tiểu luận báo cáo dự án tốt nghiệp thiết lập hệ thống sản xuất lưu kho tự độngkết hợp sử dụng cánh tay robot

Mục đíchlà giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện tích sàn kho chứa, kiểmtra và theo dõi hàng hóa không bị đánh cắp hay thay đổi không được phép,nhất là giảm công sức lao độn

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNIC CẦN THƠ

BÁO CÁODỰ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT LẬP HỆ THỐNG SẢN XUẤT, LƯU KHO TỰ ĐỘNGKẾT HỢP SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT.

Giảng viên hướng dẫn: PHAN NGUYÊN KHẢI

Sinh viên thực hiện: Nhóm: Xích Quỷ

Trần Vĩ Khang PC03848

Trương Tấn Đang PC03991 Nguyễn Văn Còn PC04084 Nguyễn Quốc Vinh PC04042Nguyễn Văn Khương PC04053 LỚP: AE17301

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa

Cần Thơ, tháng 9 năm 2023

Chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điều khiển và Tự Động Hóa là ngành học thúvị, vô cùng bổ ích và có tính thực tế cao Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền vớinhu cầu thực tiễn của sinh viên

Các thầy cô đã tạo mọi điều kiện cho nhóm chúng em có thể hoàn thành báo cáotốt nghiệp tốt nhất, nhóm chúng em thật may mắn khi có một giảng viên tận tâm hướngdẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài Giảng viên.

đã có những trao đổi và góp ý để nhóm chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài nghiêncứu này

Do kiến thức nhóm chúng em còn nhiều hạn chế và thiếu sót, kính mong sự nhậnxét và góp ý của các thầy cô giáo để dự án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Nhóm Xích Quỷ chúng em xin chân thành cảm ơn!

i

ii

iii

Too long to read onyour phone? Save

to read later onyour computer

Save to a Studylist

Mục LụcL I C M NỜ Ả Ơ i

NH N XÉT C A GI NG VIÊN HẬ Ủ Ả ƯỚNG DẪẪN ii

NH N XÉT C A H I ĐỒỒNG ĐÁNH GIÁẬ Ủ Ộ iii

Chương 1: GI I THI U CHUNGỚ Ệ 1

1.1 Sơ lượt về hệ thống lưu kho 1

2.3 Cấu trúc của một hệ thống lưu kho hoàn chỉnh 3

2.3.1 Hệ thống lưu kho tự động cho các kiện hàng đồng hạng: 3

2.3.2 Hệ thống lưu kho tự động dành cho tải nhỏ: 4

2.3.4 Kho chiều sâu (Deep-Lane AS/RS): 5

2.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho 6

2.5.3 Cấu trúc của bộ điều khiển PLC 9

Chương 3: THI CỒNG GIAI ĐO N IẠ 10

3.1 Thiết kế kho 10

3.2 Thiết kế cánh tay robot 12

3.3 Thiết kế xe tự hành 13

iv

Chương 1GIỚI THIỆU CHUNG

1.1Sơ lượt về hệ thống lưu kho

Hệ thống lưu kho được giới thiệu vào những năm 1960 và được phổ biếnhơn vào những năm 1970 và 1980 Công năng đầu tiên của hệ thống chỉ làkiểm tra và bốc xếp các pallet hay khay chứa kiện hàng, linh kiện Mục đíchlà giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện tích sàn kho chứa, kiểmtra và theo dõi hàng hóa không bị đánh cắp hay thay đổi không được phép,nhất là giảm công sức lao động bốc xếp hàng hóa.

1960 – 1980 “Hệ thống tự động hóa lưu kho là sự gắn kết hoạt động cáctrang thiết bị và bộ phận kiểm soát dùng cho bốc xếp, lưu trữ và xuất kho vớiđộ chính xác vận hành, tốc độ xử lý cao trong giới hạn của cấp độ tự động hóađược áp dụng”.

Từ sau 1980 đến nay, thời kỳ phát triển mạnh của tự động hóa: “Hệ thốngtự động hóa lưu kho là một trang thiết bị (device) tự động nhận dòng chuyểnđến với kích cỡ thường là đồng nhất không cao, phân loại lại, lưu trữ tạmthời, sau đó theo các điều kiện và lệnh tương ứng cho ra các điểm tập kết đểđược chuyển đến vị trí yêu cầu Tất cả các công đoạn được thực hiện với mứcđộ tự động hóa cao, loại bỏ việc có cần nhân lực điều khiển các công đoạnnày hay không”.

Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hơp cơ giớihóa và điều khiển tự động ở một số công đoạn của quy trình nhập-lưu-xuấtkho, ngày nay hệ thống kho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử(mechatronics) ở mức độ tự động hóa cao, phân phối hệ thống sản xuất thôngminh Sự phát triển của kho hàng tự động là những bước tiến quan trọng trêncon đường tiến tới hệ thống sản xuất “Just in time” đáp ứng kịp thời nhu cầubiến động nhanh của thị trường quốc tế.

Các công ty sản xuất hệ thống lưu kho nổi tiếng như: Daifuku(Nhật),Bastian-BMH (Mỹ), Zhongyang Racking (Trung Quốc)…

Hệ thống lưu kho đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sảnxuất với quy mô lớn nhỏ khác nhau: Ở các nhà máy công nghiệp cần thay đổi

kho hàng cho theo kịp đồng bộ với sự đổi mới có nhiều tiến bộ kỹ thuật hiệnđại, nhất là lĩnh vực lưu kho và xuất hàng tự động Ở các khu vực bốc xếphàng hóa như các kho cảng, sân bay Ở các siêu thị lớn, bưu điện chuyển phátnhanh, ngân hàng, thư viện lớn, các bãi đỗ xe ô tô …

1.2Sơ lược về xe tự hành

Cùng với sự mở rộng của các nhà máy được tự động hóa và cơ khí hóa,các vấn đề về việc vận chuyển, bốc dỡ và tích trữ hàng hóa trở nên ngày càngquan trọng hơn Theo xu hướng gia tăng sự tự động hóa trong các lĩnh vựcsản xuất, các hệ thống vận chuyển bên trong các nhà máy dưới dạng “hệthống máy dẫn đường tự động” ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trongtoàn bộ lĩnh vực xử lý vật liệu Xe được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ:

Cung cấp và chuyên chở ở các khu vực sản xuất và kho Khu vực này baogồm nhiều ứng dụng khác nhau trong toàn bộ luồng vật liệu từ khi nhập hànghóa, qua kho và vùng sản xuất đến khi chuyển đi.

Ứng dụng tích hợp sản xuất của xe tự hành chở hàng như một bệ nền lắpráp Ứng dụng này dựa trên cơ sở ý tưởng rằng quy trình sản xuất có thể đượccấu trúc theo cách linh hoạt hơn với hệ thống vận chuyển này.

Cung ứng và chuyên chở trong các khu vực đặc biệt, như ở bệnh viện vàdi chuyển tài liệu trong các văn phòng, trong các khu sản xuất diện tích lớn.

Khái niệm xe tự hành (Automated Guided Vehicle) là một khái niệmchung chỉtất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái.Trong côngnghiệp AGV được hiểu là các xe chuyên chở tự động được ápdụng trong cáclĩnh vực:

- Cung cấp sắp xếp linh kiện tại khu vực kho và sản xuất.- Vận chuyểnhàng giữa các trạm sản xuất, trong khu vực sản suất- Phân phối, cung ứng sảnphẩm, đặc biệt trong bán buôn.

- Cung cấp, sắp xếp trong các lĩnh vực đặc biệt như bệnh viên, siêu thị,vănphòng.

- Qua tất cả các ứng dụng trên, đã thể hiện rất rõ hiệu quả của như: Giúpgiảmthiệt hại trong kiểm kê, sắp xếp sản xuất linh hoạt hơn, giảm thiểu nguồnnhânlực …

Ngoài ra, xe tự hành còn giúp giảm chi phí chế tạo, tăng hiệu quả sảnxuất.Chúng có thể chế tạo để chuyển hàng, kéo hàng, nâng hàng cấp phát chomột số vị trí làm việc nhất định.

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG LƯU KHOTỰ ĐỘNG

2.1 Khái niệm hệ thống lưu kho

Đây là hệ thống nhà kho thông minh, nơi lưu trữ hàng hóa tự động haycòn gọi là hệ thống AS/RS (Automated Storage and Retrieval System) là hệthống quản lý xuất nhập hàng hoá tự động với sự phối hợp các kỹ thuật cao vềcơ khí, tự động hoá và công nghệ thông tin Hệ thống này được sử dụng phổbiến trong các kho hàng và trung tâm phân phối có mật độ lưu chuyển lớn vớinhiều ràng buộc về quản lý hàng.

2.2 Nguyên lý làm việc

Các hệ thống nhà kho hiện nay thường hoạt động theo kiểu tự độnghoặc bán tự động, nhưng nhìn chung thì đều có nguyên lý làm việc giốngnhau Khi nhập hàng, hàng hóa sẽ được đưa vào khu vực nhập hàng nhờ hệthống vận chuyển Khi hàng hóa đến vị trí lấy hàng, hệ thống Robot sẽ lấyhàng rồi vận chuyển vào vị trí trống trong khu lưu trữ Khi xuất hàng, hànghóa sẽ được hệ thống Robot đưa ra từ khu lưu trữ đến khu xuất hàng, sau đóhàng hóa sẽ được vận chuyển ra ngoài nhờ hệ thống vận chuyển.

2.3 Cấu trúc của một hệ thống lưu kho hoàn chỉnh

Hệ thống lưu kho tự động tùy theo yêu cầu công nghệ của mỗi nhà khonên sẽ có cấu trúc khác nhau Các kiểu nhà kho hiện nay có thể kể đến như:

2.3.1 Hệ thống lưu kho tự động cho các kiện hàng đồng hạng: Loại kho này thiết kế cho các kiện hàng cùng hàng tải trọng (unit load), hoặccùng hạng kích cỡ, ví dụ đựng trong các thùng hàng chuẩn hóa, hoặc cùngkiểu bốc xếp Trong trường hợp thao tác với các kiện hàng đồng hạng bộ phậncông gắp của Robot S/R có thể thiết kế chuyên dụng, ví dụ cùng cơ cấu kẹpcơ khí hoặc bàn kẹp chân không, bàn kẹp từ tính Đồng thời kết cấu cũngđược tính toán cho một hạng mức trọng tải hoặc kích cỡ Hệ thống lưu kho

tự động này thường được thiết kế đi kèm với một hệ thống băng truyền vàthường được sử dụng trong kho hàng các xí nghiệp, trong các kho chứa ôtô

Hình 1: Unit load AS/RS2.3.2 Hệ thống lưu kho tự động dành cho tải nhỏ:

Là hệ thống Mini Load AS/RS thiết kế cho trường hợp các kiện hàngtrọng tải nhỏ Hệ thống kho AS/RS này thích hợp với cơ sở không có mặtbằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, các dụng cụ và thườngđược đựng trong các thùng chứa, các ngăn kéo Các xí nghiệp, các cơ sở dịchvụ lại hay sử dụng các loại hệ thống kho này.

Hình 2: mini load AS/RS

2.3.3 Hệ thống lưu/xuất kho tự động có người vận hành (Man-on-boaed AS/RS):

Là hệ thống kho bán tự động, tức là có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó, ví dụ có người đứng trên thang máy để xếp, nhặt hàng như trên hình Hệ thống này thích hợp với những loại mặt hàng dạng các chi tiết máy để rời.Hệ thống có sức chứa, kích thước và tải trọng nhỏ Nhưng có thể thích hợp với các xí nghiệp vừa và nhỏ.

Hình 3: Man-on-boaed AS/RS2.3.4 Kho chiều sâu (Deep-Lane AS/RS):

Hệ thống tự động AS/RS tuyến sâu (deep-lane) chỉ có đặc điểm khác là chiềusâu của kho tương đối lớn nên cất giữ được nhiều khoang hàng hơn.

Hình 4: Deep-Lane AS/RS2.4 Các thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho

Cấu trúc cơ bản của một nhà kho tự động bao gồm nhiều hành lang,dọc theo mỗi hành lang có một Robot vận chuyển tự động Hai bên hành langlà các khoang chứa hàng Đầu mỗi hàng lang là trạm nhập xuất hàng hóa Cáctrạm này liên hệ với nhau theo hệ thống băng chuyền.

Hình 5: Thành phần cơ bản của hệ thống lưu kho 2.4.1 Hệ thống vận chuyển

Hệ thống vận chuyển trong kho rất đa dạng, tùy theo yêu cầu côngnghệ, về hàng hóa, hình thức xuất nhập Mà có những phương thức vậnchuyển hàng trong kho tương ứng Hiện nay, hệ thống vận chuyển trong khotự động ở các nước đã có áp dụng như: băng tải, robot, xe tự hành, máy nâng,máy xếp dỡ

Hệ thống băng tải được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho kho tựđộng của các siêu thị, các công ty dược Băng tải ở những môi trường này cónhiệm vụ vận chuyển hàng hóa từ kho đến nơi giao hàng cho khách Băng tảicó rất nhiều loại, mỗi loại được dùng để tải một loại vật liệu khác nhau.

Hình 6: Hệ thống băng tải2.4.2 Hệ thống xuất nhập

Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thứckhác nhau có thể kể đến như dùng nhân công, thẻ từ, tích kê, mã vạch, máytính, camera Mã vạch là hình gồm nhiều sọc đứng, rộng và hẹp được in đểđại diện cho các mã số dưới dạng máy có thể đọc được.

2.4.3 Hệ thống lưu trữ

Hệ thống lưu trữ là phần không thể thiếu trong kho hàng tự động Đâylà nơi thực hiện nhiệm vụ lữu trữ và quản lý trong kho hàng Có nhiều hìnhthức xây dựng nên một hệ thống lưu trữ thông qua các phần mềm quản lýkhác nhau Các phần mềm quản lý kho được dùng phổ biến hiện nay nhưphần mềm quản lý kho Dms coldstorage, Smartlog…

2.4.4 Hệ thống điện điều khiển

Hệ thống điện điều khiển bao gồm bộ điều khiển trung tâm các loạicảm biến, các rơle trung gian Hệ thống điện điều khiển có vai trò nhận tínhiệu điều khiển và điều khiển hoạt động của các cơ cấu chấp hành giúp vậnhành kho hàng một cách tự động và chính xác.

2.4.5 Hệ thống chấp hành

Hệ thống chấp hành bao gồm các động cơ và các cơ cấu cơ khí có vaitrò biến đổi, truyền chuyển động, trực tiếp vận chuyển xuất nhập các loạihàng hóa trong kho.

2.5 Bộ điều khiển PLC2.5.1 Giới thiệu chung

Bộ điều khiển PLC viết tắt của Programmable Logic Controller làthiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điềukhiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trìnhđể thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt tácđộng vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sựkiện được đếm.

2.5.2 Nguyên lý hoạt động

Khi thiết bị được kích hoạt trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điềukhiển vật lý bên ngoài Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chươngtrình vòng lặp do người dùng cài đặt sẵn và chờ các tín hiệu xuất hiện ở ngõvào và xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộđiều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm mang lại lợi íchnhư:

+ Lập trình dể dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học + Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa

+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trìnhphức tạp.

+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nốimạng, các môi Module mở rộng 2.5.3 Ưu và nhươc điểm

- Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đápứng mọi yêu cầu điều khiển.

- Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối vàtrao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩncông nghiệp 4.0.

Nhược điểm:

- Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạchrelay thông thường Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiềuhãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnhtranh hơn so với trước.

- Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lậptrình tùy thuộc vào hãng sản xuất Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất chophép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence.

- Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiếtbị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bảnvề lập trình PLC.

2.5.3 Cấu trúc của bộ điều khiển PLC

+ Bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một sốbộ nhớ ngoài EPROM).

+ Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLCcác Module vào/ ra

+ Một bộ điều khiển PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lậptrình bằng tay hay bằng máy tính Các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủRAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơnvị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng,chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mớitruyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tínhnhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trìnhnối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485

Chương 3THI CÔNG GIAI ĐOẠN I

Sau khi đã thiết kế 3D và thống nhất với nhau xong thì nhóm sẽ in 3D kho

Hình 9: Thiết kế kho

3.2 Thiết kế cánh tay robot

Hình 10: Thiết kế cánh tay robot

Hình 11: Thiết kế cánh tay robot

3.3 Thiết kế xe tự hànhCố định 4 bánh xe-motor vào khung

Hình 12: Thiết kế xe tự hành

Cố định cảm biến vào khung xe

Hình 13:Thiết kế xe tự hành

Gắn các linh kiện khác vào xe như arduino, cầu H, còi,…