Xe tự hành AGV là một khái niệm quen thuộc trong quy trình tự động hóa công nghiệp và kho bãi. Với chức năng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong nhà máy tiết kiệm và hiệu quả, AGV đang dần dần là công cụ được nhiều doanh nghiệp lựa chọn. Cùng tìm hiểu xe tự hành AGV là gì cùng những ứng dụng đặc biệt của công cụ này qua bài viết sau.
1. Xe tự hành AGV là gì?
Xe tự hành AGV (Automation Guided Vehicle) là một phương tiện vận chuyển hàng hoá không người lái, sử dụng công nghệ dẫn đường hiện đại để di chuyển từ điểm này đến điểm khác. AGV di chuyển trên sàn nhà máy theo các dãy hoặc dây điện được đánh dấu, hoặc sử dụng sóng radio, camera quan sát, nam châm hoặc laser để điều hướng.
Còn được gọi là Robot tự hành, Robot kéo hàng, Robot vận chuyển hàng tự động… AGV được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm và nguyên vật liệu đến các địa chỉ được cài đặt trước bởi con người.
Xe tự hành AGV là một phần quan trọng của quá trình tự động hóa trong công nghiệp, góp phần tạo thành những nhà máy thông minh (Smart Factory) và quản lý nhà kho thông minh. Hiện nay, xe tự hành AGV được sử dụng rộng rãi trong hoạt động vận chuyển nguyên vật liệu của nhiều ngành công nghiệp như ô tô, điện tử, logistic, dược phẩm, y tế, hàng tiêu dùng và nhiều ngành khác.
2. Lịch sử phát triển của xe tự hành AGV
Năm 1953, Arthur “MAC” Barett đã chế tạo ra phương tiện không người lái đầu tiên và đặt tên là “Guide-O-Matic”. Guide-O-Matic sử dụng một sợi dây dẫn gắn trên sàn để định hướng di chuyển. Sau đó, nó được đổi tên thành AGV và mọi người công nhận Arthur “MAC” Barett là cha đẻ của chúng.
Ông sử dụng một cần trục điều khiển bằng sóng radio để vận hành xe từ điểm lấy hàng trên pallet đến địa điểm lấy hàng tiếp theo. Chúng ta có thể thấy rằng mục đích sáng chế xe tự hành AGV của Barrett là để hỗ trợ nhân viên di chuyển hàng hóa xung quanh khu vực làm việc. Và cho đến bây giờ, nguyên tắc này vẫn chưa đổi.
Năm 1954, Mỹ đã sử dụng chiếc xe tự hành AGV đầu tiên để vận chuyển hàng hóa. Khi mới ra đời, AGV còn đơn sơ và chưa được phát triển. Các xe AGV chỉ có thể di chuyển theo một chiều được định trước bằng cách dò theo đường dây dẫn và được điều khiển bằng lệnh và công tắc hành hình với cảm biến đơn giản. Tuy nhiên, mặc dù chưa có tính linh hoạt, AGV đã góp phần thay đổi rất lớn trong quá trình sản xuất. AGV giải phóng sức lao động và giúp quy chuẩn hóa dây chuyền sản xuất.
Năm 1973, Volvo – công ty lắp ráp ô tô nổi tiếng của Thụy Điển – đã triển khai hệ thống xe tự hành AGV để thay thế cho dây chuyền lắp ráp truyền thống. Để thực hiện điều này, họ đã tiến hành một cuộc cải cách lớn bằng cách triển khai 280 chiếc xe tự hành được điều khiển bằng máy tính. Lúc này, xe tự hành cũng bắt đầu có những cải tiến mới: tạm dừng, đảo chiều chuyển động, thay thế dây dẫn hướng bằng sóng vô tuyến, vạch kẻ từ…
Từ năm 1990 đến 2010, đã xuất hiện nhiều loại cảm biến mới cho xe tự hành AGV, bao gồm cả cảm biến không tiếp xúc. Ngoài ra, công nghệ nhận dạng hình ảnh và các bộ vi xử lý cũng đã được áp dụng. Nhờ vào các công nghệ này, xe tự hành AGV trở nên “thông minh” hơn rất nhiều, với tốc độ di chuyển nhanh hơn, cảm biến tốt hơn, khả năng ghi nhớ nhanh hơn và tự động quay về điểm sạc năng lượng. Đặc biệt, chi phí đầu tư cho việc triển khai xe tự hành AGV trong giai đoạn này cũng thấp hơn.
Từ năm 2010 đến nay, xe tự hành AGV đã liên tục được cải tiến và phát triển với các công nghệ hiện đại hơn, cả về chất lượng và mẫu mã. Ứng dụng của xe tự hành AGV cũng đa dạng hơn rất nhiều và có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp chế tạo, y tế, nông nghiệp, nhà hàng và nhiều lĩnh vực khác.
Vào cuối năm 2015, theo báo cáo nghiên cứu của Markets and Markets, thị trường xe tự hành AGV được định giá hơn 800 triệu USD và dự kiến chỉ tăng gấp đôi trong vòng 9 năm. Nhưng 3 năm sau, định giá của AGV đã vượt mức 1,5 tỷ đô la. Mặc dù năm 2020 toàn cầu biến động do dịch Covid, nhưng thị trường AGV vẫn đạt 2,3 tỷ đô la và được dự kiến tăng lên 3,6 tỷ đô la vào năm 2025.
3. Cấu tạo cơ bản của xe tự hành AGV
Xe tự hành AGV được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau để đảm bảo khả năng vận hành an toàn, hiệu quả.
3.1 Bộ phận dò đường
Dòng xe không chạy theo đường dẫn (Free Path Navigation): Loại xe AGV này có tính linh hoạt cao nhờ vào các cảm biến quay hồi chuyển được định vị từ trước giúp xác định hướng di chuyển của phương tiện.
Cảm biến laser được dùng để xác định những vật cản xung quanh trong khi di chuyển. Nhờ đó, xe tự hành AGV có thể di chuyển đến bất cứ đâu trong phạm vị điều khiển và có thể dò tìm đường ngắn nhất. Tuy nhiên, chi phí chế tạo khá lớn và yêu cầu công nghệ cao.
Dòng xe chạy theo đường dẫn (Fixed Path Navigation): Hệ thống xe tự hành AGV loại này sử dụng cảm biến từ trường, cảm biến kim loại, cảm biến quang, chạy theo các đường chỉ dẫn sẵn có, cấu tạo từ các vật liệu như vạch màu, băng từ, đường ray, đường dây từ…
Xe tự hành sẽ chạy theo đường cố định, muốn thay đổi hướng di chuyển phải thiết lập lại hệ thống điều khiển. Tuy nhiên, chi phí chế tạo thấp hơn loại không chạy theo đường dẫn.
3.2 Cảm biến phát hiện vật cản
Được cấu tạo để đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển. Tùy thuộc vào cấu hình xe tự hành AGV mà sử dụng loại cảm biến phù hợp: cảm biến siêu âm, cảm biến laser, cảm biến quang…
Cảm biến thường được chia làm ba vùng làm việc từ xa đến gần. Khi vật cản nằm trong ba vùng này, xe tự hành sẽ có các thao tác lần lượt để đảm bảo an toàn: cảnh báo, giảm tốc, dừng phanh.
3.3 Cảm biến chống va chạm
Loại cảm biến giúp dừng xe tự hành AGV ngay lập tức khi bị tác động vào trong quá trình làm việc, giúp hạn chế các sự cố và đảm bảo an toàn cho xe trong khi di chuyển.
3.4 Driver và động cơ
Xe AGV có thể được trang bị từ 1 đến 2 driver tùy thuộc vào tải trọng hàng hóa cần vận chuyển. Điều này quyết định trực tiếp đến điện áp động cơ, công suất và dung lượng của pin.
3.5 Bộ thu phát sóng từ xa
Thông qua hệ thu phát sóng từ xa, xe AGV sẽ truyền về và nhận dữ liệu từ trung tâm điều hành trong quá trình làm việc. Điều này giúp nâng cao tính linh hoạt của hệ thống xe tự hành AGV, giúp xe có thể truyền nhận thông tin từ mọi vị trí trong phạm vi phủ sóng.
Thiết bị truyền nhận dữ liệu bao gồm bộ phận thu phát sóng RF hoặc wifi, tùy thuộc vào cấu tạo của từng dòng máy.
3.6 Pin và sạc
Có nhiều loại pin được sử dụng hiện nay cho hệ thống xe tự hành AGV: pin Lithium, pin Lithium sắt photphat – LIFE04, ắc quy chì + axit, acquy khô…
Tùy theo nhu cầu người dùng và đặc điểm hệ thống, có thể lựa chọn sạc tay hoặc sạc tự động.
3.7 Bộ điều khiển trung tâm
Bộ phận giúp xe tự hành AGV có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp nhiều xe khác nhau, theo sự điều khiển của trung tâm điều hành.
3.8 Bộ phận kết nối xe hàng
Bộ phận này giúp kết nối với xe hàng, có thể điều khiển tự động hoặc bằng tay.
3.9 Cảm biến vị trí
Loại cảm biến giúp xác định các điểm mốc (điểm lấy hàng, điểm trả hàng, điểm dừng, điểm rẽ,…), đồng thời giúp trung tâm điều khiển xác định được xe trên bản đồ di chuyển.
3.10 Giao diện người dùng
Giao diện bao gồm: màn hình, hệ thống nhấn nút và đèn báo
Màn hình: Dùng để cài đặt các tham số cho xe vận hành, hiển thị thông tin về tình trạng máy, vị trí của xe trên bản đồ di chuyển.
Hệ thống nút ấn và đèn báo: Bao gồm nút dừng khẩn, nút báo hoàn thành công việc, công tắc chuyển mạch Auto/Manual và đèn báo trạng thái.
3.11 Kết cấu cơ khí
Bao gồm khung xe, bánh xe, vỏ xe, máy gá… Đây là yếu tố quyết định sự chắc chắn và vận hành bền bỉ của xe tự hành AGV trong các điều kiện công nghiệp khác nhau.
4. Phân loại xe AGV trên thị trường
4.1 Xe AGV dạng kéo (Towing Vehicle)
Đây là dòng xe xuất hiện sớm nhất và hiện giờ vẫn đang thịnh hành trên thị trường, hỗ trợ tốt trong việc kéo hàng, chuyền tải, tải pallet.
Loại này có thể kéo được nhiều loại toa hàng khác nhau và chở được từ 8000 đến 60000 pounds.
Một vài đặc điểm của xe tự hành AGV dạng kéo:
- Có tải trọng lớn hơn các loại xe tự hành khác
- Phù hợp với thiết bị có bánh xe
- Có thể dự đoán và lên kế hoạch về tính hiệu quả của việc chuyên chở cũng như đảm bảo an toàn
4.2 Xe AGV dạng chở (Unit Load Automated Guided Vehicle)
Xe được trang bị cảm biến, chờ sẵn tại vị trí băng tải, sau khi hàng hóa được chuyển lên xe, AGV sẽ vận chuyển đến các điểm được lập trình sẵn.
Một vài đặc điểm của xe tự hành AGV dạng chở:
- Thời gian đáp ứng nhanh chóng , linh hoạt
- Giảm thiểu tắc nghẽn giao thông chuyên chở
- Phù hợp vận chuyển hàng hóa nhỏ gọn
4.3 Xe AGV dạng nâng (Fork Vehicle)
Có khả năng nâng hàng hóa dưới mặt sàn hoặc trên các bục cao, hoặc khối hàng trên giá
- Đưa hàng hóa lên cao
- Giá thành cao hơn các loại xe tự hành khác
4.4 Xe AGV dạng đẩy (Cart Vehicle)
- Xe tự hành AGV dạng đẩy Có tính linh hoạt cao
- Giá thành thấp
- Thường có tải trọng 0,5 tấn, phù hợp chở các thiết bị, linh kiện đơn lẻ trong hệ thống lắp ráp
5. Công nghệ dẫn hướng cho xe tự hành AGV
Wire – Dây: 1 dây dẫn được gắn xuống sàn nhà để truyền tín hiệu. AGV sẽ bắt tín hiệu dựa vào cảm biến gắn ở mặt dưới. Loại dẫn hướng bằng dây không linh hoạt vì không thể thay đổi hướng đi của AGV. Đường dẫn bị cố định trên mặt sàn.
Guide tape – Băng từ: một băng từ hoặc các điểm từ được dán trên mặt sàn để dẫn hướng AGV. Dù nhược điểm là dễ bị bẩn và hư hại khi có nhiều người qua lại, nhưng băng từ có thể bóc ra và dán lại khi muốn thay đổi đường đi của AGV.
Laser target navigation – Dẫn đường bằng quang học: Xe tự hành AGV được gắn bộ thu và phát laser, còn trên lối đi sẽ gắn các băng phản quang.
Inertial (Gyroscopic) navigation – Điều hướng quán tính: Các xe AGV sẽ di chuyển theo bộ tín hiệu được gắn trên sàn nhà. Điều khiển bộ tín hiệu đó bằng một hệ thống điều khiển máy tính.
Vision guidance – Điều hướng tự nhiên: AGV có thể tự xác định được vị trí của mình thông qua gương phản xạ laser.
