Báo cáo: Hệ thống cơ điện tử thông minh Đề tài: QR code based Automated Storage and Retrieval System

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu Rô bốt công nghiệp Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp hóa tự động hóa, cung cấp thông tin…do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật tự động nói riêng. Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp: Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ Cộng hoà Séc có nghĩa là công việc tạp dịch. Đầu thập kỹ 60, công ty Mỹ AMF quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi là “Người máy công nghiệp”. Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điều khiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot không ngừng phát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau để nhận biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực tin họcđiện tử, nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trong các dây chuyền sản suất hiện đại. 1.1.1 Ứng dụng của rô bốt công nghiệp trong sản xuất Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ thay thế sức người. Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần năng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ vào những khả năng to lớn của robot như: làm việc không biết mệt mỏi, chịu được phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại, nhiệt độ cao, cảm thấy được cả từ trường và nghe được cả siêu âm… Robot được dùng thay thế con người trong các trường hợp trên hoặc thực hiện các công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn. Ngày này xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC với rô bốt công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hoá, mức linh hoạt cao. Ở đây các rô bốt và máy được điều khiển bằng cùng một hệ thống máy và chương trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Báo cáo: Hệ thống cơ điện tử thông minh

Đề tài: QR code based Automated Storage

and Retrieval System

NGUYỄN VĂN UY – 20202611M Chuyên ngành Kỹ thuật Cơ điện tử

Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Hồng Hải

Chữ ký của GVHD

Mục lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4

1.1 Giới thiệu Rô bốt công nghiệp 4

1.1.1 Ứng dụng của rô bốt công nghiệp trong sản xuất 4

1.1.2 Các khái niệm và định nghĩa về rô bốt công nghiệp 5

1.2 Giới thiệu về kho hàng tự động 6

1.2.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hoá 6

1.2.2 Cấu trúc cơ bản của kho hàng tự động 8

1.2.3 Hệ thống vận chuyển 8

1.3 Tìm hiểu về mã QR code 9

1.3.1 Lịch sử phát triển của mã vạch barcode và QR code 9

1.3.2 Tính năng của mã QR 10

1.3.3 Ứng dụng của mã QR 12

CHƯƠNG 2 Tổng quan hệ thống 14

2.1 Hệ thống cơ khí 15

2.1.1 Hệ băng tải 15

2.1.2 Hệ rô bốt 3 bậc tự do 16

2.1.3 Các thành phần của hệ thống cơ khí 17

2.2 Hệ thống điều khiển 18

2.2.1 Các thành phần chính 19

2.2.2 Sơ đồ thuật toán 21

2.2.3 Phần mềm thiết kế giao diện và mô phỏng hệ thống 22

CHƯƠNG 3 THUẬT TOÁN XỬ LÝ ẢNH 23

3.1 Phần mềm và thư viện 23

3.1.1 Thư viện OpenCV 23

3.1.2 Thư viện Zbar 23

3.1.3 Windowns form application 24

3.2 Mã QR ứng dụng phân loại sản phẩm 24

3.2.1 Thuật toán xây dựng mã QR 24

3.2.2 Đọc mã QR 33

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 35

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1 toạ độ suy rộng của rô bốt 6

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của rô bốt công nghiệp 6

Hình 1.3 Rô bốt vận chuyển hàng trong kho của Amazon 7

Hình 1.4 Hình ảnh kho hàng tự động ASRS 8

Hình 1.5 Mã vạch và mã QR code 10

Hình 1.6 Cấu tạo mã QR code 11

Hình 1.7 Nhiều ký tự số chia thành nhiều mã QR 12

Hình 2.1 Thành phần chung của hệ thống xử lý ảnh phân loại sản phẩm 14

Hình 2.2 Hệ thống băng tải 16

Hình 2.3 Mô hình rô bốt 16

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển 18

Hình 2.5 Bộ nguồn 19

Hình 2.6 Động cơ servo 19

Hình 2.7 Giao diện người dùng 20

Hình 2.8 Camera xử lý ảnh 20

Hình 2.9 Cảm biến tiệm cận 21

Hình 2.10 Sơ đồ chung của hệ thống 21

Hình 2.11 Sơ đồ điều khiển rô bốt đặt hàng 22

Hình 3.1 Sơ đồ tạo mã QR 24

Hình 3.2 Các funtion pattern và vị trí của nó 27

Hình 3.3 kích thước Finder pattern 28

Hình 3.4 Phiên bản 1 và phiên bản 18 28

Hình 3.5 Thêm Separator 29

Hình 3.6 kích thước Alignment pattern 29

Hình 3.7 Cách đặt Alignment pattern 30

Hình 3.8 thêm Timing pattern 30

Hình 3.9 thêm Format information 31

Hình 3.10 bit thông tin phiên bản (từ phiên bản 7 trở lên) 31

Hình 3.11 Chiều sắp xếp bit data 32

Hình 3.12 Thứ tự đặt bit dữ liệu 32

Hình 3.13 Sơ đồ đọc mã QR 33

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuậtđiện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọilĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp hóa tự động hóa, cung cấpthông tin…do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quảnhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung vàtrong sự phát triển của kỹ thuật tự động nói riêng

Sơ lược về quá trình phát triển của robot công nghiệp:

Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ Cộng hoà Séc có nghĩa là công việc tạp dịch.Đầu thập kỹ 60, công ty Mỹ AMF quảng cáo một loại máy tự động vạn năng gọi

là “Người máy công nghiệp” Vào khoảng năm 1949, các máy công cụ điềukhiển số ra đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạomáy bay Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robotkhông ngừng phát triển Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khácnhau để nhận biết môi trường xung quanh, cùng với những thành tựu to lớn tronglĩnh vực tin học-điện tử, nhờ vậy robot công nghiệp đã có vị trí quan trọng trongcác dây chuyền sản suất hiện đại

1.1.1 Ứng dụng của rô bốt công nghiệp trong sản xuất

Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dướigóc độ thay thế sức người Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phầnnăng cao năng suất dây chuyền công nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng

và khả năng cạnh tranh của sản phẩm đồng thời cải thiện điều kiện lao động Đạtđược các mục tiêu trên là nhờ vào những khả năng to lớn của robot như: làm việckhông biết mệt mỏi, chịu được phóng xạ và các môi trường làm việc độc hại,nhiệt độ cao, cảm thấy được cả từ trường và nghe được cả siêu âm… Robot đượcdùng thay thế con người trong các trường hợp trên hoặc thực hiện các công việctuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu dễ gây mệt mỏi, nhầm lẫn

Ngày này xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNCvới rô bốt công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hoá, mức linh hoạtcao Ở đây các rô bốt và máy được điều khiển bằng cùng một hệ thống máy vàchương trình

1.1.2 Các khái niệm và định nghĩa về rô bốt công nghiệp

Theo tiêu chuẩn AFNOR:

Robot công nghiệp là cơ cấu chuyển động có thể lập trình, lặp lại các chươngtrình, tổng hợp các chương trình đặt ra trên các trục tọa độ, có khả năng định vị,định hướng, di chuyển các đối tượng vật chất chi tiết, dao cụ, gá lắp… theonhững hành trình thay đổi đã chương trình hoá nhằm thực hiện các nhiệm vụcông nghệ khác nhau

Bậc tự do của rô bốt: là số khả năng chuyển động của một số cơ cấu (chuyển

động quay hoặc tịnh tiến) Để dịch chuyển được một vật thể trong không gian, cơcấu chấp hành của robot phải đạt được số bậc tự do Nói chung cơ hệ của robot

là một cơ cấu hở, do đó bậc tự do của nó có thể tính theo công thức:

Hệ toạ độ: Mỗi rô bốt thường bao gồm nhiều khâu liên kết với nhau qua các

khớp, tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản đứng yên Hệtọa độ trung gian khác gắn với các khâu động gọi là hệ tọa độ suy rộng trongtừng thời điểm hoạt động, các tọa độ suy rộng gọi là hệ tọa độ suy rộng Trongtừng thời điểm hoạt động, các tọa độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằngcác chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớpquay Các tọa độ suy rộng gọi là biến khớp

Hình 1.1 toạ độ suy rộng của rô bốt

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của rô bốt công nghiệp

1.2 Giới thiệu về kho hàng tự động

1.2.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hoá

Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc mang sảnphẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó không tậndụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lýhàng hoá kém hiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứahàng

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thốngnày rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện Nhưngtrong đó chủ yếu là sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc

dỡ hàng là các máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho

Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:

- Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa

- Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường đểchung với nhau trong 1 kho)

- Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhau)

- Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho

Với sự ra đời của các hệ thống lưu kho tự động, người ta có thể quản lý tốthàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏikho, các hệ thống kho tự động được sử dụng robot để vận chuyển hànghóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thốngkho tốn khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hànghóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệmđược nhân công

Hình 1.3 Rô bốt vận chuyển hàng trong kho của Amazon

Hình 1.4 Hình ảnh kho hàng tự động ASRS

1.2.2 Cấu trúc cơ bản của kho hàng tự động

Cấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang, dọctheo mỗi hành lang có một hay nhiều máy xếp, dỡ tự động Hai bên hành lang

là các khoang chứa hàng Đầu mỗi hàng lang là trạm xếp dỡ Các trạm xếp dỡliên hệ với nhau theo hệ thống băng chuyền

Nhìn chung kho tự động được cấu thành từ 3 phần:

ở các nước đã có áp dụng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếpdỡ…

Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho kho tự độngcủa các siêu thị, các công ty… băng tải ở những môi trường này có nhiệm

vụ vận chuyển hàng hóa từ kho đến nơi giao hàng cho khách Băng tải córất nhiều loại mỗi loại được dung để tải một loại vật liệu khác nhau

Đối với nhà máy chỉ sản xuất một sản phẩm thì hệ thống băng chuyền chỉđơn thuần phân phối sản phẩm cho các robot một cách tối ưu Nhưng với

những nhà máy sản xuất nhiều loại sản phẩm cùng lúc thì hệ thống băngchuyền còn thực hiện phân loại sản phẩm vào khu vực thích hợp.

Các robot, xe tự hành là những thiết bị tất yếu của một hệ thống kho tựđộng Chúng di chuyển trong diện tích của nhà kho theo 3 trục, làm nhiệm vụđưa hàng từ cổng nhập đến những ô trống và lấy hàng từ ô chứa hàng ra cổngxuất

1.3 Tìm hiểu về mã QR code

Mã QR viết tắt của Quick response code (tạm dịch "Mã phản hồi nhanh") Vìngười tạo ra nó có ý định cho phép mã được giải mã ở tốc độ cao Ra đời ở NhậtBản nhằm phục vụ cho ngành sản xuất ô tô Mã QR chứa thông tin theo cả hướngdọc và ngang, trong khi Barcode chỉ chứa dữ liệu theo một hướng, đồng thời mã

QR còn có thể chứa khối lượng thông tin lớn hơn so với mã vạch thông thường

Mã QR dùng 4 chuẩn mã hoá khác nhau gồm: Số, chữ và số, mã nhị phân và chữKanji nhằm lưu trữ dữ liệu hiệu quả hơn

1.3.1 Lịch sử phát triển của mã vạch barcode và QR code

Năm 1932 để các cửa hàng tạp hoá và siêu thị tìm kiếm hàng hoá một cách dễdàng hơn để theo dõi các sản phảm được bán và hàng tồn kho, Wallace Flint, mộtsinh viên Harvard đã đề xuất một hệ thống thẻ đục lỗ Ý tưởng đã thất bại vì đắt

1.3.2 Tính năng của mã QR

Mặc dù khi được phát minh vào năm 1994, mã QR chỉ có mục đích để giảiquyết vấn để về theo dõi thông tin sản phẩm tốt hơn Nhưng ngày nay mã QRđược ứng dụng trong nhiều ngữ cảnh khác nhau như quản lý các hiện vật đượctrưng bày ở bảo tàng, biển quảng cáo, mã hoá văn bản, số điện thoại, email, địachỉ website,…

Mã QR có khả năng lưu thông tin rất lớn, có thể chứa đến vài chục đến vàinghìn chữ số và ký tự (vượt trội hoàn toàn so với mã vạch barcode truyền thốngchỉ lưu được khoảng 20 ký tự) Tối đã mã QR lưu được 7089 ký tự mã hoá trongmột biểu tượng

Mã QR có khả năng xử lý nhiều loại dữ liệu phức tạp, chẳng hạn như các ký

tự số và chữ, Kanji, Hiragana, chữ Khmer,chữ Hán, ký hiệu, mã nhị phân vàcontrol codes

Khả năng lưu trữ dữ liệu của mã QR:

- Số đơn thuần: Tối đa 7089 kí tự

- Số và chữ cái (8 bit): Tối đa 2953 byte

- Kanji/Kana: Tối đa 1817 kí tự

Kích thước nhỏ gọn tiện dụng hơn Barcode: Vì mã QR mang thông tin theochiều ngang và chiều dọc nên mã QR có khả năng mã hóa cùng một lượng dữliệu trong khoảng một phần kích thướng so với Barcode Mặt khác thì mã QRcòn có dạng vi mã QR (micro QR code ) với khích thước nhỏ và tiện dụng

bảo cho dữ liệu không bị mất đi Mức này càng cao thì lượng thông tin chứa trên

mã QR sẽ bị giảm đi Từ đó người dùng có thể tuỳ biến chỉnh sửa mã QR để phùhợp với các mục đích sử dụng khác nhau

Sơ lược về thuật toán sửa lỗi Reed-Solomon:

Khi ta gửi bit trên đường truyền rất có thể có các bit bị sai lệch vì nhiễu trênkênh truyền vì vậy ta phải đưa thêm các bit giám sát và số bit trên và gửi đi đểđảm bảo số bit bị sai lệch được khôi phục bởi bit giám sát

Dù nằm ở vị trí nào dù ngược - xuôi ngang - dọc thì việc đọc mã vẫn dễdàng mà không cần xoay chỉnh thiết bị đọc mã cho đúng định dạng Khả năngnày có được chủ yếu nhờ cấu trúc của mã QR có các văn định vị nên mã QR cóđược đọc ở 3600

Hình 1.6 Cấu tạo mã QR code

Dấu vị trí(Find pattern): Biểu thị hướng khi in mã QR

Ký hiệu căn chỉnh(Alignment pattern: Đây là phần bổ sung giúp cho máyquét xác định dễ dàng hơn khi mã QR có kích thước lớn

Mẫu thời gian(Timing pattern): Những dòng này giúp máy quét xác địnhchính xác độ lớn của dữ liệu

Thông tin phiên bản(Version information): Quy định về phiên bản mà mã QRđang sử dụng trong 40 phiện bản đang có hiện nay(21x21, 25x25 đến 177x177).Thông tin định dạng(Format information): chứa thông tin về mặt nạ dữ liệu vàkhả năng chịu lỗi của mã giúp cho việc quét mã được dễ dàng.

Dữ liệu và phím sửa lỗi(Data): Đây là phần chứa dữ liệu thực tế

Khu vực tĩnh(Quiet zone): Đây là vạch phân cách giúp cho các thiết bị quétphân biệt được mã QR với các môi trường ngoài mã

Tính năng Cấu trú phụ thêm(Structured Append) : tính năng này cho phép mã

QR có thể được chia thành nhiều vùng dữ liệu Ngược lại, thông tin được lưu trữtrong nhiều biểu tượng mã QR có thể tái tạo lại được dưới dạng các ký hiệu đơn

Hình 1.7 Nhiều ký tự số chia thành nhiều mã QR

1.3.3 Ứng dụng của mã QR

Kiểm kê hàng hóa, thông tin sản phẩm

- Thông tin cá nhân: trên card visit

- Lưu trữ URL: điện thoại chỉ việc đọc mã QR để lấy URL, sau đó tự động

mở trình duyệt

- Sử dụng tại các bến xe bus, xe lửa, tàu điện ngầm: người sử dụng khi quét

mã QR của bến xe sẽ biết thông tin về các chuyến xe

- Sử dụng tại các viện bảo tàng: người sử dụng chỉ cần quét mã QR đặt cạnhvật trưng bày là biết được thông tin chi tiết và cập nhật về đồ vật đó

- Sử dụng để mua hàng ở bất kỳ đâu: người sử dụng khi đi tàu điện ngầm,

xe bus … Nếu thấy thích mặt hàng đang quảng cáo trên đó có thể đặt mua ngaylập tức thông qua mã QR và Mobile Internet

- Sử dụng tại siêu thị: để biết được thông tin, hướng dẫn nấu ăn cũng nhưhàm lượng dinh dưỡng của những thức ăn cần mua

- Sử dụng tại các buổi hội thảo, thuyết trình, tổ chức sự kiện: người thamgia có thể sử dụng mã QR thay cho Business Card của mình.

- Sử dụng với các tờ báo, tạp chí giấy: người đọc có thể quét mã QR được

in trong tờ báo, tạp chí giấy để truy cập phiên bản online/mobile của tờ báo, tạpchí này

- Sử dụng tại các chương trình nhạc hội, live show, bar, club: để xác địnhxem tiết mục, ca sỹ, ban nhạc, bài nhạc đang chơi, tác giả bài nhạc

- Sử dụng tại nhà hàng, khách sạn, coffee shop: để biết được công thức vàcách chế biến món ăn, thức uống, thông tin khách sạn

- Sử dụng với đồ vật cá nhân (xe, áo thun…): cung cấp thông tin chi tiết vềmón hàng, xuất xứ, giá cả

- Sử dụng trong truyền thông quảng cáo: dần thay thế các quảng cáo dướihình thức in ấn và phát tờ rơi Mã QR sẽ đính kèm thông tin thương hiệu trên các

ấn phẩm, bảng hiệu cửa hàng, các bảng quảng cáo, billboard

- Sử dụng mã QR để tạo sự khác biệt trong chữ ký email thường dùng; trênnhững món quà, để tạo đặc biệt và bất ngờ cho người nhận, và làm cho ngườinhận thấy tò mò về nội dung của mã QR đính kèm

CHƯƠNG 2 Tổng quan hệ thống

Hệ thống xử lý ảnh là công nghệ và các phương pháp được sử dụng để tựđộng phân tích và kiểm tra dựa trên xử lý ảnh dùng cho các ứng dụng như kiểmtra tự động, phân loại, điểu khiển quá trình và dẫn hướng ho rô bốt công nghiệp.Một hệ thống sử dụng xử lý ảnh để phân loại sản phẩm gồm các thành phần:Phần cơ khí: Hệ thống băng tải, động cơ servo, khung chứa camera, giá đỡphần điều khiển, rô bốt vận chuyển hàng

Phần điều khiển: Máy tính xử lý hình ảnh, vi điều khiển, cảm biến

Phần camera: Chọn camera, len và hệ thống chiếu sáng phù hợp với ứng dụngcủa các thành phần và nhiệm vụ khác nhau

Hình 2.8 Thành phần chung của hệ thống xử lý ảnh phân loại sản phẩm

Hệ thống cơ khí cơ bản của một nhà kho tự động là một robot hoạt động tựđộng thông qua bộ điều khiển và di chuyển theo đường ray dọc theo giá hàng đểmang hàng từ chỗ sản xuất sắp xếp vào kho hoặc mang từ kho xuất ra ngoàiđến bộ phận đóng gói

Số lượng robot sử dụng trong một nhà kho ít hay nhiều hoàn toàn phụ thuộcvào đặc tính của nhà kho đó Nếu một nhà kho tự động cần khả năng lưu trữ caonhưng tốc độ thấp thì số lượng robot không nhiều và hệ thống băng chuyềnkhông quá phức tạp Nhưng nếu một nhà kho cần khả năng lưu trữ cao vớitốc độc cao thì số lượng robot rất lớn di chuyển trên các ray độc lập, theo

đường cong hoặc chuyển ray dẫn đến hệ thống băng chuyền để phân phối chocác robot này rất phức tạp.

Hệ thống kho hàng tự động của nhóm em do là mô hình nên khả năng lưu trữthấp và gồm 1 robot di chuyển trên đường ray cạnh hệ thống kệ hàng Tốc độ dichuyển theo chiều dài trục x và chiều cao trục z là tối đa 0.5 m/s Trọng lượngnâng lấy hàng của robot được thiết kế tối đa 1 kg

Hệ thống kho hàng tự động có khả năng:

- Điều khiển robot nhập hàng vào kệ

- Xếp hàng từng loại hàng theo từng tầng của kệ nhờ vào dữ liệu khiquét mã QR

- Xác định vị trí của hàng hoá khi cần lấy

- Nắm được tình trạng của hàng hoá, loại nào hết, loại nào còn tồnkho

- Điều khiển robot lấy hàng từ kho chuyển đến bộ phận khác theo tênloại hàng

2.1 Hệ thống cơ khí

Hệ thống cơ khí là một phần rất quan trọng trong hệ cơ điện tử thông minh

Cơ khí tác dụng trực tiếp lên các đối tượng để thực hiện yêu cầu từ hệ thống điềukhiển và độ chính xác của hệ thống cũng phụ thuộc vào cả hệ thống cơ khí chứkhông chỉ phụ thuộc vào thuật toán điều khiển Năng suất và chất lượng của côngviệc phụ thuộc rất nhiều vào hệ cơ khí

Hệ thống cơ khí gồm 2 phần chính là băng tải và rô bốt 3 bậc tự do

2.1.1 Hệ băng tải

Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các loại vật liệu đơn chiếc và vật

liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất,các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển cáccấu kiện nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, cácloại xỉ lò trên các trạm thuỷ điện thì dùng để vận chuyển nhiên liệu, trong cáckho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bao kiện, vật liệu hạt, hoặc một sốsản phẩm khác; trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm,hoá chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành

Theo yêu cầu bài toán ta chọn rô bốt có 3 bậc tự do tịnh tiến thì phù hợp vàđáp ứng được yêu cầu.

Cấu tạo của rô bốt: Robot được thiết kế với 3 cơ cấu chính là cơ cấu di chuyểnrobot trên đường ray nhờ vào động cơ, cơ cấu nâng hàng theo phương thẳngđứng gồm 1 bên dùng bánh xích 1 bên dùng ròng rọc nối với động cơ để dẫnhướng cùng chiều, cơ cấu lấy trả hàng nhờ thanh trượt và khung nâng gắn với hệbánh xích Các cơ cấu này có thể làm việc độc lập hay phối hợp nhau để hiệusuất của hệ thống là cao nhất

Cơ cấu đẩy hàng, nâng hạ hàng bao gồm bánh răng thanh trượt, ròng rọc đượcđiều khiển bằng động cơ một chiều 12V DC Hệ di chuyển cũng được điều khiểnbằng động cơ trên và chạy trên đường ray Có cảm biến vị trí, báo hàng

Hệ thống di chuyển: Để di chuyển ra vào trên đường ray đã được thiết kế sẵn

thì cần đến motor gắn trực tiếp vào bánh xe để truyền chuyển động cho bánh

xe, trung gian còn có thêm phanh điện từ để hãm chuyển động, xe dừng ngaylập tức khi đến công tắc hành trình để đảm bảo độ chính xác khi lấy hàng

Hệ thống nâng hàng: Hàng được chọn để trong khung nâng, được kéo lên hạ

xuống theo phương thẳng đứng nhờ vào hệ ròng rọc và bánh xích thanh trượt.Ròng rọc và bách xích được gắn đều 2 bên để động cơ truyền động cho hệ vàđược điều khiển thông qua mạch điều khiển Motor đươc gắn thêm với phanhđiện từ để hãm chuyển động lên xuống để đáp ứng độ chuẩn xác của hệ thống

Hệ thống lấy trả hàng: Bộ phận đưa hàng vào kệ hoặc lấy hàng từ kệ nhờ

motor quay thông qua hệ xích bánh xích có tỷ số truyền 1 Cơ cấu trên kết hợp

với cơ cấu thanh trượt để lấy hàng hoặc trả hàng vào kệ, cơ cấu được điềukhiển thông qua hệ thống mạch điều khiển logic

- Động cơ servo 12V DC với khối lượng của hệ khoảng 3kg tốc độ0,1 – 0,2 m/s công suất cần của hệ khoảng 6W và số vòng 49 vg/ph

- Ray trượt bi 2 tầng

- Bộ truyền động xích bánh xích

2.2 Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là một phần không thể thiếu trong các thiết bị ngày nay

Hệ thống điều khiển giao tiếp với người xử dung, xử lý tín hiệu và xuất tín jiệuđiều khiển cho cơ cấu chấp hành Trong chương này, nhóm tôi xin trình bày tổngquan hệ thống điều khiển hệ thống robot nhập xuất kho tự động

Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển bao gồm:

- Nguồn

- Mạch điều khiển