Cap 10.2 - Robocare 3+4

Robocare

127

10.5 Sisteme de ghidare şi de navigare ale robocarelor

Performanţe

Un sistem de robocare este total dependent de calea sa de ghidare, care îi asigură traiectoria ce urmează a fi parcursă de vehicule în deplasarea lor, între diferitele posturi servite. Tehnicile de ghidare pe traiectorie ale vehiculelor pot avea la bază diferite principii de urmărire. Calea de ghidare la rândul ei poate fi materializată fizic sau prescrisă prin program. In acest sens se deosebesc două sisteme de ghidare pe traiectorie: a) sisteme de ghidare pe traiectorie, având o cale de ghidare materializată fizic:  ghidare mecanică, pe şine de cale ferată;  ghidarea pasivă, care se bazează pe principii de detecţie optică sau magnetică;  ghidarea activă, bazată pe principii inductive. b) sisteme de navigare, având o cale de ghidare programată:  navigarea pe baza monitorizării turaţiei roţii motoare;  navigarea ghidată de un fascicul laser;  navigarea inerţială;  navigarea pe baza recunoaşterii mediului. Din punct de vedere al alegerii traiectoriei posibile deosebim două cazuri: definirea căii de ghidare static sau dinamic. Astfel în cazul definirii căii de ghidare în mod static, există o singură cale de ghidare între două staţii servite de robocar. Dacă între două staţii servite există mai multe rute posibile, alegerea uneia dintre ele în timpul transportului, defineşte calea de ghidare dinamică. La limită calea de ghidare poate fi concepută ca o succesiune de rute – incremenţi infiniţi mici. In Fig. 10.22 [BOE 87] se prezintă calitativ fiecare dintre aceste sisteme de ghidare pe traiectorie şi sisteme de navigare, dependent de performanţele lor şi de costurile de instalare aferente.

Recunoaşterea mediului

Detecţie optică Detecţie inductivă Cale ferată

Fascicul laser

Navigare inerţială

Monitorizarea turaţiei Costul sistemului

Figu. 10.22 Tehnici de ghidare pe traiectorie 10.5.1 Sisteme de ghidare pasive Tehnicile de ghidare pasive, bazate, în general, pe principiul detecţiei optice, urmăresc o traiectorie materializată de o bandă adezivă sau o dungă vopsită. In principiu se focalizează o rază de lumină pe banda adezivă sau dunga de vopsea reflectorizantă şi se urmăreşte traiectoria, pe baza amplitudinii luminii reflectate sau stimulate. O altă metodă de ghidare pasivă, bazată pe principiul detecţiei magnetice, necesită echiparea vehiculelor cu senzori de detectare a metalelor, ce urmăresc o bandă de oţel îngropată în podea. Vehiculele pot fi programate să urmărească mijlocul sau una din marginile căi de ghidare.

Robocare

128

10.5.1.1 Sistem de ghidare pasiv prin detecţie optică Avantajele utilizării căi de ghidare prin detecţie optică constau în costul de instalare şi întreţinere foarte scăzut, aplicarea uşoară şi în faptul că nu deteriorează suprafaţa de rulare şi sunt uşor şi rapid de modificat. Dezavantajele acestor căi de ghidare rezidă din deteriorarea lor uşoară, de unde rezultă şi necesitatea unei întreţineri continue, precum şi din faptul că nu tolerează murdărirea benzii şi nu permit transferul de date privind starea vehiculului la sistemul de conducere. Căile de ghidare prin detecţie optică nu sunt uzual potrivite pentru medii industriale, pe de o parte datorită prezenţei din abundenţă a deşeurilor metalice mărunte, iar pe de altă parte datorită perturbării sistemului de comunicare bazat pe unde radio. Se utilizează preferenţial în ghidarea robocarelor pentru prestări de servicii la: distribuirea corespondenţei şi coletelor în clădiri administrative, bănci sau spitale, precum şi în deservirea camerelor curate, unde nu se admite practicarea de fante în podea, metodă specifică tehnicii de ghidare activă. Metoda de ghidare prin detecţie optică clasică, se bazează pe o sursă de lumină şi o fotodiodă, ambele montate pe vehicul, ce urmăresc o bandă sau o dungă vopsită pe podea, aşa cum rezultă din Fig. 10.23. Intensitate luminii reflectate depinde de contrastul căii de ghidare în raport cu suprafaţa de rulare, aşa

Sursa de lumină Filtre Fotocelulă Cale de ghidare

Fig. 10.23 Tehnică de ghidare prin detectare optică a luminii reflectate

Oglindă rotativă

Sursă de lumină ultravioletă

Lentilă divergentă

Cale de ghidare

Fig. 10.24 Tehnică de ghidare prin detectare optică a luminii generate încât orice variaţie a luminii reflectate este sesizată şi fotodioda poate detecta momentul în care vehiculul se abate de la calea de ghidare. Semnalul astfel obţinut este utilizat pentru a "pilota" vehiculul conform traiectoriei descrise de bandă adezivă sau de dunga vopsită. Dacă însă banda /dunga, care materializează traiectoria se murdăreşte, se decolorează sau se deteriorează, sau dacă lumină ambientală distorsionează nivelul de sesizare al luminii reflectate, vehiculul se poate abate de la calea sa de ghidare. In acest caz vehiculele sunt astfel proiectat încât să se oprească, ceea ce constituie un dezavantaj major. Pentru a elimina acest dezavantaj se utilizează metoda de ghidare prin detectare optică a luminii generate, de o bandă sau o vopsea reflectorizantă, prin stimularea particulelor fluorescente cu o sursă de lumină ultravioletă (Fig. 10.24). De remarcat că această lumină este generată, ea ne fiind dependentă de condiţiile de iluminare ambientală, ca şi în cazul detectării luminii reflectate. O oglindă orientabilă scanează calea de ghidare şi un foto-receptor

Robocare

129

captează lumina generată, care, pe rând, retransmite semnalele unui microprocesor. Microprocesorul interceptează intensitate luminii, pe fiecare parte a benzii şi strălucirea în centru. Forma de clopot a curbei, prezentată în Fig. 10.25 a, reprezintă distribuţia intensităţii luminoase. Microprocesorul mediază această citire şi determină linia centrală a strălucirii. In ordine se identifică marginile căii de ghidare, cu scopul de a urmării codurile de identificare ale staţiilor sau a altor comenzi, coduri care se obţin prin introducerea unui impuls scurt perpendicular pe calea de ghidare. Senzorul care scanează calea de ghidare recunoaşte acest impuls, prin absenţa formei normale de clopot (Fig. 10.25 b) a curbei de variaţie a intensităţii luminii reflectate. Sesizarea sau nu a unei linii drepte a strălucirii maxime pe una din marginile căi de ghidare (Fig. 10.26 a), reprezintă un cod binar: unu sau zero. Decodorul din dotarea vehiculului citeşte secvenţa binară şi interpretează codul. Când vehiculul ajunge în dreptul unui cod de identificare al unei ramificaţii (Fig. 10.26 b), se determină, bazat pe destinaţia vehiculului, dacă se continuă mişcarea drept înainte, sau se urmăreşte ramificaţia căi de ghidare. Pentru respectarea traiectoriei comandate, ramificată la dreapta sau la stânga, se înlocuieşte urmărirea liniei centrale a căi de ghidare, cu urmărirea marginii căii de ghidare, de exemplu pentru direcţie dreapta se urmăreşte marginea din dreapta, ca in figura 3.5 b. După depăşirea ramificaţiei, se revine la urmărirea traiectoriei pe baza liniei centrale a căii de ghidare, adică a strălucirii maxime.

a)

Suprafaţa de rulare Suprafaţa Calea de de rulare ghidare Calea de ghidare Nivelul semnalului Nivelul rezultat semnalului rezultat

b)

b) a) Fig. 10.25 Variaţia intensităţii luminii reflectate: a - pentru deplasarea pe traiectorie; b - la detectarea unui impuls - cod Fig. 10.25 Variaţia intensităţii luminii reflectate: a - pentru deplasarea pe traiectorie; b - la detectarea unui impuls - cod

a) b) Fig. 10.26 Cale de ghidare: a - codificată; b - ramificată 10.5.1.2 Sistem de ghidare pasiv prin detecţie magnetică O altă tehnică de ghidare pasivă constă în urmărirea traiectoriei materializată printr-o bandă de oţel îngropată în podea, cu ajutorul unor senzori de detectare a metalelor montaţi pe robocar. Sistemul de ghidare constă din două blocuri de senzori, fiecare conţinând cinci senzori, amplasate la fiecare capăt (faţă - spate) al robocarului. Fiecare bloc de senzori are trei senzori centrali, ce urmăresc să păstreze vehiculul centrat faţă de calea de ghidare, şi doi senzori laterali ce semnalizează codurile de identificare (ce apar pe una din cele două margini ai căi de ghidare) şi urmăresc marginea căi de ghidare la traversarea unei ramificaţii (în curbe).

Robocare

130

Informaţiile preluate de senzori, sunt receptate şi prelucrate de microcalculatorul de bord, care la rândul său emite comenzile în consecinţă. Avantajul acestui sistem de ghidare constă în rezistenţa sporită la diverşi solvenţi şi în lipsa totală a oricărei activităţi de întreţinere. Reţeaua de benzi poate fi uşor modificată şi eventualele întreruperi scurte nu afectează sistemul de ghidare. De altfel banda de oţel poate fi amplasată şi direct pe podea, caz în care se recomandă acoperirea sa cu un covor din material antiderapant. Pentru aplicaţii în medii neindustriale, specifice domeniului de servicii cum ar fi: întreţinerea curăţeniei pe suprafeţe mari, distribuirea corespondenţei în clădiri administrative, sisteme automate de securitate în muzee, sisteme de transfer al alimentelor, rufelor în spitale etc., s-a dezvoltat un sistem de ghidare pasiv utilizând principiul detecţiei magnetice [TSU 87]. Două reţele de linii paralele, dispuse la distanţe egale şi sub un unghi drept, dau naştere la puncte de intersecţie, bine localizate în planul suprafeţei de rulare. De-a lungul acestor linii paralele robocarul poate alege mai multe traiectorii, deoarece în fiecare punct de intersecţie poate alege una din cele patru posibilităţi de deplasare. Dacă o rută selectată este ocupată de un obstacol fix, se alege ruta testată anterior, sau se caută alta. In Fig. 10.27 se exemplifică modul de deplasare a unui vehicul ghidat automat, din staţia 1 în staţia 2, după cum urmează: 17

