THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN XE TỰ HÀNH AGV (AUTOMATED GUIDED VEHICLE) PHỤC VỤ DÂY CHUYỀN LẮP RÁP CÔNG NGHIỆP

Trong công nghiệp, xe tự hành được hiểu là các xe chuyên chở tự động, được ứng dụng trong các lĩnh vực: cung cấp, sắp xếp linh phụ kiện tại khu vực kho và khu vực sản xuất, phân phối sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN XE TỰ HÀNH AGV (AUTOMATED GUIDED VEHICLE) PHỤC VỤ DÂY CHUYỀN LẮP RÁP

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN XE TỰ HÀNH AGV (AUTOMATED GUIDED VEHICLE) PHỤC VỤ DÂY CHUYỀN LẮP RÁP CÔNG NGHIỆP

Tác giả

NGUYỄN TRỌNG TẤN

Khoá luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:

TS: DƯƠNG MINH TÂM ThS: LÂM HỮU DANH

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em cảm ơn thầy cô của Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường

Em xin gởi lời cảm ơn đến bộ môn Điều Khiển Tự Động cùng toàn thể thầy cô trong Khoa Cơ Khí đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn để em thực hiện đề tài

này Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài này tại "TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU

VÀ TRIỂN KHAI- KHU CÔNG NGHỆ CAO” em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn làm đề tài TS Dương Minh Tâm và ThS Lâm Hữu Danh

Một lần nữa em xin cảm ơn thầy cô và các bạn trong lớp đã giúp đỡ em thực hiện

đề tài này

TP.HCM, tháng 6 năm 2011

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Tấn

- Tìm hiểu về những khiến thức liên quan đến xe tự hành AGV

- Khảo sát xe tự hành AGV tại Trung Tâm

- Thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển không dây cầm tay cho xe tự hành AGV

- Thử nghiệm với xe tự hành AGV tại Trung Tâm

MỤC LỤC

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách hình vi

Danh sách các chữ viết tắt viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích -yêu cầu - giới hạn đề tài 1

1.2.1 Mục đích 1

1.2.2 Yêu cầu 2

1.2.3 Giới hạn đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1.Giới thiệu chung về AS/RS (Automatic Storage and Retrieval System) 3

