Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hoạt động hệ thống AGV trong kho lạnh

Ngày này với sự phát triển của khoa học, công nghệ, không thể không kể đến các thiết bị phục vụ trong lĩnh vực tự động hóa. Ra đời cách gần 70 năm, ngày nay, xe tự hành – Automated Guided Vehicle (AGV) đã có mặt trong nhiều ngành công nghiệp như tự động hóa các dây chuyền sản xuất, vận chuyển hàng hóa trong kho vận,… Thấy được sự xuất hiện ngày càng phổ biến và ngày càng quan trọng như vậy, luận văn này nghiên cứu hướng ứng dụng của xe tự hành trong lĩnh vực kho vận - đề tài thực hiện “Nghiên cứu, thiết kế và điều khiển hoạt động hệ thống AGV trong kho lạnh”. Qua luận văn thực hiện nghiên cứu tổng quan về nội dung hệ thống AGV, thiết kế cơ khí cũng như hệ thống điện của xe AGV dạng Reach Truck. Tác giả đã tìm hiểu quá trình thiết kế một hệ thống AGV ứng dụng trong nhà kho. Qua đó, tác giả trình bày kết quả quá trình thiết kế hệ thống AGV ứng dụng trong kho lạnh với công suất lưu trữ 4000 vị trí lưu trữ dạng pallet. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN i DANH SÁCH HÌNH ẢNH v DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii PHẦN LIỆT KÊ CÁC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Tổng quan về hệ thống kho lạnh 1 1.1.1. Khái niệm về kho và kho lạnh 1 1.1.2. Thành phần của hệ thống lạnh 1 1.1.3. Tổng quan về nguyên lý hoạt động của kho 4 1.2. Tổng quan về hệ thống AGV 5 1.2.1. Thiết kế layout khu vực hoạt động 7 1.2.2. Thiết kế layout đường đi nhà kho 9 1.2.3. Xác định số lượng xe 11 1.2.4. Nguyên tắc phân phối xe thực hiện đơn hàng 12 1.2.5. Xác định tuyến đường cho xe 15 1.2.6. Điều khiển giao thông của hệ thống [8] 15 1.3. Tổng quan về AGV 16 1.3.1. Một số loại AGV 16 1.3.2. Hệ thống cảm biến an toàn trên AGV 18 1.3.3. Các phương pháp định vị trên AGV 18 1.3.4. Kết cấu tổng thể của AGV dạng Forklift 19 1.3.5. Hệ thống thủy lực 22 1.4. Nội dung thực hiện và phạm vi đề tài 25 1.4.1. Nội dung thực hiện 25 1.4.2. Phạm vi đề tài 25 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 26 2.1. Lựa chọn phương án cơ khí 26 2.1.1. Phương án kết cấu AGV 26 2.1.2. Lựa chọn bơm cho cơ cấu nâng hạ 26 2.1.3. Lựa chọn loại động cơ dẫn động 27 2.2. Lựa chọn phương án điện 28 2.2.1. Lựa chọn thiết bị điều khiển 28 2.2.2. Lựa chọn phương pháp định vị 29 2.2.3. Lựa chọn cảm biến phát hiện vật cản 31 2.2.4. Công nghệ pin 32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CHO AGV 35 3.1. Tiêu chí và thông số thiết kế cơ khí 35 3.2. Tính toán cơ cấu nâng bàn trượt 35 3.3. Tính toán lực nâng cần thiết 35 3.4. Tính chọn xilanh piston thủy lực nâng bàn trượt 39 3.5. Tính chọn xích nâng và puly xích 40 3.5.1. Tính chọn xích nâng 40 3.5.2. Tính chọn puly xích 42 3.6. Tính toán lựa chọn bơm thủy lực 42 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỆN 45 4.1. Tiêu chí thiết kế điện 45 4.2. Sơ đồ khối hệ thống điện của AGV 45 4.3. Công nghệ định vị RFID 45 4.4. Tính toán lựa chọn nguồn pin 45 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO 46 5.1. Tiêu chí thiết kế 46 5.2. Tính toán thiết kế layout kho 46 5.2.1. Lựa chọn hệ thống kệ lưu trữ 46 5.2.2. Thiết kế layout khu vực lưu trữ 47 5.2.3. Phân tích, lựa chọn số lượng AGV 50 5.3. Thiết kế giải thuật chương trình chính 51 5.4. Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ 51 5.5. Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí xuất hàng 53 5.6. Thiết kế giải thuật giao nhiệm vụ cho AGV 54 5.7. Thiết kế giải thuật tìm đường đi 55 5.8. Thiết kế giải thuật hạn chế va chạm 57 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT THỰC HIỆN 59 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG AGV TRONG KHO LẠNH GVHD: PGS TS Nguyễn Duy Anh TPHCM, 2020 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG AGV TRONG KHO LẠNH GVHD: PGS TS Nguyễn Duy Anh LỜI CẢM ƠN Để có kết ngày hơm nay, đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Duy Anh – người hướng dẫn em thực đề tài Thầy tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, góp ý quan trọng lời động viên để em hồn thành đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến anh Lê Anh Tuấn – giám đốc Công ty TNHH Dịch vụ Kỹ thuật Thương mại Nhất Tinh, hỗ trợ nơi học tập, nghiên cứu để em thực đề tài Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị công ty nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn em Em xin gửi lời cảm ơn đến anh Lê Ngọc Bảo Long tận tình giúp đỡ, dẫn em thực đề tài Và lời cảm ơn đến tất anh, chị, bạn bè người thân giúp đỡ, động viên để em có động lực hồn thành đề tài ngày hôm Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực i TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày với phát triển khoa học, công nghệ, không kể đến thiết bị phục vụ lĩnh vực tự động hóa Ra đời cách gần 70 năm, ngày nay, xe tự hành – Automated Guided Vehicle (AGV) có mặt nhiều ngành cơng nghiệp tự động hóa dây chuyền sản xuất, vận chuyển hàng hóa kho vận,… Thấy xuất ngày phổ biến ngày quan trọng vậy, luận văn nghiên cứu hướng ứng dụng xe tự hành lĩnh vực kho vận - đề tài thực “Nghiên cứu, thiết kế điều khiển hoạt động hệ thống AGV kho lạnh” Qua luận văn thực nghiên cứu tổng quan nội dung hệ thống AGV, thiết kế khí hệ thống điện xe AGV dạng Reach Truck Tác giả tìm hiểu trình thiết kế hệ thống AGV ứng dụng nhà kho Qua đó, tác giả trình bày kết trình thiết kế hệ thống AGV ứng dụng kho lạnh với công suất lưu trữ 4000 vị trí lưu trữ dạng pallet i LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN i DANH SÁCH HÌNH ẢNH v DANH SÁCH BẢNG BIỂU vii PHẦN LIỆT KÊ CÁC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống kho lạnh 1.1.1 Khái niệm kho kho lạnh 1.1.2 Thành phần hệ thống lạnh 1.1.3 Tổng quan nguyên lý hoạt động kho 1.2 Tổng quan hệ thống AGV 1.2.1 Thiết kế layout khu vực hoạt động 1.2.2 Thiết kế layout đường nhà kho 1.2.3 Xác định số lượng xe 11 1.2.4 Nguyên tắc phân phối xe thực đơn hàng 12 1.2.5 Xác định tuyến đường cho xe 15 1.2.6 Điều khiển giao thông hệ thống [8] 15 1.3 Tổng quan AGV 16 1.3.1 Một số loại AGV 16 1.3.2 Hệ thống cảm biến an toàn AGV 18 1.3.3 Các phương pháp định vị AGV 18 1.3.4 Kết cấu tổng thể AGV dạng Forklift 19 1.3.5 Hệ thống thủy lực 22 ii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1.4 Nội dung thực phạm vi đề tài 25 1.4.1 Nội dung thực 25 1.4.2 Phạm vi đề tài 25 CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 26 2.1 Lựa chọn phương án khí 26 2.1.1 Phương án kết cấu AGV 26 2.1.2 Lựa chọn bơm cho cấu nâng hạ 26 2.1.3 Lựa chọn loại động dẫn động 27 2.2 Lựa chọn phương án điện 28 2.2.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển 28 2.2.2 Lựa chọn phương pháp định vị 29 2.2.3 Lựa chọn cảm biến phát vật cản 31 2.2.4 Công nghệ pin 32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CHO AGV 35 3.1 Tiêu chí thơng số thiết kế khí 35 3.2 Tính toán cấu nâng bàn trượt 35 3.3 Tính tốn lực nâng cần thiết 35 3.4 Tính chọn xilanh piston thủy lực nâng bàn trượt 39 3.5 Tính chọn xích nâng puly xích 40 3.5.1 Tính chọn xích nâng 40 3.5.2 Tính chọn puly xích 42 3.6 Tính tốn lựa chọn bơm thủy lực 42 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỆN 45 4.1 Tiêu chí thiết kế điện 45 4.2 Sơ đồ khối hệ thống điện AGV 45 iii LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 4.3 