BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIBÁO CÁO TỔNG KẾTĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊNNghiên cứu thiết kế mô hình robot tự hành AGV ứng dụng vận chuyển trong nhà xưởngTỔNG QUAN ROBOT TỰ HÀNH AGV Thành phần cấu tạo của xe AGVTÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊXÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆMKhung robot AGVRobot AGV chở hàng trong nhà xưởngRobot AGV kéo hàngRobot AGV chở hàngRobot AGV đẩy hàngRobot AGV nâng hàngLoại chạy không theo đườngLoại chạy theo đường dẫnMạch ArduinoGiao diện vào Ports (COMLPT)Giao diện ArduinoGiao diện Arduinohướng dẫn nạp chương trìnhMega 2560Ac quy 12V 6APin cell 18650Mạch dò lineSơ đồ nguyên lýCác chân HC_SRF04Nguyên lý hoạt độngĐộng cơ PlanetCấu trúc bộ điều khiển tốc độ động cơLCD 20x4ALED cảnh báoHình 3.1 Mô hình thực nghiệmMạch dò lineCách kết nối chân SRF04Mạch cầu ĐôiMô hình Robot AGV
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN Nghiên cứu thiết kế mơ hình robot tự hành AGV ứng dụng vận chuyển nhà xưởng Trần Anh Tuấn Tự động hóa 3-K10 Đinh Văn Tồn Tự động hóa 3-K11 Nguyễn Văn Huy Tự động hóa 3-K11 Nguyễn Văn Quân Tự động hóa 3-K11 Lê Xuân Tiến Lộc Tự động hóa 3-K11 Khoa: Điện Người hướng dẫn: TS Phạm Văn Quang Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2019 Nghiên cứu KHCN MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT TỰ HÀNH AGV 1.1 Khái quát chung 1.2 Phân loại .10 1.2.1 Phân loại theo chức .10 1.2.2 Phân loại theo dạng đường 12 1.3 Thành phần cấu tạo xe AGV 13 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 14 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống .14 2.2 Chức khối .15 2.3 Acquy Và Khối Nguồn 5V 21 2.4 Khối cảm biến .22 2.5 Khối động 25 2.5.1 Chọn động 25 2.5.2 Khối Driver Điều Khiển Động Cơ 26 2.5.3 Phương pháp điều chỉnh: 26 2.6 Khối hiển thị 27 2.7 Khối cảnh báo .27 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 28 3.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán 28 3.1.1 Đặc điểm công nghệ .28 3.1.2 Bảng địa 28 3.1.3 Các lưu đồ thuật toán .29 3.2 Mơ hình thực nghiệm 35 Page Nghiên cứu KHCN 3.2.1 Khung robot AGV 36 3.2.2 Bánh xe 36 3.2.3 Thiết kế cấu nâng hạ hàng 36 3.2.4 Cảm biên 36 3.2.5 Mạch cầu Đôi (kết hợp từ cầu H) 37 DANH MỤC HÌNH ẢNH Page Nghiên cứu KHCN Hình 1.1 Robot AGV chở hàng nhà xưởng Hình 1.2 Robot AGV kéo hàng .11 Hình 1.3 Robot AGV chở hàng .11 Hình 1.4 Robot AGV đẩy hàng .11 Hình 1.5 Robot AGV nâng hàng 12 Hình 1.6 Loại chạy khơng theo đường 12 Hình 1.7 Loại chạy theo đường dẫn 12 Hình 2.1 Mạch Arduino 15 Hình 2.2 Giao diện vào Ports (COM&LPT) 17 Hình 2.3 Giao diện Arduino 18 Hình 2.4 Giao diện Arduino-hướng dẫn nạp chương trình 18 Hình 2.5 Mega 2560 .20 Hình 2.6 Ac quy 12V /6A .22 Hình 2.7 Pin cell 18650 22 Hình 2.8 Mạch dò line 22 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý .23 Hình 2.11 Các chân HC_SRF04 .23 Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động 23 Hình 2.12 Động Planet .25 Hình 2.13 Cấu trúc điều khiển tốc độ động 26 Hình 2.14 LCD 20x4A 27 Hình 2.16 LED cảnh báo 27 Hình 2.16 Còi 27 Hình 3.1 Mơ hình thực nghiệm .35 Hình 3.2 Mạch dò line 36 Page Nghiên cứu KHCN Hình 3.3 Cách kết nối chân SRF04 37 Hình 3.4 Mạch cầu Đơi 37 Hình 3.5 Mơ hình Robot AGV 38 LỜI CẢM