Якимчук В. М. Структурно-параметричний синтез функціонально-мехатронних модулів робототехнічних комплексів формування транспортних пакетів із харчовими продуктами

Дисертація присвячена розробці методологічного підходу проектування робототехнічних комплексів формування транспортних пакетів із харчовими продуктами, який базується на морфологічному аналізі і синтезі їх структури та багатокритеріальному синтезі їх функціонально-мехатронних модулів. У дослідженні проведено оцінку конкурентоспроможності типових зразків робототехнічних комплексів формування транспортних пакетів із харчовими продуктами та їх функціональних модулів на основі вибіркового аналізу та синтезу допустимих варіантів компонувань. На основі морфологічного аналізу виконано декомпозицію службової функції робототехнічних комплексів для формування транспортних пакетів із харчовими продуктами та виділено їх характерні функціонально-мехатронні модулі, побудовано ієрархічну структуру. Отримано масиви конструктивного виконання функціонально-мехатронних модулів: подачі одиничного тарного вантажу; горизонтального переміщення структурних елементів транспортного пакету; вертикального переміщення тарного вантажу або структурного елементу транспортного пакету; подачі одиничного піддону, які рекомендовано використовувати для створення параметричних рядів конструкцій, що виконують однотипну технологічну операцію. На основі морфологічного синтезу встановлено вагомі параметри та критерії технічної ефективності як для робототехнічного комплексу загалом, так і для його функціонально-мехатронних модулів, а саме – максимальне навантаження; максимальна швидкість руху робочих органів; точність позиціювання робочих ланок; енерговитрати на виконання службової функції; можливість швидкого переналаштування. За цими параметрами і критеріями виконано оцінку ефективності структури функціонально-мехатронних модулів горизонтального та вертикального переміщення тарного вантажу та отримано пошукову множину в межах аналізу чотирьох типів функціональних модулів для вертикального переміщення та в межах аналізу п’яти типів функціональних модулів для горизонтального переміщення. Теоретично обґрунтовано раціональні рухи робочих органів робототехнічних комплексів при виконанні умови енергозбереження під час формування транспортного пакету. Встановлено, що різниця між споживанням енергії на формування транспортного пакету за типовою схемою та запропонованою схемою становить 140 %. Запропоновано конструкцію функціонально-мехатронного модуля покро-кового переміщення платформи з пневматичним приводом та функцією рекуперації енергії для формування структурних елементів транспортного пакету. Встановлено залежність між масою структурних елементів транспортного пакету, рушійним зусиллям платформи мехатронного модуля покрокового переміщення платформи з пневматичним приводом та значенням керуючого сигналу з метою забезпечення точності позиціювання платформи. Результатами експериментальних досліджень визначено, що запропонована схема керування функціонально-мехатронним модулем покрокового переміщення платформи з пневматичним приводом заощаджує до 40 % енергії стисненого повітря в процесі формування транспортного пакету, яка може повторно використовуватися в повторних циклах технологічного процесу формування транспортного пакету. Розроблено аналітичні залежності для визначення тривалості виконання технологічної операції переміщення тарного вантажу в горизонтальній площині за заданим законом руху та виконано оцінку раціональних параметрів функціонально-мехатронного модуля лінійного переміщення з електромеханічним приводом, що дало змогу зменшити сумарну потужність привода. Запропоновано комплексний підхід для визначення мінімального та максимального значень вакуума з умови безпечного утримання тарного вантажу вакуумним пристроєм захоплювання за трьома показниками експлуатаційних вимог під час виконання операції переміщення. Розроблено математичну модель для визначення енергетичних показників вакуумних генераторів з функцією енергозбереження. Результати комплексних наукових досліджень є науковою основою для практичних рекомендацій по удосконаленню відомих та створенню інноваційних конструкцій мехатронних модулів, що виконують максимальну кількість корисних функцій та відповідають критеріям технічної ефективності: розроблено та запропоновано пілотні зразки нових функціонально-мехатронних модулів із пневматичним приводом та функцією рекуперації енергії для вертикального переміщення тарних вантажів й для структурних елементів транспортного пакету та функціонально-мехатронного модуля із вакуумним захоплювальним пристроєм з функцією енергозбереження.