Робокары (автоматизированные управляемые транспортные средства)
Чарльз Р. Роуз
Вице Президент АО « Frog Navigation Systems », г. Оберн-Хилз, штат Мичиган
Введение
Робокары (автоматизированные управляемые транспортные средства) – это передовое интегрирующее звено в движении материалов при производстве, складском хранении и распределении. Хотя первая система была установлена еще в 1953, но технология продолжает развиваться и расширяться. Она становится все более и более гибкой и все более широко применяющейся, с использованием разнообразных типов транспортных средств, методов перемещения грузов, расположения направляющих дорожек и взаимодействия с регуляторами и устройствами управления.
Сложные, дублирующие друг друга транспортные системы обеспечивают надежность операций, так как отдельные неполадки становятся устраняемыми или контролируемыми. Если одно транспортное средство выходит из строя, то система продолжает работать на высоком уровне. В отличие от других типов систем по транспортировке материалов, пропускная способность сохраняется, даже если и слегка снижается; однако, движение материалов не прекращается.
Работу системы с автоматизированными управляемыми транспортными средствами можно разделить на этапы. Начните с системы, удовлетворяющей первоначальным требованиям по выполнению конкретной задачи в сегменте операции. По мере того как работники осваивают систему и становятся очевидными другие возможности, система может быть легко расширена, обычно, добавлением транспортных средств и небольших изменений в управлении. Многие системы сегодня работают в программной среде "Windows®", предоставляя пользователю легкий доступ к системе и возможность необходимых модификаций.
|
|
|
Автоматизированные управляемые транспортные средства хорошо интегрируются с другими видами автоматизации, такими как автоматизированные системы по размещению и перемещению (системы по автоматическому размещению и перемещению), конвейеры, подвесные системы, а также напрямую с местом назначения. Автоматизированные управляемые транспортные средства обеспечивают быстрое автоматическое перемещение грузов, и они оснащены дистанционным программированием транспортных средств. Доставка материалов «точно в назначенное время» для производственных и сборочных операций с места приемки или из буферного хранения дает заметное сокращение товарных запасов.
Типы управляемых транспортных средств, варианты управления и применения постоянно дополняются и расширяются. Транспортные средства могут обрабатывать и небольшие детали в лотках, и большие 40-футовые контейнеры. Транспортные средства могут работать внутри или снаружи помещения при любой погоде. Традиционные проводные системы составляют сейчас меньше половины установленных сегодня систем. Много используется разных типов свободно передвигающихся транспортных средств. Эти системы с компьютерной поддержкой обеспечивают отслеживание материалов в производственном процессе в реальном времени, с постоянным обновлением информации о перемещении материалов.
|
|
|
Управление
Проводные технологии
На протяжении многих лет направляющий провод, встроенный в пол, был основным типом управления. Недавние разработки с использованием разнообразных беспроводных методов составляют сейчас больше половины новых устанавливаемых проектов. Хотя автоматизированные управляемые транспортные средства – это наиболее гибкая автоматизированная система из имеющихся сегодня, но есть степени гибкости внутри технологий управления. Управление по проводам является наименее гибким, а управление при свободном передвижении – наиболее гибким методом управления.
Проводная система состоит из стандартной гибкой проволоки, которая Vs" в диаметре, включая изоляцию, с малым рабочим током (до 400мА), с низким напряжением (до 40В), с низкой частотой сигнала (1 - 15 кГц). Канавка в полу для направляющего провода – это пропил с шириной "A" и глубиной W. Пилам по бетону при работе нужна вода, которая охлаждает лезвие и устраняет или уменьшает появление бетонной пыли. Этот процесс создает водно-бетонную смесь, которую нужно удалять пылесосом. Эту смесь нельзя сливать в водоотводы здания, поэтому ее обычно помещают в бочки для отходов.
|
|
|
На борту транспортного средства установлены датчики (антенны), которые активируются магнитным полем, генерируемым направляющим проводом. Когда транспортное средство, т.е. антенна, находится прямо над проводом, то сигналы в датчиках будут точными и не будет сигналов рассогласования. Если сигнал в датчике становится неустойчивым, то он будет усилен и отправлен на двигатель рулевого управления, который скорректирует движение пропорционально сигналу рассогласования. Многочастотные направляющие дорожки позволяют транспортным средствам легко переходить с одной дорожки на другую с помощью переключения управляющей частоты в заданном месте.
Беспроводное управление можно разделить на несколько категорий: с фиксированными дорожками (оптическое и химическое управление), свободное передвижение (управление с помощью лазера, радара, координатной сетки [и оптической и магнитной]) и Глобальной системы позиционирования (GPS). Каждый тип предлагает различную степень гибкости, возможные ограничения в окружающей среде и различную степень точности.
|
|
|
С фиксированными дорожками
При оптическом управлении создается контрастная направляющая дорожка, например, белая лента на темном полу, источник света на транспортном средстве для освещения направляющей дорожки, и фото элементы для считывания отраженного света и управления движением транспортного средства. Этот тип управления обычен для легкой промышленности и офисов.
Химические направляющие дорожки состоят из находящихся в растворе светящихся частиц (обычно a растворе на основе воды), разбрызганных полоской на полу или ковре. Светящиеся частицы активируются источником ультрафиолетового освещения, смонтированным под транспортным средством. Отклонения от направляющей дорожки исправляются сигналами, поступающими на двигатель рулевого управления.
Свободно передвигающиеся
Свободно передвигающиеся транспортные средства – это та область, где происходит сейчас наибольшее развитие. Здесь используются разные методы, но есть несколько основных параметров. Во всех этих системах на борту транспортного средства есть карта рабочего участка и такая же карта на управляющем контроллере. Здесь требуются средства для измерения пройденного расстояния и направления движения. Наконец, требуется средство для калибровки (градуировки) транспортного средства точно по его действительному местонахождению.
Лазерный сканер с небольшим инфракрасным излучением смонтирован на транспортном средстве. Отражатели в заданных координатах – это полоски ретроотражателей (катафотов), размещенных по всему рабочему участку. Все отражатели одинаковы. Важно, чтобы все отражатели были установлены в одной горизонтальной плоскости, и точно размещены по рабочему участку в соответствии с картой размещения оборудования. Когда лазерный луч вращается и обнаруживает отражатели, то луч отражается обратно на сканер. Местоположение, определенное благодаря данному отражателю, сравнивается с местоположением, вычисленным с помощью других отражателей. Через триангуляцию осуществляется вычисление для определения местонахождения транспортного средства. Если требуется коррекция, то привод и двигатель рулевого управления получают сигнал, также как в случае с транспортными средствами, управляемыми по проводам, и, если необходимо, транспортное средство меняет свое местоположение. Это происходит постоянно при передвижении транспортного средства по системе.
Нужно заметить, что лазер принадлежит к лазерам Класса 1. Лазерный диод, работающий на низких токах, с регулируемым «выходом» от 0,1 до 3 мВт. Действительная используемая мощность динамически меняется в зависимости от расстояния до отражателей на участке передвижения. Лазерный луч невидим. При обычных условиях лазерный луч не опасен для людей, работающих на участке. Несмотря на этот факт, люди не должны смотреть в лазерную оптику. Существуют системы безопасности, которые выключают лазер, если он перестает вращаться или при других неполадках. Радару, как и лазеру, требуются цели (отражатели) для отражения звуковых волн. Он затем анализирует звуковые волны, чтобы определить местоположение транспортного средства.
Технологии с использованием координатной сетки при управлении передвижением по рабочему участку зависят от трех элементов. Первый элемент – это точное размещение оборудования на рабочем участке. Сюда относится карта, отображающая все препятствия на участке, такие как машины, стены, колонны и другие подобные объекты. Кроме того, точно размещаются пункты отбора заказов и доставки. Второй элемент – это способность транспортного средства измерять пройденное расстояние и направление движения. Это осуществляется с помощью датчиков положения и, в некоторых случаях, гироскопов. При наличии этих двух элементов, транспортное средство способно передвигаться в заданной системе от любой точки к любой другой точке. Так как полы не лежат в одной плоскости и все колеса не могут иметь один и тот же диаметр, то требуется система калибровки. Этот элемент, называемый координатной сеткой, может быть оптическим, магнитным или электромагнитным.
Оптическая координатная сетка состоит из видимых знаков, расположенных на полу в регулярном порядке, создающих прямоугольную систему координат. Это могут быть просто контрастно окрашенные плитки пола или топографические знаки, размещенные на полу. Камера на борту «видит», где находится место соединения двух контрастных по цвету плиток, точку или крест, и затем сравнивает местоположение точки с картой на борту. Если они совпадают, то ничего не происходит. Если есть отклонение, то транспортное средство исправляет свое местоположение и изменяет данные в датчиках положения. Магнитная координатная сетка точно такая же, как оптическая координатная сетка, кроме того, что небольшие магниты размещены на полу регулярным образом. Эти магниты, как правило, 3/s" в диаметре Vie" в толщину и заглублены несколько ниже поверхности пола. Отверстия затем заливаются сверху эпоксидной смолой или похожими материалами для выравнивания пола. Сверху может быть положено потом любое покрытие. Та же ситуация и с электромагнитной координатной сеткой, кроме того, что используются пассивные ретрансляторы. Они, как правило, используются вне помещений.
Чем более плотная координатная сетка, тем более точной будет система. На перегрузочных пунктах, как правило, координатную сетку делают плотнее, чтобы увеличить точность передвижения транспортного средства. Другая причина использования плотной координатной сетки – это техника безопасности. Если транспортное средство отклонилось от заданного курса, оно может продвинуться только на расстояние равное промежутку между точками координатной сетки, а затем отклонение будет обнаружено. Транспортное средство затем может выключиться и уведомить контроллер, что координатная сетка потеряна и требуется помощь.
Новейший тип навигации транспортных средств – это GPS. Транспортное средство использует комбинацию датчиков вращения колес и оси рулевого управления для определения расстояния и направления движения, волоконно-оптический гироскоп и глобальную систему позиционирования (GPS) для определения местоположения. В GPS используются фиксированные базовые пункты (с известным местоположением) и коммуникации с двумя спутниками. Местоположение транспортного средства вычисляется через коммуникации и отсчет от трех точек. Сейчас эта система применяется только вне помещений, позволяя транспортному средству самостоятельно передвигаться по неровной поверхности. На данный момент, находит применение, в основном, в военных операциях.
Типы транспортных средств
Большинство управляемых транспортных средств работают от электричества и на аккумуляторах. Есть также транспортные средства, работающие на дизельном топливе или с дизель-гидравлическим приводом, и они, как правило, используются для транспортировки тяжелых грузов вне помещений.
Предлагаются модификации управляемых транспортных средств для большинства вариантов обработки материалов и компоновки грузов. Если не существует оборудования для данного конкретного применения, то современные технологии позволяют разработать специальное транспортное средство и обеспечить высокое качество его работы. Ниже приводятся общие классы транспортных средств.
Тягачи
Тягачи, тянущие за собой трейлеры (полуприцепы) стали первой областью применения управляемых транспортных средств на складе. Концепция безоператорных тягачей-трейлеров была легко понятной, потому что управляемые водителями автопоезда трейлеров широко использовались. Такой способ работы получил подтверждение на практике, доказав и свою экономическую обоснованность. Это была система с небольшими рисками, потому что тягачами при необходимости можно было управлять вручную. Скорость движения тягачей приблизительно 250 футов в минуту.
Успешное применение управляемых автопоездов тягачей-трейлеров было закреплено пониманием того, что горизонтальное перемещение материалов на расстояние свыше 300 футов не должно осуществляться автомобилями с вилочным захватом. Вилочные погрузчики должны работать на небольшом участке, передвигаясь на короткие расстояния с акцентом на поднятии грузов.
Тяговое усилие тягачей, как правило, будет в диапазоне от 10000 до 50000 фунтов на подвижную колесную нагрузку. Данные о тяговом усилии на крюке определяют, сколько груза тягач может буксировать, и есть два показателя: обычная и максимальная нагрузка.
Обычная тяга на крюке – это тяга в фунтах, которая может поддерживаться на сцепном устройстве тягача при определенном рабочем цикле, без превышения допустимой постоянной температуры компонентов тягача. Эта норма устанавливается изготовителями тягачей.
Максимальная тяга на крюке – это максимальная тяга в фунтах, которую может выдержать сцепное устройство тягача. Рабочий цикл и допустимая температура компонентов здесь не учитываются, и тягач может поддерживать это тяговое усилие только очень короткий промежуток времени.
Мощность тягача также выражается в подвижной колесной нагрузке, в фунтах. Это суммарный груз, который нужно тянуть, включая и грузы и трейлеры. Тяговое усилие, необходимое для подвижной колесной нагрузки можно вычислить умножением подвижной колесной нагрузки на 2%, коэффициент трения качения между колесами и сухим бетоном. Например:
Подвижная колесная нагрузка = 10000 фунтов тягового усилия = 10000 фунтов x 0,02 = 200 фунтов
Рампа (пандус) заметно увеличивает требования к тяговому усилию. Вычисления для тягового усилия на рампе состоят из двух частей: (1) тяговое усилие для поддержания подвижной колесной нагрузки и тягача на рампе
и (2) тяговое усилие для передвижения подвижной колесной нагрузки вверх по рампе. Например, рампа с 5% наклоном:
Подвижная колесная нагрузка = 10000 фунтов
Вес тягача = 4000 фунтов
1. Тяговое усилие, необходимое для удержания груза и тягача на рампе
(10000 + 4000) x 0,05 = 700 фунтов
2. Тяговое усилие, необходимое для передвижения груза вверх по рампе
10000 x 0,02 = 200 фунтов
Необходимое суммарное тяговое усилие = 900 фунтов
Эти два примера показывают, что когда подвижная колесная нагрузка в 10000 фунтов перемещается с ровной поверхности на рампу с 5% наклоном, то необходимое тяговое усилие увеличивается с 200 до 900 фунтов.
Некоторые изготовители тягачей допускают превышение обычного тягового усилия на короткий период времени, например, при пересечении рампы. Характеристики теплоотдачи двигателя – это основной фактор при принятии таких решений.
Раньше в автопоездах тягачей и трейлеров использовались трейлеры с безбортовой платформой, которые загружались вручную или с помощью вилочных погрузчиков. Трейлеры с бесприводными роликовыми платформами используются для взаимодействия с фиксированными, бесприводными конвейерами, грузы перемещаются вручную. Обычная точность остановки транспортного средства будет ±3 дюйма.
Трейлеры с приводными роликовыми конвейерными платформами используются в системах с фиксированными приводными роликовыми конвейерами с автоматическим перемещением грузов. Они нуждаются в питании от аккумуляторов тягача и передаче данных на регуляторы тягача о положении груза и месте назначения. Загрузка и разгрузка могут выполняться с обеих сторон. Экономически целесообразно построить эти трейлеры для перевозки двух грузов. Обмен данными (обычно оптический) между трейлером и фиксированным конвейером, обеспечивает, чтобы трейлер и груз правильно располагались до начала перемещения грузов. Точность остановки трейлера должна быть ±1 дюйм.
Этот тип трейлера и конвейера может дорого стоить. Менее дорогим решением для системы с большим количеством трейлеров и несколькими пунктами погрузки будут подводные столы на пунктах погрузки, а также недорогие трейлеры со стальным каркасом платформ. Трейлеры пошагово, по одному перемещаются через погрузочно-разгрузочный пункт для загрузки и разгрузки. Затраты на эти трейлеры составят приблизительно одну десятую от затрат на приводные роликовые трейлеры.
Максимальное количество трейлеров в автопоезде зависит от размеров и буксировочных характеристик трейлера, тяговой мощности тягача, и пространства в проходах на поворотах. Первым импульсом часто бывает стремление сделать автопоезда длиннее, чем необходимо. Длинные автопоезда создают заторы в проходах и блокируют движение на перекрестках. Большинство автопоездов состоят не больше чем из четырех трейлеров, а автопоезда с пятью или больше трейлерами встречаются редко.
Буксировочные характеристики трейлера зависят от типа колес, размещения колес, типа рулевого управления и размещения переднего и заднего прицепного устройства. У наиболее распространенных и наименее дорогих трейлеров есть два фиксированных задних колеса и два поворотных передних колеса. Когда эти трейлеры поворачивают за угол, то каждый следующий трейлер движется ближе к центру поворота. Диаграммы изготовителей позволяют увидеть допустимое количество трейлеров, которые смогут вписаться в 90˚ поворот между пересекающимися проходами разнообразной ширины.
У трейлеров с четырьмя поворотными колесами вращаются все четыре колеса, а благодаря механическому соединению между передними и задними колесами, задние колеса поворачиваются в противоположную сторону по сравнению с передними (встречно-параллельное рулевое управление). Это обеспечивает точную траекторию движения трейлеров, так как каждый трейлер идет след в след за идущим перед ним трейлером и тягачом. Стоимость данного типа трейлеров существенно выше, но обеспечивается очень точная траектория движения.
У трейлеров с пятью колесами есть два фиксированных колеса сзади и трехколесная сборка спереди с прицепным устройством. Качение задних колёс строго в колее передних также очень хорошее.
Возможно автоматическое расцепление трейлеров. При расцеплении автопоезд остается в какой-то точке, а тягач продолжает выполнять другую работу. Поэтому позднее потребуется тягач, который будет сцеплен с автопоездом вручную или автоматически. Ручное взаимодействие самое простое, но эффективность системы здесь зависит от операторов и потребуется хорошая трудовая дисциплина для успешной работы.
Автоматическая сцепка увеличивает стоимость системы, из-за добавления реверсного управления и увеличения количества регуляторов, занимающихся дистанционным сбором данных и программированием. С помощью кнопок вызова, соединенных с контроллером системы, запрашивается тягач для буксировки автопоезда. Для автоматической сцепки очень важно точное расположение трейлеров.
Трейлеры перевозят грузы на одной высоте, что может оказаться недостатком системы. Но можно в одной и той же системе иметь трейлеры с разной высотой платформ. Тележки с вилочным подъемником для паллет, имеющие прицепное устройство, используются как трейлеры, и они управляются вручную для отбора грузов с уровня пола. Они дают возможность, когда необходимо, размещать грузы во время разгрузки вручную.
Автопоезда из тягачей и трейлеров обычно используются для перемещения больших объемов материалов на большие расстояния.
Тележки для паллет
Тележки для паллет обеспечивают полуавтоматическое движение паллет, когда тележки загружаются вручную, а разгружаются автоматически. Эти тележки для паллет не нужно путать с тележками с вилочным подъемником для паллет, упоминавшимися в разделе о тягачах.
Стандартная грузоподъемность равна 6000 фунтов, а вилочный захват может быть до 96 дюймов в длину. Чаще всего применяются сдвоенные тележки для паллет, и может перевозиться до четырех паллет, если суммарный груз не превышает грузоподъемность транспортного средства. Длина вилочного захвата определяется размерами паллет. Колеса под грузом обязательно должны располагаться в необходимых промежутках между досками на днище до подъема груза, или паллета будет повреждена. Хотя вилочные захваты выбираются для конкретных паллет, но транспортное средство может обрабатывать и самые разные по размерам грузы на полозьях (без досок на дне).
Типичный рейс туда и обратно начинается с того, что оператор вручную загружает транспортное средство. Эта часть работы пока еще не автоматизирована из-за проблем с качеством паллет и из-за того, что колеса под грузом могут двигаться над досками днища. Проверка здесь следующая: если паллету можно загрузить без расщепления дерева, то ее можно разгружать автоматически. Грузы на полозьях не являются проблемой из-за отсутствия дна с досками.
После загрузки транспортное средство программируется на нужное место назначения и помещается на направляющую дорожку. Пункты доставки паллет размещаются на ответвлениях параллельных направляющей дорожке. Если паллеты доставляются в стеллажное хранение, то двухпаллетный пункт может быть размещен в поперечном проходе в конце расположенных задними стенками друг к другу стеллажей. Это обеспечивает вилочным погрузчикам легкий доступ для размещения паллет.
Когда погрузчик входит в ответвление, он замедляет свою скорость до 30 футов в минуту, и останавливается с точностью ±3 дюйма. Вилочный захват опускается автоматически, помещая паллеты на пол. Погрузчик отъезжает от паллеты и передвигается к следующему месту назначения. Паллеты помещаются на хранение вилочными погрузчиками.
При автоматическом управлении скорость транспортного средства три мили в час; а при ручном управлении скорость приблизительно шесть миль в час. Это важно, потому что транспортное средство управляется вручную каждый раз при загрузке.
Одна из особенностей тележки для паллет состоит в возможности отбора и доставки груза на уровне пола. Не требуется пунктов отбора и отгрузки, и пол остается свободным, без препятствий.
Эти транспортные средства используются на сухих продовольственных складах, в холодильниках для мясной и молочной продукции, лекарственных складах и оптовых базах автомобильных запчастей.
Грузоподъемники с платформой похожи на тележки для паллет, но вилочный захват у них заменен платформой, которая может подниматься и опускаться. Они идеально подходят для автоматической обработки грузов на полозьях, потому что здесь нет досок на дне, которые могут помешать движению колес под грузом. Паллеты и другие грузы также могут обрабатываться, если они находятся на брусках на высоте 4 дюйма над полом. Это дает платформе в ее нижнем положении достаточно места, чтобы пройти под грузом.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 411; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!