ƠN Được đồng ý ủng hộ môn Thiết Bị Điện, Khoa Điện, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội hướng dẫn Thầy giáo TS Phạm Văn Cường, Page Nghiên cứu KHCN chúng em thực đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mơ hình Robot tự hành AGV ứng dụng vận chuyển nhà xưởng” Để hoàn thành đề tài nghiên cứu chúng em xin xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Phạm Văn Cường hướng dẫn tận tình, chu đáo từ ngày bắt đầu Thầy nhiệt huyết theo dỗi bước chúng em Cuối chúng em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện ln giúp đỡ, góp ý, ủng hộ động viên để chúng em hoàn thành tốt nghiên cứu Trong qua trình nghiên cứu chúng em vấp phải nhiều khó khăn, hạn chế kiến thức non kinh nghiệm nên chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa thấy Chúng em mong nhận góp ý q thầy để đề tài chúng em hoàn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2019 Nhóm sinh viên PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đất nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa đại hóa Để tiến kịp nước khu vực giới, công nghiệp nước nhà cần tiếp cận Page Nghiên cứu KHCN công nghệ thiết bị đại Các cán kĩ thuật cần trang bị kiến thức mới, đẩy nhanh trình phát triển đất nước Kĩ thuật robot ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhiều nước, đem lại hiệu to lớn sản xuất cơng nghiệp, quốc phòng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot sản xuất hoi Việc ứng dụng robot cơng nghiệp lĩnh vực mẻ công nghiệp nước nhà Trong xu hướng phát triển chung việc nghiên cứu khoa học sử dụng robot Việt nam chắn phát triển Hiện nay, hầu hết ngành công nghiệp nước ta có quy mơ lớn chất lượng chưa cao hạn chế khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị thơ sơ nên suất lao động đạt mức trung bình, lợi nhuận thấp phải sử dụng lượng công nhân lớn Automated Guided Vehicle (AGV) loại robot sử dụng nước ngành công nghiệp dùng để chuyên chở tự động Tuy nhiên Việt Nam cơng nghệ chưa áp dụng nhiều thực tế Nắm bắt tình hình , tiếp thu kiến thức giáo dục nhà trường mong muốn nâng cao suất lao động cho ngành công nghiệp nước nhà thực nghiên cứu chế tạo Robot AGV với chi phí chế tạo thấp kết cấu đơn giản mang lại hiệu cao Từ ưu điểm robot AGV, nhóm định thực đề tài:“Nghiên cứu thiết kế mơ hình Robot tự hành AGV ứng dụng vận chuyển nhà xưởng” Mục đích nghiên cứu - Làm quen với việc nghiên cứu khoa học - Thiết kế, chế tạo lắp ráp mơ hình robot AGV - Nâng cao khả nghiên cứu khoa học - Dần tiếp cận với thực tiến - Giúp chúng em hiểu nguyên lý, ứng dụng robot AGV Đối tượng nghiên cứu Đối tượng: Robot AGV Giả thuyết nghiên cứu Sau trình nghiên cứu thực nghiệm nhằm hướng tới ứng dụng Robot AGV vào lĩnh vực vận chuyển hàng hóa thay sức lao động người Page Nghiên cứu KHCN Phương pháp nghiên cứu Nắm bắt quy trình vận hành robot AGV , từ làm tảng cho nhóm phát triển nghiên cứu AGV Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thiết kế, chế tạo thử nghiệm, thử nghiệm hoạt động hồn chỉnh mơ hình Kế thừa phát huy thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến đại, nhóm nghiên cứu đưa nhiều ý tưởng công nghệ phù hợp với giải pháp đề tài Ý nghĩa thực tiễn đề tài Tự động hóa q trình vận chuy ển hàng hóa giúp nâng cao suất lao động, mang lại lợi nhuận trực