Tài liệu Nghiên cứu và chế tạo xe tự hành vận chuyển hàng hóa (2)

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO XE TỰ HÀNH VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA Đặng Ngọc Nhân (* ) (*) Sinh viên lớp 08DV111 Khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Lạc Hồng Email:(*) [email protected] 1. TÓM TẮT Xe AGV trên thế giới hiện tại có rất nhiều chủng loại và giá thành cũng khác nhau, một số xe có thể chuyên chở hàng hóa lên đến hàng trăm tấn. Trong khi đó nền khoa học kỹ thuật việt nam đang trên đà phát triển, nhất là lĩnh vực tự động hóa nhưng lại có rất ít những nghiên cứu về xe tự hành để ứng dụng vào thực tế. Nên các doanh nghiệp trong nước phải nhập khẩu xe AGV với giá khá cao khoảng vài nghìn USD phục vụ cho công việc sản xuất, với lại công việc vận chuyển hàng hóa là một việc hết sức nặng nhọc và tai nạn luôn xảy ra bất cứ lúc nào mà công nhân không lường trước được. Do Nắm bắt được tình hình đó nên chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu và chế tạo xe AGV để vận chuyển các khuôn giày trong công ty changshin. Từ việc thiết kế và mô phỏng 3D trên máy tính đến việc lắp ráp cơ khí để AGV có một khung xe vững chắc đồng thời phải nhỏ gọn để làm việc trong nhà xưởng chật hẹp. AGV còn là một chiếc xe thông minh nó có thể tránh được vật cản, bám đường đi một cách linh hoạt nhờ vào các cảm biến kim loại kết hợp với bộ thu phát RFID gắn trên xe làm cho AGV có thể dừng đúng các chỗ qui định và kết nối với xe chở hàng một cách tự động từ đó sẽ giảm thời gian vận chuyển, tăng năng suất lao động và đem lại lợi nhuận cho công ty Changshin. 2. GIỚI THIỆU 2.1 Đặt vấn đề Thứ nhất hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp ở nước ta đều có quy mô lớn nhưng chất 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 1 giảm do phải thuê mướn một lượng công nhân rất lớn, các công ty trong nước cũng không tránh khỏi tình trạng đó. Thứ hai là do quá trình khảo sát thực tế trong Nos -1 của công ty changshin đã thấy việc vận chuyển last (khuôn giày) phải do một người công nhân kéo xe last nặng 120Kg đi với quảng đường đi và về 120Kg đó cũng là công việc hết sức nặng nhọc và thiếu an toàn lao động. Vì thế công ty changshin quyết định hợp tác để thực hiện đề tài “Nghiên cứu và chế tạo xe tự hành vận chuyển hàng hóa ” 2.2 Giải quyết vấn đề Mục tiêu đặt ra cho đề tài là cần thiết kế ra một chiếc xe kéo hàng tự động không người lái có khả năng dò dường như một robot tự động và phát hiện được các vật cản trên đường đi đồng thời phải dừng đúng các điểm qui định để có thể kết nối và thả xe chở last vào đúng vị trí. Các yêu cầu đặt ra là xe phải hoạt động ổn định lâu dài và hoàn toàn tự động. Với các yêu cầu đặt ra cho đề tài như trên tôi đã nghiên cứu để tìm ra động cơ có Momen đủ lớn để có thể kéo hàng 120Kg đồng thời phải kết nối tự động với xe chở last và dừng đúng vị trí qui định thông qua bộ điều khiển driver cho động cơ, bộ PID kết hợp với bộ đọc RFID và các thẻ RFID đã dán trên đường đi và các góc cua để từ đó vi điều khiển sẽ nhận biết và xử lý . Vì đây là xe không người lái nên vấn đề dò đường, phát hiện vật cản và đảm bảo an toàn là phần rất quan trọng. Về dò đường thì dùng các cảm biến kim loại để bám đường line, còn về phát hiện vật cản thì tôi dùng cảm biến siêu âm SRF05 loại này có khả năng phát hiện vật cản ở tầm xa khoảng từ 3 - 4m. 2.3 Đề xuất giải pháp  Đề ra cách vận chuyển dùng xe AGV tự động.  Đề ra quãng đường hoạt động phù hợp với yêu cầu vận chuyển Last của công ty.  Đề ra được mô hình xe, các giải pháp nhận diện đường đi đảm bảo không bị “lạc đường” dùng các phương thức định vị line kim loại, RFID, vô tuyến. 2  Đề ra được phương thức giải quyết vấn đề nhận biết mức nhiên liệu và bổ sung nhiên liệu dùng accu với chế độ thay bình bằng tay.  Đề ra phương thức nhận biết người di chuyển trước xe, phương thức cảnh báo và hãm thích hợp để chống va chạm với con người.  Và quan trọng nhất là những dự kiến này đã được công ty chấp nhận và ký giao ước thực hiện triển khai trong công ty. 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Việc đầu tiên nhóm phải làm đó là nghiên cứu thật kĩ lưỡng các chi tiết của xe AGV trên thế giới. Sau khi nghiên cứu kĩ lưỡng các cơ cấu chuyển động cũng như quy trình hoạt động của xe AGV, nhóm tiến hành quan sát các quy trình vận hành cũng như sản xuất trong công ty Changshin để đưa ra kết cấu xe sao cho phù hợp nhất.  Quan sát thực tế: Nhóm đã có thời gian tiếp cận với quy trình sản xuất trong công ty Changshin Việt Nam từ đó tìm ra những công đoạn cần cải tiến về máy móc để nâng cao năng suất lao động nhất là khâu vận chuyển last.  Kế thừa và phát huy những thành tựu về khoa học công nghệ tiên tiến và hiện đại, nhóm nghiên cứu đã đưa ra nhiều ý tưởng cũng như công nghệ phù hợp với giải pháp của đề tài. Từ đó lựa chọn giải pháp tốt nhất, mang lại lợi nhuận cao nhất cho công ty để thực hiện việc thiết kế và thi công.  Tìm hiểu thông qua sách, báo, các bài viết chuyên đề và thông qua mạng internet nhằm rút ra những mô hình phù hợp nhất.  Học hỏi những thầy có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực robocon để có hướng giải quyết nhanh và tốt hơn.  Giải quyết từng Module nhỏ và sau đó ghép thành mạch hoàn chỉnh.  Tính toán và chạy thử nghiệm rút ra phương án tối ưu nhất.  Thiết lập mô hình xe, chạy thử nghiệm bên ngoài nhằm tìm ra những phương án tốt nhất có thể áp dụng 3 Hình 1: Sơ khối bộ điều khiển của xe AGV 4. KẾT QUẢ Hiện tại xe đã hoàn thành và đi vào chạy thử nghiệm, thay thế cho việc vận chuyển bằng sức người. Tăng năng suất từ 2 đến 3 lần so với trước đây. Không chỉ thế, việc ứng dụng xe AUTO AGV vào sản xuất còn giúp công ty tiết kiệm được khoản chi phí đáng kể so với khi sử dụng quy trình sản suất cũ.  Đảm bảo an toàn với môi trường, dễ vận hành sử dụng cũng như bảo dưỡng.  Thay thế được 1 đến 2 nhân công trong 1 ca sản xuất.  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, phù hợp với sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà. 4 5. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ. 5.2.1 Ưu diểm Xe AGV kết nối với xe last chở hàng một cách linh hoạt và kiểm soát được dung lượng của bình. Xe AGV sẽ thay thế được công nhân trong vận chuyển last lên xuống trong NOS 1 một cách liên tục và nhanh chóng từ đó năng suất có thể tăng lên từ 2 đến 3 lần. 5.2.2 Nhược điểm Do sử dụng nguồn acquy nên việc hoạt động liên tục trong thời gian đòi hỏi phải có độ bền cao và thời gian lưu trữ năng lượng lâu. Nên ta phải thiết kế nơi để xe sạc tự động khi hết điện vì vậy sẽ làm gián đoạn việc vận chuyển. 6. TÍNH M ỚI VÀ TÍNH SÁNG TẠO Hiện tại ở Việt Nam có rất ít công ty sử dụng các mô hình xe tự động như AGV. Việc ra đời và sử dụng AGV đánh đấu một bước đột phá mới trong việc áp dụng khoa học và công nghệ vào quy trình sản xuất góp phần nâng cao năng suất lao động và cải tiến trang thiết bị. Đưa ra một cái nhìn mới về công nghệ tự động hóa trong sản xuất công nghiệp phù hợp với sự phát triển ngày càng nhanh chóng của nền công nghiệp nước nhà. Nhóm đã nhận thấy được yêu cầu thực tiễn trong công ty và đã đề xuất nên đề tài nghiên cứu này, trong đề tài cũng đã áp dụng những khoa học kỹ thuật để thay thế sức lao động của con người. Hy vọng trong tương lai công nghệ tự động này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các ngành công nghiệp ở Việt Nam. 7. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Với khả năng linh hoạt cao và có thể chạy được trên các địa hình trong công ty, tùy theo yêu cầu của công ty mà xe AGV có thể chạy theo yêu cầu đó. AGV còn có khả năng nhận biết được vật cản xung quanh, nếu gặp vật cản sẽ hú chuông cảnh báo và khi không có vật cản xe sẽ tiếp tục làm nhiệm vụ của mình. Công ty sẽ cho chế tạo nhiều xe AGV để phục vụ cho nhiều phân xưởng. Xe AGV được thiết kế trên nguyên tắc tự động hoàn toàn nên có thể phù hợp với các công ty khác nhau. 5 8. HƯỚNG PHÁT TRIỂN Thiết kế kết cấu cơ khí, chọn loại động cơ và nguồn thích hợp giúp AGV có khả năng tải trọng cao hơn, có thể đến vài tấn. Thiết kế trạm nạp ắc quy tự động cho xe AGV đồng thời với hệ thống định vị GPS cục bộ trong nhà xưởng hoặc nhà máy để kiểm soát chính xác hành trình, trạng thái của AGV. Hoàn thiện giao diện điều khiển trên máy tính, phát triển những tính năng chạy tự động theo lộ trình đặt trước, hoặc theo thời gian đặt trước. Nâng cao hiệu suất sử dụng (tăng thời gian vận hành, tiết kiệm năng lượng..), kiểm soát chính xác vị trí cũng như tốc độ hoạt động của xe. Xây dựng xe AGV tương thích với chu trình tự động trong hệ thống nhà xưởng, cấp phát phôi tự động đáp ứng yêu cầu trong công nghiệp, kết hợp cùng những hệ thống tự động khác như robot scada … Chuẩn hóa các module để phát triển,chế tạo AGV theo mô hình công nghiệp, sản xuất trên quy mô lớn. Nghiên cứu những công nghệ mới nhất TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt : [1] Phạm Đăng Phước, “Robot công nghiệp” , Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2007. [2] Trần Hữu Quế (chủ biên), “Vẽ kỹ thuật cơ khí (tập 1,tập 2)” , Nxb Giáo dục, 2007. [3] Nguyễn Ngọc Bảo, Hồ Viết Bình, “Cơ sở công nghệ chế tạo máy” ,Trường Đại học Sư phạm kĩ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2007 Tiếng Anh : [1] Datasheet ATMEGA-8 của ATMEL. [2] Datasheet ATMEGA-64 của ATMEL. [3] Datasheet SRF05 [4] Datasheet IR2184 [5] Craig John J(1986). In troduction to ROBOTICs- Mechanics & Control. AddisonWesley Publishing Company . 6