Система программного управления перемещением робокара
В заявке предлагается система программного управления перемещением робокара, содержащая шасси с установленными на нем первым и вторым передними и третьим и четвертым задними колесами, первый преобразователь перемещения в импульсы, счетчик импульсов и программатор, соединенный с задающими входами счетчика, логический блок, входы которого соединены с выходами счетчика, и первый электропривод, управляющий вход которого соединен с выходом логического блока. Отличительной особенностью предложения является то, что система снабжена вторым, третьим и четвертым преобразователями перемещения, первым блоком синхронизации импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя перемещения, а второй вход соединен с выходом второго преобразователя перемещения, вторым блоком синхронизации, первый вход которого соединен с выходом третьего преобразователя перемещения, а второй вход соединен с выходом четвертого преобразователя перемещения, третьим блоком синхронизации, первый вход которого соединен с выходом первого блока синхронизации, второй вход соединен с выходом второго блока синхронизации, а выход соединен со счетным входом счетчика импульсов, вторым, третьим и четвертым электроприводами, управляющие входы которых соединены с выходом логического блока параллельного управляющему входу первого электропривода. Причем электроприводы и колеса выполнены, соответственно, в виде первого, второго, третьего и четвертого мотор - колес, а первый, второй, третий и четвертый преобразователи перемещения в импульсы выполнены в виде относительных круговых энкодеров и кинематически связаны с соответствующими мотор-колесами. Технический результат предложения состоит в том, что разработанная система программного управления обеспечивает высокую дискретность отсчета перемещений и высокую точность перемещения робокара на любое запрограммированное расстояние независимо от направления перемещения.
Предлагаемая полезная модель относится к системам управления транспортирующими машинами и может быть использована для управления робокарами в гибких автоматизированных производствах.
В настоящее время системы, аналогичные предлагаемой, известны. Характерным их примером может служить система программного управления, защищенная Патентом РФ 
130540 на полезную модель "Система управления позиционированием робокара", разработанная Я.Л. Либерманом и Д.А. Бикташевым. Эта система содержит шасси, на котором установлены колёса робокара с приводом. В ней имеется также программатор требуемой позиции остановки робокара, схема сравнения кодов и блок считывания идентификаторов позиций остановки робокара. Система предназначена для программного управления движением робокара вдоль определённой трассы. Сбоку от трассы во всех позициях возможных остановок робокара устанавливаются идентификаторы, представляющие собой пластины, на которых физически (прозрачными и непрозрачными, магнитными и немагнитными участками и т.п.) воспроизведены коды позиций. С помощью программатора в систему вводится код нужной позиции остановки робокара, затем включается его привод и робокар начинает перемещаться вдоль трассы. При перемещении, "встречаясь" с тем или иным идентификатором, блок считывания идентификатора вводит его код в схему сравнения кодов, где последний сравнивается с запрограммированным. При равенстве кодов привод робокара выключается и тормозится.
Система-аналог проста и надёжна, однако она позволяет перемещать робокар лишь с ограниченным числом остановок. Число позиций остановки определяется числом идентификаторов, которое в цеховых условиях обычно не превышает 20 - 30. Кроме того, рассмотренная система работоспособна только совместно с заранее установленными идентификаторами, т.е. при движении лишь по заранее проложенной трассе. Вдобавок к этому, точность позиционирования систем-аналогов во многом зависит от точности расположения идентификаторов, что тоже относится к её недостаткам.
Перечисленных недостатков лишена система программного управления, описанная в работе "А.А. Смехов. Автоматизированные склады. - М.: Машиностроение, 1987. с. 66-68." Указанная система, принятая нами за
прототип, содержит шасси робокара с установленными на нём первым и вторым передними и третьим и четвёртым задними колёсами, преобразователь перемещения в импульсы (далее он именуется "первым"), счётчик импульсов, счётный вход которого соединён с выходом преобразователя, программатор, соединённый с задающими входами счётчика, логический блок, объединённый со счётчиком так, что его входы соединены с выходами счётчика, и кинематически связанный с колёсами электропривод (далее именуемый "первым"), управляющий вход которого соединён с выходами логического блока.
При использовании системы-прототипа требуемое перемещение робокара задаётся в двоичном коде с помощью программатора путём ввода этого кода в счётчик. Как только это число оказывается в счётчике, на его выходах появляется кодовая комбинация, в ответ на которую логический блок подаёт сигнал включения электропривода. Робокар начинает перемещаться, и преобразователь его перемещения в импульсы начинает подавать импульсы в счётчик. Каждый импульс уменьшает код, введённый в счётчик программатором, на двоичную единицу. Логический блок при этом непрерывно анализирует состояние счётчика (этот блок вместе со счётчиком является, по существу, устройством сравнения запрограммированного и отработанного перемещений), и когда счётчик обнулится (то и другое перемещения станут равны), подаст команду на торможение электропривода.
Преобразователь перемещения в импульсы в системе-прототипе, представляет собой устройство, которое обеспечивает дискретность преобразования перемещений робокара 
1 импульс/100 мм. Он имеет вид "импульсной линейки" и монтируется частично на шасси робокара, частично на полу помещения, где эксплуатируется робокар. Всё это влечёт за собой определённые преимущества системы-прототипа по сравнению с системами-аналогами, но и сохранение некоторых недостатков. А именно: система-прототип не обеспечивает высокую точность перемещения робокара в любом направлении на любое расстояние, поскольку погрешность перемещения робокара равна, как минимум, половине дискреты, и в данном случае оказывается не менее 50 мм.
Задачей разработки предлагаемой полезной модели явилось устранение этого недостатка: обеспечение высокой точности перемещения робокара на любое запрограммированное расстояние независимо от направления перемещения.
Технически указанная задача решается за счёт того, что система для управления перемещением робокара, состоящего из шасси с установленными на нём первым и вторым передними и третьим и четвёртым задними колёсами, выполненными в виде мотор-колёс, содержащая первый преобразователь перемещения в импульсы, счётчик импульсов и программатор, соединённый с задающими входами счётчика, логический блок, входы которого соединены с выходами счётчика, и первый электропривод, управляющий вход которого соединён с выходом логического блока, отличается от прототипа тем, что она снабжена вторым, третьим и четвёртым преобразователями перемещения в импульсы, первым блоком синхронизации импульсов, первый вход которого соединён с выходом первого преобразователя перемещения, а второй вход соединён с выходом второго преобразователя перемещения, вторым блоком синхронизации, первый вход которого соединён с выходом третьего преобразователя перемещения, а второй вход соединён с выходом четвёртого преобразователя перемещения, третьим блоком синхронизации, первый вход которого соединён с выходом первого блока синхронизации, второй вход соединён с выходом второго блока синхронизации, а выход соединён со счётным входом счётчика импульсов, вторым, третьим и четвёртым электроприводами, управляющие входы которых соединены с выходом логического блока параллельно управляющему входу первого электропривода, причём первый, второй, третий и четвёртый преобразователи перемещения в импульсы выполнены в виде относительных круговых энкодеров и предназначены для кинематической связи с соответствующими мотор-колёсами.
Кроме того предлагаемая система отличается тем, что логический блок выполнен в виде первого элемента "или" и каждый блок синхронизации выполнен включающим в себя первый и второй дифференцирующие элементы, генератор импульсов, Т-триггер, вход которого соединён с выходом генератора, первый RS-триггер, первый вход которого соединён с прямым выходом Т-триггера, второй RS-триггер, первый вход которого соединен с инверсным выходом Т-триггера, и второй элемент "или", первый вход которого через первый дифференцирующий элемент соединен с инверсным выходом первого RS-триггера, второй вход через второй дифференцирующий элемент соединён с инверсным выходом второго RS-триггера, при этом вторые входы первого и второго RS-триггеров соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока
синхронизации, а выход второго элемента "или" соединен с выходом этого блока.
На фиг. 1. показана схема предлагаемой системы, на фиг. 2. - схема блока синхронизации.
