thiết kế mô hình lưu kho tự động kết hợp phân loại sản phẩm theo màu sắc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.16 MB, 116 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b> Sinh viên: Nguyễn Ngọc Tuấn Anh </b>

<i><b> Mã số sinh viên: 19010203 Khóa: K13 </b></i>

<i><b> Ngành: Kĩ thuật Điều khiển - Tự động hóa Hệ: Chính quy Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tuấn Anh </b></i>

<b>Hà Nội – Năm 2024 </b>

<b> </b>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA </b>

<b>ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP </b>

<b> THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG </b>

<b>KẾT HỢP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẦU SẮC </b>

<b> Sinh viên: Nguyễn Ngọc Tuấn Anh </b>

<i><b> Mã số sinh viên: 19010203 Khóa: K13 </b></i>

<i><b> Ngành: Kĩ thuật Điều khiển- Tự động hóa Hệ: Chính quy Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tuấn Anh </b></i>

<b>Hà Nội – Năm 2024 </b>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA </b>

<b>CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc </b>

NỘI DUNG NHẬN XÉT

<b>I. Nhận xét ĐAKLTN: </b>

- Nhận xét về hình thức: trình bày gọn gàng, cơ đọng, đúng theo u cầu ………… ………... - Tính cấp thiết của đề tài: Đồ án đã nêu được đầy đủ tính cấp thiết của mơ hình hệ thống lưu kho tự động trong thực tiễn ……… - Mục tiêu của đề tài: ……… ………... - Nội dung của đề tài: đáp ứng được các yêu cầu của giảng viên hướng dẫn………… ………... - Tài liệu tham khảo: có sử dụng các giáo trình để tham khảo, ngồi ra có tham khảo trên các diễn đàn kỹ thuật điều khiển, tự động hoá, cơ điện tử……… .... ………... - Phương pháp nghiên cứu: tuân thủ đúng theo phương pháp nghiên cứu đã nêu trong đồ án………... - Tính sáng tạo và ứng dụng: Có tính sáng tạo khi sử dụng vi điều khiển cho nhiệm vụ lưu kho tự động, có khả năng ứng dụng lập trình nhúng cho các ứng dụng tự động hố vừa và nhỏ trong các nhà máy………... ………...

Tinh thần làm việc chăm chỉ, nghiêm túc, có sáng tạo.

……….. ………..

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Sinh viên đã đạt được các kỹ năng cần thiết để thiết kế một hệ thống điều khiển tự động hoá gồm kỹ năng thiết kế cơ khí bằng SolidWork, lắp ráp phần cứng theo bản vẽ chi tiết, đấu nối dây và thử nghiệm mơ hình, lập trình vi điều khiển Arduino kết hợp với lập trình LabView, tính tốn và sử dụng được các loại động cơ bước và driver đi kèm, các cảm biến màu sắc………

………..

<i><b>IV. Kết luận: Đồng ý cho bảo vệ: Không đồng ý cho bảo vệ: </b></i>

<i> Hà Nội, ngày … tháng 3 năm 2024 </i>

<b> GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN </b>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc </b>

<b>BẢN GIẢI TRÌNH SỬA CHỮA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP</b>

<i>Kính gửi:</i> <b>- Hội đồng đánh giá đồ án tốt nghiệp; </b>

- Khoa Khoa Điện – Điện tử.

Họ và tên tác giả đồ án/khóa luận: Nguyễn Ngọc Tuấn Anh ……... Mã sinh viên:19010203………. Lớp: K13 – Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa ……… Đã bảo vệ đồ án/khóa luận tốt nghiệp ngày 03 tháng 04 năm 2024

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống lưu kho tự động kết hợp phân loại sản phẩm theo màu sắc. Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tuấn Anh………... Theo góp ý của Hội đồng, dưới sự định hướng của giảng viên hướng dẫn, tác giả đồ án/khóa luận đã nghiêm túc tiếp thu những ý kiến đóng góp của Hội đồng và tiến hành sửa chữa, bổ sung đồ án theo đúng tinh thần kết luận của Hội đồng. Chi tiết về các nội dung chỉnh sửa như sau:

<b>1. Tác giả chỉnh sửa và bổ sung đồ án theo góp ý của Hội đồng </b>

<b>Trang mới </b>

chú thích

57,58,59 Trên đây là Bản giải trình về những điểm sửa chữa, bổ sung đồ án của tác giả theo đúng yêu cầu của Hội đồng đánh giá ĐATN ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

tại Trường Đại học Phenikaa ngày 16 tháng 04 năm 2024

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Tên tôi là: Nguyễn Ngọc Tuấn Anh ………... Mã sinh viên: 19010203………..Lớp: K13 - Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hoá. Ngành: Kỹ thuật Điều khiển - Tự động hố ……… ….. Tơi đã thực hiện đồ án/khóa luận tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế mơ hình hệ thống lưu kho tự động kết hợp phân loại sản phẩm theo mầu sắc.

Tôi xin cam đoan đây là đồ án do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Tuấn Anh.

Các nội dung và kết quả được trình bày trong đồ án này là trung thực và chưa có trong các tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có bất kỳ hình thức gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

<b>GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Trong quá trình thực hiện đồ án này, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của quý thầy cô và bạn bè. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Tuấn Anh, người đã hướng dẫn tận tình, giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện đồ án.