2.1.1 Khái niệm hệ thống lưu/xuất kho tự động: 3

2.1.2 Phân loại hệ thống AS/RS 5

2.1.3 Ứng dụng hệ thống kho tự động 6

2.1.4 Ưu điểm hệ thống kho hàng tự động 7

2.1.5 Tình hình dây chuyền lắp ráp trong nước 8

2.2 Tổng quan về xe tự hành AGV 9

2.2.1 Giới thiệu chung về xe tự hành AGV 9

2.2.2 Phân loại xe tự hành AGV 10

2.2.3 So sánh xe tự hành AGV chạy theo đường ray và xe tự hành AGV chạy theo vạch sơn 12

2.3 Thiết bị điện, PLC và hệ thống chấp hành 13

2.3.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha 13

2.3.2 Biến tần 14

2.3.3 PLC 14

2.3.5 Relay 17

2.4 Phương pháp truyền nhận dữ liệu không dây 18

2.5 Một số bộ thu phát RF 20

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài 21

3.2 Đối tượng nghiên cứu 21

3.3 Phương pháp thực hiện đề tài 21

3.3.1 Phương pháp thực hiện phần cơ khí 21

3.3.2 Phương pháp thực hiện phần điện tử 21

3.4 Phương tiện thực hiện đề tài 21

Chương 4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 23

4.1 Khảo sát xe tự hành tại trung tâm công nghệ cao 23

4.1.1 Giới thiệu về xe tự hành AGV tại Trung Tâm 23

4.1.2 Thông số kỹ thuật xe AGV 23

4.1.3 Sơ lược về cấu tạo 24

4.1.4 Các hệ thống trên xe AGV 25

4.1.4.1 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 25

4.1.4.2 Các hệ thống trong xe AGV chạy theo đường ray 26

4.1.5 Tính tỷ số truyền và tần số dòng điện biến tần biến đổi 34

4.1.6 Mạch điện xe tự hành AGV 35

4.2 Thực hiện phần điện tử 36

4.2.1 Mạch điều khiển và hiển thị 37

4.2.1.1 Mạch nguồn 38

4.2.1.2 Mạch giao tiếp 38

4.2.1.3 Mạch tạo giao động 39

4.2.1.4 Mạch điều khiển và hiển thị 39

4.3 Lập trình điều khiển 42

4.4 Kết quả thử nghiệm với xe tự hành tại Trung Tâm ………44

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 45

5.1 Kết luận 45

5.2 Đề nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Hệ thống AS/RS 3 

Hình 2.2 : Thành phần hệ thống AS/RS 5 

Hình 2.3 : Hệ thống AS/RS đồng dạng 5 

Hình 2.4 : Hệ thống AS/RS mini 6 

Hình 2.5 : Xe tự hành AGV trong dây chuyền lắp ráp công nghiệp 9 

Hình 2.6: Điều khiển động cơ KDB 2 chiều quay 13 

Hình 2.7: Biến tần Mitsubishi 14 

Hình 2.8 : Cảm biến tiệm cận 17 

Hình 2.9: Relay 17 

Hình 2.10 : Mã hóa dữ liệu RF 18 

Hình 2.11: Điều chế AM 19 

Hình 2.12 : Điều chế FM 19 

Hình 2.13 : Bộ phát RF dạng đơn giản 20 

Hình 2.14 : Bộ thu RF dạng đơn giản 20 

Hình 4.1 : Xe AGV tại Trung Tâm 23 

Hình 4.2 : Cấu tạo xe AGV 24 

Hình 4.3: khung xe 25 

Hình 4.4: Sơ đồ khối 25 

Hình 4.5: Ray dẫn và ray điện 26 

Hình 4.6 : Hệ thống bánh xe 27 

Hình 4.7 : Kích thước bánh xe AGV 28 

Hình 4.8 : Hệ thống điều khiển xe AGV chay theo ray dẫn 29 

Hình 4.9 : Tủ điện điều khiển 29 

Hình 4.10 : Cảm biến tiệm cận dùng cho xe AGV 30 

Hình 4.11 : Bộ RF trên xe AGV 31 

Hình 4.12 : Nguyên lý truyền dẫn RF 31 

Hình 4.13 : Sơ đồ khối mạch thu/phát tần số vô tuyến 433MHz 32 

Hình 4.14 : Mạch nguyên lý RF modul 32 

Hình 4.15 : Cổng RS 232 RS485 33 

Hình 4.16 : Hệ thống cảnh báo 33 

Hình 4.17: Mạch động lực AGV 35 

Hình 4.18 : Mạch điều khiển xe AGV 36 

Hình 4.19 : Sơ đồ khối 37 

Hinh 4.20 : Mạch nguồn 38 

Hình 4.21 : Mạch giao tiếp 38 

Hình 4.22 : Mạch tạo giao động 39 

Hình 4.23 : Mạch nguyên lý 39 

Hình 4.24 : Sơ đồ chân của ATMega8 40 

Hình 4.25: Bố trí linh kiện điện tử 41 

Hình 4.26 : Mạch in 41 

Hình 4.27 : Các vị trí dừng của xe AGV 42 

Hình 4.28: Hình thiết bị điều khiển 42 

Hình 4.29 : Sơ đồ khối điều khiển 43 

Hình 4.30: Lưu đồ giải thuật chương trình mạch điều khiển và hiển thị 44 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1, AGV (Automated Guided Vehicle)

2, AS/RS (Automatic Storage and Retrieval System)

3, CIM ( Computer Intergrated Manufacturing) và hệ thống

4, FMS(Flexible Manufacturing System )

5, PDS ( Pick and deposit station )

6, RTV(Robotic Transfer Vehicle )

7, FIFO (First In, First Out)

8, KDB (không đồng bộ)

9, PLC (Programmable Logic Controller)

10, AI (Analog Input)

11, DI (Digital Input)

12, NRZL (NonReturn- to- Zero- Level)

13, NRZI (NonReturn - to - Zero Inverted)

14, AM (Amplitude Modulation)

15, FM (,Frequency Modulation)

16, ASK ( Frequency Shift Keying)

17, RF(Radio Frequency)

18, AVR(Automatic Voltage Regulator)

19, PIC(Programmable Interface Controller)

20, MCU ( Microcontroller Unit)

Xe tự hành AGV là một khái niệm chung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái Trong công nghiệp, xe tự hành được hiểu là các xe chuyên chở tự động, được ứng dụng trong các lĩnh vực: cung cấp, sắp xếp linh phụ kiện tại khu vực kho và khu vực sản xuất, phân phối sản phẩm, bán thành phẩm, cung cấp và sắp xếp vật tư, trang thiết bị trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị, văn phòng và trong những dây chuyền lắp ráp công nghiệp… Trong tất cả các ứng dụng trên, người ta thấy rằng AGV làm giảm thiểu thiệt hại trong vận chuyển, giúp cho kế hoạch sản xuất linh hoạt hơn và giảm thiểu nhu cầu nhân lực AGV còn giúp giảm chi phí chế tạo và tăng tính hiệu quả trong hệ thống sản xuất Thiết bị điều khiển không dây cầm tay giúp ta chủ động điều khiển vị trí và hoạt động của xe tự hành AGV

