nghiên cứu thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.23 MB, 118 trang )

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

<b> NGÀNH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP </b>

<b>GVHD: THS. NGUYỄN VĂN MINH SVTH: NGUYỄN DUY HẢI </b>

<b> NGUYỄN VĂN TOẠI </b>

<b> TRẦN DƯƠNG NHỰT TRƯỜNG </b>

<b>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2024 </b>

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

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT </b>

<b>KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY </b>

<b>ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

<b>lưu kho tự động</b>

” Gi

<b>ảng viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN VĂN MINH </b>

<b>3. TRẦN DƯƠNG NHỰT TRƯỜNG 19104062 </b>

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

<small>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM </small>

<small>Bộ mơn Kỹ thuật hệ thống Công nghiệp </small>

<b>NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP </b>

Học kỳ I / năm học 2023 - 2024 Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Minh

Sinh viên thực hiện:

2. Nguyễn Văn Toại MSSV: 19104053 Điện thoại: 0374620126 3. Trần Dương Nhựt Trường MSSV: 19104062 Điện thoại: 0784599595

<i><b>1. Đề tài tốt nghiệp: </b></i>

<i>- Tên đề tài: <b>Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động </b></i>

- Tài liệu tham khảo về các hệ thống lưu kho sử dụng trong công nghiệp - Tài liệu sử dụng các thiết bị tự động hố, PLC siemens PLC S7-1200

<i><b>3. Nội dung chính của đồ án: </b></i>

- Nghiên cứu, thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống lưu kho tự động - Lập trình điều khiển PLC S7-1200

- Thiết kế giao diện điều khiển Runtime

- Lập trình chương trình xử lý ảnh quét mã QR-CODE - Tạo hệ cơ sở dữ liệu SQL SERVER

- Lập trình và thiết kế Web quản lý dữ liệu lưu kho thông qua SQL SERVER

- Mơ hình hệ thống lưu kho tự động

- Báo cáo thuyết minh, Poster, Video hệ thống lưu kho - Bản vẽ 2D, 3D hệ thống lưu kho

- Các chương trình lập trình sử dụng cho hệ thống lưu kho

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

<i><b>7. Ngôn ngữ trình bày: </b>Bản báo cáo: Tiếng Anh  Tiếng Việt  </i>

<i> Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh  Tiếng Việt  </i>

 Được phép bảo vệ ………

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

<b>LỜI CAM KẾT </b>

<i>- Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động </i>

- GVHD: ThS. Nguyễn Văn Minh Sinh viên thực hiện:

1. Nguyễn Duy Hải

- Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN):

- Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là cơng trình do chính chúng tơi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tơi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 03 năm 2024

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>LỜI CẢM ƠN </b>

Từ khi bước chân vào trường, Thầy Cơ trong Khoa Cơ khí chế tạo máy đã hỗ trợ và tạo điều kiện để chúng em có thể tiếp cận những kiến thức bổ ích và xây dựng nền tảng chuyên môn vững vàng. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, sự hướng dẫn và lời khuyên từ các Thầy Cô đã giúp chúng em tiếp cận các thiết bị và cơ sở vật chất, từ đó hồn thiện đồ án một cách tồn diện.

Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Khoa Cơ khí chế tạo máy của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt, sự tận tâm của Thầy Nguyễn Văn Minh không thể không kể đến. Thầy luôn dành sự tận tâm hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong q trình nghiên cứu và hồn thiện đồ án tốt nghiệp này. Bên cạnh đó, gia đình - nguồn động lực vững chắc, mang đến cho chúng em điều kiện tốt nhất cả về mặt vật chất lẫn tinh thần để hoàn thành chặng đường học tập tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến những người anh chị, những người bạn đã luôn đồng hành và chia sẻ những lời khuyên quý báu giúp chúng em hoàn thành đồ án này.

Do hạn chế về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm, sai sót là một điều khó tránh khỏi, chúng em mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến từ các Thầy Cơ để đồ án của chúng em được hoàn thiện, trở nên hoàn hảo hơn. Xin chân thành tri ân!

Sinh viên thực hiện Nguyễn Duy Hải Nguyễn Văn Toại Trần Dương Nhựt Trường

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

<b>TÓM TẮT ĐỒ ÁN </b>

<b>NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG </b>

Trong đề tài này, hướng nghiên cứu của nhóm em chính là việc áp dụng hệ thống lưu kho hàng hóa sử dụng các thiết bị cơng nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho. Hệ thống hoạt động một cách tự động dưới sự kiểm soát của con người bằng hệ thống phần mềm quản lý.

Từ việc thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau chúng em thấy được nhiều vấn đề mà hiện nay con người còn vấp phải gây ra rất nhiều lãng phí. Với phương pháp lưu trữ hàng hóa cổ điển mà chúng ta được biết nó thực sự có rất nhiều điểm bất cập và chưa tối ưu về mặt lợi ích. Trong đó có một số dẫn chứng rất rõ ràng để nói về vấn đề lãng phí. Thứ nhất là về mặt thời gian. Khi lưu trữ hàng hóa theo phương pháp cổ điển rất mất thời gian từ khâu quản lý đầu vào, quản lý lưu trữ và quản lý đầu ra của hàng hóa. Thứ hai là về mặt con người. Trong quá trình lưu trữ hàng hóa bắt buộc phải có nhiều bộ phận quản lý như quản lý kho, người vận chuyển, người sắp xếp,… gây tốn kém về kinh tế và rủi ro tai nạn lao động cao. Thứ ba là về diện tích lưu trữ hàng hóa. Giữa những kệ hàng cần phải có khơng gian trống trải đủ cho việc di chuyển xuất và nhập hàng hóa. Vì vậy sẽ chưa thể tối ưu được diện tích và sức chứa của kho lưu trữ. Còn rất nhiều vấn đề gây ra sự lãng phí cho phương pháp lưu trữ cổ điển này.

Nhận thấy được những vấn đề ở trên. Nhóm chúng em đã thảo luận và đưa ra hướng giải quyết bằng cách thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động”. Với việc thiết kế một hệ thống vận hành một cách tự động dưới sự giám sát và quảng lý của con người thông qua phần mềm quản lý giúp giảm thiểu thời gian, nhân lực, rủi ro,… và bên cạnh đó tăng sức chứa hàng hóa trong cùng một không gian nhất định và đem lại giá trị cao cho cá nhân và doanh nghiệp sử dụng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

DANH MỤC BẢNG BIỂU ... xiii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ... xiv

1.5 Phương pháp nghiên cứu ... 2

1.6 Nội dung đề tài ... 2

<b>CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 4 </b>

2.4.4.4 Microsoft SQL Server Management Studio ... 17

2.4.4.5 Phần mềm cơ sở dữ liệu ODBC ... 17

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

3.1 Yêu cầu hệ thống ... 19

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế kho hàng tự động... 19

3.2.1 Phương án thiết kế khung kho hàng ... 19

3.2.2 Phương án thiết kế cánh tay cơ khí ... 23

3.3 Tính tốn phương án truyền động ... 24

3.3.1 Cơ cấu vitme - đai ốc trượt ... 24

3.4.3.1 Tính cơng suất động cơ ... 34

3.4.3.1.1 Tính momen xoắn cho động cơ trục X ... 34

3.4.3.1.2 Momen xoắn cho động cơ trục Z ... 36

3.4.3.1.3 Momen xoắn cho động cơ trục Y ... 38

3.4.3.2 Động cơ cho vitme trục X... 39

3.4.3.3 Động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút) ... 40

3.4.3.4 Động cơ vitme trục Z ... 41

3.4.3.5 Driver điều khiển ... 42

3.4.3.6 Động cơ băng tải ... 43

3.5 Thiết kế phần cứng trên phần mềm Solidworks... 44

3.5.1 Giới thiệu về Solidworks ... 44

3.5.2 Thiết kế kho chứa hàng ... 45

3.5.3 Thiết kế băng tải vận chuyển hàng hóa ... 45

3.6.3 Lưu đồ điều khiển hệ thống ... 52

3.6.3.1 Lưu đồ điều khiển cho khối RESET ... 52

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

3.6.3.2 Lưu đồ điều khiển cho khối RUN... 52

3.6.3.3 Lưu đồ điều khiển cho khối Auto ... 53

3.6.3.4 Lưu đồ điều khiển của khối MANUAL ... 55

3.6.3.5 Lưu đồ điều khiển chương trình con phân loại hàng hố ... 57

3.6.3.6 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ơ hàng nhập kho ... 58

