Luận văn Nghiên cứu giải pháp dùng tay máy cho bài toán lưu trữ, trích xuất bình gas trong hệ thống phân phối

ắp giữa hai hệ thống truyền động động cơ – xích lắp thẳng đứng. Các kệ di chuyển lên xuống theo đƣờng ngắn nhất mang hàng hóa theo yêu cầu đến ngƣời vận hành. Hình 1. 5 Carousel dạng đứng 1.2.3 Tiêu chuẩn và quy định an toàn trong vận chuyển và lƣu trữ bình gas(LPG) Các tiêu chuẩn và quy định nhà nƣớc hiện hành có liên quan:  TCVN 6304 : 1997 Chai chứa khí đốt hóa lỏng – yêu cầu an toàn trong bảo quản, xếp dỡ và vận chuyển.  TCVN 6223 : 2011 Cửa hàng khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) – Yêu cầu chung về an toàn.  Nghị định 107/2009/NĐ – CP Về kinh doanh khí dầu mỏ hóa lỏng. 8  LPG là loại nhiên liệu thuộc nhóm nguy hiểm, dễ cháy nổ do đó thiết bị vận chuyển bình gas trong nhà kho thuộc loại thiết bị chuyên môn, đặc thù. Thiết bị này khi hoạt động phải tuân thủ chặt chẽ các tiêu chuẩn, quy định về bảo quản, xếp dỡ vận chuyển. Ngƣời thực hiện đề tài đã tìm hiểu những tiêu chuẩn, quy định nhà nƣớc hiện hành có liên quan đến việc bảo quản, xếp dỡ, vận chuyển và qua đó rút ra những yêu cầu cần đáp ứng đối với thiết bị này.  Khi vận chuyển và sắp xếp các bình gas phải luôn ở tƣ thế thẳng đứng, van ở trên.  Các bình gas đƣợc xếp chồng lên nhau, độ cao tối đa mỗi chồng là 1.5 mét. 1.3 Tóm tắt các chƣơng của luận văn Chƣơng 1: Giới thiệu về đề tài và các kiến thức tổng quan có liên quan đến đề tài. Chƣơng 2: Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho và đƣa ra phƣơng án chọn robot phù hợp với yêu cầu. Chƣơng 3: Phân tích động học của robot. Chƣơng 4: Đề cập tới giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà kho, tối ƣu hóa đƣờng đi của robot trong việc sắp xếp sản phẩm và phân phối sản phẩm theo phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc đƣợc xuất trƣớc, sau đó là phần mô phỏng kiểm chứng. Cuối cùng các kết quả đạt đƣợc, những mặt hạn chế và hƣớng phát triển đề tài sẽ đƣợc trình bày trong chƣơng 5. 9 Chƣơng 2: Thiết kế bố trí sản phẩm nhà kho và lựa chọn robot phù hợp 2.1 Yêu cầu thực tế nhà kho chứa bình gas - Thông số bình gas 12 kg Bảng 2. 1 Thông số bình gas Kích thƣớc Đƣờng kính ngoài thân bình 300 mm Chiều cao toàn thân 585 mm Đƣờng kính ngoài quai xách 246 mm Chiều cao quai xách 160 mm Trọng lƣợng Trọng lƣợng vỏ bình 14.5 kg Trọng lƣợng tổng 26.5 kg Hình 2. 1 Bình gas 12 kg - Kích thƣớc nhà kho: 4m x 4m x 3m. - Sắp xếp vị trí đặt sản phẩm để nhà kho chứa đƣợc nhiều nhất. - Sử dụng tay máy(robot) để thực hiện việc nhập, lƣu trữ và xuất sản phẩm. khi có yêu cầu. - Khi vận chuyển bình gas luôn vuông góc với sàn và tránh không đƣợc va đập. 2.2 Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho - Để tuân thủ các tiêu chuẩn, quy định về bảo quản an toàn, xếp dỡ vận chuyển bình gas, tác giả đề xuất các bình đƣợc xếp chồng lên nhau, mỗi chồng 2 bình và khoảng cách các bình là 50mm. - Vị trí đặt robot: Có nhiều phƣơng án, đặt tại sàn trên tƣờng hoặc trên trần nhà kho. Để thuận lợi cho việc lắp đặt, vận