TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN

BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
XE KÉO HÀNG TỰ ĐỘNG AGV

Sinh viên thực hiện: VÒNG THẾ SÂM
LÊ MINH TRÍ
Giảng viên hướng dẫn: Th.s Trần Văn Thành

BIÊN HÒA, 12/2012
-1-

ĐẶT VẤN ĐỀ
Lí do chọn đề tài
Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Để tiến kịp
các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp cận các
công nghệ và thiết bị hiện đại. Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các kiến thức
mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất nước.
Kĩ thuật robot đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiều
nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong quốc phòng, y
tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ. Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot trong sản xuất của
chúng ta còn hiếm hoi. Việc ứng dụng robot công nghiệp hiện vẫn còn là lĩnh vực mới

như sản xuất trong công ty Changshin để đưa ra kết cấu xe sao cho phù hợp nhất.
Nhóm nhận thấy không thể thiết kế xe AGV ngay một lúc được mà nhóm phải
nghiên cứu từng giai đoạn, kiểm tra tính khả thi cho các ý tưởng. Nhóm tiến hành thử
các phương án cho từng giai đoạn, sau đó tìm ra phương án hợp lí nhất, tiết kiệm chi
phí nhất mà hiệu quả đối với công ty Changshin.
Mục tiêu đã đạt đƣợc
- Nâng cao tính tự động hóa.
- Hạn chế công nhân và chi phí.
- Tính thẩm mỹ cao.
- Tăng tính kinh tế.
Đề tài được đánh giá là một trong những đề tài mới có tính tự động hóa cao, phù
hợp với sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà.
Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Mang đến những bước tiến vượt trội trong việc áp dụng khoa học công nghệ hiện
đại vào trong quy trình sản xuất, là nền tảng cơ sở để xây dựng những quy trình tự
động hóa với những thiết bị máy móc tốt nhất trong tương lai. Bên cạnh đó nó còn thể
hiện bản lĩnh cũng như tầm hiểu biết ngày càng được nâng cao của sinh viên khi có thể
nắm bắt những kiến thức về khoa học kỹ thuật và vận dụng một cách sáng tạo, có hiệu
quả vào thực tiễn cuộc sống.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Tự động hóa trong sản xuất hàng hóa và nâng cao năng suất lao động, cải thiện
chất lượng sản phẩm, mang lại lợi nhuận trực tiếp cho công ty Changshin Việt Nam.

-3-

Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu xe AGV
Khái niệm xe tự hành AGV (Automated Guided Vehicle) là một khái niệm
chung chỉ tất cả các hệ thống có khả năng vận chuyển mà không cần người lái. Trong

hành, LGV được lập trình để giao tiếp với các robot khác nhằm đảm bảo sản phẩm
được chuyển qua các trạm, kho nơi mà sau đó chúng được giữa lại hoặc chuyển đến
một vị trí khác. Ngày nay, LGV đóng vai trò quan trọng trong thiết kế các nhà máy và
nhà kho, đưa hàng hóa đến đúng địa điểm một cách an toàn.
1.3 Phân loại AGV
1.3.1 Phân loại theo chức năng
Xe kéo (Towing Vehicle)
Xe kéo xuất hiện đầu tiên và bay giờ vẫn còn thịnh hành. Loại này có thể kéo
được nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 60000 pounds.
Ưu điểm của hệ thống xe kéo:
- Khả năng chuyên chở lớn.
- Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng
như đảm bảo an toàn.
- Tăng tính an toàn.

Hình 1.2 AGV kéo xe hàng
-5-

Xe chở (Unit Load Vehicle)
Xe chở được trang bị các tầng khay chứa có thể là các nâng, hạ chuyền động
bằng băng tải, đai hoặc xích. Loại này có ưu điểm :
- Tải trọng được phân phối và di chuyển theo yêu cầu.
- Thời gian đáp ứng nhanh gọn.
- Giảm hư hại tài sản.
- Đường đi linh hoạt.
- Giảm thiểu các tắc nghẽn giao thông chuyên chở.
- Lập kế hoạch hiệu quả.