Tơi cũng xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô trường Đại học Phenikaa nói chung, các thầy cơ khoa Điện – Điện tử nói riêng đã cung cấp cho tơi những kiến thức đại cương và chun ngành bổ ích, giúp tơi có được cơ sở lý thuyết vững vàng để vận dụng vào đồ án này. Đặc biệt, tôi cũng xin cảm ơn TS. Nguyễn Văn Tuấn và các bạn sinh viên khoa Cơ khí – Cơ điện tử đã giúp đỡ tơi rất nhiều về mặt cơ khí trong q trình thực hiện đồ án.

Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt q trình học tập và hồn thành đồ án.

<i> Hà Nội, ngày 19 tháng 3 năm 2024 </i>

Nguyễn Ngọc Tuấn Anh

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài... 3

6. Các nội dung của đồ án ... 4

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG ... 5</b>

<b>CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ... 11</b>

2.1. Cấu tạo & quy trình cơng nghệ ... 11

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

2.3. Danh sách thiết bị điện ... 16

2.4. Phương pháp nhận dạng ... 16

<i>2.4.1. Phương pháp nhận diện màu sắc ... 16</i>

<i>2.4.2. Phương pháp nhận diện phôi bằng cảm biến vật cản hồng ngoại 19</i>2.5. Cơ sở lý thuyết nhận diện màu sắc ... 19

2.6. Phương pháp điều khiển ... 21

<i>3.1.2. Thiết kế giá đỡ hàng hóa ... 27</i>

<i>3.1.3. Thiết kế băng tải vận chuyển hàng ... 31</i>

<i>3.1.4. Thiết kế robot lưu kho tự động ... 33</i>

<i>3.1.5. Tính toán thiết kế bộ truyền vitme ... 37</i>

<i>3.1.6. Thiết kế bảng điện ... 40</i>

3.2. Tính tốn thiết kế hệ thống điện ... 43

3.3. Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển ... 44

3.4. Lưu đồ thuật toán ... 54

<i>3.4.1. Sơ đồ điều khiển chính ... 54</i>

<i>3.4.2. Sơ đồ chế độ điều khiển tự động ... 56</i>

<i>3.4.3. Sơ đồ chế độ điều khiển thủ công ... 58</i>

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

iii

3.5. Thiết kế màn hình điều khiển LabView ... 59

<i>3.5.1. Thiết kế giao diện màn hình hiển thị Laview ... 59</i>

<i>3.5.2. Thiết kế giải thuật màn hình hiển thị ... 62</i>

3.6. Thử nghiệm... 63

<i>3.6.1. Thử nghiệm thuật toán nhận diện màu sắc ... 63</i>

<i>3.6.2. Thử nghiệm giới hạn các trục di chuyển của tay máy. ... 64</i>

3.7. Khảo sát hoạt động của mô hình ... 65

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>DANH MỤC HÌNH ẢNH </b>

Hình 1. 1: Hệ thống lưu kho của Amazon ... 3

Hình 1. 2: Các hãng thương mại điện tử lớn trên thế giới ... 5

Hình 1. 3: Minh hoạ một hệ thống kho hàng hố ... 6

Hình 1. 4: Quá trình lưu kho của các kiện hàng trong mơ hình thực tế ... 8

Hình 2. 1: Sơ đồ khối trạng thái ... 12

Hình 2. 2: Biểu tượng của phần mềm solidworks ... 13

Hình 2. 3: Hình ảnh mơ tả cách thức làm việc của Git ... 15

Hình 2. 4: Cảm biến TCS3200 ... 16

Hình 2. 5: Sơ đồ chân của cảm biến TCS3200 ... 17

Hình 2. 6: Module cảm biến hồng ngoại tiệm cận. ... 19

Hình 3. 2: Kệ Selective trong kho lưu trữ lớn ... 27

Hình 3. 3: Kệ Drivein trong kho lưu trữ lớn ... 28

Hình 3. 4: Kệ Double Deep trong kho lưu trữ lớn ... 28

Hình 3. 5: Kệ Pallet trong kho lưu trữ lớn ... 29

Hình 3. 6: Hình chiếu cạnh kệ lưu kho ... 29

Hình 3. 7: Hình chiếu bằng kệ lưu kho ... 30

Hình 3. 8: Hình ảnh thiết kế 3D của kệ lưu kho trong mơ hình. ... 30

Hình 3. 9: Băng tải dây đai trong kho lưu trữ lớn ... 31

Hình 3. 10: Băng tải con lăn trong kho lưu trữ lớn ... 32

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Hình 3. 11: Hình chiếu cạnh của băng tải ... 32