hành bảo trì sửa chữa và giảm chi phí tác giả chọn đặt robot trên sàn. Đồng thời phát huy hết tầm hoạt động của robot chọn vị trí đặt robot tại tâm của nhà kho. - Di chuyển bình gas vào vị trí nhập và di chuyển bình gas ra khỏi vị trí xuất sử dụng băng tải. 10 - Bố trí sản phẩm trong nhà kho: Có những phƣơng án bố trí nhƣ bố trí theo tọa độ cực, tọa độ vuông góc(decac) Số lƣợng các sản phẩm bố trí theo các phƣơng án gần nhƣ bằng nhau, tác giả chọn phƣơng án bố trí theo tọa độ vuông góc nhằm để thuận lợi trong việc lập giải thuật điều khiển. - Bình gas đƣợc bố trí mƣời hàng, mƣời một cột, hai tầng và một hàng để bố trí sản phẩm nhập xuất. Vị trí đặt robot không đƣợc đặt sản phẩm. Tổng số bình gas lƣu trữ trong kho là: [(11x10)-(5x5)] x 2=170 bình. - Bình gas đƣợc chồng lên nhau nên mỗi chồng bao gồm hai tầng. Tầng một là tầng đáy, tiếp xúc mặt sàn của nhà kho, tầng hai là tầng kế tiếp tầng một, riêng tầng ba không đƣợc sắp sếp sản phẩm mà chỉ là tầng bộ đệm để di chuyển cánh tay robot khi gắp và không gắp sản phẩm. Hình 2. 2 Sơ đồ sắp xếp bình gas 11 Hình 2. 3 Sơ đồ bố trí nhà kho 2.3 Lựa chọn robot phù hợp yêu cầu 2.3.1 Các dạng robot công nghiệp thƣờng đƣợc sử dụng trong nhà kho Robot khớp bản lề cố định (Stationary articulated robot) Robot thƣờng đƣợc sử dụng trong việc xếp hoặc dỡ hàng từ pallet. Ba chuyển động đầu tiên của robot đều là các khớp quay, trong đó trục thứ nhất vuông góc với hai trục kia. Vùng làm việc của tay máy gần giống một phần khối 4 0 0 0 5 0 50 300 4000 3800 3 4 5 0 Vị trí xuất bình gas Vị trí nhập bình gas Băng tải xuất sp Băng tải nhập sp Vùng lưu trữ bình gas Vùng đặt robot 12 cầu. Robot có thể đƣợc gắn cố định trên sàn, trần hoặc lắp trên đƣờng ray để tăng độ linh hoạt. Hình 2. 4 Robot khớp bản lề do hãng Kuka sản xuất Ƣu điểm: Robot có thao tác linh hoạt, vùng làm việc tƣơng đối lớn so với kích cỡ của robot. Kết cấu gọn, lắp đặt đơn giản hơn gantry robot. Tính cơ động cao có thể thay đổi nơi làm việc dễ dàng. Khuyết điểm: Tính toán động học phức tạp, cấu trúc trở nên không cứng vững khi robot đạt tầm với lớn nhất. Robot tọa độ vuông góc (Gantry robot) Hình 2. 5 Robot tọa độ vuông góc (Gantry robot) của hãng Elettric80 Ba chuyển động đầu tiên của robot đều là các khớp trƣợt, chuyển động tịnh tiến dọc theo các trục X, Y, Z. Vùng làm việc của tay máy có dạng hình hộp chữ nhật. Ƣu điểm: Mô hình động học đơn giản, kết cấu cứng vững. Lập trình đơn giản. Khả năng xác định vị trí khi gắp và đặt vật chính xác hơn các loại robot khác. 13 Khuyết điểm: So với robot khớp bản lề, robot tọa độ vuông góc có những khuyết điểm sau:  Vùng làm việc tƣơng đối nhỏ so với kích cỡ robot.  Kết cấu cồng kềnh (bao gồm khung, giá đỡ, ) chiếm nhiều diện tích.  Yêu cầu chiều cao nơi lắp đặt phải lớn.  Bảo trì khó khăn và tốn nhiều thời gian hơn.  Tốc độ thực hiện một tác vụ không cao.  