Hình 1.3 AGV chở hàng
Xe đẩy (Cart Vehicle)

giản hơn và có thể di chuyển với tốc độ cao nhưng tính linh hoạt thấp.
- Đường băng kẻ trên sàn: Xe AGV di chuyển theo các đường băng kẻ sẵn trên
sàn nhờ các loại cảm biến nhận dạng vạch kẻ. Loại này có tính linh hoạt cao vì trong
quá trình sử dụng người ta có thể thay đổi đường đi một cách dễ dàng nhờ kẻ lại các
vạch dẫn. Tuy nhiên khi sử dụng, các vạch dẫn có thể bị bẩn hay hư hại gây khó khăn
cho việc điều khiển chính xác xe.
1.4 Thành cấu tạo của xe AGV
Các bộ phận chính của AGV bao gồm:
Các bộ phận dẫn động: Động cơ, cơ cấu nâng hạ và giảm tốc, phanh hãm…
Các bộ phận điều khiển: mạch điều khiển, cảm biến, đèn báo tín hiệu.
Bộ phận kết nối tải: Được thiết kế tùy theo loại AGV và yêu cầu sử dụng.
Nguồn năng lượng : Ắc quy, điện một chiều.
Các hệ thống định vị: dẫn đường định vị vị trí và xác định đường đi.
Truyền thông: Truyền phát tín hiệu từ các modul truyền thông điều khiển hoạt
động của xe.
1.4.1 Vi điều khiển Atemega 8:
Những Tính Năng Chính Của ATmega8
Có 8Kbyte bộ nhớ flash.
Có thể xóa lập trình được và có thể chịu được 10000 lần ghi xóa.
Có 32 thanh ghi đa năng 8 bit.
Có 512 byte bộ nhớ EEPROM tích hợp trên chíp,
Có 1 kbyte SRAM nội.
Có hai bộ Timer/counter 8 bit và một bộ timer/counter 16 bit với bộ chia tần lập
trình được.
Có ba kênh điều xung, 6 kênh lối vào chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit.
Atmega 8 có 28 chân, trong đó có 23 cổng vào ra.
Nguồn nuôi từ 2.7 đến 5.5 đối với Atmega8L và từ 4.5 đến 5.5 đối với
Atmega8, làm việc tiêu thụ dòng 3.6mA.
-8-


có mức ưu tiên thấp hơn thì nó sẽ bị bỏ qua.
Bộ nhớ ngăn xếp là vùng bất kì trong SRAM từ địa chỉ 0x60 trở lên. Để truy
nhập vào SRAM thông thường thì ta dùng con trỏ X,Y,Z và để truy nhập vào SRAM
theo kiểu ngăn xếp thì ta dùng con trỏ SP. Con trỏ này là một thanh ghi 16 bit và được
truy nhập như hai thanh ghi 8 bit chung có địa chỉ : SPL: 0x3D/0x5D(IO/SRAM) và
SPH: 0x3E/0x5E.
Khi chương trình phục vụ ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu
vào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí. Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm 1
khi thực hiện lệnh push. Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng
1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2. Như vậy con
trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước khi một
chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp
ít nhất cũng phải lớn hơn 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi.
-10- Hình 1.6 Bảng vecto ngắt
Các ngắt ngoài được kích hoạt bởi 2 chân INT0 và INT1. Chú ý rằng nếu đã
kích hoạt, các ngắt sẽ kích bằng (trigger even) nếu các chân INT0, INT1 được cấu hình
là các ngõ ra.
Cái đặc điểm này cung cấp 1 con đường chung cho ngắt mềm. Các ngắt ngoài
có thể được kích bởi cạnh xuống hoặc lên hoặc mức thấp. Sự cài đặt này được chỉ định
đặc biệt trong thanh ghi điều khiển MCU – MCUCR.
Bộ nhớ chƣơng trình (Bộ nhớ Flash)
Bộ nhớ Flash 16KB của Atmega8 dùng để lưu trữ chương trình. Do các lệnh
của AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash được sắp xếp theo kiểu 8KX16.
Bộ nhớ Flash được chia làm 2 phần, phần dành cho chương trình boot và phần dành
cho chương trình ứng dụng.
-11-


Động cơ DC servo 55ZYTD51 là động cơ servo nam châm vĩnh cửu có chổi
than. Động cơ được dùng cho các ứng dụng đòi hỏi sự chính xác. Động cơ được gắn
một encoder kèm theo để phản hồi vị trí cho bộ điều khiển.
Các ƣu điểm:
Tính năng kỹ thuật cao.
Chi phí thấp.
Nhiễu tạp nhỏ.
Kèm theo encoder (1000 xung), lỗi vị trí có thể được giới hạn đến một xung.