tiếp cho công ty Việt Nam Góp phần rút ngắn khoảng cách công ty n ước doanh nghi ệp nước ngồi việc ứng dụng cơng nghệ vào sản xuất , bắt kịp th ời đại công nghiệp 4.0 Bên cạnh thể lĩnh tầm hiểu biết ngày nâng cao sinh viên nắm bắt kiến thức khoa học kỹ thuật vận dụng cách sáng tạo, có hiệu vào thực tiễn sống Page Nghiên cứu KHCN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT TỰ HÀNH AGV 1.1 Khái quát chung Robot AGV tồn từ năm 1953 Barrett Electronics Of Northbrook, bang Illinois – USA, Savant Automation of Walker, bang Michigan – USA Một nhà phát minh với giấc mơ sáng chế phương pháp tự động hóa người xe tải kéo mà sử dụng nhà máy nhiều năm Lúc đầu xe kéo nhỏ chạy theo đường dẫn Hệ thống hướng dẫn tạo xuất cảm biến dò theo từ trường AGV tồn mức năm 70 Công nghệ lúc điều khiển hệ thống để mở rộng khả tính linh hoạt Xe khơng dùng để kéo rơ mc kho, mà sử dụng trình sản xuất, làm việc, hệ thống lắp ráp ô tô Qua nhiều năm, cơng nghệ trở nên tinh vi hơn, ngày AGV chủ yếu định vị hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle) Trong trình tự hành, LGV lập trình để giao tiếp với robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm chuyển qua trạm, kho nơi mà sau chúng lại chuyển đến vị trí khác Ngày nay, LGV đóng vai trò quan trọng thiết kế nhà máy nhà kho, đưa hàng hóa đến địa điểm cách an toàn Khái niệm Robot AGV khái niệm chung tất hệ thống có khả vận chuyển mà khơng cần người lái Trong công nghiệp AGV hiểu xe chuyên chở tự động áp dụng lĩnh vực (Hình 1.1) Hình Robot AGV chở hàng nhà xưởng - Cung cấp xếp linh kiện khu vực kho sản xuất Page Nghiên cứu KHCN - Chuyển hàng trạm sản xuất - Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt bán buôn - Cung cấp, xếp lĩnh vực đặc biệt bệnh viện, siêu thị, văn phòng … Hình Robot AGV kéo hàng Qua tất ứng dụng trên, AGV thể rõ hiệu như: Giúp giảm thiệt hại kiểm kê, xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhân lực, công việc lặp lặp lại v.v… AGV giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu sản xuất Robot AGV hệ thống an tồn, bền bỉ mang lại lợi ích cho cơng ty có thời gian hoạt động sản xuất lâu dài Chúng chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hàng cấp phát cho số vị trí làm việc định 1.2 Phân loại Robot AGV phân loại theo dạng: Theo chức năng: Robot kéo Robot chở Robot đẩy Robot nâng Theo đường đi: Loại chạy không chạy theo đường dẫn Loại chạy theo đường dẫn 1.2.1 Phân loại theo chức • Robot kéo (Towing Vehicle) (Hình 1.2) Robot kéo xuất bay thịnh hành Loại kéo nhiều loại toa hàng khác chở từ 8000 đến 60000 pounds Ưu điểm hệ thống Robot kéo: Page 10 Nghiên cứu KHCN 3.2.1 Khung robot AGV Khung robot thành phần quan trọng AGV khung robot chứa đựng tất thành phần chuyển động phần điều khiển, việc chế tạo khung robot ảnh hướng đến ổn định, tính linh hoạt robot Với yêu cầu nhỏ gọn chắn, nhóm thống chọn thiết kế khung robot inox với kích thước 500 x 400 x 300 (mm) 3.2.2 Bánh xe Bánh xe chọn với đường kính D = 100 mm, độ dày bánh xe 50 mm, đảm bảo yêu cầu làm việc với yêu cầu kích thước nhỏ gọn 3.2.3 Thiết kế cấu nâng hạ hàng Để vận chuyển hàng vào kho cần có phương pháp kết nối hàng robot AGV, nhóm em thống phương pháp nâng hạ, sử dụng trụ nâng hạ có nhiệm vụ nâng hàng vừa tạo chuyển động uyển chuyển cho robot AGV, dùng động hộp số để nâng hạ trụ nâng 3.2.4 Cảm biên Gồm cảm biến chính:dò line cảm biến siêu âm SRF004 Dò line (Hình 3.2) Cảm biến cảm ứng từ làm nhiệm vụ dò đường, để dò xác chạy theo line cảm biến cần đặt thành hàng thẳng gắn chung cấu gắn cảm biến Hình Mạch dò line Page 32 Nghiên cứu KHCN Cảm biến siêu âm Cảm biến siêu âm HC-SR04 (Hình 3.3) có chức phát sóng siêu âm nhận sóng siêu âm phản hồi ngược lại có vật cản Do vậy, cảm biến siêu âm SRF04 ứng dụng việc đo khoảng cách, hay sử dụng để phát hiện, né tránh vật cản Hình Cách kết nối chân SRF04 3.2.5 Mạch cầu Đôi (kết hợp từ cầu H) Mạch cầu H (Hình 3.4) cấu tạo transitor Fet Tác dụng transitor Fet van đóng mở dẫn dòng điện từ nguồn xuống tải với cơng suất lớn Tìn hiệu điều khiển van tín hiệu nhỏ (điện áp hay dòng điện) cho dẫn dòng điện áp lớn để cung cấp cho tải Mạch cầu H đảo chiều dòng điện qua tải nên hay dùng mạch điều Hình Mạch cầu Đơi khiển động DC mạch băm áp Đối với mạch điều khiển động mạch cầu H đảo chiều động đơn giản Chỉ cần mở khóa van chiều mà muốn SẢN PHẨM SAU KHI HỒN THIỆN Page 33 Hình Mơ hình Robot AGV Nghiên cứu KHCN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.Kết luận Page 34 Nghiên cứu KHCN Đề tài “Nghiên cứu thiết kế mơ hình robot tự hành AGV ứng dụng vận chuyển nhà xưởng” bước đầu hoàn thiện đáp ứng yêu cầu đề tài Sau nhóm chúng em làm xong đề tài, chúng em có số nhận xét sau: Ưu điểm * Mơ hình mạch nhỏ gọn, phù hợp với việc học tập nghiên cứu * Chi phí đầu tư cho mơ hình thấp đem lại hiệu cao Nhược điểm: * Các thiết bị sử dụng mơ hình thiết bị đại trà dễ kiếm độ bền thấp, làm thực tế cần sử dụng thiết bị có độ bền cao 2.Hướng phát triển Hiện nay, đặc biệt công nghiệp 4.0 dây truyền sản xuất đòi hỏi tính chun mơn hóa cao nên viêc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất phát triển theo nhiều hướng đại Dựa tình hình nhóm chúng em định hướng phát triển cho mơ hình để bám sát nhu cầu thị trường thơng qua: * Có thể nâng cấp lên sử dụng thiết bị giám sát cao camera * Hướng tới việc tích hợp khả giao tiếp cho robot AGV thông qua wifi, bluetooth….Qua tạo lên quy trình làm việc khép kín có tính chun mơn cao * Mở rộng ứng dụng robot AGV: Ngoài việc vận chuyển hành nhà xưởng ứng dụng bệnh viện qua việc xếp dụng cụ y tế thư viện lớn cho việc xếp sách… PHỤ LỤC Chương trình code #define in1 #define in2 Page 35 Nghiên cứu KHCN #define enA 12 // -banh trai #define in3 10 #define in4 #define enB 11 // banh phai #define in1_2 14 #define in2_2 15 // - dieu khien dong co nang/ha #define in3_2 19 #define in4_2 18 // - dieu khien coi #define trig 17 // chân trig HC-SR04 #define echo 16 // chân echo HC-SR04 #define led_right A6 // led phai #define led_left A7 // led trai #define ss1 // Khai bao chân line #define ss2 #define ss3 #define ss4 #define ss5 unsigned int Sensor[5] ; float Kp = 4,Ki = 0.005 ,Kd = 0.003; float P = 0, D = 0, I = , PID_value = 0; float previous_error = 0; // lỗi trước Page 36 Nghiên cứu KHCN int PID_trai, PID_phai; // gia tri PID cho động trái / phải unsigned int gia_tri_dong_co = 40; // giá trị tốc độ ban đầu động float vt; int error; int num, num1=0; long t; // thoi gian tinh tu luc phat xung den nhan duoc phan hoi float d; // tinh khoang cach void setup() { Serial.begin(9600); for(byte i=2;i