Thao tác không linh hoạt. Nhận xét: Dựa vào những phân tích ở trên ta nhận thấy robot khớp bản lề cố định có những đặc điểm đáng chú ý sau: kết cấu gọn, lắp đặt đơn giản, thao tác linh hoạt. Những đặc điểm này rất phù hợp với diện tích nhà kho nhỏ 4m x 4m x 3m. Mặt khác, hình thức của robot còn là một công cụ quảng cáo hữu hiệu. Một số dạng robot khớp bản lề hiện có trên thị trƣờng có kết cầu phù hợp với việc vận chuyển và sắp xếp bình gas. Thể hiện ở phụ lục 1 Sau khi khảo sát các dạng robot công nghiệp để vận chuyển hàng hóa trong nhà kho, tác giả đề xuất sử dụng robot công nghiệp IRB 460 của hãng ABB. Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật Robot IRB 460 – hãng ABB Số trục 4 Khả năng tải 110 kg Tầm với lớn nhất 2400 m Chiều cao 1800 mm Trọng lƣợng 925 kg Khả năng lặp lại vị trí 0,1 mm Ứng dụng: chuyên dùng để vận chuyển vật liệu, xếp chồng hàng hóa lên pallet. Hình 2. 6 Robot công nghiệp IRB 460 14 Nhận xét: Độ cơ động của cơ cấu chính là số bậc tự do của cơ cấu. Khi độ cơ động của cơ cấu càng cao thì số bậc tự do càng tăng. Môi trường làm việc trong vận chuyển và sắp xếp hàng hóa không có nhiều chướng ngại so với công việc sơn và hàn cho nên kết cấu robot chỉ cần 3 đến 4 bậc tự do là thỏa mãn yêu cầu công việc. Số bậc tự do ít sẽ làm cho kết cấu tay máy đơn giản hơn cũng như giá thành sẽ giảm, đồng thời giúp cho việc điều khiển dễ dàng hơn. Tác giả chọn mẫu robot IRB 460 của hãng ABB để tham khảo thiết kế vì chúng có những đặc điểm phù hợp với yêu cầu thiết kế như: 4 bậc tự do, sử dụng cơ cấu hình bình hành để cho vật cần vận chuyển luôn vuông góc với sàn, trọng lượng mang vật và tầm với lớn. 2.3.2 Xác định yêu cầu kỹ thuật cơ bản của robot Một đặc điểm quan trọng của robot khớp bản lề là khi tầm với càng tăng thì tải trọng robot mang đƣợc càng giảm. Ví dụ, xét trƣờng hợp robot IRB460 của hãng ABB, theo sơ đồ hình 2.5 khả năng tải lớn nhất của robot là 110 kg, khi tay máy vƣơn xa nhất thì tải trọng mang đƣợc chỉ còn 60 kg. Hình 2. 5 Sơ đồ tải trọng robot IRB460 của hãng ABB Vì vậy với yêu cầu tay máy vận chuyển đƣợc bình gas 26.5 kg và khoảng cách giữa vị trí bình xa nhất tới tâm tay máy là 2300 mm, tham khảo thêm robot IRB 460 ta xác định yêu cầu kỹ thuật cơ bản của robot gắp bình hóa chất nhƣ sau: 15 Bảng 2.3 Robot khớp bản lể cố định Số trục (bậc tự do) 4 Khả năng tải 110 kg Tầm với lớn nhất 2400 m Chiều cao < 2000 mm Có cơ cấu hình bình hành Robot gắp bình gas đƣợc thể hiện dƣới dạng sơ đồ đơn giản nhƣ hình 2.8 Hình 2. 7 Sơ đồ và bậc tự do của robot gắp bình gas 2.4 Sơ đồ nguyên lý robot gắp bình gas Hình 2.9 thể hiện kết cấu robot gắp bình gas dƣới dạng mô hình đơn giản. Nguyên lý hoạt động: Toàn bộ tay máy sẽ quay quanh O, tay máy dƣới AD đƣợc dẫn động bởi động cơ và quay quanh khớp A, tay máy trên CH quay quanh D nhờ cơ cấu hình bình hành ABCD với AB là khâu dẫn động. Cổ tay HIJL chuyển động tịnh tiến bởi các cơ cấu hình bình hành AEFD và DGIH. Do đó trục cổ tay robot luôn vuông góc với sàn cho nên bình gas khi đƣợc vận chuyển luôn thẳng đứng so với sàn. 16 Hình 2. 