3.6.3.7 Lưu đồ điều khiển chương trình con về vị trí ơ hàng xuất kho ... 59

3.7 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống ... 60

3.7.1 Yêu cầu về thiết kế ... 60

3.7.2 Cách thức sắp xếp kho cho hệ thống ... 61

3.7.3 Các cách phân loại sản phẩm... 61

3.7.4 Giao diện HOME ... 63

3.7.5 Giao diện VIEW ... 64

3.7.6 Giao diện CONTROL... 65

3.7.7 Giao diện DATA ... 66

3.7.8 Giao diện ALARM ... 67

3.7.9 Giao diện TEST ... 68

3.7.10 Giao diện LOGIN ... 69

3.8 Thiết kế giao diện quét mã QR và giám sát hệ thống Websever ... 70

3.8.5 Giao diện Websever ... 77

<b>CHƯƠNG 4 THI CƠNG, CHẾ TẠO ... 80 </b>

4.1 Thi cơng phần cứng hệ thống ... 80

4.1.1 Thi công phần kho chứa hàng ... 80

4.1.2 Tọa độ của các kiện hàng và tỉ số truyền của động cơ tại các trục tương ứng ... 80

4.1.3 Thi công băng tải chuyển hàng ... 82

4.1.4 Thi công cơ cấu ba trục ... 83

4.1.5 Hệ thống phần cứng hoàn chỉnh ... 83

4.2 Thiết kế tủ điện ... 84

4.2.1 Yêu cầu thiết kế ... 84

4.4.2 Tủ điện sau khi thiết kế ... 84

4.4.3 Sơ đồ nối dây ... 86

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

<b>DANH SÁCH HÌNH ẢNH </b>

<b>Chương 2 </b>

Hình 2.1 PLC siemens và hệ sinh thái đi kèm ... 6

Hình 2.2 PLC Mitsubishi ... 7

Hình 2.3 Cảm biến quang ... 8

Hình 2.4 Cảm biến tiệm cận ... 9

Hình 2.5 Băng tải cao su ... 9

Hình 2.6 Băng tải mini ... 10

Hình 2.7 Băng tải lăn ... 10

Hình 2. 13 Máy quét chuyên dụng mã vạch 1D ... 14

Hình 2. 14 Camera cơng nghiệp ... 15

Hình 2.15 HD webcam ... 15

Hình 2.16 Visual studio ... 15

Hình 2.17 Microsoft ASP.net ... 16

Hình 2.18 Ngơn ngữ VBScript ... 17

Hình 2.19 SQL Server Management Studio (SSMS) ... 17

Hình 2.20 Giao diện ODBC Data Source Administrator ... 18

<b>Chương 3 </b>Hình 3.1 Hệ thống kệ Selective ... 20

Hình 3.2 Hệ thống kệ di động ... 21

Hình 3.3 Kệ double deep ... 22

Hình 3.4 Hệ thống kệ Drive in ... 22

Hình 3.5 Kết cấu vitme – đai ốc ... 25

Hình 3.6 Cơ cấu vitme – đai ốc bi ... 26

Hình 3.7 Mơ hình truyền động đai ... 27

Hình 3.8 Cảm biến quang phát hiện vật E3F – DS10C4 ... 32

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

Hình 3.23 Băng tải OUT ... 46

Hình 3.30 Lưu đồ khối RESET... 52

Hình 3.31 Lưu đồ khối RUN ... 53

Hình 3.32 Lưu đồ khối AUTO ... 54

Hình 3.33 Lưu đồ khối MANUAL ... 56

Hình 3.34 Lưu đồ chương trình con phân loại sản phẩm ... 58

Hình 3.35 Lưu đồ chương trình con vị trí ơ hàng nhập kho ... 59

Hình 3.36 Lưu đồ chương trình con vị trí ơ hàng xuất kho ... 60

Hình 3.37 Phân loại cố định cho một loại hàng trên ơ sản phẩm ... 61

Hình 3.38 Phân loại ngẫu nhiên các loại hàng ... 62

Hình 3.39 Phân loại theo hàng và cột ... 63

Hình 3.40 Giao diện HOME ... 64

Hình 3.41 Giao diện VIEW ... 65

Hình 3.42 Giao diện CONTROL ... 66

Hình 3.43 Giao diện DATA ... 67

Hình 3.44 Giao diện ALARM ... 68

Hình 3.45 Giao diện TEST ... 69

Hình 3.46 Giao diện LOGIN ... 70

Hình 3.47 Màn hình giao diện Visual Studio ... 71

Hình 3.48 Giao diện đọc mã QR sản phẩm ... 72

Hình 3.49 Kiểu dữ liệu trong bảng DATA ... 73

Hình 3.50 Bảng cơ sở dữ liệu của DATA ... 73

Hình 3.51 Kiểu dữ liệu trong bảng ALARM ... 73

Hình 3.52 Bảng cơ sở dữ liệu của ALARM ... 74

Hình 3.53 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng DATA ... 74

Hình 3. 54 Code VBScript nhận dữ liệu cho bảng ALARM ... 75

Hình 3.55 Thiết lập thời gian cập nhật ... 76

Hình 3.56 Lựa chọn VBScript cần điều chỉnh ... 77

Hình 3.57 Giao diện tổng quan của Websever ... 78

Hình 3.58 Giao diện dữ liệu xuất nhập kho của Websever ... 78

Hình 3.59 Giao diện dữ liệu lỗi hệ thống lưu kho của Websever ... 79

Hình 3.60 Giao diện tìm kiếm của Websever ... 79

<b>Chương 4 </b>Hình 4.1 Kho chứa hàng sau khi thi cơng hồn chỉnh ... 80

Hình 4.2 Hình mơ tả tọa độ vị trí đặt hàng trong kho ... 81

Hình 4.3 Băng tải IN hệ thống khi thi cơng hồn thiện ... 82

Hình 4.4 Băng tải OUT hệ thống khi thi cơng hồn thiện ... 82

Hình 4.5 Cơ cấu vít me của hệ thống khi thi cơng hồn thiện ... 83

Hình 4.6 Hệ thống sau khi được thi cơng hồn chỉnh ... 84

Hình 4.7 Tủ điện của hệ thống ... 85

Hình 4.8 Sơ đồ kết nối các ngõ vào và ra của các thiết bị với PLC ... 86

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

Hình 4.9 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển động cơ của ba trục và động cơ băng tải ... 87

Hình 4.10 Sơ đồ kết nối giữa driver điều khiển với động cơ bước ... 87

Hình 4.11 Tủ điện điều khiển khi đã được đấu nối hoàn chỉnh ... 88

Hình 4.12 Mặt trước tủ điện khi đã lắp xong các thiết bị ... 88

<b>Chương 5 </b>Hình 5.1 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Import ... 89

Hình 5.2 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Auto – Export ... 90

Hình 5.3 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual – Import... 91

Hình 5.4 Kết quả chạy thực nghiệm chế độ Manual - Export ... 92

Hình 5.5 Kết quả chạy thực nghiệm giao diện đọc mã QR ... 93

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

Bảng 5: Bảng thông số của động cơ trục Y (cơ cấu đẩy rút) ... 41

Bảng 6: Bảng thông số driver Microstep ... 42

Bảng 7: Bảng thông số động cơ băng tải ... 43

Bảng 8: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống... 68

Bảng 9: Bảng các Alarm dùng trong hệ thống... 68

Bảng 10: Bảng phân quyền truy cập hệ thống ... 70

Bảng 11: Tọa độ của hàng ở các vị trí trên hệ thống ... 81

Bảng 12: Danh sách các thiết bị trong tủ điện ... 85

Bảng 13: Bảng dùng ngõ vào DI PLC của các thiết bị ... 86

Bảng 14: Bảng dùng ngõ ra DO PLC của các thiết bị ... 86

Bảng 15: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện thiếu sáng (dùng đèn chiếu sáng) ... 94

Bảng 16: Bảng xác suất quét mã QR trong điều kiện ánh sáng tự nhiên. ... 94

Bảng 17: Bảng thời gian đi hết chu trình ... 95

Bảng 18: Bảng thời gian hồn thành công việc xuất, nhập cho 4 ô hàng của từng loại ... 95

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

<b>DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC </b>

<b>Programmable Logic Controller </b>

<b>QR </b>

<b>Quick Response </b>

<b>SQL </b>

<b>Structured Query Language </b>

<b>HMI </b>

<b>Human Machine Interface </b>

<b>CCD </b>

<b>Charge Coupled Device </b>

<b>DC </b>

<b>Direct Current </b>

<b>MFC </b>

<b>Microsoft Foundation Class </b>

<b>ODBC </b>

<b>Open Database Connectivity </b>

<b>FIFO </b>

<b>First In First Out </b>

<b>LIFO </b>

<b>Last In First Out </b>

<b>FILO </b>

<b>First In Last Out </b>

<b>NPN </b>

<b>Negative Positive Negative </b>

<b>CPU </b>

<b>Central Processing Unit </b>

<b>MDF </b>

<b>Medium-Density Fibreboard </b>

<b>IEC</b>

<b>International Electrotechnical Commission </b>

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

<b>CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN </b>

Đối với mọi doanh nghiệp, việc quản lí lưu kho và xuất nhập kho đóng vai trị quan trọng trong việc duy trì sự mượt mà và hiệu quả của chuỗi cung ứng. Trong thời đại số ngày nay, việc áp dụng các giải pháp tự động hóa cho q trình này khơng chỉ giúp tối ưu hóa hoạt dộng mà cịn mang lại sự linh hoạt, chính xác và tiết kiệm thời gian đáng kể. Cùng với sự phát triển của công nghệ, việc áp dụng hệ thống lưu kho và xuất nhập kho tự động đang trở thành xu hướng không thể bỏ qua, mang lại nhiều lợi ích to lớn cho các doanh nghiệp hiện đại. Quản lý lưu kho và xuất nhập kho là yếu tố then chốt để đáp ứng nhanh chóng nhu cầu ngày càng tăng về sản phẩm và dịch vụ. Do số lượng hàng hóa khổng lồ và chi phí nhân cơng cao nên các doanh nghiệp như Alibaba, Walmart, FedEx đã áp dụng hệ thống kho thông minh, qua đó các doanh nghiệp này đã tiết kiệm được không gian, giảm thiểu tối đa nhân công, kết nối với phần mềm quản lí thời gian thực dễ dàng vận hành và kiểm soát tồn kho, vận hành hồn tồn tự động và chính xác. Hiện nay, Vinamilk ở Việt Nam cũng đã chuyển đổi từ việc sử dụng hệ thống lưu kho truyền thống, bán tự động sang hệ thống kho thơng minh hồn tồn tự động.

Để tiếp cận với xu hướng phát triển của kho thông minh và đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu quả, tính linh hoạt trong quản lí kho hàng, nhóm chúng em quyết định thực hiện đồ

<i>án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công hệ thống lưu kho tự động”. Mục tiêu </i>

chính của đồ án này là để giảm thiểu chi phí nhân cơng, nâng cao năng suất, tối ưu hóa các quy trình vận hành và tạo ra hệ thống vận hành có tính ổn định nhất.

<b>1.2 Phạm vi nghiên cứu </b>

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là tập trung vào việc thiết kế một mơ hình hệ thống có khả năng hoạt động hồn tồn tự động, quản lí dữ liệu xuất nhập kho và các cảnh báo, lỗi trong quá trình hoạt động.

khiển hệ thống nếu muốn.

