Разработка автоматизированной системы управления процессом сортировки

С. С. Закожурников, Г. С. Закожурникова, К. В. Приходьков, Т. А. Горшунова, О. А. Пихтилькова, Е. В. Пронина, С. С. Лавренов

---

Аннотация: В данной статье рассматривается разработка автоматизированной системы управления процессом сортировки продуктов с использованием робота-манипулятора Dobot Magician. Повышение скорости и эффективности процессов сортировки, а также снижение затрат на ручной труд в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства является актуальной задачей.
Целью исследования является совершенствование системы сортировки путем разработки и реализации автоматизированной системы управления данным процессом.
Материалы и методы. Основными параметрами сортировки выбраны положение, цвет и температура объекта. В качестве исполнительного механизма системы управления выбран робот-манипулятор, управляемый через программное обеспечение DobotStudio и Arduino IDE. Система датчиков состоит из диффузионного фотоэлектрического датчика, датчика цвета и датчика температуры.
Результаты. Представлен циклический алгоритм работы, включающий инициализацию датчиков, захват объектов и их сортировку по заданным параметрам. Разработана 3D-версия системы, с помощью которой была проверена работоспособность алгоритма. Проведено пять серий экспериментов для двух вариантов сортировки: с использованием ручной сортировки и с использованием разработанной системы управления.
Выводы. В результате реализации разработанной системы управления удалось повысить производительность на 20 %, а также улучшить качество сортировки. Внедрение разработанной системы позволит уменьшить количество бракованной продукции и приведет к повышению экономической эффективности производства.

Ключевые слова: система управления, система сортировки, Dobot Magician, робот-манипулятор, микроконтроллер, фотоэлектрический датчик, датчик цвета, датчик температуры

Для цитирования. Закожурников С. С., Закожурникова Г. С., Приходьков К. В., Горшунова Т. А., Пихтилькова О. А., Пронина Е. В., Лавренов С. С. Разработка автоматизированной системы управления процессом сортировки // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2025. Т. 27. № 5. С. 113–124. DOI: 10.35330/1991-6639-2025-27-5-113-124