Hình 3. 12: Hình bằng đứng của băng tải ... 33

Hình 3. 13: Hình ảnh thiết kế 3D của băng tải dây đai ... 33

Hình 3. 14: Robot AGV trong kho lưu trữ tự động ... 34

Hình 3. 15: Cánh tay robot trong kho lưu trữ tự động ... 34

Hình 3. 16: Open Type Telescopic Robot ... 35

Hình 3. 17: Hình chiếu đứng robot lưu kho ... 36

Hình 3. 18: Hình chiếu bằng robot lưu kho ... 36

Hình 3. 19: Thiết kế 3D robot lưu kho ... 37

Hình 3. 20: Tủ điện trong cơng nghiệp ... 41

Hình 3. 21: Mơ hình bảng điện sử dụng trong giảng dạy và thực hành ... 41

Hình 3. 22: Hình chiếu đứng bảng điện ... 42

Hình 3. 23: Hình ảnh 3D thiết kế bảng điện ... 42

Hình 3. 24: Sơ đồ đấu nối mạch điện của hệ thống ... 44

Hình 3. 25: Driver TB6600 cho động cơ bước ... 45

Hình 3. 26: Cách đấu dây cho MCU và động cơ sử dụng driver TB6600 ... 47

Hình 3. 27: Động cơ giảm tốc GA25 370 12V 280 rpm ... 49

Hình 3. 28: Mạch giảm áp DC-DC Buck LM2596 3A có hiển thị ... 50

Hình 3. 29: Aptomat 2 pha 10A DZ47-63 C10... 51

Hình 3. 30: Nguồn tổ ong thường dùng trong công nghiệp ... 51

Hình 3. 31: Relay 5 VDC - 1 kênh ... 53

Hình 3. 32: Sơ đồ thuật tốn chương trình chính ... 54

Hình 3. 33: Sơ đồ thuật tốn chế độ điều khiển tự động ... 56

Hình 3. 34: Sơ đồ thuật toán chế độ điều khiển thủ cơng ... 58

Hình 3. 35: Chú thích các thành phần màn hình LabView hiển thị điều khiển ... 60

Hình 3. 36: Màn hình LabView hiển thị ở chế độ Auto ... 60

Hình 3. 37: Màn hình hiển thị ở chế độ Manual ... 61

Hình 3. 38: Giải thuật thiết kế màn hình hiển thị ... 62

Hình 3. 39: Mơ hình robot kèm trục tọa độ ... 64

Hình 3. 40: Mơ hình đồ án hồn chỉnh ... 66

Hình 3. 41: Bảng mạch hệ thống điện – điều khiển ... 67

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>

Bảng 2. 1: Danh sách các thiết bị điện ... 16

Bảng 2. 2: Thông số kỹ thuật cám biến TCS3200 ... 17

Bảng 2. 3: Ý nghĩa các chân cảm biến TCS3200... 18

Bảng 2. 4: Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại tiệm cận ... 19

Bảng 3. 1: Danh sách thiết bị ... 43

Bảng 3. 2: So sánh thông số kỹ thuật giữa 3 board vi điều khiển Arduino thông dụng hiện nay. ... 45

Bảng 3. 3: Thông số kỹ thuật driver TB6600 ... 46

Bảng 3. 4: Bảng định nghĩa tín hiệu đầu vào driver TB6600 ... 46

Bảng 3. 5: Bảng định nghĩa cuộn dây tải động cơ driver TB6600 ... 46

Bảng 3. 6: Bảng định nghĩa nguồn driver TB6600 ... 47

Bảng 3. 7: Bảng điều chỉnh vi bước driver TB6600 ... 47

Bảng 3. 8: Bảng điều chỉnh dòng điện hoạt động của driver TB6600. ... 48

Bảng 3. 9: Thông số kỹ thuật mạch giảm áp DC-DC Buck LM2596 3A có hiển thị ... 50

Bảng 3. 10: Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 12V ... 52

Bảng 3. 11: Thông số kỹ thuật của relay ... 53

Bảng 3. 12: Bảng chú thích các vùng chức năng của giao diện màn hình LabView điều khiển qua máy tính ... 61

Bảng 3. 13: Bảng chú thích các mục của chế độ thủ cơng ... 61

Bảng 3. 12: Giá trị RGB khảo sát từ các màu thực tế thông qua cảm biến ... 63

Bảng 3. 14: Thông số kỹ thuật của động cơ NEMA 17- 42mm ... 65

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Hệ thống lưu kho tự động là một hệ thống sử dụng các thiết bị tự động để thực hiện các nhiệm vụ lưu kho, bao gồm nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và

bao gồm:

- Tăng hiệu quả hoạt động: ASRS có thể hoạt động 24/7, giúp tăng năng suất và hiệu quả hoạt động của kho hang bằng cách tối ưu hóa quy trình lưu kho, giảm thiểu thời gian và công sức cần thiết. Sự tự động hóa khơng chỉ giúp giảm lỗi do con người mà còn nâng cao khả năng xử lý hàng loạt.

- Giảm chi phí: ASRS giúp giảm chi phí nhân cơng, bảo trì và vận hành. Từ việc giảm thiểu chi phí lao động đến việc tăng cường chính xác trong quản lý hàng tồn kho và giảm mất mát. Điều này giúp tối ưu hóa nguồn lực và tài chính của doanh nghiệp. Bên cạnh đó, việc sử dụng hệ thống nhúng với nguồn 12V và 5V cho bộ điều khiển sẽ giảm tải đáng kể chi phí về hệ thống điện trong khi lắp đặt và vận hành.

Tuy nhiên, hệ thống lưu kho tự động mới được chủ yếu được áp dụng tại các kho chứa quy mô lớn. Việc nghiên cứu và thiết kế một hệ thống lưu kho tự động bằng việc tích hợp hệ thống nhúng cung cấp cơ hội tích hợp các cơng nghệ mới như IoT, trí tuệ nhân tạo, và các giải pháp tự động hóa tiên tiến khác. Những lợi ích này khơng chỉ hỗ trợ quá trình quản lý tồn kho mà còn giúp doanh nghiệp nhanh chóng đáp ứng với sự biến động trong nhu cầu thị trường và thúc đẩy sự đổi mới trong quy trình kinh doanh mà cịn có thể phát triển những mơ hình phù hợp với quy mô của nhà xưởng, kho lưu trữ [2].

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Với lý do trên, em đã chọn đề tài thiết kế hệ thống lưu kho tự động cho đồ án

nghiệp. Đề tài này có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp tơi có cơ hội được tìm hiểu và nghiên cứu về các cơng nghệ tự động hóa trong kho hàng.

Hệ thống lưu kho tự động (ASRS) là một giải pháp công nghệ quan trọng giúp nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm chi phí cho doanh nghiệp. Trong những năm gần đây, hệ thống nhúng đang được ứng dụng ngày càng phổ biến trong các lĩnh vực từ công nghiệp đến đời sống thường ngày.

Sự phát triển mạnh mẽ của AI và IoT đang mở ra nhiều cơ hội ứng dụng cho hệ thống lưu kho tự động.

- IoT: có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị trong hệ thống lưu kho, giúp thu thập và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả. Có thể tạo ra những phần cứng và ứng dụng để quản lý trực quan, tốc độ cao và nhiều khả năng hơn. - AI: có thể được sử dụng để tự động hóa các tác vụ phức tạp trong hệ thống lưu kho, chẳng hạn như nhận dạng sản phẩm, lập kế hoạch tuyến đường, và tối ưu hóa quy trình vận chuyển.

<b>3. Đối tượng nghiên cứu </b>

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống lưu kho tự động sử dụng hệ thống nhúng trên. Hệ thống này bao gồm các thành phần sau:

- Phần cứng: bao gồm các thành phần cơ khí, thiết bị tự động hóa, chẳng hạn như cánh tay robot, băng tải, hệ thống nhận diện màu sắc, hệ thống phân loại, các thiết bị điều khiển như các bo mạch điều khiển, các thiết bị chấp hành như động cơ một chiều, động cơ bước, ...

- Phần mềm: bao gồm hệ thống điều khiển, và các ứng dụng phần mềm khác nhằm thực hiện một mục đích cụ thể như nhận diện, phân loại, các phần mềm hiển thị giao diện nhằm giám sát và điều khiển, …

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>4. Phạm vi nghiên cứu </b>

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được gói gọn trong việc thiết kế cơ khí mơ hình hệ thống lưu kho tự động và sử dụng vi điều khiển Arduino để lập trình lưu kho và phân loại sản phẩm theo màu sử dụng vi điều khiển Arduino 2560 Mega và cách sử dụng các phần mềm để tạo thành một hệ thống tổng thể. Đề tài được làm gói gọn trong vịng 3 tháng kể từ lúc giao để tài đến khi nghiệm thu sản phẩm. Phần lớn các cơng đoạn lắp ráp mơ hình, gắn thiết bị điện tử lên mơ hình được thực hiện tại nhà riêng của sinh viên. Các công việc liên quan đến cơ khí được thực hiện tại xưởng như cắt, mài các thanh nhơm định hình. Một số bộ phận được in 3D để đảm bảo tính chính xác khi lắp ráp mơ hình.

<b>5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài </b>

Một ví dụ về hệ thống lưu kho tự động sử dụng hệ thống nhúng là hệ thống lưu kho của công ty Amazon. Hệ thống này sử dụng các robot tự hành (AGV) để vận chuyển hàng hóa giữa các khu vực lưu trữ. AGV được điều khiển bởi các hệ thống nhúng được thiết kế đặc biệt để xử lý các yêu cầu của hệ thống lưu kho [2].

Hình 1. 1: Hệ thống lưu kho của Amazon

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Hệ thống lưu kho của Amazon sử dụng nhiều công nghệ mới [3], bao gồm:

giúp thu thập và phân tích dữ liệu một cách hiệu quả.

- Trí tuệ nhân tạo: AI được sử dụng để tự động hóa các tác vụ phức tạp trong hệ thống, chẳng hạn như nhận dạng sản phẩm, lập kế hoạch tuyến đường, và tối ưu hóa quy trình vận chuyển.

thống, chẳng hạn như vận chuyển hàng hóa, xếp dỡ hàng hóa, và chọn hàng.

tình trạng sản phẩm.

- Warehouse management system (WMS): WMS là hệ thống quản lý kho hàng được sử dụng để quản lý các hoạt động trong kho, bao gồm nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và vận chuyển hàng hóa.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>PHẦN II: NỘI DUNG </b>

<b>CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 1.1. Khái niệm </b>

Hệ thống lưu kho tự động còn được gọi là AS/RS (Automated Storage and Retrieval System) là một hệ thống sử dụng các thiết bị tự động để thực hiện các nhiệm vụ gồm nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và vận chuyển hàng hóa. Hệ thống này bao gồm các thiết bị phần cứng như robot, xe tự hành, băng tải, hệ thống nhận dạng,... và phần mềm quản lý kho hàng [1].