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

- Điều khiển và giám sát được hệ thống thông qua giao diện HMI, quản lí được dữ liệu thơng qua SQL sever và Websever.

- Xây dựng chương trình giám sát dễ dàng sử dụng và trực tiếp thao tác. - Có thể phân loại sản phẩm bằng mã QR chính xác và ổn định.

- Cuối cùng, đánh giá tỉ lệ quét được mã vạch ở điều kiện đầy đủ ánh sáng và ở điều kiện thiếu sáng, đánh giá hiệu suất làm việc khi làm việc thực tế.

- Kho có kích thước 4x4 hạn chế việc phân loại đa dạng các sản phẩm - Hệ thống chỉ có thể nâng được các hàng hóa có tải trọng nhỏ hơn 45g - Hệ thống dùng những mã QR đơn giản tự tạo.

<b>1.5 Phương pháp nghiên cứu </b>

- Tham khảo tài liệu, những hệ thống lưu kho tự động có sẵn thị trường.

- Dựa trên các tài liệu nghiên cứu khoa học, trên các trang mạng: Google scholar, Studocu,… đồ án tốt nghiệp của các năm trước.

- Tính tốn, thiết kế và thi cơng mơ hình hệ thống - Lập trình logic hệ thống và thực nghiệm.

-Đánh giá kết quả.

Trong đề tài này nhóm sẽ thiết kế hệ thống lưu kho tự động với thơng số của mơ hình như sau:

Thiết kế kho hàng với kích thước 4x4. Chiều dài, chiều rộng và chiều cao của kho hàng là

cơ cấu vít me đai ốc là trục X dài 1200mm, rộng 250mm và trục Z dài 1100mm, rộng 250mm và một trục Y có cơ cấu trượt rút với độ dài khi hoạt động tối đa là 350mm hoạt động dưới sự kiểm soát của phần mềm quản lý. Tổng khối lượng của mơ hình là 30kg.

Q trình nghiên cứu, chế tạo và hoàn thiện đồ án với những quy trình sau:

Đầu tiên nhóm tìm kiếm các đề tài đã được thực hiện trên nhiều phương tiện truyền thơng và nhóm đã nhận thấy được các vấn đề hệ thống lưu trữ hàng hóa hiện nay đang tồn tại.

Sau khi có được các thơng tin cần thiết, nhóm tiến hành tìm hiểu, phân tích, tính tốn và chọn thiết bị cần thiết cho mơ hình. Sau đó, nhóm tiến hành thiết kế hệ thống 2D và 3D cho

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

hệ thống. Sau q trình thiết kế trên hệ thống phần mềm mơ phỏng thì nhóm tiến hành tìm nguồn cung cấp và đặt mua vật tư cho sản phẩm.

Sau khi có các thiết bị cơ bản, nhóm bắt đầu thiết kế lưu đồ điều khiển cho mơ hình và hồn thiện khâu gia cơng chế tạo mơ hình, tủ điện. Sau đó, nhóm tiến hành giai đoạn lập trình với phần mềm TIA portal và chạy thử phần mềm. Khi mô hình đã hoạt động ổn định, nhóm bắt đầu tạo một hệ cơ sở dữ liệu để quản lí dữ liệu cho hệ thống và giao diện để điều khiển, giám sát hệ thống trên HMI và Websever.

Sau nhiều giai đoạn chỉnh sửa và tối ưu hệ thống nhóm tiến hành các đánh giá và tìm ra hướng phát triển của hệ thống.

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

<b>CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT </b>

Chương này trình bày lý thuyết về khái niệm, ưu điểm, ứng dụng và cấu trúc của một hệ thống lưu kho tự động. Bên cạnh đó, nó cũng phân tích chi tiết từng thành phần trong cấu trúc đó, cũng như các hình thức giao tiếp và điều khiển giữa con người và máy móc trong việc truy xuất hàng hóa.

<b> Hệ thống lưu kho tự động </b>

Kho hàng tự động, hay cịn được gọi là kho thơng minh, là hệ thống lưu trữ hàng hóa sử dụng các thiết bị cơng nghệ cao để quản lý hàng hóa trong kho. Nó hoạt động tự động dưới sự kiểm sốt của con người thông qua phần mềm quản lý.

- Tối ưu hóa về mặt thời gian lưu trữ

- Giảm thiểu tai nạn lao động và tăng diện tích kệ hàng.

- Dễ dàng bố trí nhà kho hợp lý, tăng lượng hàng hóa được lưu trữ trong kho chứa hàng. - Dễ sửa chữa bảo trì.

- Giảm thiểu chi phí thiệt hại khi sản phẩm tồn kho hoặc hư hỏng.

Hệ thống lưu kho tự động được hình thành bởi 3 hệ thống chính:

<i><b>- Hệ thống điều khiển và giám sát: gồm trung tâm điều khiển PLC, màn hình giao diện người </b></i>

máy HMI, cảm biến, bộ điều khiển (driver), và các rơ le trung gian. Hệ thống này có vai trị nhận và xử lý tín hiệu được gửi từ các thiết bị đầu vào (cảm biến), sau đó thực hiện các nhiệm vụ thông qua các cơ cấu thực thi (rơ le và driver). Hơn nữa, hệ thống cịn trình bày thông tin một cách trực quan thông qua giao diện người-máy (HMI).

<i><b>- Hệ thống vận chuyển: Băng tải, robot, xe tự hành, … dùng để di chuyển hàng hóa qua các </b></i>

công đoạn hay dùng để gắp hàng bỏ vào kho.

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

<i><b>- Hệ thống phân loại: Máy quét mã vạch, camera công nghiệp (nhận diện mã tem được dán </b></i>

trên hàng hóa).

<i><b>- Hệ thống lưu trữ: gồm kho, giá đặt hàng và phần mềm quản lý hàng hóa trong kho. Trong </b></i>

đó, kho và giá đặt hàng có nhiều khoang dùng để chứa hàng hóa được nhập vào. Phần mềm quản lý hàng hóa dùng để lưu trữ các thơng tin ngày tháng, mã vạch, loại sản phẩm,…để tạo thành một cơ sở dữ liệu cho người dùng dễ quản lý.

<b>2.4.1 Hệ thống điều khiển và giám sát 2.4.1.1 PLC </b>

 Khái niệm

PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật tốn điều khiển logic. Sự ra đời của nó đáp ứng nhu cầu điều khiển các cơng đoạn hoặc máy móc phức tạp một cách chính xác và có trật tự. Ngơn ngữ lập trình phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder, dễ dàng tiếp cận và sửa đổi. Các dòng PLC phổ biến hiện nay bao gồm PLC Siemens và PLC Mitsubishi.

