Презентация_ВКР_склад mohumod

1.

«Разработка мехатронной системы для автоматизированного
склада на базе Arduino»
• Выполнил:
• Группа: Мрм-1-24.
• Руководитель: Малев Николай Анатольевич.

2.

Обоснование выбора темы
АКТУАЛЬНОСТЬ
Рост электронной коммерции и логистики требует ускорения складских операций при снижении доли
ручного труда и числа ошибок. Системы на базе Arduino обеспечивают гибкое, недорогое и
масштабируемое решение для автоматизации сортировки и перемещения грузов.
Электронная коммерция
Логистика и склады
Производство
Быстрая обработка и
сортировка заказов
Автоматическое перемещение и
учёт грузов
Подача деталей на сборочные
линии
kgeu.ru

3.

Цель и задачи работы
Цель: разработать и исследовать мехатронную систему автоматизированного склада
на базе Arduino, обеспечивающую перемещение, позиционирование и сортировку
грузов.
1
Проанализировать существующие системы складской автоматизации
и архитектуры управления.
2
Разработать структуру системы: контроллер, конвейер, манипулятор,
датчики, питание.
3
Выбрать и рассчитать электродвигатели конвейера и манипулятора,
спроектировать схему подключения.
4
Разработать алгоритмы управления и проверить работоспособность
на прототипе.
kgeu.ru

4.

Объект и предмет исследования
Объект исследования
Предмет исследования
Мехатронная система автоматизированного
склада — комплекс «контроллер + конвейер +
манипулятор + датчики», выполняющий
приём, перемещение и сортировку грузов.
Принципы построения, электрическая схема и
алгоритмы управления системой,
обеспечивающие точное позиционирование и
согласованную работу узлов.
kgeu.ru

5.

Функциональная схема системы
Оператор / ПК
(задание)
Контроллер
Arduino Mega 2560
Драйверы
L298N · A4988
Конвейер (ДПТ)
Манипулятор (ШД)
Объект: груз / паллета
Фотоэлектрические
датчики (ОС)
обратная связь (положение груза)
• Оператор/ПК задаёт режим и команды; контроллер Arduino управляет всей системой.
• Контроллер через драйверы формирует сигналы ШИМ и шаговые импульсы для двигателей.
• Конвейер подаёт груз, манипулятор выполняет захват и укладку (pick-and-place).
• Фотодатчики возвращают сигнал о положении груза, замыкая контур управления.
kgeu.ru

6.

Аппаратные компоненты системы
Манипулятор —
ШД
Arduino Mega 2560
Конвейер — ДПТ
Центральный
контроллер, 54 цифр.
вывода
Двигатель пост. тока с
редуктором, ШИМ
Шаговые двигатели,
точное
позиционирование
Фотоэлектрич.
датчики
Драйверы L298N ·
A4988
Блок питания 480
Вт
Обнаружение груза и
контроль позиции
Усиление и коммутация
силовых сигналов
Стабилизированное
питание 24 / 12 / 5 В
kgeu.ru

7.

Электрическая схема подключения
Блок питания
480 Вт
Arduino
Mega 2560
+5 В
Драйвер
L298N
(конвейер)
M
D9 ENA
+24 В
+12 В
+5 В · GND
D8 IN1
ДПТ конвейера
D7 IN2
D3 STEP
D2 DIR
D11 S1
Драйвер
A4988
(манипулятор)
M≡
D12 S2
ШД манипулятора
+12 В · питание драйверов
+V (питание)
S1
GND / силовой
S2
Фотоэлектрические датчики
сигнал управления
kgeu.ru

8.

Алгоритм управления конвейером
Старт
Логика работы
Инициализация портов и ШИМ
нет
• Контроллер опрашивает входной
фотодатчик и ждёт появления груза.
Груз на входе?
• При обнаружении груза запускается ДПТ
конвейера; скорость задаётся ШИМсигналом.
Запуск ДПТ конвейера (ШИМ)
• Второй датчик фиксирует подход груза к
зоне захвата.
да
нет
Груз у захвата?
да
• Конвейер останавливается и передаёт
сигнал «готово» манипулятору.
• Цикл повторяется для следующей единицы
груза.
Останов · сигнал манипулятору
kgeu.ru

9.

Алгоритм работы манипулятора (pick-and-place)
Старт / исходная позиция
Сигнал «груз
готов»?
нет
да
Опускание по оси Z (ШД)
цикл
Захват груза схватом
Подъём и поворот к зоне укладки
Опускание и отпускание груза
Принцип «захват–укладка»
• Манипулятор управляется шаговыми
двигателями по осям, что обеспечивает
повторяемое позиционирование.
• Последовательность жёстко задана в
программе: подход, захват, перенос,
укладка, возврат.
• После укладки система готова принять
следующий груз с конвейера.
• Точное позиционирование достигается за
счёт счёта шагов без датчиков положения.
Возврат в исходную
kgeu.ru

10.

Выбор и расчёт электродвигателей
СРАВНЕНИЕ ТИПОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
Критерий
ДПТ (конвейер)
Шаговый (манипулятор)
Серводвигатель
Управление
Простое, ШИМ
Импульсное (step/dir)
Сложное, с ОС
Точность позиции
Низкая
Высокая (по шагам)
Очень высокая
Момент на низких ω
Средний
Высокий
Высокий
Стоимость
Низкая
Низкая–средняя
Высокая
Привод ленты
Оси манипулятора
—
Роль в системе
Вывод: для привода конвейера выбран ДПТ с редуктором (простое ШИМ-управление), для манипулятора — шаговые
двигатели, обеспечивающие точное позиционирование без обратной связи.
kgeu.ru

11.

Прототип системы
Прототип демонстрирует:
Сборку конвейерной линии с приводом
от ДПТ.
Манипулятор на шаговых двигателях с
механическим схватом.
ФОТО ПРОТОТИПА
Вставьте сюда реальный снимок собранной установки
(конвейер + манипулятор)
Подключение датчиков и драйверов к
Arduino Mega.
Согласованную работу узлов по
заданным алгоритмам.
kgeu.ru

12.

Традиционный и автоматизированный склад
Традиционный (ручной)
Автоматизированный (Arduino)
• Низкая скорость обработки
• Высокая скорость и ритмичность
• Зависимость от человека
• Стабильная точность позиций
• Высокая доля ошибок
• Минимум ошибок сортировки
• Усталость, ночные смены
• Работа 24/7 без усталости
• Трудно масштабировать
• Гибкая перенастройка алгоритма
kgeu.ru

13.

Результаты исследования
+125%
±1,5 мм
98%
≈9с
пропускная способность
точность позиционирования
корректных срабатываний
цикл «захват–укладка»
Сравнение показателей: ручной режим и автоматизированная система
200
100
90
85
98
40
12
2
0
Операций/час
Точность, %
Ручной режим
Ошибки, %
Автоматизир.
kgeu.ru

14.

Заключение
Проанализированы системы складской автоматизации и обоснован выбор архитектуры на базе
Arduino.
Разработана структура системы: контроллер, конвейер (ДПТ), манипулятор (ШД), датчики и блок
питания.
Выбраны и обоснованы типы двигателей, спроектирована электрическая схема подключения узлов.
Разработаны алгоритмы управления конвейером и манипулятором (pick-and-place).
Работоспособность подтверждена на прототипе; показано преимущество перед ручным режимом.
kgeu.ru

15.

Спасибо за внимание!
kgeu.ru