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Carrello segui traccia a guida ottica “O.S.CAR.” (Carrello sistema ottico) 1. Sintesi I rifornimenti di merce nei negozi di genere alimentari, nei magazzini delle aziende di produzione, sono momenti importanti del processo di lavoro, questi in genere sono fatti manualmente con dei carrelli motorizzati a guida umana. L’idea di proporre alla classe 4 A elettronica dell’ITIS Franchetti di Città di Castello una soluzione automatizzata è venuta proprio per rendere il problema più agevole. Il progetto che può essere adottato per realizzare tanti carrelli “O.S.CAR.” da chiunque abbia la necessità, sarà adottato anche dall’ITIS Franchetti per la raccolta dei cestini della carta dalle aule o per portare le circolari nelle classi. Pertanto si tratterebbe di una innovazione radicale che consentirebbe l’automazione di vari e importanti servizi. 2. Prodotto/servizio Il prodotto che si desidera realizzare, è un carrello motorizzato a movimentazione con sistemi cablati il quale automaticamente dopo l’avvio che può avvenire con un pulsante, o un telecomando segue una pista disegnata per terra (un nastro nero) a mo’ di una monorotaia seguendone il percorso, eventuali correzioni possono essere fatte sempre attraverso il telecomando. Il carrello in questione arresta la sua marcia quando incontra sulla pista un codice a barre per consentire l’eventuale carico o scarico delle merce dal carrello; a questo arresto deve seguire per una nuova partenza, un impulso con telecomando o pulsante. Durante la marcia si ferma se incontra un ostacolo, ripartendo automaticamente appena si libera la pista. Il carrello è alimentato da 2 batterie a 12 Volt (tipo autovettura) la cui carica viene monitorata, segnalando la condizione di batteria scarica. Questo progetto a logica cablata, prevede l’integrazione con sistemi programmabili che consentono al carrello di decidere il percorso, le fermate da effettuare e la autoricarica in caso di batterie scariche. 3. Innovatività Di trovati simili non abbiamo conoscenza diretta, tuttavia sembra che esistano nelle aziende più avanzate come FIAT e simili, certamente questi prodotti saranno la massima espressione di tecnologia e di funzionalità, ma non avendo conoscenza diretta non possiamo esprimere un parere tecnico sui presunti punti deboli che questi se ci sono, possano avere. Il nostro carrello automatico segui traccia, non derivando da un’idea da noi già vista è sicuramente per noi originale e pensiamo che non ha paragoni nel mercato. Il carrello da noi ideato può automatizzare con sistemi automatici di carico e scarico il rifornimento di magazzini, infatti è in grado di percorrere i corridoi dei magazzini fermandosi difronte agli appositi scaffali merce per rifornirli della merce esaurita in quel settore. Un elevazione eventuale del piano può consentire verticalmente, rifornimenti anche a piani diversi nel settore del corridoio considerato. Oltre a rifornire il magazzino può essere utilmente utilizzato per rifornire i vari reparti della merce occorrente presente nel magazzino. Il sistema da noi realizzato nel presente anno scolastico, è semiautomatico in quanto utilizza solo tecnologia cablata, tuttavia inserendo codici a barre luminosi nelle varie stazioni, si può programmare le stazioni di fermata nei corridoi secondo le esigenze del magazzino e dei reparti, l’alimentazione è a batterie tipo autovettura e lo stato di carica monitorato. Prevedendo nel prossimo anno lo sviluppo del sistema di controllo a microprocessore il carrello in questione sarà dotato di una memoria con tutti codici merce e gli indirizzi degli scaffali dove la merce è posizionata. Lo stato di carica delle batterie utilizzate alla movimentazione oltre ad 1
essere monitorata, consente al carrello ad una determinata ora di spostarsi presso una stazione di ricarica per essere ricaricato automaticamente. La versione progettata nel corso di quest’anno consta di quattro circuiti fondamentali inseriti in due circuiti stampati o board. Primo circuito stampato per comando locomozione 1) circuito di marcia / arresto (locomozione carrello) mediante pulsanti e telecomando ed arresto per ostacolo sul percorso (tavola 1) 2) circuito per il rilevamento tramite codice a barre della stazione di fermata (tavola 2)
Secondo circuito stampato per controllo direzione (sterzo) + controllo carica batterie 3) circuito differenziale per seguire la traccia (nastro adesivo nero) sul pavimento (tavola 3) 4) circuito per la monitorizzazione della carica delle batterie. (tavola 4)
