ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6474Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Міценко, Сергій Анатолійович | - |
| dc.contributor.author | Ретівов, Павло Андрійович | - |
| dc.date.accessioned | 2025-12-22T13:00:52Z | - |
| dc.date.available | 2025-12-22T13:00:52Z | - |
| dc.date.issued | 2023-06 | - |
| dc.identifier.uri | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6474 | - |
| dc.description.abstract | На підставі проведеного аналізу обґрунтовано актуальність підвищення ефективності виробництва за рахунок автоматизації транспортноскладської системи, що є найбільш вузьким місцем у виробництві з точки зору автоматизації, шляхом розробки і застосування автоматизованих систем переміщення виробів мобільними транспортними засобами. Удосконалена математична модель системи управління рухом мобільного транспортного засобу, заснована на взаємопов'язаному управлінні бічним і поздовжнім рухом, що дозволило підвищити точність опису динаміки транспортного засобу за рахунок врахування інтервальності його параметрів і наявності запізнювання в каналі управління. Удосконалений метод синтезу регулятора робастної системи на основі розширеного D-розбиття дозволив створити інженерну методику синтезу закону управління для випадку наявності запізнювання, що забезпечує вибір параметрів, при яких досягаються задані показники робастной модальності. Застосування методів аналізу і параметричного синтезу дозволило отримати позитивні результати з точки зору отриманих динамічних характеристик синтезованої системи для мобільних транспортних засобів, що свідчить про доцільність застосування критерію робастної модальності та інженерної методики синтезу на основі розширеного методу розбиття. Спроектована модель, яка є частиною гібридної моделі, призначеної для полунатурного моделювання динаміки мобільного транспортного засобу, і комп'ютерна модель в математичній програмі управління рухом віртуального транспортного засобу, реалізованого в спеціалізованому середовищі, застосування яких дає можливість проведення експериментів, наближених до реальних умов функціонування та проводити оцінку адекватності математичної моделі. | uk_UA |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.title | Автоматизація вибухонебезпечних поточно- транспортних систем | uk_UA |
| dc.type | Bachelor Thesis | uk_UA |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) | |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_151_2023_Ретівов.pdf Restricted Access | 1.21 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «бакалавр» на тему: АВТОМАТИЗАЦІЯ ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ ПОТОЧНО- ТРАНСПОРТНИХ СИСТЕМ Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи АКІТС-2199 спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Павло РЕТІВОВ (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Сергій МІЦЕНКО (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2023 року ЗМІСТ СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ ............................................ 3 ВСТУП ............................................................................................................................ 4 1 АНАЛІЗ СТАНУ АВТОМАТИЗАЦІЇ ПОТОЧНО-ТРАНСПОРТНИХ ОПЕРАЦІЙ .......................................................................................................................................... 6 1.1 Аналіз підходів до автоматизації транспортних систем на базі мобільних засобів ................................................................................................................... 6 1.2 Аналіз існуючих моделей транспортних засобів, методів аналізу і синтезу систем управління ............................................................................................. 13 1.3 Методи синтезу пристроїв управління рухом мобільних транспортних засобів ................................................................................................................. 17 1.4 Аналіз методів транспортування виробів на виробничих підприємствах ... 20 2 ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ ТРАНСПОРТУВАННЯ ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ РЕЧОВИН ....................................................................... 28 2.1 Розробка архітектури автоматизованої системи ............................................. 28 2.2 Розробка структурної схеми та конструкції роботизованої платформи ....... 32 2.3 Розробка структури бази даних ........................................................................ 40 3 ПРАКТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕМІЩЕННЯ ВИБУХОВИХ РЕЧОВИН МОБІЛЬНИМИ ТРАНСПОРТНИМИ ЗАСОБАМИ ................................................. 43 3.1 Побудова комп'ютерної моделі системи управління рухом транспортного засобу з використанням MATLAB ................................................................... 43 3.2 Організація динаміки системи управління мобільним транспортним засобом ............................................................................................................................. 48 3.3 Проектування системи управління рухом транспортного засобу з використанням спеціалізованих середовищ ................................................... 51 ВИСНОВКИ ................................................................................................................. 56 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ .................................................................... 58 ЧДТУ.232257.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Розроб. Ретівов Автоматизація Літ. Лист. Листів Перевір. Міценко вибухонебезпечних поточно- 2 61 Реценз. транспортних систем. Н. Контр. Пояснювальна записка ЧДТУ, АКІТС-2199 Затверд. Лукашенко СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ AGV – автоматично керовані транспортні засоби; LAM – вантажозахватні пристосування; АСУ – автоматизована система управління; БД – база даних; ІС – інформаційна система. НВ – небезпечні вантажі; ПЗ – програмні засоби; ТНС – транспортно-накопичувальна система; ЧПУ – числове програмне управління. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 3 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата ВСТУП Для ефективної роботи поточно-транспортної системи потрібна своєчасна доставка необхідних виробів для їх відвантаження. Робота складу, потребує вирішення питань раціонального складування, контролю надходження, наявності та відпуску виробів. Великою потенційною можливістю в підвищенні ефективності поточно- транспортної системи є автоматизація виконання операцій прийому вибухових виробів на склад і відвантаження їх зі складу за допомогою мобільних транспортних засобів, при цьому необхідно забезпечити безаварійне переміщення виробів у відповідності з обраним швидкісним режимом із зони прийому в зону складування і із зони складування в зону відвантаження, позиціонуванням мобільних транспортних роботів [1-4] в місці розташування необхідної комірки. Усунення ручної праці при проведенні переміщення готової продукції веде до зниження фінансових та трудових витрат, зниження собівартості продукції, прискорення процесів транспортування виробів, виключення людського фактору і вирішення соціальних завдань. Таким чином, актуальним є завдання автоматизації переміщення вибухнебезпечних речовин в поточно-транспортній системі за допомогою мобільних транспортних засобів [5-8]. При автоматизації переміщення вантажів у поточно-транспортній системі важливим завданням є розробка робастної системи управління рухом мобільних транспортних засобів, при якій необхідно мати зручну та адекватну математичну модель мобільного транспортного засобу, методами аналізу і синтезу робастного керування з урахуванням особливостей моделі, проаналізувати сучасний стан питань автоматизації складів, аналізу і синтезу робастних систем із запізненням, що дозволить визначити недоліки існуючих автоматизованих систем переміщення виробів мобільними транспортними засобами і намітити шляхи їх удосконалення. Сучасні виробництва, а саме інтелектуальні виробництва, які розвиваються в напрямку концепції Industry 4.0 використовують мережеві інфраструктури, Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 4 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата інтелектуальні мехатронні системи, здійснюють комунікацію незалежно від місця розташування і компанії. Мета даної кваліфікаційної роботи бакалавра – підвищення ефективності виробництва шляхом використання мобільних транспортних засобів при переміщенні виробів і сировинних продуктів на складі. Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити наступні завдання: − аналіз поточно-транспортних систем для перевезення вибухонебезпечних речовин; − розробка імітаційної моделі автоматизованого складу, алгоритму його функціонування та удосконалення моделі автоматизованої системи управління рухом мобільного транспортного засобу по заданій трасі; − проеткування руху мобільного транспортного засобу з урахуванням інтервальності його параметрів і запізнювання в каналі управління. Практична цінність роботи полягає в підвищенні ефективності транспортно- складських систем шляхом використання мобільних керованих транспортних засобів і автоматизації операцій переміщення виробів. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 5 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 1 АНАЛІЗ СТАНУ АВТОМАТИЗАЦІЇ ПОТОЧНО-ТРАНСПОРТНИХ ОПЕРАЦІЙ 1.1 Аналіз підходів до автоматизації транспортних систем на базі мобільних засобів Існує широкий спектр транспортно-складських систем, що застосовуються в різних виробництвах, організація роботи яких залежить від розмірів складів, виду і кількості перевезеного вантажу, транспортної тари, типу піддонів і можливості використання спеціалізованих контейнерів. Проектування нових складів, як правило, проводиться за принципом «зсередини - зовні», при якому спочатку вибирається вид тари, застосовуваної для складування вантажів, потім вибирається стелажне і підйомно - транспортне обладнання, а в останню чергу визначаються розміри будівлі складу. Автоматизовані транспортно-складські системи (АТСС) дозволяють повністю або частково виключити ручну працю за рахунок використання обчислювальної техніки, за допомогою якої здійснюється автоматизоване управління і контроль транспортно - складського обладнання і контроль за розміщенням вантажів на складі. При використанні АТСС досягається ефективне використання складських площ і прискорення транспортних і складських операцій, що визначає актуальність дослідження таких систем. АТСС класифікуються в залежності від типу і маси транспортованих вантажних одиниць, типу компоновочної схеми, типу основного обладнання та рівня автоматизації [9]. Гнучка автоматизація транспортно-складських систем досягається при використанні модульного принципу побудови. В залежності від потреб виробництва модулі можуть змінюватися, нарощуватися, розширюючи функціонал системи при додаванні нових керуючих блоків. Функціонально модулі та їх компоненти забезпечують синхронізацію виробничих процесів, що призводить до згладжування дискретності і підвищення рівномірності ритму роботи виробництва. Структура і компонування модулів АТСС значно впливає на компоновку всієї Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 6 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата обслуговуваної