Погрузочно-разгрузочная платформа-робот грузоподъёмностью от 15 тн

Для того чтобы более детально представить принцип работы автоматических грузовых тележек (AGV), поставляемых в Россию и страны СНГ Suofu, рассмотрим на следующем примере — Погрузочно-разгрузочная платформа-робот грузоподъёмностью от 15 тн.

Проект Robot Platform – это мощная роботизированная платформа, которая обладает функциями всенаправленного перемещения и синхронного домкрата, а также осуществляет перемещение и управление движением с помощью пульта дистанционного управления.

Погрузочно-разгрузочная платформа-робот грузоподъёмностью от 15 тн

Основные технические параметры

Платформа-робот грузоподъёмностью от 15 тн. Основные технологии роботизированной платформы представлены в таблице 1 ниже.

№ п/п	Наименование	Параметры конструкции
1	Габаритные размеры	4200mm(L)×1700mm(W)×670mm(H)
2	Общая масса автомобиля	≤6000 кг
3	Дорожный просвет	80 мм
4	Ход подъема	Подъем платформы: 200 мм
5	Скорость подъема	≤100мм/мин
6	Номинальная подъемная масса	15000кг
7	Точность позиционирования при подъеме	±3 мм
8	Возможность маневрирования	Всенаправленное движение
9	Режим управления	Режим дистанционного управления
10	Скорость нагрузки	0~1 км/ч
11	Скорость движения вперед/назад без нагрузки	0~3 км/ч
12	Скорость движения без нагрузки	0~2 км/ч
13	Тормозной путь при аварийной остановке без груза (3 км/ч)	≤0.1m
14	Тормозной путь при аварийной остановке с полной нагрузкой (1 км/ч)	≤0.5m
15	Уровень шума при движении	≤75 дБ
16	Уровень шума при подъеме	≤85 дБ
17	Форма энергии	Работает от литий-железо-фосфатной батареи 310V 70Ah, с управлением питанием и функцией отображения в реальном времени (показывает оставшийся заряд и время работы)
18	Масса зарядного устройства	≤52 кг
19	Размер зарядного устройства	≤890 мм (Д) x 510 мм (Ш) x 370 мм (В)

Состав платформы робота представлен в таблице 2

п/п	Наименование		Параметры	Количество	Проектировщик	Примечание
1.	Сборка шасси	Сварные рамы	/	1 комплект	Cytech Technology	Q355
		Слой	/	Кол-во по требованию	Cytech Technology	Q235
2.	Домкратный механизм	Домкратные пластины	ручной работы	4 шт	Cytec Technology	Q355
		Подъемник	SJA50-S-V1-200-FL-P2	4 набора	Cytec Technology	/
		Направляющий световой вал	/	8 шт	Cytech Technology	/
		Медная втулка	/	8 шт	Cytech Technology	/
		Фиксированный кронштейн направляющей подъемника	/	4 набора	Cytech Technology	/
3.	Система карданных валов		/	2 комплекта	Cytech Technology	/
4.	Передвижной зубчатый механизм	Колесо	450R/450L	2/2 комплекта	Cytech Technology	/
		Модули подвески	3013	4 комплекта	Cytech Technology	/
		Системы ходовых осей	MQDZ-1500	4 комплекта	Cytech Technology	/
5.	Последующая зубчатая передача	Колеса	450R/450L	2/2 шт	Cytech Technology	/
		Модули подвески	3013	4 шт	Cytech Technology	/
		Системы опорных осей	MSDZ-1500	4 сета	Cytech Technology	/
6.	Гидравлическая сборка		BZZC-AC	1 шт	Cytech Technology	/
7.	Электрическая сборка	Сборка привода	MQDQ-3000	6 комплектов	Cytech Technology	/
		Приводные блоки	MQDX-12K	1 шт	Cytech Technology	/
		Встроенный блок управления	MZKX-15MC	1 комплект	Cytech Technology	/
		Инвертор	SPH7000-248	1 комплект	Cytech Technology	/
		Пульт дистанционного управления	X12-00078EX Page 1 of 1 Tx	1 комплект	Cytech Technology	В комплект входит приемник дистанционного управления
		Батареи	310V70Ah	1 комплект	Cytech Technology	/
8.	Модуль звуковой и световой сигнализации		MSGB-3S	4 комплекта	Cytech Technology

Принципиальный план устройства роботизированной платформы

Роботизированная платформа оснащена в общей сложности 4 комплектами подъемных механизмов для реализации функции подъема. Подъемник приводится в движение 2 комплектами из 1 опорного и 2 приводных валов. Номинальная нагрузка составляет 15000 кг, а ход домкрата — 200 мм. Каждый узел подъемных механизмов управляется 2 комплектами оптических валов с медными втулками, обеспечивающими боковое усилие не менее 30 кН.

Роботизированная платформа оснащена 8 группами колес 450 мкНм, 4 группами ведущих и 4 группами пассивных колесных систем, которые обеспечивают полную направленность движения с помощью управления гребными колесами. Движение транспортного средства во всех направлениях осуществляется за счет управления колесами-манипуляторами. В экстренных ситуациях, таких как поломка, тормоз может быть разблокирован и использовано тяговое устройство для перетаскивания.

Встроенный блок управления расположен на задней стороне платформы робота. Он является центром управления транспортным средством и состояние движения транспортного средства отображается на экране дисплея HMI. Пульт дистанционного управления оснащён терминалом для удобного ручного управления транспортным средством. Посредством него соответствующие инструкции отправляются на блок управления оборудованием для корректировки движения.

Во всех четырех углах платформы установлены модули звуковой и световой сигнализации для отображения состояния роботизированной платформы. В случае возникновения опасной ситуации вы можете нажать любой из переключателей аварийной остановки транспортного средства в следствии чего сработает модуль звуковой и световой сигнализации, а транспортное средство остановится, чтобы обеспечить безопасность оборудования и персонала.

Платформа робота состоит из шасси в сборе, подъемного механизма, системы приводных валов, системы шагающих колес, системы следящих колес, комплексного блока управления, блока привода, узла привода, модуля звуковой и световой сигнализации, антенны дистанционного управления, аккумулятора, инвертора, приемник дистанционного управления и т.д. Схема подключения показана на рисунке ниже.

 

Размеры и основные интерфейсные параметры платформы робота показаны на рисунке ниже.

Основные размеры интерфейса роботизированной платформы:

Сборка шасси

Шасси в сборе состоит из сварной рамы и обшивки, как показано на рисунке ниже:

Сварная рама изготовлена из высокопрочной стальной пластины толщиной 12 мм q355 после сварки обладает характеристиками высокой жесткости и высокой точности. Сварная рама показана на рисунке ниже.

Обшивка изготовлена из стального листа толщиной 2 мм 235, окрашенного специальной аэрозольной краской.

Подъёмный механизм и система приводных валов

Система приводных валов одновременно приводит в действие 2 комплекта домкратных механизмов для подъема и опускания, как показано ниже:

Система приводных валов состоит из серводвигателя, коллектора, муфты и соединительного вала, который обладает характеристиками высокоточной передачи:

Механизм домкрата состоит из серводвигателя, коллектора, муфты и соединительного вала. Он обладает характеристиками высокоточной трансмиссии:

Система шагающих колес

Система шагающих колес состоит из колес диаметром 450 мкм, первого и второго редукторов, серводвигателя и модуля подвески.

Колесо  450

Платформа робота оснащена нашим запатентованным продуктом MCNW-450 для поддержки колес с обоих концов, диаметр колесной пары составляет 450 мм, а одно колесо имеет номинальную грузоподъемность не менее 3 тонн. Транспорт оснащен 8-колесным подшипником, а благодаря гидравлической подвеске номинальная грузоподъемность может достигать 24 тонн.

Подвесной модуль

Модуль подвески оснащен двухплунжерным масляным цилиндром в качестве опоры баланса. Как показано на рисунке ниже, линейная направляющая используется для перемещения монтажной пластины колесной пары вверх и вниз, чтобы реализовать функцию независимой подвески каждого ведущего колеса всего мобильного транспортного средства.

Опорным элементом всего комплекта гидравлической подвески является безвоздушная и жесткая опора, обеспечивающая устойчивость при движении. Направляющая рейка и ход цилиндра подвесного модуля обеспечивают подъем всего транспортного средства на 80 мм.

Система управления гидравлической балансировкой подвески последовательно соединена с датчиком давления масла на каждом наборе параллельных цилиндров для измерения состояния подшипников (опора и частичная нагрузка) колесной пары.

При наличии перепада высот над поверхностью земли датчик давления масла отслеживает изменение давления масла, и группа регулирующих клапанов насосной станции осуществляет автоматическую подачу масла, а подвесной гидроцилиндр автоматически втягивается, чтобы адаптировать колесную пару к грунту.

В каждом из узлов подвески, расположенных по четырем углам платформы робота, установлен датчик перемещения для измерения длины растяжения подвески, а сигнализация об утечке и превышении хода осуществляется с помощью логического управления каждым комплектом подвески, как показано на рисунке ниже. Действия гидравлической подвески в основном включают в себя два набора действий: подъем и опускание.

При подъеме используется гидравлическая насосная станция, которая подает масло под давлением, заставляя цилиндр подвески выдвигаться для достижения подъемного действия. При откидывании назад, благодаря группе регулирующих клапанов, гидравлическое масло возвращается из цилиндра в насосную станцию, втягивая подвесной цилиндр.

Принцип управления передвижением платформы робота

Шасси роботизированной платформы может перемещаться во всех направлениях с помощью колесной пары Mcnum и управляется высокоточным редуктором и двигателем с инкрементным датчиком с точностью перемещения ±5 мм.

Шасси роботизированной платформы содержит 4 комплекта колесных пар MCNUM. Как показано на рисунке, регулируя направление вращения каждой колесной пары, роботизированная платформа может перемещаться вперед и назад, влево и вправо, по диагонали, вращаться на месте, поворачиваться по четырем углам и двигаться вдоль четыре стороны и другие операции всенаправленного перемещения.

Электрическая часть

Электрическая часть роботизированной платформы в основном состоит из встроенного блока управления, блока привода, узла привода, инвертора, пульта дистанционного управления и аккумулятора, как показано в таблице конфигурации.

п/п	Наименование	Кол-во	Конфигурация модуля и типичные функции
1	Комплексный блок управления	1	1) Стандартизированный блок управления Heald для стереотипов;
			2) Для синхронного управления каждым колесом используется высокоскоростной многоосный контроллер типа CAN-шины;
			3) Оснащен различными функциями мониторинга, такими как защита от утечки и защита от короткого замыкания для всего транспортного средства.
2	Приводная коробка	1	1) Стандартные изделия в форме коробки IMC;
			2) Распределение питания для всего автомобиля.
3	Привод в сборе	6	1) Стандартные коробки IMC для стереотипов;
			2) Блок управления двигателем.
4	инвертор	1	1) Инвертирует напряжение аккумулятора и преобразует его в 220 В.
5	Дистанционное управление	1	1) Содержит беспроводной пульт дистанционного управления и проводную кнопку аварийной остановки;
			2) Приемник с высокой степенью защиты;
			3) С проводной и беспроводной функцией автоматического переключения.
6	Батарея	1	1) Литий-железо-фосфатный аккумулятор;

Блок управления

Основные компоненты управления роботизированной платформы размещены во встроенном блоке управления. Чтобы упростить конструкцию и снизить затраты в встроенном блоке управления используется комбинация разъемов и кабельных замков для вывода проводки вне блока.

Чтобы улучшить электромагнитную совместимость, линия электропередачи и сигнальная линия прокладываются отдельно внутри коробки. Основной элемент управления использует 15MC. ПЛК поддерживает связь по шине CAN, обладает высокой степенью расширения и поддерживает многоосевое синхронное управление на основе связи по шине CAN, что позволяет реализовать требования к высокоточному управлению движением платформы робота.

Блок управления оснащен встроенными электрическими компонентами, такими как реле, модули питания и клеммные колодки, которые используются для подключения встроенного блока управления и привода в сборе.

Приводной узел интегрируется с моторным приводом, подключает серводвигатель и управляет им для выполнения действий.

Дистанционное управление

Промышленный пульт дистанционного управления состоит из портативного передатчика и бортового приемника, которые используются для ручного дистанционного управления ходовой частью транспортного средства. Пульт дистанционного управления питается от аккумулятора и оснащен зарядным устройством, которое можно напрямую подключить к сети для зарядки аккумулятора, а полностью зарядить его можно за 4 часа.

Если пульт дистанционного управления не питается от аккумулятора, его можно подключить к проводному пульту управления. Портативный пульт дистанционного управления имеет два режима работы — беспроводной и проводной. При использовании проводного режима беспроводной режим автоматически отключается.

Пульт дистанционного управления позволяет управлять перемещением роботизированной платформы и подъемом поддона. Эти две функции взаимосвязаны и одновременно можно управлять только одним действием роботизированной платформы. Для хранения пульта дистанционного управления используется специально разработанный интерфейс.

Конкретные функциональные параметры пульта дистанционного управления заключаются в следующем：

• Расстояние дистанционного управления: около 60 метров
• Рабочий диапазон частот: 433 МГц
• Мощность передачи: менее 10 МВт
• Время автономной работы: 10 часов
• Уровень защиты: IP65
• Условия окружающей среды: температура -20℃~+70℃, относительная влажность не превышает 95% (без конденсации)

Схема расположения панельного переключателя пульта дистанционного управления показана на рисунке.

Расположение джойстиков и переключателей портативного пульта дистанционного управления и функционального назначения переключателя дистанционного управления представлено в таблице ниже.

п/п	Наименование	Тип переключателя	Состояние переключателя	Конкретные функции
1	Правый  переключатель	Джойстик с двумя степенями свободы	Вперед и назад	Управление автомобилем вперед и назад
			Переключение влево и вправо	Управление поворотом автомобиля влево/вправо
2	Переключатель питания	Клавишный переключатель	Вращение по часовой стрелке	Включите питание блока управления
			Вращение против часовой стрелки	Выключите питание блока управления
3	Выбор скорости	Четырехпозиционный самоблокирующийся переключатель	0	Скорость 0 (самая медленная)
			1	Скорость 1
			2	Скорость 2
			3	Скорость 3 (самая быстрая скорость)
4	Выбор состояния	Четырехпозиционный самоблокирующийся переключатель	В режиме ожидания	Движения левого и правого джойстиков не реагируют
			Передвижной	Левый джойстик не реагирует на переключение вперед и назад, другие функции джойстика реагируют в соответствии с направлением переключения.
			Подъем верхней платформы	Левый джойстик поворачивается вперед-назад, чтобы поднять или опустить верхнюю платформу.
5	Кнопка аварийной остановки	Выключатель аварийной остановки	Нажатие кнопки	Аварийная остановка всего транспортного средства
			Выталкивание	Отпустите состояние аварийной остановки
6	Вход в систему	Двухпозиционный переключатель	Нажмите на кнопку коммуникационного соединения манипулятора

Батарея

Роботизированная платформа питается от литий-железо-фосфатного аккумулятора, а литий-железо-фосфатный аккумулятор оснащен системой управления питанием BMS, которая позволяет точно измерить оставшийся заряд аккумулятора. Батарея представляет собой последовательно-параллельную комбинацию, а корпус батареи выполнен из изоляционного материала.

При стандартных условиях аккумулятор можно подзаряжать 1000 раз за цикл. Аккумулятор оснащен функцией самодиагностики системы, которая определяет напряжение, температуру и т.д. после включения питания, а также оценивает, сигнализирует и защищает аккумулятор от сбоев в работе при перенапряжении, пониженном напряжении, перегрузке по току и перегреве. Он обладает отличными характеристиками безопасности, отличным сроком службы и температурными характеристиками.

Двигатель Delta

Выбран инкрементный двигатель Delta мощностью 2 кВт (с тормозом), параметры которого приведены в таблице ниже.

Показатели эффективности	Значение параметра
Номинальная мощность	2 кВт
Номинальный крутящий момент	11,48Нм
Максимальный крутящий момент	28,7Нм
Тормозной момент	10 нм
Номинальная скорость	1500 об/мин
Максимальная скорость	3000 об/мин
Время отпускания тормоза	10 мс
Время всасывания тормоза	70 мс
Рабочая температура	-10℃~40℃
Сертификация безопасности	Сертификация CE

Гидравлический узел

Гидравлический силовой агрегат

Гидравлический силовой агрегат включает в себя гидравлическую насосную станцию, группу регулирующих клапанов, датчик давления масла и т.п. Блок управления подвеской выводит три масляных контура, которые могут управлять тремя комплектами подвески по отдельности. Группа регулирующих клапанов имеет систему компенсации давления, которая может обеспечить сбалансированную подачу масла в три группы подвесок. Гидравлическая насосная станция имеет объем 10 литров и использует гидравлическое масло № 46.

Принцип сбалансированной подвески

Сбалансированная система подвески роботизированной платформы выполнена в виде гидравлической подвески. Используя принцип трехточечного позиционирования, четырехосные колесные группы роботизированной платформы разделены на переднюю левую, переднюю правую и заднюю части в виде трех комплектов масляных контуров для поддержки.

Давление масла контролируется соответствующим датчиком давления. Группа регулирующих клапанов насосной станции осуществляет автоматическое пополнение запасов масла, что позволяет автоматически расширять и сжимать подвесной гидравлический масляный цилиндр для адаптации колесной пары к поверхности.

Когда роботизированная платформа совершает подъемное действие, двигатель приводит в движение шестеренчатый насос, в результате чего подвесной цилиндр выдвигается, а шасси роботизированной платформы поднимается.

При необходимости опустить платформу, открывается гидравлический обратный электромагнитный клапан, и цилиндр подвески под действием собственного веса выдавливает гидравлическое масло из цилиндра подвески. Цилиндр втягивается, гидравлическое масло поступает в накопительный бак и шасси платформы робота опускается. Датчик масляного цилиндра контролирует давление масла и обеспечивает синхронное действие каждой подвески за счет автоматического пополнения запасов масла.

Роботизированная платформа оснащена тремя комплектами масляных контуров, которые могут индивидуально управлять левой передней, правой передней и задней сторонами роботизированной платформы для подъема и опускания как каждой из отдельных сторон, так и для одновременного поднятия или опускания всего транспортного средства.

Защитная система платформы робота

Модули звуковой и световой сигнализации

Защитное устройство в основном состоит из модулей звуковой и световой сигнализации, конфигурация которых приведена в таблице ниже.

п/п	Наименование	Кол-во	Конфигурация модуля и типичные характеристики
1	Модуль звуковой и световой сигнализации	4	1) Трехцветный световой индикатор 2) Стереотипизация стандартных модулей.

Модули звуковой и световой сигнализации и аварийной остановки установлены в четырех углах платформы робота, а при движении транспортного средства будут подаваться предупреждения о вспышках и звуковые подсказки.

При нормальном движении мигает и загорается зеленая контрольная лампа; в состоянии подъема мигает и загорается желтая контрольная лампа; при обнаружении неисправности или при фиксировании аварийной остановки красная контрольная лампа горит в течение длительного времени.

В случае чрезвычайной ситуации зафиксируйте аварийную остановку посредством аварийной кнопки в четырех углах платформы робота или любую кнопку аварийной остановки на беспроводном портативном пульте дистанционного управления, и транспортное средство прекратит движение.

Все функции аварийной остановки не контролируются программным обеспечением в соответствии со стандартами безопасности, а схема привода сервопривода напрямую отключается аппаратной схемой для обеспечения аварийной остановки и повышения безопасности изделия.

При нажатии на кнопку аварийной остановки, приводная цепь сервопривода отключится, немедленно активируется тормоз двигателя и роботизированная платформа быстро остановится. Конструкция соответствует требованиям безопасности при аварийной остановке, указанным в GB/T 20721 и GB/T16754.

Электробезопасность

Система распределения питания роботизированной платформы оснащена модулями защиты от утечки, перегрузки по току, перенапряжения, перегрузки по току, заземления и другими модулями защиты питания. В случае короткого замыкания, утечки и т.д. автоматический выключатель отключит цепь питания системы. Разъемы всех электрических компонентов выполнены с защитой от ошибок, а изоляция, защита экрана и расстояние между защитными элементами электрооборудования соответствуют соответствующим требованиям стандарта GB 5226.1 «Механическое и электрическое оборудование».

Все приводы роботизированной платформы имеют функцию самоблокировки. Когда питание роботизированной платформы выключено, все механизмы могут быть заблокированы в текущем состоянии, а момент блокировки больше, чем момент приведения механизма в движение.

Программа настраивает множество механизмов защиты и выполняет самотестирование после включения для определения состояния платформы робота. Статус обнаружения включает в себя: несущую способность, высоту шасси, состояние двигателя, информацию об аккумуляторе и другую информацию. Когда роботизированная платформа обнаруживает неисправность в модуле, она выдает звуковой и световой сигнал, и некоторые неисправности можно устранить вручную.

Когда системы роботизированной платформы выходят из строя, связь прерывается или возникает помеха, а программа прерывается и зависает, роботизированная платформа автоматически немедленно прекращает движение и включается звуковая и световая сигнализация.

Проектирование и анализ системы безопасности:

1) Конструкция безопасности:

• Внедрение усовершенствованных продуктов для мобильных платформ с целью снижения технических рисков.
• Обеспечение жесткости каркаса для большего запаса прочности.
• Поверхность каждого оборудования и деталей, соприкасающихся с оператором, должна быть отполирована, окрашена и т. д., без острых углов.
• Обеспечение достаточной длины и пространства для подвижных кабелей.
• Проектирование фиксирующих устройств для печатных плат и разъемов для предотвращения повреждений.
• Оснащение защитными кромками и защитой колес для безопасности операторов и оборудования.
• Установка предупреждающих знаков в опасных зонах на транспортном средстве.

2) Конструкция безопасности гидравлической системы:

Установка запорного клапана в нижней части цилиндра для предотвращения разрыва цилиндра при разрыве маслопровода высокого давления.

3) Конструкция электробезопасности:

При проектировании электротехнических изделий строго соблюдайте требования безопасности, установленные в QJ2043-91 «Технические требования безопасности к электронному оборудованию».

• Ручной контроллер оснащен длинной линией управления с D-образной пружиной, что позволяет оператору оставаться на безопасном расстоянии от рабочей зоны платформы робота, предотвращая падения и травмы.
• Различные датчики устанавливаются для отслеживания параметров, таких как вес груза и высота подъема, для предотвращения опасных ситуаций, например, перегрузки или подъема на непредусмотренную высоту.
• Защитные кромки устанавливаются вокруг корпуса для предотвращения повреждений и обеспечения безопасности операторов и оборудования.
• Аварийная остановка основана на жесткой логике, не требующей обработки программным обеспечением, и срабатывает непосредственно после возникновения опасной ситуации.
• Используется датчик контроля высоты подъема подъемника.
• Шнур питания обладает определенной перегрузочной способностью.
• В силовом модуле используются функции защиты, такие как защита от перегрузки по току.
• Электрические разъемы оснащены различными моделями, спектрами и положениями клавиш, а также точечными отверстиями для предотвращения неправильного подключения.

4) Разработка программного обеспечения для обеспечения безопасности:

• При разработке программного обеспечения учитывается его безопасность согласно требованиям класса D.
• Программное обеспечение реагирует в реальном времени на состояние транспортного средства и предотвращает опасные ситуации.
• Обеспечивается подсказка о нормальной работе и предупреждение об ошибках.
• Блокируются ненужные операции во время работы программы.
• Предусматривается запас рабочей памяти программы и времени.