Список литературы

1. Троценко В. В., Федоров В. К., Забудский А. И., Комендантов В. В. Системы управления технологическими процессами и информационные технологии: учеб. пособие для вузов. 2-е изд., испр. и доп. М.: Юрайт, 2022. 136 с. ISBN: 978-5-534-09938-6
2. Романов А. М. Обзор аппаратно-программного обеспечения систем управления роботов различного масштаба и назначения. Часть 1. Промышленная робототехника // Russian Technological Journal. 2019. № 7(5). С. 30–46. DOI: 10.32362/2500-316X-2019-7-5-30-46
3. Меркулов А. В., Харитонова К. Ю., Закожурников С. С. и др. Некоторые вопросы создания электронно-управляющих систем вращающихся объектов // Инновационные технологии в электронике и приборостроении: сб. докл. Российской научно-технической конференции с международным участием. М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2021. С. 212–215.
4. Zakozhurnikov S., Zakozhurnikova G. Development of a control system for sorting agricultural products according to specified criteria // E3S Web of Conf. 2023. № 390. Pp. 03019. DOI: ttps://doi.org/10.1051/e3sconf/202339003019
5. Лавренов С. С. Разработка автоматизированной системы сортировки // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докл. XXIX Международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов. М.: РАДУГА, 2023. С. 152.
6. Dorokhov A., Aksenov A., Sibirev A. Results of laboratory studies of the automated sorting system for root and onion crops // Agronomy. 2021. Vol. 11. No. 6. P. 1257. DOI: 10.3390/AGRONOMY11061257
7. Morozov S., Kuzmin K., Vershinin V. Development of a Simulation Automated System for Address Sorting of Correspondence // Conference «INTERAGROMASH 2021». 2022. Pp. 927–933. DOI: 10.1007/978-3-030-80946-1_85
8. Abed Azad F., Ansari Rad S., Hairi Yazdi M.R. et al. Dynamics analysis, offline-online tuning and identification of base inertia parameters for the 3-DOF Delta parallel robot under insufficient excitations // eccanica. 2022. Vol. 57(2). Pp. 473–506. DOI: 10.1007/s11012-021-01464-7
9. Tang Y., Li L., Liu X. State-of-the-art development of complex systems and their simulation methods // Complex System Modeling and Simulation. 2021. Vol. 1. No. 4. Pp. 271–290.
10. Mammadova K.A., Aliyeva E.N. Solving the problem of building an automatic control system for the process of water chemical treatment using fuzzy logic // Lecture Notes in Networks and Systems. 2022. Vol. 362. Pp. 748–756. DOI: 10.1007/978-3-030-92127-9_99
11. Zhang L. Electric automation control simulation system based on intelligent technology // Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies. 2022. Vol. 125. Pp. 732–738.
12. Рафф О. И. Уменьшение энергопотребления путем внедрения системы «умный дом» // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докл. XXVIII междунар. науч.-технич. конф. студентов и аспирантов. М.: РАДУГА, 2022. С. 98.
13. Zakozhurnikov S., Gorshunova T., Pronina E., Raff O. Development of an automated lighting control system in agricultural premises to save energy resources // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. Vol. 1231. No. 012061. P. 1–7. DOI: 10.1088/1755-1315/1231/1/012061
14. Закожурникова Г. С., Закожурников С. С. К вопросу об энергоэффективности технологического процесса производства карбида кремния // Энерго- и ресурсосбережение: промышленность и транспорт. 2017. № 3(20). С. 55–57.
15. Закожурников С. С. Повышение энергетической эффективности процесса плавки карбида кремния // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тез. докл. XXII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов: в 3-х томах, Москва, 25–26 февраля 2016 г. Т. 2. М.: МЭИ, 2016. С. 284.
16. Закожурников С. С., Закожурникова Г. С., Горшунова Т. А. и др. Совершенствование математической модели получения мелкодисперсного материала для создания автоматизированной системы управления процессом производства // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2024. Т. 26. No. 2. С. 11–25. DOI: 10.35330/1991-6639-2024-26-2-11-25
17. Закожурников С. С., Рафф О. И. Разработка системы управления переключением света при помощи мессенджера Telegram // Оптические технологии, материалы и системы (Оптотех – 2024): Международная научно-техническая конференция, Москва, 02–08 декабря 2024 года. М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2024. С. 781–788.
18. Zakozhurnikov S., Pikhtilkova O., Pronina E., Raff O. The smart home automated control system development // AIP Conference Proceedings. 2024. Vol. 3102 (1): 030024. P. 1–4. DOI: 10.1063/5.0200045
19. Renjini G. S., Thangavelusamy D. Robust reference tracking and load rejection on non-linear system using controllers // Gazi University Journal of Science. 2022. Vol. 35. No. 4. Pp. 1454–1569. DOI: 10.35378/gujs.947882
20. Li J., Liu C., Sun Y., Shao L. A new event-triggered adaptive tracking controller for nonlinear systems with unknown virtual control coefficients // European Journal of Control. 2022. Vol. 100759. Pp. 1–10. DOI: 10.1016/j.ejcon.2022.100759
21. Tamizi M. G., Ahmadi Kashani A. A., Abed Azad F. et al. Experimental study on a novel simultaneous control and identification of a 3-DOF delta robot using model reference adaptive control // European Journal of Control. 2022. Vol. 67. No. 100715. Pp. 1–12. DOI: 10.1016/j.ejcon.2022.100715
22. Лавренов С. С. Применение фотоэлектрических датчиков на производстве // Оптические технологии, материалы и системы: сборник докладов Международной научно-технической конференции ИПТИП РТУ МИРЭА. М.: МИРЭА – Российский технологический университет, 2022. С. 206–209.
23. Воронков А. Д., Диане С. А. Непрерывный генетический алгоритм в задаче захвата манипуляционным роботом объекта априорно неизвестной формы // Russian Technological Journal. 2023. № 11(1). С. 18–30. DOI: 10.32362/2500-316X-2023-11-1-18-30

Информация об авторах

Закожурников Сергей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, ИПТИП, кафедра высшей математики – 3, МИРЭА – Российский технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
zakozhurnikov@mirea.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2354-9656, SPIN-код: 1864-0437
Закожурникова Галина Сергеевна, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Теплотехники и гидравлики», Волгоградский государственный технический университет;
400005, Россия, г. Волгоград, пр-т. им. Ленина, 28;
galya.vlz@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4870-0749, SPIN-код: 7209-9481
Приходьков Константин Владимирович, канд. техн. наук, доцент, кафедра «Теплотехники и гидравлики», Волгоградский государственный технический университет;
400005, Россия, г. Волгоград, пр-т им. Ленина, 28;
mlab@vstu.ru, ORCID: https://orcid.org/0009-0000-9283-849X, SPIN-код: 6006-0250

Горшунова Татьяна Алексеевна, канд. физ.-мат. наук, доцент, ИПТИП, кафедра высшей математики – 3, МИРЭА – Российский технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
gorshunova@mirea.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9580-595X, SPIN-код: 6120-6367
Пихтилькова Ольга Александровна, канд. физ.-мат. наук, доцент, ИПТИП, кафедра высшей математики – 3, МИРЭА – Российский технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
pihtilkova@mirea.ru, ORCID: https://orcid.org/0009-0004-4632-5158, SPIN-код: 5589-7411
Пронина Елена Владиславовна, канд. физ.-мат. наук, доцент, ИПТИП, кафедра высшей математики – 3, МИРЭА – Российский технологический университет;
119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, 78;
pronina@mirea.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2447-7175, SPIN-код: 3391-3440
Лавренов Сергей Сергеевич, аспирант, кафедра робототехники, Университет «Синергия»;
129090, Россия, Москва, ул. Мещанская, 9/14, стр. 1;
lavrenovreal@gmail.com, SPIN-код: 5676-0040