Hình 1.7 Động cơ Dc servo 55ZYTD51
Các ứng dụng điển hình:
Dùng trong các máy khắc, máy cắt, máy phun mực.
Máy chỉ dẫn và cài đặt thí nghiệm.
Các thiết bị đo lường như các dụng cụ phân tích, mô phỏng…
Sử dụng trong robot cần đạt độ chính xác cao.
1.4.3 Hệ thống điều khiển không dây
Tổng quan về truyền thông nối tiếp không đồng bộ:
Khi một bộ vi xử lý truyền thông với thế giới bên ngoài thì nó cấp dữ liệu dưới
dạng từng khúc 8 byte một. Trong một số trường hợp chẳng hạn như các máy in thì
thông tin đơn giản được lấy từ đường bus dữ liệu 8 bít và được gửi đi tới bus dữ liệu 8
byte của máy in. Điều này có thể làm việc chỉ khi đường cáp bus không quá dài vì các
đường cáp dài làm suy giảm thậm chí làm méo tín hiệu. Ngoài ra, đường dữ liệu 8 byte
giá thường đắt. Vì những lý do này, việc truyền thông nối tiếp được dùng để truyền dữ
-13-

liệu giữa hai hệ thống ở cách xa nhau hàng trăm đến hàng triệu dặm. Hình dưới là sơ
đồ truyền nối tiếp so với sơ đồ truyền song song.

Hình 1.8 Chuẩn truyền song song và nối tiếp
Thực tế là trong truyền thông nối tiếp là một đường dữ liệu duy nhất được dùng

Data: data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gởi và
nhận. Data không nhất thiết phải là gói 8 bit, với AVR bạn có thể quy định số lượng
bit của data là 5, 6, 7, 8 hoặc 9 (tương tự cho hầu hết các thiết bị hỗ trợ UART khác).
Trong truyền thông nối tiếp UART, bit có ảnh hưởng nhỏ nhất (LSB – Least
Significant Bit, bit bên phải) của data sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnh
hưởng lớn nhất (MSB – Most Significant Bit, bit bên trái).
Parity bit: parity là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng không (một cách
tương đối). Có 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity). Parity
chẵn nghĩa là số lượng số 1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn. Ngược lại
tổng số lượng các số 1 trong parity lẻ luôn là số lẻ. Ví dụ, nếu dữ liệu là 10111011 nhị
phân, có tất cả 6 số 1 trong dữ liệu này, nếu parity chẵn được dùng, bit parity sẽ mang
giá trị 0 để đảm bảo tổng các số 1 là số chẵn (6 số 1). Nếu parity lẻ được yêu cầu thì
giá trị của parity bit là 1.
Stop bits: stop bits là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ
liệu đã được gởi xong. Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra
khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Stop bits là các bits bắt buộc xuất
hiện trong khung truyền, trong AVR USART có thể là 1 hoặc 2 bits.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế của đề tài AGV, nhóm đã nghiên cứu rất kỹ lý
thuyết cũng như thực tế, từ đó quyết định sử dùng RF (Radio frequency) để điều khiển
không dây (wireless) cho xe AGV.
Hệ thống RF control:
Tổng quan về modul thu phát APC220-43(433MHz RF)
-15-

APC220-43 là modul thu phát tiêu thụ điện năng thấp, chống nhiễu tốt, độ nhạy
cao. APC220-43 có bộ đệm dữ liệu lớn, cung cấp hơn 100 kênh, dễ dàng thiết lập các
thông số, kiểm tra và kiểm soát dữ liệu.
Đặc tính kĩ thuật:
Khoảng cách nhận xa nhất: 1000m.
Công suất phát sóng: 20mW

-17-

Việc mã hóa dữ liệu cũng như mã hóa điều khiển vậy, ta có thể làm bằng nhiều
cách: sử dụng các IC mã hóa – giải mã, lập trình bằng vi điều khiển, mã hóa trực tiếp
với PC. Trong đề tài này nhóm sử dụng
Hệ thống RFID:
RFID (Radio Frequency Identification, nhận dạng bằng sóng vô tuyến) là một
phương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa, sử dụng thiết bị
thẻ RFID và một đầu đọc RFID.
RFID cho phép thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà
không cần một tiếp xúc vật lý nào cả. Hình 1.12 Cấu trúc thẻ RFID
Thẻ RFID được đưa vào sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: Quản lý nhân sự,
quản lý hàng hóa vào/ra siêu thị, nhà kho, theo dõi động vật, quản lý xe cộ qua trạm
thu phí, làm thẻ hộ chiếu …
Một hệ thống RFID tối thiểu gồm những thiết bị sau:
Thẻ RFID (RFID Tag, còn được gọi là transponder): là một thẻ gắn chíp +
Anten. Có 2 loại thẻ:
o Passive tags: Không cần nguồn ngoài và nhận nằng lượng từ thiết bị đọc.
Khoảng cách đọc ngắn.
o Active tags: Được nuôi bằng PIN, sử dụng với khoảng cách đọc lớn.
-18-

Reader hoặc sensor (cái cảm biến): để đọc thông tin từ các thẻ, có thể đặt cố
định hoặc lưu động.
Antenna: là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc.
Thiết bị đọc phát xạ tín hiệu sóng để kích họat và truyền nhận với thẻ.
Server: nhu nhận, xử lý dữ liệu, phục vụ giám sát, thống kê, điều khiển,

Hãng sản xuất : Omron
Nguồn : 12-24 DC
Khoảng cách xa : 30 mm
Kích thước: M30
Cảm biến siêu âm

Hình 1.15 Cảm biến siêu âm loại SRF05
-20-

SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tăng tính linh
hoạt, tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí. SRF05 là hoàn toàn tương thích với
SRF04. Khoảng cách là tăng từ 3 mét đến 4 mét. Một chế độ hoạt động mới, SRF05
cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó tiết kiệm có
giá trị trên chân điều khiển của bạn. Khi chân chế độ không kết nối, SRF05 các hoạt
động riêng biệt chân kích hoạt và chân hồi tiếp, như SRF04. SRF05 bao gồm một thời
gian trễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như bộ
điều khiển thời gian cơ bản Stamps và Picaxe để thực hiện các xung lệnh.

Hình 1.16 Cách kết nối chân cho cảm biến siêu âm SRF05
Chế độ 1 – tƣơng ứng SRF04 – tách biệt kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế độ
đơn giản nhất để sử dụng. Tất cả các chương trình điển hình cho SRF04 sẽ làm việc
cho SRF05 ở chế độ này. Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối -
SRF05 có một nội dừng trên chân này.
Chế độ 2 – Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và
được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng chế độ
này, chân chế độ kết nối vào chân mát. Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một
chân với tín hiệu kích hoạt. SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau
khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt. Bạn đã có thời gian để kích hoạt pin xoay quanh và

2.1 Lựa chọn phƣơng án thiết kế AGV
Nhóm thống nhất phương án chọn phương pháp xe AGV chạy theo line vì có
tính ứng dụng cao, không bị nhiễu bởi ánh sáng, màu nền của xưởng làm việc, không
bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn. Line chọn loại giấy bạc kim loại có bán sẵn trên thị trường
với giá thành rẻ, phù hợp với tính kinh tế và không ảnh hưởng đến tính ổn định của
cảm biến.
Cảm biến cảm ứng từ làm nhiệm vụ dò line kim loại, xuất tín hiệu về bộ vi xử
lý trung tâm. Bộ vi xử lý trung tâm nhận tín hiệu xử lý và lưu trữ các giá trị RFID,
xuất tín hiệu điều khiển tốc độ hai động cơ chạy đúng theo đường line. Cảm biến cảm
ứng từ loại tiệm cận có sẵn trên thị trường và theo chuẩn công nghiệp nên có tính ổn
định cao.

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển AGV
-23-

Nguyên lý hoạt động của xe AGV chạy theo line: Do sự thay đổi tốc độ của 2
động cơ truyền động cho 2 bánh xe mà AGV có thể bám theo đường line có hình dạng
thay đổi (đường thẳng, đường cong…). Nó có thể thay đổi tốc độ, dừng khẩn cấp. Trên
xe được gắn cảm biến siêu âm dùng nhận biết khoảng cách của vật cản, khi xe AGV
đang chạy nếu gặp vật cản cảm biến siêu âm sẽ xuất tín hiệu về bộ vi xử lý trung tâm
để xử lý. Bộ vi xử lý trung tâm xuất tín hiệu điều khiển hãm dừng động cơ chạy để xe
AGV dừng một cách nhanh chóng.
2.2 Xây dựng mô hình cơ khí Hình 2.2 Cấu trúc xe AGV thiết kế
Hệ thống bao gồm các thành phần chính sau:
2.2.1 Khung xe
Khung xe có tác dụng để gá đặt toàn bộ hệ dẫn động, gắn cảm biến, bo mạch
điều khiển, bàn phím lập trình, ắc quy. Khung đế xe phải được thiểt kế gọn nhẹ, đủ độ