гнучкої виробничої системи. Основною складською тарою є палета. Часто застосовуються палети євростандарту розміру 800×1200×144 мм вантажопідйомністю 1500 кг, і палети стандарту ISO 6780 розміру 1000×1200×144 мм з такою ж вантажопідйомністю. Для зберігання палет використовуються багатоярусні стелажі, розташування яких всередині складського приміщення може бути різне. Розміщення складської тари в середині стелажів може здійснювати стелажний кран-штабелер, однак при великій кількості стелажів, розташованих в кілька рядів, такий підхід стає економічно невигідним, оскільки передбачається наявність відповідної кількості стелажних кранівштабелерів. Інший підхід полягає в наявності маніпулятора на мобільному транспортному роботі. Доставка палет від зони прийому до зони зберігання і від зони зберігання до зони відвантаження проводиться або конвеєром, або транспортним роботом або електронавантажувачем, причому вибір того чи іншого способу доставки визначається його економічною ефективністю. На рис. 1.1 наведені області економічно доцільного застосування електронавантажувачів і приводних роликових конвеєрів в залежності від інтенсивності вантажопотоку λ, піддонів/годину, і відстані переміщення вантажів l, м. Рисунок 1.1 – Області застосування одного з видів транспортних модулів Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 7 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Як видно з рис. 1.1, при низькій інтенсивності транспортування і великих відстанях переміщення, що часто має місце при складуванні готової продукції вигідніше використовувати електронавантажувачі. Правильний вибір мобільного транспортного робота дозволяє забезпечити більш повну інтеграцію його в АТСС, оперативне реагування на необхідність виконання транспортно - складських операцій, безаварійний рух всередині складу, точність позиціонування вантажів. На рис. 1.1 зображено зони Е і К – області економічно доцільного застосування електронавантажувачів і приводних роликових конвеєрів відповідно; а, б і в - розділові лінії для конвеєрів з роликами діаметром 100 мм, з роликами діаметром 70 мм і для випадку обліку вартості проїздів відповідно. Як правило, промислові мобільні транспортні роботи використовують колісний тип пересування по підлозі складу. При цьому змінити напрямок руху транспортного робота можна як за рахунок повороту рульових коліс навколо вертикальної осі, так і за рахунок різниці в кутах поворотів ведучих коліс відносно горизонтальної осі (рис. 1.2) [9-13]. Рисунок 1.2 – Приклади принципів повороту двовісних колісних транспортних роботів Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 8 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Управління кожним колесом транспортного робота, здатним повертатися в зазначеному напрямку і обертатися з незалежною від інших коліс швидкістю, не має широкого розповсюдження. Диференціальне управління швидкостями обертання ведучих коліс надає велику маневреність і забезпечує можливість розвороту на місці. Ведучі колеса при цьому, як правило, розташовуються на одній осі, а стійкість конструкції надають одне, два або більше вільно обертових опорних колеса (рис. 1.2) [14-16]. На рис. 1.2 зображено: а - з керованими передніми колесами; б - з керованими передніми і задніми колесами; в - з некерованими колесами при великому радіусі повороту; г - з некерованими колесами при нульовому радіусі повороту; O, R - центр і радіус повороту; V1, V2 - лінійні швидкості забігаючого і відстаючого бортів транспортного робота. Рисунок 1.3 – Приклади розташування провідних і опорних коліс транспортних роботів На рис. 1.3 зображено: а - триколісна схема з одним вільним (опорним) колесом; б - чотириколісна схема з двома вільними (опорними) колесами. Переваги триколісної платформи полягають в кращій пристосованості до руху по нерівній поверхні (рис. 1.4). Для чотириколісної платформи транспортного робота недолік, пов'язаний з можливою відсутністю контакту коліс з поверхнею, в деякій мірі, вирішується встановленням амортизаторів на вільні колеса. Однак, при транспортуванні по пласкій поверхні цей недолік проявляється в меншій мірі. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 9 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.4 – Рух по нерівній поверхні: а-триколісного робота; б-чотириколісного робота З іншого боку, ходові характеристики мобільного транспортного робота визначаються розташуванням центру мас щодо коліс. Для транспортного робота з одним вільним колесом потрібно шукати компроміс між концентрацією ваги на вільному колесі і розташуванням центру мас у вертикальній площині, що проходить через вісь обертання ведучих коліс. Для найкращого зчеплення коліс з поверхнею вага робота повинна припадати на привідні колеса, що забезпечується чотириколісної схемою при знаходженні центру ваги у вертикальній площині, що проходить через вісь обертання провідних коліс. Виходячи із зазначених переваг і недоліків при переміщенні виробів всередині виробничого складу, якій має гладке підлогове покриття, найбільш краща схема конструкції ходової частини транспортного мобільного робота з ромбовидним розташуванням двох провідних і двох опорних коліс (рис. 1.3, б). Іншім важливим моментом в організації функціонування автоматизованого складу є вибір способу навігації, що передбачає проведення аналізу існуючих систем навігації [16-18]. При навігації мобільного робота необхідно, в першу чергу, на основі маршруту руху, поточного положення транспортного мобільного робота і пункту призначення визначити траєкторію або можливі траєкторії переміщення. Вибір траєкторії може здійснюватися роботом на підставі аналізу місцевості, наявності перешкод, орієнтирів для руху, розташування і швидкості переміщення інших об'єктів у просторі і т. д. Однак, більш простим і часто використовуваних на практиці є попереднє завдання траси, по якій може рухатися робот. За типом траси можна виділити механічні та інформаційні траси [15]. Механічний спосіб завдання траси має надійність та простоту елементів, що Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 10 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата формують маршрут руху (рейки, стрілки, поворотні столи та ін.). Основним недоліком при цьому способі завдання траси є складнощі зміни конфігурації траси, а перевага полягає в меншій необхідності стеження транспортного робота за трасою. Рух по інформаційній трасі відстежується системою управління мобільного робота і ґрунтується на застосуванні кондукторного або програмного принципу стеження. Використовуваний кондукторний принцип полягає в застосуванні датчика ознаки траси, що визначає наявність відхилення робота від траси, напрямок і величину цього відхилення, місця початку відгалуження і зупинки. Стеження за ознакою траси може мати різну фізичну природу: оптичну, магнітну, електромагнітну (рис. 1.5). У першому випадку на борту транспортного мобільного робота встановлюється оптичний датчик і, можливо, джерело світла, а траса задається нанесеною на поверхню руху світловідбиваючою смугою, відмінною за кольором від фону поверхні [15]. Аналогічно в другому випадку траса може бути задана прокладкою намагніченої смуги. При електромагнітному завданні траси під поверхнею руху прокладається провід, в якому протікає змінний струм 1. Оптичне завдання траси має складності при наявності високої запиленості, нерівномірної освітленості поверхні руху, можливості попадання на трасу сторонніх об'єктів, що перекривають світловідбиваючу лінію і т.п. з іншого боку, магнітне і електромагнітне завдання не застосовується в умовах наявності електромагнітних завад, наприклад, що створюються від технологічного обладнання в цеху, де переміщається робот. При програмному принципі стеження задана траєкторія зберігається в пам'яті системи керування мобільним роботом у вигляді параметрів ділянок прямолінійного руху і повороту, параметрів кривих Безьє, що описують траєкторію [19-21]. На підставі наявних даних система управління формує в кожен момент часу керуючий вплив для виконавчих механізмів, що відповідають за зміну положення робота в просторі, відповідне необхідним миттєвим характеристиками руху. Програмна траєкторія руху може бути задана навчанням мобільного робота, коли оператор в ручному режимі управління один або кілька разів переміщує робот по трасі. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 11 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.5 – Кондукторний принцип стеження при завданні траси за допомогою: а - світловідбиваючої лінії або магнітної стрічки, нанесеної на поверхню руху; б - електричного кабелю, прокладеного під поверхнею руху При цьому система управління робота запам'ятовує маршрут для подальшого автоматичного проходження по ньому. Інший спосіб полягає в визначенні мобільним роботом власного положення в просторі і розрахунку подальшого маршруту руху. Навігація робота в просторі може здійснюватися з використанням тріангуляційних систем на підставі вимірювання за допомогою лазерних, ультразвукових, оптичних та інших методів відстані орієнтирів, що мають заздалегідь відоме положення (рис. 1.6). Рисунок 1.6 – Тріангуляційна система навігації транспортного мобільного робота Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 12 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Також можна виділити змішаний принцип стеження, коли траєкторія задається у вигляді окремо розташованих на поверхні орієнтирів для руху (постійних магнітів, оптичних міток), а пересування між точками здійснюється по траєкторії, яка програмно розраховується і контролюється з застосуванням гіроскопів, акселерометрів, датчиків швидкостей обертання коліс і т.і. (рис. 1.7). Рисунок 1.7 – Завдання траси орієнтирами для руху: а - розташуванням орієнтирів в точках траси; б - сітковим розташуванням орієнтирів Характер динаміки транспортного засобу на трасі при вирішенні навігаційних задач багато в чому визначається механічними параметрами самого об'єкта управління (мобільної платформи), в зв'язку з цим при синтезі системи автоматичного управління необхідно мати математичну модель цієї платформи. Це дозволить синтезувати закон управління, що забезпечує структуру бортової системи, яка відповідає заданим динамічним властивостям і точності. 