Tổng quan về các loại xe nâng tự hành AGV (Automated Guided Forklift)
Chúng ta hãy thử mơ về một nhà máy hoặc kho bãi được vận hành bởi một hệ thống xe nâng tự hành. Không có sự can thiệp của con người, không bị va chạm hư hỏng, không rủi ro, tất cả đều đúng giờ, thông suốt và hàng hóa được vận chuyển nhẹ nhàng. À thì … Chúng ta không cần phải tiếp tục mơ mộng nữa … giờ đây chúng ta chỉ cần trang bị một hệ thống xe nâng tự hành để biến giấc mơ thành hiện thực. Bài này sẽ giải thích về các loại và tính chất khác biệt của hệ thống xe nâng tự hành (Automated Guided Forklifts), hoặc còn gọi là Forklift AGV hoặc Robot Forklift. Xe nâng tự hành là gì? Đơn giản thì, đó chỉ là một xe nâng tự lái. Vì vậy, khi một xe nâng tự nó chạy quanh và vận chuyển hàng hóa mà không có sự can thiệp của con người, đó là một xe nâng không người lái. Loại xe nâng này lấy cảm hứng từ các xe nâng có người lái truyền thống. Xe nâng AGV được thiết kế để vận chuyển hàng hóa theo cả 2 phương ngang và thẳng đứng. Chúng được lập trình để có thể xếp hàng hóa lên các kệ hàng.
Các xe nâng tự hành AGV phát triển nhanh chóng và đang dần trở thành phương tiện chủ đạo trong các nhà máy sản xuất, trung tâm phân phối … nơi các công việc được tiêu chuẩn hóa cao độ, lặp đi lặp lại và dễ dàng hoàn thành mà không cần sự quản lý liên tục của con người.
Các loại xe nâng tự hành AGV (Automatic Forklift Trucks)
Do các xe nâng tự hành được lấy cảm hứng từ các người anh em truyền thống của chúng nên chúng ta sẽ thấy các chủng loại xe nâng tương tự làm việc ở chế độ tự động. Tất nhiên, mỗi loại xe nâng tự hành sẽ có những ứng dụng công việc khác nhau và có các ưu nhược điểm khác nhau.
- Các loại xe nâng tự hành chủ yếu bao gồm các loại sau:
- Xe kéo pallet tự hành – Pallet Mover AGV
- Xe xếp pallet tự hành – Pallet Stacker AGV
- Xe nâng đối trọng tự hành – Counterbalanced Automated Guided Fork Truck
- Xe nâng chân rộng tự hành – Straddle AGV
- Xe nâng tự hành lối đi rất hẹp VNA- Very Narrow Aisles AGVs
- Xe nâng tự hành tầm cao – Reach Truck AGVs
Xe kéo pallet tự hành – Pallet Mover AGV
Xe kéo pallet tự hành (Pallet Mover AGV) được sử dụng với mục đích chính là để kéo pallet theo phương ngang từ điểm A đến điểm B trên sàn (floor-to-floor). Chúng không nâng được pallet lên các giá kệ. Khả năng nâng hàng hóa theo phương thẳng đứng của chúng rất giới hạn, thông thường chỉ khoảng 125-130 mm, mục đích là để dễ di chuyển qua các đỉnh dốc, các chướng ngại vật thấp, chứ không phải để nâng hàng hóa lên cao. Đây là loại xe nâng tự hành nhỏ nhất trong loại hình này. Xe kéo pallet tự hành có các bánh xe cân bằng ở bên dưới nĩa nâng. Các bánh cân bàng cho phép thu gọn kích thước của xe nâng và giảm bán kính quay vòng, cho phép xe di chuyển linh hoạt hơn qua các khu vực chật hẹp. Loại xe nâng này thường có tải trọng làm việc từ 1000 kg đến khoảng 3000 kg. Tốc độ di chuyển tối đa của chúng vào khoảng 2 m/s. Xe xếp pallet tự hành – Pallet Stacker AGV Loại xe nâng này là anh em ruột thịt với xe kéo pallet tự hành. Chúng có thiết kế rất giống nhau ở phần khung gầm. Điểm khác biệt giữa chúng là xe xếp pallet tự hành có khả năng nâng hàng hóa lên cao, nhờ vào phần khung nâng bố trí phía trước xe. Thông thường xe xếp pallet có khả năng nâng hàng hóa và xếp lên giá kệ ở độ cao từ 1.5 m lên đến 6 m.