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La tavola 1 è il circuito utilizzato per la locomozione del carrello, utilizza un classico schema di flip-flop tipo SET – RESET con logica Nand i cui azionamenti provengono da due pulsanti oppure dalla saturazione di due transistor la cui base raccoglie impulsi di un radio comando. L’uscita del suddetto flip – flop pilota un transistor che tramite un relè a due scambi da corrente al motore di trazione del carrello. Una fotocellula ricetrasmittente controlla il percorso verificando alla distanza di 50 cm. la presenza di eventuali ostacoli, nel caso si verifichi l’ingombro del percorso il carrello si ferma istantaneamente riprendendo movimento solo dopo essersi liberato il percorso. La tavola 2 è il circuito che riconosce il codice a barre che nel nostro caso è composto da tre segni bianchi sul nastro isolante nero che indica il percorso posti a circa 1 cm l’uno dall’altro. Il riconoscimento del codice a barre per le fermate è fatto tramite un fototransistor che al passaggio sopra la barra bianca attiva un contatore modulo 3 contemporaneamente ad un tymer di 10 secondi, l’uscita del tymer e del contatore attivano tramite una porta AND un transistor che resetta il flip – flop fermando la marcia del carrello se lungo il percorso, accidentalmente ci fossero più macchie bianche il contatore ed il tymer si attivano ma solo se le macchie sono tre ed in rapida successione il circuito riconosce la stazione e resetta il circuito altrimenti qualsiasi sporcizia che potrà incontrare sarà ignorata. La tavola 3 è il circuito che riconosce il tracciato realizzato dal nastro isolante nero sul pavimento a mo’ di monorotaia. Due fotodiodi posti ai lati destro e sinistro della ruota anteriore motrice rileva le curve sul pavimento del nastro che indica al carrello lo sterzo da muovere. 98 I fotodiodi polarizzati inversamente attraverso le rispettive resistenze abbassano la loro soglia di conduzione quando illuminati, pertanto quando uno dei fotodiodi va sopra al nastro nero della pista, perché c’è una curva, la tensione ai suoi capi si abbassa mentre l’altro fotodiodo mantiene alta la sua soglia e quindi la sua tensione. Le due tensioni, rilevate ai capi dei fotodiodi quindi rappresentano un differenziale di tensione in analogia al differenziale di luce che si può creare durante il percorso quando si incontrano curve. Le due tensioni ai capi dei due fotodiodi vengono messi all’ingresso di un amplificatore differenziale, nella cui uscita si avrà la differenza amplificata dei segnali posti in ingresso potremmo così avere una tensione di uscita uguale a 0 Volt quando i fotodiodi sono perfettamente a cavallo della pista (nastro nero) avendo entrambi la stessa luminosità. Quando si incontra una curva a destra avremo un differenziale di luce e quindi di tensione l’uscita avrà un valore di saturazione + o - ad esempio + 15 volt, in questa situazione visto che l’uscita dell’amplificatore differenziale collega l’ingresso di un amplificatore tipo PUSH-PULL simmetria complementare il transistor BDX 33 NPN va in conduzione facendo circolare una 3
corrente tale da far ruotare lo sterzo del motore verso destra, arrestandosi quando termina il differenziale di luce che evidentemente sarà quando i fotodiodi sono tornati a cavallo della monorotaia (nastro adesivo nero) Quando si incontra una curva a sinistra avremo un differenziale di luce e quindi di tensione l’uscita avrà un valore di saturazione in questo caso -15 volt, in questa situazione visto che l’uscita dell’amplificatore differenziale collega l’ingresso dello stesso amplificatore tipo PUSH-PULL simmetria complementare questa volta il transistor BDX 34 PNP va in conduzione facendo circolare una corrente contraria a quella descritta prima, tale da far ruotare lo sterzo del motore verso sinistra, arrestandosi quando termina il differenziale di luce che evidentemente sarà quando i fotodiodi sono tornati a cavallo della monorotaia (nastro adesivo nero) in realtà se le curve non sono nette 90 gradi o più i due fotodiodi rimarranno sempre più o meno a cavallo della “monorotaia”. La tavola 4 è il circuito che monitorizza lo stato di carica delle due batterie la tensione delle batterie è controllata tramite un partitore di tensione la cui tensione varia a seconda della carica delle batterie questa viene comparata ad un riferimento di tensione (zener) mediante il comparatore LM311 , appena la tensione scende , il comparatore manda la sua uscita bassa, accendendo il diodo led (segnalazione batteria scarica) e preparando un segnale pulito (optoisolato) su un morsetto libero che sarà utilizzato con logica programmabile per potersi andare a ricaricare autonomamente ed automaticamente.
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