1.2 Аналіз існуючих моделей транспортних засобів, методів аналізу і синтезу систем управління При розробці і впровадженні ефективних законів управління мобільними транспортними засобами і програмного забезпечення, що реалізує їх, зручно використовувати математичну модель транспортного засобу, що Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 13 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата дозволяє знизити витрати і скоротити час розробки. Математичне моделювання вигідно з точки зору матеріальних витрат, так як не передбачає наявності фізичної моделі транспортного засобу, а також площ і трас для випробування характеристик його руху. Детально підхід до побудови математичних моделей транспортних мобільних роботів, що мають триколісну схему шасі з двома окремо керованими ведучими колесами, викладено в роботах [21-23], в яких рух описується в матричному вигляді з використанням рівнянь ЛагранжаМаксвелла для електромеханічної системи. Для аналогічної триколісної схеми шасі досліджена модель пускових режимів транспортного робота, яка представляє собою систему диференціальних рівнянь руху платформи і диференціальних рівнянь, що описують процеси, які відбуваються в двигунах постійного струму з редукторами, що приводять у рух провідні колеса. Також модель триколісного мобільного робота представлена в роботах [2]. Зазначені моделі не підходять для опису обраного транспортного засобу з чотириколісною схемою шасі, а також не дозволяють представити динаміку системи управління рухом у вигляді структурної схеми для опису динамічних властивостей на рівні складових елементів і підсистем, тому застосування методів класичної теорії управління для їх аналізу, наприклад, в частотній області, є достатньо складним. Наочною і простою для аналізу є модель системи управління рухом чотириколісного транспортного засобу з двома привідними колесами, представлена в роботі [5]. Тут транспортний засіб розглядається як об'єкт, що здійснює в кожен момент часу одночасно два рухи: перпендикулярне і паралельне його поздовжньої осі. Результатом першого руху є зміна бічного відхилення, а другого - зміна поздовжнього положення щодо заданої траси. Процес управління кожним з рухів описується структурною схемою, яка визначає зв'язки між окремими елементами системи управління відповідним рухом, причому математична модель кожного елемента має вигляд передавальної функції. Використовуючи запропоновані моделі бічного і Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 14 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата поздовжнього руху можна в кожен момент часу визначити положення транспортного засобу щодо заданої траси, однак для визначення його положення в просторі модель руху необхідно доповнити моделлю траси. Крім того, оскільки зазначені системи управління є взаємопов'язаними, слід розглядати узагальнену модель системи управління рухом транспортного засобу. До недоліків всіх перерахованих моделей також необхідно віднести відсутність врахування часового запізнювання, що виникає через часові затримки при зчитуванні показань датчиків, розрахунку, формуванні та подачі керуючих впливів на виконавчі пристрої мобільного транспортного засобу, що особливо важливо при віддаленому управлінні транспортним засобом, а також відсутність врахування інтервальності параметрів об'єкта управління, особливо при оцінці стійкості систем управління. Вибір методу аналізу стійкості та якості процесу керування рухом мобільного транспортного засобу залежить від виду математичної моделі, застосовуваної для його опису. При використанні апарату передавальних функцій модель системи управління може бути досліджена за допомогою класичних критеріїв стійкості Ляпунова, Гурвіца, Михайлова, Найквіста, логарифмічного критерію стійкості та ін. Однак при побудові моделі мобільного засобу, що здійснює транспортно-складські операції, необхідно брати до уваги той факт, що деякі параметри моделі в процесі виконання чергової логістичної операції можуть відрізнятися від попередніх. Наприклад, повна маса буде різною при русі від одного до іншого місця завантаження/вивантаження в залежності від маси перевезеної готової продукції; заряд акумуляторів буде різним до початку та після виконання чергової транспортно-складської операції. Деякі інші параметри моделі також зручно вважати змінними для вибору їх найкращого значення на етапі проектування транспортного засобу, наприклад, відстань від місця розташування датчика бічного відхилення до центру мас транспортного засобу. Таким чином, виникає завдання аналізу робастної стійкості системи Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 15 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата керування транспортним мобільним роботом з параметрами, значення яких знаходяться в межах деякого інтервалу і заздалегідь невідомі, тобто об'єкт управління має властивість інтервальності. Огляд існуючих підходів до дослідження робастної стійкості динамічних систем наведено в роботах [20]. Для систем, модель яких представляється у вигляді дробово-раціональної передавальної функції з інтервальними параметрами, стійкість визначається по положенню коренів полінома знаменника для всіх можливих значень параметрів: при робастній стійкості система не повинна мати коренів, що знаходяться в правій півплощині комплексної площині коренів або розташованих на уявній осі для будь-якого параметра, що знаходиться всередині заданого інтервалу [6,7]. Для визначення стійкості інтервальної системи, необхідно і достатньо визначити розташування коренів всього лише чотирьох поліномів [2]. Спростити дослідження робастної стійкості дозволяє критерій, , згідно з яким необхідна побудова лише одного частотного модифікованого годографа Михайлова [1]. Перераховані методи дозволяють досліджувати системи, характеристичне рівняння яких не містить запізнювання. Однак ігнорування наявності запізнювання може бути причиною погіршення динамічних характеристик або навіть нестійкості системи [12]. В даний час велика кількість досліджень присвячено розробці критеріїв стійкості, що враховують зміну часу запізнювання в деяких межах. У розроблених критеріях використовуються підходи до аналізу стійкості, що базуються на методі Ляпунова, складність якого полягає у виборі функціоналу Ляпунова. При цьому інші параметри системи, крім часу запізнювання, вважаються відомими і жорстко заданими. Для систем з запізненням, характеристичне рівняння яких містить квазіполіном, у разі застосування частотного підходу пропонується використання тестуючої функції [36] або модифікованого годографа Михайлова [40] за умови стійкості номінального квазіполинома системи без Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 16 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата зміни параметрів, яке можна визначити по методиках, зазначеним у роботі [7], тобто потрібен додатковий аналіз системи. У розглянутих роботах досліджується тільки стійкість інтервальних систем, для яких необхідно, щоб всі корені сімейства характеристичних поліномів знаходилися в лівій напівплощині площині коренів. У більш загальному випадку аналізується належність коренів сімейства характеристичних рівнянь області, заданої на підставі необхідних показників якості функціонування системи, тобто досліджується робастна модальність системи. Наприклад, область площини коренів, що знаходиться лівіше вертикальної лінії y = - η, при η>0 визначає ступінь стійкості системи [9]. У роботі [40] сформульовано узагальнений частотний критерій для дослідження робастної модальності лінійних безперервних і дискретних систем, коефіцієнти яких лінійно залежать від параметрів, що мають еліптичні обмеження. Однак запропонований критерій призначений для дослідження систем, які не мають запізнювання в каналі управління. Таким чином, виникає необхідність у розробці простого критерія, що дозволяє оцінювати робастну модальність систем, представлених у вигляді передавальної функції, що містить ланку із запізненням. 1.3 Методи синтезу пристроїв управління рухом мобільних транспортних засобів У випадках, коли модель об'єкта управління представлена у вигляді передавальної функції, можливе використання методів класичної теорії управління. Для параметричного синтезу робастних регуляторів невеликого порядку запропоновано [41] кореневий метод, заснований на локалізації коренів інтервального характеристичного полінома в заданій області. У роботі [21] для гарантованої робастної стійкості використовується метод D-розбиття в площині одного або двох варійованих параметрів регулятора. У перерахованих роботах розглядаються системи без запізнювання. Спосіб синтезу класичного ПІД-регулятора, що забезпечує задане розташування коренів, яке Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 17 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата відповідає критеріям якості управління, для системи із запізненням запропонований у роботі [6] та заснований на побудові кривих D-розбиття. Однак зазначений спосіб синтезу не враховує можливої інтервальності параметрів об'єкта управління. У [3] на основі методу функцій Ляпунова отримано безперервний закон управління для триколісного мобільного транспортного засобу з трьома колесами і неповністю визначеними параметрами системи. Недоліком використовуваного підходу є складність вибору виду закону управління для об'єкта, представленого у вигляді диференціальних рівнянь руху, тобто той закон управління в загальному вигляді, який був обраний для триколісної схеми шасі, може не дати прийнятної якості управління для схеми шасі іншого типу. У роботі [4] використаний безітераційний алгоритм знаходження налаштувань ПІД-регулятора для системи з інтервальними параметрами і запізненням. Застосування отриманих у статті формул обмежене конкретним видом передавальної функції об'єкта управління другого порядку і видом застосованого ПІД-регулятора. Крім того, розглядається тільки максимальна ступінь стійкості замкнутої системи без урахування інших показників якості управління. При дослідженні методів синтезу законів управління для інтервальних систем із запізненням, є й інші роботи, що використовують апарат сучасної теорії автоматичного управління. У статті [10] корекція запізнення в каналі управління досягається за рахунок застосування аналітичного екстраполятора і розширеного фільтра Калмана, причому параметри системи вважаються не інтервальними, а конкретно заданими. Деякий аналіз існуючих сучасних методів синтезу керуючих пристроїв для систем без запізнювання наведено в роботі [12]. На підставі проведеного аналізу авторами обрано метод аналітичного синтезу закону управління «по виходу та впливам». Серед переваг розглянутого методу є і основний недолік, пов'язаний з більш складною реалізацією пристроїв управління. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 18 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Параметрична оптимізація в просторі станів розглядається в роботі [12], де для забезпечення робастної модальності системи використовуються чисельні методи оптимізації, однак досліджується система без запізнювання. Використання інтелектуальних методів для забезпечення робастного управління призводить до необхідності проектування закону управління, що має більш складну реалізацію в порівнянні, наприклад, з ПІД-законом управління. Таким чином, підвищуються вимоги до продуктивності керуючого обчислювального пристрою, потрібні спеціалізовані системи програмування контролерів або мікроконтролерів, що мають вбудовану підтримку розробки інтелектуального управління, а при їх відсутності завдання програмування повинно виконуватись розробниками системи управління. Таким чином, на етапі синтезу пристрою управління рухом транспортного мобільного робота, необхідно розробити аналітичний метод синтезу, що поєднує переваги розглянутих, а саме: враховувати інтервальність параметрів системи управління, враховувати наявність запізнювання в каналі управління, а також отримати управління з необхідними показниками якості. При цьому бажано, щоб структура пристрою управління була досить простою для реалізації і широко застосовуваної в промисловості. Наприклад, бажано використання П -, І -, Д -, ПІ -, ПД -, ІД -, ПІД - регуляторів, так як їх апаратна реалізація широко поширена, а програмна реалізація застосовується в багатьох системах програмування сучасних контролерів і мікроконтролерів. Проведений аналіз показав, що найменший рівень автоматизації мають кінцеві логістичні операції транспортно - складського типу, де використовується ручна праця. У зв'язку з цим актуальним є підвищення ефективності виробництва за рахунок вивільнення ручної праці на кінцевих логістичних операціях шляхом використання мобільних керованих транспортних засобів та автоматизації операцій складування і відвантаження виробів. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 19 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата На основі проведеного аналізу обґрунтована доцільність застосування ходової частини транспортного мобільного робота з ромбовидним розташуванням двох провідних і двох опорних коліс. Обґрунтована необхідність у розробці простого критерія, що дозволяє оцінювати робастну модальність систем, представлених у вигляді передавальної функції, що містить ланку із запізненням. На етапі синтезу пристрою управління рухом транспортного мобільного робота, необхідно розробити аналітичний метод синтезу, що дозволяє: враховувати інтервальність параметрів системи управління, враховувати наявність запізнювання в каналі управління, а також отримати управління з необхідними показниками якості. 1.4 Аналіз методів транспортування виробів на виробничих підприємствах У епоху Industry 4.0 затребувані рішення, що адаптуються, для подолання пікових навантажень або дефіциту ресурсів. Завдяки виробничим осередкам, що конфігуруються, транспортуванню деталей і інструментів за допомогою автоматично керованих транспортних засобів (AGV) і розділенню логістики і виробництва матричне інтелектуальне виробництво може стати основним чинником конкуренції [3]. Прогресуюча індивідуалізація в епоху Industry 4.0 міняє виробництво. Із-за нестабільності ринків усе більш важливим стає виробництво невеликих партій продукції без збитку для рентабельності. Однією з основних проблем є виробництво зростаючого числа варіантів і моделей одного виробу в різній кількості. У галузі радіоелектроніки це викликано, наприклад, підвищеним рівнем індивідуалізації. Концепція інтелектуального виробництва дозволяє в перспективі розвинути виробництво промислового масштабу з високою здатністю до адаптації, яке буде об'єднано в мережу упродовж усього виробничого ланцюжка. Система може бути миттєва автоматично переобладнувана на Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 20 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата інший тип продукції - без простоїв і зупинки виробництва. Це дозволить без обмежень проводити індивідуалізовані серії продукції, що є важливою складовою Industry 4.0, у рамках промислового масового виробництва [4]. Інтелектуальне виробництво засноване на стандартизованих виробничих осередках. Вони розташовуються практично у будь-якій кількості на одному рівні. Усі осередки оснащені устаткуванням, не залежним від продукції, що виготовляється, і мають базові функції для конкретного виду продукції. Усередині осередків розташовані поворотні столи для укладання деталей, приймальні пристосування для інструментів і роботи, які виконують відповідний процес. Ці виробничі осередки можна доукомплектувати устаткуванням, призначеним для виготовлення конкретного виду продукції. Зварювання, склеювання, штампування, пайка і клепка: можна інтегрувати практично будь-який процес. Транспортування деталей і інструментів здійснюється за допомогою автоматично керованих транспортних засобів (AGV). За допомогою навігаційного алгоритму SLAM вони прямують до окремих осередків. Після прибуття в осередок робот бере деталі для виконання певних операцій. Ці деталі потім обробляються з використанням інтелектуальних застосувань на базі робота, таких як технологія Jigless Bodyshop. При цьому один робот тримає одну деталь, другий робот - іншу деталь. Обидві деталі з'єднуються в єдине ціле, після чого третій робот, так званий технологічний робот, може виконувати їх зварювання. Зберігаються деталі на складі. На інструментальному складі знаходяться інструменти для виготовлення певних типів продукції. Автономні AGV, що пересуваються, можуть брати різні деталі і інструменти за допомогою вантажозахватних пристосувань (LAM), що індивідуально конфігуруються, і перевозити їх. Логістичні процеси і виробництво в інтелектуальному виробництві розділені, що є основною вимогою Industry 4.0. Завдяки такому рішенню система з логістикою різних Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 21 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата деталей у будь-який момент при сильному завантаженні може бути переорієнтована на інші осередки [4]. Крім того, вона може включити додаткові осередки, або виключити осередки з процесу. Ланцюжок створення вартості при цьому не уривається. Логічний зв'язок логістики і виробництва здійснюється за допомогою програмного забезпечення. Існує багато методів транспортування деталей, що задовольняють потреби промислового виробництва [5]. Виконаємо класифікацію даних пристроїв за призначенням: − доставка із складу в необхідний момент часу до необхідної виробничої ділянки вантажів; − доставка, орієнтування і установка заготівель, напівфабрикатів або виробів в необхідний момент часу на необхідне технологічне устаткування; − знімання напівфабрикатів або готових виробів з устаткування і подальше транспортування їх в задану адресу; − відправка в накопичувач вантажів і видача їх з накопичувача в необхідний момент часу; − доставка напівфабрикатів або готових виробів з виробничих ділянок на склад. При обиранні засобу і способу транспортування необхідно орієнтуватися передусім на класифікацію вантажів і транспортних систем. Вантажі розділяються: − по масі; − за способом завантаження (у тарі, без тари, орієнтовані, навалом); − за формою (вал. корпус, диск, циліндр і так далі); − по виду матеріалів (метал, неметал і так далі); − по властивості матеріалу (твердий, крихкий, пластичний). У свою чергу транспортні засоби підрозділяються: − – за призначенням (внутрішньоцехові, міжопераційні); Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 22 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата − за способом переміщення (у тарі, без тари, в навалювання, орієнтовані, в супутниках); − за способом руху (періодичні і безперервні); − за напряму руху (прямоточні, поворотні); − за принципом роботи (що несуть, штовхають, тягнуть); − за схемою руху (лінійні, замкнуті, такі, що галузяться, неветвящпеся): по конструктивному виконанню (рейкові і безрейкові); − за принципом маршрутослежения (механічні, по приладах із зворотним зв'язком. індуктивні, оптоелектронні, керовані по радіо); Оптимальна транспортна система повинна забезпечувати: − мінімальне число дійсно необхідних операцій; − мінімальну відстань транспортування і число перевалів вантажів; − автоматизацію кожної операції і усього процесу транспортування; − максимально можливе поєднання підйомно-транспортних операцій з технологічними; − використання для автоматизації процесів прогресивних високопродуктивних засобів; − однотипність засобів автоматизації процесів транспортування; − мале число перетинів і відгілкувань; − вимоги охорони праці; − економічну ефективність; − ремонтопридатність. При виборі типів, вантажопідйомності і кількості транспортних засобів необхідно враховувати розділення транспортних засобів на основні і допоміжні. Основні транспортні засоби проектуються централізовано і випускаються серійно, а допоміжні засоби часто виготовляють за місцем, оскільки їх типоразмери різноманітні. На рисунку 1.8 приведена класифікація транспортних засобів на виробництві. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 23 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.8 – Класифікація транспортних засобів на підприємстві Транспортні пристрої автоматизованих систем призначені для переміщення деталей і складальних одиниць з позиції на позицію, розподіл деталей по потокам, повороту і орієнтації деталей. Всі транспортні пристрої ділять на автоматизовані системи з жорсткою і гнучкою зв'язком. Сюди ж в якості складової частини транспортних механізмів з гнучким зв'язком можна віднести транспортери-накопичувачі; магазини-накопичувачі; бункери-накопичувачі. До групи транспортних механізмів систем з гнучким зв'язком відносять і транспортні засоби переналагоджуваних автоматизованих систем. Їх особливістю є широке використання автоматизованих складів і накопичувачів, що обслуговуються штабелерами, транспортними візками з маніпуляторами, приймально-передавальними пристроями, поворотними столами, що дозволяє об'єднувати їх в транспортно-накопичувальні системи (ТНС). Характер роботи, склад і конструктивні особливості транспорту залежать від характеристик виробів і характеру основних і допоміжних операцій. Робота транспорту в найбільшою мірою впливає на надійність і продуктивність автоматизованих систем [6]. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 24 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Технічні засоби ТНС ділять на дві групи: основне обладнання та допоміжне. Основне обладнання призначене для переміщення вантажів в умовах автоматизованого виробництва (стелажні і мостові крани-штабелери, транспортні роботи, конвеєри, накопичувачі, перевантажувальні та орієнтують пристрої, транспортно-складська тара, засоби АСУ). Допоміжне обладнання: штовхачі, орієнтатори, підйомники, живильники, адресователі. Транспортні та накопичувальні засоби вибирають на основі аналізу вантажопотоків на ділянці або в цеху з урахуванням властивостей матеріалів виробів. При виборі схеми вантажопотоків необхідно враховувати найменші по протяжності маршрути переміщення вантажів, мінімальне застосування перевантажувальних пристроїв, кантователів. Особливістю автоматизованого виробництва є застосування в якості транспортних засобів кранів-штабелерів і транспортних промислових роботів. Всі транспортні засоби, що використовуються на цих ділянках, повинні бути оснащені системами автоматичного адресування і мати пристрої автоматичного навантаження-розвантаження вантажів. Крім того, в умовах автоматизованого виробництва широко застосовують підвісний транспорт, підлогові конвеєри, транспортери, возовий транспорт. До підвісному транспорту відносяться: − підвісні конвеєри для внутрішньоцехових і міжопераційних переміщень деталей і виробів вагою до 2 т на відстань до 1000 м, для створення рухомих запасів деталей на робочих підвісках конвеєра; важчі вантажі вагою до 2,5 т і вище можуть транспортуватися на конвеєрах з візками; − підвісні монорельси для внутрішньоцехових вантажопотоків максимальною вантажопідйомністю до 20 т; − монорейкові транспортні роботи з пристроями для переміщення і маніпулювання виробами вагою до 300 кг; Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 25 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата − підвісні дороги з електричною тягою і причіпними візками вантажопідйомністю до 500 кг. До підлоговим конвеєрів і транспортерів для поточного виробництва відносяться: − рольганги (приводні та неприводні похилі) для міжопераційного переміщення виробів вагою до 1200 кг; − стрічкові конвеєри для транспортування дрібних деталей вагою до 250 кг з малим тактом випуску; − візкові конвеєри, що застосовуються для транспортування виробів на складальному ділянці, рідше на механічних ділянках. Залежно від габаритів виробів застосовують вертикально і горизонтально замкнуті конвеєри вантажопідйомністю до 8000 кг і до 1000 кг відповідно; − крокуючі конвеєри з пульсуючим переміщенням виробів при складанні вантажопідйомністю до 7 т при щодо малих габаритах і простоті конструкції. До підлого-візкового внутрішньоцехового транспорту відносяться: − електронавантажувачі і електровізки (електрокари) вантажопідйомністю до 0,5 т; − електроштабелери підлогові вантажопідйомністю до 2 т; − транспортні підлогові роботи (рейкові і безрейкові), змонтовані на візках і керовані за програмою. Компонування автоматизованих систем визначається технологічним процесом, конструктивно-технологічними особливостями, заданим обсягом випуску виробів, конкретними умовами виробництва і характеризується структурою технічних засобів і схемою їх розташування [6]. Структура технічних засобів – якісний і кількісний склад основного і допоміжного обладнання – залежить від характеру виробничого процесу і обсягу випуску виробів. Наприклад, форма спеціалізації виробничої системи визначає однотипність і взаємозамінність технологічного обладнання; наявність міжопераційних заділів викликає необхідність включення в Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 26 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата автоматизовану виробничу систему магазинів-накопичувачів. Міжопераційний передача деталей в процесі обробки вимагає єдиної транспортної системи, а робота за принципом склад - верстат - склад - локальних транспортних систем. Необхідність межопераційного контролю вимагає організації контрольних постів (осередків), а застосування автоматизованих засобів контролю в процесі обробки деталей в складі обладнання призводить до відсутності контрольних осередків всередині виробничого процесу. Від прийнятої системи управління і ступеня її автоматизації залежить включення в компоновку керуючих пристроїв (диспетчерських пультів, систем ЧПУ, засобів збору і передачі інформації, ЕОМ різного рівня). Залежно від прийнятого поділу виробничого процесу розрізняють автоматизовані виробничі процеси з предметної (в тому числі предметнозамкнутої) і з технологічної формами спеціалізації. У предметно-замкнутих системах повністю або частково виготовляють одне або групу виробів, в системах з технологічної спеціалізації виконують окремі види робіт для широкої номенклатури виробів. На предметно-замкнутих ділянках виділяють зони обладнання з ЧПУ і зони обладнання з ручним управлінням. Розрізняють також зони попередньої, основної і остаточної обробки. У зонах попередньої і остаточної обробки застосовують обладнання з ручним управлінням. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 27 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 2 ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ ТРАНСПОРТУВАННЯ ВИБУХОНЕБЕЗПЕЧНИХ РЕЧОВИН 2.1 Розробка архітектури автоматизованої системи Для реалізації автоматизованої доставки деталей до робочого місця пропонується реалізувати наступну архітектуру системи керування виробничою ділянкою, що показано на рисунку 2.1. Рисунок 2.1 – Архітектура автоматизованої системи керування виробничою ділянкою До складу автоматизованої системи входять: − сервер з встановленою системою керування базами даних та програмою керування роботизованою платформою; Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 28 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата − роботизована платформа; − модуль визначення типу деталі; − робочі місця виробничої ділянки. Інтелектуальна роботизована платформа працює самостійно в межах виробничої ділянки. Керуючись даними, що отримані від сервера, вона визначає маршрут слідування до потрібного робочого місця з метою доставки потрібної деталі. Роботизована платформа реалізує одну з концепцій Industry 4.0, а саме автоматизовану логістичну систему безперервного постачання матеріалів до робочої зони верстатів з ЧПУ. Програма, що встановлена на сервері, отримує дані з роботизованої платформи через засоби безпровідного зв’язку. За допомогою візуального інтерфейсу оператору відображається поточне положення мобільних платформ на плані виробної ділянки. Програма має інтерфейс для ручного керування роботою платформи для корегування її положення або виконання складних задач, що виходять за межі її самостійної роботи. Розглянемо приклад одного з сценаріїв роботи автоматизованої системи. На першому кроці ERP-система передає в автоматизовану систему загальне замовлення на переміщення товару (сировини, матеріалів) на виробництво в усі цехи, всі виробничі лінії на добу. За цим завданням WMS переміщує сировину (матеріали) в буферну зону, де в процесі передачі товару виконується передача відповідальності від складу до виробництва. Далі управління рухом товарів на виробництві переходить до автоматизованої системи. Формується завдання на переміщення сировини на проміжний виробничий склад. На другому кроці, у певний момент часу в системі формуються завдання на переміщення сировини і матеріалів до виробничих ліній. Ці завдання можуть бути скореговані на обсяг товару для однієї зміни або формуватися на основі місткості осередку виробничої лінії. В системі враховується партія сировини, поданого в виробництво. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 29 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата В результаті виробництва з'являється готова продукція. Тут же на виробничій лінії на основі значень вимірюваних параметрів, заданих обсягів випуску готова продукція може отримати різні статуси: придатна, умовногодна, надлишок. Залежно від статусу подальші процеси руху і обробки цієї продукції, а відповідно і завдання по її переміщенню, будуть відрізнятися. У процесі виробництва утворюється брак та інші відходи. Автоматизована система повинна враховувати їх кількість, оскільки це вплине не тільки на собівартість продукції, а й на формування завдань поповнення сировини на виробничі лінії. Залишки сировини або матеріалів можуть залишитися на виробничій лінії на наступну зміну або їх повернуть на загальний виробничий склад і потім на склад сировини. Ці переміщення також формуються в системі по певних подій або рішенням. Готова продукція може упаковуватися в короби на виробничій лінії або в окремій зоні упаковки. У будь-якому з варіантів саме на виробництві відбувається маркування виробів, коробів або палет, виконується агрегація виробів в упаковки. Оскільки в системі є вся необхідна інформація, то вона самостійно може керувати тим, які етикетки, якого формату і з якою інформацією друкувати в тому чи іншому випадку, наприклад для певного виробництва. Готову продукцію роботизована платформа переміщує на виробничий склад готової продукції, де виконується виробничий контроль. Продукція, що пройшла контроль відправляється на основний склад. Цей процес, як правило, також управляється автоматизованою системою, оскільки переміщення продукції на склад проводиться через конвеєр без керуючих завдань з ERP. Браковані вироби можуть бути доопрацьований і знову перетворені в придатну продукцію або відходи, які, в свою чергу, можуть бути перероблені. Брак та відходи, що переробляються, переміщаються з виробництва на основний склад або в інші цехи. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 30 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Як було зазначено в попередніх розділах, задача інтелектуального роботизованого пристрою, що розроблюється, доставка деталей до робочого місця зі складу без участі людини. Визначення типу деталі повинно бути реалізовано автоматичних способом. Існують декілька методів розпізнавання типу деталей: − – за візуальними ознаками деталі; − за характерними властивостями деталі, що роблять її унікальною; − за спеціальними мітками, що заздалегідь нанесені на її поверхню, або на тару. Візуальне розпізнавання деталей потребує застосування системи технічного зору з використанням складних алгоритмів ідентифікації. На даний час ще не існує методики 100% визначення типу деталей за її візуальними ознаками. Існує певна вірогідність, що деталь буде розпізнана не точно (вплив освітлення, зайві перешкоди, що присутні поряд з предметом) і без контролю з боку людини це може привести к тяжким наслідкам та, навіть, руйнуванню виробничої лінії. Таким чином ми не можемо обирати цей метод для реалізації в роботі інтелектуального роботизованого пристрою. Визначення типу деталі за її характерними властивостями також не має сто-відсоткової вірогідності, оскільки такі параметри, як вага розмір, колір або форма можуть бути легко змінені в процесі експлуатації або неякісного зберігання. Вище розглянуті методи розпізнання часто потребують досить потужних обчислювальних засобів, високої пропускної здатності комп’ютерних мереж та наявності коштовних приладів регістрації вимірюваних параметрів (промислові відеокамери, пристрої контролю ваги, кольору). Метод розпізнавання деталей за спеціальними мітками вільний від розглянутих вище недоліків. Він простий в реалізації і дає максимальну із можливих вірогідність визначення типу деталі та її призначення. Такий метод вже дуже давно використовується на лініях сортування продукції на виробництві. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 31 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Таким чином, ми будемо використовувати у нашій інтелектуальній роботизованій платформі метод визначення типу деталі за радіочастотною міткою, що буде нанесена на саму деталь, або вкладена в тару в якій зберігається деталь. 2.2 Розробка структурної схеми та конструкції роботизованої платформи Структурна схема інтелектуальної робототехнічної платформи показана на рисунку 2.2. Рисунок 2.2 – Структурна схема інтелектуальної робототехнічної платформи Як можна бачити з наведеного рисунку, до складу платформи входять: − двигуни з сервоприводами, що приводять платформу до руху (два лівих та два правих); − таходатчик; − драйвери двигунів; − контролер Arduino; Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 32 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата − контролер Bluetooth; − пристрій для зчитування RFID-міток. Для контроля за рухом платформи та визначення її положення в просторі використовуються таходатчики. На кожну сторону платформи ставиться по одному таходатчику. Колеса рухаються синхронно, тому датчики можна ставити по одному. В якості датчика використовується модуль «Оптичний датчик перешкоди (кінцевий вимикач)». Даний пристрій може використовуватися для вимірювання швидкості обертання за допомогою диска з прорізами або як датчик перешкоди. Принцип роботи – визначення об'єкта (перепони) між прорізами. Так само цей модуль можна використовувати в якості високоточного кінцевого датчика положення (ENDSTOP). Зовнішній вигляд таходатчику, що використовується в конструкції дослідного макету показано на рисунку 2.3. Рисунок 2.3 – Зовнішній вигляд таходатчику, що використовується в конструкції дослідного макету Датчик має чотири виходи: – VCC: напруга живлення; Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 33 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата – GND: загальний провід; – DO: цифровий вихід; – АТ: аналоговий вихід. Для підключення до контролеру будемо використовувати цифровий вихід DO. Датчик живиться від напруги 3,3 В - 5В. Ширина пазу датчика для роботи з кодовим диском становить 5 мм. В якості керуючого елементу використовується компаратор LM393. В якості контролера була обрана плата Arduino UNO, що базується на мікроконтролері ATMega328. Arduino представляє собою цілу екосистему, що складається з набору апаратних і програмних компонент, покликаних різко зменшити поріг входження для початківців розробників систем автоматизації та робототехніки. Характеристики даного контролера: – напруга живлення – 5 В; – кількість цифрових виходів – 14; – кількість аналогові виходів – 6; – кількість Flash-пам’яті – 32 КБ; – тактова частота роботи – 16 МГц; – мікроконтролер ATmega328. Даний контролер був обраний через його популярність, демократичну ціну, стабільність та зручність роботи. Пристрій має великій набір входів та виходів, невеликі розміри, наявність варіантів підключення до елементу живлення. Традиційно використовується живлення від USB, але в нашому випадку, ми будемо використовувати автономний акумулятор 12 – 14В. Для цього в контролері є спеціальний вхід Vin, до якого можна підключити зовнішній пристрій живлення. Сімейство Arduino складається з двох основних частин: апаратна частина являє собою набір змонтованих друкованих плат з відкритими специфікаціями, які випускаються як офіційними дилерами, так і сторонніми розробниками. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 34 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Програмна частина складається з середовища розробки (IDE), набору компіляторів і бібліотек Arduino. Сама компанія називає мову програмування Wire; насправді ця мова уявляє собою спрощена підмножина мови програмування С ++. На платі є піни для підключення пристроїв розширення за допомогою послідовного інтерфейсу, використовуючи протокол UART. Для рішення нашої задачі ми будемо використовувати модуль бездротового зв’язку Bluetooth. В якості модуля Bluetooth використовується модуль HC-06. На рисунку 2.4 наведено зовнішній вигляд даного модуля, що підключено через перехідник для настроювання його параметрів роботи. Рисунок 2.4 – Зовнішній вигляд модуля Bluetooth HC-06 Двигун постійного струму встановлений в пластмасовий корпус в якому знаходиться понижуючий швидкість обертання редуктор з пластмасових шестерень і збільшує зусилля на валу механізму. На вал мотор-редуктора насаджується ведучій вал. Вал виходить з двох сторін корпусу редуктора. Ведучій вал може встановлюватися з будь-якого боку корпусу. На другу частину валу мотор-редуктора встановлюють диск з отворами, Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 35 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата що дозволяє працювати оптичному датчику контролю параметрів обертання валу. Характеристики двигуна: – номінальний струм: 250 мА макс. при напрузі 3,6 В; – напруга живлення: 6 – 8 В; – швидкість обертання без навантаження: 170 об / хв (при напрузі 3,6 В); – передавальне число редуктора: 1: 48; – осі виходять з двох сторін; – діаметр осей: 5 мм; – розміри: 64x20x20 мм; – вага: 26 г. Для керування двигуном постійного струму в макеті використовується спеціалізований драйвер L9110S-MODUL. Рисунок 2.5 – Зовнішній вигляд драйверу L9110S Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 36 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Зовнішній вигляд драйверу показаний на рисунку 2.5. Даний драйвер може використовуватися для управління двома двигунами постійного струму або 4-х фазними або двофазним кроковими двигунами, а також обмотками реле. Після подачі живлення повинен засвітитися світлодіод позначений D1. Модуль можна закріпити на плоскій поверхні за допомогою шурупів або болтів. Для цього на платі передбачено чотири отвори. Управління драйвером здійснюється або від контролера, або від іншого мікропроцесорного керуючого пристрою за допомогою спеціальних програм. Мікросхеми модуля працюють за принципом H-моста і використовуються для зміни полярності живлення мотора. L9110S-MODUL має два інтерфейси для підключення живлення, мікроконтролера і керованих пристроїв: – інтерфейс для підключення керованих пристроїв складається з двох елементів і кожен з них має по 2 контакту. На платі модуля ці інтерфейси позначені MOTOR A, MOTOR B; – інтерфейс для підключення живлення та керуючих сигналів має 6 штирьових контактів. Контакти живлення модуля позначені VCC і GND. Контакти для підключення керуючих сигналів від мікроконтролера позначені A – IA, A – IB (для виходу MOTOR A); B – IA, B – IB (для виходу MOTOR B). Живлення модуля здійснюється або від контролера, або іншого мікропроцесорного керуючого пристрою, або зовнішнього джерела живлення. Напруга живлення 2,5 ... 12 В. Споживання струму до 800 мА на кожен канал. Характеристики модуля: – модуль зібраний на двох мікросхемах L9110S; – мікросхеми L9110S працюють за принципом H-моста; – можливість управління двома двигунами постійного струму або чотирьох провідним двофазним кроковим двигуном, а також обмотками реле; – напруга живлення модуля: 2,5 ... 12 В; Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 37 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата – споживання струму: до 800 мА на кожен канал; – розміри (Д х Ш х В): 30х24х15 мм. Для визначення присутності деталі на роботизованій платформі та визначення її типу використовується зчитувач RFID міток RC522. RFID-модуль працює на частоті 13.56 МГц, має SPI-інтерфейс для підключення к модулю Arduino. Основні характеристики модуля: – базується на мікросхемі MFRC522; – напруга живлення: 3.3V; – струм: 13-26mA; – споживаний струм в режимі очікування: 10-13ma; – споживаний струм в сплячому режимі: менше 80 мкА; – робоча частота: 13.56MHz; – дальність зчитування: 0 ~ 60 мм; – інтерфейс: SPI, максимальна швидкість передачі 10Мбіт / с; – розмір: 40мм х 60мм. Всі перелічені модулі, що входять до складу структурної схеми розташовано на двох деталях (верхньої та нижньої) шасі роботизованої платформи. Робота платформи складаються з трьох основних етапів: – очікування вантажу в боксі завантаження; – розпізнавання деталі та визначення маршруту слідування; – розвантаження та повернення в бокс завантаження. Перед початком роботи платформа перевіряє зв’язок з сервером, де розміщується база даних. Тільки після встановлення зв’язку, можлива подальша робота. Сервер виконує функції контролюючого модуля та довідкової системи яка дає необхідну інформацію про кожну деталь, яка зареєстрована в системі за її унікальним кодом. На першому етапі платформа знаходиться в боксі на автоматизованому сховищі та очікую, поки автоматизований завантажувач, або людина розмістить деталь на платформі. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 38 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Після того, як деталь з’явиться на платформі, зчитувач RFID отримує записаний на мітці, що прикріплена до деталі, унікальний цифровий ідентифікатор. За даним ідентифікатором визначається тип деталі та її призначення. Ця операція виконується за допомогою модуля Bluetooth через який проводиться зв’язок з сервером та пошук у базі даних повної інформації про деталь. Після отримання інформації, що деталь знаходиться на платформі і визначення її призначення сервер визначає місце її призначення та передає адресу на інтелектуальну платформу. За вказаним адресом платформа визначає маршрут слідування та прокладає його в приміщенні виробничої ділянки. Після доставки деталі до місця призначення роботизована платформа очікує поки її розвантажать (пропаде зв’язок з деталлю, що неї знаходиться) та повертається до початкового місця розташування. В результаті розроблена архітектура автоматизованої системи та алгоритм роботи роботизованої платформи. Згідно запропонованому методу керування, інтелектуальна роботизована платформа працює самостійно в межах виробничої ділянки. Керуючись даними, що отримані від сервера, вона визначає маршрут слідування до потрібного робочого місця з метою доставки потрібної деталі. Обрано спосіб автоматичного визначення типу деталі. Роботизована платформа реалізує одну з концепцій Industry 4.0, а саме автоматизовану логістичну систему безперервного постачання матеріалів до робочої зони верстатів з ЧПУ. Запропоновано використовувати метод визначення типу деталі за радіочастотною міткою, що нанесена на саму деталь, або вкладена в тару в якій вона зберігається. Згідно з обраними рішеннями, розроблена структурна схема та конструкція роботизованої платформи. Обрані компоненти для практичної реалізації макету інтелектуального пристрою. Для рішення задачі комунікації між компонентами автоматизованої системи ми будемо використовувати модуль бездротового зв’язку Bluetooth. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 39 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 2.3 Розробка структури бази даних Для зберігання результатів була створена структура бази даних, що показана на рисунку 2.6. Рисунок 2.6 – Структура бази даних До складу бази даних входить чотири таблиці: – довідник деталей; – довідник заказів; – довідник робочих місць; – журнал експерименту. Довідник деталей включає в себе наступні поля: – код деталі в базі даних (ключове унікальне поле); – назва деталі (текстове поле); Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 40 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата – RFID код деталі, що присвоюється їй при додаванні до бази даних за допомогою сканеру RFID міток (текстове поле). Довідник заказів включає в себе наступні поля: – код заказу в базі даних (ключове унікальне поле); – RFID код деталі (текстове поле); – код робочого місця до якого треба доставити деталь, (числове поле); – статус виконання заказу (чи доставлена деталь до потрібного місця – текстове поле). Довідник робочих місць включає в себе наступні поля: – код робочого місця в базі даних (ключове унікальне поле); – назва робочого місця (текстове поле); – Х-координата робочого місця, (числове поле); – Y-координата робочого місця, (числове поле). Журнал експерименту включає в себе наступні поля: – код запису в журналі (ключове унікальне поле); – дата проведення експерименту (поле для зберігання дати); – час проведення експерименту (поле для зберігання часу); – код деталі в базі даних (числове поле); – код заказу в базі даних (числове поле); – код робочого місця в базі даних (числове поле); – статус завершення експерименту (чи доставлена деталь до потрібного місця – текстове поле). Таблиці поєднуються між собою за допомогою зв’язків один-добагатьох. В результаті виконання четвертого розділу магістерської атестаційної роботи розроблена структура бази даних для зберігання результатів експерименту. До складу бази даних входить чотири таблиці: довідник деталей; довідник заказів; довідник робочих місць; журнал експерименту. Програма керування потоком ресурсів розроблена на мові програмування C# із застосуванням інтегрованого середовища Visual Studio. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 41 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для зберігання даних було прийняте рішення використовувати базу даних SQLite. В результаті тестових випробувань програма в реальному часі одержувала інформацію про поточне положення мобільної платформи та відображала її в спеціальному вікні основної форми. Результати експерименту наведені в пояснювальної записці Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 42 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3 ПРАКТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕМІЩЕННЯ ВИБУХОВИХ РЕЧОВИН МОБІЛЬНИМИ ТРАНСПОРТНИМИ ЗАСОБАМИ 3.1 Побудова комп'ютерної моделі системи управління рухом транспортного засобу з використанням MATLAB На першому етапі побудови комп'ютерної моделі руху транспортного засобу щодо заданої траси вирішуються два завдання: перше - відображення траси, заданої у вигляді відхилень, у відповідну криву координаційної площини XY; друга - розрахунок положення транспортного засобу в площині XY щодо точки на траєкторії з урахуванням бічного відхилення від неї. На підставі отриманого раніше математичного опису руху транспортного засобу розроблена комп'ютерна модель в програмі Simulink системи MATLAB, представлена на рис. 3.1, яка дозволяє будувати траєкторію руху транспортного засобу в площині XY при заданих значеннях інтервальних параметрів. Рисунок 3.1 – Модель руху транспортного засобу в програмі Simulink Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 43 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Приклад результату моделювання руху транспортного засобу представлений на рис. 3.2. Задана траєкторія руху складається з двох ділянок: прямолінійної ділянки протяжністю 2 м і ділянки повороту ліворуч. Автоматично керований рух змодельований з урахуванням наявності початкового бічного відхилення. Рисунок 3.2 – Результат моделювання руху транспортного засобу по складній траєкторії Крім траєкторії руху в площині XY комп'ютерна модель дозволяє отримувати для подальшого аналізу часові графіки зміни бічного відхилення, поздовжньої швидкості і поздовжнього переміщення відносно заданої траси. Стенд працює за схемою, наведеною на рис. 3.3. Платформа 1, має чотири опори у вигляді двох похилих стойок 2, з'єднаних нерухомо нижніми кінцями з рамою 3, а верхніми - з платформою 1, і двох осей 4, розташованих о ромбовидної схемою по відношенню до похилих стойок 2. Бортовий контролер 11, за допомогою пристрою вводу-виводу 10 через пристрій спряження 12 здійснює управління напругою кожної якірної Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 44 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата обмотки, від якого залежить швидкість обертання відповідного двигуна постійного струму 13. Обертання кожного з двигунів постійного струму 13 за допомогою механічних з'єднань валів передається відповідному тахогенератору 15 постійного струму і через редуктор 14 осі відповідного приводного колеса 5, яке спирається на кругову платформу 6 і обертає її. Датчики швидкості 9 кругових платформ, сприймають відбитий світловий потік від смужок. При цьому частота зміни світлового потоку залежить від швидкості обертання платформи 6. Таким чином, сигнал на виході датчика швидкості 9 відповідає швидкості обертання відповідної кругової платформи 6. Рисунок 3.3 – Функціональна схема гібридної моделі транспортного засобу Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 45 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата З'єднання центрів кругових платформ 6 з опорними підшипниками 8 за схемою гвинт-гайка з контргайкою дозволяє змінювати тиск коліс мобільного робота на опорні кругові платформи 6, що моделює різний тиск приводних коліс 5 на опорну поверхню при зміні маси перевезеного транспортним роботом вантажу. При цьому контргайка забезпечує фіксацію гвинта щодо гайки-втулки при обертанні кругової платформи 6. Нижній кінець гайкивтулки, обертається разом з гвинтом. Підшипник 8 спирається на тензодатчик 17. Верхня частина гвинта є шестигранником, що забезпечує поворот гвинта шестигранним ключем щодо гайки-втулки і, як наслідок, вертикальне зміщення кругової платформи 6. Залежно від вертикального зміщення кругової платформи 6 змінюється тиск колеса на платформу, а, отже, на гвинт, гайку-втулку, підшипник 8 і, нарешті, на тензодатчик 17. Таким чином, є можливість поворотом гвинта щодо гайки-втулки регулювати навантаження на приводні колеса 5 і вимірювати її за допомогою тензодатчиків 17. Сигнали, що формуються датчиками швидкості 9 кругових платформ, тензодатчиками 17 і тахогенераторами 15, які відповідають швидкостям обертання кругових платформ 6, навантаженням на них і швидкостям обертання двигунів постійного струму 13, передаються по лініях зв'язку пристрою вводу-виводу 10, якій передає інформацію від датчиків бортовому контролеру 11. Графічний інтерфейс програми, запущеної на ПЕОМ верхнього рівня 18, дозволяє задавати траєкторію і закон управління рухом і відображати віртуальну траєкторію, розраховану за швидкістю обертання кругових платформ 6. Також відбувається відображення навантаження мобільного робота, розрахованої за показаннями тензодатчиків 17, і величини прослизання кожного приводного колеса 5, розрахованої у відповідність з алгоритмом обробки інформації за сигналами тахогенератора 15 і датчика швидкості 9, тобто по різниці швидкостей обертання двигуна 13 і кругової платформи 6. Підключення ПЕОМ верхнього рівня 18 до комп'ютерної мережі дозволяє проводити дослідження руху мобільного робота віддалено. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 46 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Експериментальний стенд в зборі представлений на рис. 4.12 [4]. Управління двигунами здійснюється за рахунок подачі ШІМ-напруги на якірну обмотку при постійній номінальній напрузі на обмотці збудження. Передача крутного моменту від валів двигунів до коліс здійснюється через черв'ячні універсальні одноступеневі редуктори. Зазначені редуктори є понижувальними і призначені для збільшення крутного моменту за рахунок зменшення частоти обертання вихідного валу. Пристрій спряження, призначений для узгодження контролера з силовою частиною управління двигунами постійного струму, що являє собою розроблену друковану плату з розташованими на ній польовими транзисторами VT1 , VT2 з ізольованим затвором, відкриття/закриття яких забезпечує подачу керуючих ШІМімпульсів на електродвигуни. Напівпровідникові діоди VD1, VD2 застосовані в схемі, виконують роль шунта, організовуючи електричний ланцюг для протікання струмів, породжених ЕРС самоіндукції. Діодні мости VD3, VD4 призначені для випрямлення напруги 110 В, що виробляється трансформаторами, підключеними до мережі змінної напруги 220 В. В якості контролера, що реалізує програму роботи бортового пристрою управління, використаний ПЛК Siemens Simatic S7-200 CPU 224, який має вбудований пристрій вводу - виводу з 14 цифровими входами і 10 цифровими виходами на 24 В постійного струму. Ці виходи з'єднуються з затворами відповідних польових транзисторів пристрою спряження, а 2 входи підключаються до датчиків, що генерують імпульси з частотою, пропорційною швидкості обертання коліс. Також цей контролер має можливість обміну даними по дротовому інтерфейсу з персональною ЕОМ верхнього рівня. Контролер управляє подачею імпульсів на двигуни коліс шляхом зміни сигналів на виходах Q0.0 і Q0.1. Датчики кутової швидкості коліс підключені до дискретних входів i 0.1 і I 0.6, які налаштовані на апаратні програмнонезалежні швидкісні лічильники. Завдяки використанню зазначеного контролера існує можливість отримання інформацію про поточні швидкості обертання кругових Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 47 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата платформ і передачі керуючих сигналів на колеса від ЕОМ верхнього рівня, яка з’єднана з ПЛК за допомогою інтерфейсу RS-232. При цьому, якщо ЕОМ підключена до комп'ютерної мережі, з'являється можливість віддаленого управління експериментальним стендом [53]. 3.2 Організація динаміки системи управління мобільним транспортним засобом Виходячи з розглянутого математичного опису мобільного робота і конструкції експериментального стенду, розглянемо можливість змішаного моделювання руху транспортного засобу з використанням програмного забезпечення, що реалізує математичний опис його динаміки [28]. При цьому елементи автоматизованої системи управління, такі як підсилювальний пристрій, двигуни, редуктори фізично реалізуються на експериментальному стенді. Рисунок 3.4 – Основні потоки даних між підсистемами гібридної моделі З іншого боку, формування величини бічного відхилення від траси і помилку неузгодженості необхідно виробляти програмно на основі Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 48 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата математичних залежностей, що враховують кутові швидкості обертання кругових платформ, на які спираються колеса транспортного засобу. Такий поділ моделі на фізичну і математичну складові породжує наступні потоки даних між стендом, ЕОМ-сервером верх нього рівня і ЕОМ-клієнтами верхнього рівня (рис. 3.4). Формування потоків даних експериментального стенду (рис. 3.5) відбувається відповідно до функціональної схеми (рис. 3.1), з урахуванням того, що бічне відхилення формується на підставі початкового положення транспортного робота і швидкостей обертання коліс, які отримуються від датчиків швидкостей обертання кругових платформ, причому бортовий контролер виконує, в тому числі, функції по вводу-виводу сигналів. Рисунок 3.5 – Формування потоків даних експериментальним стендом Математичний опис може бути реалізовано у вигляді скрипту, модуля або підпрограми, що запускається на сервері верхнього рівня. На основі отриманих швидкостей обертання кругових платформ визначається відстань x( t ) , пройдена мобільним роботом, і бічне відхилення Δ( t) від точки Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 49 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата на траєкторії, що відповідає розрахованому відстані. Знайдені величини повністю характеризують точку поточного положення мобільного робота щодо кінематичної траєкторії. Сукупність послідовно отриманих точок дає віртуальну траєкторію, по якій робот би рухався, перебуваючи на підлозі приміщення, тобто коли колеса не спиралися б на обертові кругові плат форми. При цьому бічне відхилення має розраховуватися з урахуванням зміщення Δ0(t) заданої траєкторії від прямолінійного руху мобільного робота. Рисунок 3.6 – Формування потоків даних ЕОМ-клієнтом верхнього рівня Задана і віртуальна траєкторія руху у вигляді масиву точок або параметрів зберігаються в базі даних (БД). Тут же зберігаються для подальшого використання розраховані характеристики руху, дані про користувачів, що мають доступ до використання стенду. Код програми, що реалізує графічний інтерфейс користувача, може бути запущений на стороні сервера та / або на стороні клієнта (рис 3.6). Це дає можливість завдання траєкторії, спільного відображення кінематичної і віртуальної траєкторій, а також параметрів руху як на ЕОМ, безпосередньо пов'язаної зі стендом, так і на віддаленій ЕОМ. Зв'язок ЕОМ з контролером здійснює програма сервер OPC. SCADAсистема є проміжною ланкою передачі даних між сервером OPC та WEB додатком, що реалізує математичну модель транспортного засобу і забезпечує обмін данними з БД. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 50 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 3.7 – Взаємодія зв’язуючого ПЗ Віддалений доступ забезпечується WEB-сервером, якій забезпечує передачу даних по протоколу HTTP. WEB-клієнти (браузери) надають графічний інтерфейс для інтерактивної роботи користувача. 3.3 Проектування системи управління рухом транспортного засобу з використанням спеціалізованих середовищ Математична модель системи управління була отримана при значних спрощеннях і припущеннях. Для перевірки її адекватності потрібно більш точне уявлення руху транспортного засобу по підлозі складу, яке може бути отримано за допомогою сучасного програмного забезпечення для віртуального моделювання. Для цього в середовищі MSC ADAMS створена віртуальна модель чотириколісного транспортного засобу з ромбовидною схемою шасі (рис. 3.8).