6 VGA în staţia 1

y

VGA în staţia 2

x Fig. 10.27 Reţea de căi de ghidare • rotire în sens orar cu 1800 (RD 180); •

mers înainte 17 puncte de intersecţie (MÎ 017); • rotire în sens orar cu 900 (RD 90); • mers înainte 6 puncte de intersecţie (MÎ 006). unde în paranteză sunt indicate comenzile date robocarului. Poziţia unui robocar în reţeaua de linii de ghidare, este definită de coordonatele P(X, Y) ale unui punct de intersecţie. Totodată fiecărui punct de intersecţie i se atribuie un cod (α, β), ce defineşte posibilităţile robocarului de deplasare, fără a întâlni nici un obstacol fix. Numerele α şi β se atribuie conform unor reguli, prezentate în cele ce urmează: 0 - robocarul nu se poate deplasa în nici un sens al direcţiei X sau Y, deci stă pe loc; 1 - robocarul se poate deplasa în sensul pozitiv al direcţiei X sau Y; 2 - robocarul se poate deplasa în sensul negativ al direcţiei X sau Y; 3 - robocarul se poate deplasa în orice sens al direcţiei X sau Y. Reţeaua de căi de ghidare este materializată prin plăci de gresie, prevăzute au un marcaj magnetic, compus dintr-o răşină in amestec cu 74% praf de ferită, pe una din laturi (model I), sau pe două laturi concurente (model L). Plăcile cu marcaj magnetic în formă de L, se folosesc pentru a materializa reţeaua de căi de ghidare intro zonă, iar cele cu marcaj magnetic în formă de I, pentru a materializa punţile de legătura între zone. In practică suprafaţa de rulare a robocarului poate fi realizat şi din două straturi: unul de bază, incluzând plăcile

Robocare

131

cu marcaj magnetic şi unul de suprafaţă, de uzură, care poate fi ales după preferinţă, în ton cu aspectul local. Zonele marcate sunt detectate de senzori magnetici, plasaţi pe vehicul, la câţiva centimetri de suprafaţa de rulare. Astfel un set de senzori amplasaţi pe robocar, va detecta linia centrală a marcajului magnetic pentru porţiunile drepte, la plăcile model I şi L, respectiv punctul de intersecţie a două linii centrale ale marcajului magnetic, la plăcile model L. Senzorul magnetic este compus dintr-o bobină de excitaţie şi două bobine de detecţie (Fig. 10.28). Bobina de excitaţie generează un câmp magnetic alternativ, iar bobinele de detecţie, detectează orice deviere a câmpului magnetic, produs de prezenţa unui marcaj magnetic. Semnalul de ieşire diferenţial (VA-VB) este proporţional cu o deviaţie laterală, de la linia centrală a marcajului, adică de la calea de ghidare şi in funcţie de semnul rezultat, indică şi direcţia de deviere a robocarului. Semnalul de ieşire sumă (VA+VB) indică prezenţa unui punct de intersecţie, care este detectat cu uşurinţă, chiar dacă vehiculul este deviat lateral cu 100 mm faţă de acest punct.

STG.

A AMPL. DIF.

Bobină de excitaţie

VA-VB

REF.

A B

AMPL. SUM.

DR. B

COMP.

VA+VB

Bobine de detecţie

Fig. 10.28 Schema bloc a circuitului unui senzor magnetic

10.5.2Sisteme de ghidare active Tehnica de ghidare activă se bazează pe principiul inducţiei unui curent de un câmp electromagnetic şi constituie metoda cea mai frecvent utilizată în industrie. Fire îngropate într-o fantă practicată în suprafaţa de rulare, materializează traiectoria de urmat. Dimensiunile canalului practicat în suprafaţa de rulare sunt: lăţimea de 3~20mm şi înălţimea de 12~40mm. In funcţie de numărul de fire utilizate, se deosebesc două tehnici diferite de ghidare activă:  tehnica de ghidare activă pe segmente, care utilizează un singur fir, operând pa o singură frecvenţă, sau pe frecvenţe multiple;  tehnica de ghidare activă pe frecvenţă alocată, care utilizează mai multe fire, fiecare operând la o frecvenţă diferită.

f1

Traiectoria A

Traiectoria B

a)

f2 Frecvenţa f1 sau f2

b)

Fig. 10.29 Tehnici de ghidare activă: a - pe segmente; b - pe frecvenţă alocată; Tehnica de ghidare activă pe segmente (Fig. 10.29 a), implică creşterea căi de ghidare discontinue în punctele de decizie. In aceste puncte sistemul de conducere comandă traiectoria corectă de urmat. La tehnica de ghidare activă pe baze de frecvenţă alocată (Fig. 10.29 b), selectarea traiectoriei ce o va urma robocarul, se face in punctele de decizie în conformitate cu frecvenţa stabilită. Robocarul poate fi programat, în punctele de decizie, să urmărească frecvenţa alocată traiectoriei dorite. De exemplu firma VOLVO utilizează pentru ghidarea robocarelor cinci fire având frecvenţele: f0=1000 Hz,

Robocare

132

f1=1147 Hz, f2=1323 Hz, f3=1515 Hz f4=1730 Hz. Firele de ghidare sunt străbătute de un semnal de curent alternativ de tensiune joasă, intensitate redusă şi frecvenţă joasă. Câmpul electromagnetic generat de trecerea curentului prin fir, induce un curent continuu într-o bobină, ce intersectează liniile de câmp electromagnetic (Fig. 10.30). Pentru conducerea unui robocar pe o b) a) astfel de cale de ghidare, se utilizează un ansamblu de doi senzori inductivi, montaţi pe Fig. 10.30 Sistem de ghidare activ: partea frontală a vehiculului. Amplitudinile a - cu o bobină de inducţie; semnalelor emise de cei doi senzori, sunt b - cu două bobine de inducţie comparate şi atât timp cât ele sunt egale, robocarul este centrat pe calea de ghidare. Dacă robocarul se abate de la calea de ghidare, amplitudinile semnalelor sesizate de cei doi senzori nu mai sunt egale şi diferenţa lor, ţinând cont şi de semnul ei deoarece indică direcţia deviaţiei, este utilizată la readucerea robocarului pe calea de ghidare. In cazul sistemelor de ghidare active se utilizează coduri de identificare a diverselor comenzi, sub forma unor plăci incorporate în suprafaţa de rulare şi a unor senzori magnetici, ce detectează prezenţa acestor plăci metalice. Aceste comenzi se referă la: selectarea unei traiectorii în punctele de decizie, schimbarea vitezei de deplasare, oprirea robocarului, apropierea de un post de lucru servit, apropierea de o intersecţie, apropierea de un punct de comunicare etc. In cadrul unui punct de comunicare se creează o buclă de comunicare, Fig. 10.31, între vehicul şi sistemul de control al robocarului, atunci când comunicarea se poate realiza prin unde radio (pe unde scurte UHF). Astfel sistemul de control transmite comenzi şi primeşte date privind robocarul, prin multiplexare digitală, direct buclelor inductive, care sunt antene de emisie - recepţie plasate în punctele de comunicare, în zone prestabilite ale căi de ghidare. Când un robocarul trece peste un asemenea punct de comunicare, sistemul de emisie - recepţie este activat, transmiţând comenzile de realizat şi primind datele privind starea robocarului. Calculator Echipament electronic

Sistem de tracţiune şi de conducere

Antenă de recepţie Antenă de emisie

Concentrator Antenă de emisie

Cale de ghidare inductivă

Antenă de recepţie

Fig. 10.31 Buclã de comunicare

Robocare

133

Avantajul sistemului de ghidare activ constă în siguranţa sa în exploatare în mediul industrial. Dezavantajele tehnicii de ghidare prin fire constau în dificultăţile privind instalarea, modificarea traiectoriei, precum şi în repararea firelor rupte. De asemenea calea de ghidare trebuie amplasată la o distanţă de minimum 3 m de orice sursă de perturbare a comunicaţiilor pe unde scurte (de exemplu surse de sudură cu arc electric).

10.5.3Sisteme de navigare a robocarelor Dezavantajele asociate ale tehnicilor de ghidare a robocarelor utilizând o cale de ghidare materializată fizic (şine, dungi, benzi, marcaje magnetice sau fire), au avut ca efect imediat dezvoltarea altor tehnici de ghidare, cum ar fi: navigarea pe baza monitorizării turaţiei, navigarea uzând de o fascicul laser, navigarea inerţială sau navigarea pe baza recunoaşteri mediului. Principalul avantaj al acestor tehnici de ghidare constă în lipsa unei căi de ghidare fizice, traiectoria fiind prescrisă prin program (traiectorie software), ceea ce o face mai uşor modificabilă, oferind astfel o mare flexibilitate deplasării robocarului. Dezavantajele sistemelor de navigare a robocarelor după o traiectorie prescrisă prin program, constau în costul lor foarte ridicat, precizia redusă de poziţionare a robocarului şi limitarea sistemului de comunicare la unde radio. Aceste dezavantaje au limitat utilizarea acestor tehnici de navigare în mediul industrial. 10.5.3.1 Navigarea robocarelor pe baza monitorizării turaţiei roţii motoare Monitorizarea numărului de rotaţii a roţii motoare permite robocarului să urmărească o traiectorie programată. Soluţia adoptată se bazează pe transmiterea instrucţiunilor privind traiectoria programată, sub forma unei liste de noduri (puncte de intersecţie a traiectoriilor posibile) având precizat timpul de sosire in fiecare nod. Utilizând tehnica odometrică se calculează continuu poziţia şi orientarea robocarului, se compară cu poziţia şi orientarea cu care trebuie să ajungă în următorul nod şi se corectează deviaţiile liniare şi unghiulare ale vehiculului faţă de traiectoria prescrisă. Dependent de timpul de sosire în nod se modifică viteza robocarului, în limitele prescrise, la valoarea necesară sosirii în următorul nod la timpul prestabilit. Sistemul de comandă şi control conţine toate informaţiile referitoare la topologia zonei servite, respectiv reţeaua de traiectorii, informaţii privind fiecare segment de traiectorie dintre două noduri şi timpii necesari parcurgerii lor. O comandă de transfer odată recepţionată, se selectează un vehicul ce se află între două noduri apropiate. Sistemul de conducere selectează o rută şi succesiunea de timpi de parcurgere a nodurilor de pe această rută, astfel ca robocarul să nu intre în coliziune cu celelalte vehicule aflate în circulaţie. Robocarul IC-AGV [WAL 87] poate transporta o sarcină de 1000 kg. cu o viteză maximă de 2 m/s. Tracţiunea robocarului este asigurată de două roţi motoare independente, comandate diferenţial şi fixate pe parte centrală a vehiculului, după cum rezultă din Fig. 10.32. Comanda diferenţială are avantajul unei manevrabilităţi ridicate, permiţând mişcarea înainte - înapoi pe o traiectorie liniară sau circulară, în jurul unui punct aflat pe axa centrală a roţilor motoare. Patru roţi pivotante sunt montate în cele patru colţuri ale robocarului, pe amortizoare cu arcuri, care asigura suspensia vehiculului.

