Thiết kế và thi công xe kéo hàng tự động AGV

Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta đều có quy mô lớn nhưngchất lượng chưa cao do những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị còn thô sơ nên năng suất lao động chỉ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG

KHOA CƠ ĐIỆN

 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

XE KÉO HÀNG TỰ ĐỘNG AGV

LÊ MINH TRÍ Giảng viên hướng dẫn: Th.s Trần Văn Thành

BIÊN HÒA, 12/2012

Kĩ thuật robot đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiềunước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong quốc phòng, y

tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot trong sản xuất củachúng ta còn hiếm hoi Việc ứng dụng robot công nghiệp hiện vẫn còn là lĩnh vực mới

mẻ đối với nền công nghiệp nước nhà Trong xu hướng phát triển chung việc nghiêncứu và sử dụng robot ở Việt nam chắc chắn sẽ phát triển

Hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta đều có quy mô lớn nhưngchất lượng chưa cao do những hạn chế về khoa học kĩ thuật, máy móc thiết bị còn thô

sơ nên năng suất lao động chỉ đạt ở mức trung bình vì lợi nhuận giảm do phải thuêmướn một lượng công nhân rất lớn, Changshin cũng không tránh khỏi tình trạng đó.AGV là một loại robot được sử dụng tại nước ngoài trong các ngành công nghiệpdùng để chuyên chở tự động Tuy nhiên đối với Việt Nam thì công nghệ này vẫn chưađược áp dụng nhiều trong thực tế Nắm bắt tình hình của công ty Changshin, BanNghiên cứu và phát triển của công ty đã hợp tác với Trường Đại Học Lạc Hồng và tạođiều kiện thuận lợi nhất để sinh viên tham gia nghiên cứu khoa học Tiếp thu kiến thứcgiáo dục của nhà trường và mong muốn nâng cao năng suất lao động cho công tyChangshin, nhóm chúng tôi đã thực hiện và nghiên cứu chế tạo xe AUTO AGV vớichi phí chế tạo thấp nhất và kết cấu đơn giản nhất nhưng mang lại hiệu quả cao nhất

Đề tài: “ Thiết kế và thi công xe vận chuyển giầy tự động AUTO AGV” hy vọng sẽ

mang lại bước phát triển mới cho công ty Changshin Việt Nam

Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Phương pháp quan sát thực tế: nhóm chúng tôi đã có thời gian tiếp cận với quytrình sản xuất trong công ty Changshin Việt Nam từ đó tìm ra những công đoạn cần cảitiến về máy móc để nâng cao năng suất lao động

Kế thừa và phát huy những thành tựu về khoa học công nghệ tiên tiến và hiệnđại, nhóm nghiên cứu đã đưa ra nhiều ý tưởng cũng như công nghệ phù hợp với giảipháp của đề tài Từ đó lựa chọn giải pháp tốt nhất, mang lại lợi nhuận cao nhất chocông ty để thực hiện việc thiết kế và thi công.

Quá trình tiến hành thiết kế

Việc đầu tiên nhóm phải làm đó là nghiên cứu thật kĩ lưỡng các chi tiết của xeAGV trên thế giới Sau khi nghiên cứu kĩ lưỡng các cơ cấu chuyển động cũng như quytrình hoạt động của xe AGV, nhóm tiến hành quan sát các quy trình vận hành cũng nhưsản xuất trong công ty Changshin để đưa ra kết cấu xe sao cho phù hợp nhất

Nhóm nhận thấy không thể thiết kế xe AGV ngay một lúc được mà nhóm phảinghiên cứu từng giai đoạn, kiểm tra tính khả thi cho các ý tưởng Nhóm tiến hành thửcác phương án cho từng giai đoạn, sau đó tìm ra phương án hợp lí nhất, tiết kiệm chiphí nhất mà hiệu quả đối với công ty Changshin

Mục tiêu đã đạt đƣợc

- Nâng cao tính tự động hóa

- Hạn chế công nhân và chi phí

- Tính thẩm mỹ cao

- Tăng tính kinh tế

Đề tài được đánh giá là một trong những đề tài mới có tính tự động hóa cao, phùhợp với sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà

Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Mang đến những bước tiến vượt trội trong việc áp dụng khoa học công nghệ hiệnđại vào trong quy trình sản xuất, là nền tảng cơ sở để xây dựng những quy trình tựđộng hóa với những thiết bị máy móc tốt nhất trong tương lai Bên cạnh đó nó còn thểhiện bản lĩnh cũng như tầm hiểu biết ngày càng được nâng cao của sinh viên khi có thểnắm bắt những kiến thức về khoa học kỹ thuật và vận dụng một cách sáng tạo, có hiệuquả vào thực tiễn cuộc sống

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Tự động hóa trong sản xuất hàng hóa và nâng cao năng suất lao động, cải thiệnchất lượng sản phẩm, mang lại lợi nhuận trực tiếp cho công ty Changshin Việt Nam

Chương 1

TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu xe AGV

Khái niệm xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) là một khái niệmchung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái Trongcông nghiệp AGV được hiểu là các xe chuyên chở tự động được áp dụng trong các lĩnhvực

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

- Chuyển hàng giữa các trạm sản xuất

- Phân phối, cung ứng sản phẩm, đặc biệt trong bán buôn

- Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viện, siêu thị, vănphòng …

Qua tất cả các ứng dụng trên, AGV thể hiện rất rõ hiệu quả của mình như: Giúpgiảm thiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồn nhânlực v.v…

AGV còn giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sản xuất Chúng có thể đượcchế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hàng cấp phát cho một số vị trí làm việc nhấtđịnh

Hình 1.1 AGV vận chuyển hàng hóa trong nhà máy

1.2 Lịch sử phát triển của AGV

Hệ thống xe dẫn hướng tự động (AGVS) đã tồn tại từ năm 1953 bởi BarrettElectronics Of Northbrook, bang Illinois – USA, nay là Savant Automation of Walker,bang Michigan – USA Một nhà phát minh với một giấc mơ sáng chế ra một phương

pháp tự động hóa con người trên chiếc xe tải kéo mà đã được sử dụng trong các nhàmáy trong nhiều năm Lúc đầu chỉ là một chiếc xe kéo nhỏ chạy theo một đường dẫn.

Hệ thống hướng dẫn đầu tiên được tạo ra khi xuất hiện các cảm biến dò theo một từtrường AGV tồn tại ở mức này cho đến giữa những năm 70 Công nghệ lúc này đãđiều khiển các hệ thống để mở rộng khả năng và tính linh hoạt Xe không chỉ còn đượcdùng để kéo rơ moóc trong kho, mà còn được sử dụng trong quá trình sản xuất, làmviệc, và các hệ thống lắp ráp ô tô

Qua nhiều năm, khi công nghệ trở nên tinh vi hơn, thì ngày nay các AGV chủyếu được định vị bởi hệ thống Lazer LGV (Lazer Guided Vehicle) Trong quá trình tựhành, LGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác nhằm đảm bảo sản phẩmđược chuyển qua các trạm, kho nơi mà sau đó chúng được giữa lại hoặc chuyển đếnmột vị trí khác Ngày nay, LGV đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các nhà máy vànhà kho, đưa hàng hóa đến đúng địa điểm một cách an toàn

1.3 Phân loại AGV

1.3.1 Phân loại theo chức

năng Xe kéo (Towing Vehicle)

Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn còn thịnh hành Loại này có thể kéođược nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 60000 pounds

Ưu điểm của hệ thống xe kéo:

Xe chở (Unit Load Vehicle)

Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các nâng, hạ chuyền 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 gọn

- Giảm hư hại tài sản

- Đường đi linh hoạt

- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở

- Lập kế hoạch hiệu quả

Hình 1.3 AGV chở hàng

Xe đẩy (Cart Vehicle)

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

Xe nâng (Fork Vehicle)

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

Hình 1.4 Mô hình xe nâng

1.3.2 Phân loại theo dạng đường đi

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

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 hồichuyển (Gyroscop sensor) để xác định hướng di chuyển, cảm biến laser để xác định vịtrí các vật thể xung quanh trong quá trình di chuyển, hệ thống định vị cục bộ (Localnavigation Location) để xác định tọa độ tức thời,…Việc thiết kế loại xe này đòi hỏicông nghệ cao và phức tạp hơn so với các loại AGV khác

Loại chạy theo đường dẫn (Fixed path navigation)

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

- Đường dẫn từ: Là loại đường dẫn có cấu tạo là dây từ (Magnetic wire) chônngầm dưới nền sàn Khi di chuyển, nhờ có các cảm biến cảm ứng từ mà xe có thể dichuyển 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 sửdụng 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 Loạinày chỉ sử dụng đối với những hệ thống chuyên dụng Nó cho phép thiết kế xe đơngiản 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 trênsàn nhờ các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ Loại này có tính linh hoạt cao vì trongquá trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng nhờ kẻ lại cácvạch dẫn Tuy nhiên khi sử dụng, các vạch dẫn có thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăncho việc điều khiển chính xác xe

1.4 Thành cấu tạo của xe AGV

Các bộ phận chính của AGV bao gồm:

Các bộ phận dẫn động: Động cơ, cơ cấu nâng hạ và giảm tốc, phanh hãm… Các bộ phận điều khiển: mạch điều khiển, cảm biến, đèn báo tín hiệu

Bộ phận kết nối 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: dẫn đường định vị vị trí và xác định đường đi

Truyền thông: Truyền phát tín hiệu từ các modul truyền thông điều khiển hoạtđộng của xe

1.4.1 Vi điều khiển Atemega 8:

Những Tính Năng Chính Của ATmega8

Có 8Kbyte bộ nhớ flash

Có thể xóa lập trình được và có thể chịu được 10000 lần ghi xóa

Có 32 thanh ghi đa năng 8 bit

Có 512 byte bộ nhớ EEPROM tích hợp trên chíp,

Có 1 kbyte SRAM nội

Có hai bộ Timer/counter 8 bit và một bộ timer/counter 16 bit với bộ chia tần lậptrình được

Có ba kênh điều xung, 6 kênh lối vào chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit Atmega 8 có 28 chân, trong đó có 23 cổng vào ra

Nguồn nuôi từ 2.7 đến 5.5 đối với Atmega8L và từ 4.5 đến 5.5 đối vớiAtmega8, làm việc tiêu thụ dòng 3.6mA

Sử dụng mạch dao động ngoài từ 0 đến 8 Mhz với Atmega8L và từ 0 đến 16 Mhz với Atmega8.

Ngoài ra chíp Atmega8 còn có bộ xung nội bên trong có thể lập trình chế độ xung nhịp

Bộ Nhớ Dữ Liệu : Bộ nhớ dữ liệu của AVR chia làm 2 phần chính là bộ nhớ SRAM và bộ nhớ EEPROM Tuy cùng là bộ nhớ dữ liệu nhưng hai bộ nhớ nàylại tách biệt nhau và được đánh địa chỉ riêng

Dưới đây là sơ đồ khối của Atmega8:

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc Atmega8

Cấu trúc tổng quát AVR

AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình

và dữ liệu Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock Bộ nhớ chươngtrình được lưu trong bộ nhớ Flash

ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung Các phép toán đượcthực hiện trong một chu kỳ xung clock Hoạt động của ALU được chia làm 3 loại: đại

số, logic và theo bit

Cấu trúc ngắt của atmega 8.

Ngắt là một cơ chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết về tình trạngsẵn sàng cho đổi dữ liệu của mình

Khi có tín hiệu báo ngắt CPU sẽ tạm dừng công việc đạng thực hiện lại và lưu

vị trí đang thực hiện chương trình (con trỏ PC) vào ngăn xếp sau đó trỏ tới vector phục

vụ ngắt và thực hiện chương trình phục vụ ngắt đó cho tới khi gặp lệnh RETI (returnfrom interrup) thì CPU lại lấy PC từ ngăn xếp ra và tiếp tục thực hiện chương trình màtrước khi có ngắt nó đang thực hiện Trong trường hợp mà có nhiều ngắt yêu cầu cùngmột lúc thì CPU sẽ lưu các cờ báo ngắt đó lại và thực hiện lần lượt các ngắt theo mức

