Разработка гибкой производственной системы РТК Шлифования

     Непереналаживаемые  линии проектируются для обработки  деталей с большой программой выпуска, конструкция которых не меняется длительное время (например, детали подшипников качения, изделия  оборонной промышленности). Гибкие линии обладают возможностью переналадки  для обработки однотипных, хотя и  различных деталей, имеющих одинаковый маршрут обработки.

     Линии для групповой обработки характеризуются  возможностью обработки двух-трех однотипных деталей без переналадки оснастки и оборудования.  
 
 
 
 
 
 

    5  Автоматизированный комплекс для связи ГПС и склада, с использованием робокары.

    Для обеспечения гибких производственных систем (ГПС) необходимыми заготовками, например, со склада в автоматическом режиме могут использоваться робокары, осуществляющие транспортирование заготовок с приёмо-сдаточной секции склада [8]. При этом целесообразно осуществлять транспортирование партии заготовок, размещенных на соответствующих паллетах. Эта же робокара должна осуществить перемещение обработанных деталей на автоматизированный склад. Важнейшим вопросом при этом является выбор системы ориентации робокары в пространстве между ГПС и автоматизированным складом. Сама робокара должна иметь надежную двигательную систему, устройство загрузки-разгрузки кассет с паллетами, систему управления и навигации.

    Рисунок 4.1 - Общий вид робокары 

    В МГТУ «МАМИ» разработана модель робокары для реализации указанной выше задачи (см. рис. 4.1). Она представляет собой тележку с двумя ведущими и свободно вращающимся рояльным колесам на нижней платформе. На верхней платформе размещается кассета с паллетами для установки изделий. На первом уровне робокары, расположенном ниже платформы с кассетой, размещена система приводов колес, аккумуляторы системы привода, а так же устройства управления движениями робокары с системой реализации навигации (см. рис.4.2).

    Два аккумулятора осуществляют питание  электродвигателей колес, а третий аккумулятор обеспечивает питание  бортового компьютера нижнего уровня и системы перегрузки кассеты.

    Кассетное устройство с паллетами для размещения изделий, опирается своими опорными планками на приводные ролики, вращение которых осуществляется с помощью  приводной цепи. Ведущие звездочки  приводной цепи приводятся во вращение от электродвигателей, расположенных  соосно с приводными звездочками (см. рис 4.3). 

Рисунок 4.2 - Устройства управления робокарой нижнего уровня

Рисунок 4.3 - Цепное устройство перегрузки кассеты

    Два ведущих колеса приводятся в действие независимыми электродвигателями IG-52GM c усилителями MowiPower Lite, управляемыми микроконтроллерными платами, расположенными рядом с двигателями (см. рис.4.2). Вращение от вала электродвигателя передается планетарному редуктору с передаточным отношением 1/230 и крутящим моментом на валу равным 74кг/см (см. рис.4.4).

Рисунок 4.4 - Механизм привода  колес

    Выходная  скорость вала, соединенного с осью колеса, составляет 24об/мин, что обеспечивает скорость движения робокары, равной 0,4м/сек. При начале движения осуществляется плавный набор чисел оборотов двигателя для исключения рывка и плавное снижение чисел оборотов при торможении. Эти движения регулируются программным методом с помощью драйверов двигателей.

    Питание электродвигателей осуществляется от двух свинцовых аккумуляторов DJW12-7 с емкостью 12 Ач и напряжением 12 вольт. Масса аккумуляторов - 3,8 кг при размерах - 151х65х94мм. Эти аккумуляторы хорошо видны на рис. 2. Аккумуляторы привода движения робокары обеспечивают возможность её непрерывного перемещения в течение 4-х часов при общей массе робокары с грузом равной 100кг. Учитывая периодичность перемещения робокары и значительное время её простаивания в период обработки изделий на оборудовании ГПС, возникают хорошие возможности по осуществлению подзарядки аккумуляторов.

    Рациональному использованию энергии аккумуляторов  способствует коммутативная система  их связи, которая обеспечивает наиболее эффективное использование энергии  аккумуляторов, ввиду различного уровня их энергозатрат. Так, в частности, аккумулятор, используемый для питания системы управления и системы перегрузки кассет, имеет меньший уровень энргозатрат а, следовательно, его энергию можно использовать для двигательной системы. Подзарядка аккумуляторов предусматривается в автоматическом режиме при простаивании робокары на позиции загрузки склада. На этой позиции робокара с помощью подводной клеммы подключается к источнику питания для подзарядки.

    Для загрузки робокары кассетой с заготовками, размещёнными на паллетах, на складе имеется приёмо-сдаточная секция с перемещающейся платформой, имеющей приводные ролики, аналогичная той, которая используется на робокаре.

    На  ГПС необходимо иметь две загрузочно-разгрузочные секции, так как на одной секции осуществляется выгрузка кассеты с  заготовками с робокары, а на второй позиции осуществляется загрузка робокары кассетой с обработанными деталями для их перемещения на склад. Позиционирование робокары для остановки на позициях загрузки-разгрузки осуществляется с помощью бесконтактных датчиков.

    Таким образом, из отмеченного следует, что  робокара должна осуществлять перемещения в пространстве между загрузочно-разгрузочной станцией склада и разгрузочно-загрузочными позициями ГПС. Эти перемещения могут осуществляться при различных системах управления робокарой. Достаточно эффективной представляется система радиоуправления перемещениями робокары. Однако такая система требует использования оператора, что при ограниченном объеме движений робокары и строгой последовательности этих движений представляется не целесообразным.

    Хорошо  известны системы перемещения робокары при использовании, заложенного в полу высокочастотного кабеля, создающего магнитное поле на которое реагируют датчики, расположенные на робокаре. Эти датчики обеспечивают подачу управляющих сигналов в систему управления положениями колес робокары, что обеспечивает перемещение робокары вдоль проложенного в полу кабеля, имеющего прямолинейные и криволинейные участки. Формирование такой системы связано со значительными трудностями по прокладке кабеля и из-за требований к состоянию пола, а изменение маршрута перемещения робокары в этом случае достаточно затратно.

    В данной работе рассматриваются два  варианта навигации для управления движениями робокары. Первая система предусматривает использование системы видеонаблюдения с перемещением робокары вдоль начерченной на полу белой контрастной линии (см. рис.4.5).

    Рисунок 4.5 - Робокара с WEB-камерой для управления движеинем 

    Для управления движениями робокара снабжена двухуровневым бортовым компьютером. Нижний уровень управляется микроконтроллером АТше§а 32, в котором заложена программа перемещения робокары с учетом преодоления препятствий, возникших на пути движения. Компьютер верхнего уровня, основанный на процессоре Intel Atom (N270 Diamondville) обеспечивает обработку информации, получаемой от WEB камер робокары и дополнительной независимой камеры, расположенной на встречном направлении по отношению к движению робокары (см. рис. 4.6). Передача данных происходит с помощью технологии беспроводной связи WiFi на базе стандартов IEEE 802.11.g. Обе камеры работают взаимосвязано, что позволяет идентифицировать объект или группу объектов на трассе движения робокары.

Рисунок 4.6 - Система распознавания  препятствий на пути движения робокары

    WEB камеры имеют возможность свободного  вращения в двух плоскостях, называемых  «тангаж» и «рыскание», что повышает скорость реагирования и точность позиционирования системы видеонаблюдения. Дополнительных WEB камер может быть несколько, в зависимости от трассы перемещения робокары. Обнаружение объектов происходит с помощью нейронных сетей, вложенных в программный код микроконтроллера, интегрированного в бортовой компьютер. Полученное видеоизображение с WEB камер, поступает на бортовой компьютер верхнего уровня, обрабатывается и передается на бортовой компьютер нижнего уровня для управления электродвигателями робокары с целью объезда препятствия.

    Вторая  система навигации предусматривает  перемещение робокары с использованием локатора и маяков, расположенных в определенных точках по трассе движения робокары.

    Принцип действия локатора расположенного на робокаре (см. рис.4.7) заключается в определении угла поворота робокара при получении сигнала с фотодиода на микроконтроллер относительно нулевого положения с датчика HEDS-5640 I14, расположенного на валу электромотора в нижней его части

корпуса.

включение маяков происходит поочередно

Рисунок 4.7 - Движение робокары с локатором по инфракрасным сигналам маяков

    Маяки располагаются в контрольных  точках на местах изгиба траектории движения робокары. При начале движения робокары от станции загрузки робокара движется по направлению к включенному маяку. При необходимости изменения траектории включается второй маяк. В такой последовательности продолжается движение робокары до следующей станции перегрузки. При возникновении препятствия по ходу движения робокары осуществляется его фиксация с помощью ультразвуковых датчиков, расположенных в передней части робокары. Информация от датчиков поступает на бортовой компьютер нижнего уровня, обеспечивающего управление колесами робокары для объезда препятствий.

    Вся навигации движения робокары с помощью локатора осуществляется без применения бортового компьютера верхнего уровня, что упрощает систему управления. 

    Общие выводы:

    Предлагаемая  система связи склада и ГПС  с помощью робокары позволяет автоматизировать важный этап обеспечения ГПС заготовками и транспортировку готовых деталей на склад, в другие отделения обработки или на сборку. Робокара имеет высокую мобильность и способы перемещать значительные грузы, в т. ч. сложные корпусные детали требующие длительной обработки на ГПС.

    Система навигации с WEB-камерами требует  использовать более сложное компьютерное оснащение и написание программного кода управления, чем при использовании  локатора и маяков. Однако эта система  может в дальнейшем быть использована для GPS навигации, способной существенно  расширить возможности перемещения  робокары в заводских условиях.