8 Sơ đồ đơn giản robot gắp bình gas A, B, D, E, F, G, H, I Khớp bản lề AB, AD Khâu dẫn động AE Khâu nối giá (cũng chính là thân robot) BC, EF, GI Thanh truyền FGD Khâu trung gian HIJL Cổ tay máy CDH Khâu – tay máy trên 2.5 Tính toán sơ bộ kích thƣớc các khâu Theo yêu cầu cơ bản đã đƣợc xác định ở trên, robot gắp bình gas sẽ có dạng robot khớp bản lề, gồm có 4 khâu và 4 khớp. OA là chiều dài khâu 1, L3 là chiều dài khâu 2 và L5 là chiều dài khâu 3. (hình 2.10). Trong đó √ và L5 = L4 + Lcổ tay. Hình 2. 9 Lƣợc đồ khâu 17 Vị trí xa nhất và gần nhất của bình gas so với trục quay của robot đƣợc thể hiện ở hình 2.11. Với A là vị trí gần nhất và B là vị trí xa nhất. Dựa vào đặc điểm của robot khớp bản lề có kết hợp cơ cấu hình bình hành ta nhận thấy để với tới điểm xa nhất phải thỏa các điều kiện sau { Hình 2. 10 Vị trí bình gas gần và xa nhất trong nhà kho Theo điều kiện ở trên và tham khảo robot IRB 460 của hãng ABB ta chọn kích thƣớc các khâu nhƣ sau: L1 = 742.5; L2 = 260; L3 = 945; L4 = 1025 và Lcổ tay = 220. 18 Chƣơng 3 Phân tích động học robot 3.1 Động học vị trí 3.1.1 Bài toán động học thuận Bài toán động học thuận vị trí đƣợc tiến hành theo các bƣớc sau: Thiết lập hệ tọa độ cho các khâu Hình 3. 1 Các hệ trục tọa độ trên robot Lập bảng thông số Denavit Hartenberg (DH) Bảng 3. 1 Bảng thông số Denavit Hartenberg Hệ tọa độ θi αi ai di 1 θ1 90 0 L2 L1 2 θ2 0 L3 0 3 θ3 90 0 L4 0 Từ bảng thông số DH ta xác định các ma trận thuần nhất ( ) ( ) ( ) ( ) (3.1) [ ] (3.2) ( ) ( ) (3.3) 19 [ ] (3.4) ( ) ( ) ( ) (3.5) [ ] (3.6) Phƣơng trình động học thuận của robot [ ] (3.7) [ ( ) ( ) ] Trong đó ( ) ( ) Vị trí tọa độ điểm A [ ] [ ( ) ( ) ] (3.8) 3.1.2 Bài toán động học ngƣợc (3.9) (3.10) (3.11) Với [ ] [ ] 20 [ ] Từ (3.9) và (3.10) ta có [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] (3.12) [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] (3.13) Mặt khác ta có [ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ] (3.14) [ ] (3.15) Từ (3.12) và (3.14) ta có (3.16) Lấy tổng bình phƣơng 2 phần tử và của (3.13) và (3.15) ta có [ ( ) ( ) ] [ ( ) ( )] ( ) ( ) (3.17) Khai triển (3.17) ta đƣợc 21 (3.18) Với ( ) ( ) ( ) ( ) Áp dụng công thức ta đƣợc ( √ ) ( ) (3.19) Với Từ cột cuối của (3.13) và (3.15) ta có ( ) ( ) ( ) ( ) [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] (3.20) 3.2 Động học vận tốc Theo [4] ta có các công thức để tính động học vận tốc nhƣ sau ̇ [ ] ̇ (3.21) với [ ] (3.23) Vì trƣờng hợp bài toán nêu trong luận văn sử dụng toàn khớp quay nên ta sử dụng công thức sau [ ] (3.24) Tính chiều và vị trí của mỗi trục khớp Ta có [ ] [ ] 22 [ ] [ ] [ ] Tính tƣơng tự ta đƣợc [ ] Tính ( ) [ ] [ ] [ ( ) ( ) ( ) ] ( ) [ ] [ ] [ ( ) ( ) ( ) ] [ ( ) ( ) ( ) ] ( ) [ ] [ ] [ ( ) ( ) ( ) ] [ ( ) ( ) ( ) ] Tính Jacobi Thay z và p đã tính vào (3.24) Với i = 1 23 [ ] [ ] Với i = 2 [ ] [ ( ) ( ) ] Với i = 3 [ ] [ ] Thay vào (3.22) ta đƣợc vận tốc của điểm cuối khâu 3 [ ] [ ( ) ( ) ] [ ̇ ̇ ̇ ] Nhận xét: Do sử dụng cơ cấu hình bình hành nên vận tốc của khâu tác động cuối cũng chính là vận tốc của điểm cuối khâu 3. 24 Chƣơng 4 Giải thuật sắp xếp kho và mô phỏng 4.1 Giải thuật sắp xếp nhà kho và mô phỏng 4.1.1 Đặt vấn đề và giới hạn phạm vi thực hiện Công việc của một nhà kho phân phối bình gas là nhập bình gas mới, lƣu trữ, xuất bình gas khi có đặt hàng. Tất cả các công việc trên sẽ đƣợc thực hiện bởi cánh tay robot. Để cánh tay robot hoạt động hiệu quả yêu cầu phải có một giải thuật để điều khiển robot thực hiện các công việc trên. Trong phạm vi đề tài này, tác giả bƣớc đầu thực hiện việc đƣa ra giải thuật sắp xếp kho: Tối ƣu hóa đƣờng đi của robot trong việc sắp xếp sản phẩm trong nhà kho và phân phối sản phẩm theo phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc đƣợc xuất trƣớc(FIFO-“first-in- first-out”). Một số tiêu chí khi tối ƣu hóa đƣờng đi của robot: - Tầng một nhập sản phẩm trƣớc tầng hai nhập sau. - Tối ƣu tổng quảng đƣờng di chuyển nhập và xuất sản phẩm của robot. - Vận tốc chuyển động của robot là hằng số. - Sắp xếp và di chuyển sản phẩm có khoảng cách an toàn tránh va đập. - Robot không di chuyển vào vùng chết. Vùng chết là vùng giới hạn bởi bốn đỉnh có tọa độ             zviiiziv zviiiziv .4.,4, ,8,,8, - Xuất sản phẩm theo phƣơng pháp FIFO. - Khi cần xuất sản phẩm ở tầng một mà tầng hai đang có sản phẩm thì phải thực hiện việc dời sản phẩm ở tầng hai. - Khi dời sản phẩm phải tối ƣu về khoảng cách và thời gian lƣu kho. 4.1.2 Một số quy định Để đơn giản trong việc lập giải thuật ta quy định: - Chia nhà kho thành một ma trận vuông 11 dòng 11 cột, vị trí các bình gas chính là các phần tử của ma trận. (Hình 4.1) 25 - Do bình gas đƣợc chồng lên nhau nên mỗi chồng bao gồm 2 tầng. Tầng 1 là tầng đáy, tiếp xúc mặt sàn của nhà kho, tầng 2 là tầng kế tiếp tầng 1, riêng tầng 3 không đƣợc sắp sếp sản phẩm mà chỉ là tầng bộ đệm để di chuyển cánh tay robot khi gắp và không gắp sản phẩm. - Robot di chuyển từng điểm lên xuống theo phƣơng thẳng đứng (trục z) - Robot di chuyển từng điểm theo chiều ngang, dọc (trục x,y), hoặc di chuyển chéo giữa hai đỉnh của ma trận vuông. - Quét các vị trí theo cột từ trái sang phải (từ i sang xi) - Khi xác định các vị trí có cùng trọng số thì ƣu tiên vị trí có cột nhỏ nhất. - Khi robot thực hiện nhập xuất sản phẩm tổng quảng đƣờng di chuyển lên xuống theo trục z của mỗi tầng luôn bằng nhau. Nhƣ vậy quảng đƣờng di chuyển của robot chỉ xét theo (x,y). 0 i ii iii iv v vi vii viii ix x xi Hình 4. 1 Sơ đồ vị trí bình gas Vùng lưu trữ bình gas Vùng đặt robot 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 26 Quy định mã số vị trí bình gas đƣợc lấy ví dụ nhƣ sau: ví dụ bình X(iii,7,1) là bình gas có vị trí trục hoành (x) là dãy thứ iii, vị trí trục tung (y) là dãy thứ 7, vị trí tầng là tầng số 1 (z). Khi bình gas đƣợc xếp vào vị trí A(viii, 4, 1) thì robot phải kiểm tra bằng giải thuật để đảm bảo rằng vị trí B(viii, 4, 2) trống (đƣơng nhiên vị trí A đã đƣợc xác định là trống trƣớc khi quyết định xếp sản phẩm vào vị trí đó) vận chuyển bình gas trên tầng 2 rồi mới hạ xuống tầng 1. Tƣơng tự khi lấy bình gas chất vị trí C(xi, 6,1) thì tay máy phải đảm bảo vị trí D(xii, 6, 2) là trống thì mới di chuyển bình gas ở điểm B nhƣ đã nêu trên. Không đƣợc xảy ra va chạm giữa các bình gas. Khoảng cách các sản phẩm là 50mm. Thỏa mãn đƣợc quy định FIFO trong sắp xếp kho. Bình gas nào đƣợc xếp vào trƣớc sẽ đƣợc lấy ra trƣớc. Luật này đƣợc sử dụng để tránh tồn hàng cũ trong kho. 4.1.3 Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho Để đáp ứng yêu cầu nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho tác giả đƣa ra các giải thuật nhƣ sau:  Giải thuật xác định các vị trí nhập sản phẩm Để xác định đƣợc vị trí nhập sản phẩm bất đầu quét tìm các vị trí ở tầng một trƣớc. Vì sản phẩm ở tầng hai bao giờ cũng có date sau tầng một và để thỏa đƣợc luật FIFO thì sản phẩm tầng một phải xuất trƣớc, nhƣ vậy phải ƣu tiên nhập sản phẩm ở tầng một trƣớc để hạn chế việc dời sản phẩm. Nếu xác định đƣợc các vị trí trống ở tầng một sẽ tính tổng quảng đƣờng nhập xuất để tìm ra vị trí nhập sản phẩm có giá trị trọng số nhỏ nhất (1). TS1 outoutinin yyxxyyxx  (1) Nếu quét tầng một không xác định đƣợc vị trí trống thì quét tầng hai để tìm vị trí trống. Sau đó tính tổng quảng đƣờng nhập xuất và date nhập ở tầng dƣới để rồi tìm ra giá trị trọng số nhỏ nhất (2). TS2 )1,,(*9.0 yxdateyyxxyyxx outoutinin  (2) 27 TẦNG 2 Tìm Đƣợc Vị Trí END Y TỔNG QUẢNG ĐƢỜNG NHẬP SUẤT Giá trị nhỏ Nhất LƢU VỊ TRÍ N Vị Trí Trống START TẦNG 1 Quét Các Điểm Quét Các Điểm N N N Vị Trí Trống Y Y Y N N N Giá Trị Nhỏ nhất Nhất LƢU VỊ TRÍ Y Y TỔNG QUẢNG ĐƢỜNG NHẬP SUẤT VÀ T.GIAN NHẬP SP TẦNG DƢỚI Y 28 Hình 4. 2 Giải thuật xác định các vị trí nhập sản phẩm  Giải thuật tính khoảng cách START T Bất đầu từ điểm xuất phát Điểm lân cận chƣa là đích END Điểm lân cận không thuộc vùng chết Đƣờng đi từ điểm lân cận đến đích không qua vùng chết Gặp vùng chết theo phƣơng x N N N N Y Y Y Y Tăng điểm lân cận lên một một + + + 29 Hình 4. 3 Giải thuật tính khoảng cách  Giải thuật tìm đường đi START T Xét khoảng cách tại 8 điểm xung quanh Đến điểm chƣa ? END Đi đến điểm có khoảng cách bé nhất Lƣu thứ tự nhập kho Tăng thứ tự nhập kho lên một Y N 30  Giải thuật xuất sản phẩm Hình 4. 4 Giải thuật xuất sản phẩm START T Xét khoảng cách tại 8 điểm xung quanh Đến điểm chƣa ? END Tìm vị trí dời sp Sản phẩm ở tầng 1 Tính khoảng cách Tìm đƣờng đi Quay lại vị trí lấy sản phẩm Tính khoảng cách Tìm đƣờng đi Y Y N N 31  Giải thuật tìm vị trí dời sản phẩm Hình 4. 5 Giải thuật tìm vị trí dời sản phẩm 4.2 Mô phỏng giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho Ứng dụng phần mền Matlab trong việc mô phỏng giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm. Chƣơng trình điều khiển hoạt động của của robot đƣợc trình bày ở phụ lục 2, 3. Ứng dụng phần mềm solidworks mô phỏng hoạt động của robot trong việc nhập xuất và sắp xếp bình gas trong nhà kho. 4.2.1 Kết quả mô phỏng giải thuật nhập xuất và sắp xếp bình gas. START T Tìm vị trí gần nhất Xét các điểm chƣa có sản phẩm END Tìm vị trí gần và thời gian lƣu kho ngắn nhất Y N 32  Nhập bình gas từ ( 3,1,1) sang (9,5,2) Hình 4. 6 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) Hình 4. 