Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Роботизированный склад

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………………….. 3

1. Роль, функции,
задачи и классификация складов…………………………………….. 5

1.1 Виды складов
непродовольственных товаров………………………………………. 5

1.2 Общие требования по
организации складов………………………………………… 8

1.3 Пути автоматизации
складов…………………………………………………………… 10

1.4 Общие принципы
использования роботизированных устройств

на складах………………………………………………………………………………………….. 12

2. Анализ существующих
решений для организации роботизированных

складов………………………………………………………………………………………………… 15

3. Разработка схемы
управления роботом………………………………………………… 23

3.1 Описание принципа
действия робота………………………………………………… 23

3.2 Разработка
функциональной схемы системы управления……………………. 24

3.3 Выбор элементной
базы для реализации системы управления……………… 26

3.3.1 Блок датчиков…………………………………………………………………………… 26

3.3.2 Блоки управления……………………………………………………………………… 31

3.3.3 Микроконтроллер……………………………………………………………………… 35

3.3.4 Модуль wi-fi……………………………………………………………………………… 38

3.3.5 Блок индикации………………………………………………………………………… 40

4. Разработка алгоритма
и составление программы для системы

управления роботом………………………………………………………………………………. 42

4.1 Разработка
алгоритма работы системы……………………………………………… 42

4.2 Разработка
программного обеспечения…………………………………………….. 45

5. Тестирование
разработанной программы……………………………………………… 55

6. Анализ результатов
тестирования, обоснование эффективности разработки 67

Заключение………………………………………………………………………………………….. 68

Список использованных
источников……………………………………………………….. 69

Приложение А………………………………………………………………………………………. 72

Введение:

Первые складские роботы были введены в эксплуатацию еще в
1960-х годах. В то время возможности аппаратов были крайне ограничены. Принимая
во внимание уровень компьютеризации, большим достижением являлась разработка
автоматических машин, которые передвигались по складу, ориентируясь по
проложенным на полу магнитным лентам. Слабая автономность (отсутствие
современных вычислительных возможностей) была источником одной существенной
проблемы – недостаточным обеспечением безопасности.

В России и в мире разработкой и производством роботов
изначально занимались в основном организации из тяжелых сфер – например,
оборонной или аэрокосмической. Однако постепенно, как это в свое время было с
персональными компьютерами, акцент смещается в сторону B2B, а затем и
масс-маркета. Некоторые сравнивают этот рынок с рынком смартфонов – когда есть
несколько платформ, а сторонние разработчики создают множество приложений,
которые эволюционным путем находят свое место у конечного потребителя.

Появление современных складских роботов стало возможным
только в 1990-х, одновременно с развитием компьютеров. На автоматическую
складскую технику, для навигации на местности, начали устанавливать радары. В
2006 году появились первые полностью автоматические роботы, которые выполняют
действия в соответствии с заданными программами. Отличительной особенностью
роботов на современном этапе развития стало свободное перемещение на заданной
рабочей площади, фактически с нулевой вероятностью столкновения с человеком или
другим объектом.

К концу 2000-х компания Kiva Systems разработала две модели
мобильных роботов: с грузоподъемностью в 400 кг и в 1,2 т. Автоматическое
движение роботов в пределах склада осуществлялось по нанесенным на полу
стикерам со штрих-кодами. На изобретение обратили внимание в Amazon, и в марте
2012 году онлайн-гигант приобрел стартап за $777 миллионов. В 2015-м компания
из Массачусетса получила новое имя — Amazon Robotics. По состоянию на июнь 2019
онлайн-ритейлер Amazon использовал на своих складах более 200 000 роботов
собственного производства.

Эксплуатация в логистических центрах роботов-грузчиков
вместо людей выгодна в перспективе. Следует признать, что такая модернизация
склада — процесс дорогостоящий. Экономия, в долгосрочной перспективе,
достигается за счет увеличения производительности и эффективности логистических
цепочек, а также за счет снижения ФОТ на оплату труда и связанных с
использованием сотрудников рисков.

Именно поэтому в данной работе выполняется разработка
системы управления роботом для автоматизации склада.

Целью выпускной работы является проектирование архитектуры,
разработка алгоритмов работы и реализация системы управления складским роботом роботом-штабеллером,
который предназначен для развоза паллет с товаром по складу и погрузки/выгрузки
паллеты на требуемую полку нужного стеллажа.