Công nghệ định vị RFID 45 4.4 Tính tốn lựa chọn nguồn pin 45 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIẢI THUẬT QUẢN LÝ NHÀ KHO 46 5.1 Tiêu chí thiết kế 46 5.2 Tính tốn thiết kế layout kho 46 5.2.1 Lựa chọn hệ thống kệ lưu trữ 46 5.2.2 Thiết kế layout khu vực lưu trữ 47 5.2.3 Phân tích, lựa chọn số lượng AGV 50 5.3 Thiết kế giải thuật chương trình 51 5.4 Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ 51 5.5 Thiết kế giải thuật lựa chọn vị trí xuất hàng 53 5.6 Thiết kế giải thuật giao nhiệm vụ cho AGV 54 5.7 Thiết kế giải thuật tìm đường 55 5.8 Thiết kế giải thuật hạn chế va chạm 57 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT THỰC HIỆN 59 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 iv DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1- Quy trình hoạt động nhà kho [nguồn internet] Hình 1.2- Một số dạng phân bố khu vực lưu trữ phổ biến Hình 1.3- Thơng số kích thước pallet theo chuẩn ISO Hình 1.4 Kích thước pallet với tải trọng điển hình Hình 1.5- Ví dụ hệ thống đường tiếp đơi (Tandem guide-pathsystem) [3] 10 Hình 1.6- Một số dạng va chạm 16 Hình 1.7 - Sơ đồ động cấu nâng bàn trượt 22 Hình 1.8 – Sơ đồ thủy lực hệ thống nâng hạ 22 Hình 2.1 - Xe AGV dạng Forklift (www.rocla-agv.com) 26 Hình 2.2 - Sơ đồ khối Kit STM32F407VG DISCOVERY 29 Hình 2.3 - Cấu trúc thẻ RFID 30 Hình 2.4 - Sơ đồ truyền thơng hệ thống RFID 31 Hình 3.1 - Sơ đồ xác định lực cản nâng 36 Hình 4.1 - Sơ đồ khối hệ thống điện AGV 45 Hình 5.1 – Kệ dạng Selective kích thước pallet 48x40 inches 46 Hình 5.2 - Dạng phân bố khu vực nhà kho 48 Hình 2.4- Mơ hình 3D layout khu vực lưu trữ 49 Hình 5.3 - Mơ hình 2D layout khu vực nhà kho 49 Hình 5.4 – Biểu đồ cột khoảng cách từ vị trí đến cửa kho 50 Hình 5.5 Sơ đồ giải thuật chương trình 51 Hình 5.6 Kết trải ngang layout kho 52 Hình 5.7 Kết tính tốn trọng số số vị trí (được khoanh vùng) 52 Hình 5.8 Giải thuật lựa chọn vị trí lưu trữ 53 Hình 5.9 Giải thuật lựa chọn vị trí xuất hàng FIFO 54 Hình 5.10 - Giải thuật giao nhiệm vụ cho AGV 55 Hình 5.11 – Đường kho 56 Hình 5.12 – Sơ đồ giải thuật thuật toán A* 57 Hình 5.13 Giải thuật phát ngăn chặn va chạm 58 Hình 6.1 - Giao diện chương trình 59 Hình 6.2 - Giao diện tra cứu thông tin 59 Hình 6.3 - Trạng thái kho trước lưu trữ - trạng thái ban đầu 60 Hình 6.4 - Trạng thái kho sau thực đơn hàng 200 hàng F 60 Hình 6.3 - Kết thực tìm đường từ vị trí cửa đến vị trí điểm 124 61 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1- Một số hệ thống kệ Pallet sử dụng phổ biến Bảng 1.2- Một số nguyên tắc lưu trữ hàng kho Bảng 1.3- Một số nguyên tắc quản lý hàng kho Bảng 1.4- Nhóm thông số thiết kế hệ thống AGV Bảng 1.5- Ưu nhược điểm dạng hệ thống đường [4] 10 Bảng 1.6- Một số nguyên tắc phân phối xe cho đơn hàng [nguồn internet] .12 Bảng 1.7: Một số loại AGV phổ biến 16 Bảng 2.1: Các loại bơm thủy lực phổ biến ưu, nhược điểm 26 Bảng 2.2: Một số loại cảm biến phát vật cản 32 Bảng 2.2: Một số công nghệ pin so sánh 33 Bảng 3.1 Thơng số kỹ thuật xích lăn 42 Bảng 3… thông số bơm thủy lực 44 Bảng 3… thông số động điện 44 Bảng 5.1 – Tính tốn cơng suất nhà kho 48 ... hệ thống kho lạnh 1.1.1 Khái niệm kho kho lạnh 1.1.2 Thành phần hệ thống lạnh 1.1.3 Tổng quan nguyên lý hoạt động kho 1.2 Tổng quan hệ thống AGV 1.2.1 Thiết. .. AGV kho lạnh? ?? Qua luận văn thực nghiên cứu tổng quan nội dung hệ thống AGV, thiết kế khí hệ thống điện xe AGV dạng Reach Truck Tác giả tìm hiểu trình thiết kế hệ thống AGV ứng dụng nhà kho Qua...LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG AGV TRONG KHO LẠNH GVHD: PGS TS Nguyễn Duy Anh LỜI CẢM ƠN Để có kết ngày hơm nay, đầu tiên, em xin gửi