1.2 Mục đích -yêu cầu - giới hạn đề tài

1.2.1 Mục đích

+ Tìm hiểu tính năng kỹ thuật về hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Ứng dụng nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển xe tự hành AGV thuộc hệ thống cung ứng của kho

+ Trong quá trình tìm, đọc tài liệu và khảo sát xe tự hành AGV xây dựng cho em phương pháp nghiên cứu khoa học công nghệ tích cực, củng cố lại kiến thức đã học

+ Thực hiện khảo sát xe tự hành AGV tại Trung Tâm

+ Đưa ra những kiến thức áp dụng vào thực tiễn thiết kế chế tạo bộ điều khiển không dây với tầm hoạt động 200 m

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1.Giới thiệu chung về AS/RS (Automatic Storage and Retrieval System)

2.1.1 Khái niệm hệ thống lưu/xuất kho tự động:

Hệ thống lưu/xuất kho được sử dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới từ

1950 và nó đã trở thành bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau

Hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động – AS/RS ( Automate storage/ Retrieval Systems ) được định nghĩa là hệ thống lưu giữ và xuất nhập hàng hóa được quản lý một cách tự động

Cấp bậc của hệ thống AS/ RS được phân định bởi số lượng kiện hàng có thể lưu chữ đồng thời, bởi thời gian tối thiểu cần thao tác từ lúc người sử dụng yêu cầu đến lúc nhận hàng, bởi mức độ tự động hóa và linh hoạt các thao tác của các thiết bị trong hệ thống

Hình 2.1: Hệ thống AS/RS

Những đặc điểm của hệ thống AS/RS:

Là sản phẩm cơ điện tử, là bộ phận quan trọng trong hệ thống sản xuất tự động có

sự trợ giúp của máy tính – CIM ( Computer Intergrated Manufacturing) và hệ thống sản suất linh hoạt –FMS(Flexible Manufacturing System )

Ứng dụng những tiến bộ khoa học kĩ thuật tự động hóa, cơ điện tử là hướng chủ yếu để nâng cấp hệ thống AS/RS ngày càng linh hoạt, đáp ứng yêu cầu tốt hơn

Thành phần hệ thống kho lưu xuất nhập tự động:

- Cấu trúc khung ngăn kho

- Robot lưu, xuất nhập kho

- Các ổ chứa, các modun lưu trữ

- Trạm thu chọn và phân bổ PDS ( Pick and deposit station )

- Hệ thống vận chuyển vòng ngoài : xe tự hành AGV, băng tải, robot tự hành RTV(Robotic Transfer Vehicle )…

Hoạt động của hệ thống AS/RS

- Lấy hàng từ vị trí lưu trữ:

Khi có tín hiệu yêu cầu lấy hàng từ kho, robot cất/lấy hàng ( robot S/R) thực hiện lấy hàng Sau đó, di chuyển theo chiều ngang, chiều thẳng đứng để đến vị trí lấy hàng Robot S/R thực hiện lấy hàng sau Sau đó di chuyển theo chiều ngang và chiều thẳng đứng đến vị trí PDS Đưa hàng ra xe tự hành AGV và tiến hành lấy hàng đưa đến vị trí yêu cầu

- Lưu trữ hàng hóa:

Xe AGV đưa hàng hóa đến trạm thu chọn và phân bố PDS Đưa hàng vào PDS, robot S/R lấy hàng Sau đó di chuyển theo chiều ngang, chiều thẳng đứng đến vị trí lưu trữ, tiến hành cất hàng Robot S/R trở về vị trí ban đầu

Hình 2.2 : Thành phần hệ thống AS/RS 2.1.2 Phân loại hệ thống AS/RS

Hệ thống lưu/xuất nhập kho tự động AS/RS có thể phân loại theo các đặc điểm cấu trúc, phương thức hoạt động đặc tính kĩ thuật, lĩnh vực áp dụng

Phân loại theo cấu tạo và phương thức hoạt động:

- Hệ thống AS/RS cho các kiện hàng đồng dạng ( Unit load AS/RS): được thiết kế cho các kiện hàng đồng tải trọng hoặc cùng kích cỡ, theo tiêu chuẩn quốc tế về vận chuyển kiện hàng theo các mức 1000kg, 2000kg, 3000kg, container 25 tấn Hệ thống thường di kèm với hệ một thống băng chuyền và được sử dụng trong kho chứa ôtô

Hình 2.3 : Hệ thống AS/RS đồng dạng

- Hệ thống AS/RS mini( mini load AS/RS) : Được thiết kế cho trường hợp các kiện hàng có tải trọng nhỏ chỉ từ 300 kg/kiện trở xuống Hệ thống thích hợp với cơ sở

không có mặt bằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, đạo cụ… đựng trong các thùng chứa, ngăn kéo Các cơ sở dịch vụ, các xí nghiệp là nơi sử dụng hệ thống này

