Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Ứng dụng điều khiểu xe AGV trong công nghiệp

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AGV Automated Guided Vihicle Xe tự hành hướng dẫn tự động PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình AGC Au

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Trước đây, việc vận chuyển hàng hóa trong các xưởng sản xuất chủ yếu dựa vào nhân công, dẫn đến chi phí cao và tính thủ công Hiện nay, với sự phát triển của các hệ thống lưu trữ hàng hóa, nhiều thiết bị hiện đại đã ra đời, mặc dù vẫn cần nhân công trong một số quy trình Tuy nhiên, xe tự hành AGV đang trở thành lựa chọn tối ưu để nâng hạ và sắp xếp hàng hóa, đã được thử nghiệm tại một số nhà máy Vì lý do đó, nhóm chúng tôi đã tiến hành thiết kế và thi công dự án “ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN”.

XE AGV TRONG CÔNG NGHIỆP”

Xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) đang ngày càng trở thành yếu tố quan trọng trong quy trình sản xuất và vận hành Loại xe này sử dụng công nghệ để xác định vị trí trong môi trường, giúp vận chuyển hàng hóa đến các địa điểm đã được chỉ định mà không cần sự can thiệp của con người.

Trong ngành công nghiệp hiện đại, tối ưu hóa quy trình sản xuất và vận chuyển là yếu tố then chốt để nâng cao năng suất và giảm chi phí Xe AGV được thiết kế để vận chuyển hàng hóa và vật liệu trong các nhà máy, khu công nghiệp, hệ thống kho bãi lớn, và ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn tại trung tâm thương mại, văn phòng và bệnh viện.

Xe AGV mang lại nhiều lợi ích cho ngành công nghiệp, bao gồm việc giảm chi phí đầu vào thiết bị và nhân công nhờ cải thiện quy trình hoạt động Việc giảm tải nguồn nhân công không chỉ giúp tiết kiệm chi phí lao động mà còn rút ngắn thời gian làm việc, với khả năng vận chuyển hàng hóa chính xác lên đến 99%, đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất lớn.

Mục tiêu

 Đề tài thiết kế xe tự hành AGV kết hợp camera công nghiệp để di chuyển và xác định các vị trí trong không gian

 Xây dựng thuật toán và giao diện tìm đường đi ngắn nhất cho robot

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 2

Hệ thống di chuyển được vận hành để tìm đường đi ngắn nhất đến vị trí đích, đồng thời có khả năng né tránh các vật cản đã được xác định trước trên bản đồ tìm đường.

 Kết hợp với cơ cấu nâng hạ trục z để vận chuyển hàng hóa trong không gian.

Phương pháp nghiên cứu

 Tiếp cận các bài báo khoa học về xe tự hành trong công nghiệp

 Tham khảo quy trình chuyển động của xe tự hành trong các video được lưu lại từ các nhà máy công nghiệp

 Ứng dụng các kiến thức đã học để mô phỏng và sử dụng các thiết bị để ứng dụng trong hệ thống.

Giới hạn đề tài

Bộ bánh Mecanum được thiết kế đặc biệt cho các địa hình riêng biệt, không thích hợp cho việc di chuyển trên sàn gạch men, vì bánh xe dễ bị trượt khi di chuyển ở những điều kiện không phù hợp.

Mô hình này chỉ sử dụng camera tracking T265 để xác định vị trí trong không gian, dẫn đến độ chính xác trong việc đáp ứng vị trí chưa cao.

 Xử lý nhiễu của thiết bị còn thủ công và chưa đáp ứng tốt trong môi trường ánh sáng thay đổi

Mô hình chưa đáp ứng là một loại robot di động, nhưng chưa có khả năng điều khiển từ xa; thay vào đó, nó sử dụng dây mạng ethernet để kết nối và điều khiển robot thông qua laptop.

Nội dung nghiên cứu

Chương này giới thiệu lý do chọn đề tài, nêu ra mục tiêu đề tài, phương pháp nguyên cứu, giới hạn và hướng phát triển của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày lý thuyết về phân loại xe tự hành AGV trong thực tế, bao gồm các hệ thống bánh xe Mecanum giúp di chuyển linh hoạt Chúng tôi cũng sẽ khám phá lý thuyết về PLC Mitsubishi dòng Q, một công nghệ điều khiển tiên tiến Bên cạnh đó, lý thuyết về động cơ DC không chổi than VEXTA sẽ được giới thiệu, cùng với camera tracking T265, một thiết bị hỗ trợ theo dõi chính xác Cuối cùng, chúng tôi sẽ đề cập đến các chuẩn truyền thông giao tiếp MC-Protocol, góp phần tạo nên sự kết nối hiệu quả trong hệ thống tự động hóa.

Chương 3: Thiết kế và thi công phần cứng

Trình bày bản vẽ thiết kế, các bước thi công phần cứng, lựa chọn thiết bị, sơ đồ nối dây trên thực tế

Chương 4: Tính toán và mô phỏng động học

Trình bày động học bánh xe, mô phỏng động học thuận, nghịch của bánh xe Mecanum

Chương 5: Xây dựng giải thuật đường đi

Trình bày lý thuyết và xây dựng giải thuật đường đi Astar

Chương 6: Thiết kế phần mềm

Xây dựng chương trình và giao diện điều khiển

Thiết kế địa hình và trình bày kiểm chứng lý thuyết với thực nghiệm trên xe, điều khiển xe ở các chế độ với giao diện điều khiển

Chương 8: Kết luận và hướng phát triển

Kết quả đạt được cho thấy những vấn đề đã nêu được giải quyết hiệu quả, từ đó rút ra được những kết luận quan trọng Bên cạnh đó, bài viết cũng chỉ ra các ưu điểm và nhược điểm của quá trình thực hiện, đồng thời đề xuất hướng phát triển cho đề tài trong tương lai.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Xe tự hành AGV

2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển

Tất cả những phát minh vĩ đại đều bắt đầu từ những ý tưởng nhỏ bé và khát khao của con người Mong muốn tự động hóa việc vận chuyển hàng hóa đã dẫn đến sự ra đời của những chiếc xe tự động đầu tiên Khác với các loại xe thông thường, ứng dụng đầu tiên của xe tự hành (AGV) được triển khai trong các nhà kho.

Arthur Barrett, Jr đã phát triển chiếc xe tự động đầu tiên mang tên Guide – O – Matic, hoạt động theo một sợi dây trên trần nhà, giúp ông trở thành nhà cung cấp hàng đầu về thiết bị phân phối và hậu cần Vào năm 1973, các kỹ sư tại nhà máy Volvo ở Kalmar, Thụy Điển, đã phát triển thiết bị lắp ráp không đồng bộ, đánh dấu sự khởi đầu mạnh mẽ của AGV Kể từ đó, xe tự hành AGV đã đóng góp đáng kể vào các giải pháp tự động hóa trong nhà xưởng và kho bãi, mang lại hiệu quả cao cho doanh nghiệp Hiện nay, AGV đang dần thay thế các hệ thống truyền thống nhờ vào độ chính xác và hiệu quả vượt trội mà nó mang lại.

