2.5.1 T ng Quan V Các Lo i Robot S/R
Robot S/R (Storage/ Retrieval) là m t robot trung tâm quan tr ng nhất và không thiếu trong hệ thống l u/xuất kho tự đ ng (AS/RS). Robot S/R có ch c năng và nhiệm vụ: vận chuyển hàng từ trạm nhận đến chính xác các ô ch a trên các dưy kệ và tìm xuất các kệ này từ ô ch a đến v trí trạm xuất nhập. Robot S/R có m c đ xử lý linh hoạt và thao tác ph c tạp theo yêu cầu c a ng i sử dụng.
Robot S/R giúp giảm th i gian và tăng tính chính xác trong quá trình l u xuất kho. Robot S/R có thể gắn thêm m t số thiết b phụ đi kèm để tăng thêm các
ng dụng.
Hiện nay trong các nhà máy, các kho hàng ngày càng có nhiều hàng hóa và ch ng loại khác nhau, nên các robot S/R cũng liên tục đ c cải tiến nhằm đáp ng phù
23
h p v i yêu cầu từng loại sản phẩm. Robot S/R ngày nay đ c lắp đặt áp dụng công nghệ cao và kỹ thuật tiên tiến nhận dạng sản phẩm theo từng ch ng loại khác nhau.
Robot S/R sắp xếp container th ng đ c sử dụng tại các cảng
Hình 2.15: Robot thường dùng tại các cảng [23]
24
Hình 2.17: Robot vận chuyển hàng hóa có kích thước khác nhau [25]
- Phân loại Robot S/R theo hệ thống điều khiển
+ Programmable logic controler (PLC)
+ Microprocessor (vi xử lý)
+ Computer
Robot S/R (Storage/ Retrieval) là robot có ch c năng l u trữ và xuất hàng, những ý t ng robot sau đ c hình thành ch yếu dựa vào nguyên lý truyền đ ng c a robot:
- Nguyên lý truyền đ ng c a robot S/R th ng dùng:
+ Robot dùng b truyền dây cáp.
+ Robot dùng b truyền xích.
+ Robot dùng b truyền bánh răng – thanh răng.
2.5.2 Tính u vi t c a Robot S/R
Robot S/R là thành phần chính quyết đ nh năng suất kho hàng tự đ ng và có các u điểm so v i kho do ng i thao tác: Tính hiệu quả và chính xác c a robot tránh đ c những sai sót và thất thoát trong việc l u trữ hàng hóa; giảm chi phí
25
công nhân; tích h p các công nghệ cao về việc đ c dữ liệu mư hóa chính xác nhanh gấp trăm lần th công tra bảng; robot đ c thiết kế và lập trình đáp ng t ơng thích v i các tốc đ theo yêu cầu kỹthuật đặt ra; tính an toàn bảo mật cao; th i gian đáp ng nhanh cho tất cả các đơn hàng; đ ng đi đ c lập, thay đ i tốc đ d ch chuyển tùy yêu cầu.
2.5.3 Phơn tích u nh c đi m thi t k các b truy n đ ng
a) Dùng bộ truyền xích.
Xích truyền chuyển đ ng và tải tr ng nh sự ăn kh p v i các răng đĩa xích. Xích chia ra làm ba nhóm: xích kéo, xích tải, xích truyền đ ng. Xích đ c tiêu chuẩn hóa và đ c chế tạo tại các nhà máy chuyên biệt.
u nh c điểm:
- Hiệu suất t ơng đối cao, cùng m t lúc có thể truyền chuyển đ ng và công suất cho nhiều trục.
- Dùng để truyền đ ng giữa các trục có khoảng cách trung bình. - Chế tạo và lắp ráp ph c tạp hơn.
- Ch u đ c va đập.
- Nhanh mòn khi bôi trơn không tốt và làm việc trong môi tr ng nhiều bụi.
b) Bộ truyền bánh răng –thanh răng.
B truyền bánh răng làm việc theo nguyên lý ăn kh p, thực hiện truyền chuyển đ ng nh sự ăn kh p các bánh răng, biến chuyển đ ng quay thành chuyển đ ng t nh tiến.
B truyền bánh răng th ng sử dụng các loại răng thẳng hoặc răng nghiêng. Các bánh răng th ng đ c chế tạo theo tiêu chuẩn.
u nh c điểm: Đáp ng tốt sự thay đ i về tr số và chiều c a vận tốc hoặc momen; Hiệu suất cao, khả năng tải l n; Truyền đ ng đạt đ chính xác cao; Đòi hỏi chế tạo đạt đ chính xác cao; Hơi n.
c) Bộ truyền dây cáp.
