Sistema di guida automatica per carrello elevatore in pista prova

Author(s):
F. D'Aniello - ROBOTRONIX

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, ATE/Instrumentation

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, Compact FieldPoint

The Challenge:
Realizzare un sistema di guida automatica per un carrello elevatore che viene testato in una pista circolare dotata di ostacoli che ne sollecitano la struttura.

The Solution:
Utilizzare un sistema “Rugged” in grado di acquisire i dati di posizione dell’automezzo e controllare sterzo, acceleratore e freno del carrello durante il test. La realizzazione di un nuovo prodotto e la relativa commercializzazione, richiedono un lungo periodo dedicato alla progettazione ed alla costruzione del prototipo.

Il task progettuale termina quando i test effettuati sul prototipo danno risultati tali da permettere al produttore di garantire all’acquirente i dati di targa del prodotto per un certo tempo.
Uno dei test più importanti da effettuare sul prodotto è quindi quello di affidabilità.
Nel caso di un carrello elevatore, i test di affidabilità vengono effettuati facendo percorrere all’ automezzo, un certo numero di cicli operativi (circa 24.000 cicli a 5-7 Km/h) su una pista circolare dotata di ostacoli che ne sollecitano il telaio ed i componenti su di esso installati (motore, assi, sollevatori, etc.).
Prima della realizzazione del nostro sistema, il test veniva effettuato vincolando meccanicamente (tramite un’asta rigida) il telaio dell’automezzo ad un palo centrale rotante, bloccando meccanicamente lo sterzo in una posizione determinata ed impostando un valore di velocità determinato in fase di definizione dei parametri di test.
Il vecchio sistema di test aveva alcune controindicazioni in quanto, in seguito all’impatto del mezzo con l’ostacolo, la traiettoria veniva corretta ad opera esclusiva del palo di vincolo che sollecitava enormemente anche il palo centrale rotante ed obbligava le ruote ad effettuare un continuo moto di strisciamento radiale causandone il surriscaldamento e la conseguente esplosione.
Di conseguenza, durante i cicli di test, il telaio subiva delle sollecitazioni improprie dovute al vincolo rigido tra esso ed il palo centrale.
Affinchè la posizione del mezzo sia univocamente determinata, è sufficiente conoscerne la distanza dal centro di rotazione (distanza ) e la tangente alla traiettoria (angolo ).
Tutto il sistema di controllo dovrà essere imbarcato sul mezzo in prova e dovrà quindi resistere alle stesse sollecitazioni cui è sottoposto l’automezzo (e dovrà funzionare per il test di più automezzi) (Figura 1).

Viene realizzato un sistema meccanico in grado di acquisire la distanza dal centro di rotazione (tramite encoder) e l’angolo della tangente alla traiettoria (tramite potenziometro in plastica conduttiva) (Figura 2); questi valori vengono passati al sistema di controllo che effettua le correzioni della traiettoria tramite un sistema meccanico calettato al posto dello sterzo.
Lo schema a blocchi del sistema utilizzato è visibile in Figura 3.
Il sistema è realizzato con hardware NI Compact FieldPoint (cFP), e tutti gli algoritmi di controllo vengono eseguiti in ambiente Real-Time grazie al controller NI cFP-2010.
Gli I/O analogici e digitali disponibili permettono di controllare in maniera efficiente tutte le periferiche installate nel quadro di controllo (Driver per motore passo-passo sterzo, Drivers per attuatori lineari freno/acceleratore, spie, finecorsa, commutatori, potenziometri, encoders, etc.), mentre la supervisione del cFP viene affidata ad un PC portatile dotato di scheda NI DAQ-6024 per l’acquisizione dei sensori di emergenza disposti in campo.
Il software di supervisione permette di verificare rapidamente lo stato del sistema di controllo, lo stato di avanzamento del test e la lettura del datalogger dei dati della prova (Figura 4).
Il software è stato realizzato in ambiente NI LabVIEW e l’applicativo è stato compilato ed installato sul PC Target fornito dal cliente.
Il dialogo tra PC e cFP imbarcato avviene tramite comunicazione wireless 802.11g, ed il NI cFP, su caduta della rete wireless, blocca il sistema e mette in sicurezza l’impianto.
Durante il test, eventuali sbandate del mezzo dovute a olio, ghiaccio o acqua in pista, vengono CORRETTE IN TEMPO REALE dal controller.
Qualora il carrello sia fisicamente incontrollabile (a causa di sbandate di grande entità), il controller provvederà a mettere in sicurezza il carrello, spegnendo il motore ed attivando una sirena di segnalazione di emergenza.
Tuttora, non esistono molte piste circolari per tali collaudi, l’unica pista più “performante” è in Germania ed è in grado di effettuare i test dell’automezzo esclusivamente a “marcia indietro” mentre il nostro sistema permette il controllo sia in “marcia avanti” che in “marcia indietro” ed è possibile variare la configurazione del carrello in prova configurando il test per la marcia “a vuoto” o “a carico” con il carico di test nominale montato sulle forche dell’automezzo.
I parametri della prova (portata mezzo, passo, verso di percorrenza, tipo prova “a vuoto / a carico”, velocità prova) vengono salvati in un file di configurazione che può essere caricato in fase di avviamento del software.
Grazie a NI LabVIEW è stato possibile realizzare sia il software di controllo in ambiente RealTime che il software di supervisione per Windows XP.
Il sistema di test realizzato permette al cliente di effettuare le prove senza dover effettuare tarature approssimative dell’automezzo e senza introdurre disturbi fisici sulle misure dovuti a sollecitazioni introdotte da modifiche strutturali al telaio.
Il carrello in fase di test, “guida” AUTONOMAMENTE, quindi le sollecitazioni trasmesse dalla pista al telaio rispecchiano quelle che si avrebbero REALMENTE se il carrello venisse guidato da un uomo su un percorso ricco di ostacoli.
Le gomme dell’automezzo non vengono più sistematicamente sostituite poiché non esiste più la componente radiale che introduceva il surriscaldamento e l’esplosione delle gomme installate.
L’azienda può così condurre le prove con la supervisione saltuaria di un uomo e con la garanzia che i risultati che ne trarrà saranno compatibili con quelli di eventuali prove successive.

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F. D'Aniello
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