Nghiên cứu giải pháp dùng tay máy cho bài toán lưu trữ, trích xuất bình gas trong hệ thống phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGÔ PHONG CƢỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số ngành: 60520114 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGÔ PHONG CƢỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ điện tử Mã số ngành: 60520114 HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN DUY ANH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN DUY ANH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 25 tháng 01 năm 2014. Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Ngô Cao Cƣờng Chủ tịch 2 PGS.TS. Nguyễn Tấn Tiến Phản biện 1 3 TS. Nguyễn Hùng Phản biện 2 4 TS.Võ Hoàng Duy Ủy viên 5 TS. Nguyễn Quốc Hƣng Ủy viên, Thƣ ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGÔ PHONG CƢỜNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/09/1968 Nơi sinh: Thừa Thiên Huế Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử MSHV: 1241840001 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI II- Nhiệm vụ và nội dung: - Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho, sử dụng tay máy (robot) gắp sản phẩm nhập xuất và lƣu trữ. Lựa chọn robot phù hợp để đáp ứng yêu cầu. - Phân tích động học thuận và nghịch của robot đã chọn. - Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà kho, mô phỏng. - Kết quả mô phỏng và kết luận. III- Ngày giao nhiệm vụ: 12/06/2013 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/12/2013 V- Cán bộ hƣớng dẫn: TS.NGUYỄN DUY ANH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Ngô Phong Cƣờng ii LỜI CÁM ƠN Trong suốt thời gian tham gia học chƣơng trình cao học và thực hiện luận văn thạc sĩ, tôi đã nhận đƣợc sự giảng dạy, giúp đỡ, hƣớng dẫn, góp ý rất nhiều của quý Thầy Cô bộ môn Cơ điện tử, khoa Cơ điện tử Trƣờng Đại học Công Nghệ Tp.HCM cùng quí Thầy Cô Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp HCM. Trƣớc tiên, tôi chân thành cám ơn các quý Thầy đã tham gia giảng dạy chƣơng trình cao học ngành Cơ điện tử, đã giúp chúng tôi tích lũy thêm những kiến thức sâu rộng về chuyên môn, đã cung cấp cho tôi những biện pháp nghiên cứu về lĩnh vực điều khiển. Tôi chân thành gửi lời cám ơn sâu sắc đến Thầy Tiến sĩ Nguyễn Duy Anh, ngƣời Thầy đã giảng dạy, hƣớng dẫn và góp ý giúp tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ. TpHCM, ngày17 tháng 11 năm 2013 Học viên Ngô Phong Cƣờng iii TÓM TẮT Hiện nay nhu cầu sử dụng bình gas dân dụng 12 kg ngày càng nhiều dẫn đến nhu cầu xây dựng các nhà kho nhỏ có chức năng phân phối bình gas đến ngƣời tiêu dùng càng lớn. Từ hiện trạng đó vấn đề tự động hóa công việc lƣu trữ, sắp xếp, phân phối trong nhà kho này là hết sức cần thiết nhằm tăng hiệu quả công việc. Mục tiêu chính của luận văn này là đƣa ra một phƣơng án tự động hóa công việc sắp xếp bình gas trong nhà kho, cụ thể là lựa chọn một robot để thực hiện công việc trên. Đề tài tập trung giải quyết các phần sau:  Đƣa ra các phƣơng án lựa chọn robot phù hợp với yêu cầu.  Mô phỏng robot trên phần mềm 3D thể hiện kết cấu và hoạt động của robot.  Đƣa ra giải thuật sắp xếp kho: - Tối ƣu hóa đƣờng đi của robot trong việc sắp xếp sản phẩm trong nhà kho. - Phân phối sản phẩm theo phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc đƣợc xuất trƣớc(FIFO-“first-in-first-out”). - Mô phỏng robot trên phần mềm 3D thể hiện hoạt động nhập xuất và sắp xếp sản phẩm của robot trong nhà kho. iv ABSTRACT Nowadays, the demand for using of 12kg civil gas tanks has increased. This leads to the set up of small warehouses which its function is distributing gas to consummers has also increased. As the current state, the issue of automatize storage, arrangement and distribution in the warehouses is essential to improve work efficiency. The main objective of this thesis (essay) is to suggest a soution for arranging the gas tanks in the warehouses automatically- using a robot to handle this job is one among options. Thesis focuses on the following sections:  Providing alternative plans in design, analyzing, evaluating and opting the plans in accordance with the requirements.  