Hình 2.1: Robot AGV đầu tiên

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.2 Phân loại theo chức năng

Xe tự hành AGV được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, bãi kho và sân bay nhằm di chuyển hàng hóa thay cho con người Trên thị trường hiện có nhiều loại xe AGV với các chức năng đa dạng, nhưng những loại mang lại hiệu quả cao nhất thường được sử dụng trong các nhà máy chế biến và kho bãi, giúp tăng năng suất làm việc đáng kể.

 Xe có hướng dẫn tự động

Xe đẩy có hướng dẫn tự động (AGC) là loại xe cơ bản nhất với tính năng tối thiểu, sử dụng hệ thống định vị từ đơn giản đến phức tạp như cảm biến AI để điều hướng AGC có khả năng vận chuyển nhiều loại vật liệu và thường được ứng dụng trong phân loại và lưu trữ.

Xe vận chuyển bệnh viện tự động là giải pháp hiệu quả để chở bữa ăn, khây thức ăn rỗng, khăn trải giường, chất thải nguy hại sinh học và vật tư vô trùng Việc tự động hóa quá trình vận chuyển này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giúp giảm chi phí lao động đáng kể.

Hình 2.2: Robot AGV hướng dẫn tự động

 Xe tự hành AGV nâng hàng

Xe nâng AGV tự động là thiết bị nâng không cần người điều khiển, thích hợp cho việc thu gôm và xếp dỡ pallet ở nhiều độ cao khác nhau Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống lưu trữ và phân loại tự động, đặc biệt là trong các giá đỡ kho tự động Hệ thống định vị của xe nâng AGV có khả năng ghi nhớ vị trí và cho phép điều khiển thủ công khi cần thiết.

Hình 2.3: Robot AGV nâng hàng

 Xe tự hành AGV dạng kéo

Xe tự hành AGV kéo là thiết bị tự động hóa có khả năng kéo một hoặc nhiều phương tiện mà không cần trợ lực, với tải trọng tối đa từ 10.000 đến 50.000 pound AGV kéo hàng nặng được thiết kế để di chuyển các cụm phụ kiện, thiết bị và vật liệu, giúp đảm bảo an toàn cho người lao động bằng cách giảm thiểu các công việc thủ công nguy hiểm.

Hình 2.4: Robot AGV kéo hàng

 Xe tự hành AGV mini (Small Load Carriers)

Xe tự hành AGV mini là phương tiện vận chuyển tự động nhỏ gọn, lý tưởng cho việc di chuyển tải trọng nhẹ Chúng được thiết kế để vận chuyển các bộ phận hoặc vật dụng nhỏ, thường hoạt động hiệu quả theo nhóm Với khả năng di chuyển linh hoạt, AGV mini giúp tối ưu hóa quy trình vận chuyển trong các môi trường công nghiệp.

Xe AGV mini, với độ cao và linh hoạt, thường được trang bị hệ dẫn động ba bánh để đảm bảo sự ổn định và bán kính quay nhỏ Chúng thường được sử dụng trong các hệ thống phân loại hàng hóa trong các khu vực nhỏ với số lượng lớn.

Hình 2.5: Robot AGV mini vận chuyển hàng

 Robot di động tự hành (ARM)

Robot ARM nổi bật với công nghệ tiên tiến hơn so với các loại AGV khác, nhờ vào việc sử dụng cảm biến và camera để phát hiện và tránh chướng ngại vật, thay vì hệ thống định vị cố định như dây hoặc băng từ Công nghệ này cho phép ARM điều hướng và lập kế hoạch lộ trình một cách hiệu quả Ứng dụng của robot ARM rất đa dạng, bao gồm trong các lĩnh vực như kho bãi tự động, làm sạch và khử trùng, bệnh viện và chăm sóc sức khỏe, cũng như tại khách sạn, nhà hàng và cửa hàng tạp hóa.

2.1.3 Phân loại theo cơ cấu dẫn đường

 Loại chạy không theo đường dẫn (Free path navigation)

AGV loại này có khả năng di chuyển linh hoạt đến bất kỳ vị trí nào trong khu vực hoạt động nhờ vào cảm biến con quay hồi chuyển xác định hướng, biến laser nhận diện vật thể xung quanh và hệ thống định vị cục bộ xác định tọa độ tức thời Thiết kế của loại xe này yêu cầu công nghệ cao và phức tạp hơn so với các robot vận chuyển khác.

 Loại chạy theo đường dẫn (Fixed path navigation)

AGV loại này chạy theo các đường dẫn cố định, gồm:

Sử dụng dây dẫn từ ngầm dưới sàn kết hợp với cảm biến từ để di chuyển, tạo ra một giải pháp không ảnh hưởng đến mỹ quan và không cản trở các hoạt động khác Tuy nhiên, phương pháp này tiêu tốn năng lượng cho từ tính và không cho phép thay đổi đường dẫn.

Đường ray dẫn là hệ thống di chuyển trên các ray cố định trên sàn, phù hợp với các ứng dụng chuyên dụng Thiết kế của xe đơn giản giúp di chuyển nhanh, tuy nhiên, tính linh hoạt của nó lại tương đối thấp.

Đường băng kẻ trên sàn là một phương pháp di chuyển hiệu quả, sử dụng các vạch kẻ và cảm biến nhận dạng để điều hướng Phương pháp này mang lại tính linh hoạt cao nhờ khả năng thay đổi đường dễ dàng Tuy nhiên, các vạch kẻ có thể bị bẩn hoặc hư hại, điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác trong việc điều khiển.

2.1.4 Phân loại theo điều hướng

 Điều hướng bằng điện từ và điểm từ

AGV sử dụng công nghệ RFID nhúng vào dây kim loại chôn dưới sàn để di chuyển, mang lại ưu điểm là dây được che giấu, không bị hư hại bởi các yếu tố bên ngoài và không bị nhiễu bởi âm thanh cũng như ánh sáng Tuy nhiên, việc lắp đặt dây cố định phức tạp có thể gặp khó khăn và dễ bị ảnh hưởng bởi kim loại từ.

Hệ thống bánh xe

Robot di động bằng bánh xe được chia thành 2 loại hệ thống di chuyển:

 Là một hệ thống có khả năng di chuyển tự do trong tất cả các hướng trong không gian

Trong lĩnh vực robot học, một hệ thống được xác định là holonomic khi số bậc tự do (DoF) có thể được kiểm soát hoàn toàn bởi tổng số bậc tự do của không gian.

 Robot có khả năng di chuyển bất kỳ hướng nào trong không gian mà bị ràng buộc bởi bật tự do thì được xem là một hệ thống holonomic

Robot holonomic được trang bị bánh xe đặc biệt, cho phép chúng di chuyển linh hoạt và đa hướng Điều này giúp robot hoạt động hiệu quả trong các môi trường phức tạp và không gian hạn chế, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

 Là một hệ thống có khả năng di chuyển hạn chế trong không gian

Trong lĩnh vực robot học, một hệ thống được xem là non-holonomic khi số bậc tự do có thể kiểm soát của nó thấp hơn tổng số bậc tự do trong không gian.

 Hệ thống non – holonomic bị ràng buộc trong việc thực hiện một số loại chuyển động và không thể tự do di chuyển theo bất kì hướng nào

Robot di động thường sử dụng hệ thống non-holonomic với các loại bánh thông thường, cho phép chúng di chuyển lên xuống và xoay quanh trục của chính mình Tuy nhiên, robot này không thể di chuyển tự do sang bên hoặc quay mà không thay đổi hướng của bánh xe.

Hệ thống non-holonomic thường xuất hiện trong các ứng dụng yêu cầu ràng buộc về không gian di chuyển hoặc trong những tình huống cần kiểm soát chính xác.

 Phân loại hệ thống bánh xe theo holonomic

Bảng 2.1: Các bánh xe theo holonomic

STT Bánh xe Hình ảnh Đặc điểm

 Con lăn xếp đối xứng quanh trục xe

 Mỗi con lăn xoay với trục nghiêng 45 độ so với trục bánh xe

 Có ba bật tự do trong mặt phẳng

 Di chuyển đa hướng trong mặt phẳng

 Ứng dụng trong mobile robot công nghiệp

 Con lăn xếp quanh trục

 Di chuyển trong không gian hẹp

 Nhanh, ổn định và chính xác

 Khả năng chịu tải hạn chế

 Chi phí cao và độ bền thấp

 Phân loại hệ thống bánh xe theo non - holonomic

Bảng 2.2: Các bánh xe theo non – holonomic

STT Bánh xe Hình ảnh Đặc điểm

 Trục quay trung tâm xoay 360 độ

 Bề mặt chống trượt, chống mòn

 Di chuyển trong không gian hạn chế

 Khả năng chịu tải nhỏ

 Độ bền có thể bị ảnh hưởng

 Di chuyển theo một hướng và không thể quay tự do

 Ổn định khi di chuyển, ít sự cố

 Dễ bảo dưỡng, giá rẻ và phổ biến

 Ứng dụng xe đẩy trong công nghiệp

2.2.2 Cấu hình bánh xe Mecanum của robot di động

 Theo một số bài báo nguyên cứu thì dưới đây là một số cấu hình cho robot mobile sử dụng cấu hình 4 bánh Mecanum:

Hình 2.8: Các cấu hình 4 bánh xe Mecanum

 Cấu hình (a) đến (j) là 10 cấu hình hình chữ nhật gồm 4 bánh xe được bố trí ở góc và trục của chúng song song với đường tâm của robot

 Cấu hình (k) đến (n) là 4 khả năng hướng tâm của cấu hình 4 bánh xe

 Cấu hình (e) và (j) là 2 cấu hình tốt nhất trong số các cấu hình bánh xe có thể đạt chuyển động đa hướng

 Trong các cấu hình (a), (f), (k) ba trục con lăn song song hoặc trùng nhau, có

0 hoặc 1 giao điểm Ma trận Jacobian của chúng có thứ hạng cột là 2, không thể đạt chuyển động đa hướng

Cấu hình bánh xe (b), (e), (g), (j), (l) và (n) có trục con lăn dưới cùng giao nhau tại hai điểm, cho phép ma trận Jacobian đạt hạng đầy đủ theo cột Điều này tạo điều kiện cho chuyển động đa hướng trong lý thuyết bánh xe mecanum với hệ thống 4 bánh xe.

Trong thực tế, để đảm bảo hiệu quả vận hành và điều khiển, cấu hình bánh xe cần phải đáp ứng đầy đủ điều kiện hạng của ma trận Jacobian Các cấu hình bánh xe như (b), (c), (d), (g), (h), (i), (l) và (m) có khả năng chuyển động đa hướng, tuy nhiên, chúng lại gặp phải vấn đề về tính đối xứng kém và hiệu suất không cao.

Ma sát và mô men quán tính gây lệch trong chuyển động nên ít được dùng

Nếu tâm bốn bánh xe trong cấu hình (j) tạo hình vuông, trục ba con lăn dưới cùng sẽ cắt nhau tại một điểm, làm giảm thứ hạng cột của ma trận Jacobian từ 3 xuống 2, dẫn đến việc không còn là hệ thống di động đa hướng Cấu hình (n) có khả năng di chuyển đa hướng nhưng bị ảnh hưởng bởi ma sát gây quay tại chỗ Cấu hình (o) là biến thể của (n) sử dụng bánh xe Mecanum trực giao cho robot nhỏ Cấu hình (e) và (j) có đối xứng tốt nhất, cho phép đạt được chuyển động đa hướng hiệu quả.

 Hai loại cấu hình chủ yếu của bánh xe Mecanum: Cấu hình chữ X hướng tâm và hình thoi

Hình 2.9: Cấu hình chữ X hướng tâm và hình thoi

2.2.3 Hướng di chuyển của mobile robot sử dụng 4 bánh Mecanum

 Hướng di chuyển của mô hình sử dụng 4 bánh Mecanum được xác định dựa vào phương pháp cộng vector Dưới đây là các hướng di chuyển:

Hình 2.10: Hướng di chuyển của 4 bánh Mecanum

PLC Mitsubishi dòng Q

Tập đoàn Mitsubishi Electric, một trong những công ty công nghệ hàng đầu Nhật Bản, là nhà sản xuất PLC Mitsubishi nổi tiếng PLC Mitsubishi được ứng dụng rộng rãi trong việc quản lý các hệ thống công nghiệp, từ những quy trình đơn giản cho đến các hệ thống phức tạp.

Theo những gì đã nói ở trên, PLC dòng Q của Mitsubishi hiện được cho là bộ điều khiển khả trình mạnh mẽ nhất của hãng

Hình 2.11: Các dòng PLC dòng Q

2.3.2 Đặc điểm chung của PLC dòng Q

PLC dòng Q của Mitsubishi là một thiết bị nhỏ gọn và hiệu quả, kết hợp các phương pháp tiên tiến để vượt qua những hạn chế mà các lập trình viên thông thường gặp phải.

Kỹ thuật multi_Processor cho phép xử lý điều khiển máy, điều khiển vị trí, giao tiếp và các tác vụ khác đồng thời bằng bốn CPU, cải thiện tính năng định giờ và thời gian quét chu kỳ chương trình xuống còn 0,5ms - 2ms Người dùng còn được cung cấp tùy chọn chọn ngôn ngữ lập trình, quan điểm và hướng điều khiển trên một nền tảng duy nhất.

 Lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển phức tạp

 PLC dòng Q của Mitsubishi cung cấp nhiều tùy chọn cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau

 Các ứng dụng PLC dòng Q của Mitsubishi bao gồm đốt rác thải, công nghệ bán dẫn, đóng gói và lĩnh vực bia và nước giải khát

2.3.3 Tính năng của PLC dòng Q

 PLC Mitsubishi dòng Q có tốc độ xử lý lên đến 34ns/LD

 Bộ A/D-D/A có độ chính xác cao, ứng dụng trong điều khiển nhiệt độ, điều khiển vị trí

 Ngõ vào CIP tích hợp bộ đếm xung tốc độ cao

 Điều khiển tiến trình, Lập trình online

 Hỗ trợ trong các ứng dụng phần mềm MELSOFT, nhiều công cụ để sử dụng

 Đầy đủ các ứng dụng kết nối mạng thông qua CC-link, MELSECNET-H, …

 Khả năng mở rộng module đến 4,096 I/Os (max 8,192 I/O)

 Bước lập trình đến 252K steps

PLC bao gồm một bộ nhớ chương trình RAM bên trong, có khả năng mở rộng với bộ nhớ ngoài EPROM Nó được trang bị bộ vi xử lý với cổng giao tiếp để kết nối với các modul vào/ra và các thiết bị ngoại vi khác.

Hình 2.12: Cấu trúc PLC dòng Q

 Nguyên lý hoạt động của PLC

Tín hiệu từ thiết bị ngoại vi được truyền vào CPU thông qua module đầu vào, nơi CPU sẽ xử lý và xuất tín hiệu điều khiển qua module đầu ra theo chương trình đã lập Một chu kỳ quét (Scan Cycle) bao gồm các bước đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi và cập nhật tín hiệu đầu ra Chu kỳ này diễn ra rất nhanh, thường trong khoảng từ 1ms đến 100ms, tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC, độ dài chương trình và tốc độ giao tiếp với thiết bị ngoại vi.

Động cơ

Động cơ không chổi than DC (Brushless DC motor) là một loại động cơ điện sử dụng cảm biến và nút điều khiển để điều chỉnh tốc độ và hướng quay của rotor Loại động cơ này rất phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và độ bền vượt trội.

Động cơ không chổi than DC hoạt động dựa trên từ trường điện mà không cần chổi than, sử dụng cuộn dây quanh cảm biến để tạo ra sức quay Bộ điều khiển trong động cơ này đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.

Cấu tạo cơ bản của động cơ không chổi than DC gồm:

 Rotor: Phần quay của động cơ, kết nối với trục và làm từ hợp kim chịu lực Rotor được đặt giữa hai cảm biến từ

 Cảm biến từ: Cuộn dây quanh lõi sắt tạo ra từ trường, đặt ở hai bên rotor để tạo từ trường biến thiên khi rotor quay

Bộ điều khiển là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống, cung cấp năng lượng cho cảm biến từ và điều chỉnh hoạt động của rotor, đảm bảo sự vận hành đều đặn và mượt mà.

Cấu trúc bọc ngoài của động cơ không chổi than DC có vai trò bảo vệ các thành phần bên trong, với thiết kế hình vuông hoặc tròn và các bộ phận kết nối trục để gắn với thiết bị khác Động cơ này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, bao gồm hệ thống bánh lái, điều khiển tốc độ và nhiều ứng dụng khác Nhờ vào cấu trúc đơn giản và hiệu quả, động cơ không chổi than DC mang lại nhiều lợi ích trong sản xuất và sử dụng.

Động cơ không chổi than DC, hay còn gọi là động cơ brushless DC, là một trong những loại động cơ phổ biến nhất hiện nay, hoạt động dựa trên nguyên lý từ trường của nam châm.

Khi được cấp nguồn điện qua hai dây dẫn, dòng điện sẽ chạy qua cuộn dây trong củ đề, tạo ra từ trường Từ trường này tác động lên nam châm rotor cố định trên trục động cơ, giúp khởi động quá trình hoạt động của động cơ.

Từ trường này tạo ra momen xoắn, làm xoay rotor và duy trì hoạt động của động cơ

Khi động cơ hoạt động lâu dài, hiện tượng mài mòn và tụt áp có thể xảy ra, dẫn đến giảm tốc độ và tăng dòng điện tự phát Do đó, việc điều chỉnh áp lực xoắn và dòng điện qua bộ điều khiển là cần thiết để duy trì hiệu suất ổn định.

Động cơ không chổi than DC hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản, sử dụng cuộn dây và nam châm cố định để tạo ra lực xoay Loại động cơ này được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.

 Bởi vì không có chổi than mài mòn có thể hoạt động trong thời gian dài hơn

 Hoạt động êm ái, không có tiếng kêu của chổi than

 Sử dụng các cảm biến điện tử để kiểm soát tốc độ và hướng quay của rotor

 Tăng hiệu quả: Vì không phải tiêu thụ năng lượng để mài mòn thổi than

 Dùng trong các ống kính máy ảnh giúp giảm rung, chính xác hơn

 Sử dụng trong các thiết bị xoay để cải thiện hiệu suất, tăng tuổi thọ

 Được dùng trong các thiết bị phẫu thuật, máy x-quang và các thiết bị khác để đáp ứng độ chính xác và độ bền cao

Động cơ đồng bộ là loại động cơ có nguyên lý hoạt động và ứng dụng khác biệt so với các động cơ thông thường Nó chuyển đổi tín hiệu điều khiển dạng xung rời rạc liên tiếp thành chuyển động góc quay.

Hình 2.14: Cấu tạo động cơ bước

Bài viết đề cập đến cấu tạo của động cơ điện, bao gồm hai thành phần chính: stator, được làm từ sắt từ với nhiều rãnh nhỏ thiết kế để dễ dàng đặt cuộn dây, và rotor, được sắp xếp đối xứng và chia thành từng cặp.

Quá trình quay được thực hiện từng bước nhờ các bộ driver phát xung, cung cấp tín hiệu điều khiển cho stator theo thứ tự và tần số xác định Tổng số góc quay tương ứng với số lần chuyển mạch, trong khi rotor cũng chịu ảnh hưởng từ số lần chuyển đổi và tần số chuyển đổi.

 Kiểm soát tốc độ, định vị chính xác và lặp lại chuyển động

 Độ tin cậy cao do không có chổi than tiếp xúc, giảm thiểu sự cố

 Hoạt động ở nhiều môi trường và đạt nhiều tốc độ quay khác nhau

Ứng dụng thực tế của công nghệ điều khiển chuyển động kỹ thuật số rất quan trọng trong ngành tự động hóa, đặc biệt là đối với các thiết bị yêu cầu độ chính xác cao Ví dụ, các loại máy móc công nghiệp như máy cắt plasma CNC và máy cắt laser đều cần sự chính xác tuyệt đối trong quá trình gia công cơ khí.

Camera Tracking T265

Công nghệ SLAM, được áp dụng trong camera T265, cho phép theo dõi chuyển động và tạo bản đồ chính xác của môi trường xung quanh Nhờ vào SLAM, thiết bị có khả năng tự định vị trong không gian mà không cần sử dụng hệ thống định vị toàn cầu (GPS).

Camera fisheye là thiết bị sở hữu hai ống kính fisheye góc rộng, mang lại trường nhìn rộng lớn và khả năng thu thập thông tin môi trường xung quanh với độ chính xác cao.

Camera T265 được trang bị bộ xử lý hình ảnh Intel Movidius Myriad 2 VPU, cho phép xử lý dữ liệu hình ảnh và thực hiện các tác vụ SLAM ngay trên thiết bị mà không cần đến máy tính chủ.

Camera hỗ trợ theo dõi 6 bậc tự do (6DOF), bao gồm ba trục chuyển động tuyến tính (x, y, z) và ba trục chuyển động quay (pitch, yaw, roll), giúp xác định vị trí và hướng của thiết bị trong không gian một cách chính xác.

 Robot tự hành: Camera T265 được sử dụng trong các robot tự hành để cung cấp khả năng định vị và tránh vật cản mà không cần sử dụng GPS

 Thực tế ảo (VR) và Thực tế tăng cường (AR): Thiết bị hỗ trợ các ứng dụng

VR và AR bằng cách cung cấp thông tin vị trí và chuyển động chính xác

Hệ thống điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng điều hướng và hoạt động tự động của các thiết bị bay không người lái (drone) và các hệ thống điều khiển từ xa.

 Sử dụng công nghệ Visual-SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) để cung cấp dữ liệu vị trí và hướng di chuyển chính xác trong thời gian thực

 Phù hợp cho các ứng dụng robot, drone, và AR/VR

 Kích thước nhỏ gọn: Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp vào các thiết bị khác mà không chiếm nhiều không gian

 Tự hành độc lập: Không cần phụ thuộc vào các cảm biến hoặc thiết bị ngoại vi khác để thực hiện việc tracking

 Hiệu năng cao: Xử lý dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả nhờ vào vi xử lý tích hợp Movidius Myriad 2 VPU (Vision Processing Unit)

Dễ dàng sử dụng với SDK và các công cụ hỗ trợ lập trình, hệ thống này tương thích với nhiều ngôn ngữ lập trình như C++, Python và ROS (Robot Operating System).

 Giới hạn trong điều kiện ánh sáng yếu: Hiệu suất tracking có thể giảm trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc môi trường không đồng đều

Chất lượng hình ảnh đóng vai trò quan trọng trong việc tracking, với các yếu tố như vật cản, bề mặt phản chiếu và môi trường ít chi tiết có thể ảnh hưởng đến độ chính xác.

Một số ứng dụng có thể yêu cầu xử lý hậu kỳ để nâng cao độ chính xác và hiệu quả, bằng cách xử lý thêm dữ liệu từ camera.

Khoảng cách theo dõi tối ưu cho thiết bị này là từ 0.3 mét đến 10 mét, vì vậy nó không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu theo dõi ở khoảng cách xa hơn.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

Tính toán thông số động cơ

 Tính toán lựa chọn thiết bị động cơ cho bánh xe Mecanum: m`kg, R=0.06

Ta có công suất được tính bằng công thức sau:

Bước 1: Lực cần thiết để đạt được gia tốc mong muốn, với giai tốc được chọn a=0,5𝑚/𝑠 2 theo định luật II newton

Bước 2: Lực mà mỗi bánh xe cần tạo ra (Giả sử mã bánh xe đều tạo ra lực bằng nhau, và các con lăn của các bánh xe đều 45 )

 Lực bánh xe theo phương x cos(45 ) ix i

Lực bánh xe theo phương y sin(45 ) iy i

Bước 3: Tính moment xoắn yêu cầu cho từng động cơ

 Bán kính bánh xe là 0.06

Bước 4: Tính toán công suất động cơ

Giả sử tôi muốn tốc độ quay lớn nhất của bánh xe là 1 m/s

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG

Vậy chọn động cơ có công suất lớn hơn 10.6067(W) là đáp ứng tốt cho mô hình.

Tính toán thời gian sử dụng pin

Để tính thời gian sử dụng hết 2 bình ắc quy 12VDC – 30Ah ta có công thức:

 T: Thời gian cần có điện trong hệ thống (h)

 Ah: Dung lượng ắc quy (Ah)

 U: Hiệu điện thế của ắc quy (V)

 pf: Hệ số sử dụng ắc quy (0.7)

 P: Công suất tiêu thụ của hệ thống (W)

Khi sử dụng 2 bình ắc quy 12VDC – 30Ah mắc nối tiếp với công suất tiêu thụ của hệ thống khoảng 200W, thời gian hoạt động tối đa của hệ thống sẽ được tính toán dựa trên dung lượng của ắc quy và mức tiêu thụ năng lượng.

Thi công phần cứng

Bảng 3.1: Các thiết bị đóng ngắt nguồn điện

Thông số kỹ thuật Hình ảnh

Số pha: 2 Dòng điện định mức: 5A, 3A.

Dòng ngắn mạch: 2 Điện áp định mức: 250V

3.3.1.2 Các Module trên base PLC

Các thành phần chính của module PLC Mitsubishi trong hệ thống xe AGV bao gồm: Base PLC, Power PLC, Analog Module và I/O module Bảng dưới đây liệt kê các thiết bị điều khiển trung tâm mà nhóm đã chọn để đảm bảo hiệu quả trong việc điều khiển hệ thống.

Bảng 3.2: Các thành phần điều khiển trung tâm hệ thống

Module Base Nguồn CPU Output Analog Mở rộng

Thiết bị Q35B Q61P QO4UDEH QY41P Q68DAVN QD75D1

Hệ thống yêu cầu một thiết bị điều khiển trung tâm, nơi mọi hoạt động của hệ thống được xử lý thông qua thiết bị này Do đó, việc lựa chọn thiết bị điều khiển là một trong những bước quan trọng nhất để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và đáp ứng nhanh chóng.

Nhà sản xuất: Misubishi Phạm vi sử dụng: Q series

Số lượng đầu vào/ra: 5 slots

Power supply slot: 1 Kích thước: 245x98x41.1mm

DIN rail: Q6DIN2 Kích thước lỗ gắn: 4.5

Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật Q61P

Tần số đầu vào: 50/60Hz ±3%

Giới hạn dòng max: 105VAC

Ngõ ra dòng: 6A Điện áp đầu ra: 5VDC

CPU QO4UDEH của Mitsubishi là dòng sản phẩm hiệu năng cao, có khả năng thực hiện các tác vụ phức tạp một cách nhanh chóng Với khả năng kết hợp các dạng chuyển động đồng bộ, QO4UDEH đáp ứng tốt yêu cầu về tốc độ xử lý và độ phản hồi Tốc độ xử lý cho chương trình ngôn ngữ Ladder đạt 9,5 ns, cùng với bộ nhớ dữ liệu 40K, mang lại hiệu suất tối ưu cho các ứng dụng công nghiệp.

Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật CPU Q04UDEH

Tốc độ xử lý : 0.0095μs Dung lượng chương trình: 40K

Bộ nhớ chương trình: 180 KB

Số I/O tối đa có thể mở rộng: 8192

Tích hợp nhiều CPU tốc độ cao

Cổng truyền thông: RS232, USB

Timer: 2048, Counter: 1024 Kích cỡ: 27.4 x 98 x 89.3mm

Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật Module analog Q68DAVN

Số lượng ngõ ra Analog: 8 Dòng điện ra 0.2A/cổng Dòng điện tiêu thụ: 0.38A Time đáp ứng: 1/5/10/20/70ms

Cấp độ bảo vệ: IP2X Kích cỡ: 27.4 x 98 x 112mm

Hình 3.1: Sơ đồ chân và sơ đồ dây module analog Q68DAVN

Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật module QY41P

Nguồn cấp 12 – 24VDC Ngõ ra Transistor (Sink) Dòng điện ra 0.2A/ cổng Thời gian đáp ứng: 2us Cấp độ bảo vệ: IP2X

Số ngõ vào/ra: 32 Kích cỡ: 27.4 x 98 x 90mm

Hình 3.2: Sơ đồ chân và cách kết nối ngõ ra QY41P

Module điều khiển chuyển động của Mitsubishi cho phép điều khiển vị trí và tốc độ với độ chính xác cao, đồng thời hỗ trợ điều khiển nhiều trục cùng lúc Với tốc độ xung ngõ ra tối đa lên đến 4Mpps, sản phẩm này đáp ứng tốt nhu cầu trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại.

Nhóm sử dụng Module QD75D1 để điều khiển 1 động cơ và kết nối qua driver cụ thể hóa công việc là nâng hạ bàn nâng

Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật module QY75D1

Số trục kiểm soát: 1 trục

Dữ liệu định vị: 600 dữ liệu / trục

Xung đầu ra: 1kpps Đơn vị: mm, inch, degree, pulse

Connector: 40-Pin Loại kết nối: Differential driver

3.3.1.3 Drive điều khiển động cơ Để động cơ hoạt động cần phải điều khiển driver phát xung, driver là một thành phần quan trong không thể thiếu trong hệ thống và nhóm đã chọn một bộ điều khiển tốc độ động cơ không chổi than DC

Bảng 3.9: Driver điều khiển động cơ bánh xe

Nguồn cấp 24VDC là nguồn điện chính cho thiết bị, trong đó CN1 là nguồn cung cấp, CN2 là tín hiệu đầu vào và đầu ra, và CN3 là kết nối motor Thiết bị hỗ trợ nguồn cấp bên ngoài từ 0 đến 5VDC và hoạt động hiệu quả trong dải nhiệt độ từ 0 đến 50 độ C Ngoài ra, đèn LED hiển thị trạng thái giúp người dùng dễ dàng theo dõi hoạt động của thiết bị.

Hình 3.3: Sơ đồ chân của AXHD30K-K27

Bảng 3.10: Driver điều khiển bàn nâng trục Z

Nguồn cấp 24VDC với đèn LED hiển thị trạng thái cho phép người dùng dễ dàng theo dõi Kết nối CN1 là đầu nối nguồn, trong khi CN2 đảm nhận tín hiệu đầu vào và đầu ra CN3 được sử dụng cho kết nối động cơ, với dòng điện định mức là 2.5A Ngoài ra, biến trở điều chỉnh dòng điện giúp tùy chỉnh hiệu suất hoạt động.

Hình 3.4: Sơ kết nối của CSD5814-P

3.3.1.4 Động cơ của hệ thống

Bảng 3.11: Động cơ điều khiển bánh xe

Nguồn cấp 24VDC Tốc độ định mức 2500rpm Hộp số động cơ 30 Công suất 30W Dòng điện vào định mức 2.1A

Bảng 3.12: Động cơ điều khiển bàn nâng

Nguồn cấp 24VDC Tải trọng moment 11.6 Nm Điện trở 0.7 

Góc bước 0.72 /step Dòng điện định mức

3.3.1.4 Các loại thiết bị khác

Ngoài các thiết bị chính như thiết bị điều khiển trung tâm, động cơ và driver, hệ thống còn cần bổ sung nhiều thiết bị khác như nguồn ắc quy, bánh xe, camera, relay, nút nhấn khẩn cấp và đặc biệt là bàn nâng để hỗ trợ nâng hạ hàng hóa.

Bảng 3.13: Thông số kỹ thuật bàn nâng trục Z

Nguồn cấp 5~24VDC Cảm biến ảnh EE-SX67 Đầu ra NPN cực hở Litmit Switch Upper: NO Litmit Switch Lower: NO Tải trọng 100 kg

Hình 3.5: Sơ đồ nối dây của bàn nâng KS332-12C

Bảng 3.14: Thông số kỹ thuật bộ relay

Nguồn cấp định mức 24VDC

Công suất 180mW Điện trở cuộn dây 3.2 Điện áp tối đa 28.8VDC Điện áp tối thiểu 16.8VDC Điện áp thấp nhất 1.2VDC

Bảng 3.15: Thông số kỹ thuật camera T265

Intel Movidius Myriad 2 VPU Độ phân giải 848x800 pixels

Gia tốc kế và con quay: 6DOF

Giao diện: USB 2.0 và USB 3.1

Nguồn điện: 5V kết nối qua USB

Bảng 3.16: Thông số kỹ thuật của bánh xe Mecanum

Chiều rộng: 60mm Đường kính: 120mm Con lăn trên mỗi bánh: 9 con

Chiều dài con lăn: 47mm Tải trọng max mỗi bánh: 15kg

Bảng 3.17: Thông số kỹ thuật của nút nhấn Emergency

Thông số kỹ thuật Hình ảnh Điện áp tối ta: 600V Dòng tối đa: 10A Tiếp điểm 1NO + 1NC Nhiệt độ hoạt động: -25~70 độ C

Chất liệu: Nhựa, kim loại

Bảng 3.18: Thông số kỹ thuật của bình ắc quy

Thông số kỹ thuật Hình ảnh Điện áp: 12V Dung lượng: 30Ah Trọng lượng: 7kg Kích thước:181x76x168mm

Bản vẽ thiết kế SolidWorks

 Kích thước mô hình: 750mm x 650mm x 200mm  10%

 Bản vẽ cơ khí tổng quan khung xe và bánh xe:

Hình 3.6: Góc nhìn thứ nhất của hệ thống

Hình 3.7: Góc nhìn thứ hai của hệ thống

Hình 3.8: Góc nhìn thứ ba của hệ thống

Hình 3.9: Góc nhìn thứ tư của hệ thống

Sơ đồ nối dây

START STOP RUN BRAKE CW CWW INVERT EXT Input ALARM RESET Input

SPEE D Output ALARM Output Motor

START STOP RUN BRAKE CW CWW INVERT EXT Input

Sơ đồ nối dây động cơ với PLC (Hình 3.10) minh họa cách kết nối bộ điều khiển PLC với driver điều khiển động cơ Brushless Hệ thống sử dụng nguồn ắc quy 24V và bao gồm các thành phần như ngõ ra QY41P, relay, driver, động cơ và module analog Q68DAVN.