ưu tiên Trong khi đang thực hiện ngắt mà xuất hiện ngắt mới thì sẽ xảy ra hai trườnghợp Trường hợp ngắt này có mức ưu tiên cao hơn thì nó sẽ được phục vụ Còn nó mà

có mức ưu tiên thấp hơn thì nó sẽ bị bỏ qua

Bộ nhớ ngăn xếp là vùng bất kì trong SRAM từ địa chỉ 0x60 trở lên Để truynhập vào SRAM thông thường thì ta dùng con trỏ X,Y,Z và để truy nhập vào SRAMtheo kiểu ngăn xếp thì ta dùng con trỏ SP Con trỏ này là một thanh ghi 16 bit và đượctruy nhập như hai thanh ghi 8 bit chung có địa chỉ : SPL: 0x3D/0x5D(IO/SRAM) vàSPH: 0x3E/0x5E

Khi chương trình phục vụ ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưuvào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm 1khi thực hiện lệnh push Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng

1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2 Như vậy contrỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước khi mộtchương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ Và giá trị ngăn xếp

ít nhất cũng phải lớn hơn 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi

Hình 1.6 Bảng vecto ngắt

Các ngắt ngoài được kích hoạt bởi 2 chân INT0 và INT1 Chú ý rằng nếu đãkích hoạt, các ngắt sẽ kích bằng (trigger even) nếu các chân INT0, INT1 được cấuhình là các ngõ ra

Cái đặc điểm này cung cấp 1 con đường chung cho ngắt mềm Các ngắt ngoài

có thể được kích bởi cạnh xuống hoặc lên hoặc mức thấp Sự cài đặt này được chỉ địnhđặc biệt trong thanh ghi điều khiển MCU – MCUCR

Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Flash)

Bộ nhớ Flash 16KB của Atmega8 dùng để lưu trữ chương trình Do các lệnhcủa AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash được sắp xếp theo kiểu 8KX16 Bộnhớ Flash được chia làm 2 phần, phần dành cho chương trình boot và phần dành chochương trình ứng dụng

Các cổng vào ra (I/O)

Vi điều khiển atmega8 có 23 đường vào ra chia làm 2 nhóm 8 bit, một nhóm 7bit Các đường vào ra này có rất nhiều tính năng và có thể lập trình được Ở đây ta sẽxét chúng là các cổng vào ra số Nếu xét trên mặt này thì các cổng vào ra này là cổngvào ra hai chiều có thể định hướng theo từng bit Và chứa cả điện trở pull-up (có thểlập trình được) Mặc dù mỗi port có các đặc điểm riêng nhưng khi xét chúng là cáccổng vào ra số thì dường như điều khiển vào ra dữ liệu thì hoàn toàn như nhau Chúng

ta có thanh ghi và một địa chỉ cổng đối với mỗi cổng, đó là : thanh ghi dữ liệu cổng( PORTB, PORTC, PORTD), thanh ghi dữ liệu điều khiển cổng (DDRB, DDRC,DDRD) và cuối cùng là địa chỉ chân vào của cổng (PINB, PINC, PIND)

1.4.2 Động cơ DC servo 55ZYTD51

Động cơ DC servo 55ZYTD51 là động cơ servo nam châm vĩnh cửu có chổithan Động cơ được dùng cho các ứng dụng đòi hỏi sự chính xác Động cơ được gắnmột encoder kèm theo để phản hồi vị trí cho bộ điều khiển.

Các ƣu điểm:

Tính năng kỹ thuật cao

Chi phí thấp

Nhiễu tạp nhỏ

Kèm theo encoder (1000 xung), lỗi vị trí có thể được giới hạn đến một xung

Hình 1.7 Động cơ Dc servo 55ZYTD51

Các ứng dụng điển hình:

Dùng trong các máy khắc, máy cắt, máy phun mực

Máy chỉ dẫn và cài đặt thí nghiệm

Các thiết bị đo lường như các dụng cụ phân tích, mô phỏng…

Sử dụng trong robot cần đạt độ chính xác cao

1.4.3 Hệ thống điều khiển không dây

Tổng quan về truyền thông nối tiếp không đồng bộ:

Khi một bộ vi xử lý truyền thông với thế giới bên ngoài thì nó cấp dữ liệu dướidạng từng khúc 8 byte một Trong một số trường hợp chẳng hạn như các máy in thìthông tin đơn giản được lấy từ đường bus dữ liệu 8 bít và được gửi đi tới bus dữ liệu 8byte của máy in Điều này có thể làm việc chỉ khi đường cáp bus không quá dài vì cácđường cáp dài làm suy giảm thậm chí làm méo tín hiệu Ngoài ra, đường dữ liệu 8 bytegiá thường đắt Vì những lý do này, việc truyền thông nối tiếp được dùng để truyền dữ

liệu giữa hai hệ thống ở cách xa nhau hàng trăm đến hàng triệu dặm Hình dưới là sơ

đồ truyền nối tiếp so với sơ đồ truyền song song

Hình 1.8 Chuẩn truyền song song và nối tiếp

Thực tế là trong truyền thông nối tiếp là một đường dữ liệu duy nhất được dùngthay cho một đường dữ liệu 8 byte của truyền thông song song làm cho nó không chỉ

rẻ hơn rất nhiều mà nó còn mở ra khả năng để hai máy tính ở cách xa nhau có truyềnthông qua đường thoại

Một hạn chế rất dễ nhận thấy khi truyền nối tiếp so với song song là tốc độtruyền và độ chính xác của dữ liệu khi truyền và nhận Vì dữ liệu cần được “chia nhỏ”thành từng bit khi truyền/nhận, tốc độ truyền sẽ bị giảm Mặt khác, để đảm bảo tínhchính xác của dữ liệu, bộ truyền và bộ nhận cần có những “thỏa hiệp” hay những tiêuchuẩn nhất định Dưới đây là tiêu chuẩn trong truyền thông nối tiếp không đồng bộ:

Baud rate (tốc độ Baud): để việc truyền và nhận không đồng bộ xảy ra thành

công thì các thiết bị tham gia phải “thống nhất” nhau về khoảng thời dành cho 1 bittruyền, hay nói cách khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau trước, tốc độ nàygọi là tốc độ Baud Theo định nghĩa, tốc độ baud là số bit truyền trong 1 giây Ví dụnếu tốc độ baud được đặt là 19200 thì thời gian dành cho 1 bit truyền là 1/19200 ~52.083us

Frame (khung truyền): do truyền thông nối tiếp mà nhất là nối tiếp không

đồng bộ rất dễ mất hoặc sai lệch dữ liệu, quá trình truyền thông theo kiểu này phảituân theo một số quy cách nhất định Bên cạnh tốc độ baud, khung truyền là một yếutốc quan trọng tạo nên sự thành công khi truyền và nhận Khung truyền bao gồm cácquy định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit “báo” như bit Start và bit Stop, các bitkiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit trong một data cũng được quy định bởikhung truyền

Start bit: start là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có

chức năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới Ởmodule USART trong AVR, đường truyền luôn ở trạng thái cao khi nghỉ (Idle), nếumột chip AVR muốn thực hiện việc truyền dữ liệu nó sẽ gởi một bit start bằng cách

“kéo” đường truyền xuống mức 0 Như vậy, với AVR bit start là mang giá trị 0 và cógiá trị điện áp 0V (với chuẩn RS232 giá trị điện áp của bit start là ngược lại) Start làbit bắt buộc phải có trong khung truyền

Data: data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gởi và

nhận Data không nhất thiết phải là gói 8 bit, với AVR bạn có thể quy định số lượngbit của data là 5, 6, 7, 8 hoặc 9 (tương tự cho hầu hết các thiết bị hỗ trợ UART khác).Trong truyền thông nối tiếp UART, bit có ảnh hưởng nhỏ nhất (LSB – LeastSignificant Bit, bit bên phải) của data sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnhhưởng lớn nhất (MSB – Most Significant Bit, bit bên trái)

Parity bit: parity là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách

tương đối) Có 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity) Paritychẵn nghĩa là số lượng số 1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn Ngược lạitổng số lượng các số 1 trong parity lẻ luôn là số lẻ Ví dụ, nếu dữ liệu là 10111011 nhịphân, có tất cả 6 số 1 trong dữ liệu này, nếu parity chẵn được dùng, bit parity sẽ manggiá trị 0 để đảm bảo tổng các số 1 là số chẵn (6 số 1) Nếu parity lẻ được yêu cầu thìgiá trị của parity bit là 1

