AGV là gì? Giải đáp tất cả về robot tự hành AGV trong sản xuất

AGV (Automated Guided Vehicle) – còn được gọi là xe tự hành, xe dẫn đường tự động hoặc robot tự hành – là loại hình phương tiện cơ giới dùng để vận chuyển hàng hóa hoặc nguyên vật liệu trong môi trường kiểm soát mà không cần người vận hành hoặc lái xe. 

AGV thường được sử dụng trong các cơ sở sản xuất, kho bãi hoặc trung tâm phân phối hàng hóa. Chúng có thể được thiết kế dưới nhiều hình thức khác nhau tùy theo yêu cầu của khách hàng để đáp ứng tốt nhất nhu cầu cần thiết đặt ra. 

5 loại xe tự hành AGV phổ biến 

Xe đẩy tự hành (Automated Guided Cart – AGC) 

Xe đẩy tự hành AGC là loại AGV đơn giản nhất với các tính năng tối giản, nhưng vẫn đáp ứng hiệu quả các nhu cầu vận chuyển cơ bản, sử dụng nhiều hệ thống dẫn đường, từ đơn giản như băng từ cho đến phức tạp như hệ thống cảm biến tích hợp AI để tự điều hướng. 

AGC thường được dùng để vận chuyển các tải nhỏ như linh kiện, bộ phận trên dây chuyền lắp ráp, hoặc vận chuyển công cụ, rác thải, thiết bị. 

Các ứng dụng khác bao gồm: 

• Phân loại và lưu trữ hàng hóa 
• Vận hành cross-docking (phân phối hàng hóa) 
• Vận chuyển tự động trong bệnh viện (bữa ăn, đồ vải, rác thải và vật tư) 

Xe nâng tự hành (Forklift AGV) 

Xe nâng tự hành AGV hoạt động tương tự như xe nâng truyền thống, thực hiện các nhiệm vụ như vận chuyển pallet mà không cần người điều khiển, được trang bị càng nâng để nâng và đặt hàng hóa ở nhiều độ cao khác nhau, thường được sử dụng trong kho và nhà máy để: 

• Xếp chồng và lấy hàng từ kệ 
• Cung cấp nguyên vật liệu cho dây chuyền sản xuất 
• Tải và dỡ hàng từ xe tải 

Xe tự hành chở đơn vị hàng (Unit Load AGV) 

Các AGV này được thiết kế để vận chuyển các đơn vị hàng hóa riêng lẻ, như pallet, thùng chứa, hoặc kệ hàng, thường có bệ nâng hoặc càng nâng để hỗ trợ và di chuyển hàng hóa một cách an toàn và hiệu quả. Unit Load AGV thường được sử dụng trong: 

• Di chuyển pallet trong kho và trung tâm phân phối 
• Tải/dỡ và lưu trữ hàng hóa 

Xe kéo tự hành (Towing AGV/Tugger) 

Xe kéo tự hành AGV được dùng để kéo các xe đẩy, rơ-moóc hoặc thiết bị có bánh xe, hoạt động giống như một đoàn tàu, còn được gọi là “tàu kéo tự động”. Chúng có cơ cấu móc hoặc kết nối để kéo hàng, có thể dừng ở nhiều điểm để lấy và thả hàng dọc theo tuyến đường định sẵn trong kho hoặc nhà máy. 

So với xe đẩy tự hành (AGC), xe kéo AGV có năng suất cao hơn vì có thể vận chuyển nhiều xe đẩy trong cùng một nhiệm vụ. Loại xe này phù hợp cho: 

• Vận chuyển nhiều tải nhỏ cùng lúc 
• Giao nguyên vật liệu cho dây chuyền sản xuất 

Xe chở tải nặng (Heavy Burden Carrier) 

Dành cho các ứng dụng công nghiệp nặng, loại xe tự hành này có khả năng vận chuyển: 

• Linh kiện lớn trong lắp ráp 
• Các vật đúc nặng hoặc cuộn thép 
• Tấm kim loại trong ngành sản xuất thép và lắp ráp máy móc hạng nặng 

Một số mẫu xe có khả năng tự tải và trang bị hệ thống lái tiên tiến (chuẩn, quay trục, hoặc đa hướng) để di chuyển linh hoạt trong không gian hẹp và môi trường công nghiệp phức tạp. 

Cơ chế hoạt động & tính năng nổi bật của AGV 

Robot tự hành AGV được thiết kế để di chuyển theo các lộ trình hoặc hệ thống dẫn đường được thiết lập trước trong cơ sở. Những lộ trình này có thể được xác định bằng các phương tiện vật lý như băng từ, dây dẫn, hoặc vạch quang học, hoặc thông qua các phương pháp tinh vi hơn như dẫn đường bằng laser sử dụng các bộ phản xạ được lắp đặt sẵn. 

Công nghệ điều hướng 

AGV có thể dẫn đường bằng một hoặc nhiều phương pháp sau: 

• Băng từ hoặc dây dẫn: Xe AGV di chuyển theo đường dẫn được xác định bởi băng từ hoặc dây dẫn nhúng trong sàn giúp phát hiện từ trường hoặc tín hiệu điện để đi theo lộ trình đã định trước. 
• Dẫn đường bằng laser: Các AGV trang bị hệ thống laser sử dụng bộ phản xạ được lắp quanh cơ sở giúp phát tia laser và tính toán vị trí dựa trên thời gian phản hồi của ánh sáng sau khi dội lại từ bộ phản xạ. 
• Điều hướng quang học: Xe AGV theo dõi các dấu hiệu trực quan hoặc vạch kẻ trên sàn để di chuyển. 
• Điều hướng quán tính (Inertial Navigation): AGV sử dụng con quay hồi chuyển và cảm biến gia tốc để theo dõi sự dịch chuyển từ vị trí đã biết, giúp điều hướng dựa trên những thay đổi vị trí tính toán theo thời gian. 
• Dẫn đường bằng GPS: Trong các ứng dụng ngoài trời, AGV có thể sử dụng GPS để điều hướng, mặc dù phương pháp này ít phổ biến trong nhà do tín hiệu vệ tinh hạn chế. 

Hệ thống điều khiển hướng 

AGV có thể sử dụng các phương thức điều khiển sau: 

• Điều khiển tốc độ vi sai: Phổ biến nhất, sử dụng hai bánh lái độc lập với tốc độ khác nhau để điều hướng. Phương pháp này phù hợp cho không gian chật hẹp nhưng không thích hợp để kéo rơ-moóc vì dễ gây trượt rơ-moóc (jackknife). 
• Điều khiển bánh lái: Giống với hệ thống lái trên ô tô, bánh lái chính là bánh điều khiển. Phương pháp này cung cấp khả năng quay mượt hơn và thường được dùng trong các ứng dụng kéo hàng.
• Điều khiển kết hợp: Sử dụng cả hai phương pháp trên, với hai bánh lái độc lập ở các góc chéo và bánh tự xoay ở hai góc còn lại, cho phép AGV quay theo mọi hướng và di chuyển linh hoạt. 

Phát hiện chướng ngại vật để đảm bảo an toàn 

AGV được trang bị cảm biến và cơ chế an toàn để phát hiện chướng ngại vật và đảm bảo không gây va chạm nguy hiểm. Các tính năng an toàn phổ biến bao gồm: 

• Cảm biến Lidar và siêu âm: Phát hiện chướng ngại vật trên đường đi và kích hoạt việc giảm tốc hoặc dừng xe để tránh va chạm. 
• Thanh cản va chạm (Bumper): Nếu xe tiếp xúc với vật cản hoặc người, các thanh cản sẽ kích hoạt lệnh dừng khẩn cấp. 
• Nút dừng khẩn cấp (Emergency Stop): Nút bấm thủ công cho phép người điều khiển dừng AGV ngay lập tức trong trường hợp cần thiết. 

Kết nối tín hiệu & giao tiếp  

AGV là một phần của hệ thống tự động lớn hơn và giao tiếp với hệ thống điều khiển trung tâm để nhận lệnh và phối hợp với các phương tiện hoặc hệ thống khác. Các phương thức giao tiếp bao gồm: 

• Wi-Fi: AGV kết nối với hệ thống điều khiển thông qua mạng không dây để nhận thông tin về tuyến đường và nhiệm vụ được phân công. 
• Thẻ RFID: Các thẻ nhận dạng tần số vô tuyến nhúng trong sàn cung cấp dữ liệu vị trí và kích hoạt các hành động cụ thể khi AGV đi qua. 

Tự động kiểm soát giao thông 

AGV sử dụng các biện pháp kiểm soát giao thông để tránh va chạm như: 

• Kiểm soát vùng (Zone Control): Bộ phát không dây gửi tín hiệu trong khu vực nhất định, và AGV phản hồi để xác định xem khu vực có trống hay không. Nếu trống, AGV sẽ di chuyển qua; nếu không, AGV chờ cho đến khi khu vực trống. 
• Tránh va chạm: AGV trang bị cảm biến âm thanh hoặc cảm biến hồng ngoại để phát hiện vật thể phía trước. Cảm biến cản va chạm vật lý (bumper) cũng được tích hợp như một biện pháp an toàn, dừng xe khi phát hiện tiếp xúc. 
• Kiểm soát kết hợp: Sử dụng cả kiểm soát vùng và cảm biến tránh va chạm để đảm bảo an toàn trong mọi tình huống. Hệ thống này cho phép AGV tiếp tục hoạt động ngay cả khi một trong hai phương thức kiểm soát gặp sự cố. 

Ưu điểm của robot tự hành AGV 

Giảm chi phí nhân công 

AGV giúp giảm đáng kể chi phí liên quan đến lao động thủ công bằng cách thực hiện các tác vụ lặp đi lặp lại. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu vào AGV có thể cao, nhưng về lâu dài, việc cắt giảm các khoản lương, phúc lợi và chi phí liên quan đến quản lý nhân sự sẽ mang lại khoản tiết kiệm đáng kể. 

Tăng tính an toàn 

Với các cảm biến và tính năng an toàn tiên tiến, AGV giảm thiểu rủi ro tai nạn tại nơi làm việc, có thể hoạt động trong các môi trường nguy hiểm hoặc không thuận lợi cho con người, chẳng hạn như nhiệt độ cực đoan hoặc khu vực chứa vật liệu độc hại. 

Cải thiện độ chính xác và tăng năng suất 

AGV giúp giảm lỗi do mệt mỏi hoặc sai sót của con người. Nhờ khả năng hoạt động liên tục, không cần nghỉ giữa ca, AGV có thể tăng năng suất và đảm bảo quy trình vận hành được duy trì ổn định 24/7. 

Tính linh hoạt 

Một số AGV có khả năng thay đổi lộ trình dễ dàng hơn so với các hệ thống yêu cầu đi dây dẫn hoặc xây dựng lại hạ tầng. AGV cũng là giải pháp có khả năng mở rộng, cho phép thêm đơn vị mới tùy theo nhu cầu hoạt động. 

Nhược điểm và hạn chế của AGV 

Không phù hợp cho các tác vụ biến thiên 

AGV phát huy hiệu quả tốt nhất trong những môi trường có quy trình kiểm soát chặt chẽ, với các tác vụ ổn định và lặp đi lặp lại. Tuy nhiên, trong những tình huống đòi hỏi sự linh hoạt hoặc phán đoán của con người, AGV không hiệu quả, làm hạn chế phạm vi ứng dụng. 

Phụ thuộc vào cảm biến kháng bụi 

AGV dựa vào các cảm biến, camera và công nghệ dẫn đường để thực hiện nhiệm vụ. Tuy nhiên, bụi và hạt nhỏ có thể làm giảm hiệu quả hoạt động của các hệ thống này, gây gián đoạn hoặc ngừng hoạt động. 

Ví dụ, cảm biến bị bụi bám có thể mất độ chính xác hoặc ngừng hoạt động hoàn toàn, đòi hỏi phải bảo trì và vệ sinh thường xuyên để đảm bảo hiệu suất tối ưu. 

Phát sinh yêu cầu về không gian kho bãi 

So với các hệ thống tự động lưu trữ và truy xuất (AS/RS) khác như hệ thống lưu trữ dạng khối, AGV cần lối đi rộng hơn để di chuyển và đảm bảo khoảng trống vận hành. Diện tích tăng thêm này cần được tính vào tổng chi phí vận hành và có thể ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu quả tổng thể của kho. Tuy nhiên, so với các công nghệ tự động khác như băng chuyền, AGV lại linh hoạt và tối ưu không gian hơn nhiều. 

Chi phí đầu tư ban đầu cao 

Mặc dù AGV có thể giảm chi phí lao động trong dài hạn, nhưng chi phí đầu tư ban đầu để triển khai hệ thống AGV có thể khá cao. Điều này bao gồm chi phí mua sắm thiết bị, cài đặt hệ thống, và phát triển hạ tầng cần thiết. Đối với các doanh nghiệp nhỏ hoặc những doanh nghiệp mới khởi nghiệp, khoản đầu tư này có thể là một trở ngại lớn. 

Cần thời gian tinh chỉnh và bảo trì 

AGV yêu cầu quá trình thiết lập và tinh chỉnh phức tạp để hoạt động hiệu quả trong môi trường cụ thể. Điều này có thể bao gồm việc lập trình các lộ trình, bảo trì định kỳ và điều chỉnh khi có sự thay đổi trong môi trường làm việc hoặc quy trình sản xuất. Thời gian và tài nguyên cần thiết cho việc này có thể dẫn đến sự gián đoạn trong hoạt động và tăng chi phí vận hành. 

Bối cảnh phù hợp để sử dụng robot tự hành 

Hệ thống AGV công nghiệp được thiết kế cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm lắp ráp ô tô, sản xuất hàng không vũ trụ, sản xuất điện, đường sắt, chế biến thực phẩm và thép, hóa chất, in ấn thương mại, bệnh viện, nhà máy giấy, dược phẩm, nhựa, và các cơ sở kho bãi và phân phối. Tất cả những ngành này đều yêu cầu thiết bị xử lý vật liệu chuyên dụng để đạt được hiệu quả hoạt động. 

AGV là phương tiện hoàn hảo để cải thiện các quy trình xử lý vật liệu hiện có nhờ khả năng tích hợp liền mạch vào một hoạt động sẵn có, nâng cao quy trình tổng thể, hoặc trở thành yếu tố thiết kế chủ đạo trong một thiết kế lắp ráp mới và hiệu quả. 

Nhiệm vụ bảo trì và sửa chữa trong nhiều ngành cũng hưởng lợi nhiều từ hệ thống AGV. Từ việc di chuyển các bộ phận bánh xe nặng dọc theo các hành lang rộng lớn của một cơ sở bảo trì đường sắt cho đến việc vận chuyển các linh kiện cho một xưởng sửa chữa hàng không, AGV là sản phẩm rất linh hoạt để thiết kế cho các giải pháp ứng dụng cụ thể.