 Tìm hiểu PLC Siemens

Siemens là một tập đồn lớn trong lĩnh vực "Tự động hóa" của Đức. Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng, người dùng có thể lựa chọn các dịng sản phẩm PLC phù hợp. Các dòng PLC của hãng sản xuất có thể kể đến bao gồm: Logo, S7-200, S7-1200, S7-1500. Ngoài ra, hệ sinh thái đi kèm của PLC Siemens cũng cực kỳ đa dạng và đáp ứng nhu cầu cần thiết khác như mở rộng các cổng vào/ra, màn hình HMI, biến tần,… Đồng thời, có các khối hàm chức năng chuyên dụng giúp người dùng dễ dàng đọc và kiểm tra chương trình một cách thuận tiện.

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

Hình 2.1 PLC siemens và hệ sinh thái đi kèm  Ưu điểm:

- Giá thành phải chăng, ngôn ngữ lập trình và tập lệnh đa dạng. - Sản phẩm và hệ sinh thái đi kèm đa dạng.

- Khả năng điều khiển q trình và truyền thơng khá mạnh và ổn định. - Kích thước nhỏ gọn, độ bền cao và có thể mở rộng nhiều module.

 Nhược điểm:

- Khó khăn cho người mới bắt đầu lập trình

- Số lượng ngõ vào/ ra cịn hạn chế cần thêm module mở rộng khi có nhiều ngõ vào, ngõ ra. - Phần mềm lập trình có giá thành khá cao.

 Tìm hiểu PLC mitsubishi

PLC Mitsubishi là dòng PLC xuất xứ từ đất nước mặt trời mọc Nhật Bản. Nó được biết đến là dịng PLC có độ bền cao, giá thành hợp lý và hoạt động ổn định trong mọi điều kiện. Các dòng PLC bao gồm: Q Series, L Series, FX Series,… Ngơn ngữ lập trình dễ tiếp cận, đặc biệt hỗ trợ mạnh về điều khiển vị trí và bộ đếm xung tốc độ cao. Việc lập trình khá đơn giản, tuy nhiên có thể phức tạp và tốn thời gian đối với những chương trình phức tạp.

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

Hình 2.2 PLC Mitsubishi  Ưu điểm:

- Giá thành phải chăng, đa dạng dòng sản phẩm tùy thuộc nhu cầu sử dụng. - Khả năng điều khiển rời rạc và truyền động khá mạnh.

- Tập lệnh đa dạng, dễ tiếp cận.

- Kích thước nhỏ gọn, độ bền cao và có thể mở rộng nhiều module.  Nhược điểm:

- Gặp khó khăn khi viết chương trình phức tạp.

- Số lượng ngõ vào/ ra cịn hạn chế cần thêm module mở rộng khi có nhiều ngõ vào, ngõ ra.

 Cảm biến quang

Cảm biến quang là loại cảm biến phát ra ánh sáng và nhận tín hiệu trở lại để phát hiện sự hiện diện của vật. Khi bộ phận thu phát hiện thay đổi, tín hiệu tại ngõ ra (OUT) sẽ được xuất ra thông qua mạch điều khiển.

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

Hình 2.3 Cảm biến quang  Ưu điểm:

- Không cần tiếp xúc nhưng vẫn có thể phát hiện vật ở khoảng cách xa. - Có tuổi thọ, độ chính xác và tính ổn định cao.

- Phát hiện được đa dạng các loại vật thể.

- Đáp ứng nhanh, độ nhạy có thể điều chỉnh theo ứng dụng.  Nhược điểm:

- Hoạt động kém hiệu quả khi bề mặt bẩn.

- Tùy thuộc vào màu sắc và độ phản xạ của vật mà cảm biến có thể nhận diện ở khoảng cách xa hay gần.

 Cảm biến tiệm cận

- Cảm biến tiệm cận có khả năng phản ứng khi có vật ở gần, thường là vài milimet (mm). Một vài đặc điểm cảm biến tiệm cận:

- Nhận biết vật ở một khoảng cách nhất định. - Hoạt động ổn định, không rung hay sốc. - Khả năng đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao.

- Dễ lắp đặt, hoạt động tốt trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

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

Hình 2.4 Cảm biến tiệm cận

<b>2.4.2 Hệ thống vận chuyển 2.4.2.1 Băng tải </b>

Băng tải là một hệ thống máy được sử dụng để di chuyển hàng hoá và vật tư từ một điểm đến một điểm khác theo một hướng cụ thể. Nó giúp tiết kiệm sức lao động, giảm thiểu số lượng nhân công và làm giảm thời gian vận chuyển hàng, đồng thời góp phần tăng năng suất lao động và chất lượng công việc. Băng tải được phân loại chủ yếu dựa trên kiểu dáng, thành phần và vật liệu cấu tạo của nó. Trong ngành cơng nghiệp hiện nay, có những loại băng tải phổ biến như: băng tải cao su, băng tải mini và băng tải lăn.

 Băng tải cao su

Có sẵn băng tải làm từ cao su.

- Ưu điểm: khả năng chịu nhiệt tốt và sức chứa lớn, giúp tăng cường hiệu quả kinh tế. Băng tải cao su có thể lắp đặt trên nhiều loại địa hình và phù hợp cho việc vận chuyển đa dạng sản phẩm.

Hình 2.5 Băng tải cao su  Băng tải mini

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

Bên cạnh đó, băng tải mini, như tên gọi, được thiết kế với kích thước nhỏ và thường được áp dụng trong ngành công nghiệp chế tạo máy. Nó thường là một phần của các máy sản xuất, được sử dụng để cung cấp các chi tiết và sản phẩm qua từng công đoạn sản xuất.

- Ưu điểm: nhỏ gọn, phù hợp đặc biệt với sinh viên thực hiện các dự án và có chi phí thấp.

Hình 2.6 Băng tải mini  Băng tải lăn

Mặt băng tải được tạo thành từ nhiều con lăn liên kết với nhau, và chất liệu chế tạo con lăn có thể là nhựa, thép mạ kẽm, inox hoặc cao su.

- Ưu điểm của băng tải con lăn là khả năng chịu tải tốt, độ bền cao, và có thể được sử dụng để vận chuyển các sản phẩm có mặt phẳng đáy cứng trong nhiều điều kiện môi trường khắc nghiệt, như môi trường chứa hóa chất ăn mịn và bụi bặm.<b> </b>

Hình 2.7 Băng tải lăn

 Động cơ bước

Động cơ bước cơ bản là loại động cơ đồng bộ có khả năng chuyển đổi các tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động quay. Các loại động cơ bước thường được

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

cơ bước được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các ứng dụng địi hỏi độ chính xác cao như trong cơng nghệ cắt plasma CNC, máy cắt laser CNC...

Hình 2.8 Động cơ bước  Ưu điểm:

- Định vị chính xác cao, khả năng duy trì mơ-men tốt. - Độ bền cao, bảo trì và bảo dưỡng dễ dàng.

- Điều khiển mạch mở, không cần phản hồi khi điều khiển vị trí và vận tốc.  Nhược điểm:

- Làm việc ồn. Ở tốc độ thấp thì động cơ làm việc không đều. - Cần sử dụng thêm driver để điều khiển.

 Động cơ DC

Động cơ điện một chiều DC (Direct Current Motors) hoạt động dựa trên nguồn điện một chiều và được điều khiển bằng nguồn này. Loại động cơ này chuyển đổi điện năng thành cơ năng. Động cơ DC thường có mơ-men khởi động lớn, cho phép kéo tải nặng khi khởi động, và cũng có khả năng quá tải tốt cùng với nhiễu điện từ thấp. Cấu trúc của động cơ DC bao gồm: - Stator: Bộ phận không di chuyển chứa các nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm từ trường. - Rotor: Bộ phận quay được, được cấu tạo từ các cuộn dây quấn tạo thành nam châm điện. - Chổi than (brushes): nơi tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp.

- Cổ góp (commutator): Đây là nơi tiếp xúc và phân phối nguồn điện trên rotor. Số lượng cuộn dây trên rotor sẽ xác định số lượng tiếp điểm.

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

Hình 2.9 Động cơ DC  Ưu điểm:

- Có mơ-men mở máy lớn nên kéo được tải nặng. Vận tốc quay nhanh và xoay vịng liên tục. - Có thể điều chỉnh tốc độ và quá tải. Tiết kiệm điện năng, tuổi thọ lớn.

 Nhược điểm:

- Công suất cao, dịng khởi động lớn. Độ chính xác thấp.

- Cơ cấu phức tạp, dễ hư hỏng khi vận chuyển hoặc bảo dưỡng, sửa chữa.  Động cơ Servo

Động cơ Servo được sử dụng để truyền động cho các thiết bị, dây chuyền hoặc cơ cấu trong hệ thống sản xuất và chế tạo. Động cơ Servo, cùng với bộ điều khiển Servo (Servo Driver) và Encoder, tạo thành một hệ thống Servo. Có hai loại chính của động cơ Servo, đó là DC Servo và AC Servo.

 DC Servo gồm hai loại:

- Động cơ DC Servo loại có chổi than: gồm 4 bộ phận chủ yếu là chổi than, stato, rotor và cuộn cảm lõi.

- Động cơ DC Servo loại không có chổi than: cấu trúc giống loại có chổi than nhưng các cuộn dây pha ở rotor là nam châm vĩnh cửu.

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

Hình 2.10 Động cơ Servo

 Một số ưu điểm dễ nhận thấy của động cơ Servo có thể kể đến như: - Có thể điều khiển chính xác tốc độ, vị trí và mơ-men một cách dễ dàng. - Hiệu suất hoạt động cao, không dao động và sinh nhiệt ít.

- Khả năng phản hồi yêu cầu nhanh, quán tính làm việc rất nhỏ.

+ Với độ chính xác và hiệu suất cao, động cơ Servo được dùng nhiều để điều khiển cánh tay Robot, máy CNC, ứng dụng sản xuất, đóng gói sản phẩm, vận chuyển và sắp xếp hàng hóa.

<b>2.4.3 Hệ thống phân loại 2.4.3.1 Tem dán mã vạch </b>

Ngay khi sản phẩm được tạo ra, nhà sản xuất sẽ gắn một mã tem định danh để có thể tra cứu thơng tin về sản phẩm đó. Hiện nay, các mã tem phổ biến được sử dụng để phân loại sản phẩm bao gồm mã vạch 1D và mã QR.

 Mã vạch 1D

được xếp song song trên nền trắng. Dưới các đường này là một chuỗi số hiển thị thông tin của sản phẩm. Khi máy quét mã quét được mã của sản phẩm, dữ liệu sẽ được trả về cho phần mềm quản lý để so sánh thông tin và xuất ra dữ liệu của sản phẩm đã quét được.

Hình 2.11 Các loại mã vạch 1D

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

 Mã vạch 2D

Mã vạch 2D, hay còn được gọi là mã QR, là một tập hợp các mã ma trận phức tạp được sắp xếp trong một hình vng hoặc hình chữ nhật để lưu trữ thơng tin. Bên trong hình vng lớn này chứa nhiều hình vng nhỏ. Mặc dù từ bên ngồi có thể trơng rất lộn xộn, nhưng thực chất nó chứa thơng tin được mã hóa và được sắp xếp theo quy chuẩn.

Hình 2.12 Mã vạch 2D (QR code)  Thiết bị quét mã vạch

Thiết bị quét mã vạch là một thiết bị ngoại vi chuyên dụng được sử dụng để nhận dạng dữ liệu trên mã vạch và truyền tải thông tin đến máy chủ dùng để giải mã và hiển thị thông tin

- Máy quét mã vạch 1D: gồm 2 loại tia quét là tia laser (mảnh) và tia CCD (dày).

Hình 2. 13 Máy quét chuyên dụng mã vạch 1D

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

- Máy quét mã vạch 2D: sử dụng cơng nghệ chụp hình kỹ thuật số, có thể giải mã 1D và 2D. Ví dụ: Camera cơng nghiệp, HD Webcam.

Hình 2. 14 Camera công nghiệp

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

Visual Studio là phần mềm hỗ trợ lập trình trên nhiều ngơn ngữ như C/C++, C#, HTML, CSS, JavaScript. Nó được sử dụng rộng rãi bởi cộng đồng lập trình viên trên tồn thế giới nhờ những ưu điểm vượt trội như: khả năng Debug dễ dàng và mạnh mẽ như Break Point, xem giá trị của biến trong quá trình chạy, hỗ trợ debug từng câu lệnh, và hỗ trợ phát triển các loại ứng dụng như Desktop MFC, Windows Form, Universal App, cũng như ứng dụng Mobile cho Windows Phone 8/8.1 và Windows 10.

<i>Hình 2.17 Microsoft ASP.net </i>

ASP.NET là một Framework, tức là một bộ khung ứng dụng Web dễ hiểu. Nó được Microsoft hoàn thiện vào năm 2012 và là một công cụ giải quyết để hỗ trợ việc sản xuất các loại trang web và nội dung động.

ASP.NET đã tạo điều kiện thuận lợi cho các nhà phát triển cơng nghệ và lập trình viên trong việc xây dựng trang web và ứng dụng hoặc dịch vụ sử dụng nội dung động.