- Dây cáp thép là các loại dây đ c dùng r ng rưi vì nó có thể làm việc v i tốc đ cao mà không gây n ào ch u đ c các tài tr ng khác nhau, tr ng l ng bản thân t ơng đối nhỏ, làm việc đáng tin cậy, không đ t đ t ng t.
26
- Dây cáp đ c chế tạo bằng các loại dây sáng hay tráng kẽm đ ng kính từ 0,2 đến 3 mm có gi i hạn bền tăng rất cao nh các s i đ c biến c ng trong quá trình kéo thành s i. Các s i đ c quấn v i nhau lại thành m t tao, sau đó các tao đ c bện lại thành cáp quanh m t s i cáp lõi giữa. Cáp có nhiều loại và đ c chế tạo theo tiêu chuẩn.
- u nh c điểm: Truyền đ ng giữa các chi tiết cách xa nhau; Dễ lắp đặt và bảo d ng, chạy êm; Khả năng tải l n; Khó đấu nối cáp.
2.5.4 Phơn tích nguyên lỦ đi u khi n robot S/R
- Điều khiển bằng máy tính: Sử dụng đa dạng; Giá thành cao; Sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp cao; Có khả năng xử lý thông tin ph c tạp; Đa ch c năng đáp ng theo m i yêu cầu; Th i gian đáp ng nhanh.
- Điều khiển bằng vi xử lý: Th i gian đáp ng nhanh; Giá thành thấp; Dễ b nhiễu, không ch u đ c bụi, đ rung đ ng; Cần phải thiết kế vỏ ngoài ph c tạp; Thiết kế và lập trình ph c tạp; Sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp thấp và cấp cao. - Điều khiển bằng PLC: Phần c ng g n nhẹ, thiết kế bền chắc, đ tin cậy cao, thích h p v i môi tr ng làm việc công nghiệp; Đ n, rung đ ng, bụi, … Khả năng xử lý tín hiệu logic (24 VDC – 240 VAC) và tín hiệu t ơng tự. Khả năng m r ng số đầu vào và ra đơn giản. Lập trình và thay đ i ch ơng trình đơn giản. Modun hóa các ch c năng m r ng. Giá thành t ơng đối cao.
2.5.5 So sánh vƠ đánh giá các Ủ t ng cho thi t k Robot S/R
Sau khi so sánh các đặc tính c a 3 ph ơng án thiết kế và điều kiện sử dụng, ta ch n b truyền bánh răng – thanh răng và điều khiển bằng PLC để thiết kế cho truyền đ ng robot.
2.5.6 Ch n ph ng án thi t k
Theo các yêu cầu đặt ra và kích th c các hàng hóa t ơng đối, đ c ch a trong pallet đặc ch ng. Kích th c t ng quát: (LxWxH) 1100 x 600 x 115 mm và 500 x 600 x 115 mm, tải tr ng tối đa c a pallet 400 kg.
Nên ta ch n ph ơng án sử dụng robot S/R v i m t trụ thân chính.
27
+ Kết cấu đơn giản
+ Phù h p v i yêu cầu
2.5.7 Thi t k c u trúc s b
Nguyên lý hoạt đ ng: robot chạy d c theo ray (ph ơng X) dưy kệ ch a. Cụm nâng hạ d ch chuyển d c theo chiều cao c a dưy kệ (ph ơng Y). Cụm lấy hàng chuyển đ ng ra vào để lấy hàng ra khỏi kệ ch a (ph ơng Z) đ ng th i m r ng hoặc thu hẹp tay xúc theo ph ơng X đúng v i kích th c pallet cần lấy.
Theo yêu cầu kỹ thuật đặt ra, tiến hành lựa ch n mô hình t ng quát cho robot. Cấu trúc Robot S/R g m các cụm sau đây (hình 2.18)
Hình 2.18: Cấu trúc tổng quát Robot S/R
Theo thiết kế sơ b ta có các cụm cơ bản c a robot S/R: - Cụm chuyển đ ng nâng hạ.
- Cụm chuyển đ ng chạy d c. - Cụm chuyển đ ng vào ra.
28
B ng 2.1:Yêu cầu kỹ thuật thiết kế robot
STT ROBOT S/R
1 Tốc đ nâng 60 m/phút
2 Tốc đ chạy d c 100 m/phút
3 Tốc đ đ a vào/ra 60 m/phút
4 Tải tr ng nâng max 400 kg
5 Tầm hoạt đ ng (X, Y, Z) 20x5x2 m
6 Ph ơng th c điều khiển Sóng vô tuyến 433 mhz
7 Tầm hoạt đ ng Bán kính 100 m
8 Đ chính xác đ nh v ±3 mm
9 Đ chính xác lập lại v trí ±2 mm
10 Ngu n năng l ng, th i gian hoạt đ ng
Điện 3 pha cấp qua ray điện,
hoạt động liên tục Dạng
2.6 B đi u khi n liên k t nh p/xu t 2.6.1 Yêu cầu đi u khi n
Nguyên lý vận hành c a robot S/R chạy trên ray nh sau:
- Trong quá trình di chuyển luôn phải đảm bảo tốc đ c a các đ ng cơ trên các trục n đ nh.
- Các đ ng cơ đó có thể thay đ i tốc đ , dừng khẩn cấp, di chuyển tiến lùi, lên xuống và thực hiện thao tác cất/ lấy hàng.
- Khi sắp t i v trí cất/ lấy hàng thì đ ng cơ t ơng ng sẽ thực hiện quá trình giảm tốc đ để tránh lực quán tính sinh ra trong quá trình dừng lại.
- Sau khi làm xong m t thao tác cất/ lấy hàng thì b điều khiển sẽ ghi nh lại v trí hiện tại c a robot, dùng nó làm cơ s để điều khiển robot t i v trí khác để thực hiện lệnh tiếp theo.
- Khi hệ thốngđ c kích hoạt hay reset thì robot sẽ di chuyển về v trí gốc t a đ c a mỗi trục.
29
Loại robot S/R chạy trên ray g m các hệ th ng chính nh sau: - Hệ thống truyền đ ng. - Hệ thống điều khiển. - Hệ thống truyền thông. - Hệ thống an toàn. - Hệ thống ngu n cấp. 2.6.2 H th ng truy n đ ng
Hệ thống truyền đ ng đ c thiết kế g m 3 đ ng cơ để điều khiển robot di chuyển theo 3 trục ( tiến lùi, lên xuống và thao tác cất / lấy hàng) và thêm 1 đ ng cơ phụ điều khiển cơ cấu tay xúc m r ng/thu hẹp. Tốc đ , chiều quay, v trí c a đ ng cơ đ c điều khiển thông qua b biến tần kết h p v i encoder sẽ giúp cho robot di chuyển và dừng v trí mong muốn.
2.6.3 H th ng đi u khi n
Cấu trúc hệ thống điều khiển đ c mô tả nh sau
Hình 2.19: Hệ thống điều khiển robot S/R
Cảm biến Encoder đo vận tốc B điều khiển ĐKtốc đ và v trí robot trục x ĐKtốc đ và v trí robot trục y ĐK tay xúc m r ng/thu lại Trung tâm vận hành, giám sát
Giao tiếp bằng sóng radio
ĐK thao tác cất/ lấy hàng
30 - B điều khiển tốc đ và v trí c a robot Sơ đ điều khiển
Hình 2.20: Bộ điều khiển tốc độ và vị trí
Cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc đ robot là m t hệ kín. G m có m t mạch phản h i âm tốc đ . Tốc đ c a robot đ c đo nh b Encoder. Đầu ra c a encoder là l ng xung phát ra tỷ lệ thuận v i số vòng quay hay vận tốc đầu vào. Giá tr phản h i mà Encoder đo đ c đ a t i b điều khiển. Giá tr phản h i này đ c so sánh v i giá tr mong muốn Wđ. Đ sai lệch sẽ đ c đ a t i b điều chỉnh tốc đ điều khiển. B điều khiển này sẽ tính toán và cho giá tr đầu ra đ c gán vào b điều khiển tần số dòng điện (b biến tần – Inverter). B điều khiển tần số sẽ thay đ i tần số c a ngu n điện cấp cho đ ng cơ từ đó làm thay đ i giá tr vận tốc. Nh vậy đối v i hệ thống điều chỉnh tốc đ phản h i mạch kín thì giá tr vận tốc luôn n đ nh và bám theo giá tr mong muốn. Giá tr đặt Wđ tự đ ng thay đ i khi có sự sai lệch phát ra từ hệ thống. Wđ sẽ nhỏ đi khi sự sai lệch v trí c a robot v i v trí mongmuốn càng nhỏ.
2.6.4 H th ng truy n thông
Robot sử dụng các b thu phát bằng sóng radio để giao tiếp giữa robot và trung tâm. Tại trung tâm gửi tín hiệu điều khiển t i robot thực hiện quá trình vận hành, chuyển đ ng theo ch ơng trình đ nh tr c. Robot sẽ gửi tín hiệu ng c tr lại thông báo trạng thái hoạt đ ng
B điều khiển inverter Đ ng cơ
Encoder Wđ
31
Hình 2.21: Nguyên lý truyền dẫn RF
2.6.5 H th ng an toƠn
Hệ thống an toàn có nhiệm vụ đảm bảo cho robot hoạt đ ng m t cách an toàn, đ a ra các cảnh báo đèn, cảnh báo về các đối t ng nằm trong vùng hoạt đ ng, có các tác đ ng giảm tốc đ hoặc dừng để tránh các va chạm.
Hình 2.22: Sơ đồ điều khiển hệ thống an toàn
- Cảm biến laser: M t cảm biến khoảng cách sử dụng cảm biến laser đ c đặt lên trên thân c a robot để xác đ nh vật cản. Cảm biến này phát ra chùm tia laser và khi gặp vật cản chùm tia này sẽ phản xạ tr về. Thông qua tính toán khoảng th i gian từ lúc phát đến lúc thu đ c sẽ xác đ nh đ c khoảng th i gian giữa robot và vật cản. Khi vật cản càng gần robot, cảm biến này sẽ xác đ nh đ c khoảng cách sẽ báo cho b điều khiển biết để giảm tốc đ thông qua giảm giá tr l ng đặt vận tốc Wđ. Nếu vật cản tiến sát và chạm vào robot, thì cảm biến sẽ phát ra tín hiệu báo cho robot dừng lại thông qua quá trình giảm tốc đ về không (Wđ = 0) và b điều khiển sẽ gửi tín hiệu t i phanh hãm.
- Phanh hãm: Loại phanh hưm này tích h p sẵn trong đ ng cơ, nó là loại phanh điện từ. Khi nhận tín hiệu dừng từ b điều khiển, phanh sẽ đ c kích hoạt khi đó momen điện từ c a phanh thắng đ c lực lò xo làm cho phanh áp chặt vào trục
Cảm biến laser Các nút ấn B điều khiển Đ ng cơ Phanh W U PC B RF đặt trên PC B RF đặt
trên robot B điều khiển robot Trạng thái c a robot
32
đ ng cơ thực hiện quá trình hưm. Trong quá trình di chuyển do phanh không đ c kích hoạt vì vậy phanh không tạo nên lực hưm tác đ ng lên robot
Bên cạnh đó trên robot cũng có các nút nhấn và đèn báo. Các nút nhấn đ c thực hiện ch c năng kh i đ ng quá trình hoạt đ ng, dừng khi cần thiết và dừng khẩn cấp khi có các tín hiệu báo lỗi hệ thống. Các đèn trên robot thông báo các trạng thái hoạt đ ng c a robot
2.6.6 H th ng ngu n năng l ng
Robot sử dụng ngu n điện 3 pha 220 VAC để cấp cho các b biến tần và ngu n điện 1 pha 220 VACcấp cho b điều khiển, hệ thống cảm biến, đèn báo.
2.6.7 Ph ng án đi u khi n
Ta quy đ nh:
- Trục x là trục hành trình t i lui c a robot - Trục y là trục hành trình lên xuống c a robot - Trục z là trục hành trình cất/lấy hàng c a robot
33
- Để điều khiển toàn b hoạt đ ng c a robot ta dùng b điều khiển PLC (Programable Logic Control) kết h p v i phần mềm điều khiển và phần mềm quản lý kho tại trung tâm điều khiển.
- Để xác đ nh v trí và tốc đ c a robot ta dùng encoder gắn vào các trục đ ng cơ t ơng ng.
- Để điều khiển tốc đ , v trí, chiều quay c a đ ng cơ ta dùng b biến đ i tần số c a ngu n điện cung cấp cho đ ng cơ (Biến tần – Inverter).
- Để xác đ nh v trí gi i hạn hành trình c a robot ta dùng các sensor nh là: công tắc hành trình và sensor cảm ng phát hiện vật thể.
- Sau khi kh i đ ng hay reset hệ thống thì robot sẽ di chuyển cả 3 trục t i v trí gốc t a đ t ơng ng c a mỗi trục.
- Sau khi robot trạng thái sẵn sàng hoạt đ ng thì b điều khiển sẽ tiến hành nhận tín hiệu điều khiển từ trung tâm. Sau khi nhận đ c tín hiệu điều khiển, b điều khiển sẽ phân tích tín hiệu điều khiển, sau khi phân tích tín hiệu điều khiển thì b điều khiển sẽ có đ c các thông tin nh : kích th c pallet l u trữ (pallet l n