Hệ thống lưu kho tự động (AS/RS) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là trong các ngành logistics, sản xuất, và thương mại điện tử. Theo một báo cáo của Grand View Research, thị trường AS/RS toàn cầu dự kiến sẽ đạt giá trị 123,2 tỷ USD vào năm 2028.

Một số doanh nghiệp lớn ở Việt Nam và cả trên thế giới cũng đã áp dụng hệ thống lưu kho tự động đang hoạt động rất tốt và mang lại hiệu quả cao như: Amazon, Alibaba, Walmart, FedEx, Shopee.

Hình 1. 2: Các hãng thương mại điện tử lớn trên thế giới

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

- Tự động hóa: Hệ thống lưu kho tự động sử dụng các thiết bị tự động để thực hiện các nhiệm vụ lưu kho, thay thế cho lao động thủ công. Điều này giúp tăng năng suất và hiệu quả hoạt động của kho hàng.

- Tính linh hoạt: Hệ thống lưu kho tự động có thể được thiết kế để phù hợp với nhiều loại hàng hóa và quy trình lưu kho khác nhau. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của hệ thống.

- Khả năng mở rộng: Hệ thống lưu kho tự động có thể được mở rộng để đáp ứng nhu cầu lưu trữ ngày càng tăng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

- Hệ thống lưu kho tự động theo chiều dọc: Hệ thống này sử dụng các giá đỡ cao tầng để lưu trữ hàng hóa. Các thiết bị tự động như xe tự hành hoặc robot sẽ được sử dụng để di chuyển hàng hóa lên và xuống các giá đỡ.

- Hệ thống lưu kho tự động theo chiều ngang: Hệ thống này sử dụng các băng tải để lưu trữ hàng hóa. Các thiết bị tự động như xe tự hành hoặc robot sẽ được sử dụng để di chuyển hàng hóa trên băng tải.

b) Theo loại hàng hóa:

- Hệ thống lưu kho tự động cho hàng hóa pallet: Hệ thống này được thiết kế để lưu trữ hàng hóa được đặt trên pallet. Các thiết bị tự động như xe tự hành hoặc robot sẽ được sử dụng để di chuyển pallet hàng hóa.

- Hệ thống lưu kho tự động cho hàng hóa nhỏ: Hệ thống này được thiết kế để lưu trữ hàng hóa nhỏ, chẳng hạn như sản phẩm đóng gói sẵn hoặc đồ điện tử. Các thiết bị tự động như robot sẽ được sử dụng để di chuyển hàng hóa.

c) Theo mức độ tự động hóa:

- Hệ thống lưu kho tự động hoàn toàn (fully automated): Hệ thống này sử dụng các thiết bị tự động để thực hiện tất cả các nhiệm vụ lưu kho, bao gồm nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và vận chuyển hàng hóa.

- Hệ thống lưu kho tự động bán tự động (semi-automated): Hệ thống này sử dụng các thiết bị tự động để thực hiện một số nhiệm vụ lưu kho, chẳng hạn như lưu trữ hàng hoặc xuất hàng. Các nhiệm vụ khác, chẳng hạn như nhận hàng, có thể được thực hiện thủ công.

Lựa chọn loại hệ thống lưu kho tự động phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại hàng hóa được lưu trữ, quy mơ của kho hàng và nhu cầu của doanh nghiệp.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>1.5. Quy trình lưu kho tự động </b>

Hình 1. 4: Quá trình lưu kho của các kiện hàng trong mơ hình thực tế

Quá trình lưu kho tự động được bắt đầu khi hàng hóa được vận chuyển đến kho. Hàng hóa sẽ được đưa vào khu vực tiếp nhận hàng, nơi nhân viên kho sẽ kiểm tra số lượng, chất lượng và tình trạng của hàng hóa. Sau khi kiểm tra, các thiết bị tự động trong kho sẽ phân loại và xác định hàng hóa để hệ thống máy tính nhận diện vị trí sẽ sắp xếp kiện hàng đó, các kiện hàng phải đảm bảo các yêu cầu về tính chính xác thì mới được phép lưu vào kho chứa. Đây là quy trình sắp xếp.

Hệ thống máy tính sẽ phân loại hàng hóa theo loại, kích thước, trọng lượng và các yếu tố khác. Sau đó, hệ thống sẽ tự động điều khiển các thiết bị tự động để đưa hàng hóa đến vị trí lưu trữ phù hợp. Sau khi hàng hóa được lưu trữ, hệ thống máy tính sẽ cập nhật vị trí lưu trữ của hàng hóa vào hệ thống quản lý kho hàng. Điều này giúp cho các thiết bị tự động có thể dễ dàng tìm kiếm và lấy hàng hóa khi cần thiết. Đây là quy trình lưu kho.

Sau khi hàng hóa đã được lưu trữ, khi có yêu cầu lấy các hàng hóa nhất định từ kho lưu trữ, các thiết bị tự động hóa sẽ làm cơng việc xác định xem hàng hóa

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

được yêu cầu có cịn trong kho hay khơng, số lượng có đáp ứng u cầu hay khơng, sau đó các kiện hàng sẽ được lấy từ kho và đưa đến khu vực lấy hàng để các xe vận chuyển sẽ đến lấy hàng.