Xe nâng đối trọng tự hành (Counterbalanced AGV lift truck)
Xe nâng đối trọng tự hành (Counterbalanced AGV lift truck) là loại xe nâng được thiết kế để cân bằng trọng lực của hàng hóa bằng một đối trọng ở phia sau xe (thường là đối trọng bằng thép kết hợp với bình ắc quy). Xe nâng đối trọng tự hành được trang bị các bánh xe bằng cao su có độ đàn hồi cao (super elastic) nên có khả năng di chuyển trên các mặt bằng gồ ghề hơn so với xe kéo pallet. Chúng cũng phù hợp với việc vận chuyển hàng hóa ở khoảng cách xa hơn và có khả năng vận chuyển trên những bề mặt dốc hơn so với xe kéo pallet. Chúng cũng có khả năng nâng được hàng hóa có tải trọng nặng hơn nhiều so với xe kéo pallet. Các loại xe nâng điện có đối trọng của hãng STILL có khả năng nhấc tải trọng lên đến 8 tấn và đưa lên tầm cao đến 8.7 m. Do đó xe nâng đối trọng tự hành thường được trong những công việc mà xe kéo pallet hoặc xe xếp pallet không đảm đương được. Xe nâng đối trọng tự hành AGV được sử dụng rộng rãi để xếp và dỡ hàng đồng thời đưa hàng hóa vào và ra khỏi kho chứa. Loại xe nâng này lớn và cần nhiều không gian để xoay vòng hơn, nhưng chúng có thể nâng tải trọng lớn hơn và nâng cao hơn so với xe xếp pallet tự hành Stacker AGV. Một vài loại xe nâng điện đối trọng tự hành, như là dòng xe nâng điện RX20 series của STILL, có bánh sau có thể xoay ngang gần 90 độ, cho phép xe quay vòng với bán kính quay rất nhỏ.
Xe nâng đối trọng tự hành AGV được sử dụng khi không thể tạo được chân đế tựa bên dưới kiện hàng. Lúc này đối trọng sẽ tạo lực cân bằng ở phía đối diện với kiện hàng bằng cách thêm đối trọng thép và trọng lượng của bản thân bình ắc quy.
Xe nâng tự hành chân rộng – Straddle Forklift AGVs (Outrigger AGV)
Xe nâng tự hành chân rộng – Straddle Forklift AGVs (hay còn gọi là Outrigger AGV) được trang bị hai chân rộng để tạo lực đỡ cho kiện hàng. Hai chân rộng giúp xe nâng và hàng hóa ổn định hơn khi vận chuyển và khi nâng hạ, trong khi vẫn cho phép kích thước và bán kính quay của xe nhỏ gọn do không cần đối trọng. Không gian chiếm chỗ của xe nhỏ và cho phép làm việc ở những nơi chật hẹp. Loại xe nâng chân rộng này có thể nâng tải trọng lên đến 5 tấn và chiều cao nâng lên đến 6 m.
Xe nâng tự hành VNA lối đi rất hẹp (Very Narrow Aisle Automated Guided Vehicles)
Xe nâng VNA là loại xe được thiết kế chuyên biệt dành riêng cho các ứng dụng đặc biệt: làm việc trong một lối đi rất hẹp và nâng tải trọng lên độ cao rất lớn.
Đây là dòng xe rất được ưa chuộng hiện nay cho các kho hàng đòi hỏi sức chứa lớn. Không gian để mở rộng kho bãi ngày càng chật hẹp và đắt đỏ, đặc biệt là ở các đô thị lớn. Do đó, đòi hỏi các kho hàng ngày càng phải làm cao hơn và các lối đi phải hẹp hơn, để dành không gian kho cho việc chứa ngày càng nhiều hàng hóa hơn. Xe nâng lối đi rất hẹp VNA được thiết kế chuyên biệt nên có khả năng nâng tải trọng lên rất cao và có tốc độ nâng hạ tải trọng nhanh nhất trong các dòng xe nâng forklift. Xe nâng VNA cũng có khả năng tiết kiệm không gian kho khoảng 50% so với các dòng xe nâng reach truck.
Vậy lối đi tiêu chuẩn của xe VNA như thế nào?
Thường có 2 kích thước lối đi chính: Pallet-to-pallet là kích thước lối đi thực tế dành cho xe nâng VNA di chuyển. Thông thường kích thước này rơi làm khoảng 1600 mm cho đến 1850 mm. Chúng ta cần lưu ý là kích thước này càng nhỏ thì càng có nhiều không gian hơn để chứa hàng hóa, nhưng sẽ càng làm xe nâng VNA mất ổn định, do đó giảm khả năng nâng tải trọng của xe.
Kích thước quan trọng tiếp theo là khoảng cách hành lang di chuyển và khoảng không gian cho xe nâng VNA quay vòng từ hàng kệ này đi sang hàng kệ khác.
Xe nâng tự hành VNA AGVs giống như một con voi vậy, nên lối đi dành cho nó quay vòng yêu cầu khoảng 7 m trở lên. Chúng ta cũng cần nhớ nên chừa khoảng trống an toàn cho các cấu trúc cố định của kho bãi (xem bài 7: An toàn cho xe tự hành để biết thêm chi tiết). Khả năng nâng tải của xe nâng lối đi rất hẹp VNA là bao nhiêu? Các xe nâng VNA có thể nâng tải trọng lên đến 1500 kg. Chiều cao nâng tiêu chuẩn cho xe VNA là bao nhiêu? Thông thường xe nâng VNA có chiều cao nâng lên đến 18 m. Xe nâng VNA có thể chạy nhanh như thế nào? Tốc độ di chuyển của xe nâng VNA lối đi rất hẹp có thể lên đến 14 km/h.
Loại công nghệ dẫn hướng nào được sử dụng trên xe nâng VNA?
Một số xe nâng VNA có thể sử dụng công nghệ dẫn hướng bằng các tấm phản chiếu laser (xem thêm ở bài 6 – Các công nghệ dẫn hướng trên xe tự hành AGV), chúng còn được gọi là Laser Navigation AGV, hay là LGV. Một số xe nâng VNA có thể sử dụng công nghệ dẫn hướng bằng dải băng từ (magnetic tape). Tuy nhiên đối với xe nâng VNA thì công nghệ dẫn hướng phổ biến nhất hiện nay vẫn là hai loại dẫn hướng bằng ray (Rail Guidance) và dẫn hướng bằng cáp điện từ (Wire Guidance).
Công nghệ dẫn hướng bằng cáp điện từ (Wire Guidance)
Ưu điểm của công nghệ dẫn hướng bằng cáp điện từ là nó ẩn giấu ngầm bên dưới mặt sàn, cho phép mặt sàn phẳng phiu, dễ vệ sinh. Đồng thời nó cho phép đặt pallet trực tiếp lên mặt sàn, giúp giảm tải cho hệ thống racking và tiết kiệm chi phí làm rack. Tuy nhiên, hệ thống dẫn hướng bằng cáp điện từ đòi hỏi phải thiết kế cốt thép sàn phù hợp, cách dây cáp điện từ một khoảng cách an toàn để tránh nhiễu.
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ hiện đại, bắt đầu xuất hiện các loại sàn bê tông được thay thế cốt thép bằng loại sợi fiber dạng lưới (mesh) cho phép lắp đặt cáp điện từ mà không phải lo lắng về việc nhiễu tín hiệu nữa.
Công nghệ dẫn hướng bằng ray thép (Rail Guidance)
Hệ thống hỗ trợ thông minh STILL iGo Pilot cho người lái xe nâng lối đi rất hẹp VNA?
Chức năng tự định vị và dẫn hướng iGo Pilot Navigation và chức năng an toàn iGo Pilot Safety kết nối địa hình đặc thù của nhà kho với chiếc xe nâng VNA chạy trong nó. Giao diện iGo Pilot Navigation kết nối với hệ thống quản lý kho bãi WMS (Warehouse Management System) và phối hợp các quy trình vận hành như một hệ thống tổng thể thông minh. Kết quả là, chiếc xe nâng biết chính xác vị trí pallet nào cần đi đến, giảm thời gian chết cho người vận hành. Khi người vận hành xác nhận đơn hàng tiếp theo, chiếc xe nâng tự tìm đường đi tối ưu. Nhờ vào hệ thống an toàn iGo Pilot Safety đã cài đặt sẵn bản đồ kết cấu nhà kho, xe nâng tự kiểm soát các vị trí nguy hiểm, tự điều chỉnh độ nâng hạ và tốc độ phù hợp. Khi xe nâng VNA đi đến vị trí pallet cần thiết, hệ thống iGo Pilot Navigation sẽ tự dừng chính xác tại vị trí theo đơn hàng đã nhận. Khi nhiệm vụ hoàn thành, thông tin xác nhận sẽ được gửi về hệ thống WMS để tránh xảy ra lỗi sai sót như lấy nhầm hàng, đặt pallet nhầm vị trí kệ. Kết quả là sự cải thiện rõ rệt năng suất bốc xếp và mức độ an toàn vận hành. Tham khảo thêm chi tiết về hệ thống hỗ trợ người lái thông minh STILL iGo Pilot.
Đặc điểm nĩa nâng của xe nâng lối đi rất hẹp VNA?
Có hai loại nĩa nâng chính của xe nâng VNA, đó là loại 3 chiều (trilateral) còn gọi là trụ quay (turret head), và loại kia là loại 2 chiều (bilateral) còn gọi là telescopic.
Loại 3 chiều turret head
Loại 3 chiều turret head được sử dụng phổ biến hơn, nó cho phép quay 3 chiều (100º…0º…+100º) giúp xúc và trả hàng dễ dàng, linh hoạt hơn. Với loại trụ quay 3 chiều, xe nâng VNA có thể quay nĩa nâng để xúc và chuyển hàng hóa từ bên này kệ hàng sang bên kia kệ hàng, cũng như phía trước đầu xe. Chúng cũng có thể đặt pallet trực tiếp lên mặt đất, điều mà loại 2 chiều telescopic không làm được.
Loại 2 chiều telescopic fork
Với loại 2 chiều telescopic fork, các nĩa nâng được gắn trên một cơ cấu thủy lực cho phép xe nâng VNA lấy hàng hóa ở 2 bên xe. Khác với loại trụ xoay 3 chiều, loại telescopic 2 chiều này không lấy hàng ở trên mặt sàn hoặc ở phía trước xe được. Ưu điểm của loại này là có thể vận hành ở lối đi hẹp hơn so với loại trụ xoay 3 chiều, và nó có hiệu suất làm việc cao hơn.
Cơ cấu giá đỡ thủy lực cũng được trang bị cảm biến để phát hiện sự hiện diện của kiện hàng trên kệ hàng cũng như trên nĩa nâng. Cảm biến cũng đảm bảo kiện hàng được xếp ngay ngắn, cân bằng.
Ưu điểm và nhược điểm của xe nâng tự hành lối đi rất hẹp VNA (Very Narrow Aisle AGV trucks)
Ưu điểm của xe nâng tự hành VNA
- Tốc độ làm việc nhanh hơn trong các kệ hàng có lối đi rất hẹp, nếu so sánh với xe nâng tầm cao reach truck
- Giảm khả năng sai sót do người lái gây ra
- Giảm bề rộng lối đi, tăng khả năng chứa hàng hóa cho kho bãi, nếu so sánh với reach truck
- Cho phép tăng thêm năng suất vào các ca làm việc ban đêm và cuối tuần mà không đòi hỏi tăng thêm chi phí
- Khả năng kết nối rộng rãi với các hệ thống bên ngoài như hệ thống quản lý kho WMS và hệ thống quản trị doanh nghiệp ERP
- Tăng độ an toàn nhờ các tiêu chuẩn cao cấp của dòng xe nâng lối đi hẹp VNA và xe tự hành AGV
Nhược điểm của xe nâng tự hành VNA
- Khả năng linh hoạt kém. Xe nâng tự hành VNA được thiết kế đặc biệt để làm việc trong các kệ hàng có lối đi hẹp. Nếu bắt chúng làm việc ở bên ngoài, bất kỳ nơi nào, chúng đều làm lãng phí thời gian và tiền bạc
- Chúng cần sự hỗ trợ của các loại xe nâng khác (xe kéo pallet, xe nâng đối trọng …) để làm các nhiệm vụ ở bên ngoài lối đi
Xe nâng tự hành Reach Truck AGV
Tham khảo thêm chi tiết về xe nâng VNA tự hành AGV của hãng STILL tại đây.
Xe tự hành Reach Truck AGV là các robot dạng xe nâng được thiết kế để làm việc trong những nhà kho có lối đi chật hẹp. Chúng có 2 chân vươn ra phía trước để tăng chân đế cho tâm tải trọng. Giàn khung nâng có khả năng di chuyển về trước để tăng khả năng vươn xa lấy hàng hóa, tăng độ linh hoạt cho xe nâng. Tải trọng làm việc tối đa của xe nâng tự hành Reach Truck AGV là bao nhiêu? Chúng có khả năng nhấc tải trọng hàng hóa lên đến 2500 kg ở tâm tải 600 mm. Chiều cao nâng tối đa của xe nâng tự hành Reach Truck AGV là bao nhiêu? Các xe nâng tự hành Reach Truck AGV có khả năng nâng tải trọng lên đến tầm cao 13 m. Tốc độ làm việc tối đa của xe nâng tự hành Reach Truck AGV là bao nhiêu? Tốc độ nâng tải theo phương thẳng đứng có thể lên đến 0.3 m/s trong khi khả năng di chuyển theo phương ngang có thể lên đến vận tốc tối đa 2 m/s. Để tăng độ an toàn, các xe nâng tự hành Reach Truck AGV được trang bị tính năng tự động giảm tốc khi qua các chỗ góc ngoặt CSC (Curve Speed Control).
Xe xếp pallet AGV (Stacker AGV)
Kệ hàng là cách thức phổ biến nhất để chứa hàng hóa. Xe tự hành AGV có thể làm việc với kệ hàng nhưng có vài điểm cần phải lưu ý khi thiết kế hệ thống giá kệ cho xe tự hành AGV.
Các Công nghệ dẫn hướng áp dụng trên các xe nâng tự hành AGV
Hiện nay khoảng 90% các xe nâng tự hành AGV đang áp dụng công nghệ dẫn hướng bằng tia laser phản xạ (Laser Navigation). Vì lý do này, các xe nâng tự hành AGV được gọi rộng rãi bằng cái tên LGV – xe nâng tự hành dẫn hướng laser (Laser Navigation Vehicles). 10% xe nâng tự hành còn lại sử dụng các công nghệ dẫn hướng khác như dẫn hướng bằng dây cáp điện từ (Wire Guidance), dẫn hướng bằng ray (Rail Guidance) hoặc dẫn hướng tự nhiên (Natural Navigation). Xem thêm chi tiết về các công nghệ dẫn hướng trên xe nâng tự hành AGV tại đây. Mỗi xe nâng tự hành được trang bị một máy quét laser trên đỉnh khung nâng cho phép nó phát ra tia laser đến khắp các vị trí xung quanh nơi xe làm việc. Máy quét laser này phát ra các tia laser xoay 360 độ xung quanh. Các tia laser này gặp các tấm gương phản chiếu bố trí ở các vị trí phù hợp quanh nơi làm việc. Các tấm phản chiếu này sẽ phản xạ tia laser trở lại máy quét laser. Máy quét laser thu nhận các tia laser phản chiếu này, căn cứ vào thời gian di chyển của tia laser để tính khoảng cách của xe đến tấm phản xạ. Chỉ cần tín hiệu từ 3 tấm phản xạ là đủ để bộ điều khiển tính toán ra vị trí của xe bằng một thuật toán phức tạp. Trong các nhà kho có lối đi hẹp, chủ yếu sử dụng xe nâng tự hành VNA sử dụng cáp dẫn hướng điện từ để tính toán vị trí nhanh và chính xác hơn. Với sự phát triển của công nghệ, ngày càng nhiều các xe nâng tự hành AGV sử dụng công nghệ dẫn hướng tự nhiên Natural Navigation hơn là Laser Navigation, bởi vì sự linh hoạt, nhanh chóng và dễ dàng triển khai của nó. Đồng thời Natural Navigation cũng cho phép sửa đổi lại lộ trình và cách bố trí rất nhanh chóng. Các xe nâng tự hành sử dụng công nghệ dẫn hướng tự nhiên cũng thường được gọi là các robot tự hành AMR (Autonomous Mobile Robots). Thông số kỹ thuật của xe nâng tự hành AGV Bảng bên dưới tóm tắt một số thông số kỹ thuật chính của các loại xe nâng tự hành Forklift AGV. Các thông số này có thể thay đổi, do đó chúng ta cần tham khảo với các nhà cung cấp để có số liệu cập nhật chính xác.
| FORKLIFT AGV TYPE | PALLET MOVER | COUNTER BALANCED | OUTRIGGER | REACH TRUCK | VNA |
| Bề rộng lối đi (Pallet-to-pallet) | 3,6m | 4,5m | 3,7m | 3m | 1,6m |
| Tốc độ di chuyển tối đa | 2 m/s | 2 m/s | 2 m/s | 2 m/s | 2 m/s |
| Chiều cao nâng | 4,5 m | 10 m | 4 m | 13 m | 18 m |
| Tải trọng tối đa | 2.000 kg | 8.000 kg | 1.500 kg | 2.500 kg | 1.500 kg |
| Giá tham khảo | $60.000 | $85.000 | $80.000 | $110.000 | $150.000 – $200.000 |
Tự động hóa kho bãi bằng xe nâng tự hành (Automated Forklifts) Phần này sẽ cung cấp một số thông tin về xe nâng tự hành với một số tùy chọn đặc biệt chuyên dùng cho việc bốc xếp hàng hóa.
Khoảng trống cần thiết
Khi thiết kế hệ thống giá kệ cần phải đảm bảo các khoảng cách tối thiểu để hệ thống xe tự hành AGV có thể làm việc thuận lợi và an toàn: Standard tolerances pallet racking for fluent load handing are: 1/ Khoảng cách giữa 2 pallet phải cách nhau tối thiểu 75 mm 2/ Khoảng cách giữa đỉnh kiện hàng và thanh beam phía trên nó phải cách nhau tối thiểu 100 mm
Thông thường việc xếp hàng lên hệ thống giá kệ sẽ do xe nâng đối trọng (counter balance) hoặc xe nâng reah truck đảm nhiệm, vì nó không cần khoảng trống dưới gầm hệ thống giá kệ để xếp hàng hóa. Ngược lại, các xe xếp pallet (stacker) sẽ cần khoảng trống dưới gầm kệ hàng (hệ thống giá kệ cần có beam chân) để đưa được các chân đỡ (support legs) vào trong kệ.\
Khoảng cách giữa các pallet khi đối lưng vào nhau trên 2 dãy kệ (back-to-back) thì sẽ cần khoảng cách tối thiểu là 100 mm.
Xếp kiện hàng chồng lên nhau không cần giá kệ
Kiểu xếp này không cần giá kệ, nhưng đòi hỏi các kiện hàng phải phẳng phiu và đủ cứng vững để chịu được sức nặng của các kiện hàng phía trên nó. Mặt trên kiện hàng phải không được nghiêng quá 3 độ để tránh việc kiện hàng xếp trên nó bị trượt xuống. Đồng thời hàng hóa cũng phải được lấy theo thứ tự vào sau ra trước LIFO (last-in, first-out).
