ii Trong thời đại hiện đại với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, việc sử dụng các thiết bị tự động để hỗ trợ quản lý hàng hóa và tối ưu hóa vận hành kho bãi là không thể phủ nhận.
TỔNG QUAN
Giới thiệu chung
Trong thời kỳ công nghệ hiện đại và quá trình công nghiệp hóa ngày càng phát triển, quản lý hàng hóa đang trở nên ngày càng quan trọng Trước đây, khi sản xuất chủ yếu thủ công, quá trình nhập kho phụ thuộc nhiều vào lao động thủ công, gây không hiệu quả trong việc sử dụng không gian và sức chứa của kho hàng
Thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa ngày nay đặt ra thách thức lớn trong việc quản lý và lưu trữ hàng hóa, đặc biệt là khi sự đa dạng của sản phẩm ngày càng gia tăng để đáp ứng nhu cầu xã hội ngày càng đa dạng
Các kho hàng hiện đại đã xuất hiện để đáp ứng yêu cầu cao cấp hơn và khắc phục những hạn chế của các kho truyền thống Tuy nhiên, mặc dù đã có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa phức tạp, nhiều nơi vẫn tiếp tục sử dụng phương pháp thủ công trong quá trình bốc dỡ hàng hóa, tạo ra những thách thức trong việc quản lý, kiểm soát hàng hóa, đồng thời làm tăng chi phí và diện tích lưu trữ
Hình 1.1 Kho sử dụng Kệ Radio Shuttle
Với sự xuất hiện của các hệ thống kho tự động và robot vận chuyển pallet trên kệ nhà kho, quản lý hàng hóa trở nên hiệu quả hơn, giúp tối ưu hóa quá trình xuất nhập hàng và giảm sự phụ thuộc vào lao động Mặc dù ở Việt Nam, việc sử dụng robot vẫn đang phát triển do những thách thức về tiếp cận công nghệ, chúng tôi đã chọn đề tài "Ứng dụng robot vận chuyển pallet trên kệ trong nhà kho - Robot Shuttle" trong khóa luận tốt nghiệp để tìm hiểu và thực hiện Điều này nhằm mục đích khám phá cơ hội và thách thức của công nghệ trong quản lý và vận hành kho hàng tại Việt Nam.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công mô hình Robot Shuttle có khả năng nhập xuất Pallet hàng hóa sử dụng App điện thoại di chuyển bên trong kệ Radio Shuttle gồm các chức năng chính như:
- Đếm số lượng pallet trong một ô kệ.
Giới hạn đề tài
Đề tài chỉ tập trung nghiên phát triển Robot sử dụng xe Forklift di chuyển giữa các ô kệ Radio Shuttle khác nhau, di chuyển nhập và xuất pallet trong một ô kệ hàng hóa có khối lượng
Đặt vấn đề
Nghiên cứu bài toán liên quan đến Robot Shuttle có thể di chuyển pallet hàng hóa và di chuyển với vận tốc 0.9 m/s song song đó có thể sắp xếp khoảng cách giữa các pallet theo khoảng cách được cài đặt trước Đây là bài toán sắp xếp một cách hợp lý để việc nhập và xuất hàng diễn ra thuận lợi, nhanh chóng
Nội dung nghiên cứu
Nội dung thực hiện đề tài
- Tìm kiếm tài liệu liên quan đến các thiết bị, cách truyền nhận dữ liệu giữa PLC và điện thoại
- Lựa chọn thiết bị như động cơ, driver,…
- Sử dụng Solidworks để thiết kế mô hình 3d của Robot
- Lắp ráp hoàn chỉnh cho Robot
- Lập trình PLC cho robot và MAUI cho app điều khiển
- Lập trình truyền nhận giữa PLC, motor và điện thoại
- Thử nghiệm các thuật toán sắp xếp và tốc độ hợp lý.
Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Bố cục cuốn báo cáo
Nội dung đề tài gồm các phần như sau:
Chương 1: Tổng quan về Robot
Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Động lực học Robot, giới thiệu về PLC và MAUI, khái niệm về cách sắp xếp hàng hóa FIFO, FILO
Chương 3: Thiết kế phần cứng cho Robot trên Solidworks, các linh kiện cơ bản để xây dựng nên phần cứng Robot Tìm hiểu chọn lựa các thiết bị như PLC, driver, động cơ…
Chương 4: Xây dựng chương trình điều khiển cho Robot, nghiên cứu tập trung vào việc sắp xếp và di chuyển trong kệ của Robot
Chương 5: Trình bày kết quả từ thực nghiệm của Robot của phần cứng và phần mềm Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hệ thống Robot Shuttle
2.1.1 Giới thiệu về hệ thống Shuttle
Hệ thống Robot Shuttle được tích hợp để vận chuyển pallets trong hệ thống kênh kệ Radio Shuttle Hệ thống shuttle bao gồm Trạm kết nối được đặt trong mỗi kênh, nơi hàng hóa sẽ được lưu trữ và robot shuttle sẽ chuyển chúng vào kênh
Pallets được định vị và thu thập từ đầu kênh của giá đỡ, có thể từ một phía hoặc cả hai phía Điều này đòi hỏi tất cả các hàng hóa trên pallet đều phải được đảm bảo an toàn Trong quá trình định vị, xe nâng đặt pallet chứa hàng lên trạm nối Sau khi tháo càng nâng, lệnh lưu trữ được nhập từ điều khiển từ xa Người giám sát sau đó tự động di chuyển pallet đến vị trí trống tiếp theo trong kênh Trong quá trình truy xuất, Shuttle nhận tín hiệu từ điều khiển từ xa và chuyển pallet từ vị trí lưu trữ gần nhất trong kênh đến trạm kết nối
Hình 2 1.Mô hình cơ bản về hệ thống kho Robot Shuttle
Hệ thống kệ Radio Shuttle là một giải pháp tự động cho việc lưu trữ hàng hóa trong kho công nghiệp, sử dụng xe đưa đón thay vì xe nâng Hệ thống này thích hợp cho hàng hóa ít loại và số lượng lớn, như thực phẩm, thuốc lá, tủ đông, đồ uống, dược phẩm, Hệ thống này thường chỉ chọn pallet từ hai đầu giá, làm nó phù hợp cho những sản phẩm có số lượng lớn nhưng có ít loại khác nhau
Hình 2.2.Một phần của kệ Radio Shuttle 2.1.2 Mục tiêu của robot shuttle
2.1.2.1 Tối ưu hóa không gian
- Hệ thống vẫn duy trì hiệu suất cao bằng cách tận dụng đầy đủ chiều cao của kho Kệ có thể được thiết kế với chiều sâu lên đến 30m, tối ưu hóa mật độ lưu trữ hàng hóa
Hình 2.3 Kệ truyền thống, kệ Mobile Racking và kệ Radio Shuttle
- Hệ thống kệ này không chỉ tận dụng không gian kho hiệu quả mà còn vượt trội so với kệ Pallet truyền thống và kệ Mobile Racking với mức tiết kiệm đáng kể.Với khả năng tối ưu
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 7 hóa không gian, kệ này tiết kiệm hơn 50% so với kệ Pallet truyền thống và 10% so với kệ Mobile Racking, tăng cường khả năng lưu trữ hàng hóa mà không làm giảm hiệu suất hoạt động kho Điều này không chỉ mang lại hiệu quả về không gian mà còn giúp tối ưu hóa chi phí và tăng cường khả năng quản lý hàng hóa một cách hiệu quả
2.1.2.2 Cải thiện hiệu suất thời gian và nâng cao năng suất:
- Giảm thời gian vận hành thông qua việc tăng tốc độ di chuyển hàng hóa, vì xe nâng không cần tiếp cận sâu vào mỗi dãy hàng
- Robot được trang bị cảm biến để tự động sắp xếp pallet một cách hiệu quả nhất
- Tốc độ vận hành của robot là 1m/s khi không nâng hàng và 0.9m/s khi nâng hàng, đảm bảo khả năng di chuyển linh hoạt
2.1.2.3 Quản lý và kiểm soát hàng hóa hiệu quả:
- Xuất nhập và kiểm soát hàng hóa có thể được thực hiện nhanh chóng chỉ với một lệnh, giảm thời gian và công sức cần thiết
- Hệ thống dễ sử dụng, giúp tối ưu hóa trải nghiệm người sử dụng
2.1.2.4 Tối ưu chi phí và an toàn:
- Hệ thống này mang lại sự tiết kiệm chi phí đáng kể thông qua việc tăng mật độ lưu trữ và sử dụng không gian tối ưu, giảm diện tích mặt sàn cần thiết cho kho
- Sự giảm lượng nhân lực cần thiết so với các loại kệ pallet thông thường giúp tiết kiệm chi phí nhân công
- Đặc biệt, hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong kho lạnh với khả năng hoạt động trong môi trường nhiệt độ rộng từ -30˚C đến 45˚C
- Việc giảm chi phí vận hành là kết quả của việc xe nâng không cần tiếp cận sâu vào các dãy kệ, giảm tiêu thụ năng lượng
2.1.2.5 Linh hoạt và đa dạng:
- Hệ thống này không chỉ linh hoạt trong việc sử dụng với tất cả các loại xe nâng mà còn có khả năng làm việc với nhiều loại pallet có kích thước và tải trọng khác nhau
- Robot có khả năng nâng hàng lên đến 1500kg, đảm bảo khả năng xử lý hàng hóa đa dạng
- Hệ thống có khả năng hoạt động theo mô hình LIFO hoặc FIFO, linh hoạt để đáp ứng các yêu cầu lưu trữ cụ thể thông qua bảng điều khiển
2.1.2.6 An toàn và ổn định:
- Với việc xe nâng không cần phải vào sâu vào các dãy kệ như kệ tiền nhiệm Drive-In, đảm bảo độ an toàn và giảm thiểu tai nạn cho người vận hành
Hình 2.4 Độ an toàn giữa kệ Drive - In Rack và Shuttle Radio
- Kết hợp giữa kệ Shuttle và Robot đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn, đồng thời bảo vệ hàng hóa và người vận hành khỏi rủi ro.
Giới thiệu về PLC
2.2.1 Sơ lược về lịch sử và giới thiệu
Kỹ thuật điều khiển đã trải qua một hành trình dài, bắt đầu từ việc con người thực hiện điều khiển trực tiếp đến sự phát triển gần đây của ứng dụng điện và tiếp điểm Relay Relay không chỉ giúp đơn giản hóa quy trình điều khiển mà còn loại bỏ cần thiết của công tắc cơ khí, tạo ra những thay đổi quan trọng trong hệ thống
Một phần quan trọng của sự tiến bộ này là sự xuất hiện của máy tính và ứng dụng ngành điện tử trong quá trình điều khiển Việc này đã mở ra cánh cửa cho kỹ thuật điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) Xuất hiện vào những năm 1970, PLC không chỉ là một bước đột phá mà còn trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc điều khiển quy trình sản xuất
Hình 2.5 Tủ điều khiển dây chuyền sản xuất trong nhà máy khi chưa có PLC
PLC sử dụng các chương trình lập trình linh hoạt, cho phép đa dạng hóa quá trình điều khiển mà không cần sử dụng tiếp điểm cơ khí Các chương trình này có thể được tùy chỉnh cao để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp, bao gồm cả điều khiển dây chuyền sản xuất và quản lý hệ thống tự động hóa toàn diện.
Sự phát triển của PLC không chỉ giúp tăng cường hiệu suất và chính xác trong điều khiển mà còn mở ra cánh cửa cho tự động hóa cao cấp và tích hợp với các hệ thống thông tin Điều này không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn tạo ra môi trường làm việc thông minh và linh hoạt hơn Nhờ vào PLC, ngành công nghiệp đã đạt được sự tiến bộ đáng kể trong quản lý và kiểm soát các hệ thống phức tạp
PLC, hay "Programmable Logic Controller," là một thiết bị điều khiển lập trình được đặc chế để đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp, từ việc điều khiển các quy trình đơn giản đến những quy trình phức tạp Chức năng của PLC phụ thuộc vào chương trình hoặc sự kiện được xác định bởi người điều khiển, và những sự kiện này thường được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích, hay còn được biết đến là đầu vào Đầu vào có thể bao gồm các tín hiệu từ cảm biến, bộ định thời (timer), hoặc các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt, PLC sẽ thực hiện các hành động như
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 10 bật, tắt, hoặc phát ra chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được kết nối vào đầu ra của PLC Quá trình này cho phép thay đổi chương trình trong PLC, từ đó có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau, linh hoạt phù hợp với các môi trường điều khiển đa dạng
PLC không chỉ đơn thuần là một công cụ linh hoạt thực hiện chương trình và điều khiển quy trình, mà còn là một công cụ mạnh mẽ trong việc thí nghiệm và tối ưu hóa quy trình sản xuất, đặc biệt là trong môi trường công nghiệp Sự linh hoạt và khả năng thí nghiệm của PLC giúp nó trở thành một công cụ quan trọng, đóng góp vào việc nâng cao hiệu suất và chất lượng trong quá trình sản xuất công nghiệp
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên, ra đời từ nhóm kỹ sư thuộc General Motors vào năm 1968, đã có những ý tưởng tiên tiến:
- Lập trình Dễ Dàng: Đòi hỏi ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và sử dụng
- Cấu Trúc Module Mở Rộng: Thiết kế với cấu trúc mô-đun, giúp dễ dàng bảo trì và sửa chữa
- Độ Tin Cậy Cao Trong Môi Trường Công Nghiệp: Đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường công nghiệp
- Giá Cả Cạnh Tranh: Phải có giá trị cạnh tranh để phù hợp với yêu cầu ngành công nghiệp
Hình 2.6 Hình ảnh bộ PLC đầu tiên
Tuy nhiên, bản đầu tiên của PLC vẫn còn đơn giản và nặng nề, gây khó khăn cho người sử dụng trong quá trình vận hành hệ thống Do đó, qua từng bước, các nhà thiết kế đã cải thiện thiết bị, làm cho nó trở nên đơn giản, nhẹ nhàng, và dễ dàng vận hành Tuy nhiên, thách thức
Với sự phát triển của công nghệ lập trình, lập trình ngoại vi đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ công việc lập trình Năm 1969 đánh dấu sự ra đời của thiết bị điều khiển lập trình cầm tay (PLC), mở ra một bước đột phá trong kỹ thuật điều khiển lập trình Lúc này, PLC chủ yếu thay thế hệ thống rơ le và dây nối, nhưng sau đó, các nhà thiết kế đã tạo ra tiêu chuẩn mới cho hệ thống PLC: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang.
Trong những đầu thập niên 1970, sự phát triển của phần mềm đã đưa vào bộ lập trình PLC không chỉ các lệnh logic đơn giản mà còn những lệnh phức tạp hơn như định thời, đếm sự kiện, xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung và thậm chí cả xử lý thời gian thực Điều này mang lại cho PLC khả năng linh hoạt và đa dạng hóa trong việc thực hiện các nhiệm vụ điều khiển
Hình 2.7 PLC sản xuất năm 1970
Sự phát triển của phần cứng từ năm 1975 đến nay đã đánh dấu một bước tiến lớn trong sự mạnh mẽ của hệ thống PLC Các chức năng mở rộng bao gồm:
Hệ thống PLC tiên tiến ngày nay được trang bị khả năng xử lý nhiều ngõ vào và ngõ ra hơn đáng kể Điều này cho phép chúng kiểm soát hiệu quả các thiết bị đầu vào/đầu ra khác nhau Ngoài ra, PLC có khả năng truyền thông, giúp việc điều khiển từ xa các thiết bị từ nhiều vị trí khác nhau trở nên khả thi.
- Bộ Nhớ Lớn Hơn: Các bản cập nhật phần cứng đã nâng cao khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu, cho phép PLC thực hiện các chương trình phức tạp mà không gặp hạn chế về bộ nhớ
Sự đa dạng hóa của các module chuyên dụng giúp đáp ứng nhiều ứng dụng khác nhau, từ đo lường đến điều khiển động cơ và cảm biến Sự phát triển này mang đến nhiều lựa chọn phù hợp cho các nhu cầu cụ thể, mở rộng khả năng của các hệ thống tự động hóa và điều khiển.
Ngoài ra, những kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung đã giúp tối ưu hóa khả năng của từng hệ thống, tăng tốc độ quét và mở rộng khả năng ứng dụng Khả năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi đã mở ra nhiều cơ hội mới, mở rộng sự ứng dụng của PLC trong nhiều lĩnh vực khác nhau và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống
Các nhãn hiệu như Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, Allen Bradley, ABB, Festo,…
Hình 2.9 Một số loại PLC hiện tại
PLC Siemens có các họ như Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200,S7-1500
- Logo: Là dòng sản phẩm cho các ứng dụng nhỏ khoảng 16-24 I/O
- S7-200: Là dòng sản phẩm trung bình có ứng dụng cho các dự án với I/O khoảng 128
- S7-300 và S7-400: Là dòng sản phẩm cao cấp cho các dự án lớn, có số lượng I/O lớn, viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, thời gian đáp ứng nhanh
- S7-1200: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7-200, truyền thông qua cổng Ethernet có thể kết nối PC-PLCs, PLCs-HMI, PLCs-PLCs
- Tốc độ truyền thông profinet 10/100Mbits/s, tích hợp tính năng đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình
- S7-1500: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7300, S7-400 vừa được ra mắt trong thời gian gần đây với những ưu điểm vượt trội
Theo số lượng các đầu vào/ra
Căn cứ vào số lượng các đầu vào/ ra, ta có thể phân PLC thành 4 loại sau:
- Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ ra
- PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ ra
- PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ ra
- PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra
Giới thiệu các loại cảm biến
Cảm biến, hay Sensor, là thiết bị điện tử có khả năng cảm nhận và đo lường trạng thái, sự xuất hiện của vật chất, cũng như các quá trình vật lý và hóa học trong một môi trường cần khảo sát Chúng có khả năng tiếp nhận tín hiệu từ các quá trình và môi trường này, sau đó chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó
Thường, các đại lượng thường được đo không có tính chất điện, như nhiệt độ, áp suất, ánh sáng, và các tác động này lên Sensor sẽ được chuyển đổi thành các tính chất điện như dòng điện, điện tích, hoặc điện áp Các thông tin và tín hiệu này được sử dụng để xác định các đại lượng đo đếm
Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động của PLC
Hình 2.12 Một số ứng dụng của cảm biến
Các ứng dụng của cảm biến rất đa dạng và được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Chúng phục vụ việc thu thập thông tin để điều khiển và quản lý các quá trình trong công nghiệp, hệ thống tự động, y tế, môi trường, và nhiều lĩnh vực khác Các cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu chính xác và liên tục để giúp cải thiện hiệu suất và quy trình trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng
Cảm biến tiệm cận phản ứng khi có vật thể đến gần, thường trong phạm vi vài mm Chúng thường được sử dụng để phát hiện vị trí cuối cùng của chi tiết máy và kích hoạt các chức năng khác của máy Đặc biệt, cảm biến tiệm cận hoạt động đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt, do đó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc sự xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện Có ba hệ thống phát hiện chính để thực hiện công việc chuyển đổi này:
- Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy: Sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong vật thể kim loại, tạo ra dòng điện xoáy
- Hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung: Phản ứng với sự thay đổi điện dung khi vật thể đến gần cảm biến
- Hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ: Sử dụng nam châm để tạo ra tác động hoặc chuyển động cộng từ khi vật thể xuất hiện
Hình 2.13 Một số loại cảm biến tiệm cận
Có hai loại cảm biến tiệm cận chính:
- Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ:
+ Cảm ứng từ loại có bảo vệ (Shielded): Tập trung từ trường trước mặt sensor, giảm nhiễu từ kim loại xung quanh, nhưng có khoảng cách đo ngắn hơn
+ Cảm ứng từ loại không có bảo vệ (Un-Shielded): Không có bảo vệ từ trường xung quanh, khoảng cách đo lớn hơn, nhưng dễ bị nhiễu bởi kim loại xung quanh
- Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung:
Sử dụng nguyên tắc tĩnh điện: Phát hiện sự thay đổi điện dung giữa vật cảm biến và đầu sensor, có thể phát hiện mọi vật thể
Cảm biến khoảng cách hay còn được gọi với tên cảm biến li độ, là thiết bị điện tử giúp xác định khoảng cách từ vị trí của điểm xét đến vật thể Ngoài ra, loại cảm biến này còn được sử dụng để xác định mức hóa chất trong các loại bình chứa và các ứng dụng khác trong lĩnh vực công nghiệp, sản xuất
Thông thường cảm biến khoảng cách có thể chia thành các dòng như sau:
- Cảm biến tiệm cận đo khoảng cách
- Loại cảm biến laser đo khoảng cách
- Cảm biến dùng hệ thống sóng siêu âm
- Cảm biến từ đo khoảng cách.
