ТИПОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫМИ ТРАНСПОРТНЫМИ ТЕЛЕЖКАМИ

TYPICAL CONTROL SYSTEMS FOR AUTOMATIC GUIDED VEHICLE

Alevtina Bazikalova

student, Bauman Moscow State University,

Russia, Moscow

Uriy Zabegaev

student, Bauman Moscow State University,

Russia, Moscow

Svetlana Belyakova

student, Bauman Moscow State University,

Russia, Moscow

Ivan Efimov

student, Bauman Moscow State University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены типовые системы управления роботизированных грузовых тележек. Описаны возможности и структура данного типа тележек. Рассмотрены их отличия от других электромобилей. Изложены основные методы, использующиеся в навигации данного типа транспортных средств. Обоснованы причины их использования. Предложен оптимальный способ управления тележкой. Рассмотрен способ его внедрения в производство.

ABSTRACT

The aim of the article is to present typical systems of robotic cargo carts control. It describes these cargo carts possibilities and structure. The article shows the difference between them and other vehicles. We present the main methods used in these type of transport navigation and also, the main reasons of their usage. The article offers the cart control optimal method. It shows the carts introduction into production method.

Ключевые слова: система управления, AGV, automatic guided vehicle, управляемая тележка, навигация.

Keywords: control sysem, AGV, automatic guided vehicle, guided vehicle, navigation.

В роли транспортирующей машины рассматривается тележка AGV (Automatic guided vechicle) - транспортер с электроприводом, предназначенный для перемещения грузов. Беспилотная тележка требуется с целью транспортирования грузов в таре из точки «А» в точку «Б» без непосредственного участия оператора в управлении движением. Точкой «А» считается буферная зона, обеспечивающая предварительное хранение штучного груза, а точкой «Б» – зона загрузки крана-штабелера. Траектория движения задается либо разметкой в виде линии контрастного цвета, либо магнитной лентой. Главной целью работы является разработка системы управления беспилотной тележки, способной стать частью автоматизированной транспортной системы.

Типовых систем управления для данного типа транспортирующей техники не существует. Алгоритмы могут быть самыми различными, производители держат свои разработки в тайне. Информации о том, какие функции может выполнять машина, на сайте производителя обычно более чем достаточно, но информация о том, каким образом устроена система управлении, фактически отсутствует. Рассматриваемая в дипломном проекте машина является лишь частью объекта – автоматизированного склада.

Рассмотрим информацию о примерах готовых решений.

ООО «3Д-Технологии.РУ» предлагает различные решения по данной тематике. Обратимся к разделу «Принципы работы»

Отличие AGV от других электромобилей в том, что при работе не требуется участие человека, т.к. управление осуществляется заранее заданной программой и системами безопасности, а также тележка снабжена дополнительными механизмами для погрузки/разгрузки без участия человека.

AGV следует по предварительно определенной траектории (подробнее на вкладке Принципы навигации). Начало движения стимулирует запрограммированное событие (начало смены, появление целевого груза, сигнал оператора и др.).

Следуя по маршруту, AGV может:

• останавливаться и снова начинать движение
• захватывать и отпускать груз
• выполнять другие запрограммированные действия

В соответствии со стандартами безопасности, во время движения подается светозвуковой сигнал. Безопасность движения обеспечивает лазерный сканер. При обнаружении препятствия AGV останавливается и издает звуковой сигнал.

В структуру автоматически управляемой тележки входят:

• блок привода, с 2-мя независимыми электромоторами, обеспечивающий тягу и поворот на маршруте следования
• блок энергообеспечения, содержащий набор герметичных необслуживаемых аккумуляторов (разрешены для применения в помещениях, где находятся люди, не требуют специальной комнаты для зарядки)
• исполнительный механизм, использующий в качестве привода электромотор. Исполнительный механизм участвует в захвате телег при перемещении, или задействует рольганг для переноса груза с AGV на неподвижную платформу.
• блок управления с программируемым контроллером, отвечающий за процесс движения
• система безопасности и оповещения, включающая в себя светозвуковую сигнализацию при движении и сертифицированный лазерный сканер безопасности
• система беспроводной связи, включающая в себя Wi-Fi модуль, беспроводные кнопки управления, систему распознавания уникальных радиометок (RFID)
• система навигации, позволяющая реализовать движение по заданной траектории
• терминал управления (необязательный компонент), для работы нескольких AGV одновременно

Использование этих систем позволяет AGV следовать по заданному маршруту, включая развилки и повороты, контролировать препятствия на пути следования, останавливаться при их наличии и продолжать движение при первой возможности.

Раздел «Принципы навигации»

Основные методы навигации автоматических тележек:

1. Навигация по встроенным в пол проводам - провода становятся источником энергии для движения AGV.

Преимущество метода: нет необходимости в зарядке. Недостаток: отсутствие мобильности при перестройке линии.

Навигация по магнитной ленте - на поверхность пола наклеивается магнитная лента (не препятствующая проезду транспорта), движение осуществляется по ней. Это наиболее востребованный и дешевый метод. Преимущество метода: допускает создание развилок, остановок и поворотов. Недостаток: истираемость ленты в условиях промышленного предприятия.

2. Инерциальная навигация, работает без меток и внешних ориентиров. Особенность этого решения - накопление ошибки инерциальными системами. В зависимости от технических требований заказчика могут применяться инерциальные системы высокой точности.
3. Лазерная навигация. В помещении заранее устанавливаются метки, с помощью лазерной навигации местоположение AGV определяется методом триангуляции по ним.

Выводы: информации по реализации системы управления нет даже на сайте с самым подробным, содержательным и технически грамотно составленным описанием. Всё что можно сказать про готовые решения – в них определенно присутствуют программируемые контроллеры. Таким образом, задача заключается в том, чтобы воссоздать структуру систему управления, опираясь на описанные способности предлагаемых машин.

Выбор оптимального способа навигации.

Навигация по встроенным в пол проводам – сложный в реализации и ненадежный метод. Реализация схожа с прокладыванием рельсовых путей. Для внедрения данной технологии требуется обеспечить коммуникациями всё рабочее помещение, притом требуется нарушать целостность пола. Маловероятно, что в документации, разрабатываемой на момент проектирования здания, рассматривался вариант подобного вмешательства в конфигурацию. Электромагнитное поле, служащее источником питания, вызывает помехи в слаботочных сигнальных проводах. В случае потери траектории тележка теряет питание и не может вернуться назад.

Инерциальная навигация – сложно и дорого. Учитывая тот факт, что описываемые преимущества касаются функций, которые не требуются для данной задачи (не требуется адаптация под окружающие условия, так как они постоянны), применение не имеет смысла.

Рассмотрение к применению лазерной системы навигации исключается ввиду большой зависимости от изменений окружающей среды.

Останавливаемся на пункте 2 (навигация по магнитной ленте), но в качестве чернового варианта будет использоваться навигация по разметке контрастного цвета по причине высокой стоимости магнитной ленты и датчиков, фиксирующих ее присутствие. Изоляционная лента любых цветов куда более доступна. Датчики, при помощи которых можно реализовать распознавание как наличие разметки, так и ее цвет, также доступны. Алгоритмы их работы изучены и рассмотрены в литературе. Данный метод является аналогом более надежного решения - движения по рельсовым путям, но вместо механического воздействия на траекторию используется    программное.

Список литературы:

1. Сайт компании ООО «3Д-Технологии.РУ» [Электронный ресурс]. URL: http://agvrobot.ru/dlya-chego-agv.html
2. Проект “Интеллектуальные Конвейерные Системы” [Электронный ресурс]. URL: https://metrarobotics.ru/projects/vnedrenie-bespilotnyh-robotizirovannyhtelezhek-dlja-proizvodstvennyh-zadach-kompanii-severstal/
3. База знаний «Амперика» [Электронный ресурс]. URL: http://wiki.amperka.ru/products:arduino-uno
4. Интернет-магазин «Робот чип» [Электронный ресурс]. URL: https://robotchip.ru/
5. Интернет-магазин «3DIY» [Электронный ресурс]. URL: https://3d-diy.ru/
6. Блум Дж. «Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства.» 2-е изд.: пер. с англ. — СПб.: БХВ-Петербург, 2020.
7. Петин В.А., Биняковский А.А. «Практическая энциклопедия Arduino» 2-е издание, дополненное, Москва, 2020.