng 250mm và trục Z dài 1100mm, rộng 250mm và một trục Y có cơ cấu trượt rút với độ dài khi hoạt động tối đa là 350mm hoạt động dưới sự kiểm soát của phần mềm quản lý Tổng khối lượng của mô hình là 30kg

Quá trình nghiên cứu, chế tạo và hoàn thiện đồ án với những quy trình sau:

Đầu tiên nhóm tìm kiếm các đề tài đã được thực hiện trên nhiều phương tiện truyền thông và nhóm đã nhận thấy được các vấn đề hệ thống lưu trữ hàng hóa hiện nay đang tồn tại

Sau khi có được các thông tin cần thiết, nhóm tiến hành tìm hiểu, phân tích, tính toán và chọn thiết bị cần thiết cho mô hình Sau đó, nhóm tiến hành thiết kế hệ thống 2D và 3D cho

hệ thống Sau quá trình thiết kế trên hệ thống phần mềm mô phỏng thì nhóm tiến hành tìm nguồn cung cấp và đặt mua vật tư cho sản phẩm

Sau khi có các thiết bị cơ bản, nhóm bắt đầu thiết kế lưu đồ điều khiển cho mô hình và hoàn thiện khâu gia công chế tạo mô hình, tủ điện Sau đó, nhóm tiến hành giai đoạn lập trình với phần mềm TIA portal và chạy thử phần mềm Khi mô hình đã hoạt động ổn định, nhóm bắt đầu tạo một hệ cơ sở dữ liệu để quản lí dữ liệu cho hệ thống và giao diện để điều khiển, giám sát hệ thống trên HMI và Websever

Sau nhiều giai đoạn chỉnh sửa và tối ưu hệ thống nhóm tiến hành các đánh giá và tìm ra hướng phát triển của hệ thống

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương này trình bày lý thuyết về khái niệm, ưu điểm, ứng dụng và cấu trúc của một hệ thống lưu kho tự động Bên cạnh đó, nó cũng phân tích chi tiết từng thành phần trong cấu trúc đó, cũng như các hình thức giao tiếp và điều khiển giữa con người và máy móc trong việc truy xuất hàng hóa.

 Hệ thống lưu kho tự động

2.1 Khái niệm

Kho hàng tự động, hay còn được gọi là kho thông minh, là hệ thống lưu trữ hàng hóa sử dụng các thiết bị công nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho Nó hoạt động tự động dưới sự kiểm soát của con người thông qua phần mềm quản lý

2.2 Ưu điểm

- Tối ưu hóa về mặt thời gian lưu trữ

- Giảm thiểu tai nạn lao động và tăng diện tích kệ hàng

- Dễ dàng bố trí nhà kho hợp lý, tăng lượng hàng hóa được lưu trữ trong kho chứa hàng - Dễ sửa chữa bảo trì

- Giảm thiểu chi phí thiệt hại khi sản phẩm tồn kho hoặc hư hỏng

Hệ thống lưu kho tự động được hình thành bởi 3 hệ thống chính:

- Hệ thống điều khiển và giám sát: gồm trung tâm điều khiển PLC, màn hình giao diện người

máy HMI, cảm biến, bộ điều khiển (driver), và các rơ le trung gian Hệ thống này có vai trò nhận và xử lý tín hiệu được gửi từ các thiết bị đầu vào (cảm biến), sau đó thực hiện các nhiệm vụ thông qua các cơ cấu thực thi (rơ le và driver) Hơn nữa, hệ thống còn trình bày thông tin một cách trực quan thông qua giao diện người-máy (HMI)

- Hệ thống vận chuyển: Băng tải, robot, xe tự hành, … dùng để di chuyển hàng hóa qua các

công đoạn hay dùng để gắp hàng bỏ vào kho

- Hệ thống phân loại: Máy quét mã vạch, camera công nghiệp (nhận diện mã tem được dán

trên hàng hóa)

- Hệ thống lưu trữ: gồm kho, giá đặt hàng và phần mềm quản lý hàng hóa trong kho Trong

đó, kho và giá đặt hàng có nhiều khoang dùng để chứa hàng hóa được nhập vào Phần mềm quản lý hàng hóa dùng để lưu trữ các thông tin ngày tháng, mã vạch, loại sản phẩm,…để tạo thành một cơ sở dữ liệu cho người dùng dễ quản lý

2.4.1 Hệ thống điều khiển và giám sát 2.4.1.1 PLC

 Khái niệm

PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic Sự ra đời của nó đáp ứng nhu cầu điều khiển các công đoạn hoặc máy móc phức tạp một cách chính xác và có trật tự Ngôn ngữ lập trình phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder, dễ dàng tiếp cận và sửa đổi Các dòng PLC phổ biến hiện nay bao gồm PLC Siemens và PLC Mitsubishi

 Tìm hiểu PLC Siemens

Siemens là một tập đoàn lớn trong lĩnh vực "Tự động hóa" của Đức Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng, người dùng có thể lựa chọn các dòng sản phẩm PLC phù hợp Các dòng PLC của hãng sản xuất có thể kể đến bao gồm: Logo, S7-200, S7-1200, S7-1500 Ngoài ra, hệ sinh thái đi kèm của PLC Siemens cũng cực kỳ đa dạng và đáp ứng nhu cầu cần thiết khác như mở rộng các cổng vào/ra, màn hình HMI, biến tần,… Đồng thời, có các khối hàm chức năng chuyên dụng giúp người dùng dễ dàng đọc và kiểm tra chương trình một cách thuận tiện

Hình 2.1 PLC siemens và hệ sinh thái đi kèm  Ưu điểm:

- Giá thành phải chăng, ngôn ngữ lập trình và tập lệnh đa dạng - Sản phẩm và hệ sinh thái đi kèm đa dạng

- Khả năng điều khiển quá trình và truyền thông khá mạnh và ổn định - Kích thước nhỏ gọn, độ bền cao và có thể mở rộng nhiều module

 Nhược điểm:

- Khó khăn cho người mới bắt đầu lập trình

- Số lượng ngõ vào/ ra còn hạn chế cần thêm module mở rộng khi có nhiều ngõ vào, ngõ ra - Phần mềm lập trình có giá thành khá cao

 Tìm hiểu PLC mitsubishi

PLC Mitsubishi là dòng PLC xuất xứ từ đất nước mặt trời mọc Nhật Bản Nó được biết đến là dòng PLC có độ bền cao, giá thành hợp lý và hoạt động ổn định trong mọi điều kiện Các dòng PLC bao gồm: Q Series, L Series, FX Series,… Ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận, đặc biệt hỗ trợ mạnh về điều khiển vị trí và bộ đếm xung tốc độ cao Việc lập trình khá đơn giản, tuy nhiên có thể phức tạp và tốn thời gian đối với những chương trình phức tạp

Hình 2.2 PLC Mitsubishi  Ưu điểm:

- Giá thành phải chăng, đa dạng dòng sản phẩm tùy thuộc nhu cầu sử dụng - Khả năng điều khiển rời rạc và truyền động khá mạnh

- Tập lệnh đa dạng, dễ tiếp cận

- Kích thước nhỏ gọn, độ bền cao và có thể mở rộng nhiều module  Nhược điểm:

- Gặp khó khăn khi viết chương trình phức tạp

- Số lượng ngõ vào/ ra còn hạn chế cần thêm module mở rộng khi có nhiều ngõ vào, ngõ ra

2.4.1.2 Cảm biến

 Cảm biến quang

Cảm biến quang là loại cảm biến phát ra ánh sáng và nhận tín hiệu trở lại để phát hiện sự hiện diện của vật Khi bộ phận thu phát hiện thay đổi, tín hiệu tại ngõ ra (OUT) sẽ được xuất ra thông qua mạch điều khiển

Hình 2.3 Cảm biến quang  Ưu điểm:

- Không cần tiếp xúc nhưng vẫn có thể phát hiện vật ở khoảng cách xa - Có tuổi thọ, độ chính xác và tính ổn định cao

- Phát hiện được đa dạng các loại vật thể

- Đáp ứng nhanh, độ nhạy có thể điều chỉnh theo ứng dụng  Nhược điểm:

- Hoạt động kém hiệu quả khi bề mặt bẩn

- Tùy thuộc vào màu sắc và độ phản xạ của vật mà cảm biến có thể nhận diện ở khoảng cách xa hay gần

 Cảm biến tiệm cận

- Cảm biến tiệm cận có khả năng phản ứng khi có vật ở gần, thường là vài milimet (mm) Một vài đặc điểm cảm biến tiệm cận:

- Nhận biết vật ở một khoảng cách nhất định - Hoạt động ổn định, không rung hay sốc - Khả năng đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao

- Dễ lắp đặt, hoạt động tốt trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau

Hình 2.4 Cảm biến tiệm cận

2.4.2 Hệ thống vận chuyển 2.4.2.1 Băng tải

Băng tải là một hệ thống máy được sử dụng để di chuyển hàng hoá và vật tư từ một điểm đến một điểm khác theo một hướng cụ thể Nó giúp tiết kiệm sức lao động, giảm thiểu số lượng nhân công và làm giảm thời gian vận chuyển hàng, đồng thời góp phần tăng năng suất lao động và chất lượng công việc Băng tải được phân loại chủ yếu dựa trên kiểu dáng, thành phần và vật liệu cấu tạo của nó Trong ngành công nghiệp hiện nay, có những loại băng tải phổ biến như: băng tải cao su, băng tải mini và băng tải lăn

 Băng tải cao su

Có sẵn băng tải làm từ cao su

- Ưu điểm: khả năng chịu nhiệt tốt và sức chứa lớn, giúp tăng cường hiệu quả kinh tế Băng tải cao su có thể lắp đặt trên nhiều loại địa hình và phù hợp cho việc vận chuyển đa dạng sản phẩm

Hình 2.5 Băng tải cao su  Băng tải mini

Bên cạnh đó, băng tải mini, như tên gọi, được thiết kế với kích thước nhỏ và thường được áp dụng trong ngành công nghiệp chế tạo máy Nó thường là một phần của các máy sản xuất, được sử dụng để cung cấp các chi tiết và sản phẩm qua từng công đoạn sản xuất

- Ưu điểm: nhỏ gọn, phù hợp đặc biệt với sinh viên thực hiện các dự án và có chi phí thấp

Hình 2.6 Băng tải mini  Băng tải lăn

Mặt băng tải được tạo thành từ nhiều con lăn liên kết với nhau, và chất liệu chế tạo con lăn có thể là nhựa, thép mạ kẽm, inox hoặc cao su

- Ưu điểm của băng tải con lăn là khả năng chịu tải tốt, độ bền cao, và có thể được sử dụng để vận chuyển các sản phẩm có mặt phẳng đáy cứng trong nhiều điều kiện môi trường khắc nghiệt, như môi trường chứa hóa chất ăn mòn và bụi bặm.

Hình 2.7 Băng tải lăn

2.4.2.2 Động cơ

 Động cơ bước

Động cơ bước cơ bản là loại động cơ đồng bộ có khả năng chuyển đổi các tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động quay Các loại động cơ bước thường được

cơ bước được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như trong công nghệ cắt plasma CNC, máy cắt laser CNC

Hình 2.8 Động cơ bước  Ưu điểm:

- Định vị chính xác cao, khả năng duy trì mô-men tốt - Độ bền cao, bảo trì và bảo dưỡng dễ dàng

- Điều khiển mạch mở, không cần phản hồi khi điều khiển vị trí và vận tốc  Nhược điểm:

- Làm việc ồn Ở tốc độ thấp thì động cơ làm việc không đều - Cần sử dụng thêm driver để điều khiển

 Động cơ DC

Động cơ điện một chiều DC (Direct Current Motors) hoạt động dựa trên nguồn điện một chiều và được điều khiển bằng nguồn này Loại động cơ này chuyển đổi điện năng thành cơ năng Động cơ DC thường có mô-men khởi động lớn, cho phép kéo tải nặng khi khởi động, và cũng có khả năng quá tải tốt cùng với nhiễu điện từ thấp Cấu trúc của động cơ DC bao gồm: - Stator: Bộ phận không di chuyển chứa các nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm từ trường - Rotor: Bộ phận quay được, được cấu tạo từ các cuộn dây quấn tạo thành nam châm điện - Chổi than (brushes): nơi tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp

- Cổ góp (commutator): Đây là nơi tiếp xúc và phân phối nguồn điện trên rotor Số lượng cuộn dây trên rotor sẽ xác định số lượng tiếp điểm

Hình 2.9 Động cơ DC  Ưu điểm:

- Có mô-men mở máy lớn nên kéo được tải nặng Vận tốc quay nhanh và xoay vòng liên tục - Có thể điều chỉnh tốc độ và quá tải Tiết kiệm điện năng, tuổi thọ lớn

 Nhược điểm:

- Công suất cao, dòng khởi động lớn Độ chính xác thấp

- Cơ cấu phức tạp, dễ hư hỏng khi vận chuyển hoặc bảo dưỡng, sửa chữa  Động cơ Servo

Động cơ Servo được sử dụng để truyền động cho các thiết bị, dây chuyền hoặc cơ cấu trong hệ thống sản xuất và chế tạo Động cơ Servo, cùng với bộ điều khiển Servo (Servo Driver) và Encoder, tạo thành một hệ thống Servo Có hai loại chính của động cơ Servo, đó là DC Servo và AC Servo

 DC Servo gồm hai loại:

- Động cơ DC Servo loại có chổi than: gồm 4 bộ phận chủ yếu là chổi than, stato, rotor và cuộn cảm lõi

- Động cơ DC Servo loại không có chổi than: cấu trúc giống loại có chổi than nhưng các cuộn dây pha ở rotor là nam châm vĩnh cửu

Hình 2.10 Động cơ Servo

 Một số ưu điểm dễ nhận thấy của động cơ Servo có thể kể đến như: - Có thể điều khiển chính xác tốc độ, vị trí và mô-men một cách dễ dàng - Hiệu suất hoạt động cao, không dao động và sinh nhiệt ít

- Khả năng phản hồi yêu cầu nhanh, quán tính làm việc rất nhỏ

+ Với độ chính xác và hiệu suất cao, động cơ Servo được dùng nhiều để điều khiển cánh tay Robot, máy CNC, ứng dụng sản xuất, đóng gói sản phẩm, vận chuyển và sắp xếp hàng hóa

2.4.3 Hệ thống phân loại 2.4.3.1 Tem dán mã vạch

Ngay khi sản phẩm được tạo ra, nhà sản xuất sẽ gắn một mã tem định danh để có thể tra cứu thông tin về sản phẩm đó Hiện nay, các mã tem phổ biến được sử dụng để phân loại sản phẩm bao gồm mã vạch 1D và mã QR

 Mã vạch 1D

được xếp song song trên nền trắng Dưới các đường này là một chuỗi số hiển thị thông tin của sản phẩm Khi máy quét mã quét được mã của sản phẩm, dữ liệu sẽ được trả về cho phần mềm quản lý để so sánh thông tin và xuất ra dữ liệu của sản phẩm đã quét được

Hình 2.11 Các loại mã vạch 1D

 Mã vạch 2D

Mã vạch 2D, hay còn được gọi là mã QR, là một tập hợp các mã ma trận phức tạp được sắp xếp trong một hình vuông hoặc hình chữ nhật để lưu trữ thông tin Bên trong hình vuông lớn này chứa nhiều hình vuông nhỏ Mặc dù từ bên ngoài có thể trông rất lộn xộn, nhưng thực chất nó chứa thông tin được mã hóa và được sắp xếp theo quy chuẩn

Hình 2.12 Mã vạch 2D (QR code)  Thiết bị quét mã vạch

Thiết bị quét mã vạch là một thiết bị ngoại vi chuyên dụng được sử dụng để nhận dạng dữ liệu trên mã vạch và truyền tải thông tin đến máy chủ dùng để giải mã và hiển thị thông tin

- Máy quét mã vạch 1D: gồm 2 loại tia quét là tia laser (mảnh) và tia CCD (dày)

Hình 2 13 Máy quét chuyên dụng mã vạch 1D

- Máy quét mã vạch 2D: sử dụng công nghệ chụp hình kỹ thuật số, có thể giải mã 1D và 2D Ví dụ: Camera công nghiệp, HD Webcam

Hình 2 14 Camera công nghiệp

Visual Studio là phần mềm hỗ trợ lập trình trên nhiều ngôn ngữ như C/C++, C#, HTML, CSS, JavaScript Nó được sử dụng rộng rãi bởi cộng đồng lập trình viên trên toàn thế giới nhờ những ưu điểm vượt trội như: khả năng Debug dễ dàng và mạnh mẽ như Break Point, xem giá trị của biến trong quá trình chạy, hỗ trợ debug từng câu lệnh, và hỗ trợ phát triển các loại ứng dụng như Desktop MFC, Windows Form, Universal App, cũng như ứng dụng Mobile cho Windows Phone 8/8.1 và Windows 10

2.4.4.2 Lập trình ASP.NET

Hình 2.17 Microsoft ASP.net

ASP.NET là một Framework, tức là một bộ khung ứng dụng Web dễ hiểu Nó được Microsoft hoàn thiện vào năm 2012 và là một công cụ giải quyết để hỗ trợ việc sản xuất các loại trang web và nội dung động

ASP.NET đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà phát triển công nghệ và lập trình viên trong việc xây dựng trang web và ứng dụng hoặc dịch vụ sử dụng nội dung động

ASP.NET đã trải qua nhiều thế hệ phát triển, với hai phiên bản chính:

- Thế hệ 1.0 là sự kết hợp của NET Framework và một phiên bản kế thừa của công nghệ ASP được phát triển bởi Microsoft

- Thế hệ tiếp theo là ASP.NET hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như C++, C#, Visual Basic và Perl

2.4.4.3 VBScript

Hình 2.18 Ngôn ngữ VBScript

VBScript là một ngôn ngữ kịch bản dựa trên tập con của ngôn ngữ lập trình Visual Basic, được dịch bằng trình duyệt web Internet Explorer (IE) của Microsoft Nó cung cấp một số chức năng hữu ích cho trang web bên cạnh đó nó còn được sử dụng để viết kịch bản trên máy khách trong IE Các nhà phát triển web có thể viết và nhúng các hàm VBScript trong mã HTML của trang web để kiểm soát cách dữ liệu được hiển thị

- Ưu điểm: khả năng hỗ trợ chuẩn bị dữ liệu và tự động hóa các quy trình cho công cụ phần mềm như Microsoft Excel và công cụ Microsoft Power Automate

- Nhược điểm: Chỉ hoạt động trên hệ điều hành Windows và không hỗ trợ trên Linux/Mac, các dòng lệnh khá hạn chế, môi trường không phát triển, độ bảo mật thấp

2.4.4.4 Microsoft SQL Server Management Studio

Hình 2.19 SQL Server Management Studio (SSMS)

- SSMS, một ứng dụng phần mềm do Microsoft phát triển và ra mắt lần đầu vào năm 2005, là một công cụ cho phép lập trình viên cấu hình, quản lý, và điều hành cơ sở dữ liệu (Database

Engine) SQL Server

- SSMS phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng lập trình viên và quản trị viên cơ sở dữ liệu bởi những ưu điểm: miễn phí, chấp nhận quyền truy xuất dữ liệu từ đa ứng dụng phần mềm, lưu trữ bền vững và bảo mật cao

2.4.4.5 Phần mềm cơ sở dữ liệu ODBC

ODBC, một phương pháp truy xuất cơ sở dữ liệu chuẩn được phát triển bởi SQL Access group vào năm 1992, nhằm mục đích cung cấp khả năng truy xuất dữ liệu một cách không phụ thuộc vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu đang được sử dụng Điều này được thực hiện thông

qua việc chèn một lớp trung gian, được gọi là Database Driver, giữa trình ứng dụng và hệ quản trị cơ sở dữ liệu, cho phép các ứng dụng truy xuất dữ liệu mà không cần quan tâm đến hệ thống quản lý dữ liệu cụ thể

Mục đích của lớp trung gian này là thực hiện việc chuyển đổi câu truy vấn từ trình ứng dụng thành các lệnh mà hệ quản trị cơ sở dữ liệu có thể hiểu được Để thực hiện công việc này, cả trình ứng dụng và hệ quản trị cơ sở dữ liệu đều phải hỗ trợ ODBC, có nghĩa là trình ứng dụng phải có khả năng tạo ra các lệnh ODBC và hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng phải có khả năng đáp ứng các lệnh đó.đó

Hình 2.20 Giao diện ODBC Data Source Administrator

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ 3.1 Yêu cầu hệ thống

- Tủ điện thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu về an toàn điện, lắp đặt có khoa học để dễ dàng kết nối cũng như bảo trì định kì dễ dàng

- Mọi hoạt động của hệ thống được điều khiển và giám sát qua giao diện SCADA được thiết kế trên WinCC

- Các thông số như vị trí lưu hàng, cảnh báo, thông tin loại hàng được lưu và giám sát trên websever

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế kho hàng tự động

Kho hàng tự động là bước tiến lớn nhất của quá trình tự động hóa và thông minh hóa kho, kết hợp với nhiều công nghệ tự động và kết nối với nhau Để đạt được sự hòa hợp dễ dàng và ổn định với các công nghệ tiên tiến, việc xây dựng một hệ thống kho hàng tối ưu về công nghệ, giá thành và không gian sử dụng là cần thiết

3.2.1 Phương án thiết kế khung kho hàng

Ngày nay, có đa dạng kiểu dáng và mẫu mã khác nhau cho khung kệ trong các kho hàng Tuy nhiên, không kể kiểu dáng nào, khung kệ của một kho hàng cần đảm bảo các yếu tố sau: - Khung phải có tính thẩm mĩ: Kệ kho hàng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra diện mạo của nhà kho Vì vậy, quan trọng là chọn những kệ được thiết kế thông minh, màu sắc hài hòa với không gian xung quanh và phù hợp với màu sơn của xưởng Tránh chọn các kệ có nhiều màu sắc vì có thể gây rối mắt

- Khả năng chịu tải của kệ: chọn kết cấu, vật liệu khung phải phù hợp với khối lượng và kích thước của hàng hóa

- Khung của kho hàng phải được lắp đặt, bố trí phù hợp với diện tích kho chứa và không gian làm việc hiệu quả của Robot

Các loại giá và kệ kho hàng phổ biến ngày nay bao gồm:  Kệ Selective:

Đây là loại kệ chịu tải trọng nặng, được thiết kế để đựng hàng hóa trên pallet và có thể được sử dụng với sự hỗ trợ của các loại xe nâng Kệ chứa hàng có khả năng chứa hàng với tải trọng khoảng: 500~2500 kg/pallet; nguyên tắc xuất/ nhập hàng: Chọn lọc, FIFO, LIFO

Hình 3.1 Hệ thống kệ Selective

Kệ Selective được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đa dạng như thực phẩm, cơ khí, hàng tiêu dùng, linh kiện sản xuất, và có khả năng chịu được các điều kiện bảo quản khắc nghiệt như trong kho lạnh với nhiệt độ -600°C

- Tối ưu diện tích sử dụng kho - Xuất – nhập hàng hóa dễ dàng - An toàn cho hàng hóa và con người

- Kiểm soát kho hàng tốt thông qua các mã vạch được tích hợp trong phần mềm  Kệ pallet di động (Mobile Rack)

Hệ thống kệ pallet di động tạo lối đi cho xe nâng hàng, giúp quản lý vị trí và tối ưu hoá quá trình vào/ra của xe nâng một cách thuận lợi Hệ thống kệ pallet này giúp giảm diện tích nhà kho đến 50%

Hình 3.3 Kệ double deep  Kệ driver in:

Đây là loại kệ hàng trong kho chuyên dụng cho sản phẩm đồng nhất, có khả năng lưu trữ mật độ hàng hóa lớn, hiệu quả đầu tư cao, và giảm thiểu diện tích sử dụng kho dành cho lối đi

- Tối đa diện tích sử dụng trong kho

- Phù hợp thiết kế với giải pháp “FILO” hoặc “FIFO”

- Phù hợp chứa thực phẩm trong các ngành thủy sản, kho lạnh,… - Lối đi chỉ dành cho xe nâng nên tiết kiệm được diện tích

Hình 3.4 Hệ thống kệ Drive in

=> Dựa trên việc đánh giá tiêu chí và xem xét ưu, nhược điểm của các hệ thống kệ hiện có, nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn một khung kho hàng theo kiểu kệ Selective, đơn giản hóa để phù hợp với dự án của chúng tôi và dễ dàng trong quá trình lắp đặt cũng như sử dụng

3.2.2 Phương án thiết kế cánh tay cơ khí

Vai trò của cánh tay robot: là một phần không thể thiếu trong hệ thống kho hàng tự động, chúng vận chuyển hàng hóa ra vào kho Kích thước của cánh tay robot phụ thuộc vào kích thước của kho hàng Tùy thuộc vào hình dáng của kho hàng, cánh tay robot có thể có số lượng bậc tự do khác nhau để đáp ứng các yêu cầu cụ thể Trong các mô hình kho chứa nhỏ, cánh tay robot thường có ít nhất từ 3 đến 4 trục chuyển động Trong trường hợp của dự án này, cánh tay robot bao gồm ba chuyển động tịnh tiến theo hệ trục tọa độ Oxyz

Hầu hết các robot đều áp dụng một trong ba loại hệ thống truyền động: khí nén, thủy lực, và điện

Hệ thống truyền động khí nén sử dụng năng lượng của khí nén Các động cơ này thường được biết đến với tính đáng tin cậy nhờ ít bộ phận chuyển động, giá thành thấp và phản ứng nhanh Tuy nhiên, chúng thường không đạt được độ chính xác cao về tốc độ và kiểm soát vị trí so với các phương pháp khác

Trong lĩnh vực công nghiệp Robot, các cơ chế chủ yếu được áp dụng cho các ứng dụng bật/tắt hoặc gắp/thả

Nếu Robot lớn hoặc có nhiệm vụ xử lý tải trọng lớn, thủy lực sẽ hoạt động tối ưu nhất Chúng hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng từ chất lỏng thành hoạt động cơ học thông qua quá trình bơm Mặc dù các cơ chế thủy lực đảm bảo điều chỉnh vận tốc, chuyển động chính xác và có tỷ lệ công suất trên trọng lượng phù hợp, chúng thường phát ra tiếng ồn và có kích thước lớn Ngoài ra, có những rủi ro liên quan đến rò rỉ hoặc thay đổi tính chất của chất lỏng dịch vụ do biến đổi nhiệt độ

Động cơ điện là thiết bị cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành cơ khí để tạo ra chuyển động Các bộ truyền động này được ưa chuộng trong việc chế tạo Robot vì một số lý do sau đây:

- Điện, nguồn tài nguyên được sử dụng rộng rãi

- Các cơ chế này phù hợp với Robot có mọi kích thước

- Mặc dù nhỏ gọn và nhẹ, chúng có tỷ lệ chuyển đổi năng lượng lớn, cũng như độ chính xác và độ lặp lại tuyệt vời

- Không ô nhiễm trong môi trường làm việc - Hệ thống dễ bảo trì và mạnh mẽ

Ngoài ra, động cơ điện cũng có một số hạn chế như khi đối mặt với tải trọng lớn, yêu cầu sử dụng động cơ có công suất cao dẫn đến chi phí cao; kích thước và trọng lượng của động cơ càng lớn, ảnh hưởng đến thiết kế cơ khí Do đó, trong thực tế, cần xem xét tải trọng của hàng hóa để lựa chọn hình thức dẫn động cho cánh tay Robot

=> Trong dự án kho hàng tự động này, nhóm đã quyết định sử dụng hệ thống dẫn động bằng động cơ điện vì động cơ này phổ biến, nhỏ gọn, có nhiều mức công suất và nhiều loại để lựa chọn Đồng thời, động cơ này có khả năng truyền động nhiều dạng chuyển động khi kết hợp với các cơ cấu truyền động khác nhau, đồng thời cung cấp tính linh hoạt cao khi điều khiển vị trí và tốc độ

3.3 Tính toán phương án truyền động

Hệ truyền động của cánh tay cơ khí được sử dụng để điều khiển quá trình hoạt động của cánh tay, với các trục chuyển động tương ứng với hệ trục tọa độ Oxyz Có ba chuyển động chính, đó là 3 chuyển động thẳng tịnh tiến, được mô tả như sau:

- Cơ cấu cánh tay chuyển động tịnh tiến chạy dọc theo hành lang kho hàng - Cơ cấu nâng hạ chuyển động lên và xuống

- Cơ cấu đỡ hàng thực hiện bằng chuyển động đẩy, rút để đưa hàng vào vị trí mong muốn

3.3.1 Cơ cấu vitme - đai ốc trượt

Cơ cấu truyền động Vít me – đai ốc biến truyền động quay thành chuyển động tịnh tiến Có hai loại truyền động vít me - đai ốc: vít me - đai ốc trượt và vít me - đai ốc bi

Cơ cấu vít me-đai ốc trượt:

- Độ chính xác, tỷ số truyền và lực truyền cao

- Truyền động nhanh và êm với vít me có bước ren và số vòng quay lớn

- Hiệu suất truyền động thấp, chúng ít được sử dụng để thực hiện các chuyển động chính Kết cấu vít me- đai ốc trượt:

Có 2 dạng ren thường được sử dụng cho vít me:

- Ren có hình dạng hình thang với góc 30 độ mang các ưu điểm: gia công đơn giản, có thể phay hoặc mài Nếu sử dụng với đai ốc bổ đôi, việc mở và đóng ren trở nên dễ dàng

- Ren hình vuông được sử dụng đặc biệt trên các máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng Kết cấu của vít me nên được chế tạo với hai cổ trục giống nhau để, sau một thời gian sử dụng, có thể thực hiện việc lắp đảo ngược vít me Điều này giúp đảm bảo rằng bề mặt làm việc của vít me bị mòn đều ở cả hai bên