Simulating 3D robot on a software representing structure and operation of the robot  Providing warehouse arrangement algorithm: - Optimization of robot paths in arranging items in a warehouse. - Item distribution by FIFO (First-In-First-Out) method - 3D Robot simulation on a software showing I/O operation of items in the warehouse v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x Chƣơng 1: Giới thiệu 1 1.1 Mở đầu 1 1.1.1 Đặt vấn đề 1 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu và mục tiêu của luận văn 2 1.1.3 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn 2 1.2 Tổng quan 3 1.2.1 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến đề tài 3 1.2.2 Tổng quan về kho bãi 4 1.2.3 Tiêu chuẩn và quy định an toàn trong vận chuyển và lƣu trữ bình gas(LPG) 7 1.3 Tóm tắt các chƣơng của luận văn 8 Chƣơng 2: Thiết kế bố trí sản phẩm nhà kho và lựa chọn robot phù hợp 9 2.1 Yêu cầu thực tế nhà kho chứa bình gas 9 2.2 Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho 9 2.3 Lựa chọn robot phù hợp yêu cầu 11 2.3.1 Các dạng robot công nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng trong nhà kho 11 2.3.2 Xác định yêu cầu kỹ thuật cơ bản của robot 14 vi 2.4 Sơ đồ nguyên lý robot gắp bình gas 15 2.5 Tính toán sơ bộ kích thƣớc các khâu 16 Chƣơng 3 Phân tích động học robot 18 3.1 Động học vị trí 18 3.1.1 Bài toán động học thuận 18 3.1.2 Bài toán động học ngƣợc 19 3.2 Động học vận tốc 21 Chƣơng 4 Giải thuật sắp xếp kho và mô phỏng 24 4.1 Giải thuật sắp xếp nhà kho và mô phỏng 24 4.1.1 Đặt vấn đề và giới hạn phạm vi thực hiện 24 4.1.2 Một số quy định 24 4.1.3 Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho 26 4.2 Mô phỏng giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho 31 4.2.1 Kết quả mô phỏng giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas 31 4.2.1 Kết quả mô phỏng giải thuật sắp xếp xuất sản phẩm 36 4.3 Mô phỏng hoạt động của robot 38 4.3.1 Mô phỏng mô hình robot 38 4.3.2 Mô phỏng hoạt động mô hình robot nhập xuất và sắp xếp sản phẩm 40 Chƣơng 5: Kết luận 42 5.1 Kết luận 42 5.2 Kiến nghị 42 Tài liệu tham khảo 44 [...]... hàng trong các nơi lƣu trữ gas ở Việt Nam chủ yếu vẫn dùng sức ngƣời là chính hoặc cao hơn là sử dụng xe nâng cho các nhà kho lớn Do đó giải quyết bài toán tự động hóa các hoạt động trong nhà kho chứa gas là hết sức cần thiết và mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp Với thực trạng trên tác giả chọn đề tài Nghiên cứu giải pháp dùng tay máy cho bài toán lƣu trữ, trích xuất bình gas trong hệ trong phân. .. của robot gắp bình gas 2.4 Sơ đồ nguyên lý robot gắp bình gas Hình 2.9 thể hiện kết cấu robot gắp bình gas dƣới dạng mô hình đơn giản Nguyên lý hoạt động: Toàn bộ tay máy sẽ quay quanh O, tay máy dƣới AD đƣợc dẫn động bởi động cơ và quay quanh khớp A, tay máy trên CH quay quanh D nhờ cơ cấu hình bình hành ABCD với AB là khâu dẫn động Cổ tay HIJL chuyển động tịnh tiến bởi các cơ cấu hình bình hành AEFD... dụng trong nhà kho Hệ thống AS/RS (Automated Store & Retrieval System) 5 Hệ thống AS/RS là hệ thống lƣu kho & truy hồi tự động Hệ thống này đƣợc ứng dụng cho số lƣợng hàng hóa lƣu trữ lớn mà không gian lại giới hạn Một Hệ thống lƣu kho & truy hồi tự động, hoặc AS/RS, là sự kết hợp của các thiết bị và sự kiểm soát, nhằm xử lý, lƣu kho và truy hồi vật liệu với sự rõ ràng, chính xác và tốc độ Các hệ thống. .. gắp bình gas 15 Hình 2 9 Sơ đồ đơn giản robot gắp bình gas 16 Hình 2 10 Lƣợc đồ khâu 16 Hình 2 11 Vị trí bình gas gần và xa nhất trong nhà kho 17 Hình 3 1 Các hệ trục tọa độ trên robot 18 Hình 4 1 Sơ đồ vị trí bình gas 25 Hình 4 2 Giải thuật xác định các vị trí nhập sản phẩm 28 Hình 4 3 Giải thuật tính khoảng cách 29 Hình 4 4 Giải thuật xuất. .. phân phối ” nhằm mục đích cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao hiệu quả công việc, bƣớc đầu tối ƣu hóa đƣờng đi của tay máy( robot) và phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc xuất trƣớc(First In First Out - FIFO) 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu và mục tiêu của luận văn Tự động hóa việc vận chuyển xuất nhập và sắp xếp bình gas có thể thực hiện bằng nhiều cách Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu, ... là tầng bộ đệm để di chuyển cánh tay robot khi gắp và không gắp sản phẩm Hình 2 2 Sơ đồ sắp xếp bình gas 11 Băng tải xuất sp Băng tải nhập sp Vị trí xuất bình gas Vị trí nhập bình gas 4000 3450 Vùng đặt robot 50 50 Vùng lưu trữ bình gas 300 3800 4000 Hình 2 3 Sơ đồ bố trí nhà kho 2.3 Lựa chọn robot phù hợp yêu cầu 2.3.1 Các dạng robot công nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng trong nhà kho Robot khớp bản lề cố... đề xuất thiết kế dạng tay máy khớp bản lề để thực hiện các tác vụ trong nhà kho Để đạt đƣợc mục đích nêu ở phần 1, luận văn cần phải hoàn thành các mục tiêu sau: - Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho, sử dụng tay máy gắp sản phẩm nhập xuất và lƣu trữ Lựa chọn robot phù hợp để đáp ứng yêu cầu - Phân tích động học thuận và nghịch của robot đã chọn - Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong. .. chứa bình gas - Thông số bình gas 12 kg Bảng 2 1 Thông số bình gas Kích thƣớc Đƣờng kính ngoài thân bình Chiều cao toàn thân Đƣờng kính ngoài quai xách Chiều cao quai xách Trọng lƣợng Trọng lƣợng vỏ bình Trọng lƣợng tổng 300 mm 585 mm 246 mm 160 mm 14.5 kg 26.5 kg Hình 2 1 Bình gas 12 kg - Kích thƣớc nhà kho: 4m x 4m x 3m - Sắp xếp vị trí đặt sản phẩm để nhà kho chứa đƣợc nhiều nhất - Sử dụng tay máy( robot)... procedures, 2008  Trong nƣớc Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bƣớc tiến đáng kể trong 25 năm qua Đặc biệt phải kể đến Công ty Cổ phần TOSY, đã thiết kế chế tạo thành công tay máy robot sáu bậc tự do Tuy nhiên cụ thể robot công nghiệp chuyên dùng để vận chuyển và sắp xếp hàng hóa vẫn chƣa có cơ quan hoặc tổ chức nào tiến hành nghiên cứu và sản xuất Danh mục các nghiên cứu có liên quan... điều khiển bằng tay hoạt động trong các cấu trúc kho chứa đến các hệ thống lƣu kho và truy hồi điều khiển bằng máy tính, đƣợc tích hợp hoàn toàn vào các quy trình sản xuất và phân phối Một AS/RS cho phép các công ty lấy lại không gian sàn, nâng cao hiệu quả và bảo đảm việc kiểm soát tồn trữ Các thiết bị cần thiết cho một AS / RS bao gồm một máy Lƣu kho & Truy hồi, hoặc SRM, đƣợc sử dụng cho việc lƣu kho . NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI II- Nhiệm vụ và nội dung: - Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho, sử dụng tay máy. TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGÔ PHONG CƢỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LUẬN. TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGÔ PHONG CƢỜNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP DÙNG TAY MÁY CHO BÀI TOÁN LƢU TRỮ, TRÍCH XUẤT BÌNH GAS TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LUẬN