ASP.NET đã trải qua nhiều thế hệ phát triển, với hai phiên bản chính:

- Thế hệ 1.0 là sự kết hợp của .NET Framework và một phiên bản kế thừa của công nghệ ASP được phát triển bởi Microsoft

- Thế hệ tiếp theo là ASP.NET hỗ trợ nhiều ngơn ngữ lập trình như C++, C#, Visual Basic và Perl.

<b>2.4.4.3 VBScript </b>

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

Hình 2.18 Ngơn ngữ VBScript

VBScript là một ngơn ngữ kịch bản dựa trên tập con của ngôn ngữ lập trình Visual Basic, được dịch bằng trình duyệt web Internet Explorer (IE) của Microsoft. Nó cung cấp một số chức năng hữu ích cho trang web bên cạnh đó nó còn được sử dụng để viết kịch bản trên máy khách trong IE. Các nhà phát triển web có thể viết và nhúng các hàm VBScript trong mã HTML của trang web để kiểm soát cách dữ liệu được hiển thị.

- Ưu điểm: khả năng hỗ trợ chuẩn bị dữ liệu và tự động hóa các quy trình cho cơng cụ phần mềm như Microsoft Excel và công cụ Microsoft Power Automate.

- Nhược điểm: Chỉ hoạt động trên hệ điều hành Windows và khơng hỗ trợ trên Linux/Mac, các dịng lệnh khá hạn chế, môi trường không phát triển, độ bảo mật thấp.

<b>2.4.4.4 Microsoft SQL Server Management Studio </b>

Hình 2.19 SQL Server Management Studio (SSMS)

- SSMS, một ứng dụng phần mềm do Microsoft phát triển và ra mắt lần đầu vào năm 2005, là một công cụ cho phép lập trình viên cấu hình, quản lý, và điều hành cơ sở dữ liệu (Database

<b>Engine) SQL Server. </b>

- SSMS phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng lập trình viên và quản trị viên cơ sở dữ liệu bởi những ưu điểm: miễn phí, chấp nhận quyền truy xuất dữ liệu từ đa ứng dụng phần mềm, lưu trữ bền vững và bảo mật cao.

ODBC, một phương pháp truy xuất cơ sở dữ liệu chuẩn được phát triển bởi SQL Access group vào năm 1992, nhằm mục đích cung cấp khả năng truy xuất dữ liệu một cách không phụ thuộc vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu đang được sử dụng. Điều này được thực hiện thông

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

qua việc chèn một lớp trung gian, được gọi là Database Driver, giữa trình ứng dụng và hệ quản trị cơ sở dữ liệu, cho phép các ứng dụng truy xuất dữ liệu mà không cần quan tâm đến hệ thống quản lý dữ liệu cụ thể.

Mục đích của lớp trung gian này là thực hiện việc chuyển đổi câu truy vấn từ trình ứng dụng thành các lệnh mà hệ quản trị cơ sở dữ liệu có thể hiểu được. Để thực hiện cơng việc này, cả trình ứng dụng và hệ quản trị cơ sở dữ liệu đều phải hỗ trợ ODBC, có nghĩa là trình ứng dụng phải có khả năng tạo ra các lệnh ODBC và hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng phải có khả năng đáp ứng các lệnh đó.đó.

Hình 2.20 Giao diện ODBC Data Source Administrator

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

<b>CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ </b>

<b>3.1 Yêu cầu hệ thống </b>

- Tủ điện thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu về an tồn điện, lắp đặt có khoa học để dễ dàng kết nối cũng như bảo trì định kì dễ dàng.

- Mọi hoạt động của hệ thống được điều khiển và giám sát qua giao diện SCADA được thiết kế trên WinCC.

- Các thơng số như vị trí lưu hàng, cảnh báo, thông tin loại hàng được lưu và giám sát trên websever.

<b>3.2 Lựa chọn phương án thiết kế kho hàng tự động </b>

Kho hàng tự động là bước tiến lớn nhất của q trình tự động hóa và thơng minh hóa kho, kết hợp với nhiều cơng nghệ tự động và kết nối với nhau. Để đạt được sự hòa hợp dễ dàng và ổn định với các công nghệ tiên tiến, việc xây dựng một hệ thống kho hàng tối ưu về công nghệ, giá thành và không gian sử dụng là cần thiết.

<b>3.2.1 Phương án thiết kế khung kho hàng </b>

Ngày nay, có đa dạng kiểu dáng và mẫu mã khác nhau cho khung kệ trong các kho hàng. Tuy nhiên, không kể kiểu dáng nào, khung kệ của một kho hàng cần đảm bảo các yếu tố sau: - Khung phải có tính thẩm mĩ: Kệ kho hàng cũng đóng vai trị quan trọng trong việc tạo ra diện mạo của nhà kho. Vì vậy, quan trọng là chọn những kệ được thiết kế thơng minh, màu sắc hài hịa với khơng gian xung quanh và phù hợp với màu sơn của xưởng. Tránh chọn các kệ có nhiều màu sắc vì có thể gây rối mắt.

- Khả năng chịu tải của kệ: chọn kết cấu, vật liệu khung phải phù hợp với khối lượng và kích thước của hàng hóa.

- Khung của kho hàng phải được lắp đặt, bố trí phù hợp với diện tích kho chứa và khơng gian làm việc hiệu quả của Robot.

Các loại giá và kệ kho hàng phổ biến ngày nay bao gồm:  Kệ Selective:

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

Đây là loại kệ chịu tải trọng nặng, được thiết kế để đựng hàng hóa trên pallet và có thể được sử dụng với sự hỗ trợ của các loại xe nâng. Kệ chứa hàng có khả năng chứa hàng với tải trọng khoảng: 500~2500 kg/pallet; nguyên tắc xuất/ nhập hàng: Chọn lọc, FIFO, LIFO.

Hình 3.1 Hệ thống kệ Selective

Kệ Selective được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp đa dạng như thực phẩm, cơ khí, hàng tiêu dùng, linh kiện sản xuất, và có khả năng chịu được các điều kiện bảo quản khắc nghiệt như trong kho lạnh với nhiệt độ -600°C.

- Tối ưu diện tích sử dụng kho. - Xuất – nhập hàng hóa dễ dàng. - An tồn cho hàng hóa và con người.

- Kiểm sốt kho hàng tốt thơng qua các mã vạch được tích hợp trong phần mềm.  Kệ pallet di động (Mobile Rack)

Hệ thống kệ pallet di động tạo lối đi cho xe nâng hàng, giúp quản lý vị trí và tối ưu hố q trình vào/ra của xe nâng một cách thuận lợi. Hệ thống kệ pallet này giúp giảm diện tích nhà kho đến 50%.

