Các phương pháp điều hướng di chuyển và lợi ích của xe tự hành AGV-Phần 1

Xe tự hành AGV đang trở nên phổ biến hơn trên khắp các nhà máy sản xuất, nhà kho và trung tâm phân phối với mục đích tăng hiệu quả và giảm chi phí trong khâu vận chuyển hàng hóa nội bộ.

Xe tự hành AGV là gì? Nó là một phương tiện không người lái được sử dụng để vận chuyển sản phẩm, hàng hóa, vật liệu, nguyên liệu trong các ứng dụng đa dạng. Một số trong đó là phục vụ sản xuất, lắp ráp, chọn đơn hàng, kéo và tải rơ moóc hàng từ dây chuyền vào kho lưu trữ… AGV cung cấp cho khách hàng khả năng vận chuyển tải từ các part nhỏ đến pallet nặng tới 500-1000kgs.

Tại sao xe tự hành AGV có thể di chuyển mà không cần người lái?

AGV sử dụng các hình thức điều hướng khác nhau, chẳng hạn như theo băng từ trên sàn nhà, chụp ảnh môi trường xung quanh hoặc sử dụng máy quét laser:

Điều hướng bằng hệ thống dẫn đường dùng dây dẫn:

Một khe(mạch sàn được cắt trên mặt sàn) và một dây tín hiệu được đặt sâu khoảng 2cm dưới bề mặt. Khe này được cắt theo đúng con đường mà AGV sẽ đi theo. Dây dẫn được sử dụng để truyền tín hiệu radio. Một cảm biến được lắp đặt ở dưới gầm của AGV, vị trí gần mặt đất nhất. Cảm biến sẽ phát hiện vị trí tương đối của tín hiệu vô tuyến được truyền từ dây. Thông tin này được sử dụng để điều chỉnh mạch lái, làm cho AGV đi theo đúng lộ trình dây tín hiệu được chôn sẵn dưới sàn nhà xưởng. Phương pháp điều hướng bằng dây dẫn (wired) ra đời năm 1954.

Điều hướng bằng hệ thống băng từ dẫn hướng

Sử dụng băng từ dẫn hướng(tap) ra đời năm 1960, hay còn gọi là nam châm cuộn, nam châm dẻo là phương pháp điều hướng xe tự hành AGV phổ biến tại Việt Nam. AGV sử dụng băng từ cho đường dẫn. Các băng có thể là một trong hai loại: loại từ tính hoặc loại màu. AGV được gắn cảm biến dẫn hướng thích hợp để đi theo đường dẫn của băng. Một lợi thế lớn của băng so với dẫn hướng bằng dây dẫn đã nêu ở trên là nó có thể dễ dàng được gỡ bỏ và di dời theo kịch bản khác nếu lộ trình di chuyển từ vị trí cấp hàng tới vị trí sản xuất cần thay đổi. Với tùy chọn sử dụng băng màu, ban đầu ít tốn kém hơn, nhưng thiếu lợi thế khi được nhúng vào các khu vực nhiều người qua lại. Nơi băng có thể bị hỏng hoặc bẩn.

Một thanh dẫn từ linh hoạt cũng có thể được nhúng trong sàn như dây nhưng hoạt động theo cùng một nguyên lý như băng từ. Một ưu điểm khác của băng dẫn hướng từ là cực kép. Các miếng băng từ nhỏ có thể được đặt để thay đổi trạng thái của AGV dựa trên độ phân cực và trình tự của các thẻ.

Hệ thống điều hướng bằng laser:

Công nghệ dẫn đường bằng laser sử dụng một số gương phản xạ đặt trên tường/dầm, máy móc…dọc theo tuyến đường, theo sau là các phương tiện, cho phép bộ điều khiển tính toán vị trí của xe.

AGV mang trên mình một máy phát và máy thu laser trên một tháp quay. Các tia laser được truyền và nhận bởi cùng một cảm biến. Góc và (đôi khi) khoảng cách đến bất kỳ gương phản xạ nào trong tầm nhìn và trong phạm vi được tự động tính toán. Thông tin này được so sánh với bản đồ bố trí gương phản xạ đã được lưu trong bộ nhớ của AGV. Điều này cho phép hệ thống định vị tam giác(xác định vị trí của 1 điểm nhờ vào vị trí giao nhau của 3 đường tròn với bán kính xác đinh) vị trí hiện tại của AGV. Vị trí hiện tại được so sánh với đường dẫn được lập trình trong bản đồ bố trí phản xạ. Điều hướng được điều chỉnh phù hợp để giữ việc theo dõi AGV. Sau đó, nó có thể được điều hướng đến một mục tiêu mong muốn bằng cách sử dụng vị trí cập nhật liên tục. Có những kiểu laser sau:

Laser module

 Việc sử dụng ánh sáng laser module cho phạm vi và độ chính xác cao hơn so với các hệ thống laser xung. Bằng cách phát ra liên tục của ánh sáng laser module, một hệ thống có thể thu được phản xạ không bị gián đoạn ngay khi máy quét đạt được đường ngắm bằng gương phản xạ. Sự phản xạ dừng lại ở cạnh đuôi của gương phản xạ, đảm bảo phép đo chính xác và nhất quán từ mọi gương phản xạ trên mỗi lần quét. Bằng cách sử dụng laser module, một hệ thống có thể đạt được độ phân giải góc ~ 0,1 mrad (0,006 °) với 8 vòng quay máy quét mỗi giây.

Laser xung Xung

Máy quét laser xung điển hình phát ra ánh sáng laser xung với tốc độ 14.400 Hz, cho độ phân giải tối đa có thể là ~ 3,5 mrad (0,2 °) với 8 vòng quay của máy quét mỗi giây. Để đạt được điều hướng khả thi, các bộ phận đọc phải được nội suy dựa trên cường độ của ánh sáng laser phản xạ, để xác định tâm của gương phản xạ.

Ưu điểm chính của hệ thống laser là không có thiết bị nào liên quan đến vật lý với tuyến đường phải cài đặt thêm (nam châm, vạch sơn, băng từ v.v.). Điều này có nghĩa là một hệ thống dẫn đường bằng laser có thể được sửa đổi dễ dàng bằng phần mềm, đảm bảo mức độ linh hoạt cao nhất trong việc thích ứng với các phát triển trong tương lai có thể có trong nhà máy. Dễ dàng thay đổi theo các kịch bản đường đi theo từng giai đoạn và yêu cầu cấp hàng hóa.

Điều hướng bằng quán tính

Một hình thức khác của điều hướng AGV là điều hướng quán tính. Với điều hướng quán tính, một hệ thống điều khiển máy tính sẽ điều khiển và phân công nhiệm vụ cho các phương tiện. Bộ tiếp sóng được nhúng trong sàn của nơi làm việc. AGV sử dụng các bộ tiếp sóng này để xác minh rằng chiếc xe đang hoạt động. Một con quay hồi chuyển có thể phát hiện sự thay đổi nhỏ nhất về hướng của chiếc xe tự hành và điều chỉnh nó để giữ AGV luôn đi đúng đường. Biên độ sai số của phương pháp quán tính là ± 25.4mm.

Quán tính có thể hoạt động trong hầu hết mọi môi trường kể cả các lối đi chật hẹp hoặc trong điều kiên nhiệt độ khắc nghiệt. Điều hướng quán tính có thể bao gồm việc sử dụng nam châm nhúng trong sàn nhà xưởng mà phương tiện có thể đọc và làm theo.