Sơ đồ nối dây hệ thống sử dụng dây màu đỏ cho nguồn dương và dây màu đen cho nguồn âm, kết nối qua nguồn QY41P và relay để bảo vệ driver, động cơ và module analog trong quá trình cấp nguồn gián tiếp Tín hiệu từ relay sẽ được truyền đến driver của từng bánh xe, sau đó mỗi driver kết nối với module analog để chuyển đổi giá trị điện áp thành giá trị số.

PULSE R- CLEAR CLEAR COM PGO5 PGO COM READY READY COM PULSE A+

PULSE B- DOG FLS RLS STOP CHG COM COM

12 to 24 VDC GND NC CW+

Red motor lead Orange motor lead Green motor lead Black motor lead

Blue motor lead Red motor lead Orange motor lead Green motor lead Black motor lead CWLS CCWLS LSCOM ORG+

Sơ đồ nối dây cơ cấu bàn nâng cho thấy cách kết nối PLC QD75D1 với driver điều khiển động cơ của hệ thống nâng hạ hàng Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, cần cấp nguồn cho động cơ theo sơ đồ nối dây với PLC Hệ thống nâng hạ hàng cần sử dụng driver QD74D1 để điều chỉnh chính xác vị trí nâng hạ, đảm bảo hàng hóa ổn định, tránh rơi hoặc đổ trong quá trình di chuyển đến địa điểm giao hàng.

Sơ đồ nối dây cho cơ cấu nâng hạ cần nguồn 24V bao gồm bàn nâng và driver Để điều khiển vị trí, 4 chân xung QD75D1 được kết nối với 4 chân đảo chiều của driver Bàn nâng có tổng cộng 12 chân, bao gồm 5 chân động cơ, trong đó có 2 chân giới hạn là CWLS và CCWLS Ngoài ra, chân tín hiệu OGR+ được sử dụng để nhận nguồn ORG OUT nhằm trả tín hiệu.

TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC

Động học robot

 Bi rd xi rd yi y x r d yi d xi

Hình 4.1: Động học robot AGV Trong đó:

 r : tốc độ xoay quanh trục z của robot

 v : vận tốc robot theo phương x

 u : vận tốc robot theo phương y

  𝐵𝑖 : góc giữa trục u và trục 𝑥 𝑐𝑖

𝑖: vận tốc xoay của con lăn

𝑖: bán kính của con lăn

 𝑅 𝑖 : bán kính của bánh xe

  𝑖 : tốc độ góc của bánh xe

 𝑣 𝑠𝑙𝑖𝑑𝑒 : vận tốc trượt con lăn

 Vận tốc bánh xe: drive i i v   R (4.1)

 Vận tốc trượt của con lăn: slide i v    (4.2)

 Vận tốc ngang của bánh: ci i i cos i y     (4.3)

 Vận tốc dọc của bánh xe: ci i i i i sin i x  R    ci i i ci tan i x R y 

 Vận tốc góc của bánh xe:

 Vận tốc từ hệ trục tọa độ B lên hệ trục tọa độ ci :

 Vận tốc dọc theo trục X B : cos sin i i ci B ci B x   y  (4.9)

+ Vận tốc dọc theo trục X y : sin cos i i ci B ci B x   y  (4.10)

Từ (4.8)(4.9)(4.10): cos sin sin cos i i i i

  cos sin i i i ci B ci B urdy  x   y  sin i cos i i ci B ci B vrdx  x  y 

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC

Từ (4.15) suy ra: cos sin 1 0

Từ (4.16) thay vào (4.7): cos sin 1 0

Ta có hệ xe 4 bánh Mecanum như sau: x

Hình 4.2: Động học robot 4 bánh Mecanum Với hệ xe trên trục tọa độ {B} trùng với trục tọa độ {0} của tâm xe và trục tọa độ của từng bánh xe

=> Ta có các thông số sau:

1 4 45 , 2 3 45 dx l dy d dx l dy d dx l dy d dx l dy d

Trục {B} trùng với trục tâm xe {0} trùng với trục bánh xe { ci }

         Trục phương trình (4.17) suy ra vận tốc gốc từng bánh như sau:

Vận tốc dọc của hệ xe 4 bánh Mecanum là:

4 u t        R (4.24) Vận tốc ngang của hệ xe 4 bánh Mecanum là:

Vận tốc xoay của hệ thống 4 bánh Mecanum là:

Động lực học robot

Hình 4.3: Động lực học robot AGV x i cos i

Từ hệ xe sử dụng 4 bánh Mecanum như hình vẽ trên ta có:

Vectơ tịnh tiến từ tâm đến các bánh xe robot:

Lực tác dụng của các bánh xe:

Lực tác động lên robot theo phương x:

Lực tác dụng lên robot theo phương y:

(4.34) (4.35) Lực xoay quanh trục z tác dụng lên robot:

( cos( ) sin( ) ) ( cos( ) sin( ) ) ( cos( ) cos( ) ) ( cos( ) sin( ) )

Từ (4.33)(4.35)(4.37) suy ra lực tác dụng lên robot có công thức như sau:

XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐƯỜNG ĐI

Giải thuật tìm đường đi ngắn nhất

Giải thuật A* (A-star) là một phương pháp tìm đường đi ngắn nhất dựa trên cơ chế heuristic, kết hợp ưu điểm của tìm kiếm theo chiều rộng và chiều sâu Giải thuật này giúp xác định đường đi ngắn nhất từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc, và được đánh giá khác nhau tùy theo từng loại bài toán tìm đường A* được ứng dụng rộng rãi trong các trò chơi điện tử, robot và định tuyến.

5.1.1 Mô tả thuật toán giải thuật A*

A* lưu giữ một tập hợp các lời giải chưa hoàn chỉnh, đại diện cho những đường đi qua đồ thị bắt đầu từ điểm xuất phát Tập hợp này được quản lý trong hàng đợi ưu tiên (priority queue), trong đó thứ tự ưu tiên cho mỗi đường đi n được xác định bởi hàm f(n) = g(n) + h(n).

 g(n): là chi phí đường đi cho đến thời điểm hiện tại

 h(n): là hàm đánh giá về chi phí nhỏ nhất để đến đích từ n f(n) có giá trị càng thấp thì độ ưu của n càng cao

Hàm Heuristic h(n) là yếu tố quan trọng trong thuật toán A*, giúp ước lượng chi phí còn lại từ vị trí hiện tại đến đích Một số hàm heuristics phổ biến được sử dụng trong thuật toán này.

 Khoảng cách Manhattan: Phù hợp cho lưới ô vuông khi di chuyển chỉ được phép theo chiều ngang và dọc

 Khoảng cách Euclid: Phù hợp cho không gian 2D với di chuyển tự do

5.1.2 Kích thước hoạt động của thuật toán

 Đặt điểm bắt đầu vào tập mở (Open Set) Tập mở chứa các điểm cần được kiểm tra

 Tập đóng (Closed Set) bắt đầu rỗng Tập đóng chứa các điểm đã được kiểm tra

 Vòng lặp chính: Lặp lại cho đến khi tập mở rỗng hoặc tìm thấy điểm kết thúc

 Tập từ mở, chọn điểm có giá trị f nhỏ nhất, với f(n) = g(n) + h(n)

 g(n): là chi phí từ điểm bắt đầu đến điểm hiện tại

 h(n): là ước lượng chi phí từ điểm hiện tại đến điểm kết thúc

 Kiểm tra điểm kết thúc:

 Nếu điểm hiện tại là điểm kết thúc, giải thuật kết thúc và trả về đường đi

 Di chuyển điểm hiện từ tập mờ sang tập đóng:

 Kiểm tra các điểm lân cận:

 Nếu điểm lân cận nằm trong tập đóng, bỏ qua

 Tính toán giá trị g mới cho điểm lân cận

Nếu điểm lân cận không có trong tập mở hoặc giá trị g mới nhỏ hơn giá trị g cũ, cần cập nhật giá trị g của điểm lân cận và tính toán giá trị f mới cho điểm này Đồng thời, đặt điểm hiện tại làm cha cho điểm lân cận Nếu điểm lân cận chưa có trong tập mở, hãy thêm nó vào tập mở.

 Nếu tìm thấy điểm kết thúc, xây dựng và trả về đường đi từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc bằng cách theo dõi các điểm cha

 Nếu tập mở rỗng mà không tìm thấy điểm kết thúc, trả về không có đường đi

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐƯỜNG ĐI

5.1.3 Xử lý bài toán giải thuật tìm kiếm A*

Trên một bàn cờ kích thước n x n, nhiệm vụ là tìm đường đi ngắn nhất từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc theo đường chéo Để thực hiện điều này, chúng ta sử dụng hàm Heuristic dựa trên khoảng cách Euclid, cho phép di chuyển tự do trong không gian 2D.

: Điểm bắt đầu : Điểm kết thúc

: Vật cản : Đường đi tìm được

Trong bài toán này, bàn cờ có kích thước 8x8, và đường đi ngắn nhất từ điểm bắt đầu đến điểm kết thúc là đường chéo Chiều dài của đường chéo được tính theo một công thức cụ thể.

Khi di chuyển qua mỗi ô thì giá trị của ô sẽ tăng lên 1 đơn vị

: Điểm bắt đầu : Điểm kết thúc : Vật cản : Đường đi tìm được

Hình 5.2: Hàm g(n) Các giá trị hàng h(n)

Hình 5.3: h n ( ) ( x goal x current ) 2  y goal y current  2 Đường đi ngắn nhất tìm được theo công thức f(n) = g(n) + h(n)

Sau khi xác định được đường đi ngắn nhất, các giá trị tọa độ x,y trên bản đồ sẽ được lưu dưới dạng tệp tin txt Tệp tin này sẽ được kết nối với chương trình điều khiển chính của hệ thống, giúp vận hành quá trình di chuyển dựa trên các tọa độ đã được tìm thấy.

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐƯỜNG ĐI

THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Quy trình công nghệ

Để vận hành mô hình xe AGV, người dùng thực hiện lệnh điều khiển qua giao diện lập trình Python trên laptop Bộ xử lý trên laptop thu thập dữ liệu từ camera, xử lý các ý tưởng bài toán và gửi dữ liệu đã xử lý đến bộ điều khiển trung tâm PLC, từ đó điều khiển robot hoạt động theo yêu cầu.

Xây dựng chương trình trên GX Work2

 Xây dựng chưa trình driver điều khiển động cơ, quy đổi giá trị analog sang giá trị điện áp để điều khiển động cơ

Hình 6.2: Lập trình trên GX Works2

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Hình 6.3: Thiết lập cấu hình PLC

Hình 6.4: Thiết lập data cơ cấu nâng hạ Để thực hiện các quy trình thì hệ thống xe AGV phải giao tiếp với phần mềm

GX Work2, cũng khá phụ thuộc nhiều vì các tính năng mạnh mẽ trong lĩnh vực kết hợp với bộ điều khiển trung tâm

GX Work2 là phần mềm xử lý dữ liệu với tốc độ cao, nhận thông tin từ chương trình chính viết bằng Python và gửi xuống bộ xử lý PLC Từ đó, PLC thực hiện xử lý và gửi các giá trị điện áp tương ứng để điều khiển các bánh xe.

Xây dựng chương trình thu thập dữ liệu tracking từ camera

 Chuyển đổi hệ trục tọa độ camera sang hệ trục tọa độ robot để thu thập dữ liệu camera theo hướng tọa độ robot

Hình 6.5: Trục tọa độ camera và trục tọa độ robot

 Các bước chuyển đổi hệ trục tọa độ

 Tìm ma trận biến đổi đồng nhất giữa camera T265 và xe AGV

 Ma trận xoay quanh trục x của camera góc 270 °

Hình 6.6: Xoay quanh trục x của camera góc 270 °

 Ma trận xoay quanh trục z của camera góc 90 ° cos(90) sin(90) 0 0 1 0

CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Hình 6.7: Xoay quanh trục z của camera góc 90 °

 Ma trận xoay từ hệ trục camera về hệ trục robot

 Ma trận tịnh tiến từ hệ trục tọa độ camera đến hệ tọa độ robot

 Ma trận đồng nhất có dạng như sau:

0 0 0 1 x y camera xe camera xe camera xe z

CHẠY THỰC NGHIỆM

Kết quả chạy thực nghiệm

Kết quả chạy thực nghiệm ứng dụng lấy hàng và trả hàng có né vật cản biết trước vị trí

Hình 7.1: Địa hình thực thế

Hình 7.2: Vị trí bắt đầu

Khi đến vị trí lấy hàng đã được chỉ định, hệ thống sẽ bắt đầu quy trình lấy hàng và chuyển hàng về địa điểm trả hàng đã chọn.

Hình 7.5: Về vị trí trả hàng

Tiêu đề	Ứng Dụng Điều Khiển Xe AGV Trong Công Nghiệp
Tác giả	Nguyễn Phước Duy, Nguyễn Hăng Ri
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Tử Đức
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	9,06 MB