Установленная цель обуславливает следующие задачи:

— анализ роли, функций, задач и классификации складов;

— анализ существующих решений для организации
роботизированных

складов;

— определение архитектуры и обобщенной структуры системы
управления;

— обоснование и выбор средств реализации системы управления;

— проектирование алгоритмов работы системы управления;

— проектирование программного обеспечения системы управления;

— тестирование работы системы управления.

Заключение:

В процессе выполнения работы была разработана система
управления роботом, предназначенным для транспортирования грузов в складском
помещении.

Разработанная система позволяет управлять движением колес
робота и его подъемником, поднимая или снимая груз с помощью платформы. Команды
роботу передаются с помощью сети Wifi от программного обеспечения склада.
Передвижение осуществляется по контрастной линии, нарисованной на всех
возможных маршрутах движения на складе. Для проверки наличия препятствий, а
также для контроля за высотой поднятия платформы подъемника используются
ультразвуковые датчики. Контроль за пройденным путем осуществляется с помощью
датчика скорости. Управление положением платформы подъемника осуществляется с
помощью шагового двигателя, а управление скоростью и направлением движения
колес осуществляется с помощью двигателей постоянного тока.

В процессе разработки были решены следующие задачи:

— проведен анализ роли, функций, задач и классификации
складов;

— проведен анализ существующих решений для организации
роботизированных складов;

— определена архитектуры и обобщенной структуры системы
управления, результатом чего были структурная и функциональная схемы системы;

— обоснованы и выбраны средства реализации системы
управления;

— спроектирован алгоритмов работы системы управления;

— разработано программное обеспеченик системы управления;

— проведено тестирование работы системы управления в программном
комплексе Proteus.

По результатам выполнения этих задач можно сделать вывод,
что выполненная работа соответствует поставленному заданию.

Фрагмент текста работы:

Роль, функции, задачи и классификация складов 1.1 Виды
складов непродовольственных товаров

Склады используются для управления материальным потоком и
запасами на различных участках цепи логистики. К ним относятся различные здания
и сооружения, предназначенные для приемки, обработки и хранения поступающих
товаров. В них также проводится подготовка и отпуск различной продукции
потребителям.

Склады разделяют по назначению, по отношению к основным
операциям в логистике и по классам.

Оптимальная организация процессов логистики достигается за счет
комбинации транзитного и складского продвижения продукции от источника сырья до
потребителя.

В зависимости от основных логистических операций выделяют
следующие виды складов:

1) Снабжения. Они используются для хранения сырья, деталей,
заготовок и материалов, необходимых при производстве продукции.

2) Производственные. Для них характерны сравнительно
небольшие сроки хранения и возможность ее отправления через короткие интервалы
времени.

Производственные склады разделяют по организационной
структуре и видам продукции. К объектам второго типа относятся помещения для
материальных ресурсов, незавершенного производства и готовых изделий.

Еще один вид складов применяется в системе распределения
различной продукции и доставки конечному потребителю. Они различаются по
обслуживаемой территории и объему грузооборота.

Функциональное назначение складов определяет перечень
выполняемых операций. Они бывают:

1) Транзитно-перевалочные. Обычно их размещают на водных
пристанях и железнодорожных станциях. Хранилища обеспечивают возможность
перегрузки продукции с одного вида транспорта на другой и служат для приемки,
краткосрочного размещения и отправки товаров тарными местами.

2) Сортировочно-распределительные. Они используются для
накопления текущих запасов. К основным функциям хранилищ относятся приемка
различной продукции по качеству и количеству, сортировка поступивших товаров и
подготовка их перед отправкой потребителю.

Примером сортировочно-распределительных складов являются
торговые, которые могут принадлежать оптовым или розничным предприятиям. В
зависимости от размещаемой продукции они могут быть:

3) Общетоварными, где находятся продовольственные и
непродовольственные запасы, не требующие особых условий для хранения.

4) Универсальными, предназначенными для широкого
ассортимента изделий.

5) Специализированными, которые служат для размещения одной
или нескольких товарных групп.

При проектировании склада необходимо учитывать номенклатуру
товаров и множество других факторов. Среди них можно выделить:

ü Вид,
уровень комфорта и габариты зданий. Размер складских помещений выбирают таким
образом, чтобы полезная площадь использовалась максимально эффективно.

ü Степень
механизации и технического оснащения.

ü Количество
и расположение ворот или доков.

ü Режим
хранения.

ü Развитие
инфраструктуры.

ü Наличие
офисных и вспомогательных помещений.

ü Расположение,
транспортная доступность и возможность принятия большегрузных автомобилей.
Наличие подъездных путей и площадок для парковки транспортных средств.