IOT trong lĩnh vực tự động hóa
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối Internet viết tắt là IoT là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa người với người, hay người với máy tính IoT đã phát triển từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó
Internet of Things – IoT được đưa ra bởi các nhà sáng lập của MIT Auto-ID Center đầu tiên, năm 1999 Kevin Ashton đã đưa ra cụm từ Internet of Things nhằm để chỉ các đối tượng
Hình 2 15 Một số ứng dụng IOT trong đời sống
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 19 có thể được nhận biết cũng như sự tồn tại của chúng Thuật ngữ Auto-ID chỉ tới bất kì một lớp rộng của các kỹ thuật xác minh sử dụng trong công nghiệp để tự động hóa, giảm các lỗi và tăng hiệu năng Các kỹ thuật đó bao gồm các mã vạch, thẻ thông minh, cảm biến, nhận dạng tiếng nói, và sinh trắc học Từ năm 2003 Kỹ thuật Auto-ID trong các hoạt động chính là Radio Frequency Identification – RFID
Hình 2.16 IOT đang hiện hữu xung quanh chúng ta
Ngày nay với khoảng 1,5 tỷ máy tính và trên 1 tỷ điện thoại có kết nối Internet Sự hiện diện “Internet of PCs” sẽ được chuyển sang IoT trong đó 50-100 tỷ thiết bị kết nối Internet trong năm 2020 Một vài nghiên cứu còn chỉ ra trong cùng năm đó, số lượng máy móc di động sẽ tăng gấp 30 lần so với hiện nay Nếu không chỉ xem xét các kết nối máy với máy mà là các kết nối giữa tất cả các vật thể thì số lượng kết nối có thể tăng lên tới 100.000 tỷ Trong một lý thuyết mới, các vật thể được kết nối là quá nhiều đến mức có thể xóa nhòa ranh giới giữa mảnh và nguyên tử Một vài tác giả tạo ra các khái niệm mới để hiểu rõ hơn lý thuyết IoT VD: “blogjects” để mô tả vật thể blog, “sprimes” để chỉ nhận thức vị trí, nhận thức môi trường, tự ghi log, tự tạo tài liệu, các vật thể duy nhất mà cung cấp nhiều dữ liệu về bản thân chúng và môi trường của chúng, “informational shadows” để chỉ các vật thể được kết nối
Một số ứng dụng của IoT trong tự động hóa công nghiệp
- Giải quyết vấn đề của bộ điều khiển PLC từ xa
Vấn đề này xảy ra ở mọi nhà máy sử dụng các máy móc cũ đã retrofit thành các bộ điều khiển PLC hoặc là các máy đặt riêng ở các nhà chế tạo máy bên ngoài : Có 1 nút khẩn cấp được ấn vô tình, mà không ai nhận ra Bởi vì không có hệ thống giám sát và ghi nhận, các kỹ
Với khóa luận tốt nghiệp, sinh viên có thể dễ dàng mắc lỗi trong việc xác định nguyên nhân gốc rễ của một vấn đề Sai lầm này dẫn đến tình trạng lãng phí thời gian đáng kể và làm gián đoạn quá trình sản xuất.
Nếu HMI không cho bạn biết vấn đề ở đâu, một cuộc gọi điện thoại cho nhà chế tạo máy của bạn là bước hợp lý tiếp theo
Với hệ thống truy cập từ xa (hiện tại cũng đã có nhiều hãng chế tạo máy đã có thể theo dõi máy từ xa qua Internet ), người chế tạo máy có thể truy cập máy từ văn phòng của họ, xem các tệp nhật ký trên PLC và đặt lại máy, nếu cần Chỉ mất vài phút để tìm ra vấn đề và tiết kiệm một chuyến đi công tác onsite tốn thời gian đến nhà máy
Hình 2.17 Một mô hình điều khiển PLC từ xa
- Cập nhật các chức năng mới trên màn hình HMI cho khách hàng ở nước ngoài
Khi một máy được giao và khách hàng của bạn sử dụng nó trong các hoạt động hàng ngày của mình, anh ta có thể cần thêm chức năng để làm cho công việc của mình thậm chí dễ dàng hơn
Việc mở rộng bảng điều khiển của họ với chức năng mới, chẳng hạn như công tắc bật / tắt hoặc bộ đếm phần trăm cho máy bơm, có thể dễ dàng được sửa chữa bởi lập trình viên của bạn Những phần mềm HMI cần được cập nhật và thử nghiệm để khởi di chuyển chức năng mới này
Hình 2.18 Màn hình HMI điều khiển từ xa
Việc cập nhật phần mềm HMI có thể dễ dàng được thực hiện từ xa thông qua kết nối mạng an toàn Tất cả những gì cần làm là truyền phần mềm mới từ máy tính xách tay qua internet để làm hài lòng khách hàng.
Sử dụng VNC (Kết nối mạng ảo) dựa trên web, bạn và khách hàng của bạn có thể xem và kiểm tra chức năng HMI trong nền tảng IoT hoặc trên thiết bị di động.
NET Multi-platform App UI
2.5.1 Giới thiệu NET Multi-platform App UI
Giao diện người dùng ứng dụng đa nền tảng NET (.NET MAUI) là một khung đa nền tảng để tạo các ứng dụng gốc dành cho thiết bị di động và máy tính để bàn với C# và XAML
Hình 2.19.NET Multi-platform App UI
Sử dụng NET MAUI, bạn có thể phát triển các ứng dụng có thể Di chuyển trên Android, iOS, macOS và Windows từ một cơ sở mã chung duy nhất
.NET MAUI là mã nguồn mở và là sự phát triển của Xamarin.Forms, được mở rộng từ kịch bản di động sang máy tính để bàn, với các điều khiển giao diện người dùng được xây dựng lại từ đầu để đảm bảo hiệu suất và khả năng mở rộng Nếu trước đây bạn đã sử dụng Xamarin.Forms để xây dựng giao diện người dùng đa nền tảng, bạn sẽ nhận thấy nhiều điểm tương đồng với NET MAUI Tuy nhiên, cũng có một số khác biệt Khi sử dụng NET MAUI, bạn có thể tạo các ứng dụng đa nền tảng bằng một dự án duy nhất nhưng bạn có thể thêm mã nguồn và tài nguyên dành riêng cho nền tảng nếu cần Một trong những mục đích chính của NET MAUI là cho phép bạn triển khai logic ứng dụng và bố cục giao diện người dùng nhiều nhất có thể trong một cơ sở mã duy nhất
.NET MAUI dành cho các nhà phát triển muốn:
Viết các ứng dụng đa nền tảng bằng XAML và C#, từ một cơ sở mã được chia sẻ duy nhất trong Visual Studio
Chia sẻ bố cục và thiết kế giao diện người dùng trên các nền tảng
Chia sẻ mã, kiểm tra và logic nghiệp vụ trên nền tảng
.NET MAUI hợp nhất các API Android, iOS, macOS và Windows thành một API duy nhất cho phép nhà phát triển trải nghiệm viết một lần, Di chuyển mọi nơi, đồng thời cung cấp thêm quyền truy cập sâu vào mọi khía cạnh của từng nền tảng gốc
.NET 6 trở lên cung cấp một loạt khung dành riêng cho nền tảng để tạo ứng dụng: thư viện NET Android, NET iOS, NET macOS và Windows UI 3 (WinUI 3) Tất cả các khung này đều có quyền truy cập vào cùng một Thư viện lớp cơ sở NET (BCL) Thư viện này tóm tắt các chi tiết của nền tảng cơ bản khỏi mã của bạn BCL phụ thuộc vào thời gian Di chuyển NET để cung cấp môi trường thực thi cho mã của bạn Đối với Android, iOS và macOS, môi trường được triển khai bởi Mono, một triển khai thời gian Di chuyển NET Trên Windows, NET CoreCLR cung cấp môi trường thực thi
Mặc dù BCL cho phép các ứng dụng Di chuyển trên các nền tảng khác nhau chia sẻ logic kinh doanh chung, nhưng các nền tảng khác nhau có các cách xác định giao diện người dùng khác nhau cho ứng dụng và chúng cung cấp các mô hình khác nhau để chỉ định cách các thành
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 23 phần của giao diện người dùng giao tiếp và tương tác Bạn có thể tạo giao diện người dùng cho từng nền tảng riêng biệt bằng cách sử dụng khung dành riêng cho nền tảng thích hợp (.NET Android, NET iOS, NET macOS hoặc WinUI 3), nhưng phương pháp này sau đó yêu cầu bạn duy trì cơ sở mã cho từng nhóm riêng lẻ của các thiết bị
.NET MAUI cung cấp một khung duy nhất để xây dựng giao diện người dùng cho ứng dụng dành cho thiết bị di động và máy tính để bàn Sơ đồ sau đây hiển thị chế độ xem cấp cao về kiến trúc của ứng dụng NET MAUI:
Hình 2.20 Kiến trúc của MAUI
Trong ứng dụng NET MAUI, bạn viết mã chủ yếu tương tác với API NET MAUI (1) Sau đó, NET MAUI sẽ trực tiếp sử dụng API nền tảng gốc (3) Ngoài ra, mã ứng dụng có thể trực tiếp thực hiện các API nền tảng (2), nếu được yêu cầu Ứng dụng NET MAUI có thể được viết trên PC hoặc Mac và biên dịch thành các gói ứng dụng gốc:
Các ứng dụng Android được xây dựng bằng NET MAUI biên dịch từ C# sang ngôn ngữ trung gian (IL), sau đó được biên dịch đúng lúc (JIT) sang một ngôn ngữ gốc khi ứng dụng khởi Di chuyển
Các ứng dụng iOS được xây dựng bằng NET MAUI hoàn toàn được biên dịch trước thời hạn (AOT) từ C# thành mã hợp ngữ ARM gốc
Các ứng dụng macOS được xây dựng bằng NET MAUI sử dụng Mac Catalyst, một giải pháp của Apple giúp đưa ứng dụng iOS được xây dựng bằng UIKit của bạn lên máy tính để bàn và tăng cường ứng dụng này bằng các API nền tảng và AppKit bổ sung theo yêu cầu
Các ứng dụng Windows được xây dựng bằng NET MAUI sử dụng thư viện Windows UI
3 (WinUI 3) để tạo các ứng dụng gốc hướng tới màn hình nền Windows Để biết thêm thông tin về WinUI 3, hãy xem Thư viện giao diện người dùng Windows NET MAUI cung cấp một tập hợp các điều khiển có thể được sử dụng để hiển thị dữ liệu, bắt đầu hành động, chỉ ra hoạt động, hiển thị bộ sưu tập, chọn dữ liệu, v.v Ngoài bộ sưu tập các điều khiển, NET MAUI còn cung cấp:
Một công cụ bố trí phức tạp để thiết kế các trang
Nhiều loại trang để tạo các loại điều hướng phong phú, như ngăn kéo
Hỗ trợ liên kết dữ liệu, cho các mô hình phát triển thanh lịch và dễ bảo trì hơn
Khả năng tùy chỉnh trình xử lý để nâng cao cách trình bày các thành phần giao diện người dùng
API đa nền tảng để truy cập các tính năng gốc của thiết bị Các API này cho phép ứng dụng truy cập các tính năng của thiết bị như GPS, gia tốc kế cũng như trạng thái pin và mạng Để biết thêm thông tin, hãy xem API đa nền tảng cho các tính năng của thiết bị
Chức năng đồ họa đa nền tảng, cung cấp khung vẽ hỗ trợ vẽ và vẽ các hình dạng và hình ảnh, các thao tác tổng hợp và biến đổi đối tượng đồ họa
Một hệ thống dự án duy nhất sử dụng tính năng đa nhắm mục tiêu để nhắm mục tiêu Android, iOS, macOS và Windows Để biết thêm thông tin, hãy xem Dự án đơn NET MAUI
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Tổng quan phần cứng robot
3.1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống
Robot Shuttle là một hệ thống được thiết kế gồm khung cơ khí, các ngoại vi và mạch điều khiển đáp ứng các yêu cầu di chuyển và sắp xếp pallet Từ những yêu cầu trên phần cứng robot bao gồm: khung robot, PLC và các module mở rộng, hệ thống các cảm biến, encoder, driver để điều khiển động cơ, động cơ, router wifi, điện thoại được cài đặt app điều khiển, nguồn 12v, nguồn 24v, nguồn 48v
Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát mô hình Robot
Cơ sở tính toán tốc độ robot
Để cải thiện thời gian lưu kho và lấy hàng, robot lối đi và robot đưa đón cần tối ưu vận tốc chuyển động Điều này liên quan đến việc chế ngự lực ma sát khi chuyển động ngang và chống lại trọng lực khi robot nâng lên hạ xuống Vì chuyển động của robot chủ yếu theo phương ngang, nên việc này phụ thuộc chủ yếu vào lực ma sát, vốn tỉ lệ với khối lượng và trọng lực của vật mang.