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

Hình 3.3 Kệ double deep  Kệ driver in:

Đây là loại kệ hàng trong kho chuyên dụng cho sản phẩm đồng nhất, có khả năng lưu trữ mật độ hàng hóa lớn, hiệu quả đầu tư cao, và giảm thiểu diện tích sử dụng kho dành cho lối đi.

- Tối đa diện tích sử dụng trong kho.

- Phù hợp thiết kế với giải pháp “FILO” hoặc “FIFO”.

- Phù hợp chứa thực phẩm trong các ngành thủy sản, kho lạnh,… - Lối đi chỉ dành cho xe nâng nên tiết kiệm được diện tích

Hình 3.4 Hệ thống kệ Drive in

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

=> Dựa trên việc đánh giá tiêu chí và xem xét ưu, nhược điểm của các hệ thống kệ hiện có, nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn một khung kho hàng theo kiểu kệ Selective, đơn giản hóa để phù hợp với dự án của chúng tơi và dễ dàng trong q trình lắp đặt cũng như sử dụng.

<b>3.2.2 Phương án thiết kế cánh tay cơ khí </b>

Vai trị của cánh tay robot: là một phần không thể thiếu trong hệ thống kho hàng tự động, chúng vận chuyển hàng hóa ra vào kho. Kích thước của cánh tay robot phụ thuộc vào kích thước của kho hàng. Tùy thuộc vào hình dáng của kho hàng, cánh tay robot có thể có số lượng bậc tự do khác nhau để đáp ứng các u cầu cụ thể. Trong các mơ hình kho chứa nhỏ, cánh tay robot thường có ít nhất từ 3 đến 4 trục chuyển động. Trong trường hợp của dự án này, cánh tay robot bao gồm ba chuyển động tịnh tiến theo hệ trục tọa độ Oxyz.

Hầu hết các robot đều áp dụng một trong ba loại hệ thống truyền động: khí nén, thủy lực, và điện.

Hệ thống truyền động khí nén sử dụng năng lượng của khí nén. Các động cơ này thường được biết đến với tính đáng tin cậy nhờ ít bộ phận chuyển động, giá thành thấp và phản ứng nhanh. Tuy nhiên, chúng thường khơng đạt được độ chính xác cao về tốc độ và kiểm sốt vị trí so với các phương pháp khác.

Trong lĩnh vực công nghiệp Robot, các cơ chế chủ yếu được áp dụng cho các ứng dụng bật/tắt hoặc gắp/thả..

Nếu Robot lớn hoặc có nhiệm vụ xử lý tải trọng lớn, thủy lực sẽ hoạt động tối ưu nhất. Chúng hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng từ chất lỏng thành hoạt động cơ học thơng qua q trình bơm. Mặc dù các cơ chế thủy lực đảm bảo điều chỉnh vận tốc, chuyển động chính xác và có tỷ lệ cơng suất trên trọng lượng phù hợp, chúng thường phát ra tiếng ồn và có kích thước lớn. Ngồi ra, có những rủi ro liên quan đến rò rỉ hoặc thay đổi tính chất của chất lỏng dịch vụ do biến đổi nhiệt độ.

Động cơ điện là thiết bị cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành cơ khí để tạo ra chuyển động. Các bộ truyền động này được ưa chuộng trong việc chế tạo Robot vì một số lý do sau đây:

- Điện, nguồn tài nguyên được sử dụng rộng rãi.

- Các cơ chế này phù hợp với Robot có mọi kích thước.

- Mặc dù nhỏ gọn và nhẹ, chúng có tỷ lệ chuyển đổi năng lượng lớn, cũng như độ chính xác và độ lặp lại tuyệt vời.

- Không ô nhiễm trong môi trường làm việc. - Hệ thống dễ bảo trì và mạnh mẽ.

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

Ngoài ra, động cơ điện cũng có một số hạn chế như khi đối mặt với tải trọng lớn, yêu cầu sử dụng động cơ có cơng suất cao dẫn đến chi phí cao; kích thước và trọng lượng của động cơ càng lớn, ảnh hưởng đến thiết kế cơ khí. Do đó, trong thực tế, cần xem xét tải trọng của hàng hóa để lựa chọn hình thức dẫn động cho cánh tay Robot.

=> Trong dự án kho hàng tự động này, nhóm đã quyết định sử dụng hệ thống dẫn động bằng động cơ điện vì động cơ này phổ biến, nhỏ gọn, có nhiều mức cơng suất và nhiều loại để lựa chọn. Đồng thời, động cơ này có khả năng truyền động nhiều dạng chuyển động khi kết hợp với các cơ cấu truyền động khác nhau, đồng thời cung cấp tính linh hoạt cao khi điều khiển vị trí và tốc độ.

<b>3.3 Tính tốn phương án truyền động </b>

Hệ truyền động của cánh tay cơ khí được sử dụng để điều khiển quá trình hoạt động của cánh tay, với các trục chuyển động tương ứng với hệ trục tọa độ Oxyz. Có ba chuyển động chính, đó là 3 chuyển động thẳng tịnh tiến, được mô tả như sau:

- Cơ cấu cánh tay chuyển động tịnh tiến chạy dọc theo hành lang kho hàng. - Cơ cấu nâng hạ chuyển động lên và xuống.

- Cơ cấu đỡ hàng thực hiện bằng chuyển động đẩy, rút để đưa hàng vào vị trí mong muốn.

<b>3.3.1 Cơ cấu vitme - đai ốc trượt </b>

Cơ cấu truyền động Vít me – đai ốc biến truyền động quay thành chuyển động tịnh tiến. Có hai loại truyền động vít me - đai ốc: vít me - đai ốc trượt và vít me - đai ốc bi.

Cơ cấu vít me-đai ốc trượt:

- Độ chính xác, tỷ số truyền và lực truyền cao.

- Truyền động nhanh và êm với vít me có bước ren và số vịng quay lớn.

- Hiệu suất truyền động thấp, chúng ít được sử dụng để thực hiện các chuyển động chính. Kết cấu vít me- đai ốc trượt:

Có 2 dạng ren thường được sử dụng cho vít me:

- Ren có hình dạng hình thang với góc 30 độ mang các ưu điểm: gia cơng đơn giản, có thể phay hoặc mài. Nếu sử dụng với đai ốc bổ đôi, việc mở và đóng ren trở nên dễ dàng..

- Ren hình vng được sử dụng đặc biệt trên các máy cắt ren chính xác và máy tiện hớt lưng. Kết cấu của vít me nên được chế tạo với hai cổ trục giống nhau để, sau một thời gian sử dụng, có thể thực hiện việc lắp đảo ngược vít me. Điều này giúp đảm bảo rằng bề mặt làm việc của vít me bị mịn đều ở cả hai bên.

</div>