7 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (9,5,2) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 2 4 6 8 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 truc x truc y tr u c z data1 data2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 truc x tr u c y data1 data2 33  Nhập bình gas từ ( 3,1,1) sang (7,9,1) Hình 4. 8 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) Hình 4. 9 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (7,9,1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 2 4 6 8 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 truc xtruc y tr u c z data1 data2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 truc x tr u c y data1 data2 34  Nhập bình gas từ ( 3,1,1) sang (1,10,1) Hình 4. 10 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) Hình 4. 11 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (1,10,1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 truc x truc y tr u c z data1 data2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 truc x tr u c y data1 data2 35  Nhập bình gas từ ( 3,1,1) sang (11,11,1) Hình 4. 12 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm) Hình 4. 13 Trọng số khoảng cách từ ( 3,1,1) sang (11,11,1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 2 4 6 8 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 truc x truc y tr u c z data1 data2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 truc x truc y data1 data2 36 4.2.1 Kết quả mô phỏng giải thuật sắp xếp xuất sản phẩm  Xuất bình gas từ ( 2,5,2) sang (9,1,1) Hình 4. 14 Quỹ đạo đƣờng đi của robot (sản phẩm)  Xuất bình gas từ ( 2,5,2) sang (9,1,1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 2 4 6 8 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 truc x truc y tr u c z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 truc x tr u c y 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 2 4 6 8 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 truc x truc y tr u c z 37 Hình 4. 15 Xuất sản phẩm từ (9,6,1) sang (9,1,1) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 truc x tr u c y 38 4.3 Mô phỏng hoạt động của robot 4.3.1 Mô phỏng mô hình robot Sử dụng phần mềm Solidwork mô phỏng mô hình robot. Hình 4. 16 Tầm với robot 1 Hình 4. 17 Tầm với robot 2 39 Hình 4. 18 Tầm với robot 3 Hình 4. 19 Tầm với robot 4 40 4.3.2 Mô phỏng hoạt động mô hình robot nhập xuất và sắp xếp sản phẩm Hình 4. 20 Nhập và sắp xếp sản phẩm 1 Hình 4. 21 Nhập và sắp xếp sản phẩm 2 41 Hình 4. 22 Xuất sản phẩm 1 Hình 4. 23 Xuất sản phẩm 2 42 Chƣơng 5: Kết luận 5.1 Kết luận Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về điều khiển robot gắp bình gas nhập xuất và sắp xếp trong nhà kho, luận văn đã đạt các kết quả sau:  Lựa chọn đƣợc robot phù hợp với yêu cầu gắp bình gas trong nhà kho, cụ thể robot gắp bình gas có cấu hình nhƣ sau: Bảng 5.1 Cấu hình robot Loại robot Robot khớp bản lề Bậc tự do 4 Tải trọng nâng 110 kg Cơ cấu đặc biệt Cơ cấu hình hành đảm bảo gas chất khi vận chuyển luôn có vị trí thẳng đứng so với sàn  Đƣa ra giải thuật điều khiển hoạt động của robot nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà kho và sử dụng phần mềm Matlab mô phỏng. - Hoạch định đƣờng đi và tối ƣu hóa quảng đƣờng di chuyển của robot trong việc nhập xuất và sắp xếp sản phẩm. - Phân phối sản phẩm theo phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc đƣợc xuất trƣớc(FIFO-“first-in-first-out”).  