Tối ưu hóa vận tốc cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau Mặc dù vận tốc tối đa có thể đạt được dựa trên công suất của động cơ, nhưng cần phải xem xét các ràng buộc như khoảng cách đến điểm cuối của chuyển động, điều này sẽ giới hạn vận tốc tối đa có thể đạt được Đồng thời, quá trình tăng tốc và giảm tốc của robot được minh họa trong đồ thị vận tốc-thời gian (hình 10), nơi mà các giá trị chuyển động của robot được biểu diễn
Robot sẽ đạt vận tốc cực đại (Vm) khi tăng tốc trong khoảng thời gian từ t0 đến t1 Điều này có thể thay đổi dựa trên chu kỳ từ t2 đến t3, trừ khi có yếu tố ngoại trừ như công suất động cơ, bởi vì robot sẽ phải dừng lại ở khu vực S3 Điều này nói lên sự phức tạp của quá trình tối ưu hóa vận tốc và yếu tố đa dạng mà nó phải xem xét để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong môi trường lưu kho và lấy hàng
Hình 2.21 Biểu đồ vận tốc -Thời gian khi robot đang vận chuyển pallet
Thời gian dừng phụ thuộc vào ma sát tĩnh của các bộ phận chuyển động và quán tính cung cấp chuyển động của robot và cụm đường ray cũng như lực phanh dùng để dừng động cơ Khi động cơ dừng mà lực tác dụng lên tổng khối lượng không hết thì lực ma sát giữa các bộ phận chuyển động và cụm ray sẽ chuyển thành ma sát động và do đó hiệu ứng dừng sẽ giảm (Hệ số ma sát động thấp hơn hệ số ma sát tĩnh giữa các bề mặt giống nhau.) Kết quả là robot sẽ bắt đầu chuyển động và không thể dừng lại kịp thời hoặc trong một khoảng cách nhất định
Vì tình huống không mong muốn này có thể gây ra tai nạn nên phải tìm ra hệ số ma sát giữa các bề mặt để đảm bảo khả năng kiểm soát Giá trị tăng tốc và giảm tốc tối ưu cho tất cả các vị trí pallet được tính theo (1), (2) và (3) Ngoài ra, cần cân nhắc việc nghiêng về phía trước hoặc phía sau hoặc nguy cơ trượt bánh trong quá trình giảm tốc và tăng tốc Điều kiện để nghiêng về phía trước như vậy được tính theo (4) Hình 11 cho thấy các lực tác dụng lên hệ và động lượng lên pallet đang được sử dụng để tạo ra các phương trình Lực động cơ và phanh được giữ trong tầm kiểm soát khi robot chuyển động Khi đó gia tốc tức thời phụ thuộc vào lực tác dụng lên trục x
Hình 2.22 Động cơ và lực phanh khi Robot di chuyển
Các phương trình vận tốc và đường đi phụ thuộc vào gia tốc cố định và thời gian được cho trong (2) và (3)
2 G x x v t a t (3) Động lượng tại điểm P phải bằng 0 hoặc nhỏ hơn 0 để pallet không bị nghiêng Khi đó giả sử có vật chắn phía trước điểm P
Các giá trị lớn hơn zero của (4) có thể làm nghiêng pallet Để chọn công suất động cơ, gia tốc aG sao cho cho phép pallet chạm tới được tính bằng (5)
Vm là vận tốc ngang tối đa của robot và t1 đang chuyển động theo thời gian để đạt vận tốc tối đa Lực tăng tốc Fx được tính bằng (6) sử dụng khối lượng pallet mp và khối lượng robot mr Công suất động cơ cần thiết được tính bằng (7)
Công suất động cơ sẽ được sử dụng trong quá trình thực hiện phải lớn hơn 20% nếu xét đến hiệu suất và tổn thất do ma sát
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 29 Bảng 2.1.Bảng chú thích các kí hiệu
Fb Lực của phanh (N) aG Gia tốc G (m/s 2 ) mr Khối lượng robot (kg) mp Khối lượng pallet (kg) v0 Vận tốc ban đầu (m/s) x Quãng đường (m) xo Quãng đường ban đầu (m)
MP Động lượng điểm P (Nm) ly Chiều dài của y (m) lx Chiều dài của x (m) g Gia tốc (m/s 2 ) vm Tốc độ tối đa (m/s)
Thiết kế khung xe robot
Với chức năng chính của robot là nâng hàng và sắp xếp pallet trong khung kệ có khoảng cách 2 đường ray là 1m, robot được thiết kế hình chữ nhật 8 bánh, kích thước 104cm x 99cm Với hình dáng đó Robot dễ dàng nâng pallet và sắp xếp hàng hóa
Hình 3.3 Hình ảnh thiết kế trạm kết nối trên bản thiết kế Solidworks
Trạm kết nối được đặt (với Robot Shuttle) tại đầu ô kệ thông qua việc sử dụng xe nâng Forklift, tại những vị trí được chọn để lưu trữ hoặc lấy Pallet trong ô kệ
Trạm kết nối có tác dụng:
- Định hướng Robot Shuttle vào kệ thông qua các thanh nhựa giúp định hướng dọc
- Giữ cho Robot cố định trên xe nâng tránh tình trạng bị nghiêng, lật hoặc mất cân bằng khi di chuyển
- Đặt các vị gương của cảm biến vị trí ban đầu giúp Robot về chính xác hơn
Bảng 2.2 Bảng các bộ phận của trạm kết nối
1: Thanh nhựa giúp định tâm ngang dọc trong kệ
2: Tấm gương phản của cảm biến phát hiện vị trí ban đầu
3: Lỗ để sử dụng nút nhấn trên Robot 7: Thanh dẫn hướng càng xe nâng
4: Thanh điều hướng pallet 8: Tấm đỡ khỏi Robot rớt trong khi di chuyển
Hình 3.4 Hình ảnh trạm kết nối sau khi đặt vào kệ Radio Shuttle 3.3.2 Robot Shuttle
Robot Shuttle chịu trách nhiệm trong việc lưu trữ, truy xuất các pallet trong các ô kệ, cũng như xác định số lượng pallet có trong ô kệ Quá trình này diễn ra khi Robot Shuttle được đặt vào trong trạm kết nối và định vị chính xác bên dưới pallet tương ứng Khi được kích hoạt, Robot Shuttle sẽ di chuyển một cách tự động và chính xác đến vị trí dưới pallet mong muốn Sau đó, cơ cấu nâng của robot sẽ được kích hoạt để nâng pallet lên và đặt chúng vào vị trí mong muốn trong ô kệ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 32 3.3.2.1 Các thành phần bên ngoài
Hình 3.5 Hình ảnh bên ngoài Robot trên bản thiết kế Solidworks Bảng 2.3 Bảng chú thích các thành phần bên ngoài của Robot Shuttle
1 Vân chống trượt 9 Nút dừng khẩn cấp
2 Tấm che pin 10 Nút bật
3 Cảm biến phát hiện mặt dưới Pallet 11 Nút tắt
4 Cảm biến phát hiện khoảng cách điểm cuối
12 Đèn hiển thị lượng pin
5 Cảm biến nhận diện Pallet 13 Cảm biến phát hiện Robot Shuttle khác
6 Bánh xe Di chuyển 14 Dây đai
7 Bánh dẫn hướng 15 Cảm biến vị trí ban đầu
8 Bộ tăng dây đai 16 Pin
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 33 3.3.2.2 Các thành phần bên trong
Hình 3.6.Hình ảnh bên trong Robot trên bản thiết kế Solidworks Bảng 2.4 Bảng chú thích các thành phần bên trong của Robot Shuttle
1 Khung đỡ nắp 13 Router Wifi
2 Pin 14 Cảm biến phát hiện Robot Shuttle khác
3 Driver động cơ nâng 15 Động cơ nâng
4 Driver động cơ Di chuyển 16 Trục nâng
5 Rờ - le 17 Bộ cảm biến nâng hạ
6 Mạch biến áp DC – DC 48v – 24v 18 Mạch biến áp DC – DC 24v –12v
7 Bộ cầu chì lá 19 Cầu chì
9 Bộ chia dây 21 Cơ cấu tăng đơ xích động cơ Di chuyển
10 PLC và Module 22 Cơ cấu nâng
11 Cảm biến vị trí ban đầu 23 Động cơ Di chuyển
12 Cảm biến phát hiện pallet 24 Trục Di chuyển
Cấu trúc nâng hạ tích hợp một cơ cấu cam, mà trong đó, động cơ truyền động được liên kết với khớp trục ngang, thúc đẩy chuyển động xoay của cơ cấu hình chữ U để kiểm soát cánh tay đòn, điều khiển quá trình nâng và hạ Cơ cấu cam trong này giúp tối ưu hóa hiệu suất chuyển động và đồng thời cung cấp một cách linh hoạt để điều chỉnh hành trình nâng hạ
Cấu trúc nâng hạ tích hợp cơ cấu cam, với một động cơ chuyển động liên kết với khớp trục ngang, đẩy chuyển động xoay của chữ U để kiểm soát cánh tay đòn, điều khiển quá trình nâng và hạ Khi đến vị trí cao nhất hoặc thấp nhất trong hành trình, cảm biến nâng hạ sẽ phát hiện và gửi tín hiệu về PLC để thực hiện các tác động điều khiển tương ứng
Hình 3.7 Hình ảnh cơ cấu nâng hạ Robot trên bản thiết kế
Bảng 2.5 Bảng chú thích các thành phần cơ cấu nâng hạ
1 Thanh nâng 5 Động cơ nâng
3 Cảm biến hạ 7 Cơ cấu truyền động
4 Cảm biến nâng 8 Chữ U truyền động
Cơ cấu Di chuyển sử dụng hệ thống truyền động trực tiếp, bao gồm một động cơ truyền động được kết nối trực tiếp vào trục Di chuyển thông qua bánh răng và xích để tạo ra chuyển động xoay theo hướng mong muốn Khi trục chuyển động quay, bánh xe được đặt trên đó sẽ tạo ra chuyển động Để đảm bảo đồng bộ trong chuyển động, các bánh xe này sẽ được liên kết với nhau thông qua dây đai, giúp đồng nhất và duy trì sự chuyển động liên tục trong hệ thống
Ngoài ra, Encoder được gắn trực tiếp vào trục bánh xe để đọc các thông số vòng quay và truyền thông tin về vị trí và tốc độ về PLC Điều này giúp đảm bảo rằng robot có thể Di chuyển chính xác và duy trì sự đồng bộ trong các tác vụ chuyển động, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng cho hệ thống điều khiển để điều chỉnh và duy trì hiệu suất ổn định
Hình 3.8 Hình ảnh cơ cấu Di chuyển Robot trên bản thiết kế Solidworks
Bảng 2.6: Bảng chú thích cơ cấu di chuyển của Robot Shuttle
1 Encoder 7 Cơ cấu tăng đơ dây xích động cơ
2 Housing 8 Hộp số động cơ
3 Bánh xe cuối 9 Động cơ
4 Bánh xe Di chuyển giữa 10 Trục Di chuyển
5 Cơ cấu tăng đơ dây đai 11 Khớp mềm
6 Bánh răng truyền động giữa trục và động cơ
Hình 3.9 Hình ảnh cơ cấu bánh xe và tăng đơ đai của Robot trên bản vẽ
Cơ cấu tăng đơ dây đai, hay còn được gọi là cơ cấu tăng đơ dây đai, có thể bao gồm các thành phần sau:
Dây đai là một thành phần quan trọng trong hệ thống truyền động, có nhiệm vụ truyền chuyển động từ bánh xe chủ động sang các bánh xe còn lại Dây đai thường được làm từ cao su, nhựa hoặc vật liệu composite, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.
- Ốc Vặn Điều Chỉnh: Một ốc vặn được sử dụng để điều chỉnh vị trí của bánh tròn giữa Thông qua việc điều chỉnh lên xuống vị trí này có thể điều chỉnh độ căng của dây đai giúp Robot chuyển động mượt mà
Bạc đạn hộp bao gồm hai miếng vuông có lỗ tròn ở giữa Vòng bi có phe chặn được lắp vào các lỗ này Các tấm này sau đó được siết chặt vào khung bằng bu lông, tạo ra sự ổn định vững chắc cho bánh xe.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 37 xe Ở đầu trục, có một phe cài linh hoạt giữ chặt bánh xe mà không có sự xê dịch không mong muốn, đảm bảo sự ổn định và hiệu suất liên tục trong hệ thống
Hình 3.10 Cơ cấu Housing của trục bánh xe và vòng bi 3.3.2.5 Thiết kế bánh xe
Hình 3.11.Kích thước bánh xe của Robot trên bản vẽ Solidworks
Thiết kế bánh xe sao cho ở trạng thái Shuttle không nâng tải thì thấp hơn chiều cao của đường ray(Chiều cao 160mm), bề rộng nhỏ hơn bề rộng đường ray( Bề rộng đường ray là 52mm) và vị trí của housing Từ đó thiết kế ra bánh chính có kích thước bánh là 125mm và bánh phụ là 95mm với bề rộng bánh là 30mm.
Chọn thiết bị
Khi chọn thiết bị cho robot, có một số tiêu chí quan trọng cần xem xét để đảm bảo hiệu suất, tính linh hoạt và an toàn trong quá trình vận hành Dưới đây là một số tiêu chí quan trọng:
- Hiệu suất và tính ổn định
- Tính linh hoạt và khả năng tương thích
Từ đó chúng em chọn ra các thiết bị
3.3.1 PLC và Module mở rộng PLC:
Bộ điều khiển PLC S7-1215C DC-DC-DC được chọn lựa để đáp ứng khả năng và tốc độ xử lý trong hệ thống điều khiển tự động đa dạng Với kích thước nhỏ gọn, nó mang lại tính linh hoạt và hiệu suất cao trong việc điều khiển nhiều thiết bị khác nhau, đồng thời là lựa chọn lý tưởng cho không gian hạn chế trong lòng robot
CPU kết hợp bộ vi xử lý, nguồn điện vào, ra là 24V phù hợp với việc sử dụng pin của robot, 14 IO vào và 10 ra, PROFINET tích hợp, High-speed motion, 2 ngõ vào analog và 2 ngõ ra analog tích hợp trong một khối nhỏ gọn để tạo ra bộ điều khiển mạnh mẽ
Sau khi tải xuống chương trình, CPU chứa logic cần thiết để giám sát và điều khiển các thiết bị trong ứng dụng CPU giám sát đầu vào và thay đổi đầu ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm logic Boolean, counter, timer, các phép toán phức tạp và truyền thông với các thiết bị thông minh khác
CPU cung cấp 2 cổng PROFINET để truyền thông qua mạng PROFINET Các module mở rộng có sẵn để truyền thông qua các mạng PROFIBUS, GPRS, RS485, RS232, IEC, DNP3 và WDC
Hình 3 12.PLC S7 1215C DC-DC-DC
Bảng 3.1.Bảng thông số PLC S7 1215C DC-DC-DC
Thông số CPU 1215C DC DC DC
Bộ nhớ người dùng Work 125 Kbytes
Ngõ ra/vào IO on board Digital 14 inputs/10 output
Số module tín hiệu mở rộng được cho phép 8
Số module truyền thông được cho phép 3
3.3.1.2 Module DIGITAL INPUT SM 1221, 8DI, 24V DC
Do nhu cầu sử dụng thêm ngõ vào vật lý với tín hiệu trả về là 24V nên nhóm em đã lựa chọn module này có thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 3.2.Bảng thông số module DIGITAL INPUT SM 1221, 8DI, 24V DC
Thông số SM 1221 DI 8 24VDC
Số ngõ vào 8 Điện áp sử dụng 24VDC
Hình 3.13.Module DIGITAL INPUT SM 1221, 8DI, 24V DC 3.3.1.3 Module Communication CM 1241 RS422/485
Hình 3 14.Module Communication CM 1241 RS422/485
PLC có hỗ trợ truyền thông point-to-point (PtP) cho các giao thức nối tiếp dựa trên giao thức Modbus RS485,…
PtP cung cấp sự tự do và linh hoạt tối đa nhưng yêu cầu triển khai rộng rãi trong chương trình người dùng Đối với yêu cầu của đề PtP cung cấp khả năng gửi và nhận dữ liệu với các thiết bị khác nhau
Kiểu truyền thông PtP này là giao tiếp nối tiếp sử dụng UART tiêu chuẩn để hỗ trợ nhiều tốc độ truyền baud và tùy chọn bit chẵn lẻ Module truyền thông RS422/485 (CM 1241) cung cấp các giao thức để thực hiện giao tiếp PtP
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 41 Bảng 3.3 Bảng thông số CM 1241 RS422/485
Kiểu RS422 or RS485, 9-pin sub D female connector
300 baud, 600 baud, 1.2 kbits, 2.4 kbits, 4.8 kbits, 9.6 kbits (default),
19.2 kbits, 38.4 kbits, 57.6 kbits, 76.8 kbits, 115.2 kbits,
Số chân Chi tiết Connecter Số Chân Chi tiết
1 Logic-hoặc truyền thông 6 PWR
3.3.1.4 Module SM 1278 4xIO-Link Master
Hình 3.15.Module SM 1278 4xIO-Link Master
SM 1278 4xIO-Link Master là module 4 cổng hoạt động kép, có chức năng như cả module tín hiệu và giao tiếp Mỗi cổng hỗ trợ chế độ IO-Link, đầu vào số 24 VDC và đầu ra số 24 VDC Module cho phép kết nối tối đa 4 thiết bị IO-Link (kết nối 3 dây) hoặc 4 bộ truyền động hoặc bộ mã hóa tiêu chuẩn.
Dựa vào tính năng của IO Link nhóm chúng em có thể sử dụng được khoảng cách cảm biến đọc về theo chu kì liên tục Ngoài ra có thể tạo các chẩn đoán khi thiết bị hư hoặc không có nguồn
Bảng 3.4.Module SM 1278 4xIO-Link Master
Thông số SM 1278 4xIO-Link
Nguồn cung cấp Điện áp định mức 24VDC Điện áp tối thiểu 19.2VDC, 20.5V Điện áp tối đa 28.8V
Chế độ hoạt động IO link Yes
Diagnostics alarms Chẩn đoán nguồn
3.3.2 Servo motor và hộp số
Hình 3.16.Động cơ ELVM80100V48EH-M17-HD Để đáp ứng được yêu cầu của đề tài là vận chuyển hàng hóa, tổng khối lượng xe là 230kg và tải tối đa khoảng 1000kg và vận tốc 0,9 (m/s), ta cần tính toán để lựa chọn động cơ phù hợp cho robot Robot sẽ hoạt động nhờ động cơ chính truyền momen dẫn động cho hai bánh xe chính giúp robot có thể di chuyển tới, lùi hoặc xoay
Lực tác động lên dẫn động của bánh xe được tính toán như sau:
Hình 3.17 Lực tác động lên bánh xe Trong đó:
Fms : Lực ma sát của bề mặt bánh xe với mặt sàn
P: Trọng lực mà bánh xe đang chịu
: Phản lực m1: Khối lượng mà mỗi bánh xe phải chịu với ( 1 8m m) m: là khối lượng của robot
: Hệ số ma sát v: vận tốc mong muốn của robot a: gia tốc mong muốn của robot
Phương trình lực tác động lên bánh xe:
Chọn phương án chuyển động của robot là chuyển động thẳng Tổng khối lượng tối đa của robot mong muốn m = 1000kg, vận tốc tối đa của robot v = 0,9 m/s, sau thời gian 1s thì robot đạt vấn tốc tối đa v = 0, 9m/s Địa hình robot làm việc là mặt phẳng, bán kính bánh xe r
= 62,5 mm, hệ số ma sát an toàn đối với bề mặt rail là thép có= 0.62
Khi robot chuyển động với vận tốc không đổi nên gia tốc a không đổi a0( /m s 2 ), áp dụng định luật II Newton ta có:
F F ms ma (3.2) Để robot chuyển động:
Với Fms được tính như sau:
Công suất cần thiết cho động cơ:
Vì vậy, công suất tối thiểu để xe có thể chuyển động là 840 (W)
Momen khởi động cần thiết cho một động cơ:
(3.8) Để động cơ phù hợp và hoạt động ổn định ta cần nhân momen xoắn của động cơ với hệ số an toàn là 1,2
Momen thứ cấp = Momen sơ cấp x tỷ số truyền
Số vòng quay của đầu sơ cấp = số vòng quay của đầu thứ cấp x tỷ số truyền
Vậy nên nhóm em đã lựa chọn động cơ là ELVM80100V48EH-M17-HD Động cơ có thông số như sau:
Bảng 3.5 Bảng thông số Động cơ ELVM80100V48EH-M17-HD
Thông số ELVM80100V48EH-M17-HD
Frame size (mm) 80 Điện áp hoạt động định mức 48V
Tốc độ định mức 3000r/min
LRF90-L2-20-S2-P2: Mặt bích 90mm,giảm tốc tỷ số truyền 1:20
Truyền động chính xác cao, giúp đảm bảo hoạt động của các thiết bị được ổn định và hiệu quả hơn Đáp ứng được yêu cầu về tốc độ, tải trọng và độ chính xác của các ứng dụng cơ khí khác nhau Được thiết kế với cấu trúc nhỏ gọn, tiết kiệm không gian Dễ dàng lắp đặt trong các thiết bị tự động hóa và robot hóa Được trang bị các công nghệ tiên tiến như bộ giảm chấn, bộ điều khiển Hộp số servo LRF90 được sản xuất từ những vật liệu chất lượng cao Có khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt và các tác động bên ngoài Được bảo vệ bằng các lớp phủ chống ăn mòn và chống ẩm Giúp tăng độ bền và tuổi thọ của thiết bị lên rất nhiều lần so với các loại thông thường
Hình 3.18.Hộp số servo LRF90 Hộp số Wanshsin wpf 080-050-K-P2
Kích thước nhỏ gọn và kiểu mặt bích cả đầu vào và đầu ra tiện lợi cho rất nhiều ứng dụng khi sử dụng hộp giảm tốc servo cốt dương WPF
Hộp giảm tốc WPF cốt dương lắp cho động cơ servo có độ chính xác cao, lực momen cao nhằm đáp ứng cho rất nhiều ứng dụng cần độ chính xác đạt gần 100%, chế độ dừng và hoạt động liên tục được hộp giảm tốc servo cốt dương WPF vận hành một cách chính xác nhất Đặc biệt thường sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng của máy CNC
- Kích thước mặt bích vuông đầu vào (mm): 80*80
3.3.3 Drive điều khiển động cơ
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Các chức năng chính của robot
4.1.1 Chức năng nhập hàng Điều kiện tiên quyết:
- Robot được đặt đúng vị trí
- Sử dụng pallet tiêu chuẩn có kích thước 1000x1000mm
- Mức pin hiển thị đạt yêu cầu
- Kết nối giữa App và Robot ổn định, không có lỗi báo về từ robot
- Di chuyển pallet đến vị trí muốn nhập hàng và đặt nó lên Robot theo thứ tự như hình
Hình 4.1 Hình ảnh mô tả cách thức hoạt động của nhập hàng
- Sau khi pallet được đặt lên robot Nhấn nút biểu tượng Nhập trên app kết nối
- Khi nhận được lệnh Robot sẽ Di chuyển lên quét đáy pallet Dựa vào các cảm biến quét đáy pallet nó sẽ nhận dạng được pallet thỏa điều kiện không bị gãy thanh ngang và các loại pallet được chỉ định cho hệ thống sau đó robot sẽ Di chuyển về vị trí xác định,nâng lên và Di chuyển vào cùng với pallet
- Dựa vào cảm biến end channel Robot sẽ biết vị trí điểm kết thúc kệ và cảm biến phát hiện pallet để xác định vị trí tiếp theo
- Với trường hợp FILO (First In Last Out) Pallet sẽ được nhập theo thứ tự như hình 4.2, pallet sẽ được nhập theo thứ tự 1, 2, 3, …, 9 bằng robot Sau đó lấy docking ra và đặt pallet cuối cùng vào
Hình 4.2 Nguyên lý nhập xuất hàng FILO
Trong trường hợp FIFO (First In First Out), hệ thống sẽ nhập pallet theo thứ tự tăng dần như hình 4.3, bắt đầu từ pallet 1 đến pallet 9 Robot sẽ lưu trữ pallet đầu tiên sau khi định vị và để lại khoảng trống (4) cho Trạm kết nối.
Hình 4.3.Nguyên lý nhập xuất hàng FIFO (1) Vị trí trạm kết nối
(4) Khoảng trống để trạm kết nối
4.1.2 Chức năng xuất hàng Điều kiện tiên quyết:
- Robot được đặt đúng vị trí
- Sử dụng pallet tiêu chuẩn có kích thước 1000x1000mm
- Mức pin hiển thị đạt yêu cầu
- Kết nối giữa App và Robot ổn định, không có lỗi báo về từ robot
- Đối với chế độ xuất đơn
Nhấn nút biểu tượng Xuất trên app kết nối
Robot di chuyển từ trạm kết nối đến pallet được nhận dạng đầu tiên và Di chuyển dưới đặt mình dưới pallet và nâng nó lên
Sau đó sẽ quay về trạm kết nối và hạ pallet xuống
Hình 4.4: Nguyên lý hoạt động của xuất hàng Người sử dụng xe nâng sẽ sử dụng xe nâng hàng để nâng pallet xuống như hình
Hình 4.5: Cách thức xe nâng hoạt động khi nâng hàng
- Đối với chế độ xuất liên tục
Người vận hành sẽ lựa chọn số pallet muốn xuất trên app điều khiển Sau đó bấm biểu tượng nhập
Trong chế độ này việc xuất pallet sẽ tiến hành lấy các pallet theo thứ tự từ 1,2,3, …, 9
Chú ý khi ở trong chế độ xuất liên tục khi pallet đã được lấy đến vị trí (1) xe nâng nên lấy pallet ra để tối ưu thời gian xuất pallet
Hình 4.6 Nguyên lý xuất hàng hóa liên tục (1) Vị trí trạm kết nối
4.1.3 Chức năng đếm Điều kiện tiên quyết:
- Robot được đặt đúng vị trí
- Sử dụng pallet tiêu chuẩn có kích thước 1000x1000mm
- Mức pin hiển thị đạt yêu cầu
- Kết nối giữa App và Robot ổn định, không có lỗi báo về từ robot
Nhấn vào biểu tượng Đếm trên app điều khiển
Robot sẽ di chuyển từ trạm kết nối đến điểm kết thúc của kệ dựa vào cảm biến phát hiện endchannel Trong quá trình đó robot sẽ Di chuyển dưới các pallet đã được nhập vào trước đó Khi đó ô hiện số pallet đếm sẽ tăng lên dựa vào cảm biến quét đáy pallet đếm được
Hình 4.7 Nguyên lý hoạt động của chức năng đếm 4.1.4 Chức năng manual
Chức năng manual, hay còn gọi là chức năng thủ công, là một tính năng quan trọng trong nhiều lĩnh vực tự động hóa Có chức năng sau:
Trong một số trường hợp, công nghệ tự động không thể đảm bảo chất lượng tốt nhất, vì vậy chức năng manual cho phép con người can thiệp để kiểm tra và đảm bảo chất lượng sản phẩm hoặc dịch vụ.
Xử lý tình huống ngoại lệ: Có những tình huống đặc biệt hoặc không thường xuyên mà hệ thống tự động không thể xử lý hiệu quả Người vận hành có thể can thiệp để giải quyết các tình huống này một cách thủ công
Nhấn vào biểu tượng Để chuyển sang chế độ Manual
Hình 4 8 Nút chức năng manual
- Nhấn và giữ biểu tượng Tiến Robot sẽ di chuyển về phía trước với tốc độ cố định
- Nhấn và giữ biểu tượng Lùi Robot sẽ di chuyển về phía sau với tốc độ cố định
- Khi nhả nút tiến và lùi robot sẽ dừng
- Nhấn vào biểu tượng Lên Bàn nâng robot sẽ được nâng lên
- Nhấn vào biểu tượng xuống Bàn nâng robot sẽ được hạ xuống
- Nhấn vào biểu tượng STOP Robot sẽ dừng lại
- Nhấn vào biểu tượng RESET Sau khi bấm STOP hoặc robot báo lỗi, nhấn vào biểu tượng để reset lại và trả về trạng thái ON ban đầu
- Nhấn vào biểu tượng HOME Robot sẽ quay về vị trí bắt đầu ở trạm kết nối.
Chương trình PLC
4.2.1 Truyền thông RS485 với Driver Leadshine
RS-485 là một tiêu chuẩn giao thức truyền thông được sử dụng để kết nối các thiết bị điện tử trong một mạng điều khiển hoặc hệ thống giám sát Nó được thiết kế để truyền dữ liệu qua một chuỗi dây cáp và hỗ trợ truyền thông đồng thời hai chiều (full-duplex)
Nhóm em sử dụng module CM1241 để truyền thông giữa PLC và drive của Leadshine nhằm mục đích giám sát trạng thái cũng như điều khiển động cơ servo Trong chương trình PLC sử dụng 2 lệnh chính là “MB_MASTER Function Block” và “MB_Comm_Load”
Hình 4.9 Modbus trong chương trình PLC
Hình 4.10.Cấu hình module CM1241 Cấu hình cho drive leadshine:
Hình 4.11.Cấu hình cho drive leadshine Cài đặt tốc độ baud cho drive bằng cách chọn thông số Pr5.30 Chọn tốc độ baud là 9600
Cài đặt ID của drive:
Hình 4.12 Cài đặt ID cho Drive
“MB_Comm_Load” cấu hình một cổng để liên lạc bằng giao thức Modbus RTU Sau khi cấu hình cổng, có thể giao tiếp qua Modbus bằng cách thực hiện lệnh "MB_SLAVE" hoặc
Hình 4.13.Khối MB_Comm_Load Bảng 4.1.Bảng các kí hiệu trong khối MB_Comm_load
REQ Thực hiện lệnh khi có xung cạnh lên
PORT ID của cổng giao tiếp
BAUD Lựa chọn tốc độ Baud
PARITY Lựa chọn bit chẵn lẻ
MB_DB Tham chiếu đến khối dữ liệu của lệnh "MB_MASTER" hoặc "MB_SLAVE"
REQ: Sẽ được quét lần đầu khi PLC được mở lên và cho phép cấu hình cổng truyền thông
PORT: 270 là ID của cổng giao tiếp Ở đây chính xác là ID của module truyền thông CM1241
Hình 4.14 Module truyền thông CM1241 BAUD: Lựa chọn tốc độ baud trùng với tốc độ baud của drive là 9600
PARITY: Không chọn chẵn lẻ
MB_DB: DB3: MB_MASTER_DB là mã định danh DB khi tạo lệnh “MB_MASTER Function Block”
“MB_MASTER Function Block” được thiết kế để thực hiện chức năng của một Master trên mạng truyền thông RS-485
Trước khi lệnh "MB_MASTER" có thể giao tiếp với một cổng, trước tiên
"MB_COMM_LOAD" phải được thực thi
Hình 4.15.Khối MB_Master_DB
Bảng 4.2 Bảng chú thích kí hiệu khối MB_Master_DB
REQ Thực hiện lệnh khi có xung cạnh lên
MODE Lựa chọn chế độ đọc hoặc ghi xuống drive
DATA_ADDR Địa chỉ bắt đầu trong Drive: Chỉ định địa chỉ bắt đầu của data được truy cập trong Drive
DATA_LEN Độ dài truy cập từ địa chỉ bắt đầu
DATA_PTR Trỏ tới địa chỉ bộ nhớ DB hoặc bit của
CPU để ghi hoặc đọc dữ liệu
Hình 4.16 In_Master trong PLC REQ: Tạo xung kích để đọc dữ liệu của drive
MODE: Chọn là 0 Cho phép đọc dữ liệu từ drive leadshine
Với địa chỉ từ ổ đĩa là 0B03 Hex, ta chuyển thành số thập phân là 279 và cộng với 400001 Từ đó, ta có địa chỉ bắt đầu đọc trong ổ đĩa là 402820.
Hình 4.17 Các địa chỉ trong Drive DATA_LEN: Em muốn đọc dữ liệu từ NO: 03 đến 11 Nên độ dài sẽ là 9
DATA_PTR: Em tạo bộ nhớ DB4 và lưu dữ liệu vào trong như hình dưới đây
Hình 4.18 Cài đặt Drive trong PLC
Nhóm em sử dụng module SM1278 để có thể truyền thông giữa các cảm biến và PLC Cấu hình cho module SM1278:
Do trong ứng dụng này robot chỉ cần đọc các giá trị của cảm biến về nên lựa chọn kiểu Input Địa chỉ bắt đầu là 8 và độ dài là 32
Hình 4.19 Cấu hình Module SM1278 Cấu hình cho từng port của module IO_Link:
Hình 4.20: Cấu hình Port 1 trong PLC
Lựa chọn độ dài của mỗi port là 8 nên sẽ có thứ tự địa chỉ của từng port như sau: IW8, IW16, IW24, IW32
Sau đó sử dụng lệnh MOVE để lưu giá trị đọc về theo chu kỳ của các cảm biến vào vùng nhớ muốn lưu:
Hình 4.21 Lệnh MOVE để đọc các giá trị cảm biến 4.2.3 HSC
HSC (High-Speed Counter) trong Siemens là một chức năng chuyên biệt được thiết kế để đếm các xung đến từ các nguồn đầu vào tốc độ cao, như encoder hoặc các tín hiệu xung đầu vào khác HSC giúp theo dõi và đếm các sự kiện xảy ra ở tốc độ cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường, kiểm soát chuyển động, và giám sát quá trình Trong ứng dụng này nhóm em sử dụng để đếm các xung từ encoder trả về PLC để tăng độ chính xác của robot khi chuyển động
Cấu hình phần cứng PLC: Lựa chọn cấu hình ngõ vào đếm xung tốc độ cao, vùng nhớ và chế độ đếm
Hình 4.22 Cấu hình phần cứng HSC1
Hình 4.23 Tín hiệu đầu vào
Hình 4.24 Cầu hình địa chỉ IO
Lệnh CTRL_HSC: Control high-speed counters: Với lệnh " CTRL_HSC ", ta có thể thực hiện cài đặt tham số và điều khiển bộ đếm tốc độ cao được PLC hỗ trợ bằng cách tải các giá trị mới vào bộ đếm
Hình 4.25 Chương trình PLC HSC 4.2.4 PTO
PTO (Pulse Train Output) là một chức năng quan trọng trong PLC Siemens, được sử dụng để tạo ra một chuỗi các xung điều khiển có tần số và chiều dài xác định Chức năng này được nhóm em sử dụng để điều khiển động cơ nâng hạ của robot
Cấu hình phần cứng: Lựa chọn cấu hình ngõ ra, vùng nhớ và chế độ phát xung
Hình 4.27 Địa chỉ đầu ra PTO
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 75 Tạo 1 Technology objects để cấu hình động cơ servo và các chế độ
Hình 4.29 Khối MC_Power_DB trong PLC
Thiết kế mã lỗi
Mỗi mã lỗi thường được thiết kế để mô tả một tình trạng hoặc sự kiện xảy ra không đúng, giúp người phát triển, quản trị viên hệ thống, hoặc người dùng cuối dễ dàng xác định và khắc phục vấn đề
Error code list Content Attribute
Main Sub History Immediate stop Can be clear
1 over -current of intelligent power module(IPM) ●
1 over -current of intelligent power module(IPM)
0 Too large position pulse deviation ● ● ●
1 Motor speed out of control
1 I/F input interface function set error ● ●
2 I/F output interface function set error ● ●
26 0 Positive/negative over-range input valid ● ● ●
27 0 Analog value 1 input error limit
0 6 Sensor HI or LI error ● ●
Thiết kế App
Thiết kế giao diện theo phương pháp
Thực hiện theo 2 phương pháp:
- Giảm tải nhận thức của giao diện bằng cách loại bỏ các yếu tố gây xao nhãng thị giác và sắp xếp mọi thứ sẽ tốt hơn
- Loại bỏ sự lộn xộn trực quan
+ Sử dụng căn chỉnh và lưới
Remove visual clutter (loại bỏ sự lộn xộn trực quan): loại bỏ bất kỳ thông tin không liên quan nào thực sự không giúp ích cho những điều này hoặc hiểu rằng dữ liệu đang được hiển thị cho mọi người
Loại bỏ hoạt ảnh trong 1 số yếu tố quan trọng đối với việc đánh giá của nhà điều hành, loại bỏ các yếu tố gây mất tập trung như đổ bóng và các hiệu ứng cutaway và ta được giao diện đơn giản hơn nhiều dễ đọc hơn và mang tính biểu tượng hơn rất nhiều, vì vậy
Using alignment and grids (sử dụng căn chỉnh và lưới): làm cho các phần tử khác nhau xuất hiện liên quan đến nhau Các quy tắc trực quan tạo thành xương sống cho giao diện
Kích thước: Các phần tử lớn hơn được nhận thức trước tiên và được hiểu là các đối tượng quan trọng được đặt gần nhau
Proximity: để sử dụng vùng lân cận là phân khúc thay vì chỉ đặt ra một danh sách dài dữ liệu mà bạn có thể xem xét nhóm thông tin để dễ quan sát và kiểm soát
Whitespace (không gian trắng): giúp không gian được rộng rãi và dễ quan sát
Màn hình này được chia thành 2 nhóm riêng biệt nhóm điều hướng và chi tiết thiết bị và đưa các nhãn dán thiết bị xuống cùng với phần đọc để tạo kết nối mạnh mẽ hơn giữa các bit thông tin đó nếu nó cũng thay đổi kích thước đồ họa thiết bị một chút để giảm bớt tầm quan trọng của chúng và cho toàn bộ bố cục chỉ có thêm không gian trắng
Từ đó nhóm em đã thiết kế được giao diện như sau
Hình 4.30.Hình ảnh app điều khiển 4.4.2 Thiết kế các sự kiện
Để điều khiển và giám sát robot hiệu quả, việc tạo sự kiện trên ứng dụng để điều khiển thiết bị PLC đóng vai trò quan trọng Sự kiện này có thể được kích hoạt thông qua ứng dụng từ người vận hành Trong dự án này, nhóm đã sử dụng thư viện S7.Net để tạo sự kiện, cho phép kết nối và điều khiển thiết bị PLC từ ứng dụng một cách thuận tiện.
S7.Net là trình điều khiển plc chỉ hoạt động với PLC Siemens và chỉ với kết nối Ethernet Điều này có nghĩa rằng plc phải có CPU Profinet
S7.Net được viết hoàn toàn bằng C#
Tạo vùng nhớ để tổ chức sự kiện Non-Optimized: Cho phép người dùng biết thông tin vùng nhớ (địa chỉ của các tag) để sử dụng theo yêu cầu trong kết nối PLC với thiết bị khác Cột offset là địa chỉ của tag trong DB
Hình 4 31 Khai báo vùng nhớ tổ chức sự kiện Bảng 4 4 Định dạng vùng nhớ của khối dữ liệu DB
DB1.DBX0.1 DB1.DBB1 DB1.DBW2 DB1.DBD4
Chương trình điều khiển Đối với các địa chỉ có kiểu dữ liệu là bool: plc.Write("DB101.DBx2.0", 0); Đối với các địa chỉ có kiểu dữ liệu int và word: plc.Write("DB101.DBW8.0", val);
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Thiết kế cơ khí
5.1.1 Tổng quan về cơ khí
Về tổng thể robot shuttle các cơ cấu cơ khí được thiết kế trên bản vẽ lắp ráp lại với nhau được, sai sót trong việc thiết kế không quá nhiều nên robot có thể vận hành ổn định
Hình 5.3 Hình ảnh thực tế của Robot Shuttle
Hình 5.4 Trạm kết nối được đặt trong kệ 5.1.2 Cơ cấu nâng hạ
Hình 5.5 Hình ảnh cơ cấu nâng hạ thực tế
Cơ cấu nâng hạ của robot với khả năng chịu tải lớn, đảm bảo khả năng xử lý hiệu quả các công việc đòi hỏi sức nâng cao
Với hệ thống cảm biến nâng hạ hoạt động đúng yêu cầu, giúp robot thực hiện nhiệm vụ một cách chính xác
Tốc độ nâng hạ nhanh của robot đáp ứng đầy đủ yêu cầu, giúp tăng cường hiệu suất làm việc và đồng thời đảm bảo hiệu quả trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ
Hình 5.6 Cơ cấu di chuyển thực tế
Cơ cấu di chuyển của robot thể hiện sự mượt mà trong các chuyển động, tạo ra trải nghiệm làm việc đồng nhất và ổn định
Tốc độ di chuyển của robot được đảm bảo nhanh chóng, điều này giúp tối ưu hóa thời gian thực hiện công việc và đáp ứng đúng theo kịch bản thời gian được đề ra
Khả năng tăng tốc và dừng của cơ cấu di chuyển rất chính xác, mang lại sự linh hoạt cần thiết để thích ứng với các tình huống đòi hỏi sự điều chỉnh nhanh chóng và chính xác trong quá trình hoạt động.