Hình 2.4 : Hệ thống AS/RS mini

- Hệ thống AS/RS có người diều hành ( man-on- board AS/RS): Là hệ thống kho bán tự động, có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó Hệ thống thích hợp với các chi tiết máy để rời Ứng dụng tại các xí nghiệp vừa và nhỏ

- Hệ thống tải hàng dài( deep – lane AS/RS) : Là hệ thống tự động AS/RS để lưu xuất các kiện hàng tải đồng nhất, có chiều sâu tương đối lớn nên cất giữ được nhiều khoang hàng hơn

- Hệ thống xuất hàng tự động (Automated item retrieval system): được thiết kế cho các kiện hàng chuyên biệt hay đựng trong các hộp tông nhỏ được đặt trực tiếp lên

kệ

- Môdun trữ kiện hàng với thang máy đứng ( Vertical lift Storage modules – VLSM ) : Hành lang vận chuyển kiện hàng nằm theo phương thẳng đứng với chiều cao 10 m trở lên Hệ thống cung cấp vật tư cho các nhà máy có nhiều tầng lầu hay các nhà chứa ôtô nhiều tầng hoặc ngầm dưới đất…

- Trong các nhà máy công nghiệp, hệ thống kho hàng được thay đổi phù hợp với

sự phát chiển của kĩ thuật nhất là đối với hệ thống của dây chuyền lắp ráp tự động

2.1.4 Ưu điểm hệ thống kho hàng tự động

+ Các vấn đề có thể giải quyết khi sử dụng hệ thống AS/RS

- Không gian tầng

Bộ phận đã đầy, không còn không gian chứa

Sự ứ đọng, sản phẩm lưu kho trong các lối đi hành lang

Cần thêm không gian để sản xuất

- Năng suất

Tắc nghẽn trong dòng vật liệu và sản xuất

Khả năng giới hạn trong các lĩnh vực lưu kho và sản xuất

Các lệnh trở nên nhỏ hơn và thường xuyên hơn

Thời gian chu kì bốc dỡ quá dài

Những công nhân trong môi trường không thân thiện

Cúi xuống hoặc bẻ cong quá mức để bốc dỡ sản phẩm

Độ ồn quá mức từ các thiết bị vận hành vật liệu

Chi phí lao động cao

Chi phí đào tạo cao

Sự thỏa mãn công việc thấp

+ Ưu điểm cụ thể như :

- Mật độ lưu trữ cao vì tận dụng được chiều cao và đường chạy robot nhỏ nên làm giảm diện tích sử dụng,tiết kiệm chi phí đầu tư

- Tốc độ xuất nhập cao: trung bình 1 tấn hàng/phút/1 robot

- Không cần chiếu sáng, do đó tiết kiệm được chi phí đầu tư chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành

- Thất thoát nhiệt thấp: thất thoát nhiệt xuống đất, qua các cửa ra vào và bù nhiệt cho hệ thống chiếu sáng là nguyên nhân chính gây thất thoát nhiệt trong kho Sử dụng

hệ thống kho này sẽ làm giảm thất thoát nhiệt xuống đất do diện tích nhỏ và không cần

hệ thống chiếu sáng nên không gây thất thoát do bù nhiệt Ngoài ra với hệ thống cửa ra vào tự động có phòng cách ly nên thất thoát nhiệt sẽ thấp

- Không sử dụng lao động trong nhà kho nên tiết kiệm được chi phí nhân công, quản lý, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ, tăng độ an toàn

- Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần 1 robot cho nhà kho nên tiết kiệm được chi phí đầu tư

- Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lí kho kết hợp với công nghệ mã vạch (barcode) và thẻ (transponder) giúp giảm chi phí quản lý nhân công dễ đạt đươc tiêu chuẩn ISO(International Organization for Standardization) để tạo lợi thế cạnh tranh

2.1.5 Tình hình dây chuyền lắp ráp trong nước

Hiện nay nền sản xuất nước ta đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất lắp ráp Tuy nhiên, hầu hết các dây chuyền này đều chưa được tự động hóa hoặc mang tính tự động hóa chưa cao bởi lẽ nước ta vẫn còn mang đặc điểm của nền sản xuất nhỏ và tính cạnh tranh thấp

Các dây chuyền sản xuất như lắp ráp tủ lạnh, tivi, máy vi tính, động cơ, chế biến thực phẩm được cấp nguyên liệu hoặc thành phẩm cho dây chuyền theo từng lô hoặc từng bó Điều này làm cho những dây chuyền này chỉ sản xuất các phẩm theo lô nên

không thể thay đổi việc sản xuất các sản phẩm theo mẫu khác nhanh (đáp ứng nhu cầu nhanh của khác hàng) Việc chưa tự động hóa cấp phôi cho các bằng chuyền như vậy

sẽ làm tăng chi phí về thời gian sản xuất ra sản phẩm, kết quả làm tăng giá thành

Sử dụng xe AGV lấy hàng từ hệ thống AS/RS cấp cho dây chuyền lắp ráp hoàn toàn đáp ứng việc khắc phục 2 nhược điểm đang còn tồn đọng trong các dây chuyền sản xuất hiện nay

Hình 2.5 : Xe tự hành AGV trong dây chuyền lắp ráp công nghiệp

2.2 Tổng quan về xe tự hành AGV

2.2.1 Giới thiệu chung về xe tự hành AGV

Khái niệm xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) là một khái niệm chung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái Trong công nghiệp xe tự hành được hiểu là các xe chuyên chở tự động được ứng dụng trong các lĩnh vực:

- Cung cấp, sắp xếp linh phụ kiện tại khu vực kho và khu vực sản xuất

- Ứng dụng tích hợp AGV như là các trạm sản xuất

- Phân phối sản phẩm, linh phụ kiện đặc biệt trong bán buôn

- Cung cấp và sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, văn phòng

Trong tất cả các ứng dụng trên, người ta thấy rằng AGV làm giảm thiểu thiệt hại trong kiểm kê, giúp cho kế hoạch sản xuất linh hoạt hơn và giảm thiểu nhu cầu nhân lực

AGV còn giúp giảm chi phí chế tạo và tăng tính hiệu quả trong hệ thống sản xuất Chúng có thể được chế tạo để chứa hàng hoặc kéo các toa nhỏ chứa hàng cấp phát cho một số vị trí một cách tự động

Trong quá trình tự hành, AGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm được chuyển qua các trạm kho nơi mà sau đó chúng được giữ

lại hoặc chuyển đến các vị trí khác Ngày nay AGV đóng vai trò quan trọng trong thiết

kế các nhà máy và nhà kho, đưa hàng hóa đến đúng các địa điểm một cách an toàn

2.2.2 Phân loại xe tự hành AGV

a, Phân loại theo công dụng

Có 4 loại AGV là:

- Xe kéo (Towing Vehicle)

- Xe chở (Unit load Vehicle)

- Xe đẩy (Cart Vehicle)

- Xe nâng (Fork Vehicle)

+ Ưu việt của hệ thống xe kéo là

- Khả năng chuyên chở lớn

- Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở

- Hệ thống có thể được thiết kế và lập trình tương thích với các tốc độ sản xuất cũng như đảm bảo an toàn

- Tăng tính an toàn

+ Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các khay nâng, hạ chuyển động bằng băng tải, đai hoặc xích Loại này có ưu điểm:

- Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu

- Thời gian đáp ứng nhanh hơn

- Giảm hư hại sản phẩm

- Đường đi linh hoạt

- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở

- Lập kế hoạch hiệu quả

+ Xe đẩy được cho là có tính linh hoạt cao và rẻ tiền Chúng được sử dụng để chuyên chở vật liệu và phục vụ cho các hệ thống lắp ráp

+ Xe nâng có khả năng nâng các tải trọng đặt trên sàn hoặc trên các bục cao hay các khối hàng đặt trên giá

b, Nếu phân loại theo dạng đường đi thì AGV chia làm các loại như sau:

+ Loại chạy không chạy theo đường dẫn

Có thể di chuyển đến các vị trí bất kỳ trong không gian hoạt động Đây là loại xe AGV có tính linh hoạt cao được định vị vị trí nhờ các cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscop sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để xác định vị trí các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống định vị cục bộ (Local navigation Location) để xác định tọa độ tức thời,…Việc thiết kế loại xe này đòi hỏi công nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại AGV khác

+ Loại chạy theo đường dẫn

Xe AGV thuộc loại này được thiết kế chạy theo các đường dẫn định sẵn gồm các loại đường dẫn như sau:

- Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire) chôn

ngầm dưới nền sàn Khi di chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà xe có thể di chuyển theo đường dây dẫn Loại đường dẫn này không nằm bên trên mặt sàn nên có

mỹ quan tốt, không ảnh hưởng đến các công việc vận hành khác Tuy nhiên khi sử dụng phải tiêu tốn năng lượng cho việc tạo từ tính trong dây, đồng thời đường dẫn là

cố định và không thể thay đổi được

- Đường ray dẫn: Xe AGV được chạy trên các ray định trước trên mặt sàn Loại

này chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng Nó cho phép thiết kế xe đơn giản hơn và có thể di chuyển với tốc độ cao nhưng tính linh hoạt thấp

- Đường băng kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn trên

sàn nhờ các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ Loại này có tính linh hoạt cao vì trong quá trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng nhờ kẻ lại các vạch dẫn Tuy nhiên khi sử dụng, các vạch dẫn có thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăn cho việc điều khiển chính xác xe

+ Thông thường, các bộ phận chính của AGV gồm:

- Các bộ dẫn động và điều khiển: Động cơ, mạch điều khiển, cảm biến, phanh hãm…

- Khay chứa tải: Được thiết kế tùy theo loại AGV và yêu cầu sử dụng

- Nguồn năng lượng: Ắc quy, điện một chiều

- Các hệ thống định vị và truyền thông: Truyền phát tín hiệu, dẫn đường định vị vị trí và xác định đường đi

2.2.3 So sánh xe tự hành AGV chạy theo đường ray và xe tự hành AGV chạy theo vạch sơn

- Về độ linh động

Xe AGV chạy theo vạch sơn linh động cao có thể thay đổi phạm vi hoạt động một cách dễ dàng bằng cách kẻ lại vạch sơn trên sàn nhà chính vì vậy mà AGV chạy theo vạch sơn có thể làm việc tại khu vực đông người như siêu thị, bệnh viện… Xe AGV chạy theo đường ray chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng có đường ray cố định, việc thay đổi phạm vi hoạt động của xe đòi hỏi phải thay đổi hệ thống ray dẫn

- Về nguồn năng lượng cung cấp

Xe AGV chạy theo vạch sơn có độ linh động cao nguồn điện thường dùng là nguồn một chiều từ Pin hoặc Ắc quy Vì vậy thời gian hoạt động của xe AGV chạy theo vạch sơn phụ thuộc vào nguồn cấp Để AGV hoạt động liên tục cần phải mất thời gian sạc hoặc thay đổi nguồn cấp Xe AGV chạy theo đường ray có thể hoạt động liên tục nhờ sử dụng nguồn điện 3 pha

Với yêu cầu làm việc trong hệ thống công nhiệp AGV là loại thiết bị làm việc độc lập, phạm vi hoạt động rộng nên để cấp năng lượng cho xe là một vấn đề lớn khi nguồn năng lượng cấp cho xe là nguồn cố định Khi giải quyết được bài toán này thì rất có lợi cho việc hoạt động độc lập của xe, bởi vì với nguồn năng lượng cố định thì

sẽ không cần phải tính toán đến thời gian hoạt động của xe, đảm bảo độ ổn định của động cơ, khả năng chịu tải cũng lớn hơn Xe AGV chạy theo đường ray được chế tạo cho các hệ thống chuyên dụng nên làm việc có tính chuyên môn hoá cao năng suất cao, chế tạo lại đơn giản hơn các xe AGV khác

Chính vì vậy em chọn thiết kế và chế tao thiết bị điều khiển không dây cầm tay cho xe AGV chạy theo đường ray

2.3 Thiết bị điện, PLC và hệ thống chấp hành

2.3.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha

a, Cấu tạo động cơ điện xoay chiều 3 pha gồm 2 phần chính:

- Phần cảm : gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau một góc 120 độ trong không gian và được cấp điện xoay chiều 3 pha để tạo ra từ trường quay Phần cảm thường đặt ở stato Các cuộn dây pha phần cảm có thể nối theo hình (sao) hay hình (tam giác) tuỳ theo điện áp mỗi cuộn dây pha và tùy theo điện áp lưới điện

- Phần ứng : cũng gồm 3 cuộn dây thường đặt ở roto

b, Nguyên lý làm việc động cơ xoay chiều 3 pha không đồng bộ

- Khi từ trường quay của phần cảm quét qua các dây dẫn phần ứng thì trong các cuộn dây phần ứng xuất hiện sức điện động cảm ứng Nếu mạch phần ứng nối kín thì

có dòng điện cảm ứng sinh ra Từ trường quay lại tác dụng vào chính dòng cảm ứng này một lực có chiều theo quy tắc bàn tay trái và tạo ra momen làm quay phần cảm theo chiều quay của từ trường quay

- Tốc độ quay của phần cảm luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay

c, Đảo chiều quay động cơ KDB

Để đảo chiều quay động cơ điện xoay chiều 3 pha KDB, phải đảo chiều quay của

từ trường quay do stato tạo ra Muốn vậy, chỉ cần đảo chỗ của 2 pha bất kì trong 3 pha của nguồn cấp cho stato

Hình 2.6: Điều khiển động cơ KDB 2 chiều quay

d, Điều chỉnh tốc độ động cơ KDB 3 pha và mạch hãm động năng

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp nguồn cấp đặt vào phần cảm (stato)

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ ở mạch phần ứng (roto)

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn cấp

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ

2.3.2 Biến tần

Ngày nay, việc tự động hóa trong công nghiệp và ổn định tốc độ động cơ đã không còn xa lạ gì với những người đang công tác trong lĩnh vực kỹ thuật Biến tần là một trong những thiết bị điện tử hỗ trợ đắc lực nhất trong việc ổn định tốc độ, thay đổi chiều quay và thay đổi tốc độ động cơ một cách dễ dàng nhất mà hầu hết các xí ghiệp đang sử dụng

Inverter là bộ thiết bị có khả năng thay đổi, điều chỉnh các thông số điện như hiệu điện thế, cường độ dòng điện và tần số của dòng điện

Hình 2.7: Biến tần Mitsubishi 2.3.3 PLC

Khái niệm về PLC

+ PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị có thể lập trình được, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thì (Timer) hay các sự

kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider, Hitachi vv Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết

bị mở rộng khác như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ nhớ Cartridge thêm vào

+ Khái niệm bộ điều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable-control systems)

hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC – Programmable Logic Controller) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết

bị rời cồng kềnh, và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định thì, đếm, v.v…, làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào, được đưa

về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng

Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây; sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng còn có

ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống

điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các

thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thống”, và chúng có các đặc

điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp

- Khả năng kháng nhiễu tốt

- Cấu trúc dạng modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modul

mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng)

-Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hóa

- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng dễ hiểu và dễ sử dụng

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Bảng so sánh với các hệ thống điều khiển khác, so sánh đặc tính kỹ thuật giữa

Mất nhiều thời gian lập trình

Lập trình va lắp đặt đơn giản Khả năng điều

Kém – có rất nhiều mạch điện

tử chuyên dụng

Tốt – các modun được tiêu chuẩn hoá

Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm cho

nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi

Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm:

Hình 2.8 : Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm phát hiện sự suy giảm từ tính do dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài Trường điện từ xoay chiều sinh ra trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể kim loại được phát hiện

2.3.5 Relay

Hình 2.9: Relay

Relay là thiết bị đóng ngắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch động lực

2.4 Phương pháp truyền nhận dữ liệu không dây

Trên không trung có rất nhiều sóng điện từ tồn tại tác động vào máy thu (nhiễu), việc mã hoá, giải mã để đưa ra được tín hiệu truyền đi, thu về đạt độ chính xác cao và loại trừ các tác động sai do môi trường bị nhiễu tác động vào máy thu

Việc mã hóa được coi rất quan trọng trong điều khiển, nó nâng cao độ bảo mật, không bị nhiễu do môi trường xung quanh Một máy phát có mã hoá và máy thu có giải mã sẽ ít bị nhận sai dữ liệu hoặc cũng có thể sửa sai dữ liệu, khó bị nhiễu hơn so với không mã hoá

Dữ liệu được đưa vào máy phát là dạng nối tiếp, trong truyền thông số, các bit 0 hoặc 1 sẽ được đưa vào đầu dữ liệu phát mã hóa và máy thu có nhiệm vụ giải điều chế hoàn lại dạng của tín hiệu này

Việc mã hoá truyền dữ liệu ta có thể làm bằng cách sử dụng các IC mã hoá/giải

mã, lập trình bằng vi điều khiển, mã hoá trực tiếp với PC

Có rất nhiều dạng mã hoá khác nhau như: NRZL (NonReturn- to- Zero- Level), NRZI (NonReturn - to - Zero Inverted), Manchester… Hình dưới là một số dạng mã hóa phổ biến

Hình 2.10 : Mã hóa dữ liệu RF

Điều chế là dùng tín hiệu cần truyền để làm thay đổi một thông số nào đó của một tín hiệu khác, tín hiệu này thực hiện nhiệm vụ mang tín hiệu cần truyền đến nơi thu nên được gọi là sóng mang

Mục đích của điều chế là dời phổ tần của tín hiệu cần truyền đến một vùng phổ tần khác thích hợp với tính chất của đường truyền và nhất là có thể truyền đồng thời nhiều kênh cùng một lúc

Tóm lại, phương pháp điều chế là dùng tín hiệu cần truyền làm thay đổi một thông số nào đó của sóng mang ( biên độ, tần số, pha ) Tùy theo thông số được lựa chọn ta có các phương pháp điều chế khác nhau: điều chế biên độ AM(Amplitude Modulation), điều chế tần số FM (Frequency Modulation), điều chế pha M

Điều chế AM (Amplitude Modulation)

Dữ liệu số có thể được truyền bằng phương pháp điều chế AM, trong trường hợp này gọi là kỹ thuật dời biên( ASK- Amplitude Shift Keying) Bit 1 được truyền đi bởi sóng mang có biên độ E1, bit 0 được truyền đi bởi sóng mang có biên độ E2 Hình dưới minh họa tín hiệu ASK

Hình 2.11: Điều chế AM

Điều chế FM (Frequency Modulation)

Dữ liệu số có thể được truyền bằng phương pháp điều chế FM, trong trường hợp này gọi là kỹ thuật dời tần( ASK- Frequency Shift Keying)

FSK được dùng rộng rãi trong truyền số liệu Trong FSK bit 1 được truyền bởi tần

số fm, và bit 0 được truyền đi bởi tần số fs Hình dưới minh họa tín hiệu điều chế FSK

Hình 2.12 : Điều chế FM

2.5 Một số bộ thu phát RF

Hiện nay có nhiều vi mạch hỗ trợ xử lý tín hiệu không dây được sử dụng như PT2248, PT2249, PT9148, PT2262, PT2272, PT9149, HT12D… Các vi mạch này truyền dữ liệu cho mục đích điều khiển thiết bị, thông tin được truyền đi đã được mã hoá sẵn, số bit dữ liệu truyền đi thấp Ngoài ra, người ta có thể sử dụng kết hợp các vi mạch này với các vi điều khiển hoặc sử dụng các vi điều khiển có tích hợp RF( như một số dòng vi điều khiển RF của hãng Microchip.) Một số các bộ phát dạng nút nhấn hoặc các bộ phát sử dụng vi điều khiển hay ghép nối với máy tính cũng được dùng Hình dưới là một mẫu môdun phát RF 4 kênh dạng nút nhấn sử dụng IC PT2262

có sẵn trên thị trường

Hình 2.13 : Bộ phát RF dạng đơn giản

Hình 2.14 : Bộ thu RF dạng đơn giản

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài

Địa điểm tiến hành đề tài:

Đề tài đã được tiến hành tại “TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI- KHU CÔNG NGHỆ CAO” từ ngày 16/03/2011 đến ngày 6/06/2011

Từ ngày 16/3 - 16/4 tìm hiểu tài liệu viết đề cương

Từ ngày 16/4 – 16/5 chế tạo và lập trình cho mạch điều khiển

Từ ngày 16/5 – 29/5 viết luận văn

Từ ngày 24/5 – 6/ 6 chỉnh sửa luận văn

3.2 Đối tượng nghiên cứu

+Tìm hiểu, thiết kế và chế tạo bộ điều khiển cầm tay cho xe tự hành AGV phục

vụ dây chuyền lắp ráp Công Nghiệp

3.3 Phương pháp thực hiện đề tài

3.3.1 Phương pháp thực hiện phần cơ khí

Khảo sát xe tự hành AGV tại Trung Tâm

3.3.2 Phương pháp thực hiện phần điện tử

+ Vẽ sơ đồ mạch nguyên lí

+ Vẽ mạch in

+ Thiết kế và thi công mạch

3.4 Phương tiện thực hiện đề tài

+ Các tài liệu và giáo trình nghiên cứu liên quan

+ Máy tính cá nhân

+ Máy chụp ảnh

+ Đồng hồ VOM

+ Các phần mềm sử dụng:

- Phần mềm thiết kế mạch in Orcad

- Phần mềm Autocad

- Phần mềm AS/RS control

Chương 4

THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

4.1 Khảo sát xe tự hành tại trung tâm công nghệ cao

4.1.1 Giới thiệu về xe tự hành AGV tại Trung Tâm

Xe tự hành AGV tại Trung Tâm là xe chạy theo đường ray Nó có nhiệm vụ chở hàng đến các trạm cố định Phục vụ cho hệ thống lưu/xuất kho tự động

Hình 4.1 : Xe AGV tại Trung Tâm 4.1.2 Thông số kỹ thuật xe AGV

- Kích thước khung xe : Dài, rộng, cao = 1500-800-600 mm

4.1.3 Sơ lược về cấu tạo

Hình 4.2 : Cấu tạo xe AGV

b, Nguyên lý hoạt động xe AGV

Nguyên lý vận hành của AGV chạy bám theo đường ray như sau: Khi di chuyển,

xe chạy với tốc độ ổn định Nó có thể dừng khẩn cấp, di chuyển tiến lùi Tới chỗ rẽ trái

nó sẽ thực hiện rẽ trái nhờ bánh dẫn hướng Bánh xe phía sau được truyền động bởi một động cơ 3 pha Khi có yêu cầu động cơ này có thể quay thuận hoặc nghịch giúp cho xe tự hành có thể tiến hoặc lùi Trục động cơ được gắn bởi phanh điện từ sẽ tác