Robocare

134

Fiecare roată motoare este acţionată de câte un servomotor de curent continuu de 700 W, 48 V, având Traductor de poziţie Motor Roată pivotantă

Roată motoare

Lanţ

Curea

Frână Tahogenerator

Fig. 10.32 Structura mecanică a robocarului IC-AGV incorporate o frână electromagnetică şi un tahogenerator. Tahogeneratoarele furnizează reacţia inversă de viteză amplificatorului, pentru controlul vitezei fiecărei roţi motoare în parte. Un traductor de poziţie incremental optic, având 1000 de impulsuri pe rotaţie, este cuplat la fiecare roată motoare. Traductorul de poziţie poate detecta o deplasare a roţi motoare cu o precizie de 0,1 mm, şi este utilizat ca element de bază al sistemului de navigare. Determinarea poziţiei şi orientării robocarului, se face cu ajutorul traductoarelor de poziţie cuplate la cele două " roţi de măsurare", cu care este echipată fiecare roată motoare, prin determinarea continuă a următorilor parametri: ♦ poziţia instantanee, prin coordonatele carteziene (xi, yi) în raport cu o origine aleasă;

♦ deviaţia laterală (δi) de la traiectoria prescrisă; ♦ deviaţia unghiulară (ϕi) de la direcţia prescrisă; ♦ distanţa parcursă (ρi) de-a lungul traiectoriei programate.

Variabilele δi, ϕi şi ρi se utilizează pentru controlul traiectoriei şi a profilului trapezoidal de viteză adoptat. Toate variabilele se calculează la fiecare 0,02 s de către calculatorul îmbarcat pe robocar. Programarea navigării unui sistem de robocare, astfel ca în orice moment să fie evitată coliziunea lor, constituie o problemă complicată de rezolvat în timp real. Conceptual problema se reduce la următoarea situaţie: − un număr de vehicule, ale unui sistem de robocare, evoluează pe traseu; − la un moment dat se solicită rezolvarea unei sarcini de transfer, pentru care trebuie selectat unul dintre vehiculele aflate pe traseu sau în staţia de parcare. Rezolvarea acestei probleme de programare, trebuie astfel făcută încât vehiculul reorientat sau cel nou introdus, să nu intre în coliziune cu populaţia de robocare aflate pe traseu.

Robocare

135

In Fig. 10.33 se prezintă structura unui algoritm de programare a navigării robocarelor pe baza monitorizării turaţiei [RAD 98]. Acesta conţine patru paşi importanţi: Topologia zonei de navigare

Destinaţia comandată

Traseul cel mai scurt

Orarul traseului

Modifică programul

da

Coliziune nu Salvează traseul

Fig. 10.33 Algoritm de programare a robocarelor ce navighează pe baza monitorizării turaţiei Selectarea traseului cel mai scurt. In primă aproximaţie se admite că traseul optim este acela care necesită parcurgerea unei distanţe minime între două puncte, aparţinând evident traiectoriei de parcurs. Orarul traseului ales. Partea centrală a programului este o matrice ce descrie timpi de ocupare a fiecărui nod, de către vehiculele aflate în zona de navigare ce prezintă interes. Când s-a ales un nou traseu, se actualizează orarul fiecărui nod şi se calculează viteza aferentă fiecărui vehicul. Analiza existenţei coliziunilor. Comparând orarul nodului pentru noul traseu al unui robocar, cu matricea de ocupare a nodului pentru toate vehiculele aflate pa traseu, se poate determina dacă există posibilitatea unei coliziuni între două robocare. Se remarcă trei tipuri de coliziuni: ⇒ o coliziune între două vehicule ce se deplasează pe aceeaşi traiectorie, dar în sensuri diferite; ⇒ o coliziune între două vehicule ce se deplasează pe aceeaşi traiectorie, dar cu viteze diferite; ⇒ o coliziune între două vehicule ce se află simultan într-o intersecţie a două traiectorii. Modificarea programului în caz de coliziune. Apariţia iminentă a unei coliziuni, impune alegerea din timp a unui alt traseu. Se stabileşte orarul deplasării vehiculului pe noul traseu şi se testează din nou o eventuală coliziune cu celelalte vehicule. Acest proces se repetă până se găseşte un traseu care evită orice tip de coliziune. Se remarcă că traseul cel mai scurt al noului vehicul, este acel traseu care evită orice fel de coliziune şi ajunge la destinaţie la momentul programat. Totodată este imposibil să se programeze intrarea pe circuit a unui nou vehicul, dacă toate traseele posibile sunt ocupate de vehicule în staţionare. Odată determinat traseul optim, fără coliziuni ale vehiculelor şi orarul deplasării lor, aceste date se comunică robocarului de către sistemul de coordonare a traficului. Un dezavantaj esenţial al odometriei constă în faptul că se măsoară deplasări relative. Ca urmare poziţia absolută a robocarului la un moment dat rezultă din însumarea unor deplasări relative, ceea ce conduce la cumularea erorilor relative succesive şi în final la erori de situare a robocarului considerabile. De aceea se impune corectarea periodică a situării robocarului, utilizând un sistem de măsurare cu raze laser, având la bază principiul triangulaţiei, sistem amplasat în puncte fixe de pe traseul robocarului.

Robocare

136

10.5.3.2Navigarea robocarelor utilizând fascicule laser Navigarea robocarelor utilizând două surse laser staţionare şi un receptor montat pe robocar, are la bază schema din Fig. 10.34 [BOE 87]. Două surse laser, SL1 şi SL2, focalizate precis, mătură zona controlată, prin intermediul a două oglinzi rotitoare, OR1 şi OR2, având o mişcare de rotaţie cu viteza unghiulară U , respectiv V . Fotodiodele A şi B, montate pe robocar, recepţionează fasciculele laser. Un transmiţător direcţional TD, emite un semnal de sincronizare, numai atunci când câte un fascicul reflectat de oglinzile rotitoare, este recepţionat de fotodioda aferentă C, respectiv D. Unghiurile αA, αB, βA şi βB se calculează prin măsurarea timpului scurs, dintre momentul receptării semnalului luminos de sincronizare de către fotodioda din P (montată pe centrul geometric al robocarului) şi momentul recepţionării celor două fascicule laser de către fotodiodele din A şi B. Poziţia şi orientare robocarului se determină cu următoarele relaţii:

xA = yA =

U ⋅ V  sin ( α A − β A )  1 +  2  sin ( α A + β A ) 

U ⋅ V  cos( α A + β A ) + cos( α A − β A )    2  sin ( α A + β A ) 

U ⋅ V  sin ( α B − β B )  xB = 1 +  2  sin ( α B + β B )  yB =

U ⋅ V  cos( α B + β B ) + cos( α B − β B )    2  sin ( α B + β B ) 

xA + xB 2 y − yA λ = arctg B xB − xA xP =

yP = pentru

yA + yB 2 xA < xB yA < yB

(10.6)

Robocare

137

TD

C

B

P

yB yP yA

D

λ

A

SL1

αB αA

OR1

SL2

βA βB

xA

xP

xB

OR2

Fig. 10.34 Navigarea robocarelor utilizând fascicule laser Un dezavantaj major al navigării robocarelor utilizând ghidarea prin fascicule laser, o constituie interdicţia de întrerupere a fasciculului. Acest lucru este foarte greu de realizat în mediul industrial, când robocarul navighează ocolind obstacolele fixe, sau când orice operator în deplasarea sa poate intersecta fasciculul director.

Robocare

138 10.5.3.3 Navigarea inerţială

Sistemul de navigare inerţială se bazează pe măsurarea acceleraţiei liniare şi unghiulare a robocarului şi deducerea situării sale, în raport cu o situare de referinţă, prin integrarea dublă a respectivelor acceleraţii. Giroscopul este plasat în centrul robocarului şi permite determinarea direcţiei de deplasare. Robocarul prezentat în Fig. 10.16 este echipat cu un giroscop cu două grade de libertate. Axa mişcării de spin (rotaţia în jurul propriei axe), este paralelă cu planul orizontal - suprafaţa de rulare. Un potenţiometru măsoară unghiul de rotaţie în raport cu axa z, corespunzător direcţiei de deplasare a vehiculului. In etapa de instruire, se stabileşte direcţia de deplasare absolută şi se memorează de către microcalculatorul de bord. In regimul de funcţionare automat se monitorizează direcţia de deplasare şi se compară cu cea memorată. Corecţia de direcţie se constituie în comanda de modificare a vitezei unghiulare a roţilor motoare centrale ale robocarului (Fig. 10.15 f). Măsurarea orientării de deplasare a vehiculului se face în fiecare secundă de deplasare în linie dreaptă şi în fiecare punct final al deplasării curbilinii. In acest mod robocarul poate elimina erorile de direcţie cauzate de denivelările suprafeţei de rulare, patinarea roţilor motoare, loviri din spate ale vehiculului etc. Utilizarea giroscopului la direcţionarea robocarelor conferă o acurateţe suficientă în cazul perioadelor de lucru scurte, dar erorile de navigare inerente nu pot fi neglijate în cazul perioadelor de lucru foarte mari, ceea ce impune recalibrarea direcţiei absolute, din când în când la puncte fixe de pe traseu. 10.5.3.4 Navigarea pe bază recunoaşterii mediului Sistemul de navigare al robocarelor bazat pe recunoaşterea mediului, impune ca vehiculul să fie "învăţat" săşi recunoască situarea, în funcţie de configuraţia mediului său înconjurător. Compararea imaginii prescrise cu cea detectată în timpul operării, permite ghidarea robocarului pe o traiectorie ce asigură evitarea obstacolelor. In Fig. 10.35 se prezintă elementele de bază ale acestui sistem de ghidare. Sistemul de navigare generează un model prescris - imaginea ţintă, folosind o hartă a obiectelor, depozitată in memoria calculatorului sub forma unor modele 3D - cadru de sârmă, hartă de pe care se selectează traiectoria vehiculului. Imaginea detectată din lumea reală, se obţine cu ajutorul unui detector de imagini (o cameră de luat vederi) şi a unui program de prelucrare a imaginii, care extrage principalele caracteristici ale acesteia. Ghidarea autonomă a vehiculului rezultă din compunerea celor două imagini, cea prescrisă şi cea detectată. Vectorul deviaţie, obţinut prin diferenţa punctelor reprezentative ale celor două imagini, generează câmpul vectorului gradient, necesar corectării imaginii prelevate. Ghidarea vehiculului este astfel aleasă, din punct de vedere al schimbării mişcării robocarului, încât să se minimizeze diferenţele existente între cele două imagini. Vectorul de ghidare U [dx dy] se obţine cu ajutorul următoarelor ecuaţii:

dU = W ∫SX[ f m ⋅ D ⋅ p ⋅ ds] dt W = diag.[ w 1 w 2 ] dp = L ⋅ p − X[ f r ] dt

(10.7)

Robocare

139

unde: L - este operatorul diferenţial; D - gradientul; X - funcţia caracteristică; w 1,2 - constante pozitive; fr imaginea prescrisă; fm - imaginea detectată; p - modelul programat.

Model detectat

Model prescris

Controler ghidare

Detector de imagine

Navigator

Senzor video Scena

Senzor de proximitate Vector de ghidare Fig. 10.35 Navigarea pe baza recunoaşterii mediului

10.6Sistemul de conducere al sistemului de robocare 10.6.1 Tehnici de comunicare în domeniul robocarelor Indiferent de tehnica de ghidare utilizată, este esenţial ca fiecare robocar în parte să fie capabil să comunice cu sistemul de conducere (de comandă şi control). Fiecare robocar trebuie să recepţioneze comenzi privind sarcina primită, destinaţia sa, traiectoria de parcurs, frecvenţa de lucru, viteza de deplasare, instrucţiuni de blocare, momentul pornirii sau opriri, precum şi comenzi ale echipamentelor cu care conlucrează. In mod similar robocarul trebuie să fie capabil să transmită informaţii privind starea sa sistemului de conducere, informaţii care să se refere la identificarea robocarului, amplasarea sa la un moment dat, stare sa, încărcătura transportată, viteza de deplasare, starea bateriei de acumulatoare etc. Sistemul de comunicare al robocarelor poate funcţiona continuu sau discret. Sistemul de comunicare continuu, asigură legătura continuă a fiecărui robocar, dintr-un sistem de robocare, cu sistemul de control zonal, în speţă controlerul de trafic, în tot timpul ciclului de lucru. Transmiterea comenzilor şi retransmiterea informaţiilor privind starea fiecărui vehicul, se face utilizând comunicarea prin unde radio sau metoda inductivă (prin fire). In cazul comunicării prin unde radio, robocarul este echipat cu o antenă de emisie - recepţie şi în domeniul in care operează, sunt dispuse în mod strategic un număr de antene de recepţie - emisie. Fiecărui robocar i se atribuie o anumită frecvenţă de comunicare. In aplicaţiile industriale prezenţa motoarelor mari şi a posturilor de sudare în vecinătatea sistemului de robocare, creează perturbaţii ale acestui sistem de comunicare. Sistemul de comunicare continuu inductiv utilizează sau un set suplimentar de fire, amplasate în suprafaţa de rulare alături de firul (firele) de ghidare pe traiectorie, sau datele sunt transmise prin multiplexare digitală chiar prin firul de ghidare ce materializează traiectoria robocarului.

Robocare

140

Sistemul de comunicare discretă, permite schimbul de informaţii între un singur robocar şi controlerul de trafic zonal. Comunicarea are loc într-o anumită poziţie din zona de operare, poziţie denumită punct de comunicare, caz în care comunicarea robocar - controler de trafic se face prin metode inductive sau optice. a) metoda de comunicare inductivă utilizează un set de fire îngropate în suprafaţa de rulare, care delimitează punctul de comunicare. Fiecare punct de comunicaţie are alocată o singură adresă direct în domeniul controlat. Comunicarea se realizează în punctele de comunicare, când robocarul staţionează deasupra unei bucle de comunicare, sau în timp ce robocarul se deplasează deasupra unei bucle de comunicare alungite, desigur în direcţia de deplasare. De asemenea controlerul de trafic zonal poate dispune de o singură buclă de comunicare pentru emisie /recepţie, sau de bucle de comunicare separate alăturate, una pentru emisie şi cealaltă pentru recepţie, după cum rezultă şi din Fig. 10.36. Frecvenţa de comunicare uzuală este de 70 - 10 kHz. b) metoda de comunicare optică implică oprirea robocarului în staţii aflate de-a lungul căii de ghidare, în care informaţiile corespund luminii infraroşii utilizate de vehicul. Un alt mod de comunicare optică constă in utilizarea fotodiodelor (LED), localizate în punctele de comunicare ale căi de ghidare, pentru poziţionarea şi ghidarea robocarului pe o traiectorie programată. Poziţionarea vehiculului este realizată de un detector Antenă de recepţie de pe robocar

Placă de comunicare de pe robocar 74,5 kHz = 0

70,5 kHz = 1

Placă de comunicare concentrator

74,5 kHz = 0

Antenă de emisie de pe podea

106,8 kHz = 0 102,4 kHz = 0 106,8 kHz = 0 Antenă de recepţie de pe podea

Antenă de emisie de pe robocar

Fig. 10.36 Sistem de comunicare discretă prin buclă de comunicare montat pe vehicul, care determină unghiul sub care emite sursa de lumină, in raport cu vehiculul. Detectorul înregistrează intensitatea luminoasă maximă şi generează un semnal, care convertit digital sau analogic, oferă o informaţie privind direcţia robocarului. Comunicarea cu vehiculul poate fi realizată de o succesiune de LED-uri amplasate în punctele de comunicare. Această tehnică de ghidare poate fi utilizată dacă robocarul necesită părăsirea căi de ghidare, care poate fi o cale de ghidare clasică pasivă sau activă. Ambele tehnici de comunicare, cu unde radio sau pe cale optică, asigură schimbul continuu de informaţii şi comenzi între robocar şi controlerul de trafic zonal.

Robocare

141

Codificarea căi de ghidare constituie o altă metodă de comunicare a unor comenzi unui robocar, metodă care nu permite insă schimbarea promptă a comenzilor. Codificarea căi de ghidare constă în adăugarea de impulsuri scurte, perpendiculare pe calea de ghidare, impulsuri care furnizează un cod binar de forma celor prezentate în Fig. 10.37. Impulsurile furnizate de codurile binare sunt detectate de senzorii optici sau magnetici montaţi pe robocar (Fig. 10.25 şi Fig. 10.26) şi decodificate de microcalculatorul de bord. !0 - 15 mm Stop

Cale de ghidare

0

1

0

1

a)

0

1

b)

0

0

1

0

1

1

0

0

c)

Fig. 10.37 Cod binar marcat pe suprafaţa de rulare: a - punct de oprire; b - comenzi funcţionale; c - identificarea posturilor servite Codurile binare formate din mai puţin de 4 impulsuri (Fig. 10.37 a) sunt utilizate pentru comenzi de oprire a robocarului, cele care au 4 impulsuri (Fig. 10.37 b) sunt destinate pentru transmiterea comenzilor funcţionale ale robocarului, cum ar fi de exemplu: reducerea sau creşterea vitezei de deplasare, activarea unei sirene etc., iar codurile cu mai mult de 4 impulsuri (Fig. 10.37 c) servesc la identificarea posturilor de lucru servite. In acest din urmă caz ultimul semnal al codului poate fi utilizat pentru comanda unor dispozitive periferice, de exemplu pentru comanda unui dispozitiv de deschidere a unei uşi. Aceste căi de ghidare codificate se utilizează, în general, împreună cu tehnicile de ghidare pasivă, bazate pe detecţia optică sau magnetică, dar pot fi utilizate şi cu sistemele de ghidare activă, caz în care este agreată codificarea cu marcaje magnetice plasate de-a lungul traiectoriei.

10.6.2Arhitectura sistemului de conducere al sistemului de robocare Sistemele de conducere avansate, ierarhizate pe mai multe niveluri, oferă soluţia optimă în corelarea multiplelor şi variatelor interfeţe ce le implică un sistem de robocare, ca parte componentă a unui hipersistem CIM. Prin structura ierarhizată a sistemului de conducere se asigură transmiterea informaţiilor de stare ale sistemului, de la nivelul inferior spre cel superior şi a comenzilor pentru acţiuni în sens invers. Mărimea volumului de informaţii în cele două direcţii menţionate, conţinutul lor, forma şi modalitatea practică de realizare efectivă a acestei circulaţii intense în reţeaua informatică, au făcut obiectul studiului şi standardizării cuprinse în facilitatea MAP - Manufacturing Automation Protocol. In cazul sistemelor de robocare se pot identifica (Fig. 10.38) trei niveluri ale sistemului de conducere: sistemul de conducere al robocarelor. controlerul de trafic şi calculatorul de bord îmbarcat pe fiecare robocar. a) Conducerea sistemului de robocare se realizează de către facilitatea CAPS, care asigură integrarea în mod automat a tuturor factorilor implicaţi în asigurarea materială a procesului de fabricaţie prin calculator, începând cu aprovizionarea şi terminând cu depozitarea /regăsirea (facilitatea AS/RS), manipularea şi transferul (facilitatea AGVS).

Robocare

142

In acest context, la acest nivel, sistemul de conducere va asigura comanda şi controlul sistemului de robocare (destinat transferului automat al materialelor, pieselor şi subansamblurilor), integrat cu depozitele automate (AS/RS) şi sistemele de fabricaţie şi de asamblare automată (FMS şi FAS). Principala funcţie a sistemului de conducere şi control este de a asigura diagnoza fabricaţiei asistate de calculator, prin supravegherea permanentă a funcţionării depozitelor automate, a sistemului de robocare şi a Sistemul de conducere VGA

Sistemul de conducere VGA

Nivelul 1

Controler de trafic

Controler de trafic Nivelul 2

Calculator îmbarcat pe robocar a)

Nivelul 3

Controler de trafic zonal

Controler de trafic zonal

Controler de trafic zonal

Calculator îmbarcat pe robocar

Calculator îmbarcat pe robocar

Calculator îmbarcat pe robocar

b)

Fig. 10.38 Sistem de conducere ierarhizat: a - pentru un robocar; b - pentru mai multe robocare sistemelor flexibile de fabricaţie şi de montaj. Sistemele de programe instalate pe calculatorul pentru conducerea şi controlul în timp real al fabricaţiei, asigură flexibilitatea informaţională a fabricaţiei. Astfel la lansarea în fabricaţie a unei piese noi, pe baza codului de identificare, se apelează pachetul de programe adecvat pentru comanda prelucrării şi a conducerii logisticii interne a piesei în sistem . Pentru a asigura conducerea şi controlul sistemului de robocare în timp real, calculatorul de la acest nivel, dispune şi de programe cu elemente de inteligenţă artificială (sisteme expert), care permit luarea unor decizii în situaţii neprevăzute, cum ar fi: prezenţa accidentală a unui obiect sau operator pe calea de ghidare a unui robocar din sistem, defecţiuni în funcţionarea unui robocar etc. Pe baza informaţiilor furnizate de calculatoarele aflate la bordul robocarelor şi a controlerului de trafic, privind amplasarea vehiculelor, tipul încărcăturii etc., sistemul de conducere al robocarelor asigură: • monitorizarea situării robocarelor; • gradul de utilizarea al robocarelor; • supervizarea traficului de robocare; • traiectoriile încărcăturilor; • stabilirea destinaţiei încărcăturilor; • date privind staţiile de lucru servite. b) Controlerul de trafic, aflat la al doilea nivel al sistemului de conducere, constituie un concentrator, care serveşte drept "manager de trafic" comunicând direct cu robocarele şi furnizând acestora comenzi detailate. In esenţă controlerul de trafic procesează comunicaţiile între calculatorul central al sistemului şi robocare. Funcţiile controlerului de trafic sunt următoarele: • furnizează traseul selecţionat, bazându-se pe factori, cum ar fi: rangul restricţiilor, specificul sarcinii, urgenţa deservirii unui anumit post de lucru etc.; • asigură selecţia transportului bazat pe vehicule ocupate /disponibile, caracteristicile adecvate sarcinii de transportat etc.; • transmite informaţii robocarelor, cum ar fii: destinaţia exactă, timpul de staţionare, înălţimea de ridicare /coborâre etc.;

Robocare

143

•

furnizează sistemului de robocare informaţii privind: selecţia unei anumite căi de ghidare pentru un robocar, priorităţile în deplasarea robocarelor, secvenţele necesare parcurgerii traiectoriei etc.; • asigură frecvenţa necesară căi de ghidare; • asigură evitarea producerii coliziunilor; • transmite sistemului de conducere starea intrărilor /ieşirilor echipamentelor sistemului, cum ar fi: depozite automate AS/RS, conveiere, panouri de comandă ale maşinilor-unelte sau utilajelor sistemelor de fabricaţie flexibile şi a liniilor de montaj. c) Calculatorul îmbarcat pe robocar, de fapt procesorul vehiculului, care, în general, conţine toate datele privind situarea robocarului, poate intercepta comenzile primite de la controlerul de trafic şi poate monitoriza dispozitivele de siguranţă de la bord. Se cunosc două variante de bază ale procesorului îmbarcat pe robocar: ⇒ procesorul clasic, fără elemente de inteligenţă artificială;

⇒ procesorul "inteligent", dotat cu elemente de inteligenţă artificială. Procesorul clasic, nu este capabil să ia decizii şi solicită toate informaţiile, cum ar fi: start /stop, comenzi de accelerare /decelerare, control extern pentru a expedia robocarul la destinaţia sa etc. Aceste informaţii sunt uzual furnizate de calea de ghidare în buclele de comunicaţie, la intrarea şi ieşirea din punctele de decizie. Procesorul "inteligent" oferă mai multe facilităţi decât un procesor clasic. Aceste facilităţi se referă la: • pornirea sau oprirea robocarului; • evitarea coliziuni cu alte robocare; • selectarea automată a traiectoriei; • controlul vitezei, acceleraţiei /deceleraţiei robocarului; • evitarea coliziunii cu alte echipamente; • controlul asupra platformei robocarului, privind ridicarea /coborârea ei, rotirea obiectului manipulat într-un sens sau altul sau activarea /dezactivarea mecanismului de încărcare /descărcare; • eliberarea unui robocar dintr-o staţie de lucru într-un interval de timp prescris; • furnizarea de informaţii privind timpul de încărcare /descărcare manual, informaţii utilizate la selectarea traiectoriei robocarelor şi la monitorizarea lor; • afişarea informaţiilor necesare operatorului; • diagnoza stării robocarului, ceea ce permite reducerea timpului de întreţinere şi de reparaţii.

10.6.3Consideraţii privind controlul fluxului de materiale In cazul unui sistem de robocare, obiectivul principal al controlului fluxului de materiale, constă în furnizarea de informaţii în timp real privind depozitarea, manipularea şi transportul materialelor. Aceste informaţii trebuie să se refere la toate materialele ce compun un produs, aflate în diferite faze pe întregul flux tehnologic de fabricaţie al produsului. Prin materiale se înţeleg: semifabricate, componente sau subansambluri aprovizionate, piese aflate în diferite faze ale fluxului tehnologic de fabricaţie, componente şi subansambluri realizate în colaborare, piese sau materiale tehnologice utilizate în procesul de fabricaţie şi de montaj etc. Nu vor fi neglijate nici facilităţile care vin în susţinerea funcţionării optime a unui sistem de robocare şi anume: furnizarea utilităţilor, întreţinerea şi repararea robocarelor, aprovizionarea în timp util, evidenţa rebuturilor etc. Controlul fluxului de materiale se face pe baza: • informaţiilor de control privind inventarul de materiale, adică răspunsuri la întrebările: ce avem, cât avem şi unde se găseşte; • controlului fizic privind necesarul de materiale, adică informaţii care ne permit să răspundem la întrebările: ce vrem, unde vrem şi când vrem. Aceste informaţii vor fi reunite numai atunci când materialul se găseşte în depozit, pe robocar sau în procesul de fabricaţie. Controlul fluxului de materiale se poate realiza în două moduri: prin procesare centralizată sau prin procesare distribuită. In schema procesării centralizate comanda, conducerea şi controlul funcţiilor esenţiale ale fluxului de materiale şi anume: de depozitare şi de manipulare (în depozite şi pe /de pe conveiere) şi de transport al

144

Robocare

materialelor (prin robocare), sunt îndeplinite de un procesor central care controlează toate aceste echipamente. In cazul procesării distribuite, procesarea informaţilor este îndeplinită la nivelul subsistemelor. Aceasta permite fiecărui subsistem în parte, şi anume subsistemului de depozitare, de manipulare şi de transport, să îndeplinească o mare parte din sarcinile procesorului de manipulare al materialelor, fiind chiar capabil să funcţioneze ca o unitate independentă. Avantajele schemei de procesare centralizată constau în faptul că solicită mai puţin echipament şi personal, prezintă informaţiile în mod centralizat, permite o modernizare mai facilă etc. Avantajele schemei de procesare distribuită rezidă din faptul că au unităţi individuale de procesare, ceea ce la face să fie mai rapide. Organizarea pe subsisteme permite funcţionarea întregului sistem, chiar dacă unul din subsisteme sale este deconectat, pentru a se efectua depanări sau teste. De asemenea este mai uşoară extinderea sistemului, prin adăugare unui nou subsistem. In ambele cazuri procesorul pentru controlul fluxului de materiale trebuie să fie capabil să deţină o interfaţă şi cu facilităţile calculatorului de proces. Este foarte important să se specifice în mod foarte clar şi exact interblocările aferente sistemului de robocare, în funcţie de interfeţele cu celelalte facilităţi, modul în care se realizează comunicarea şi toate informaţiile necesare. De asemenea este foarte important ca procesorul pentru controlul fluxului de materiale să fie astfel proiectat /ales încât să se adapteze implementării unor viitoare automatizării. Procesorul pentru controlul fluxului de materiale, permite afişarea grafică pe ecran, în timp real, printr-o imagine animată a sistemului de robocare. Informaţiile afişate pe monitor se referă la: • amplasarea robocarelor la un moment dat; • robocarele aflate în mişcare şi cele staţionare; • următoarea destinaţie a robocarelor în mişcare; • robocarele defecte; • starea bateriei de alimentare a robocarelor etc. • robocarele aflate în staţia de încărcare a bateriei. Aceste date pot furniza informaţii privind performanţele sistemului de robocare. In cazul sistemelor complexe, calculatorul de proces conţine informaţii privind starea curentă a sistemului de robocare, cum ar fi: numărul de robocare operaţionale, robocare aflate în întreţinere /reparaţii sau în staţia de încărcare a bateriei, amplasarea fiecărui robocar, destinaţia robocarelor etc., dar şi informaţii privind starea componentelor interfaţate cu robocarele, cum ar fi: a depozitelor automate, a conveierelor, a maşinilor-unelte etc.

Robocare

145

10.7 Sisteme de robocare suspendate 10.7.1 Robocare suspendate Spre deosebire de robocarele care se deplasează pe sol, robocarele suspendate sunt vehicule autopropulsate care se deplasează pe o şină suspendată. Datorită materializării căii de ghidare printr-o singură şină, frecvent se foloseşte denumirea de monorai suspendat sau monorai electric, sistemul purtând denumirea de sistem de transport cu monoraiuri suspendate (overhead monorail transport system) sau sistem de manipulare suspendat (overhead handling system). Robocarul suspendat se compune din vehiculul propiu-zis, calea de ghidare, dispozitivele de comutare (macazurile) şi controlerul de bord. 10.7.1.1 Robocarul propiu-zis Vehiculul suspendat se compune din motorul de acţionare, transmisia mecanică reductoare şi rola de tracţiune prin fricţiune, rolele de ghidare, cadrul de susţinere al sarcinii, bara de alimentare cu curent şi controlerul de bord (Fig. 10.39). Motorul este alimentat cu curent continuu, având tensiunea cuprinsă între 24 şi 48 V, prin intermediul barei de Motor electric Transmisie mecanică Bara de alimentare şi rolă de tracţiune cu energie electrică

Suport cale de ghidare

Suport sarcină

Fig. 10.39 Robocar suspendat tip KB 180 [6] - sarcina manipulată 500 kg.

Cadru

Rola de tracţiune

Role de ghidare

Controler de bord

Cale de ghidare

Fig. 10.40 Secţiune transversală prin robocarul suspendat tip KB 180

alimentare. Întrucât traiectoria robocarului suspendat este materializată printr-o cale de ghidare fizică (şina), controlerul de bord al robocarul este mult simplificat, acestuia revenindu-i doar sarcina de a comanda sensul de deplasare (înainte-înapoi) şi viteza robocarului. Robocarele suspendate fără sarcină se pot deplasa cu viteze foarte mari (de până la 180 m/min), însă sub sarcină viteza lor este mult redusă la valori cuprinse intre 10-20 m/min. Oprirea robocarelor suspendate se face cu o mare acurateţe, poziţionarea lor realizându-se cu o precizie ridicată de ± 10 mm . Robocarele suspendate sunt capabile să manipuleze sarcini cuprinse între 25-2.500 kg, capacitatea lor de încărcare fiind limitată doar de rezistenţa cadrului şi de puterea motorului de tracţiune. In Fig. 10.39 se prezintă o vedere a unui robocar suspendat tip KB 180 produs de firma ROFA din

Robocare

146

Germania [6]. Acest robocar este destinat pentru manipularea de sarcini nominale de 500 kg la deplasarea pe orizontală şi pentru sarcini mult diminuate la deplasare în pantă sau pe verticală, conform valorilor din Tab. 10.2. In Fig. 10.40 este prezentată o secţiune transversală prin robocarul suspendat tip KB 180, calea sa de ghidare şi suportul căii de ghidare. Se observă şi câteva din elementele compo-nente ale robocarului şi anume: bara de alimentare cu energie electrică a moto-rului şi a sistemului de control, rola de tracţiune antrenată de motorul electric, cadrul, rolele de ghidare, calea de ghida-re şi suportul acesteia. 10.7.1.2 Calea de ghidare Calea de ghidare materializează traiectoria pe care o urmează robocarul între posturile de lucru servite. Forma şi materialul din care este confecţionată calea de ghidare este dependentă de sarcina maximă manipulată. Astfel pentru sarcini manipulate reduse, calea de ghidare se execută din bare de aluminiu extrudat. Pentru sarcini manipulate ridicate, se utilizează grinzi de profil I. Calea de ghidare este ancorată prin elemente suport (Fig. 10.40) de structura de rezistenţă a halei industriale. În general calea de ghidare a robocarelor suspendate este orizontală, trecerea de la un nivel la altul fiind facilitată de utilizarea unor dispozitive de comutare pentru transferul pe verticală de tip elevator. În cazul robocarelor suspendate a căror traiectorie este exclusiv orizontală, tracţiune robocarului este asigurată prin intermediul unei transmisii prin fricţiune, a cărei roată de fricţiune rulează pe partea superioară a căi de ghidare aşa cum rezultă din Fig. 10.40. Dacă insă se construieşte o cale de ghidare specială (Fig. 10.41), prevăzută cu pante (Fig. 10.41 a) sau porţiuni verticale (Fig. 10.41 b), atunci pe aceste porţiuni tracţiunea este dublată de o transmisie prin lanţ care asigură deplasarea controlată a robocarului (Fig. 10.41 d). În acest scop pe porţiunile înclinate sau verticale, lanţul este fixat pe suportul căi de ghidare (Fig. 10.40 şi Fig. 10.41 c), iar roata de fricţiune este dublată cu o roată dublă de lanţ (Fig. 10.41 d). Deplasa-rea

Robocar suspendat a)

c) Lanţ de transmisie

Roată de lanţ

Tab. 10.2 Variaţia capacităţii de transport a robocarelor suspendate cu direcţia deplasării b) d) Direcţia Înclinaţia Sarcina suspendat transportând sarcina: a) în pantă; de Fig, 10.41 panteiRobocarmanipulată b) pe verticală; deplasare [grade]c) fixarea lanţului [kg] de transmisie pe suportul căi de ghidare; d) detaliu Orizontală 0 500al transmisiei prin lanţ robocarului suspendat pe o cale de ghidare în pantă 80 500 Panta sau pe verticală limitează capacitatea sa de transport, 160 250 standard capacitate care este în funcţie de înclinarea pantei. 250 150 Verticală 900 max. 80

Robocare

147

Aşa după cum rezultă din Tab. 10.2 valoarea sarcini atinge o treime, din sarcina nominală la deplasarea pe orizontală, dacă înclinarea pantei este de 250, respectiv o şesime în cazul deplasării robocarului suspendat pe verticală. 10.7.1.3 Dispozitive de comutare - macazuri Dispozitivele de comutare sau macazurile permit controlul traiectoriei robocarului suspendate între posturile de lucru servite. Schemele dispozitivelor de comutare sunt prezentate in Fig. 10.42. Astfel primele trei scheme permit ca un singur traseu să fie divergent în două trasee distincte, cum sunt macazul de tip Y (Fig. 10.42 a) şiCalea cel de de ghidare tip V (Fig. 10.42 b), sau în trei trasee distincte (Fig. 10.42 c). Următoarele două scheme evidenţiază utilizarea plăcii turnate pentru transferul robocarului de pe un traseu pe altul. Astfel pentru două trasee intersectate la 900 placa turnantă are schema din Fig. 10.42 d, sau pentru patru trasee intersectate la câte 450 ea va avea schema din Fig. 10.42 e.

a)

d)

b)

e)

c)

f)

g)

Fig.10.42 Simbolurile macazurilor utilizate pentru controlul traiectoriei robocarelor: a) macaz tip Y; b) macaz tip V; c) macaz pentru 3 trasee; d) placa turnantă pentru 2 trasee; e) placă turnantă pentru 4 trasee; f) macaz pentru transfer pe orizontală; g) elevator pentru transfer pe verticală Ultimele două scheme evidenţiază utilizarea macazurilor pentru transferul robocarului de pe un traseu pe altul, paralel cu primul, ambele fiind cuprinse în acelaşi plan (Fig. 10.42 f), sau în plane diferite (Fig. 10.42 g), caz în care avem de a face cu un elevator. În ambele cazuri se urmăreşte transferul robocarului de pe o şină pe alta, dar poate fi vorba şi de apropierea de postul de lucru servit, prin deplasarea robocarului suspendat pe orizontală sau, în special, pe verticală. Un exemplu de utilizare a cestor tipuri de macazuri este prezentat în Fig. 11.7, unde se prezintă layout-ul unui sistem de robocare suspendate tip KHB al firmei Translift [9].

Robocare

148

In Fig. 10.43 se exemplifică macazul de tip Y realizat de firma ROFA [6], macaz al cărui simbol este prezentat în Fig. 10.42 a. In Fig. 10.44 sunt prezentate soluţiile constructive adoptate de către firma ROFA la realizarea unora din aceste macazuri. Astfel fiecare tip de macaz este acţionat pneumatic, elementul motor fiind un cilindru pneumatic. In primele trei cazuri (Fig. 10.44 a, b, c) cilindrul pneuma-tic deplasează printr-o mişcare de translaţie acul macazului, iar în cazul placi turnante (Fig. 10.44 d) cilindrul pneumatic articulat acţionează direct asupra platformei rotind-o cu 900. Soluţiile constructive ale macazurilor prezentate în Fig. 10.44 corespund unora din schemele prezentate în Fig. 10.42. Astfel sunt prezentate macazul de tip Y (Fig. 10.42 a), macazul de tip V (Fig. 10.44 b), macazul care deserveşte 3 trasee

Fig. 10.43 Macaz tip Y

a)

b)

c)

d)

Fig. 10.44 Soluţii constructive de macazuri: a) macaz tip Y; b) macaz tip V; c) macaz pentru 3 trasee; d) placa turnantă pentru 2 trasee distincte (Fig. 10.42 c) şi platforma turnantă pentru 2 trasee intersectate la 900 (Fig. 10.42 d). 10.7.1.4 Controler de bord Un sistem de robocare simplu poate funcţiona şi cu un controler cu o logică simplă, pe când un sistem de robocare complex necesită un controler complex, sau mai multe controlere legate la calculatorul central al sistemului de conducere al robocarelor suspendate. Faptul că robocarele suspendate se deplasează pe o cale de ghidare materializată fizic printr-o şină de ghidare, permite controlerului de bord al robocarelor să aibă o construcţie mult simplificată, funcţiile sale reducându-se la controlul: vitezei de deplasare, al sensului de deplasare (înainte /înapoi), al încărcăturilor transportate, precum şi la emiterea de comenzi de coborâre /ridicare a sarcinii, de oprire /pornire într-o /dintr-o staţie de lucru etc. Pe de altă parte diverse micro-întrerupătoare aflate pe traseu pot comunica

Robocare

149

informaţii despre evoluţia robocarului suspendat. Astfel se poate comunica depăşirea staţiei de lucru, ceea ce implică o comandă a controlerului de revenire a robocarului suspendat în staţia de lucru. Pentru un robocar ce se deplasează pe sol, una din funcţiile principale ale controlerului de trafic este urmărirea continuă a traiectoriei robocarului. În cazul robocarelor suspendate această funcţie nu mai este necesară, întrucât traiectoria robocarului este materializată fizic prin şina de ghidare. 10.7.2 Sistemul de conducere al robocarelor suspendate Sistemul de conducere al robocarelor suspendate are aceeaşi structură şi aceleaşi funcţii ca şi sistemul de conducere al robocarelor ce se deplasează la sol. Faptul că traiectoria dintre zona de parcare a robocarelor suspendate şi posturile de lucru servite este materializată prin calea de rulare, face ca sistemului de conducere să nu-i mai revină sarcina de a stabilii traiectoria optimă dintre două staţii. Comunicarea continuă dintre controlerul de bord al fiecărui robocar suspendat şi sistemul de conducere al unui sistem de robocare suspendate, se realizează prin intermediului barelor de alimentare, prevăzute cu un număr de conductori care să asigure schimbul informaţional. Sistemul de conducere al robocarelor suspendate face legătura dintre fiecare robocar în parte şi echipamentele servite, care pot fi: maşini-unelte, depozite automate centrale sau intermediare, roboţi industriali, instalaţii de alimentare /evacuare etc. 10.7.3 Avantajele şi dezavantajele utilizării robocarelor suspendate Costul unui robocar suspendat este de 10-25 de ori mai mic decât al unui robocar care se deplasează pe sol. Diferenţă mare dintre preţurile celor două tipuri de robocare este justificată de costul diferit al sistemului de control, care la rândul său este condiţionat de costul căi de ghidare, care materializează traiectoria robocarului. In acest sens trebuie remarcat faptul că un robocar suspendat beneficiază de avantajul existenţei unei căi de rulare, ce materializează fizic traiectoria de urmat şi reduce considerabil gradul de complexitate al sistemului de control. De asemenea trebuie luat în calcul şi faptul că robocarul care se deplasează pe sol are o sursă de energie independentă, ceea ce însă ridică costul său, deloc de neglijat, prin contravaloarea baterie de acumulatoare utilizate. Atunci însă când analizăm comparativ costurile impuse de materializarea căi de ghidare, în cazul celor două tipuri de robocare, vom constata că şi în cazul robocarului suspendat sunt componente extrem de scumpe cum ar fi de exemplu un elevator, sau o placă turnantă a căror cost poate depăşii de 5-10 ori costul robocarului suspendat propiu-zis. Pe de altă parte un sistem de robocare ce se deplasează pe sol necesită o suprafaţă de rulare plană şi curată, care ridică considerabil preţul de cost al sistemului de ghidare, dar conferă şi o simplitate în cazul în care se necesită modificări ale căii de ghidare, ca urmare a modificării amplasamentului posturilor de lucru servite. Existenţa unor conductori ficşi, montaţi pe şinele de ghidare alături de cei ce asigură alimentarea cu energie electrică a motorului de antrenare şi a sistemului de control, uşurează considerabil transferul informaţional către robocarele suspendate şi de la acestea către sistemul de conducere al robocarelor suspendate. Vitezele de lucru ale robocarelor suspendate sunt superioare celor ce se deplasează pe sol, ceea ce are ca efect reducerea timpului de transfer şi în consecinţă reducerea numărului de robocare suspendate necesare. Un avantaj evident în favoarea sistemelor de robocare suspendate îl constituie spaţiul construit eliberat la sol, care poate fi utilizat ca spaţiu de producţie. Gradul de flexibilitate în realizarea funcţiei de transfer al materialelor este comparabil la cele două sisteme de robocare, cu un avantaj în favoarea sistemului de robocare cu deplasare pe sol, datorită lipsei căilor de rulare în materializarea traiectoriilor. 10.8 Robocar ETV – Vehicul electric pe şine ETV – Electric Track Vehicle, vehiculul electric pe şine, este un robocar destinat transportului de sarcini mici cuprinse între 10-25 kg cu viteze foarte mari de până la 4 m/s [KOV 99]. In industrie sunt folosite pentru transportul pieselor de dimensiuni mici şi uşoare. In domeniul prestărilor de servicii se folosesc în bănci, biblioteci sau spitale pentru transportul de acte, cărţi sau medicamente. Transportul se poate asigura pe orizontală, atât pe sol cât şi suspendat, sau pe verticală la trecerile de la un nivel la altul. ETV este un vehicul care rulează pe o şină, ce materializează calea de ghidare dintre diferitele staţii servite. Şina de ghidare este confecţionată din aluminiu extrudat având suprafeţele eloxate. Acţionarea vehiculului este asigurată de un motor electric de curent continuu, alimentat la o tensiune de 12 – 42 V. Acesta este îmbarcat

Robocare

150

pe vehicul şi antrenează un pinion, care la rândul său angrenează cu o cremalieră, confecţionată din material plastic şi montată pe şina de ghidare. In Fig. 10.45 se exemplifică vehiculul Translift KHB OV realizat de firma STHAL [7], având sarcina manipulată maximă de 10 kg. şi viteza de deplasare: pe orizontală de 2,0 m/s, iar pe verticală de 0,8 – 1,0 m/s. Comanda vehiculului se poate realiza manual sau automat prin calculator. Transferul vehiculului ETV de pe un traseu pe altul se realizează prin intermediul unui macaz, având schema asemănătoare cu cea prezentată in Fig. 10.42 f. În Fig. 10.45 se prezintă acest tip de macaz folosit de firma STAHL [7]. Principalul avantaj al acestui tip de robocar constă tocmai în particularitatea sa de a funcţiona atât pe sol cât şi suspendat, ceea ce îi conferă o flexibilitate ridicată în acoperirea traseelor de servit, uneori aflate la diferite niveluri. De remarcat şi viteza mare de deplasare a acestor vehicule în special pe traseele orizontale. Principalul dezavantaj constă în limitarea flexibilităţii de deservire a robocarelor la deplasarea pe sol, prin existenţa şinei care materializează traiectoria de urmat. Şină de ghidare

ETV Macaz

Container

Cremalieră

Fig. 10.45 Vehicul electric pe şine

Fig. 10.46 Macaz pentru transfer ETV

Robocare

151

10.9 Robocare pe pernă de aer 10.9.1 Module pe pernă de aer Robocarele pe pernă de aer sunt vehicule ghidate automat clasice pe roţi, la care şasiul, împreună cu sarcina manipulată, este sustentat pe module pe pernă de aer. În Fig. 10.47 se prezintă principiul sustentării pe pernă de aer aplicat în cazul acestor module, iar în Fig. 10.48 soluţia constructivă de materializare a modulelor pe pernă de aer de către firma DELU [8]. Modulul pe pernă de aer este alimentat cu aer comprimat. Perna de aer, confecţionată din cauciuc sau Sarcina F

Perna de aer

Film de aer comprimat

D

Camera de sustentaţie

h

H

Aer comprimat

Fig. 10.47 Principiul sustentării pneumatice utilizând modulul pe pernă de aer Pernă Admisie aer de aer

A

comprimat

A Paletă Robinet de închidere

h H

B

Suport

dintr-un alt material deformabil, este solidarizată în partea superioară de modul. Aerul comprimat pătrunde prin orificiile existente în perna de aer, asigurând umflarea acestora şi ridicarea şasiului cu sarcina manipulată, la înălţimea H. Totodată aerul pătrunde şi în camera de sustentaţie, cameră delimitată de modul, perna de aer şi sol (suprafaţa de rulare), de unde se scurge printr-un interstiţiu ce se formează între perna de aer şi sol. Tocmai acest interstiţiu, care este de fapt un film subţire de aer de grosime h, este cel ce asigură sustentarea şasiului cu sarcina manipulată. Datorită filmului de aer creat, coeficientul de frecare dintre perna de aer şi sol se reduce considerabil, astfel încât chiar şi forţa unui om este suficientă pentru a deplasa vehiculul încărcat cu sarcini de câteva tone. Sarcina manipulată poate fi deplasată manual, de exemplu în cazul reamplasării unei maşini-unelte prevăzută cu suporţi cu element elastic de amortizare, după ce în prealabil modulele pe

Fig. 10.48 Modul pe pernă de aer [8] Aer comprimat

Panou de distribuţie

Fig. 10.49 Modul de amplasare a 4 sau 6 module pe pernă da aer [8]

152

Robocare

pernă de aer, în număr de 4 sau 6, au fost distribuite între utilaj şi sol conform reprezentării din Fig. 10.49. Pentru a ridica utilajul de la sol, operatorul uman comandă de la panoul de distribuţie creşterea presiunii în camera de sustentaţie a fiecărui modul în parte. Alimentarea cu aer comprimat a panoului de distribuţie este asigurată prin intermediul unui furtun lung de 30 m, prevăzut cu un element de cuplare rapidă. Întreruperea alimentării cu aer comprimat se poate obţine prin comutare robinetului de închidere cu care este prevăzut panoul de distribuţie. Utilajul astfel pregătit poate fi deplasat prin împingere de unul sau doi operatori umani. Caracteristicile tehnice ale modulelor pe pernă de aer sunt prezentate în Tab. 10.3 şi 10.4. Presiunea nominală "p" a aerului comprimat indicată în tabel este valoarea necesară pentru ridicare sarcinii maxime manipulate. Modulele pe pernă de aer se amplasează sub sarcina de manipulat, astfel încât să nu se depăşească masa maximă manipulată "m" corespunzătoare fiecărui modul în parte. Debitul "Q" de aer comprimat din tabel este indicat pentru o pardosea din beton plană, fără denivelări, adâncituri sau crăpături, deoarece în camera de sustentaţie de diametru D, trebuie menţinută suprapresiunea necesară realizării filmului de aer, care să asigure sustentarea sarcinii manipulate. În vederea deplasării sarcinii în mod automat robocarul pe pernă de aer pe lângă cele 6 module pe pernă de aer, este echipat şi cu subansamblurile clasice şi anume: − sistemul de acţionare format dintr-o baterie de acumulatoare; − sistemul de tracţiune prevăzut cu roata motoare; − sistemul de direcţionare al robocarului pe traiectorie; − microcalculatorul de bord pentru procesarea informaţiilor primite de la calea de ghidare; − sistemul de comunicaţie prin unde radio; − sistemul de siguranţă anticoliziune; − sistemul de ghidare pe traiectorie a robocarul. Tab. 10.3 Sistem de 4 module pe perne de aer. Caracteristici tehnice. [8] Presiunea Masa "m" Debitul Înălţimea Diametrul Lăţimea Înăţimea maximă de aer "H" de "D" de Nr. nominală Tipul "A" "B" "p" ridicare sustentaţie Crt. modulului manipulată "Q" [bar] [kg] [l/min] [mm] [mm] [mm] [mm] 1 4LTM-200-1 2.500 720 12 200 25 19 2 4LTM-300-1 5.000 800 15 300 45 19 3 4LTM-380-1 7.500 1.300 20 380 50 25 4 4LTM-450-1 10.000 1.500 22 450 50 25 2 5 4LTM-530-1 15.000 1.600 25 530 55 25 6 4LTM-680-1 30.000 1.800 30 680 55 25 7 4LTM-910-1 44.000 2.200 35 910 60 38 8 4LTM-1220-1 80.000 2.400 40 1.220 60 38 9 4LTM-450-2 20.000 2.600 22 450 50 38 10 4LTM-530-2 28.000 2.800 25 530 55 38 11 4LTM-680-2 48.000 3.640 30 680 55 38 12 4 4LTM-910-2 88.000 4.200 35 910 60 51 13 4LTM-1220-2 160.000 4.540 40 1.220 60 51 14 4LTM-1400-2 240.000 6.300 50 1.400 65 76 15 4LTM-2000-1 400.000 12.500 60 2.000 70 76 Tab. 10.4 Sistem de 6 module pe perne de aer. Caracteristici tehnice. [8] Presiunea Masa "m" Debitul Înălţimea Diametrul Lăţimea Înăţimea maximă de aer "H" de "D" de Nr. nominală Tipul "A" "B" "p" ridicare sustentaţie crt. modulului manipulată "Q" [bar] [kg] [l/min] [mm] [mm] [mm] [mm]

Robocare 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

2

4

6LTM-200-1 6LTM-300-1 6LTM-380-1 6LTM-450-1 6LTM-530-1 6LTM-680-1 6LTM-910-1 6LTM-1220-1 6LTM-450-2 6LTM-530-2 6LTM-680-2 6LTM-910-2 6LTM-1220-2 6LTM-1400-2 6LTM-2000-1

3.750 7.500 11.250 15.000 22.500 45.000 66.000 120.000 30.000 42.000 72.000 132.000 240.000 360.000 600.000

1.100 1.200 1.950 2.250 2.400 2.700 3.300 3.600 3.900 4.200 5.450 6.300 6.800 9.500 18.750

153 12 15 20 22 25 30 35 40 22 25 30 35 40 50 60

200 300 380 450 530 680 910 1.220 450 530 680 910 1.220 1.400 2.000

25 45 50 50 55 55 60 60 50 55 55 60 60 65 70

25 25 25 38 38 38 38 38 38 51 51 51 76 76 76

10.9.2Robocare pe pernă de aer În cazul robocarelor pe pernă de aer se adoptă de regulă un sistem de ghidare pasivă ce se bazează pe principiul detecţiei magnetice. În acest scop se foloseşte o bandă metalică autoadezivă fixată pe pardosea. Banda metalică, ce materializează traiectoria de urmat, nu trebuie să fie continuă, micile întreruperi ale acesteia neafectând funcţionarea sistemului. De remarcat că instalarea benzii metalice de ghidare nu necesită modificări în pardoseală. Banda metalică de ghidare poate fi uşor reamplasată în funcţie de modificările intervenite în amplasarea punctelor de lucru servite. În acelaşi mod în care se aplică banda metalică pe pardosea, se aplică şi marcajele – codurile pe podea. Acestea se folosesc pentru a semnala apropierea de un post de lucru, oprirea cu precizie a robocarului, modificare vitezei de rulare, comunicarea cu echipamentele periferice din postul de lucru. Astfel se asigură o oprire cu precizie milimetrică a robocarului încărcat cu sarcini de ordinul zecilor de tone.

Fig. 10.50 Robocar pe pernă de aer utilizat la transportul transformatoarelor [8] Robocarul pe pernă de aer (Fig. 10.50), este astfel conceput încât la deplasarea fără sarcină să folosească 4 module de sustentaţie, iar la deplasarea cu sarcina maximă 6 module de sustentaţie. Grosimea filmului de aer dintre perna de aer şi suprafaţa de rulare este foarte subţire, motiv pentru care calitatea pardoselii este hotărâtoare în folosirea robocarelor pe pernă de aer Pe de o parte aceasta influenţează în mod direct consumul de aer comprimat, iar pe de altă parte este determinant în realizarea unei suprapresiuni în camera de sustentaţie, ceea ce înseamnă că nu sunt admisie denivelări sau crăpături în pardoseală.

Robocare

154

Întrucât coeficientul de frecare al unei perne de aer active este practic nul, pardoseala trebuie să fie plană, deoarece în caz contrar la sarcini mari există pericolul alunecării sarcini transportate. Toleranţa la planeitate la o pardosea nivelată, în funcţie de distanţa dintre punctele de măsurare este de: 1mm/0,1m, 3mm/1m, 9mm/4m, 12mm/10m sau 15mm/15m. Pardoseala se execută din beton turnat compact, neted, şlefuit sau acoperit cu un strat de răşină sintetică, rezistentă la şocuri şi uzură, fără denivelări sau crăpături. Rampă

a)

b)

Fig. 10.51 Neregularităţi ale pardoseli: a) trepte cu muchi ascuţite care rup filmul de aer; b) utilizarea rampelor elimină acest dezavantaj; panta admisă: 0,1% - 0,5% Denivelările având muchi ascuţite distrug filmul de aer (Fig. 10.51 a) şi robocarul nu se mai poate deplasa. Denivelările se pot elimina prin şlefuire sau prin utilizare unei rampe (Fig. 10.51 b) din tablă de oţel sau a unui covor de cauciuc. Panta admisă este cuprinsă între 0,1% şi 0,5%. In cazul în care pe pardoseală se toarnă o şapă, pot apărea foarte frecvent crăpături la nivelul suprafeţei de rulare. Aceste crăpături permit ca aerul < 0,5 mm > 0,5 mm comprimat aflat sub presiune să iasă din camera de sustentaţie şi astfel să fie întrerupt filmul de aer, ceea ce are ca efect întreruperea sustentaţiei pneumatice. a) b) Din acest motiv crăpăturile trebuie astupate etanş cu răşini epoxidice (Fig. 10.52 a), iar dacă diferenţa de înălţime Fig. 10.52 Astuparea crăpăturilor din pardoseală: depăşeşte 0,5 mm marginile acestora vor fi se şlefuieşte (Fig. 10.52 b). a) denivelări < 0,5 mm; b) denivelări > 0,5 mm Deseori, datorită proiectului construcţiei, nu se poate evita realizarea de rosturi de dilatare în pardoseală. Pentru ca rosturile de dilatare să poată suporta presiunea roţilor de antrenare, care este de a) b) p < 25 N/mm2, fără a se deteriora, muchiile rostului se teşesc în formă de V sub un unghi de Fig. 10.53 Astuparea rosturilor de dilatare: 900 (Fig. 10.53 a). Materialul de umplere al rostului este pe bază de poliuretan având o a) forma convexă; b) forma concavă duritate de aprox. 80 unităţi Shore şi o capacitate de revenire elastică ridicată, fără a-şi mări volumul la comprimare. Pentru a reduce la minimum pierderea de aer prin rosturile de dilatare, materialul de umplere va avea la final o curbură convexă (Fig. 10.53 a). O curbură concavă a suprafeţei (Fig. 10.53 b) nu este admisă deoarece perna de aer nu se poate mula, ceea ce conduce în final la pierderea capacităţii de sustentaţie. În cazul transferului pe verticală a robocarului pe pernă de aer, de la un nivel la altul, la apropierea robocarului de platforma de ridicare a elevatorului, acesta trebuie să treacă peste un rost de cca. 15 mm. La primirea comenzi de la marcajul - cod al benzii de ghidare, se activează o secvenţă de program, care opreşte sau pune în funcţiune perechile de perne de aer, astfel încât nici una să nu treacă activ peste rost. Comutarea de pe o pereche de perne de aer pe alta se face în timpul transportului, care are loc cu viteze mici de deplasare, pentru ca transferul să se realizeze continuu, fără pauze inutile. Deoarece de multe ori calitatea pardoselilor nu este cea optimă, prezentând denivelări şi crăpături, se folosesc covoare cu suprafaţă de acoperire mare pentru transportul pe pernă de aer atât în hale cât şi în exterior. S-au stabilit criterii deosebite pentru alegerea materialul din care sunt confecţionate aceste covoare, avându-se în vedere: − comportarea la solicitări mecanice; − comportarea la deformare plastică şi elastică; − rezistenţa la acţiunea agenţilor chimici;

Robocare − −

155

rezistenţa la rupere; durata de îmbătrânire.

Ca material pentru covoare se utilizează o polietilenă de joasă presiune, care corespunde în practică la cele mai mari solicitări chimice, fizice şi biologice. Dimensiunile sunt: Grosimea covorului: 2,5 mm Lungimea x lăţimea standard:2 x 7.5 m 3 x 7,5 m 4 x 7,5 m Mărimi speciale: max.100 x 7,5 m Greutate: cca. 2,7 kg/m2 Comparativ cu metoda clasică care utilizează plăcile de oţel, covoarele prezintă o serie de avantaje şi anume: − covoarele se pot rula şi astfel se pot manipula şi depozita mai uşor; − se mulează după suprafaţa ce o acoperă şi uniformizează micile denivelări, acoperind micile crăpăturile şi rosturi; − nu există pericolul de coroziune, mai ales la utilizarea în exterior; − spre deosebire de plăcile de oţel, covoarele se obţin la dimensiuni incomparabil mai mari. Covoarele se pot livra până la 100 m lungime şi 7,5 m lăţime; − majoritatea transporturilor pe pernă de aer (cca. 90%), necesită doar două covoare de mărime standard; − sunt mai ieftine şi mai durabil decât plăcile de oţel. Derularea transportului pe pernă de aer cu două sau mai multe covoare şi succesiunea amplasării covoarelor are loc conform figurii 7.8. Pentru a asigura trecerea robocarului pe pernă de aer de pe un covor pe altul, la început are loc îmbinarea capetelor covoarelor, după cum urmează: − în cazul covoarelor înguste se teşesc muchiile marginilor de îmbinare şi se suprapun (Fig. 10.54 a);

− în cazul covoarelor late se teşeşte doar muchia marginii covorului de deasupra şi se suprapun marginile celor două covoare pe o lungime de cca. 500 mm (Fig. 10.54 b). În ambele cazuri pentru a asigura etanşarea îmbinării, la trecerea filmului de aer comprimat, se aplică o bandă adezivă specială foarte rezistentă peste zona îmbinată. Derularea transportului are 3 faze distincte şi anume: − deplasarea sarcinii de pe primul covor pe al doilea (Fig. 10.54 c);

− transferul primului covor în faţa celui de al doilea (Fig. 10.54 d); − deplasarea sarcinii de pe al doilea covor pe primul (Fig. 10.54 e), ş.a.m.d.

Robocare

156

c)

sarcină

covor 2

bandă adezivă

covor 1

covor 2

a) pardoseală

d)

covor 1

sarcină

covor 1

covor 2

bandă adezivă

2,5 b) pardoseală

e)

sarcină

500 mm

covor 1

Fig. 10.54 Transport pe pernă de aer utilizând două covoare: a) îmbinarea capetelor covoarelor cap la cap; b) îmbinarea capetelor covoarelor prin suprapunere; c) deplasarea sarcinii de pe primul covor pe al doilea; d) transferul primului covor în faţa celui de al doilea; e) deplasarea sarcinii de pe al doilea covor pe primul, ş.a.m.d. Deplasarea robocarului pe pernă de aer se face în toate direcţiile, comanda fiind asigurată de la distanţă prin unde radio. Vehiculul este prevăzut cu un tambur pentru înfăşurarea /desfăşurarea furtunului de alimentare cu aer comprimat, comandat printr-un dispozitiv acţionat pneumatic. Lungimea furtunului este de 30 m, fiind la rândul său racordat la o şină de alimentare cu aer comprimat lungă de 80 m. Datorită acestui fapt robocarul pe pernă de aer poate fi alimentat pentru a deservi posturi de lucru aflate pe o suprafaţă de 9000 m2. Robocarul pe pernă de aer este antrenat în deplasarea sa de două roţi de tracţiune prin fricţiune, care lucrează sincron şi se pot roti cu 900. Rotirea cu 900 a roţilor de tracţiune permite deplasarea robocarului atât pe o direcţie longitudinală, paralelă cu axa vehiculului, cât şi pe o direcţie transversală perpendiculară pe această axă. Presiunea maximă exercitată de o singură roată pe suprafaţa de rulare nu va depăşi valoarea p < 25 N/mm2. Robocarul pe pernă de aer se poate deplasa cu o viteză de 26 m/min fără sarcină şi cu o viteză de 20 m/min atunci când transportă sarcina maximă, viteza de deplasare a robocarului fiind reglabilă continuu între zero şi valoarea maximă [MIH 89a]. La încărcarea robocarului acesta se echilibrează automat în funcţie de distribuţia sarcinii. În acest scop presiunea de lucru este reglată de regulatoare proporţionale în funcţie de intensitatea sarcinii, de calitatea suprafeţei de rulare şi de tipul modulului de sustentaţie pe pernă de aer. Viteza de deplasare a robocarului pe pernă da aer se poate reduce automat la deplasarea în sarcină, crescând siguranţa la deplasarea în curbe sau la deplasări transversale. De asemenea este controlată în mod automat forţa de apăsare exercitată pe roţi şi viteza de derulare /rebobinare a furtunului de alimentare cu aer comprimat. Sistemul de siguranţă anticoliziune, avertizează sonor sau optic (printr-un flash) apariţia unor obstacole în faţa robocarului. Astfel începând cu distanţa de 1,8 m până la obiectul /persoana aflat /aflată accidental pe traiectoria robocarului se aprinde lumina de culoare verde, la apropierea sub 1 m se aprinde lumina galbenă şi se emite intermitent un semnal sonor puternic, iar de la 0,6 m se aprinde lumina roşie şi semnalul sonor devine continuu. Suplimentar robocarul pe pernă de aer este echipat şi cu un dispozitiv automat anticoliziune cu rolul de a opri vehiculul dacă acesta intră în coliziune cu pereţii halei sau cu orice alt obiect definit ce delimitează spaţiul de lucru, sau se află accidental în cadrul spaţiului de lucru. Distanţa de frânare la eliminarea pernei de aer şi aşezarea sarcinii manipulate maxime pe suporţi este de 0,25 m.

Robocare

157