Stop bits: stop bits là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ

liệu đã được gởi xong Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm trakhung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu Stop bits là các bits bắt buộc xuấthiện trong khung truyền, trong AVR USART có thể là 1 hoặc 2 bits

Xuất phát từ yêu cầu thực tế của đề tài AGV, nhóm đã nghiên cứu rất kỹ lýthuyết cũng như thực tế, từ đó quyết định sử dùng RF (Radio frequency) để điều khiểnkhông dây (wireless) cho xe AGV

Hệ thống RF control:

Tổng quan về modul thu phát APC220-43(433MHz RF)

APC220-43 là modul thu phát tiêu thụ điện năng thấp, chống nhiễu tốt, độ nhạycao APC220-43 có bộ đệm dữ liệu lớn, cung cấp hơn 100 kênh, dễ dàng thiết lập cácthông số, kiểm tra và kiểm soát dữ liệu.

Đặc tính kĩ thuật:

Khoảng cách nhận xa nhất: 1000m

Công suất phát sóng: 20mW

Tầng số hoạt động: 418MHz đến 455MHz

Kích thước của modul: 37.5mm x18.3mm x 7.0 mm

Số kênh cung cấp: hơn 100 kênh

Giao tiếp UART/TTL

256byte bộ đệm dữ liệu phù hợp cho bộ truyền dữ liệu lớn

Hình 1.9 Modul RF APC220-43

Khả năng áp dụng:

Sử dụng trong quy trình tự động hóa trong công nghiệp

Điều khiển các tín hiệu của đèn giao thông

Điều khiển từ xa và giám sát

Quản lí trong công nghiệp ô tô

Thay thế tín hiệu điều khiển có dây

Điều khiển robot

Hình 1.10 Các thông số cài đặt cho modul ACP220-43

Hình 1.11 Sơ đồ cấu trúc truyền thông của APC220-43

Mã hóa, giải mã giữ liệu trong truyền thông RF

Trên không trung có rất nhiều sóng điện từ tồn tại, tác động vào máy thu gâynhiễu, việc mã hóa/giải mã để đưa ra được tín hiệu truyền đi, thu về đạt độ chính xáccao và loại trừ các tác động làm sai do môi trường tác động vào máy thu

Việc mã hóa được coi là rất quan trọng trong điều khiển, nó nâng cao độ bảomật, không bị nhiễu do môi trường xung quanh Một máy phát có mã hóa và máy thu

có giải mã sẽ ít bị nhận sai dữ liệu hoặc cũng có thể sửa sai dữ liệu

Dữ liệu được đưa vào máy phát là dạng nối tiếp, trong truyền thông số, các bit 0hoặc 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 hóa dữ liệu cũng như mã hóa điều khiển vậy, ta có thể làm bằng nhiềucách: sử dụng các IC mã hóa – giải mã, lập trình bằng vi điều khiển, mã hóa trực tiếpvới PC Trong đề tài này nhóm sử dụng

Hệ thống RFID:

RFID (Radio Frequency Identification, nhận dạng bằng sóng vô tuyến) là mộtphương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa, sử dụng thiết bịthẻ RFID và một đầu đọc RFID

RFID cho phép thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ màkhông cần một tiếp xúc vật lý nào cả

Hình 1.12 Cấu trúc thẻ RFID

Thẻ RFID được đưa vào sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: Quản lý nhân sự,quản lý hàng hóa vào/ra siêu thị, nhà kho, theo dõi động vật, quản lý xe cộ qua trạmthu phí, làm thẻ hộ chiếu …

Một hệ thống RFID tối thiểu gồm những thiết bị sau:

Thẻ RFID (RFID Tag, còn được gọi là transponder): là một thẻ gắn chíp +Anten Có 2 loại thẻ:

o Passive tags: Không cần nguồn ngoài và nhận nằng lượng từ thiết bị đọc.Khoảng cách đọc ngắn

o Active tags: Được nuôi bằng PIN, sử dụng với khoảng cách đọc lớn

Reader hoặc sensor (cái cảm biến): để đọc thông tin từ các thẻ, có thể đặt cố định hoặc lưu động.

Antenna: là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc

Thiết bị đọc phát xạ tín hiệu sóng để kích họat và truyền nhận với thẻ

Server: nhu nhận, xử lý dữ liệu, phục vụ giám sát, thống kê, điều khiển,

Hình 1.13 Sơ đồ truyền thông của hệ thống RFID

Điểm nổi bật của RFID là công nghệ không sử dụng tia sáng như mã vạch,không tiếp xúc trực tiếp Một vài loại thẻ có thể được đọc xuyên qua các môi trường,vật liệu như bê tông, tuyết, sương mù, băng đá, sơn, và các điều kiện môi trường tháchthức khác mà mã vạch và các công nghệ khác không thể phát huy hiệu quả

Thẻ RFID có thể đọc trong khoảng thời gian < 10ms Và sẽ còn có hiệu quả trong các ứng dụng thực tiễn phát sinh trong đời sống

Dải tần hoạt động của hệ thống RFID

Tần số thấp - Low frequency 125 KHz: Dải đọc ngắn tốc độ đọc thấp

Dải tần cao - High frequency 13.56 MHz: Khoảng cách đọc ngắn tốc độ đọc trung bình Phần lớn thẻ Passive sử dụng dải này

Dải tần cao hơn - High frequency: Dải đọc từ ngắn đến trung bình, tốc độ đọc trung bình đến cao Phần lớn thẻ Active sử dụng tần số này

Dải siêu cao tần - UHF frequency 868-928 MHz: Dải đọc rộng, tốc độ đọc cao.Phần lớn dùng thẻ Active và một số thẻ Passive cao tần sử dụng dải này

Dải vi sóng - Microwave 2.45-5.8 GHz: Dải đọc rộng tốc độ đọc lớn

1.4.4 Các thiết bị khác

Cảm biến tiệm

cận:

Cảm biến cảm ứng từ làm nhiệm vụ dò line kim loại, xuất tín hiệu về bộ vi xử

lý trung tâm Bộ vi xử lý trung tâm nhận tín hiệu xử lý và xuất tín hiệu điều khiển tốc

độ hai động cơ chạy đúng theo đường line Nhóm lựa chọn cảm biến tiệm cận(Proximity Sensor) loại từ cảm (Inductive) Chọn loại E2A-M30KN30 có khả năngphát hiện đối với vật thể kim loại

Cảm biến siêu âm

Hình 1.15 Cảm biến siêu âm loại SRF05

SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tăng tính linhhoạt, tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí SRF05 là hoàn toàn tương thích vớiSRF04 Khoảng cách là tăng từ 3 mét đến 4 mét Một chế độ hoạt động mới, SRF05cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó tiết kiệm cógiá trị trên chân điều khiển của bạn Khi chân chế độ không kết nối, SRF05 các hoạtđộng riêng biệt chân kích hoạt và chân hồi tiếp, như SRF04 SRF05 bao gồm một thờigian trễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như bộđiều khiển thời gian cơ bản Stamps và Picaxe để thực hiện các xung lệnh.

Hình 1.16 Cách kết nối chân cho cảm biến siêu âm SRF05

Chế độ 1 – tương ứng SRF04 – tách biệt kích hoạt và phản hồi

Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế độđơn giản nhất để sử dụng Tất cả các chương trình điển hình cho SRF04 sẽ làm việccho SRF05 ở chế độ này Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối -SRF05 có một nội dừng trên chân này

Chế độ 2 – Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi

Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, vàđược thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng Để sử dụng chế độnày, chân chế độ kết nối vào chân mát Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng mộtchân với tín hiệu kích hoạt SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS saukhi kết thúc các tín hiệu kích hoạt Bạn đã có thời gian để kích hoạt pin xoay quanh và

làm cho nó trở thành một đầu vào và để có pulse đo mã của bạn đã sẵn sàng Lệnh PULSIN được tìm ra và được dùng phổ biến hiện nay để điều khiển tự động.

Tính toán khoảng cách

Giản đồ định thời SRF05 thể hiện trên đây cho mỗi chế độ Bạn chỉ cần cungcấp một đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách CácSRF05 sẽ gửi cho ra một chu kỳ 8 burst của siêu âm ở 40khz và tăng cao dòng phảnhồi của nó (hoặc kích hoạt chế độ dòng 2) Sau đó chờ phản hồi, và ngay sau khi pháthiện nó giảm các dòng phản hồi lại Dòng phản hồi là một xung có chiều rộng là tỷ lệvới khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung, ta hoàn toàn có thể để tính toánkhoảng cách theo inch / centimét hoặc bất cứ điều gì khác Nếu không phát hiện gì cảSRF05 giảm thấp hơn dòng phản hồi của nó sau khoảng 30mS

SRF04 cung cấp một xung phản hồi tỷ lệ với khoảng cách Nếu độ rộng củapulse được đo trong hệ uS, sau đó chia cho 58 sẽ cho khoảng cách theo cm, hoặc chiacho 148 sẽ cho khoảng cách theo inch uS/58 = cm hay uS/148 = inch

SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mọi 50mS, hoặc 20 lần mỗigiây Bạn nên chờ 50ms trước khi kích hoạt kế tiếp, ngay cả khi SRF05 phát hiện mộtđối tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn Điều này là để đảm bảo các siêu âm "beep"

đã phai mờ và sẽ không gây ra sai phản hồi ở lần đo kế tiếp

Nguồn năng lƣợng

Xe tự hành sử dụng các ắcquy (Lead acid) loại 12VDC và có thể hoạt động liêntục ứng trong khoảng 6h với tải định mức Các ắc quy này cấp nguồn cho hai động cơ,

bộ điều khiển và các cảm biến, đèn báo Các bộ ắcquy được nạp tại các trạm

Hình 1.17 Một số loại ắc quy thông dụng

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế AGV

Nhóm thống nhất phương án chọn phương pháp xe AGV chạy theo line vì cótính ứng dụng cao, không bị nhiễu bởi ánh sáng, màu nền của xưởng làm việc, không

bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn Line chọn loại giấy bạc kim loại có bán sẵn trên thị trườngvới giá thành rẻ, phù hợp với tính kinh tế và không ảnh hưởng đến tính ổn định củacảm biến

Cảm biến cảm ứng từ làm nhiệm vụ dò line kim loại, xuất tín hiệu về bộ vi xử

lý trung tâm Bộ vi xử lý trung tâm nhận tín hiệu xử lý và lưu trữ các giá trị RFID,xuất tín hiệu điều khiển tốc độ hai động cơ chạy đúng theo đường line Cảm biến cảmứng từ loại tiệm cận có sẵn trên thị trường và theo chuẩn công nghiệp nên có tính ổnđịnh cao

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển AGV

Nguyên lý hoạt động của xe AGV chạy theo line: Do sự thay đổi tốc độ của 2động cơ truyền động cho 2 bánh xe mà AGV có thể bám theo đường line có hình dạngthay đổi (đường thẳng, đường cong…) Nó có thể thay đổi tốc độ, dừng khẩn cấp.Trên xe được gắn cảm biến siêu âm dùng nhận biết khoảng cách của vật cản, khi xeAGV đang chạy nếu gặp vật cản cảm biến siêu âm sẽ xuất tín hiệu về bộ vi xử lý trungtâm để xử lý Bộ vi xử lý trung tâm xuất tín hiệu điều khiển hãm dừng động cơ chạy

để xe AGV dừng một cách nhanh chóng

2.2 Xây dựng mô hình cơ khí

Hình 2.2 Cấu trúc xe AGV thiết kế

Hệ thống bao gồm các thành phần chính sau:

2.2.1 Khung xe

Khung xe có tác dụng để gá đặt toàn bộ hệ dẫn động, gắn cảm biến, bo mạchđiều khiển, bàn phím lập trình, ắc quy Khung đế xe phải được thiểt kế gọn nhẹ, đủ độcứng vững, chịu đựng được tải trọng của toàn bộ khung xe bên trên và tải trọng củahàng

Ngàm cố định

F tác động

Hình 2.3 Khung xe AGV thiết kế

Khung xe phải đảm bảo điều kiện bền và chịu được tải trọng theo yêu cầu.Nhóm sử dụng phần mềm solid work để kiểm nghiệm ứng suất khi có lực tác động vàoxe

Hình 2.4 Ứng suất trên khung khi có lực 1000N tác động

Hình 2.5 Chuyển vị của các phần tử hữu hạn khi có biến dạng