Geoguidance – Tự định vị chính mình: Dựa vào việc phát hiện các vật cố định như cột, tường, giá đỡ,… xe tự hành AGV tự định vị mình đang ở vị trí nào.
Điều hướng tổng hợp: kết hợp 2 hay nhiều công nghệ phía trên để có thể dẫn hướng xe tự hành.
6. Ưu điểm của xe tự hành AGV
– Giảm chi phí thuê nhân công: Một cách tiết kiệm chi phí rõ ràng nhất khi triển khai các phương tiện có hướng dẫn tự động là giảm chi phí lao động, bằng cách thay thế một hoặc nhiều nhân viên hiện có bằng hệ thống xe tự hành AGV.
– Loại bỏ việc tăng lương và phúc lợi: Khi một chiếc máy hoạt động đủ lâu để thu lại khoản đầu tư ban đầu, bất kỳ khoản tiền thu thêm nào từ việc sử dụng nó đều là lợi nhuận thuần túy (không tính chi phí bảo trì, sửa chữa và tiêu thụ năng lượng). Trong khi đó, chi phí lao động có xu hướng tăng và thay đổi theo địa phương.
– Trách nhiệm giải trình: Khi một sản phẩm được tích hợp với AGV, nó sẽ được theo dõi để giảm thiểu tình trạng “thất lạc” sản phẩm hoặc va chạm tai nạn không đáng có do sự lơ là, mất tập trung…
– Cân bằng dây chuyền sản xuất tự động: Trong môi trường sản xuất với nhiều hoạt động tự động hóa, AGV dễ dàng tích hợp và hỗ trợ cân bằng dây chuyền sản xuất.
– Tính linh hoạt: Đường đi của AGV có thể thay đổi khi nhu cầu sản xuất hoặc quy mô thay đổi.
– Ít hạn chế hơn: Với khả năng di chuyển tự do, xe tự hành AGV với kích thước nhỏ gọn phù hợp với các lối đi nhỏ, giúp tiết kiệm diện tích.
– Giảm chi phí vận hành: Sạc và xử lý pin có thể tự động với hệ thống AGV, và việc tăng/giảm tốc được kiểm soát giúp giảm thiểu mài mòn các bộ phận.
– Giảm hư hỏng sản phẩm: xe tự hành AGV xử lý sản phẩm nhẹ nhàng, giảm phế liệu và chất thải.
– Phù hợp với các chuyển động lặp đi lặp lại.
– An toàn: AGV luôn đi theo con đường được dẫn hướng, có cảm biến dừng khi gặp vật cản…
– Khả năng mở rộng: Có thể thêm nhiều AGV để mở rộng công suất và thông lượng.
7. Nhược điểm của xe tự hành AGV
Tuy có rất nhiều ưu điểm, nhưng xe tự hành AGV cũng không tránh khỏi việc tồn tại một số nhược điểm. Nhược điểm chủ yếu của AGV liên quan đến chi phí và ứng dụng chính của nó:
- Đầu tiên, chi phí đầu tư ban đầu cao. Mặc dù AGV giảm được chi phí lao động và tăng năng suất, tuy nhiên chi phí để mua một AGV khá đắt. Điều này có thể làm tăng chi phí ban đầu so với việc thuê nhân viên hoặc sử dụng các thiết bị như xe nâng. Vì vậy, cần cân nhắc và lên kế hoạch tài chính kỹ lưỡng trước khi đầu tư AGV.
- Thứ hai, chi phí bảo trì. Tương tự như bất kỳ thiết bị nào khác, xe tự hành AGV cũng cần được bảo dưỡng định kỳ và sửa chữa thường xuyên. Bên cạnh đó, việc đào tạo và triển khai các AGV cũng sẽ tốn thời gian và ngừng hoạt động. Vì vậy, cần tính đến khả năng phát sinh chi phí liên tục không thường xuyên.
- Thứ ba, không phù hợp cho các nhiệm vụ không lặp lại. AGV được lập trình để giải quyết các thao tác lặp đi lặp lại, vì vậy nếu các nhiệm vụ không lặp lại thì sẽ không hiệu quả. Trong trường hợp này, sử dụng xe nâng hoặc các thiết bị hỗ trợ khác sẽ tiết kiệm hơn.
- Cuối cùng là giảm tính linh hoạt. xe tự hành AGV chỉ hoạt động theo hệ thống và quy trình đặt trước, không thể thay đổi nhiệm vụ theo nhu cầu thực tế. Do đó, trong một số trường hợp, việc sử dụng nhân viên có thể linh hoạt hơn và giải quyết các công việc đa dạng hơn.
8. Ứng dụng chính của xe tự hành AGV
Với các thiết kế tiêu chuẩn và tùy chỉnh để phù hợp với yêu cầu của nhiều ngành nghề, xe tự hành AGV được ứng dụng đa dạng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Cụ thể như sau:
8.1 Sản xuất Ô tô
Hệ thống xe tự hành AGV thường được sử dụng trong các nhà máy sản xuất, đặc biệt là trong khu vực lắp ráp và cung cấp nguyên liệu thô. Chúng có thể được sử dụng để vận chuyển linh hoạt các thành phẩm từ một công đoạn sản xuất đến công đoạn tiếp theo, đồng thời giúp tăng năng suất và giảm chi phí lao động.
Ngoài ra, AGV còn được sử dụng trong quá trình lắp ráp ô tô, giúp cho quá trình sản xuất được tự động hóa và hiệu quả hơn.
8.2 Dược phẩm
AGV đang trở thành một phương tiện vận chuyển vật liệu được sử dụng rộng rãi trong ngành dược phẩm với nhiều ưu điểm như đảm bảo tiêu chuẩn cGMP của ngành này và tránh sự nhầm lẫn nguyên liệu trong quá trình vận chuyển.
Hơn nữa, hệ thống AGV còn giúp quản lý quy trình sản xuất bằng cách định vị và theo dõi vật liệu trong quá trình vận chuyển, tăng tính hiệu quả và độ chính xác của sản xuất.
8.3 Hóa chất
AGV được sử dụng để cung cấp nguyên liệu thô, chuyển chúng đến các kho bảo quản và vận chuyển đến các quy trình sản xuất khác trong nhiều ngành công nghiệp phổ biến, bao gồm cao su, nhựa và hóa chất đặc biệt.
8.4 Xe tự hành AGV trong Sản xuất
Thường được sử dụng trong sản xuất nói chung, các xe tự hành AGV thường được ứng dụng vận chuyển nguyên liệu thô từ vị trí nhân hàng tới kho, hay từ kho tới các công đoạn khác, vận chuyển thành phẩm, phế liệu,…. Bất cứ cái gì AGV đều có thể vận chuyển.
8.5 Công nghiệp giấy và in
Khác với Robot công nghiệp, xe tự hành có thể di chuyển cuộn giấy, pallet và phế phẩm. Cung cấp 1 quy trình vận chuyển toàn diện cho các nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất, lưu kho giấy, báo, in ấn,…
8.6 Thực phẩm và đồ uống
Các AGV có thể được áp dụng để vận chuyển nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất thực phẩm hoặc vận chuyển sản phẩm đến vị trí lưu kho hoặc xếp kệ. Chúng có khả năng nâng hạ vật liệu bằng loại xe nâng. Điều này giúp cho việc dỡ các bao tải nguyên liệu thô hoặc các sản phẩm được đóng gói dễ dàng hơn.
8.7 Bệnh viện
Các xe tự hành AGV cũng được sử dụng trong các bệnh viện để vận chuyển hiệu quả và tự động điều khiển với tính năng tích hợp hoàn toàn, bao gồm cả việc di chuyển qua các cửa ra vào và thang máy. Chúng có thể được lập trình để vận chuyển các vật dụng như khăn trải giường, thùng rác, chất thải y tế, bữa ăn của bệnh nhân, khay đựng thức ăn bẩn và cả xe đẩy ca phẫu thuật.
8.8 Kho bãi
Nhà kho thông minh cũng đang trở nên phổ biến. Hàng hóa được tự động lưu trữ trên các kệ và được quản lý trong hệ thống điều khiển xe AGV giúp việc điều phối hàng hóa và lưu trữ trở nên thông minh hơn.
Tóm lại, xe tự hành AGV đại diện cho sự tiến bộ trong công nghệ tự động hóa và hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho các doanh nghiệp và ngành công nghiệp. Việc hiểu rõ về nó và cách áp dụng nó vào mô hình kinh doanh có thể giúp tạo ra sự cải thiện đáng kể trong quá trình sản xuất và vận chuyển hàng hóa.
Nguồn tham khảo:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Automated_guided_vehicle
- https://6river.com/what-are-automated-guided-vehicles/
- https://www.mhi.org/fundamentals/automatic-guided-vehicles
Bài viết liên quan:
