MKNM "Synergia"

Stan: W trakcie realizacji

MagaSyner

MagaSyner

Projekt prowadzony wspólnie z Kołem Naukowym Technologii Wirtualnych Modelowania 3D i Automatyzacji.

revir

Podziękowania dla Akademickiego Klubu Lotniczego i Koła Naukowego Pojazdów i Robotów Mobilnych za udzieloną pomoc.

 

Założenia projektowe

Głównym założeniem projektowym jest realizacja funkcji pobierania, przemieszczania, składowania oraz oddawania szufladek. Magazyn powinien posiadać pojemność 240 szufladek, a maksymalne wymiary powinny być ograniczone do 700mm × 700mm × 2000mm. Dopuszczalna ładowność szufladki wynosi 500 g. Konstrukcja nośna wykonana z zamkniętych profili stalowych, podparta w trzech parach punktów. Przesuw manipulatora wykonany w oparciu o zespół prowadnic prętowych i łożysk liniowych. Kartezjański manipulator, zainstalowany na prowadnicach, napędzany silnikami prądu stałego z przekładnią i enkoderem, z wykorzystaniem pasów zębatych. Regały wraz z szufladkami ułożone prostopadle do głównych osi prowadnic manipulatora. W podstawowej konfiguracji magazyn zawiera dwa piętra 20-sto szufladkowych modułów, ułożonych w sześciu rzędach. Zapewnienie jednakowego zorientowania szufladki w czasie pobierania powoduje konieczność ich rotacji o 180°,  za pomocą stołu obrotowego.

Wizualizacja magazynu
Wizualizacja magazynu.

 

Konstrukcja nośna

Głównym założeniem obliczeniowym konstrukcji nośnej jest zapewnienie sztywności ramy. Minimalizacja ugięcia w środkowej części jest wymagana ze względu na konieczność precyzyjnego dojazdu chwytakiem do półki. Zdecydowano się na wykorzystanie stalowych profili zamkniętych ze względu na ich dostępność oraz stosunkowo niską cenę. Analizę statyczną przeprowadzono w środowisku Solidworks Simulation, dzięki współpracy z firmą DPS Software.

Belka_ugiecie
Symulacja ugięcia belki w Solidworks Simulation.

Manipulator

Manipulator można podzielić na podzespoły, będące odpowiedzialne za poruszanie każdą z trzech osi. Każdy z nich składa się z dwóch prowadnic i poruszających się po nich łożysk liniowych. Napęd przekazywany jest przez poliuretanowy pas zębaty trapezowy, otwarty, o podziałce T5, szerokości 10 mm, wzmocniony kordem stalowym.

Manipulator
Manipulator.

Podczas projektowania manipulatora kładziono duży nacisk na maksymalne uproszczenie wytwarzania elementów niestandardowych poprzez wykorzystanie jednolitego półfabrykatu w postaci płyty aluminiowej o grubości 10 mm. Dzięki wykorzystaniu oprogramowania Solidworks możliwe było łatwe przygotowanie pliku do wygenerowania G-kodów w celu wycięcia komponentów wodą na obrabiarce sterowanej numerycznie. Dzięki temu obróbka skrawaniem ograniczona została wiercenia i pogłębiania otworów, frezowania i cięcia na konwencjonalnych obrabiarkach.

01_01_03
Rozstrzelony widok złożenia w Solidworks Composer.

Chwytak

Chwytak jest symetryczny i umożliwia pobieranie szufladek z obu stron regału. Został zaprojektowany w sposób umożliwiający wytworzenie z wykorzystaniem technologii przyrostowych, popularnie zwanych drukiem 3D.

chwytak
Chwytak.

Stacja obrotowa

Ze względu na brak możliwości obrotu chwytaka oraz pobieranie szufladek od użytkownika w jednakowym położeniu kątowym konieczne było zastosowanie stołu obrotowego. Stacja składa się z platformy wykonanej z aluminium, serwomechanizmu oraz czujnika odległości. Platforma powinna zapewniać swobodne odkładanie szufladki. Zostało to rozwiązane poprzez sfazowanie krawędzi przylegających do czterech bocznych ścianek szufladki.

Stacja obrotowa - widok rozstrzelony.
Stacja obrotowa – widok rozstrzelony.

Dokładniejszy opis części mechanicznej znajduje się tutaj.

Elektronika, oprogramowanie

Ze względu na dosyć znaczny poziom skomplikowania projektu, zdecydowano się na modułową budowę części elektronicznej. Skorzystano z zasilacza 12V 150W Meanwell RS-150-12. Do zasilania logicznej części urządzenia oraz serwa stołu obrotowego wykorzystano własny zasilacz 5V oparty o LM2587. Na schemacie sygnałowym widoczny jest także router – programowanie Raspberry Pi jest ułatwione w środowisku bez obecnej infrastruktury sieci bezprzewodowych.

Wybrany mikrokontroler STM32F407VGT6 na płytce deweloperskiej STM32F4-Discovery taktuje z częstotliwością 168MHz. Do zadań mikrokontrolera, nazywanego też warstwą niskopoziomową, należy:

  1. Akwizycja i przetwarzanie danych z enkoderów
  2. Sterowanie silnikami oraz serwem
  3. Pomiar prądu silników za pomocą pinu CS mostków H
  4. Reakcja na przerwania od wyłączników krańcowych

Do zadań Raspberry Pi można zaliczyć:

  1. Komunikację z warstwą niskopoziomową (informacje o prądzie, położeniu, prędkości)
  2. Liczenie najkrótszej ścieżki do szufladek przy użyciu algorytmu Dijkstry
  3. Parsowanie poleceń z aplikacji na smartfona (protokół Bluetooth, klasa RFCOMM)
  4. Obsługę czytnika RFID

Dla dociekliwych dokładniejszy opis oprogramowania znajduje się w pracy inżynierskiej.

Link

schemat_sygnalowy_ok

Wykonanie magazynu

Poniżej prezentujemy mini-galerię zdjęć z pracy nad magazynem.

Magazyn zostanie zamontowany i uruchomiony na hali B4 w lutym 2016.

Dziękujemy firmie DPS Software za udzielenie licencji na oprogramowanie Solidworks.

11852129_820176988095236_988721768_o

 

Pierwsze uruchomienie magazynu. Więcej filmów pojawi się wkrótce!