Введение к работе
Актуальность темы.
В современных условиях производства проявляется устойчивая тенденция перехода к гибким автоматизированным производствам (ГПС), при этом важнейшее значение приобретает роботизация технологических процессов перемещения грузов в зонах изготовления и хранения продукции.
К основным направлениям такой роботизации относятся:
совершенствование подъемно-транспортных машин путем дополнительного оснащения устройствами автоматики или их замена специальными подъемно- транспортными роботами;
установка промышленных роботов (ПР) в местах загрузки-разгрузки конвейеров, платформ, транспортных тележек;
использование автоматических средств, рельсового и безрельсового напольного транспорта, главным образом, робокаров;
применение программно-управляемых стеллажных кранов-штабелеров на складах.
Говоря об этом классе оборудования, необходимо отметить, что применяется оно как правило, не как самостоятельная транспортная единица, а в составе так называемых автоматически управляемых систем транспортных средств (Automatic Guided Vehicle Systems, AGVs, AGV-системы). Автоматически управляемые системы транспортных средств следует отличать от иных автоматизированных транспортных устройств: они работают без участия операторов, предназначены для "внутрипроизводственного" применения и разрабатываются на базе ведомых средств напольного транспорта, основной задачей которого является перевозка материалов, но не людей. AGV-системы используют как внутри зданий, так и снаружи, а состоят они из многочисленных функциональных групп: одной или многих единиц работающего без водителя транспортного оборудования (робокаров), навигационного управления, устройств определения местонахождения и положения, устройств передачи информации, а также инфраструктуры и периферийных устройств. При этом общая производительность и надежность AGV-системы определяется свойствами отдельных систем-компонентов и успешностью их интеграции: какие- либо серьезные усовершенствования достижимы только при комплексном синхронном внедрении нескольких инноваций в единую систему.
Информационно-измерительные и управляющие системы (ИИУС) роботизированных транспортных устройств (РТУ) являются важнейшей составной частью этих устройств, в значительной мере определяющей их потребительские качества, поэтому их совершенствование является актуальной и экономически обоснованной важной научно-технической задачей.
Состояние проблемы.
Использование транспортных средств в ГПС определяется высотой загрузки технологического оборудования, которая регламентируется ГОСТ 27779-88 "Системы производственные гибкие. Высота загрузки технологического оборудования и автоматизированных транспортных складских систем (АТСС)".
В настоящее время робокары достаточно широко применяются в ГПС - так, гибкая производственная система (ГПС) "Робогейт" для точечной контактной сварки, установленная на одном из заводов фирмы ФИАТ, состоит из двух подсистем: сварки боковин и сварки обшивки кузова легкового автомобиля. Производительность каждой подсистемы 1000 комплектов в 15 ч. Одновременно могут собираться четыре модели в любой последовательности. В каждой подсистеме использовано 25 робокаров. Их предельная скорость 42 м/мин, ускорение при разгоне-торможении 0,5
м/с , продолжительность работы до перезарядки аккумуляторов 15 ч, время зарядки 7,5 ч, грузоподъемность 1,5 т, время подъема груза 18 с, габаритные размеры 4,8 х 2,02 х 0,53 м. Высоким качеством отличается роботизированная тележка, или робокар (AGV), производства SEW-EURODRIVE, которая используется для транспортировки грузов внутри цехов или складских комплексов. Тележка оснащена различными датчиками, что позволяет самостоятельно и безопасно перемещаться, получая энергию бесконтактным способом из проложенных в полу кабелей. Благодаря встроенным аккумуляторным батареям, подзаряжаемым "на лету", тележка может автономно двигаться некоторое время в случае пропадания питания. Проходят испытания отечественная разработка - роботизированная тележка типа РБТ-1 производства ОАО «ЦНИТИ». Широко известны роботизированные тележки, применяемые итальянской компанией «Фиат». Вместе с тем, следует отметить, что при разработке, изготовлении и использовании РТУ различные формы применяют различные инженерные подходы, что снижает эффективность от их внедрения.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности (точности, быстродействия и экономичности) РТУ за счет совершенствования их ИИУС.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать методы и методику определения траектории движения РТУ, позволяющую минимизировать какой-либо критерий качества;
разработать математические модели следящих электроприводов ИИУС РТУ, учитывающие их основные особенности;
синтезировать корректирующие устройства, повышающие быстродействие и точность РТУ;
провести экспериментальные исследования полученных результатов синтеза.
Методы исследования: численные методы интегрирования дифференциальных уравнений, метод преобразований Лапласа, методы оптимального управления и идентификации.
Новые научные результаты, полученные в диссертационной работе:
на основе анализа особенностей работы робототехнических транспортных устройств разработаны технические требования, предъявляемые к их ИИУС;
предложена обобщенная математическая модель ИИУС ЭП РТУ, отражающая основные особенности унифицированных электроприводов - нелинейности регуляторов параметров, зависимость напряжения питания от нагрузки;
предложен метод определения оптимальных траекторий движения РТУ;
синтезированы корректирующие устройства регуляторов параметров ИИУС ЭП АП, увеличивающие быстродействие и точность технологического оборудования в различных режимах работы.
Практическая значимость:
разработаны схемотехнические решения исполнения элементов ИИУС ЭП РТУ, обеспечивающие уменьшение погрешности и повышение быстродействия робокаров;
разработана методика определения оптимальных траекторий движения РТУ с учетом параметров ИИУС в зависимости от технических показателей РТУ.
Апробация работы. Результаты работы были использованы для докладов:
на семинарах кафедры ПР-1 «Приборы и информационно-измерительные системы» (ноябрь 2011г., март 2012 г.);
на XV международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информационных технологий» (октябрь 2012 г.).
На защиту выносятся:
обобщенная математическая модель ЭП РТУ;
корректирующие устройства для ИИУС ЭП РТУ, повышающие быстродействие и точность технологических машин;
методика определения оптимальных траекторий движения РТУ с учетом параметров ИИУС;
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4-х глав с выводами, заключения, списка использованной литератур и 3-х приложений. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 114 наименований.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 6 работ.