Các thiết bị tự động trong kho lưu trữ tự động bao gồm:

Băng chuyền: Dùng để vận chuyển hàng hóa từ khu vực tiếp nhận hàng đến khu vực lưu trữ.

Robot lấy hàng: Dùng để lấy hàng hóa từ vị trí lưu trữ và đưa đến khu vực lấy hàng.

Robot xếp hàng: Dùng để xếp hàng hóa vào vị trí lưu trữ của các kệ lưu kho.

- Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống.

<b>1.7. Đối tượng nghiên cứu </b>

- Các hệ thống lưu kho phổ biến trên thế giới.

- Thiết kế thuật toán điều khiển mơ hình lưu kho tự động cho hệ thống nhúng.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

2560.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

- Mạch điều khiển thực hiện nhiệm vụ điều khiển các chức năng chính như phân loại, lưu trữ các kiện hàng. Ở mô hình thiết kế trong bài luận sử dụng vi điều khiển Arduino Mega 2560.

- Máy tính nhúng làm nhiệm vụ hiển thị màn hình điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống.

Hệ thống nhận diện màu sắc được sử dụng để xác định loại hàng hóa được lưu trữ trong kho. Hệ thống này sử dụng một cảm biến để nhận diện màu sắc của kiện hàng. Trong hệ thống lưu kho tự động này, máy tính nhúng có hệ điều hành được sử dụng để chạy phần mềm quản lý kho hàng (WMS). Phần mềm WMS chịu trách nhiệm quản lý, giám sát các hoạt động lưu kho, bao gồm nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng. Hệ thống lưu kho tự động được mơ tả trong bài luận án này có các chức năng sau:

- Nhận hàng: Hệ thống tự động nhận hàng từ băng tải.

- Phân loại hàng: Nhận diện loại hàng từ băng tải và đưa ra quyết định về vị trí lưu trữ.

- Xuất hàng: Hệ thống tự động xuất hàng hóa theo yêu cầu của khách hàng.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<b>2.2. Các nền tảng và phần mềm sử dụng 2.2.1. Solidworks </b>

SolidWorks là phần mềm thiết kế 3D mạnh mẽ và tích hợp nhiều cơng cụ hỗ trợ đa dạng, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật, công nghiệp, xây

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

dựng,... SolidWorks cung cấp cho người dùng các công cụ để tạo, chỉnh sửa, lắp ráp, phân tích và mơ phỏng các đối tượng 3D. Một số tính năng nổi bật của SolidWorks bao gồm:

- Thiết kế chi tiết 3D: SolidWorks cung cấp các công cụ để tạo các chi tiết 3D phức tạp.

- Lắp ráp 3D: SolidWorks giúp người dùng lắp ráp các chi tiết 3D thành các sản phẩm hồn chỉnh.

- Phân tích 3D: SolidWorks cung cấp các cơng cụ để phân tích các tính chất của các đối tượng 3D, chẳng hạn như lực, mô-men xoắn, độ bền,...

- Mô phỏng 3D: SolidWorks giúp người dùng mô phỏng các chuyển động và tương tác của các đối tượng 3D.

Hình 2. 2: Biểu tượng của phần mềm solidworks

SolidWorks là một phần mềm quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật, công nghiệp. Phần mềm giúp người dùng tạo ra các thiết kế 3D chính xác và hiệu quả, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất.

<b>2.2.2. Arduino IDE </b>

Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở được sử dụng để lập trình cho các bo mạch Arduino. Phần mềm cung cấp cho người dùng một mơi trường phát triển tích hợp (IDE) để viết, biên dịch và nạp mã cho bo mạch Arduino. Arduino IDE có giao diện đơn giản và dễ sử dụng. Phần mềm bao gồm các tính năng chính sau: - Trình soạn thảo mã: Trình soạn thảo mã cung cấp cho người dùng các công

cụ để viết, chỉnh sửa và định dạng mã cho bo mạch Arduino.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Git còn được gọi là Distributed Version Control System (DVCS) hay VCS, là một hệ thống quản lý phiên bản phân tán ra đời vào năm 2005 và trở thành một hệ thống quản lý phiên bản phân tán được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Có thể nói Git là một kho lưu trữ chưa tồn bộ lịch sử của người dùng khi sử dụng. VCS nghĩa là hệ thống giúp lập trình viên có thể lưu trữ nhiều phiên bản khác nhau của một mã nguồn được nhân bản (clone) từ một kho chứa mã nguồn (repository), mỗi thay đổi vào mã nguồn trên local sẽ có thể ủy thác (commit) rồi đưa lên server nơi đặt kho chứa chính. Và một máy tính khác nếu họ có quyền truy cập cũng có thể clone lại mã nguồn từ kho chứa hoặc clone lại một tập hợp các thay đổi mới nhất trên máy tính kia. Lập trình viên có thể xem lại danh sách các sự thay đổi của file như xem một dòng thời gian của các phiên bản. Mỗi phiên bản bao gồm: nội dung file

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

bị thay đổi, ngày giờ sửa đổi, người thay đổi là ai, lý do thay đổi hay tên phiên bản…Với Git, lập trình viên sẽ dễ dàng quay lại các phiên bản cũ đã làm trước đó một cách dễ dàng, do đó việc kiểm soát trở nên đơn giản và hiệu quả hơn.

Hình 2. 3: Hình ảnh mơ tả cách thức làm việc của Git

Đối với các dự án chạy song song trên cùng một cơ sở code, Git sẽ giúp phân nhánh hiệu quả. Đồng thời giúp cho việc quản lý và thực hiện các dự án đơn giản hơn. Dưới đây là một số lợi ích khi sử dụng:

đơn giản hóa hơn.

từ khó chứa hoặc một nhánh nào đó từ kho chứa, giúp bạn có thể làm việc bất cứ đâu.

Tóm lại, Git là một công cụ quan trọng cho bất kỳ ai tham gia vào q trình phát triển phần mềm. Nó giúp đảm bảo rằng mã nguồn được bảo quản an toàn và dễ dàng truy cập, đồng thời giúp việc cộng tác trở nên dễ dàng hơn.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Bảng 2. 1: Danh sách các thiết bị điện

<b>2.4. Phương pháp nhận dạng </b>

<b>2.4.1. Phương pháp nhận diện màu sắc </b>

Phương pháp nhận dạng được sử dụng trong đề tài là ứng dụng cảm biến TCS3200 nhằm nhận diện được màu sắc của vật thể dựa vào nguyên lý của cảm biến.

Hình 2. 4: Cảm biến TCS3200

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Cảm biến TCS3200 sử dụng một dãy quang điốt với 4 bộ lọc khác nhau để phát hiện màu sắc. Quang điốt là một linh kiện bán dẫn có khả năng chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện. Cụ thể, cảm biến này bao gồm:

Bằng cách chọn lọc các kết quả đọc từ các quang điốt với bộ lọc khác nhau, người dùng có thể xác định được cường độ của các màu sắc khác nhau. Cảm biến sử dụng một bộ chuyển đổi dòng điện thành tần số để biến các kết quả đọc từ quang điốt thành một sóng vng với tần số tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng của màu đã chọn [4]. Tần số này sau đó sẽ được Arduino đọc và xử lý.

Chuyển đổi độ sáng sang tần số độ phân giải cao Có

Bảng 2. 2: Thơng số kỹ thuật cám biến TCS3200 Sơ đồ chân:

Hình 2. 5: Sơ đồ chân của cảm biến TCS3200

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

GND (4) - Nối đất nguồn điện

OE (3) I Cho phép đầu ra tần số (kích hoạt mức thấp) OUT (6) O Đầu ra tần số

S0, S1 (1, 2) I Chọn tỷ lệ tần số đầu ra S2, S3 (7, 8) I Chọn loại quang điốt VDD (5) - Nguồn điện áp

Bảng 2. 3: Ý nghĩa các chân cảm biến TCS3200 Lựa chọn bộ lọc:

Để chọn màu được đọc bởi quang điốt, người dùng sử dụng các chân điều khiển S2 và S3. Vì các quang điốt được kết nối song song, việc đặt các chân S2 và S3 ở mức THẤP (LOW) và CAO (HIGH) theo các tổ hợp khác nhau sẽ cho phép bạn chọn các quang điốt khác nhau như bảng dưới đây:

Các chân S0 và S1 được sử dụng để điều chỉnh tần số đầu ra. Nó có thể được điều chỉnh theo các giá trị đặt trước sau: 100%, 20% hoặc 2%. Việc điều chỉnh tần số đầu ra rất hữu ích để tối ưu hóa các kết quả đọc của cảm biến cho các bộ đếm tần số hoặc vi điều khiển khác nhau. Chi tiết như bảng dưới đây:

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

<b>2.4.2. Phương pháp nhận diện phôi bằng cảm biến vật cản hồng ngoại </b>

Cảm biến vật cản hồng ngoại có khả năng thích nghi với mơi trường, có một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp) [4].

Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V. Độ nhạy sáng của cảm biến vật cản hồng ngoại được điều chỉnh bằng chiết áp.

Hình 2. 6: Module cảm biến hồng ngoại tiệm cận. Thông số kỹ thuật:

<b>Thông số kỹ thuật Giá trị </b>

Điện áp hoạt động 3.3 V - 5 V

Khoảng cách phát hiện 2 ~ 30 cm Góc phát hiện 35°

Độ phân giải 1 cm

Kích thước 3.2 x 1.4 cm

Bảng 2. 4: Thông số kỹ thuật cảm biến hồng ngoại tiệm cận

<b>2.5. Cơ sở lý thuyết nhận diện màu sắc </b>

Cảm biến màu sắc TCS3200 là một cảm biến màu sắc dựa trên nguyên lý phản xạ ánh sáng. Cảm biến này có 8 hàng và 8 cột, mỗi hàng có 8 diode quang. Mỗi diode quang được gắn với một bộ lọc màu sắc, có thể là bộ lọc màu đỏ, xanh dương, hoặc xanh lá.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

Khi ánh sáng chiếu vào vật thể, một phần ánh sáng sẽ bị vật thể hấp thụ, một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ trở lại. Ánh sáng phản xạ trở lại sẽ được các diode quang của cảm biến TCS3200 thu nhận. Cường độ ánh sáng thu được bởi mỗi diode quang sẽ phụ thuộc vào màu sắc của vật thể.

Hình 2. 7: Mơ tả q trình lọc ánh sáng

Thơng qua cường độ ánh sáng thu được bởi từng diode quang, cảm biến TCS3200 có thể tính tốn ra các giá trị RGB của vật thể. Các giá trị RGB này sau đó có thể được chuyển đổi thành các giá trị màu sắc khác nhau, chẳng hạn như CIE XYZ, CIELab, HSV, v.v.

Hình 2. 8: Minh hoạ quá trình biến đổi từ giá trị RGB sang xung số

Cơ sở lý thuyết của cảm biến màu sắc TCS3200 được thể hiện trong phương trình sau:

trong đó:

<i>I<small>r</small>, I<small>g</small>, I<small>b</small></i> là cường độ ánh sáng thu được bởi các diode quang màu đỏ, xanh lá, và xanh dương.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

Hình 2. 9: Mơ hình ứng dụng của hệ thống nhúng

Hệ thống nhúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt là trong ngành Kỹ thuật điều khiển - Tự động hóa. Đây là giải pháp cho vấn đề hệ thống giao thông thông minh, quản lý kho hàng thông minh, giải pháp IoT, máy móc thơng minh,…Và nổi bật nhất hiện nay là hệ thống trong xe điện.

Điểm đặc biệt ở các hệ thống nhúng đó chính là khả năng làm việc tuyệt vời trong các môi trường khắc nghiệt bao gồm môi trường ẩm ướt, nhiệt độ cao, chịu áp lực rung lắc lớn. Theo đó, hệ thống nhúng có thể làm việc trong mơi trường khắc nghiệt từ âm 35 độ đến 70 độ vẫn hoạt động tốt. Với khả năng hoạt động ổn định và bền bỉ này, hệ thống nhúng liên tục giúp vận hành máy móc hoặc giám sát để tránh tối đa tình trạng máy dừng đột ngột trong khi đang hoạt động.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

Các thiết bị và hệ thống nhúng có thể dễ dàng bắt gặp trong cuộc sống thường nhật của chúng ta. Chúng đang ngày một phổ biến và được phát triển để ngày càng thuận lợi hỗ trợ cho các mục đích trong cuộc sống của con người.

<b>2.6.2. Đặc điểm của một hệ thống nhúng </b>

Các hệ thống nhúng có thể u cầu tính hoạt động thời gian thực để đảm bảo tính an tồn và ứng dụng, hoặc không yêu cầu ràng buộc chặt chẽ, cho phép đơn giản hóa phần cứng để giảm chi phí sản xuất. Hệ thống nhúng không phải là một khối riêng biệt, mà là một hệ thống phức tạp nằm trong thiết bị mà nó điều khiển. Phần mềm được viết cho các hệ thống nhúng được gọi là firmware và được lưu trữ trong các chip bộ nhớ ROM hoặc bộ nhớ flash chứ không phải là trong một ổ đĩa. Các hệ thống nhúng có tài nguyên giới hạn hơn về phần cứng và chức năng phần mềm so với máy tính cá nhân. Hệ thống nhúng tương tác với thế giới bên ngoài qua nhiều cách, bao gồm cảm nhận môi trường, tác động trở lại môi trường, và tốc độ tương tác phải đáp ứng thời gian thực. Yêu cầu về chất lượng của các hệ thống nhúng là rất cao, đặc biệt là về tính ổn định và độ tin cậy. Lỗi trên các hệ thống nhúng có thể dẫn đến tai nạn nghiêm trọng và khơng thể sửa chữa được. Do đó, việc phát triển các hệ thống nhúng yêu cầu quy trình kiểm tra và kiểm thử nghiêm ngặt.

<b>2.6.3. Cấu tạo của hệ thống nhúng </b>

Hệ thống nhúng thường bao gồm các thành phần chính sau:

- Giao diện: Các hệ thống nhúng có thể sử dụng giao diện cũng có thể không sử dụng giao diện. Hệ thống nhúng không sử dụng giao diện được gọi là hệ thống đơn nhiệm.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

Hình 2. 10: Giao diện Hệ thống nhúng

- Kiến trúc CPU: Bộ xử lý CPU của hệ thống nhúng được chia thành hai loại là vi xử lý và vi điều khiển. Trong các vi điều khiển thường có các thiết bị ngoại vi, tích hợp trên chip để giảm kích thước của hệ thống. Một số kiến trúc CPU sử dụng hệ thống nhúng như: ARM, MIPS, PowerPC, x86, PIC, 8051, …

Hình 2. 11: Bộ xử lý CPU của hệ thống nhúng

- Thiết bị ngoại vi: Một số thiết bị ngoại vi được sử dụng giao tiếp với hệ thống nhúng: SCI (RS-232; RS-422; RS – 485,…), USB, truyền thông nối tiếp đồng bộ (I2C, SPI, SSC,…), …

<b>2.6.4. Ứng dụng của hệ thống nhúng </b>

Các hệ thống nhúng thông thường sẽ tiêu tốn rất ít điện năng, giá thành lại rẻ, khơng chiếm q nhiều khơng gian. Chính vì thế ngày nay các hệ thống này đang dần được sử dụng phổ biến. Một trong số đó phải kể đến là: