Đồ Án công nghệ chế tạo máy thiết kế agv Ứng dụng vận chuyển thực phẩm

Nhờcông nghệ phát triển mà xe tự hành AGV đã trở nên thông minh hơn,tốc độ di chuyển nhanh hơn, cảm biến tốt hơn, khả năng ghi nhớnhanh hơn và đặc biệt là tự quay về địa điểm để sạc lại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

THIẾT KẾ AGV ỨNG DỤNG VẬN CHUYỂN

THỰC PHẨM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ diện tử

Giảng viên hướng dẫn : Lê Tấn Sang

Sinh viên thực hiện : Đinh Thái Hòa

Đặng Đức Lợi

Trần Minh Thiện

TP Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2024

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu đề tài

Đề tài của nhóm em là Thiết kế AGV ứng dụng vận chuyển thựcphẩm Trước hết về AGV, thì AGV là viết tắt của AutomationGuided Vehicle, bên cạnh đó còn được gọi là Robot AGV, Robotkéo hàng, xe tự hành AGV, Robot vận chuyển hàng tự động, Mụcđích chính của phát minh này là để hỗ trợ nhân viên di chuyển hànghoá xung quanh khu vực làm việc, mục đích này vẫn giữ nguyên chođến ngày nay Những năm trở lại đây, xu hướng công nghệ pháttriển, xe tự hành AGV cũng có nhiều cải tiến đi song song với sự rađời của những cảm biến mới Từ thuở đầu, xe chỉ có thể di chuyểnđến địa điểm được định vị sẵn, thì giờ đã có thể biết né vật cản Nhờcông nghệ phát triển mà xe tự hành AGV đã trở nên thông minh hơn,tốc độ di chuyển nhanh hơn, cảm biến tốt hơn, khả năng ghi nhớnhanh hơn và đặc biệt là tự quay về địa điểm để sạc lại năng lượng.Những năm 2010 đến nay, xe tự hành AGV đã được cải tiến và hoànthiện với những công nghệ hiện đại hơn, có nhiều mẫu mã đã gópphần làm cho xe tự hành AGV có nhiều ứng dụng trong nhiều linhvực khác nhau như y tế, nông nghiệp, nhà hàng,… Và nhóm emhướng về ưng dụng vận chuyển thực phẩm

Đối với ngành công nghiệp thcự phẩm, bảo quán và vận chuyển thựcphẩm ở nhiệt độ thâp là một yếu tố quan trọng để đẩm bảo chấtlượng và hạn sử dụng của sản phẩm Đặt biệt là đối với kho lạnh, nơiđây có nhiệt độ thấp, nếu như có nhân công ở đây thì khả nguy hiểmđến sức khoẻ, hoặc có những sự cố thì sẻ không an toàn Và một sốvấn đề khác như:

Tăng cường hiệu suất và năng suất: AGV có thể hoạt động liên tục

mà không cần nghỉ ngơi như con người Điều này giúp tăng cườnghiệu suất và năng suất trong quá trình vận chuyển thực phẩm, đặcbiệt là trong các môi trường sản xuất công nghiệp lớn

Giảm chi phí lao động: Sử dụng AGV có thể giảm chi phí lao động,đặc biệt là trong các khu vực nơi cần có sự di chuyển liên tục củahàng hóa như nhà máy sản xuất thực phẩm hoặc nhà kho lớn.Tăng cường độ an toàn: AGV được thiết kế để hoạt động một cách

an toàn và có thể tránh được các va chạm với các vật thể khác trongquá trình vận chuyển thực phẩm Điều này giảm nguy cơ tai nạn laođộng và hỏng hóc hàng hóa

Cải thiện chất lượng: Việc sử dụng AGV có thể giảm nguy cơ ônhiễm và hỏng hóc hàng hóa trong quá trình vận chuyển, từ đó cảithiện chất lượng của thực phẩm đến tay người tiêu dùng

Tăng cường dộ chính xác và đồng nhất: AGV hoạt động theo mộtchu trình chính xác và đồng nhất, giúp đảm bảo rằng thực phẩmđược vận chuyển đúng cách và đến đúng địa điểm một cách nhấtquán

Giảm thiểu lôĩ nhân viên: AGV không bị ảnh hưởng bởi các yếu tốnhư mệt mỏi, sự không chú ý hay lỗi do con người gây ra, do đógiảm thiểu rủi ro lỗi trong quá trình vận chuyển thực phẩm

Đáp ứng nhu cầu tăng cường tự động hoá: Trong môi trường sảnxuất và vận chuyển hiện đại, nhu cầu về tự động hóa ngày càng tăng,

và việc sử dụng AGV là một phần của xu hướng này

Do đó việc áp dụng xe tự hành AGV trong vận chuyển thực phẩmgiúp cải thiện hiệu suất, an toàn, chất lượng và yêu cầu độ chính xáctrong quá trình này

1.2 Sản phẩm trên thị trường (nếu có), phân tích ưu nhược điểm

Hiện nay, xe tự hành AGV đang dần trở nên phổ biến trong các nhàmáy sản xuất, nhà kho, các trung tâm phân phối,… với mục đíchgiảm thiểu chi phí và tăng hiệu suất lao động Có thiết kế nhỏ gọnnên dễ dàng di chuyển và làm việc trong các mô hình nhà xưởng, cókhả năng vận chuyển các pallet, hàng hóa và các sản phẩm trongtoàn bộ kho hoặc nhà máy sản xuất một cách tự động

1.2.1 AGV Pallet IGR-PTA 5:

Đây là mẫu AGV được thiết kế để vận chuyển các pallet, tromg đó

có pallet thực phẩm trong nhà máy thực phẩm hay kho lưu trữ lớn

Ví dụ, AGV pallet có thể được sử dụng để di chuyển pallet chứa hộpsản phẩm thực phẩm từ dây chuyền sản xuất đến kho lưu trữ tạmthời

Hình 1.1 AGV Vận chuyển Pallet IGR-PTA 5

Hãng sản xuất: IDEA HIGH TECHNOLOGY STOCK

COMPANY

Ưu điểm:

Tốc độ di chuyển cao nhất trên thị trường, tối đa lên đến60m/phút

Sử dụng điều hướng SLAM, không cần đến băng từ

Có đầy đủ các tính năng hiện nay: phát hiện vật cản, phát hiện vachạm cơ khí, có cảnh báo khi va chạm,…

Bộ điều khiển hiệu năng cao

Thời gian sử dụng cho một lần sạc lâu và tích hợp sạc tự độngtrong thời gian làm việc

Nhược điểm:

Tải trọng không quá nặng ( <500kg ).

Chi phí cao ( 819 triệu/sp )

Cần người có chuyên môn vận hành

1.2.2 AGV vận chuyển Pallet kết hợp robot Packing

Vận chuyển và lắp đặt đơn giản

Dễ dàng theo dõi trên hệ thống

Nhược điểm:

Tải trọng không quá lớn ( <500kg )

Kích thước hơi lớn

Vận chuyển được một số vật có hình thù nhất định

Tốc độ di chuyển khá chậm ( 1,5m/phút ).

1.2.3 AGV Folklift Mobile Robot F4-1000C (FMR)

Hình 1.3 Folklift Mobile Robot F4-1000C

Hãng sản xuất: Hikrobot.

Ưu điểm:

Thời gian hoạt động lâu (7-8h)

Khối lượng vận chuyển tương đối lớn (<1500kg)

Tốc độ di chuyển nhanh (1200mm/s)

Trang bị nhiều cảm biến

Nhược điểm:

Xe khá to nên cần không gian rộng

Cần người có chuyên môn để vận hành

Lựa chọn: Xe tự hành AGV Pallet IGR-PTA 5 của IDEA HIGH

TECHNOLOGY STOCK COMPANY

Lí do: Là một sản phẩm có đầy đủ hầu hết các tính năng trên thị

trường hiện nay, có đầy đủ các tính năng vượt trội hơn các sản phẩm

của thị trường, di chuyển nhanh chóng và duy trì nguồn năng lượngđược lâu, bên cạnh đó còn có hệ thống SLAM dẫn đường nên khôngcần dây dẫn từ Vì vậy chọn AGV Pallet IGR-PTA 5.

1.2.4 Tổng quát

AGV vận chuyển Pallet hay và AGV tự hành nói chung, đều giốngnhư bất kỳ mọi sản phẩm trên thị trường hiện nay, chúng đều cónhững ưu nhược điểm chung

Ưu điểm:

Tăng cường hiệu suất: AGV giúp tăng cường hiệu suất sản xuất

và vận hành bằng cách tự động hóa các quy trình di chuyển hànghóa Bằng các làm việc liên tục và không cần nghĩ ngơi như conngười

Giảm chi phí nhân công: Sử dụng AGV giảm bớt nhu cầu về laođộng, làm giảm chi phí nhân công và tăng tính cạnh tranh

An toàn: Các AGV thường được thiết kế để hoạt động an toàn,giảm nguy cơ tai nạn lao động và hỏng hóc hàng hóa

Độ chính xác: AGV hoạt động theo chu trình chính xác và có thểcung cấp độ chính xác cao trong quá trình vận chuyển

Tích hợp linh hoạt: AGV có thể tích hợp với các hệ thống tựđộng hóa và quản lý để tối ưu hóa quá trình vận hành

Nhược điểm:

Chi phí đầu tư ban đầu: Triển khai AGV đòi hỏi một khoản đầu

tư lớn ban đầu, bao gồm chi phí mua sắm và triển khai hạ tầng

Yêu cầu kĩ thuật cao: Triển khai và vận hành AGV yêu cầu kiếnthức kỹ thuật cao, đặc biệt là trong việc lập trình và điều chỉnh hệthống

Khả năng tương tác hạn chế: AGV có thể gặp khó khăn trongviệc tương tác với một số yếu tố không dự đoán được trong môitrường

Yêu cầu bảo trì và sửa chữa đặc biệt: AGV cần được bảo trì vàsửa chữa định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.

Hạn chế vận chuyển có hình dáng đặc biệt: Các AGV có thể gặpkhó khăn trong việc vận chuyển hàng hóa có hình dáng khôngđều hoặc không phù hợp với thiết kế của chúng

1.3 Tình hình nguyên cứu trong và ngoài nước về AGV hiện nay 1.3.1 Thị trường xe AGV toàn cầu:

Tăng trưởng mạnh: Thị trường xe AGV toàn cầu dự kiến đạt giátrị 26,8 tỷ USD vào năm 2028, tăng từ 12,4 tỷ USD vào năm

2023 với tốc độ CAGR 13,5% trong giai đoạn 2023-2028

Châu Á Thái Bình Dương dẫn đầu: Khu vực này dự kiến sẽ tăngtrưởng nhanh nhất, với tốc độ CAGR 15,2% trong giai đoạn dựbáo

Lý do tăng trưởng: Nhu cầu tự động hóa cao trong các ngànhcông nghiệp như sản xuất, kho bãi, logistics, v.v

1.3.2 Phát triển xe tự hành AGV tại Việt Nam:

Giai đoạn đầu:

Công nghệ AGV du nhập vào Việt Nam từ những năm 1990

Chủ yếu sử dụng xe AGV đơn giản, dẫn hướng bằng dây dẫn từ.Giai đoạn hiện nay:

Nhu cầu tự động hóa cao, thúc đẩy phát triển xe AGV mạnh mẽ

Nhiều doanh nghiệp Việt Nam đầu tư vào xe AGV tiên tiến, dẫnhướng bằng laser, GPS, v.v

Một số doanh nghiệp Việt Nam sản xuất xe AGV như VinFast,FPT, THACO, v.v

1.3.3 Tiềm năng phát triển:

Nhu cầu tự động hóa trong các ngành công nghiệp Việt Nam dự kiến

sẽ tiếp tục tăng cao

Thị trường xe AGV Việt Nam có tiềm năng phát triển lớn.

1.3.4 So sánh phát triển xe tự hành AGV trong và ngoài nước Điểm giống nhau:

Nhu cầu tự động hóa cao thúc đẩy phát triển xe AGV

Các công nghệ dẫn hướng tiên tiến được ứng dụng

Điểm khác nhau:

Mức độ phát triển:

 Nước ngoài: phát triển mạnh mẽ, công nghệ tiên tiến, nhiều nhà

sản xuất lớn

 Việt Nam: phát triểu sau, công nghệ đang dần bắt kịp xu thế thị

trường, số lượng nhà đầu tư còn ít

Giá thành:

 Nước ngoài: giá thành cao.

 Việt Nam; Giá thành thiên về hướng cạnh tranh hơn.

Nhân lực:

 Nước ngoài: Nguồn nhân lực trình độ cao dồi dào.

 Việt Nam: Nguồn nhân lực đang phát triển, cần đạo tạo thêm.

Có thể thấy được rằng thị trường trong và ngoài nước hiện nay đều

có nhiều tiềm năng phát triển, Thị trường nước ta cũng dần bắt kịp

so với thị trường quốc tế Vì thế, chúng ta cần đầu tư vào nghiêncứu, phát triển và sản xuất xe tự hành AGV để đáp ứng được môitrường làm việc, nhu cầu thị trường hiện nay

1.4 Các vấn đề liên quan đến đề tài

1.4.1 Sơ đồ nguyên lí

1.4.2 Sơ đồ động

Có rất nhiều dạng sơ đồ nguyên lí của hệ thống truyền động của xevận chuyển AGV đã được áp dụng nhằm đạt được tốc độ yêu cầu và

độ chính xác Các ví dụ về các dạng hệ thống dẫn động cho xe nhưsau:

Thiết kế sử dụng 4 bánh xe với mỗi bánh truyền động bằng 1động cơ

Thiết kế sử dụng 6 bánh xe với 2 bánh trước truyền động bằngđộng cơ, 4 bánh sau tự do

Thiết kế sử dụng 4 bánh xe với 2 bánh sau truyền động bằngđộng cơ, 2 bánh trước tự do

Do sử dụng cảm biến là phương pháp tối ưu và hiệu quả nhất nên với xe AGV sẽ được trang bị những cảm biến khác nhau với cái mụcđích như tránh va chạm, cảm biến độ cao, định vị xe, bám line,… Sau khi nghiên cứu về phần truyền động của động cơ như trên, thì bên cạnh đó còn có các cảm biến để đảm bảo xe di chuyển ở nơi làmviệc một cách an toàn, cũng như tăng tính chính xác cho những hoạt động của xe như xác định hàng hóa, nâng đỡ hàng, dò line,… Cảm biến sử dụng trong xe AGV chủ yếu là các cảm biến quang, cảm biến điện dung, cảm biến siêu âm,… Vì vậy ta có được các cảm biến

sử dụng cho các mục đích khác nhau như:

Ít linh hoạt do phụ thuộc vào đường line thật.

Bám line ảo:

Camera

GPS (hệ tọa độ)

Ưu điểm:

Độ linh hoạt cao

Tốc độ di chuyển của xe nhanh

Phù hợp với môi trường ngoài trời, không gian rộng

Nhược điểm;

Chi phí đầu tư ban đầu cao

Bảo trì khó khăn

Đòi hỏi cao khi vận hành

Với việc di chuyển liên tục trong kho thực phẩm, môi trường làmviệc trong kho có phần chật hẹp, xe có hàng hóa nặng sẽ làm thờigian di chuyển của xe có phần sai lệch và có thể va chạm làm dẫnđến mất hiệu quả công việc, do đó sử dụng phương pháp bám linethật bằng phương pháp dò line sẻ đảm bảo được xe luôn di chuyểntrên tuyến đường được vạch ra

từ trường sẻ chuyển tín hiệu về báo cho trung tâm điều khiển

Thông số của cảm biến BV162440NPN:

Mã sản phẩm: BV162440NPN

Tên thương hiệu:

Xuất xứ: Trung Quốc

Yêu cầu đường dẫn từ được lắp đặt trên hoặc chôn dưới nền nhà

Dễ bị nhiễu khi có nhiều từ trường khác nhau

Cảm biến từ trường BV162440NPN

1.4.3.2 Hệ thống truyền động

Để có khả năng di chuyển AGV một cách chính xác, hiệu quả và antoàn Hệ thống truyền động cần có độ bền cao để hoạt động trongcác môi trường khác nhau và vận hành lâu dài Do đó hệ thống cần

có khả năng tiết kiệm năng lượng

Do AGV vận hành trong môi trường là kho thực phẩm, địa hìnhbằng phẳng, điều kiện nhiệt độ nhất định và cần tải hàng hóa nên tachọn: Hệ thống dẫn động 2 bánh giữa

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, khả năng chịu tải trọng tốt.Đối với AGV, các trục yêu cầu momen xoắn lớn thì động cơ DC vàđộng cớ Step thường được sử dụng rộng rãi:

Động cơ DC:

DC N5D120G

DC N5D300GN

Mã sản phẩm: DC 775 150W

và khoảng cánh giữa các kiện hàng trong kho hàng Vi vậy ta cần sửdụng cảm biến khoảng cách.