Система для программного управления перемещением робокара, состоящего из шасси с установленными на нём первым 1 и вторым 2 передними и третьим 3 и четвёртым 4 задними колёсами, выполненными в виде мотор-колёс, содержит первый преобразователь перемещения в импульсы 5, счётчик импульсов 6 и программатор 7, соединённый с задающими входами счётчика 6, логический блок 8, входы которого соединены с выходами счётчика 6, и первый электропривод 9, управляющий вход которого соединён с выходом логического блока 8. Она также снабжена вторым 10, третьим 11 и четвёртым 12 преобразователями перемещения в импульсы, первым блоком синхронизации импульсов 13, первый вход которого соединён с выходом первого преобразователя перемещения 5, а второй вход соединён с выходом второго преобразователя перемещения 10, вторым блоком синхронизации 14, первый вход которого соединён с выходом третьего преобразователя перемещения 11, а второй вход соединён с выходом четвёртого преобразователя перемещения 12, третьим блоком синхронизации 15, первый вход которого соединён с выходом первого блока синхронизации 13, второй вход соединён с выходом второго блока синхронизации 14, а выход соединён со счётным входом счётчика импульсов 6, вторым 16, третьим 17 и четвёртым 18 электроприводами, управляющие входы которых соединены с выходом логического блока 8 параллельно управляющему входу первого электропривода, причём первый 5, второй 10, третий 11 и четвёртый 12 преобразователи перемещения в импульсы выполнены в виде относительных круговых энкодеров и предназначены для кинематической связи с соответствующими мотор-колёсами. Что касается логического блока 8, то он выполнен в виде первого элемента "или" и каждый блок синхронизации выполнен включающим в себя первый 19 и второй 20 дифференцирующие элементы, генератор импульсов 21, Т-триггер 22, вход которого соединён с выходом генератора 21, первый RS-триггер 23, первый вход которого соединён с прямым выходом Т-триггера 22, второй RS-триггер 24, первый вход которого соединен с инверсным выходом Т-триггера 22, и второй элемент "или" 25, первый вход которого через первый дифференцирующий элемент 19 соединен с инверсным выходом первого RS-триггера 23, второй вход через второй дифференцирующий элемент 20
соединён с инверсным выходом второго RS-триггера 24, при этом вторые входы первого и второго RS-триггеров соединены, соответственно, с первым 26 и вторым 27 входами блока синхронизации, а выход второго элемента "или" 25 соединен с выходом этого блока 28.
При использовании системы программатором 7 в счётчик 6 в двоичном коде вводится число, отображающее требуемую величину перемещения робокара. Как только оно будет введено, оно появится на выходах счётчика 6 и поступит на логический элемент "или" 8. На выходе последнего появится сигнал "единица", который включит приводы 9, 16, 17 и 18 колёс 1, 2, 3 и 4 робокара. Робокар начнёт перемещаться, преобразователи 5 и 10 начнут формировать импульсы, поступающие на блок синхронизации 13, а преобразователи 11 и 12 начнут формировать импульсы, поступающие на блок синхронизации 14. Последовательности импульсов, поступающих на блок 13, складываются. Последовательности импульсов, поступающих на блок 14, тоже складываются. Результирующие последовательности, поступая на входы блока синхронизации 15, также складываются, и последовательность импульсов, получившаяся на его выходах, подаётся на счётный вход счётчика импульсов 6. Каждый импульс уменьшает число, введённое в счётчик, на "единицу", и когда это число станет равным нулю, на выходе элемента "или" 8 появится логический "ноль". Он выключит приводы 9, 16, 17 и 18 мотор-колёс, и робокар перейдёт в режим торможения и остановится.
Во время движения робокара и работы системы управления принципиально возможны ситуации, когда преобразователи 5 и 10 сформируют импульсы одновременно. Аналогично могут выдать импульсы и преобразователи 11 и 12. Чтобы указанное явление не привело к ошибкам в работе системы, в неё введены блоки синхронизации 13 и 14. Эти блоки, а так же блок 15, работают следующим образом.
В исходном состоянии блока синхронизации на инверсных выходах триггеров 23 и 24 имеют место сигналы "единица". Генератор импульсов 21 во время движения робокара непрерывно работает с высокой частотой. Импульсы, поступая от него на вход Т-триггера 22, заставляют этот триггер переключаться так, что "единица" на его выходах появляется попеременно-то на прямом выходе, то на инверсном. Если на входы 26 и 27 блока синхронизации импульсы от преобразователей, например, 5 и 10 поступят одновременно, то триггеры 23 и 24 переключатся тоже одновременно, и на их инверсных выходах вместо "единиц" появятся "нули". Но попеременное
появление "единицы" на выходах Т-триггера 22 приведёт к попеременному возврату RS-триггеров 23 и 24 в исходное состояние. На инверсных выходах этих триггеров вновь появятся "единицы", но со сдвигом во времени, равном времени переключения Т-триггера 22. "Единицы" с инверсных выходов триггеров 23 и 24 пройдут через элементы дифференцирования 19 и 20, те "вырежут" из них передние фронты и короткие импульсы, полученные в результате, поступят на входы элемента "или" 25. Но поступив на его входы неодновременно, они пройдут на его выходы последовательно. Это и исключит возможность ошибок в случаях, когда на оба входа блока синхронизации импульсы поступают одновременно. Если же они поступают неодновременно, то они так же неодновременно вызовут появление импульсов на выходе 28 и ошибок тем более не будет.
Последовательное появление импульсов на выходе элемента "или" 25 от всех четырёх преобразователей 5, 10, 11 и 12 перемещения в импульсы влечёт за собой в предлагаемой системе существенное увеличение дискретности отсчёта перемещений, по сравнению с системой-прототипом. А поскольку точность системы управления перемещением определяется её дискретностью (погрешность перемещения, обусловленная системой управления, равна половине дискреты), то соответственно возрастает и точность системы. При диаметре мотор-колёс = 230 мм и применении в качестве преобразователей перемещений относительных энкодеров, установленных на валах мотор-колёс и имеющих дискретность 1 импульс на 2 градуса угла поворота, дискретность предложенной системы управления составит 1 импульс на 1 мм перемещения робокара, и, следовательно, погрешность перемещения робокара, вносимая системой управления, будет равна 0,5 мм. Это в 100 раз меньше, чем погрешность, обусловленная системой-прототипом. Такое повышение точности представляет собой технический результат разработки полезной модели.
1. Система для управления перемещением робокара, состоящего из шасси с установленными на нём первым и вторым передними и третьим и четвёртым задними колёсами, выполненными в виде мотор-колёс, содержащая первый преобразователь перемещения в импульсы, счётчик импульсов и программатор, соединённый с задающими входами счётчика, логический блок, входы которого соединены с выходами счётчика, и первый электропривод, управляющий вход которого соединён с выходом логического блока, отличающаяся тем, что она снабжена вторым, третьим и четвёртым преобразователями перемещения в импульсы, первым блоком синхронизации импульсов, первый вход которого соединён с выходом первого преобразователя перемещения, а второй вход соединён с выходом второго преобразователя перемещения, вторым блоком синхронизации, первый вход которого соединён с выходом третьего преобразователя перемещения, а второй вход соединён с выходом четвёртого преобразователя перемещения, третьим блоком синхронизации, первый вход которого соединён с выходом первого блока синхронизации, второй вход соединён с выходом второго блока синхронизации, а выход соединён со счётным входом счётчика импульсов, вторым, третьим и четвёртым электроприводами, управляющие входы которых соединены с выходом логического блока параллельно управляющему входу первого электропривода, причём первый, второй, третий и четвёртый преобразователи перемещения в импульсы выполнены в виде относительных круговых энкодеров и предназначены для кинематической связи с соответствующими мотор-колёсами.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что логический блок выполнен в виде первого элемента "или" и каждый блок синхронизации выполнен включающим в себя первый и второй дифференцирующие элементы, генератор импульсов, Т-триггер, вход которого соединён с выходом генератора, первый RS-триггер, первый вход которого соединён с прямым выходом Т-триггера, второй RS-триггер, первый вход которого соединен с инверсным выходом Т-триггера, и второй элемент "или", первый вход которого через первый дифференцирующий элемент соединен с инверсным выходом первого RS-триггера, второй вход через второй дифференцирующий элемент соединён с инверсным выходом второго RS-триггера, при этом вторые входы первого и второго RS-триггеров соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока синхронизации, а выход второго элемента "или" соединен с выходом блока синхронизации.
РИСУНКИ