Mô phỏng mô hình robot trên phần mềm Solidworks thể hiện kết cấu và hoạt động của robot.  Mô phỏng hoạt động nhập xuất và sắp xếp sản phẩm của robot trong nhà kho trên phần mềm Solidworks. 5.2 Kiến nghị Sau quá trình nghiên cứu chúng tôi đề xuất hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai nhƣ sau: 43 - Mô phỏng điều khiển trực tiếp(realtime) hoạt động của robot trên phần mềm solidworks. - Tối ƣu hóa luật điều khiển. - Tối ƣu hóa các khâu của robot theo các hƣớng nhƣ tối ƣu hóa hình dáng, hình dạng và kích thƣớc nhằm làm cho các bộ phận tay máy có độ bền và độ ổn định cao nhất. - Thi công mô hình robot. 44 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Thị Phƣơng Hà, "Lý thuyết điều khiển hiện đại", Nhà xuất bản đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2009. [2] Huỳnh Thái Hoàng, "Hệ thống điều khiển thông minh", Nhà xuất bản đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh, 2006. [3] [4] R. N.Jazar, Theory of Applied Robotics, 2nd ed. Springer, 2010. [5] The Aluminum asociation, Inc, Aluminum alloy selection and applications. Washington, D.C, USA: The Aluminum asociation, Inc, 1998. [6] W. J. Guan Xiaoqing, "Mechanical design and kinematic analysis of a new kind of palletizing robot," in Mechanic Automation and Control Engineering (MACE), 2011 Second International Conference on, 2011, pp. 404-408. [7] Fengyan Ning, Chao Yun, Xinyi Chen, "Dynamic Analysis and Control of the MRJ Robot Palletizer," in ICIRA '08 Proceedings of the First International Conference on Intelligent Robotics and Applications: Part II, Berlin, 2008, pp. 713-722. [8] Nabtesco, Vigo drive RV series technical data. [9] ABB Automation Technologies AB Robotics, Product manual IRB 660 - 180/3.15. 2005. PHỤ LỤC Phụ lục 1: Các dạng tay máy khớp bản lề dùng để vận chuyển hàng hóa trong nhà kho Robot công nghiệp KR 40 PA của hãng KUKA Robot công nghiệp KR 40 PA của hãng KUKA Thông số kỹ thuật Robot KR 40 PA – hãng Kuka Số trục 4 Khả năng tải 40 kg Tầm với lớn nhất 2091 mm Chiều cao 1800 mm Trọng lƣợng 700 kg Khả năng lặp lại vị trí ±0,25 mm Ứng dụng: vận chuyển vật liệu, xếp chồng hàng hóa lên pallet, đóng gói sản phẩm. Robot công nghiệp M-420iA của hãng Fanuc Robot công nghiệp M-420iA của hãng Fanuc Thông số kỹ thuật Robot M-420iA – hãng Fanuc Số trục 4 Khả năng tải 40 kg Tầm với lớn nhất 1855 mm Chiều cao 1552 mm Trọng lƣợng 620 kg Khả năng lặp lại vị trí ±0,5 mm - Ứng dụng: M-420iA phù hơp cho các ứng dụng nhƣ lắp ráp, đóng gói, sắp xếp hàng hóa. Robot công nghiệp IBR 4600 của hãng ABB Robot công nghiệp IRB 4600 của hãng ABB Thông số kỹ thuật Robot IBR 4600 – hãng ABB Số trục 6 Khả năng tải 40 kg Tầm vớ