Có rất nhiều phương pháp để đo khoảng cách, mỗi phương pháp sẻ

có ưu và nhược điểm riêng Một số phương pháp đo khoảng cách:

Sử dụng sóng hồng ngoại:

Ưu điểm: Chi phí thấp, khả năng đo chính xác, đáng tin cậy.Nhược điểm: Bị ảnh hưởng bởi ánh sáng mạnh hơn hoặc các bề mặtphản xạ không tốt

Sử dụng cảm biến quang học:

Ưu điểm: Độ chính xác cao, có thể hoạt động tốt trong các môitrường nhiều ánh sáng hoặc bụi bặm.

Nhược điểm: Chi phí cao hơn so với các phương pháp khác, đòi hỏilắp đặt ban đầu cao

Sử dụng cảm biến điện dung:

Ưu điểm: khả năng phát hiện các vật thể không dẫn điện

Nhược điểm: độ chính xác không cao, dễ bị ảnh hưởng bởi các điềukiện môi trường xung quanh

Sử dụng sóng vô tuyến:

Ưu điểm: khả năng hoạt động trong các môi trường nhiễu

Nhược điểm: độ chính xác bị ảnh hưởng bởi các vật thể kim loại lớnhoặc các vật thể khác có khả năng làm tăng nhiễu

Lựa chọn: đối với xe tự hành AGV vận chuyển hàng hóa, trong

trường hợp này, sử dụng cảm biến siêu âm, cảm biến quang họchoặc cảm biến hồng ngoại sẻ thích hợp

Phương pháp hiện phổ biến hiện nay cho AGV vận chuyển hàng hóa

là sử dụng cảm biến khoảng cách lazer, như cảm biến LIDAR (LightDetection and Ranging) Cảm biến LIDAR có khả năng quét và đokhoảng cách chính xác trong một phạm vi lớn, giúp cho AGV pháthiện và tránh các phương tiện khác một cách hiệu quả

LIDAR ALPHAUNI 20 (Au20)

1.4.3.4 Cảm biến quét mã

Cung cấp thông tin về hệ tọa độ và định hướng cho AGV Điều nàycho phép AGV biết được hướng đi và các điểm dừng quan trọngtrong quá trình di chuyển, giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xáccủa hệ thống

Magnetic Tape:

Nguyên lí hoạt động: Cảm biến sử dụng một dải băng từ có chứanam châm để định vị vị trí của AGV Cảm biến này có thể được gắntrên bề mặt của đường di chuyển hoặc được chôn dưới lòng đất

Ưu điểm: Giá thành thấp, dễ bảo dưỡng

Nhược điểm: Độ chính xác không cao, cần phải cẩn thận trong quátrình bảo dưỡng để tránh hỏng hóc.

Magneto-Inductive:

Nguyên lí hoạt động: cảm biến Magneto-Inductive(MI) sử dụng trên

sự thay đổi của từ trường của thẻ từ, khi AGV di chuyển qua thẻ từ

sẻ nhận ra sự thay đổi đổi từ này mà xác định vị trí của xe

Ưu điểm: độ chính xác cao, hoạt động tốt trong môi trường nhiễu.Nhược điểm: Giới hạn trong việc trong việc xác định vị trí một cáchchính xác, dễ bị ảnh hưởng bởi các vật liệu dẫn điện

Radio Frequency Identification:

Nguyên lí hoạt động: Radio Frequency Identification (RFID) dựatrên việc sử dụng sóng vô tuyến để trền thông tin trên thẻ RFID vớiđầu đọc, cung cấp thông tin cần biết để xe hoạt động

Ưu điểm: khả năng phát hiện được từ xa, tốc độ đọc cao

Nhược điểm: chi phí đầu tư ban đầu cao, khả năng đọc bị ảnh hưởngbởi nhiễu điện từ và kim loại

Trong số các phương pháp trên đây, phương pháp RFID thườngđược xem là phương pháp tốt nhất cho xe tự hành AGV vận chuyểnhàng hóa Cảm biến RFID mang lại khả năng nhận biết thông tin từ

xa và có tốc độ đọc nhanh Giúp xe có thể xử lí các thông tin nhanhchóng

Giải pháp:

Pin Lithium-Ion mã LiFePO4 BSLBATT 24V/60Ah

Pin Chì-Axit mã GS YUASA NP12-65