Về mặt lập trình
Sau khi triển khai, nhóm em đã thực hiện các bước kiểm tra để đảm bảo rằng chương trình hoạt động chính xác Các lỗi đã được ghi lại và sửa đổi chương trình để khắc phục mọi vấn đề
Chương trình PLC đã hoạt động ổn định và đáng tin cậy tại MDLz trong suốt thời gian vận hành Ghi nhận không có sự cố lớn hoặc gián đoạn nào, điều này minh chứng cho chất lượng và độ tin cậy của chương trình PLC trong việc đảm bảo hoạt động mượt mà và hiệu quả.
Hiệu suất của robot dưới sự điều khiển của PLC đã đáp ứng đúng và đúng thời gian với các yêu cầu đã đặt ra Thời gian đáp ứng và thời gian chuyển đổi giữa các trạng thái là hợp lý
Dựa trên kết quả thực nghiệm, nhóm em kết luận rằng chương trình PLC đáp ứng tốt các yêu cầu đã đề ra và hoạt động ổn định trong quá trình vận hành Tiếp theo, nhóm em dự định sẽ tiếp tục phát triển chức năng của chương trình để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy 5.2.2 Về App
App đã thể hiện tính linh hoạt cao, cho phép người vận hành điều khiển Robot từ mọi nơi thông qua kết nối WIFI Giao diện đơn giản giúp người dùng dễ dàng tương tác với Robot App đã đáp ứng nhanh chóng với các lệnh điều khiển và thời gian đáp ứng.
Kết quả thực nghiệm ở văn phòng công ty và chạy thử tế ở Kinh Đô Mondelez
Hình 5 7 Hình ảnh màn hình điều khiển app 5.2 Kết quả ở văn phòng công ty và chạy thử tế ở Kinh Đô Mondelez
5.2.1 Kiểm tra về khả năng di chuyển trong kệ
Robot Shuttle được đặt trên đường ray có chiều dài 6m và bề rộng 1m Khả năng di chuyển mượt mà của robot không gặp vấn đề lệch khỏi đường ray, chứng tỏ tính chính xác và độ ổn định trong quá trình vận hành
Khi di chuyển trên đường ray, robot có thể giảm tốc khi còn cách điểm cuối 1,6 mét Điều này thể hiện khả năng phản ứng linh hoạt và kiểm soát tốt của robot trong các tình huống khác nhau Nhờ đó, robot có thể thích nghi với môi trường và điều kiện cụ thể, đảm bảo hoạt động an toàn và chính xác.
Hình 5 8.Robot Shuttle trong chạy thử nghiệm ở công ty
Cuối cùng, việc dừng đúng vị trí cuối cùng của đường ray là một chỉ số quan trọng cho hiệu suất của robot, chứng tỏ khả năng đáp ứng và kiểm soát vận tốc của nó Điều này làm tăng tính ứng dụng và tin cậy của Robot Shuttle trong các ứng dụng di chuyển trên đường ray
Hình 5 9 Hình ảnh thực tế trong kệ kho Yami Kinh Đô Mondelez
Sau khi chạy ở kho Kinh Đô Mondelez thì máy chạy đạt yêu cầu được đề ra Tuy nhiên vẫn có vấn đề phát sinh xảy ra như:
- Người vận hành điều khiển chưa đúng cách
- Tín hiệu wifi bị nhiễu do sắt thép nhiều ở kho
- Trạm kết nối chưa được chắc chắn
Robot nâng được thiết kế để có khả năng nâng tối đa 1 tấn 5 Khả năng di chuyển của robot trên đường ray được đảm bảo mà không gặp vấn đề trật khỏi đường, chứng tỏ sự ổn định và đồng đều trong quá trình vận hành Ở công ty chung em sắp xếp 835 viên gạch 4 lỗ có trọng lượng mỗi viên là 1.2 kg lên pallet để chạy thử tải 1 tấn ở công ty
Hình 5.10 Gạch được sử dụng để chạy thử ở công ty
Hình 5.11 Robot đang chạy thử tải 1 tấn ở công ty
Trong quá trình nâng pallet hàng, robot thể hiện khả năng giữ chặt và ổn định tải trọng mà không gây rung lắc Điều này là quan trọng để đảm bảo an toàn cho hàng hóa và môi trường xung quanh trong quá trình nâng chuyển
Hình 5.12 Hình ảnh Robot nâng hàng trong kho Yami Mondelez
Quan trọng hơn nữa, vị trí của pallet không thay đổi từ lúc robot bắt đầu nâng lên cho đến khi dừng cuối đường ray Điều này chứng tỏ sự chính xác và đồng đều trong quá trình di chuyển và nâng hạ, giúp đảm bảo sự ổn định và chính xác trong vận chuyển hàng hóa từ điểm đầu đến điểm cuối của ray Điều này làm tăng tính hiệu quả và tin cậy của robot nâng trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ vận chuyển và nâng hạ hàng hóa
5.2.3 Khả năng nhập hàng – nhập hàng liên tục
- Với đường rail ở công ty dài 6m, ở kho yami kinh đô dài 8m và tốc độ thiết kế của robot là 0.9 m/s
Trong điều kiện không có tải, thực tế, robot có thể hoàn thành quãng đường trong khoảng
6 giây, thể hiện khả năng di chuyển nhanh và hiệu quả của nó khi không gặp trở ngại
Hình 5.13 Robot Shuttle đang nhập hàng trong kho Yami Kinh Đô Mondelez
Khi ở công ty robot mang theo tải trọng 1 tấn, thời gian di chuyển có thể tăng lên đến 7 giây
Khi ở kho Yami Kinh Đô robot mang theo tải trọng 400kg, thời gian di chuyển có thời gian là 10 giây
Trọng lượng tải trọng ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển, làm tăng thời gian cần thiết để vận chuyển hàng hóa một cách an toàn và ổn định Điều này là phổ biến trong các ứng dụng thực tế nơi robot cần điều chỉnh tốc độ để đảm bảo tính an toàn và ổn định khi mang theo tải trọng nặng
- Hàng được sắp xếp cách nhau một khoảng thực tế là 7cm, và điều này tương đương với giá trị được lập trình và cài đặt trong hệ thống là 7cm Điều này đảm bảo rằng trong quá trình di chuyển, robot sẽ duy trì khoảng cách an toàn giữa các pallet hàng theo chuẩn đã được thiết lập
Hình 5.14 Hình ảnh hàng đã sắp xếp trên kệ 5.2.4 Khả năng xuất hàng – xuất hàng liên tục
- Với đường rail ở công ty dài 6m, ở kho yami kinh đô dài 8m và tốc độ thiết kế của robot là 0.9 m/s
Trong điều kiện không có tải, thực tế, robot có thể hoàn thành trong khoảng 6.3 giây, thể hiện khả năng di chuyển nhanh và hiệu quả của nó khi không gặp trở ngại
Khi robot mang theo tải trọng 1 tấn, thời gian di chuyển có thể tăng lên đến 7.7 giây
Khi ở kho yami Kinh Đô robot mang theo tải trọng 300kg, thời gian di chuyển có thời gian là 10 giây
Trọng lượng tải trọng ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển, làm tăng thời gian cần thiết để vận chuyển hàng hóa một cách an toàn và ổn định Điều này là phổ biến trong các ứng dụng thực tế nơi robot cần điều chỉnh tốc độ để đảm bảo tính an toàn và ổn định khi mang theo tải trọng nặng
5.2.5 Khả năng đếm số lượng Pallet
Khi đặt 4 pallet lên trên đường ray, robot có khả năng đếm chính xác và nhận biết đầy đủ
Hệ thống cảm biến hoặc công nghệ nhận dạng trên robot thể hiện hiệu suất đáng kể khi robot phản ứng chính xác với số lượng pallet được đặt trên đường ray.
5.3.1 Các thông số sau 3 tháng chạy thử ở Kinh Đô Mondelez
Thông báo về số lượng pallet xuất như sau:
Số lượng pallet xuất đạt mức 1498 pallet
Số lượng pallet xuất đạt mức 982 pallets
Hình 5.15 Số lượng pallet sau 3 tháng chạy thử nghiệm
Hiện tại, không có thống kê nào về tình trạng đẩy pallet xoay, va chạm hoặc đổ pallet Điều này có thể chỉ ra rằng không có sự cố nào xảy ra trong quá trình vận chuyển và xử lý pallet hoặc thông tin chi tiết hơn về các sự kiện cụ thể có thể không được báo cáo trong nội dung được cung cấp.
5.3.2 Đánh giá thân thiện với người sử dụng
Sau một buổi đào tạo sử dụng Robot thì người lái xe nâng có thể vận hành được Robot một cách mượt mà
Hình 5.16 Đào tạo sử dụng Robot Shuttle
Robot sử dụng trạm kết nối, giúp người lái xe nâng dễ dàng đặt pallet vào kệ một cách thuận tiện Đồng thời, khả năng nghiên đổ của robot trong quá trình vận hành là không có, đảm bảo an toàn và ổn định trong quá trình xử lý pallet Điều này làm tăng tính hiệu quả và an toàn trong việc tích hợp robot vào quy trình làm việc với các phương tiện nâng khác, như lái xe nâng
Sau khi thiết kế phần cứng, xây dựng chương trình PLC và thiết kế APP điều khiển Nhóm đã xây dựng được robot có đầy đủ các chức năng cơ bản: nhập, xuất, đếm pallet Bên cạnh đó nhóm cũng đã có những kết quả và đánh giá như sau:
Xét về phần thiết kế phần cứng, nhóm đã hoàn thành việc thiết kế khung robot có hình kích thước phù hợp cho việc vận chuyển hàng hóa trong nhà kho Robot có kết cấu chắc chắn kết hợp với động cơ có momen, công suất lớn giúp cho robot có khả năng vận chuyển với khối lượng lớn mà vẫn có tốc độ nhanh, độ chính xác cao