Для проведення подальших досліджень у програмі Simulink пакету прикладних програм Matlab розроблена система керування рухом віртуальної моделі, призначення якої полягає у визначенні стану та формуванні керуючих впливів для віртуальної моделі. Комп'ютерна модель в Matlab Simulink Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 51 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата складається з двох блоків: блоку управління «ControlBlock» і блоку взаємодії з віртуальною моделлю «VehicleWithSensors» (рис. 3.9). Рисунок 3.8 – Віртуальна модель транспортного засобу в середовищі MSC ADAMS Рисунок 3.9 – Комп'ютерна модель системи управління рухом транспортного засобу в середовищі MATLAB Реалізація блоку "VehicleWithSensors", що має вхідними сигналами напруги, що подаються на лівий і правий двигун, складається з блоку Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 52 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата «АdamsWithMatlabMotors», вихідні сигнали якого, що представляють собою швидкості обертання валів двигунів, формують поздовжню швидкість і координацію положення транспортного засобу, які є вихідними величина - ми блоку «VehicleWithSensors». Усередині блоку «AdamsWithMatlabMotors» реалізується засобами MATLAB Simulink математична модель двигунів постійного струму, керуюча напруга яких формує момент обертання, що є вхідним впливом (після перерахунку з урахуванням розмірності) для віртуальної моделі транспортного засобу, реалізованої в MSC ADAMS. Блок управління «ControlBlock» комп'ютерної моделі містить блоки управління боковими відхиленнями «DControl» та «VTControl», всередині яких можуть бути реалізовані будь-які необхідні закони управління бічним відхиленням і поздовжньою швидкістю транспортного засобу. Скориговані сигнали управління бічним відхиленням і поздовжньою швидкістю подаються на входи блоку «MotorsControl», який перетворює їх в керуючі напруги лівого і правого електродвигунів. Рисунок 3.10 – Результат комп'ютерного моделювання, представлений в постпроцесорі ADAMS Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 53 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Приклад результату віртуального моделювання руху транспортного засобу, що має нульову початкову швидкість і початкове бічне відхилення від заданої траси 0,2 м, по прямолінійній ділянці траси при заданій поздовжній швидкості 0,5 м/с представлений на рис. 4.26. Після 9 м траси відбувається перемикання на управління позиціонуванням з кінцевою точкою зупинки, яка розташовується на відстані 10 м від початку траси. Результати віртуального моделювання підтвердили правильність проведених з використанням математичної моделі параметричного синтезу регу ляторов і аналізу інтервальної системи управління рухом транспортного засобу з запізненням в каналі управління, оскільки для різних сполучень інтервальних значень параметрів (повної маси і заданої поздовжньої швидкості) при управлінні бічним відхиленням час регулювання не перевищує заданого, при управління поздовжньою швидкістю відсутня статична помилка, а при подовжньому позиціонуванні повністю відсутнє перерегулювання. Розроблена комп'ютерна модель, заснована на використанні віртуального прототипу транспортного засобу в MSC ADAMS, дозволяє спростити моделювання системи управління руху мобільного складського засобу при обліку сил реакцій, що виникають в елементах кінематичної схеми, сил тертя, наявності прослизання ведучих коліс, впливу на рух опорних коліс, перерозподілу навантаження при маневрах. На підставі розробленої узагальненої математичної моделі в середовищі MATLAB створена комп'ютерна модель системи управління рухом транспортного засобу по заданій трасі, що дозволяє будувати в площині підлоги складського приміщення траєкторію руху транспортного засобу відносної траси, заданої у вигляді ділянок прямолінійного руху і ділянок повороту. Розроблено експериментальний стенд для дослідження динаміки керованих транспортних засобів, що дозволяє проводити гібридне моделювання руху транспортного засобу без необхідності застосування спеціальних площ і автодромів. У середовищах MSC ADAMS та MATLAB створено комп'ютерний віртуальний прототип транспортного засобу і модель системи управління рухом Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 54 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата для нього, що дозволило врахувати особливості динаміки мобільного транспортного засобу, які не були враховані для спрощення побудови узагальненої математичної моделі. Порівняння результатів математичного моделювання та моделювання з використанням віртуального прототипу дозволило стверджувати про адекватність удосконаленої математичної моделі. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 55 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата ВИСНОВКИ На підставі проведеного аналізу обґрунтовано актуальність підвищення ефективності виробництва за рахунок автоматизації транспортноскладської системи, що є найбільш вузьким місцем у виробництві з точки зору автоматизації, шляхом розробки і застосування автоматизованих систем переміщення виробів мобільними транспортними засобами. Удосконалена математична модель системи управління рухом мобільного транспортного засобу, заснована на взаємопов'язаному управлінні бічним і поздовжнім рухом, що дозволило підвищити точність опису динаміки транспортного засобу за рахунок врахування інтервальності його параметрів і наявності запізнювання в каналі управління. Удосконалений метод синтезу регулятора робастної системи на основі розширеного D-розбиття дозволив створити інженерну методику синтезу закону управління для випадку наявності запізнювання, що забезпечує вибір параметрів, при яких досягаються задані показники робастной модальності. Застосування методів аналізу і параметричного синтезу дозволило отримати позитивні результати з точки зору отриманих динамічних характеристик синтезованої системи для мобільних транспортних засобів, що свідчить про доцільність застосування критерію робастної модальності та інженерної методики синтезу на основі розширеного методу розбиття. Спроектована модель, яка є частиною гібридної моделі, призначеної для полунатурного моделювання динаміки мобільного транспортного засобу, і комп'ютерна модель в математичній програмі управління рухом віртуального транспортного засобу, реалізованого в спеціалізованому середовищі, застосування яких дає можливість проведення експериментів, наближених до реальних умов функціонування та проводити оцінку адекватності математичної моделі. Таким чином, виконавши поставлені задачі, у даній роботі досягнуто мети, а саме розробити автоматизовану системи транспортування, яка дозволить підвищити ефективність, гнучкість та продуктивність середньо серійного Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 56 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата виробництва, завдяки використанню покращеного методу переміщення, який досягається через встановлення транспортного засобу, а також використання змінних захватних пристроїв маніпуляторів та індивідуальних накопичувачів. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 57 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Butko T. Development of the method for modeling the propagation of delays in non-cyclic train scheduling on the railroads with mixed traffic. Eastern–European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 1, Issue 3 (91). – P. 30-39. 2. Kovalov A. Construction of an integrated criterion for estimating the consequences of emergencies involving dangerous goods. Eastern–European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 2, Issue 3 (98). P. 25-31. DOI: 10.15587/1729– 4061.2019.163442. 3. Lavrukhin O. Formation of a model for the rational placement of cars with dangerous goods in a freight train. Procedia Computer Science. 2019. Vol. 149. P. 28-35. 4. Macciotta R. Hazard ranking for railway transport of dangerous goods in Canada. Case studies on transport policy. 2018. Vol. 6. Issue 6. – P. 43-50. 5. Majlingova A. Management of risks associated with dangerous goods transportation. Vedelem Tudomany. 2019. Vol. 2. – P. 220-246. 6. Matsiuk V. Improvement of efficiency in the organization of transfer trains at developed railway nodes by implementing a "flexible model". Eastern–European Journal of Enterprise Technologies: Control processes. 2019. Vol. 2, No. 3 (98) – P. 32-39. 7. Автоматизація виробничих процесів: підручник / І. В. Ельперін, О. М. Пупена, В. М. Сідлецький, С. М. Швед; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т харчових технологій. – Київ: Ліра-К, 2019. – 378 с. 8. Автоматизовані системи керування технологічними процесами. Ідентифікація та управління / За ред. проф. В. І. Салиги. – Харків: Вища шк., 2018. – 180 с. 9. Бобух А. О. Автоматизовані системи керування технологічними процесами: Навч. посіб. [Текст] / А. О. Бобух. – Х.: ХНАМГ. 2018. – 185 с. 10. Власов К. П. Теорія автоматичного керування: Навчальний посібник. – Х.: Вид-во «Гуманітарний центр», 2017. – 526 с. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 58 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 11. Гончаренко Б.М. Автоматизація виробничих процесів. – Кропивницький: Видавець – Лисенко В.Ф., 2021. – 352 с. 12. Гобух А. А. Комп'ютерно-інтегрована система автоматизації технологічних об'єктів управління централізованим теплопостачанням: монографія / А. А. Гобух, Д. А. Ковальов; за заг. ред. А. А. Бобуха. – Х.: ХНУ. 2019. – 226 с. 13. Зайцев Г. Ф. Теорія автоматичного управління та регулювання. – 2-ге вид. перероб та доп. – К.: Вища школа, 2019. – 431с. 14. Запара В.М. Організація перевезень небезпечних вантажів / Харків: УкрДУЗТ. 2019. – 253 с. 15. Згуровський М. З. Інтегровані системи оптимального управління та проектування / М. З. Згурівський. – К.: Вища шк., 2020. – 351с. 16. Лаврухін О.В. Аналітичні передумови формування автоматизованої інтелектуальної технології активного супроводження перевезення небезпечних вантажів. Збірник наукових праць УкрДУЗТ. 2016. Вип. 165. С. 159-166. DOI: https://doi.org/10.18664/1994–7852.165.2016.87776 17. Ломотько Д.В. Удосконалення технології використання засобів залізничного транспорту незагального користування з використанням кластерного аналізу. Проблеми економіки і управління на залізничному транспорті: матеріали Другої Міжнар. наук.-практ. конф. Київ, 2019. – С. 242-244. 18. Мироненко В. К. Математична модель станів та надійності залізничної транспортної системи при перевезеннях небезпечних вантажів. Системи обробки інформації: збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил імені Івана Кожедуба. 2019. Вип. 9 (134). – С. 161-167. 19. Пістунов І. М. Проектування інформаційних систем / І. М. Пістунов. – Д.: Національний гірничий університет, 2018. – 71 с. 20. Попович М. Г. Теорія автоматичного керування: Підручник. – 2-ге вид., перероб. і доп. – К.: Либідь, 2019. – 656 с. 21. Про перевезення небезпечних вантажів: Закон України від 6 квіт. 2000 р. N1644-III. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1644-14 (дата звернення: 22.03.2023). Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 59 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 22. Синєглазов В. М. Автоматизація технологічних процесів: Навчальний посібник. – К.: НАУ, 2021. – 506 с. 23. Ткачов В. В. Технічні засоби автоматизації / В. В. Ткачов, В. П. Чернишев, М. М. Одновол. – Д.: Національний гірничий університет, 2018. – 174 с. Лист ЧДТУ.232257.001 ПЗ 60 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата