Cap 10.1 - Robocare 1+2

Robocare

97

10 Robocare

10.1 Introducere Un sistem de robocare este un sistem avansat de transport şi manipulare de materiale. Robocarele şi sistemele de robocare transferă, în general, în industrie: ♦ materiale sub formă de semifabricate sau piese prelucrate aflate în diferite faze ale fluxului tehnologic de fabricaţie, purtate pe palete sau în containere; ♦ subansambluri pe fluxul lor tehnologic de montaj; Odată cu automatizarea operaţilor de prelucrare pe maşini-unelte, sau de transformare pe utilaje tehnologice a semifabricatelor în produse finite, s-a impus necesitatea automatizării şi a operaţilor de transfer (scurt sau lung) a materialelor, atât între diversele posturi de lucru, cât şi între acestea şi depozitele automatizate intermediare sau centrale. Dezvoltate iniţial în SUA ca vehicule destinate transferului de materiale, sistemele de robocare s-au adaptat în Europa ca platforme mobile utilizate în operaţiile de montaj, în special în cadrul liniilor de asamblare asincrone. Un sistem de robocare (de vehicule ghidate automat) este un sistem avansat de transport şi de manipulare a pieselor şi subansamblurilor, ce implică mai multe vehicule conduse, care urmăresc o cale de ghidare şi sunt controlate de un calculator sau microprocesor central. Comparativ cu alte sisteme convenţionale de transfer a materialelor cum ar fi: transportoarele cu role, transportoarele cu bandă, conveierele etc., robocarele sunt capabile să-şi selecteze traseul pentru a ajunge la destinaţia dorită. Sistemul de comandă al robocarelor asigură transmiterea comenzilor de identificare a sarcinilor, care constau în informaţii privind: încărcătura sa, traseul de parcurs, destinaţia sa şi alte informaţii specifice transportului pe distanţe medii şi mari. Primele sisteme de robocare s-au dezvoltat în domeniul distribuţiei mărfurilor din incinta depozitelor. Sistemele de robocare se aplică şi în alte domenii neindustriale, cum ar fi : • în birouri, la distribuirea corespondenţei, a mesajelor şi a coletelor; • în spitale, pentru distribuirea alimentelor, a rufelor spălate sau colectarea celei murdare. Robocarele şi sistemele de robocare sunt capabile să conlucreze cu depozite automate AS/RS (Automated Storage and Retrievial Systems), roboţi industriali, maşini-unelte CNC, instalaţii de alimentare /evacuare şi alte echipamente comandate prin calculatoare de proces. Două exemple de metasisteme tehnice, care integrează un sistem de robocare, sunt prezentate în Fig. 10.1 Astfel în Fig. 10.1 a se prezintă o secvenţă dintr-o reţea de distribuţie a semifabricatelor la posturile de prelucrare, posturi care pot fi maşini-unelte, centre de prelucrare sau celule flexibile de fabricaţie. Din figura prezentată rezultă că celula de fabricaţie este compusă din: două maşini-unelte cu comandă numerică - MUCN, un depozit intermediar pentru semifabricate - DIS, un depozit intermediar pentru produse finite - DIPF, sistemul de comandă - SC al celulei de fabricaţie, trei roboţi industriali - RI şi un robocar - VGA. Robocarul VGA asigură transferul semifabricatelor de la depozitul de semifabricate D1 la celula fabricaţie şi a pieselor prelucrate de la DIPF la depozitul D2 de piese finite. Robotul industrial RI1 asigură transferul semifabricatelor de pe VGA în DIS, iar robotul industrial RI2 transferă piesele prelucrate din DIPF pe VGA. Operaţiile de manipulare din cadrul celulei de fabricaţie sunt realizate de robotul industrial RI3.

Robocare

98

SC

MUCN 2

D1

RI 1

VGA 1

RI 3 DIS DIPF

RI 2

MUCN 1 VGA 2

D2

a) P1

OU

P2

Pk VGA

D3

D4 P 1’

P2’

Pk’

b) Fig. 10.1 Aplicaţii ale sistemelor de robocare: a - celulă de fabricaţie; b - linie de asamblare In cazul linilor de asamblare platforma robocarelor constituie chiar platforma de lucru - PL, pe care se realizează operaţiile de montaj. Astfel, după cum rezultă şi din Fig. 10.1 b, robocarul - VGA, ce are pe PL componentele necesare ansamblului general, extrase din depozitul - D3, se deplasează de la un punct de lucru la altul P1 - PK/P'1 - P'K posturi în care operatori umani - OU execută operaţiile de montaj. In final întregul ansamblu este transferat de la linia de asamblare la depozitul D4, după care robocarul îşi reia ciclul de lucru. Din figurile prezentate rezultă necesitatea sistemelor de robocare, pentru a asigura creşterea flexibilităţii sistemelor de fabricaţie.

Robocare

99

10.3 Clasificarea robocarelor De a lungul timpului s-au dezvoltat diferite tipuri de vehicule, fiecare tip răspunzând unor sarcini de fabricaţie specifice. Primele au fost vehiculele cu remorci destinate transportului de materiale grele. Transportoarele cu furci s-au dezvoltat din necesitatea de a manipula materiale, palete sau containere aflate pe sol sau în depozite la diferite înălţimi. Platformele mobile, robocarele propriu-zise, sunt vehicule ghidate automat ce deservesc un număr mare de posturi de lucru specifice sistemelor de fabricaţie flexibile, dezvoltându-se în special în domeniul montajului. 10.3.1 Vehicule cu remorci Primul sistem de robocare a fost dezvoltat cu ajutorul vehiculelor ce tractau un număr de remorci. Cel mai adesea vehiculele cu remorci se utilizează pentru fluxuri de materiale grele, deplasate pe distanţe mari şi foarte mari, caz în care numărul de posturi de lucru deservite este redus. Aplicaţii tipice se întâlnesc la transportul copsurilor, a sulurilor de ţesături, a containerelor cu diferite materiale textile, în ateliere de turnătorie, de forjă şi în general în industrie la transferul materialelor de la /în spre rampele de încărcare spre /de la zonele de depozitare. Cele mai uzuale vehicule cu remorci pot transporta încărcături de 3.000 - 20.000 kg., inclusiv greutatea remorcii. Numărul de remorci ce intră în componenţa unui vehicul este 2 până la 5. Pentru a se înscrie în curbă remorcile sunt echipate cu roţi pivotante sau cu roţi comandate printr-un mecanism de sincronizare. Utilizarea roţilor pivotante reclamă cea mai mare rază de curbură, ceea ce atrage după sine intersecţii mai largi şi intervale având lăţimi ce depăşesc 3,7 m. In cazul echipării remorcilor cu roţi comandate cu ajutorul unor mecanisme de sincronizare, raza de curbură se poate reduce până la 2,5 m. Această soluţie prezintă însă dezavantajul unui cost mult mai ridicat şi al dificultăţilor ce apar în cazul unei manevrări manuale a remorcii. Vehiculele cu remorci se pot împărţi în două categorii:

♦ vehiculele cu remorci cuplate, constituie un sistem închis de remorci. In acest caz, din construcţie, remorcile sunt permanent cuplate între ele şi respectiv sunt cuplate de vehiculul tractor. Uzual aceste vehicule transportă materiale foarte grele, asigurând o deservire punct cu punct a posturilor de lucru şi reclamă o activitate de încărcare /descărcare. Operaţia de încărcare /descărcare este realizată cu ajutorul unei macarale pivotante purtată sau a unui motostivuitor, în fiecare caz fiind necesară prezenţa unui operator uman; ♦ vehiculele cu remorci decuplabile, constituie un sistem deschis de remorci. In acest caz fiecare remorcă poate fi cuplată sau decuplată, manual sau automat, în orice punct de destinaţie. Aceste remorci pot fi încărcate /descărcate mecanizat sau manual, în fiecare caz însă fiind necesară prezenţa unui operator uman. Sistemul de transfer utilizând vehicule cu remorci are un avantaj semnificativ, prin faptul că poate deplasa o cantitate foarte mare de material la fiecare transport, avantaj ce este uneori serios diminuat, dacă un operator nu este disponibil pentru a încărca /descărca remorcile, când acestea au ajuns la destinaţie. Acest dezavantaj poate fi eliminat prin automatizarea încărcării /descărcării remorcilor, ceea ce asigură transferul sarcini fără prezenţa unui operator. În acest scop: • unitatea “activă” cu remorci este echipată cu un conveier acţionat electric, care are capacitatea de a încărca /descărca materialele pe /de pe platforma remorcilor; • unitatea “pasivă” cu remorci are în componenţa sa un conveier acţionat manual, sau un transportor pe role montat pe remorcă şi se bazează pe mecanismele de transfer existente în posturile de încărcare /descărcare a materialelor. Unele vehicule cu remorci sunt proiectate astfel încât să permită şi comanda manuală a vehiculului. Aceasta înseamnă că în anumite situaţii un operator poate prelua comanda vehiculului şi părăsind calea de ghidare să-l dirijeze spre o destinaţie dorită. In acest caz însă sistemul de control al traficului pierde controlul asupra vehiculului, control ce va putea fi reluat numai după reîntoarcerea vehiculului pe calea de ghidare. Un dezavantaj major îl constituie faptul că orice modificare, produsă în perioada când operatorul comandă vehiculul, nu este înregistrată de sistemul de control al traficului şi al mişcării mărfurilor Astfel dacă o

100

Robocare

remorcă este decuplată, sistemul de control nu va mai putea înregistra locul unde se află încărcătura descărcată. 10.3.2 Transportoare cu furci 10.3.2.1 Transportor de palete Transportoarele de palete s-au dezvoltat din necesitatea de a manipula materialele depozitate pe palete la sol. Aceste transportoare sunt destinate fluxurilor de materiale de greutate medie, deplasate pe distanţe mari, cu un număr mare de posturi deservite. Transportoarele de palete sunt specializate pentru transportul containerelor uşoare (1200x800x600 mm), al paletelor (1200x800 mm), al paletelor ladă - STAS 8635-70 şi al box-paletelor joase având baza de 1200x800 mm. Asemenea vehiculelor cu remorci, transportoarele de palete sunt destinate în general transferului de materiale. Primele modele erau limitate la transportul sol-sol, fiind capabile să ridice o paletă la circa 100200 mm de la sol. Ciclul de lucru al unui transportor, pentru transportul sol-sol al unei palete se compune din:  introducerea furcilor sub paletă;  ridicarea paletei de la sol;  transportul paletei la punctul de destinaţie programat (Fig. 10.2 a);  oprirea transportorului;  coborârea paletei la sol;  extragerea furcilor transportorului;  întoarcerea transportorului în zona de aşteptare.

a)

b)

Fig. 10.2 Transportor de palete Sistem Teletrak [3]: a - regim automat de transport al paletei; b - regim manual de transport al paletei Unul din dezavantajele majore ale acestui mod de lucru, constă în faptul că solicită prezenţa unui operator uman în zona de aşteptare, pentru a conduce vehiculul, prin comandă manuală ca în Fig. 10.2 b, de pe calea de ghidare la punctul de încărcare a unei noi palete. După angajarea furcilor şi ridicarea paletei de la sol, operatorul trebuie să conducă vehiculul pe calea de ghidare şi să-l programeze pentru următorul post de destinaţie. Sistemul depinde astfel de prezenţa şi intervenţia operatorului uman, ceea ce poate cauza ineficienţa sa.

Robocare

101

10.3.2.2 Transportor la înălţimi mari Acest tip de transportor are caracteristici similare cu ale transportorului de palete, exceptând înălţimea la care poate depozita încărcătura şi care este cuprinsă intre 6.000-13.000 mm (Fig. 10.3). Pentru transportoarele care manipulează încărcături până la 2,4 m, cadrul este rigid, iar pentru cele care au capacitatea de ridicare la înălţimi mai mari, acest cadru este telescopic. Aceasta permite totodată accesul prin zone de trecere având înălţimi mai mici (pasaje, uşi etc.). Încărcătura maximă manipulată de aceste transportoare este cuprinsă între 1.500-2.500 kg (Tab. 10.1). Stabilitatea transportorului este asigurată de contrabalansarea încărcăturii, ceea ce însă măreşte lungimea totală a vehiculului.

ETX-KOMBI I

ETX-KOMBI II

ETX-KOMBI III

Fig. 10.3 Transportor la înălţimi mari, Sistem ETX [3] Tab. 10.1 Tipul Transportorului de palete ETX-KOMBI I-1000 E ETX-KOMBI I-1000 ZT ETX-KOMBI II-1202 ZT ETX-KOMBI III-1501 ZT ETX-KOMBI III-1502 ZT

Sarcina Înălţimea Raza mini - Lăţimea minimă maximă maximă mă de viraj a culoarului [kg] [mm] [mm] [mm] 1.000 6.000 1.830 1.620 6.500 1.200 9.000 2.010 1.680 1.200 10.000 2.010 1.680 1.500 7.500 1.000 13.000 2.110 1.850 1.200 11.500 1.850 1.500 9.000 1.750

Bateria de alimentare [V / Ah] 48 / 720 80 / 480 80 / 480 80 / 600

In Fig. 10.4 a se prezintă un transportor ce poate depozita încărcături la înălţimi mari acţionând frontal, iar în Fig. 10.4 b un transportor care permit accesarea rafturilor din lateral cu ajutorul unei platforme telescopice. 10.3.3 Vehicule ghidate automat Vehiculele ghidate automat - VGA, sau platformele mobile (Fig. 10.5), au fost proiectate pentru a asigura transportul încărcăturilor pe platforma vehiculului, care pot fi palete, subansambluri sau piesa principală a unui ansamblu. Vehiculele ghidate automat sunt destinate fluxurilor de materiale sau subansambluri grele, deplasate pe distanţe mici, deservind un număr mare de posturi de lucru. Capacitatea de încărcare a platformei este cuprinsă între 500 - 10.000 kg. In Fig. 10.6 şi Fig. 10.7 se prezintă două familii de vehicule ghidate automat, evidenţiindu-se dimensiunile maxime ale suprafeţei de încărcare şi greutatea maximă transportată.

Robocare

102

a)

b)

Fig. 10.4 Transportor la înălţimi mari [3], la care transferul încărcăturii în /din depozit se face: a - frontal; b - lateral

Fig. 10.5 Sistem de vehicule ghidate automat [2]

Tipul

Robocare

Sarcina utilă transportată DR - 300

500

1200

1500 650

1050

1300

1300

1500

300

300

Înălţimea: 360 Înălţimea: 400 Înălţimea: 460 VRS - 300 VRS - 500 VRS - 1200 1200 950 850 300

Înălţimea: 280

800

600

12 000 N DR - 1200

1200

150 1100

700 150

DR

DR - 500 750

650

5 000 N

300

3 000 N

300

1 000 N DR - 100

VRS

103

1050

800

700

1500

300 1400

300 1300

VRA

300

Înălţimea: 400 Înălţimea: 460 Înălţimea: 460 VRA - 300 VRA - 500 VRA - 1200 1200 950 1050

800 Înălţimea: 400

900 Înălţimea: 460

1050 Înălţimea: 460

Fig. 10.6 Vehicul ghidat automat [2] având capacitatea de încărcare 100 - 1.200 kg

Robocare

104 Tipul VGA Sarcina utilă [N]

400

VA - VGA 4 2.000 6.000 16.000

200 260 650

Înălţimea Lăţimea

[mm] [mm]

260 1.000

320 1.150

350 1.300

520 1.550

Lungimea

[mm]

2.500

2.800

3.300

3.600

Viteza maximă Precizia Denivelarea Bateria

[m/s] [mm] [mm] [A/h]

1.50 0 1.4 +/- 5 30 30 - 100

VA - VGA 3 400 2.000 6.00 16.000 0 260 320 350 520 650 900 1.00 1.300 0 1.90 2.100 2.40 2.700 0 0

B

L

a)

b)

Fig. 10.7 Vehicul ghidat automat [1]: a - tip VA4, VGA cu 4 roţi; b - tip VA3, VGA cu 3 roţi

Robocare

105

Vehiculul ghidat automat poate fi utilizat şi ca vehicul tractor pentru remorci (Fig. 10.8, tipul S), încărcătura maximă admisă de bara de tracţiune fiind de 73 - 91 kg. Avantajul major al vehiculelor ghidate automat asupra vehiculelor cu remorci, constă în faptul că VGA solicită un spaţiu operaţional mai redus, se pot deplasa pe intervale mai înguste şi au o rază de curbură mai mică. Uzual vehiculele ghidate automat se utilizează pentru a transporta una sau mai multe încărcături pe platforma sa. Frecvent ele sunt proiectate pentru a se deplasa în ambele sensuri (Fig. 10.6), mers înainte şi înapoi de-a lungul căi de ghidare. Există însă şi vehicule ce se deplasează numai într-un sens (Fig. 10.6 şi Fig. 10.7), sau construcţii mai complexe, care sunt capabile şi de deplasări laterale. Vehiculele ghidate automat au un grad mare de manevrabilitate, incluzând şi posibilitatea de rotire cu 3600, intr-un spaţiu nu prea mare în raport cu dimensiunile vehiculului însăşi şi posibilitatea de-a se deplasa

GH

R

M

K

S

H

Fig. 10.8 Diferite tipuri de vehicule ghidate automat [4]: tip S - tractor; tip M - pentru montaj automat; tip GH - cu furci telescopice; tip R - cu conveier cu role; tip K - cu conveier cu lanţ; tip H - elevator într-un interval îngust. Platforma de lucru poate fi concepută să facă faţă la diferite sarcini, automatizarea încărcării /descărcării asigurând distribuirea de semifabricate în procesul de fabricaţie şi depozitarea produselor finite. Pentru automatizarea operaţiilor de manipulare a materialelor, pe platforma de lucru se află montat un conveier cu role, activ sau pasiv (Fig. 10.8, tipul R), sau un conveier cu lanţ (Fig. 10.8, tipul K).

Robocare

106

Automatizarea operaţiilor de încărcare /descărcare poate fi realizată şi prin ridicarea /coborârea platformei vehiculului (Fig. 10.8, tipul H). Astfel vehiculul se apropie de staţia de încărcare şi când a ajuns în poziţia programată este comandată ridicarea platformei (Fig. 10.9 a). Încărcătura este astfel transferată platformei vehiculului, care îşi va continua deplasarea la următorul post de lucru, unde prin coborârea platformei încărcătura este depusă. Transferul încărcăturii pe /de pe platforma vehiculului poate fi realizată şi prin intermediul unui

a)

b)

c) Fig. 10.9 Diverse tehnici de transfer a sarcinii [2]: a - platformă elevată; b furci telescopice; c - transportor cu role mecanism telescopic (Fig. 10.9 b), sau a unui transportor cu role antrenat (Fig. 10.9 c), cazuri în care vehiculul trebuie doar să se oprească într-o poziţie bine determinată în cadrul staţiei de lucru. Desigur că întotdeauna este posibilă utilizarea muncii manuale pentru încărcarea /descărcarea vehiculului. Problema majoră o constituie însă necesitatea prezenţei operatorului uman în staţia de transfer, deoarece dacă acesta nu este imediat disponibil, vehiculul va înregistra timpi mari de staţionare, conducând chiar la disfuncţionalităţi ale sistemului de robocare. Tehnicile de încărcare /descărcare prezentate, sunt aplicate în special la distribuirea /colectarea materialelor, semifabricatelor sau produselor finite. O aplicaţie căreia i s-a acordat o atenţie deosebită, o constituie automatizarea transferului între posturile de lucru ale unei linii de asamblare.

Robocare

107

In acest scop, în special în industria automobilelor, s-a trecut la înlocuirea conveierelor cu lanţ, utilizate pe liniile de asamblare, cu vehicule ghidate automat. In Fig. 10.10 este exemplificat utilizarea unui VGA pentru transportul motorului de la un post de lucru la altul, operatorul dintr-un post de lucru executând montajul numai a unei singure piese sau componente. Platforma de lucru este astfel concepută încât să poată fi ridicată sau coborâtă, să poată fi rotită sau

Fig. 10.10 Vehicul ghidat automat utilizat pe liniile de asamblare [3] înclinată, ceea ce permite un acces mai facil al operatorului la zona de lucru. Utilizarea VGA-urilor în cadrul liniilor de asamblare, permite aplicarea conceptului de asamblare asincronă. Astfel operatorii pot lucra într-un ritm adecvat lor, asigurând o calitate mai bună a activităţii depuse şi implicit o garanţie a calităţii produsului finit. Totodată subansamblul montat pe platforma vehiculului, poate fi dirijat spre staţia de control şi de testare a produsului, după care la nevoie este dirijat spre staţia de reparare a defecţiunilor constatate la controlul sau la testarea produsului, ajungând ca în final să revină pe linia de asamblare, unde să se continue fluxul tehnologic de montaj. Utilizarea vehiculelor ghidate automat în cadrul unor sisteme de fabricaţie flexibilă automată, necesită ca staţiile de lucru ale acestor sisteme să fie echipate cu dispozitive automate de manipulare a încărcăturilor, de exemplu roboţi industriali. De asemenea sistemele de vehicule ghidate automat se integrează şi cu alte tipuri de automate cum ar fi: centre de prelucrare cu comandă numerică, maşini-unelte cu comandă numerică, staţii de control automat, staţii de testare automată a performanţelor, depozite automate (AS/RS), posturi de montaj automat grupate în celule sau linii de fabricaţie flexibile şi linii de asamblare automată din cadrul sistemelor CIM (Computer Integrating Manufacturing).

108

Robocare

Flexibilitatea, adaptabilitatea şi manevrabilitatea vehiculelor ghidate automat, constituie cheia problemei pentru mediile de fabricaţie avansate. 10.4 Scurt istoric Primele robocare a fost construite în anul 1950 de către firma Barrett Electronics - SUA [HAM 86a], iar primul sistem de robocare a fost instalat în anul 1954 la Mercury Motor Freight, Columbia, South Carolina [HAM 86b]. Acesta a fost un sistem de vehicule cu remorci, urmărind o traiectorie materializată printr-un sistem de ghidare activ de tip inductiv şi având un controler cu tuburi electronice. In general primele sisteme de robocare au fost proiectate pentru manipulări de materiale în depozite, având la bază sisteme de ghidare active pe principiul inductiv, utilizat şi astăzi frecvent în industrie. Robocarele erau de tipul vehicul tractor cu remorci, fiind utilizate în special pentru transportul materialelor grele. Până în 1961 firma Barrett Electronics a fost unicul fabricant de robocare, când firma Webb Company a livrat tot un sistem de vehicule cu remorci firmei Ogden Army Depot din Utah - SUA. Mai târziu, în perioada anilor '70 odată cu apariţia circuitelor integrate, a fost posibilă instalarea la bordul vehiculelor a microcalculatoarelor, rezultând astfel primele robocare moderne. Aceste vehicule ghidate automat erau capabile să-şi identifice ruta, pentru a atinge punctul de destinaţie şi să asigure controlul mai multor funcţii, cum ar fi: încărcarea /descărcarea sarcinii şi ridicarea /coborârea sau rotirea /înclinarea platformei de lucru. In acest fel sistemul de conducere şi control a devenit mult mai complex, el fiind capabil să aibă o interfaţă cu un sistem de transfer de tip conveier, cu un depozit automat (AS/RS), cu roboţi industriali, maşini CNC şi alte echipamente automatizate. Primul sistem de robocare condus de un calculator, a fost instalat în anul 1978 la firma Keebler Distribution Center din Chicago - SUA. In anul 1981 John Deere din Waterloo, Jowa a utilizat un sistem de robocare, ce opera intr-un depozit automatizat, fiind destinat pentru preluarea şi distribuirea materialelor la şi de la diverse puncte de lucru. In anul 1984 firma General Motors - SUA a utilizat prima oară un sistem de robocare în procesul de asamblare flexibilă [HAM 86b], moment în care General Motors a devenit cel mai mare utilizator de robocare. Astfel în anul 1984 la firma General Motors erau doar 12 vehicule cu remorci, pentru ca în 1986 să fie un total de 1.407 robocare de toate tipurile, adică vehicule cu remorci, transportoare de palete şi vehicule ghidate automat. În anul 1987 s-au instalat alte 1662 de robocare, ceea ce a condus la o populaţie de 3.069 de robocare instalate. Din totalul de 3.069 de robocare, 2.739 (~ 90 %) se utilizau pe liniile tehnologice de asamblare, iar 330 (~ 10 %) se utilizau în transferul de materiale pe liniile tehnologice de fabricaţie. În Europa primele sisteme de robocare au fost instalate în Suedia la uzina de asamblare a autoturismelor Volvo din oraşul Kalmar în anul 1974 [AGE 86]. Cu începere din anul 1983, dezvoltarea sistemelor de robocare în Europa a avut un progres rapid. Sistemele de robocare au fost implementate în special în mediu industrial pentru deservirea liniilor tehnologice de fabricaţie şi de montaj. În 1985 în Europa existau cca. 450 de întreprinderi în care operau cca. 9662 de robocare [MÜL 87]. Dintre acestea 2037 erau instalate la firma Schindler - Digitron o filială suedeză a firmei Swiss Schindler Group, iar 1228 la Auto Carrer Systems, care avea filiale în diverse ţări europene. In anul 1987 existau numai în peninsula Scandinavică cca. 100 de sisteme de robocare cu un total de 2.000 de robocare, dintre care numai la firma Volvo erau în exploatare 1.000 de robocare. Al doilea mare utilizator de sisteme de robocare din Suedia este firma SAAB - Scania.

Robocare

109

10.5 Stuctura unui robocar Deşi sunt fabricate într-o varietate largă de tipo-dimensiuni, sistemele de robocare prezintă o serie de elemente comune. Astfel în componenţa oricărui sistem de robocare se regăseşte:

 robocarul, sau platforma mobilă, un vehicul autonom programat să se deplaseze de la un post de lucru la altul;  sistemul de ghidare, având la bază o tehnică de ghidare a robocarelor pe o traiectorie definită în prealabil, sau o tehnică de navigaţie într-un spaţiu structurat;  sistemul de conducere al robocarelor, ce asigură conducerea şi coordonarea deplasării robocarelor în condiţii de siguranţă deplină, pentru îndeplinirea sarcinilor de fabricaţie în conformitate cu programul de manipulare şi transfer. Baterie de acumulatoare

Calculator de bord

Panou de comanda şi afişaj

Dispozitiv de încărcare a bateriei SPATE

Sistemul de tracţiune şi de direcţionare

Buton de avarie

Şasiu

Senzor de spaţiere

Tampon frontal

FAŢĂ

Tampon lateral

Buton de avarie

Schimbarea bateriei

Indicarea frecvenţei căi de ghidare

Fig. 10.11 Principalele componente ale unui robocar (cu platforma îndepărtată) Principalele componente ale unui robocar sunt prezentate în Fig. 10.11 şi constau din următoarele: ♦ şasiul;

♦ sistemul de acţionare, format dintr-o baterie de acumulatoare, dispozitivul de încărcare şi dispozitivul de schimbare; ♦ sistemul de tracţiune al robocarului;

♦ ♦ ♦ ♦ ♦

sistemul de direcţionare al robocarului; sistemul de oprire cu precizie, (de indexare) al robocarului; sistemul de comunicaţie şi de control propiu, format din senzori şi microcalculatorul de bord; sistemul de comunicaţie cu controlerul de trafic;

sistemul de siguranţă, anticoliziune, compus din tampoanele frontale şi laterale; ♦ panoul de comandă şi afişaj. ♦ platforma de lucru;

110

Robocare

10.5.1 Şasiul robocarelor Şasiul se compune dintr-un cadru sudat din profile de oţel, învelit cu plăci de aluminiu. Cadrul sudat este dimensionat să susţină sarcina purtată, inclusiv a platformei de lucru şi astfel compartimentat încât să permită amplasarea echipamentelor prezentate în Fig. 10.11, dintre care sistemul de tracţiune şi de direcţionare, bateria de acumulatoare şi microcalculatorul de bord condiţionează gabaritul său. Majoritatea robocarelor nu au şasiul prevăzut cu suspensii, deoarece prezenţa acesteia perturbă urmărirea continuă a traiectoriei de către sistemul de ghidare. 10.5.2 Sistemul de acţionare al robocarelor Sistemul de acţionare al robocarelor se compune dintr-o baterie de acumulatoare industriale, având capacitatea cuprinsă între 300 şi 720 Ah, în funcţie de necesităţile instalaţiei electrice şi asigură alimentarea cu un curent electric continuu având tensiunea de 24 Vcc, 48 Vcc sau 80 Vcc. Încărcarea acumulatoarelor se realizează prin două metode:  încărcarea periodică;  ciclul de încărcare completă. a) Încărcarea periodică, se realizează pe traseu în timp ce robocarul îşi îndeplineşte, sau este în aşteptarea îndeplinirii sarcinii de manipulare. Punctele de parcare sau punctele de lucru, unde robocarele staţionează o perioadă mai mare de timp, se pot alege ca staţii de încărcare periodică a acumulatoarelor. Această metodă de încărcare permite utilizarea unor bateri de acumulatoare fără întreţinere, deoarece acestea sunt reîncărcate ori de câte ori este necesar. Încărcarea periodică este o metodă uzual întâlnită în cazul sistemelor de robocare utilizate în cadrul sistemelor de fabricaţie sau al linilor de montaj asincrone. b) Ciclul de încărcare completă, a bateriei de acumulatoare a unui robocar necesită amenajarea unei staţii de încărcare specializate, în care să aibă acces un număr de robocare, dependent de mărimea sistemului de robocare. Staţia de încărcare se amplasează pe o deviere de la traseul robocarelor, de regulă în zona de parcare a acestora, astfel încât timpul de staţionare în aşteptarea unei noi sarcini de fabricaţie să coincidă parţial sau total cu timpul de încărcare. Ciclul de încărcare completă se poate realiza în mai multe moduri:  conectare robocarului la redresorului de alimentare, exterior fix, se realizează prin intermediul unei cuple automate.  robocarul este echipat cu un catarg (troleu) prin intermediul căruia se închide circuitul de alimentare al redresorului, amplasat la bordul vehiculului, alimentarea realizându-se de la magistrala de curent.  conectarea redresorului de pe robocar la circuitul de alimentare se realizează printr-o cuplare manuală.  utilizarea bateriilor de acumulatoare de schimb. Metoda ciclului de încărcare completă necesită un timp de încărcare de 4 ore, urmat de 2 ore de răcire, perioadă în care robocarele nu sunt operaţionale. Având în vedere că durata de exploatare între două cicluri de încărcare este relativ redusă, de circa 17 ore timp de funcţionare continuă, se impune căutarea de soluţii, care să optimizeze numărul de vehicule necesare într-un sistem de robocare, ţinând cont şi de numărul de robocare aflate in staţia de încărcare.

Robocare

111

Greutatea mare a unei baterii de acumulatoare, de cca. 200 kg.(Fig. 10.12 a), precum şi minimizarea timpului de staţionare a robocarului în vederea schimbării bateriei, a condus la mecanizarea operaţiei de extragere /introducere a bateriei de pe /pe vehicul. Reducerea timpului de staţionare a robocarului pentru schimbarea bateriei de acumulatoare, se poate obţine prin introducerea acesteia într-o casetă ghidată pe role (Fig. 10.12 b). Utilizarea uneia din metodele de încărcare sau a unei combinaţie a celor două metode, depinde de sistemul de robocare proiectat, de gradul de încărcare al robocarelor şi de spaţiul existent.

a)

b)

Fig. 10.12 Bateria de acumulatoare a unui robocar: a - poziţionarea individuală a acumulatoarelor [1]; b - casetă ghidată pe role conţinând o baterie de acumulatoare [2] Unii fabricanţi de robocare furnizează la cerere o variantă de robocar prevăzută cu două baterii de acumulatoare la bord, care să permită depăşirea momentelor când alimentarea cu energie electrică se întrerupe în locuri aflate la distanţă de punctele de alimentare ocazională sau de staţiile de reîncărcare. Această variantă prezintă însă dezavantajul adăugări unei mase mari suplimentare robocarului, masă ce reduce sensibil sarcină utilă transportată. 10.5.3 Sistemul de tracţiune al robocarelor In cazul robocarelor sistemul de tracţiune se compune din motorul sau motoarele de turaţie controlată şi transmisia mecanică de antrenare a roţilor de tracţiune. Se deosebesc două cazuri: ♦ un motor antrenează prin intermediul unei transmisii diferenţiale cele două roţi motoare; ♦ câte un motor este montat pe fiecare din cele două roţi motoare, având turaţia controlată de un variator electronic. Comanda motoarelor de tracţiune este asigurată de microcalculatorul de bord, iar in cazuri deosebite, inclusiv cele de avarie, de către un operator uman de la panoul de comandă. Motorul electric este de regulă un motor de curent continuu sau un servomotor cu pulsaţia modulată în lăţime în patru cadrane. Regimul de frânare este asigurat de o frână electromagnetică sau de un sistem electronic de frânare dinamică ce asigură deceleraţia dorită Modificarea turaţiei la roţile motoare ale robocarelor presupune modificarea turaţiei servomotoarelor de curent continuu, care se realizează practic în toate cazurile prin modificarea tensiunii de alimentare rotorice, tensiune variabilă obţinută cu ajutorul dispozitivelor semiconductoare comandate, de tip tiristor şi tranzistor de putere. Există două metode consacrate de variere a tensiuni rotorice şi anume cu ajutorul: ♦variatorului de tensiune continuă (Chopper), care este un mutator, ce transformă tensiunea continuă şi constantă, aplicată la intrare, în impulsuri dreptunghiulare. Valoarea medie a tensiunii de ieşire se poate modifica între zero şi valoarea tensiuni sursei de alimentare. ♦redresorul comandat, alimentează servomotoarele de curent continuu prin intermediul convertizorului cu tiristoare, bazându-se pe proprietăţile de supapă electrică ale tiristorului. Intrarea în conducţie a tiristorului are loc în mod ciclic la apariţia impulsurilor de comandă pe grilă. Impulsurile pot fi decalate ca

112

Robocare

fază faţă de tensiunea reţelei, potrivit comenzi date de echipamentul de reglare şi în acest mod se obţine o tensiune continuă de valoare medie reglabilă. 10.5.4 Sistemul de direcţionare al robocarelor Vehiculele ghidate automat sunt proiectate pentru a se deplasa în în trei moduri:  mişcarea pe o direcţie şi într-un singur sens, mers înainte, care solicită un sistem de tracţiune şi unul de direcţionare a vehiculului;  mişcarea pe o direcţie în ambele sensuri, mers înainte-înapoi, caz în care este necesar un sistem adiţional de direcţionare;  mişcarea pe două direcţii ortogonale, în ambele sensuri, care solicită două sisteme de tracţiune şi două de direcţionare a vehiculului. Sistemul de direcţionare al robocarului, prezentat în Fig. 10.13, se compune din: Echipament electronic Amplificator • senzor inductiv, pentru direcţionarea vehiculului; • motor de antrenare, de regulă un motor Senzor pas cu pas; inductiv • traductorul de turaţie, dacă motorul este de curent continuu; • transmisia mecanică cu element intermediar flexibil, de regulă o curea sincronă; • micro-întrerupătoarele de capăt de cursă; • volanul, pentru comanda manuală în caz de avarie; • echipamentul electronic de prelucrare a Motor pas semnalului. cu pas Motoarele electrice pas cu pas, sunt utilizate preferenţial în acţionarea sistemului de direcţionare al roţii motoare al robocarelor, datorită asigurării unei poziţionări exacte. Funcţia specifică Câmp electromagnetic motoarelor pas cu pas, de conversie univocă a impulsului electric intr-un pas Fig. 10.13 Sistemul de direcţionare al unui robocar unghiular, permite realizarea celor mai simple sisteme de reglare a poziţiei în circuit deschis, fără utilizarea vreunui traductor în structura lor. Dezavantajul motoarelor pas cu pas constă în micşorarea sensibilă a cuplului motor la frecvenţe foarte mari, ceea ce nu permite efectuarea de mişcări rapide. Cuplul motor scade cu creşterea turaţiei, iar frecvenţele de pornire şi oprire, ca şi frecvenţa maximă posibilă, sunt strâns dependente de sarcină şi de momentele de inerţie. Din aceste cauze motorul pas cu pas poate fi folosit în mod direct numai la acţionări unde nu se necesită un moment motor prea mare, cum este şi cazul acţionării mecanismelor de direcţionare al robocarelor. La antrenări ce necesită momente mari se impune utilizarea unor amplificatoare de cuplu. 10.5.4.1 Cinematica virării la robocare În Fig. 10.14 se prezintă schema de calcul a razei de virare R a robocarului şi unghiul de virare β aferent pentru diferite tipuri de robocare.

Robocare

113

Astfel pentru robocarele cu o singură roată directoare (Fig. 10.14 a) raza de virare R, în raport cu centrul

A P22

A P22

E P1

R P21

E

β2

P11

β1

β R P21

β

P12

β2 β1

I

a)

I

b)

V2

P2

E V1 R

P1 I

Fig. 10.14 Cinematica virării robocarelor: a) cazul unei roţi directoare; b) cazul a două roţi directoare; c) cazul virării cu două roţi directoare cu axe fixe şi viteze unghiulare diferite

c)

instantaneu de rotaţie I, se determină cu relaţia:

R=

A tg β

(10.1)

în funcţie de A – ampatamentul şi de β – unghiul de virare al roţii directoare. În cazul robocarelor cu două roţi directoare (Fig. 10.14 b) raza de virare R este:

R=

A E − tg β 2 2

(10.2)

în funcţie de E – ecartamentul roţilor şi de β2 – unghiul de virare al roţii directoare 2. Relaţia de legătură dintre cele două unghiuri de virare, al roţii directoare 1 în funcţie de cel al roţii directoare 2, este dată de expresia:

tg β1 =

Α Α −Ε tg β 2

(10.3)

În cazul în care pentru virare se folosesc 2 roţi directoare cu axe fixe, acţionate de motoare de curent continuu cu viteze unghiulare diferite (Fig. 10.14 c), raza de virare R se determină cu relaţia:

Robocare

114

R=

E ω1 + ω2 ⋅ 2 ω2 − ω1

(10.4)

Direcţiile şi sensurile de deplasarea ale unui vehicul ghidat automat, prezentate în Fig. 10.15, se poate materializa utilizând diferite configuraţii de dispunere a roţilor de tracţiune - RT, a roţilor de direcţionare RD şi a roţilor de pivotare - RP. Configuraţia triciclu, prezentată în Fig. 10.15 a, b şi c este mai simplă constructiv, dar prezintă dezavantajul unei instabilităţi a construcţiei; In Fig. 10.15 a se exemplifică deplasarea pe o direcţie şi într-un singur sens. In acest scop roata din faţă este în acelaşi timp şi roată de tracţiune şi roată de direcţionare a vehiculului, iar roţile din spate sunt roţi pivotante (roţi de fugă). Tracţiunea vehiculului este asigurată de servomotorul de curent continuu, cu frână încorporată şi tahogenerator, montată direct pe roata din faţă. Motorul pas cu pas asigură prin intermediul unei transmisii cu curea sincronă conducerea vehiculului pe traiectorie, prin orientarea roţii din faţă (vezi şi Fig. 10.13). Pentru ca robocarul să se poată deplasa în ambele sensuri ale direcţiei de mers, Fig. 10.15 b şi c, se impune un al doilea sistem de direcţionare, care se montează în locul roţilor pivotante din spate. Astfel la varianta constructivă din Fig. 10.15 b, cele două roţi din spate sunt sincronizate mecanic, prin intermediul unui mecanism cu bare, comandat şi controlat de un motor pas cu pas. Varianta constructivă din Fig. 10.15 c utilizează două servomotoare de curent continuu, sincronizate electric prin controlul turaţiei. Configuraţia "caro"(diamond), conferă o stabilitate mai mare robocarului. Varianta constructivă din Fig. 10.15 d este o variantă dublu triciclu obţinută prin dedublarea soluţiei triciclu simplu (Fig. 10.15 a), asigurându-se astfel deplasarea în ambele sensuri ale direcţiei de mers. Pentru a reduce numărul de motoare pas cu pas, sincronizarea mişcării roţilor, pentru angajarea în curbă, este asigurată de o transmisie cu curea sincronă, aşa cum se prezintă în Fig. 10.15 e. Cea mai comună configuraţie este cea prezentată în Fig. 10.15 f, la care tracţiunea este asigurată de două servomotoare de curent continuu, având încorporate frâna şi tahogeneratorul, plasate pe roţile de tracţiune centrale, conducerea pe o traiectorie curbilinie fiind asigurată de alimentarea diferenţială a celor două motoare.

Robocare

RD

MPP

RT

MCC

115

RP

MS

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

Fig. 10.15 Direcţiile şi sensurile de deplasare ale unui vehicul ghidat automat: a - o direcţie, un sens; b, c, d, e, f, h - o direcţie, ambele sensuri; g - două direcţii ortogonale, în ambele sensuri

Robocare

116

Varianta constructivă din Fig. 10.15 g permite deplasarea robocarului pe două direcţii ortogonale, în ambele sensuri, transmisia suplimentară plasată în centrul vehiculului, având rolul de a roti cu 900, într-un sens sau altul, toate roţile. Conducerea diferenţială este asigurată de controlul turaţiei motoarelor. In Fig. 10.15 h se prezintă o soluţie având la bază o transmisie diferenţială, care asigură sincronizarea mecanică a roţilor de tracţiune, permiţând astfel ca motorul de tracţiune să aibă o viteză unghiulară constantă. Conducerea pe o traiectorie curbilinie este asigurată de un motor pas cu pas şi o transmisie mecanică cu element intermediar flexibil (curea sincronă), care orientează simultan în sensuri opuse, roată din faţă şi cea din spate. In procesele de fabricaţie cu un înalt grad de automatizare, de multe ori fluxul de materiale este foarte complicat, fiind dificilă amplasarea robocarului în poziţiile dorite. De aceea este necesar ca robocarele să posede capacitatea de a se deplasa pe rute diferite. Unele robocare de construcţie specială, au posibilitatea de a se deplasa pe o direcţie diagonală sau laterală, fără însă a-şi schimba orientarea şasiului. 10.5.4.2 Roţi de configuraţie specială Un prototip de vehicul capabil de a efectua orice mişcare liniară sau circulară în plan, a fost conceput de Mitsubishi Electric Corp. din Japonia [IMA 87] şi este prezentat în Fig. 10.16. Robocarul are patru roţi de tracţiune, plasate în centrul vehiculului, două de o parte şi două de cealaltă parte a şasiului şi patru roţi pivotante plasate la colţurile şasiului. Conducerea pe traiectorie este asigurată de orientarea celor două perechi de roţi motoare de tracţiune, prin intermediul a câte unui disc rotativ. Schimbarea orientării discurilor rotative, cu păstrarea orientării

Gyroscop

Cameră TV

Stroboscop

Şasiu

Unitate de control

Cale de ghidare Marcaj

Disc rotativ Roată motoare

Fig. 10.16 Robocar Mitsubishi Electric Corporation şasiului, se poate obţine prin modificarea independentă a turaţiei celor patru roţi motoare. Roţile motoare sunt montate elastic pe şasiu, asigurându-se astfel un contract continuu cu suprafaţa de rulare, denivelări chiar mai mari de 5 mm, necauzând dificultăţi de deplasare.

Robocare

117

Mişcare liniară. Când cele patru roţi motoare au acelaşi sens de rotaţie şi aceeaşi turaţie, vehiculul se deplasează pe o traiectorie liniară, Fig. 10.17 a. Dacă orientarea roţilor este aceeaşi cu orientarea vehiculului,

O2

O1

O1=O2 b)

a)

O1

O1

O O2

O2

c)

d)

O1

O2

O e)

Fig. 10.17 Moduri de deplasare ale unui vehicul ghidat automat: a şi c - mişcare liniară; b - schimbarea direcţiei de mers; d şi e - mişcare circulară modul de deplasare nu diferă cu nimic faţă de cel al vehiculelor ghidate automat convenţionale, prezentate în Fig. 10.15. Spre deosebire de vehiculele convenţionale acest vehicul are posibilitatea să se deplaseze şi pe o direcţie preselectată, fără s schimba orientarea şasiului. Cu alte cuvinte mişcarea liniară poate avea loc şi pe o traiectorie diagonală (Fig. 10.21 c), sau laterală (Fig. 10.17 d), fără a schimba orientarea vehiculului. Schimbarea direcţiei de mers. Prin rotirea a două roţi motoare, ataşate de fiecare disc rotativ, în sens diferit, dar cu aceeaşi turaţie, orientarea discului rotativ se poate schimba (Fig. 10.17 b), fără a se schimba orientarea şasiului vehiculului. Această modalitate este utilizată pentru schimbarea direcţiei de mers, fără ca orientarea şasiului să se schimbe, dacă mişcarea vehiculului este temporar oprită.

Robocare

118

Mişcarea curbilinie. In acest caz vehiculul se poate deplasa pe o traiectorie curbilinie, în jurul unui punct liber ales, pentru schimbarea orientării şasiului. Punctul de intersecţie al dreptelor, ce trec prin centrul de rotaţie al celor două discuri rotative şi punctul ales, este centrul instantaneu de rotaţie, O (Fig. 10.17 d, e şi Fig. 10.18). Dacă schimbarea simultană a orientării discurilor rotative are loc în timpul mersului, se obţine o mişcare pe o traiectorie curbilinie (Fig. 10.17 d), fără schimbarea orientării şasiului vehiculului. Algoritmul de calcul care să sigure o urmărire riguroasă a traiectoriei marcate are la baza notaţiilor din Fig. 10.18. Controlul deplasării vehiculului pe o traiectorie liniară (direcţia X). Viteza celor patru roţi motoare este comandată în funcţie de viteza de deplasare a vehiculului. Astfel turaţia fiecărei roţi motoare este dependentă

y β1

Va

Vb

R

Φ

β2

y

x

Vc Vd

O

r Fig. 10.18 Corecţii ale devierii vehiculului de la traiectorie de satisfacerea următoarelor ecuaţii:

Va = V

Vc = V

Vb = V

Vd = V

V=

π⋅D⋅n 1000

(10.5)

unde: Va, Vb, Vc, Vd - sunt vitezele tangenţiale ale fiecărei roţi motoare; D - este diametrul roţilor motoare; n - turaţia comandată a fiecărei roţi motoare; V - viteza de deplasare a vehiculului. ataşate discului rotativ de pe partea dreaptă a şasiului: Un alt tip de vehicul ghidat automat, Mecanum AGV [JON 87], utilizează patru roţi motoare de construcţie specială. In comparaţie cu roţile de tracţiune tradiţionale, care permit mişcări liniare înainteînapoi şi mişcări cu o anumită rază de curbură, roţile Mecanum permit deplasarea vehiculului în orice direcţie, de la 0-3600, inclusiv mişcări liniare pe o direcţie perpendiculară faţă de direcţia de mers, fără a schimba orientarea şasiului. Utilizarea vehiculelor echipate cu roţi Mecanum permite creşterea gradului de flexibilitate al sistemelor de fabricaţie flexibile, în condiţiile reducerii spaţiului de manevră al vehiculului şi a creşterii vitezei de lucru a VGA.

Robocare

119

Roţile motoare de tip Mecanum, prezentate în Fig. 10.19, au 300 mm in diametru şi pe circumferinţă sunt dispuse 8 role libere din poliuretan, având axa înclinată la 450 faţă de axa de rotaţie a roţii. Roţile Mecanum au o construcţie perfect simetrică, în plan frontal, ceea ce permite montarea lor atât pe partea stângă, cât şi partea dreaptă a şasiului. Antrenarea fiecărei roţi în parte este asigurată în mod direct de un grup motoreductor. Grupul moto-reductor se compune dintr-un reductor armonic, un servomotor de curent continuu, o frână electromagnetică, un traductor de viteză şi un traductor de turaţie. Sistemul de conducere are la bază sistemul de ghidare pasiv, constând dintr-o traiectorie vopsită pe podea. Deplasarea în diferite direcţii a robocarului, se obţine prin modificarea vitezei unghiulare de rotaţie a roţilor şi /sau a sensului de rotaţie a uneia sau mai multor roţi, în raport cu celelalte roţi. Utilizând trei mişcări de bază (Fig. 10.20) şi trei mişcări derivate se pot obţine un număr infinit de manevre. Mişcarea liniară. Deplasarea vehiculului înainteînapoi (Fig. 10.20 a) se obţine prin antrenarea roţilor în acelaşi sens de rotaţie şi având aceeaşi turaţie. Pentru deplasarea vehiculului perpendicular pe direcţia de mers, adică lateral (Fig. 10.20 b), cele patru roţi au aceeaşi turaţie, cu deosebirea că sensul de rotaţie al roţilor de pe partea stângă a şasiului este divergent, iar sensul de rotaţie al roţilor de pe partea dreaptă a şasiului este convergent. Pentru mişcarea pe o direcţie diagonală (Fig. 10.20 c), Fig. 10.19 Roata motoare de tip Mecanum înclinată la 450, două roţi diagonale au acelaşi sens de rotaţia şi aceeaşi turaţie, iar celelalte două roţi sunt neantrenate.

Robocare

120

Mişcarea curbilinie. Rotirea vehiculului pe loc (Fig. 10.20 d), cu un unghi cuprins între 0-3600, se obţine atunci când toate roţile au aceeaşi turaţia, roţile de pe partea stângă a şasiului au acelaşi sens de rotaţie, iar roţile de pe partea dreaptă a şasiului au sensul de rotaţie opus. Rotirea vehiculului pe o traiectorie curbilinie se obţine prin modificarea diferită a turaţiilor celor patru roţi. Astfel dacă roţile de pe partea stângă a şasiului, au turaţia mai mică decât a celor de pe partea dreaptă a şasiului, se obţine o traiectorie curbilinie spre dreapta (Fig. 10.20 e). Dacă roţile din faţă au aceeaşi turaţie, dar sensul de rotaţie opus, iar roţile din spate nu sunt antrenate, mişcarea vehiculului are loc pe o traiectorie curbilinie laterală (Fig. 10.20 f). Sistemul de conducere este capabil să controleze accelerarea şi decelerarea robocarului, asigurând o precizie mare de urmărire a traiectoriei. In completare la funcţionarea în regim automat, fiecare robocar tip Mecanum AGV este prevăzut cu posibilitatea de a fi manevrat manual cu ajutorul unei manete de comandă, pentru

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Fig. 10.20 Principalele mişcări ale unui robocar tip Mecanum AGV: a, b şi c - mişcare liniară; d, e şi f - mişcare circulară conducerea vehiculului în orice direcţie. Echipamentele de semnalizare luminoasă indică direcţia de deplasare, precum şi funcţionarea necorespunzătoare a sistemului.

Robocare

121

10.5.5 Oprirea cu precizie a robocarelor Orice robocar trebuie să dispună de capacitatea de a se opri cu precizie în dreptul fiecărui post de lucru. Dependent de tipul de robocar precizia de poziţionare la oprire este de ordinul ± 75 mm până la ± 0,25 mm. In cazul în care operaţiile de încărcare /descărcare se execută manual, sau robocarul deserveşte posturi de lucru aflate în cadrul unei linii de asamblare în care montajul se realizează manual, precizia de poziţionare la oprire de până la ± 75 mm poate fi admisă. Pentru operaţiile de transfer automat se solicită o acurateţe mai mare la oprirea robocarelor. Înainte de a ajunge în postul de lucru, robocarul va recepţiona comenzi de oprire cu precizie de la sistemul de conducere, sau prin intermediul unui cod de bare marcat pe podea. Pentru opriri cu precizie mai mare, robocarul se va angaja într-un amplasament prevăzut cu mecanisme de blocare comandate sau automate. Mecanismele de blocare sunt comandate, când blocarea sau deblocarea se realizează printr-o comandă exterioară, care poate fi mecanică, electrică, hidro-pneumatică etc., sau sunt automate, când blocarea sau deblocarea se realizează de la sine, în momentul atingerii valorii limită a unui parametru funcţional (forţă sau moment). 10.5.6 Microcalculatorul de bord Majoritatea robocarelor utilizate în sistemele de fabricaţie flexibile au în completarea sistemului de conducere central, un microcalculator la bord. Acest mod de a comanda vehiculul este similar cu cel al unui robot şi este utilizat pentru monitorizarea performanţelor vehiculului, pe baza datelor primite privind determinarea poziţiei şi vitezei. Pe baza microcalculatorului de bord se facilitează comenzi digitale cum ar fi: controlul manual al funcţionarii, activarea /dezactivarea sistemului de siguranţă, controlul stării bateriei, eliberarea frânei etc. In general instrucţiunile microcalculatorului de bord sunt recepţionate direct prin sistemul de comunicare de la sistemul de comandă şi control. De asemenea microcalculatorul de bord controlează transmiterea informaţiilor la sistemul de conducere. Instrucţiunile destinate microcalculatorului de bord sunt generate de sistemul de conducere, care controlează zona şi transmite comenzile robocarului. In acelaşi mod robocarul comunică date privind starea sa sistemului de conducere. Sistemul de comunicare poate fi continuu sau discret. Sistemul de comunicare continuu permite robocarului şi sistemului de conducere zonal, controlerul de trafic, să transmită şi să retransmită informaţiile în tot timpul ciclului de lucru, utilizând frecvenţa radio sau comunicarea prin fire incluse în calea de ghidare activă. Sistemul de comunicare discret permite schimbul de informaţii între controlerul de trafic zonal şi un singur robocar, aflat într-o poziţie bine stabilită, în aşa numitul punct de comunicaţie. Comunicările în acest caz se realizează prin metode inductive sau optice. Dezavantajul metodei de comunicare discretă constă în faptul că sistemul de conducere nu poate comunica cu robocarul, până ce acesta nu ajunge într-un punct de comunicaţie. Dacă intre două puncte de comunicaţie se produc desincronizări în funcţionarea robocarului, aceste informaţii nu pot fi transmise sistemului de conducere şi se necesită o intervenţie prin comenzi manuale de aducere a vehiculului la punctul de comunicaţie următor. Cu toate aceste limitări, mai multe sisteme de robocare utilizează sistemul de comunicare discretă cu controlerul de trafic zonal. Riscul apariţiei unor probleme, în funcţionarea unui robocar între două puncte de comunicaţie fiind redus, se pune firesc întrebarea dacă merită să sporim costurile pentru a asigura capacitate de comunicare continuă. Nu trebui neglijat nici faptul că utilizarea undelor radio în mediu industrial, pentru comunicarea continuă, este perturbată de interferenţele cauzate de procesele de sudare, de motoarele mari etc. 10.5.7 Sisteme de siguranţă Sistemele de siguranţă care echipează un robocar sunt destinate pentru: ⇒ oprirea robocarului în caz de avarie; ⇒ evitarea coliziunii cu alte robocare, echipamente periferice sau diverse obiecte aflate accidental pe traiectorie; ⇒ protecţia personalului. Pentru a asigura un maximum de siguranţă în funcţionarea unui sistem de robocare, fiecare robocar este echipat cu combinaţii variate de sisteme de siguranţă, cum ar fi sirene pentru emiterea de semnale sonore, sau becuri cu lumină galbenă intermitentă care semnalizează funcţionarea robocarului.

122

Robocare

Sistemul de siguranţă pentru oprirea robocarului în caz de avarie, acţionează ori de câte ori se pierde semnalul de frecvenţă ce indică traiectoria ce trebuie urmată de robocar. Sistemul de siguranţă pentru evitarea coliziunii, denumit şi sistem anticoliziune, protejează robocarul împotriva coliziunii cu alte robocare, echipamente periferice sau alte obiecte ajunse accidental pe traiectoria robocarului. Pentru evitarea coliziunii cu alte robocare, se utilizează frecvent un emiţător /receptor ultrasonic sau optic multifuncţional, montat pe suprafeţele frontale ale şasiului, care comandă reducerea vitezei vehiculului, ori de câte ori acesta ajunge la limita de siguranţă în deplasare, considerată de 1 m, sau comandă oprirea vehiculului, dacă distanţa minimă de 0,5 m între două robocare nu este menţinută. Dacă însă două robocare intră intr-o intersecţie, acest sistem de siguranţă nu va putea evita coliziunea dintre robocare. In acest caz controlerul de trafic zonal va activa un program anticoliziune, astfel ca un singur vehicul să aibă acces în intersecţie, celelalte vehicule fiind oprite în tot acest timp. Pentru protejare vehiculului şi a obiectelor aflate accidental pe traiectoria robocarului, se utilizează bare de protecţie din cauciuc amplasate pe şasiu, atât pe părţile frontale cât şi pe cele laterale şi echipate cu micro-întrerupătoare, fotocelule sau senzori de proximitate. In cazul unei coliziuni, prin comprimarea cauciucului, se emite un semnal electric, care va comanda oprirea robocarului. Vehiculul nu va porni din nou decât după îndepărtarea obstacolului, sau dacă acesta a fost îndepărtat instantaneu, vehiculul mai stă pe loc cca. 3-6 secunde de la momentul primirii semnalului de oprire. Sistemul de siguranţă pentru protecţia personalului, este destinat pentru avertizarea şi protecţia personalului. Pentru avertizarea personalului, robocarele sunt echipate cu lumini intermitente de culoare galbenă sau sirene, care indică faptul că robocarul se află in funcţiune, că îşi schimbă direcţia de mers etc. De asemenea pentru cazuri extreme, fiecare robocar este echipat cu două butoane de avarie, amplasate la capetele vehiculului, care permit oprirea sa instantanee. Tot pentru protecţia personalului s-a limitat viteza maximă admisă de deplasare a robocarului la 1 m/s, cu toate că robocarele sunt capabile să dezvolte viteze de regim de maximum 4,5 m/s. Sistemul de siguranţă electronic [5] prezentat în Fig. 10.21, se compune dintr-un tampon din spumă de poliuretan, ce are încorporat un contactor normal deschis. In caz de coliziune acest contact se închide, ca urmare a comprimării tamponului în contact cu piciorul operatorului uman, comandând oprirea robocarului.

Fig. 10.21 Sistem de siguranţă electronic [5]