Mavzu: Avtomatlashtirilgan zamonaviy mexatronika va robot texnika tizimlari

Aviatsiya texnologiyasi. Aviatsiya va kosmik texnikani rivojlantirishda erishilgan muvaffaqiyatlar, bir tomondan, maqsadli operatsiyalarni amalga oshirish xarajatlarini kamaytirish zarurati, ikkinchi tomondan, texnologiyaning yangi turi - masofadan boshqariladigan samolyotlar (RPV) rivojlanishini rag'batlantirdi.
Shaklda. 5.28 tizimning blok diagrammasi ko'rsatilgan masofaviy boshqarish UAV parvozi - HIMAT. HIMAT masofadan boshqarish tizimining asosiy komponenti yerdan masofadan boshqarish stansiyasidir. UAVning parvoz parametrlari yerosti stansiyasi tomonidan havo kemasidan radioaloqa orqali qabul qilinadi, telemetriyani qayta ishlash stansiyasi tomonidan qabul qilinadi va dekodlanadi hamda kompyuter tizimining yer osti qismiga, shuningdek yerni boshqarish tizimidagi axborotni ko‘rsatish moslamalariga uzatiladi. stantsiya. Bundan tashqari, televizor kamerasi tomonidan ko'rsatilgan rasm RPVdan olinadi. tashqi ko'rib chiqish. Operatorning yerdagi ish joyi ekranida ko'rsatilgan televizor tasviri havo manevrlari, qo'nishga yaqinlashish va qo'nish vaqtida samolyotni boshqarish uchun ishlatiladi. Idishning yerdan masofadan boshqarish pulti ( ish joyi operator) parvoz va RPV kompleksi jihozlarining holati to'g'risidagi ma'lumotlarni ko'rsatadigan qurilmalar, shuningdek, havo kemasini boshqarish vositalari bilan jihozlangan. Xususan, inson operatori ixtiyorida samolyotni aylanish va qadamda boshqarish uchun tutqichlar va pedallar, shuningdek, dvigatelni boshqarish dastagi mavjud. Asosiy boshqaruv tizimi ishlamay qolgan taqdirda, boshqaruv tizimining buyruqlari RPV operatorining diskret buyruqlari uchun maxsus masofadan boshqarish pulti orqali beriladi.
5.28-rasm. HIMAT RPV masofadan boshqarish tizimi:
tashuvchisi B-52; 2 - TF-104G samolyotida zaxira boshqaruv tizimi; 3 – yer bilan telemetrik aloqa liniyasi; 4 - RPV HIMAT; 5 - RPV bilan telemetrik aloqa liniyalari; 5 - masofadan uchish uchun er osti stantsiyasi
O'lik hisobni ta'minlaydigan avtonom navigatsiya tizimi sifatida Doppler yer tezligi va drift burchagi o'lchagichlari (DPSS) qo'llaniladi. Bunday navigatsiya tizimi aylanma va pitch signallarini ishlab chiqaruvchi vertikal sensor bilan sarlavhani o'lchaydigan sarlavha tizimi va o'lik hisoblash algoritmini amalga oshiradigan bort kompyuteri bilan birgalikda ishlatiladi. Ushbu qurilmalar birgalikda Doppler navigatsiya tizimini tashkil qiladi (5.29-rasmga qarang). Samolyotning joriy koordinatalarini o'lchashning ishonchliligi va aniqligini oshirish uchun DISS tezlikni o'lchagichlar bilan birlashtirilishi mumkin.
5.29-rasm. Doppler navigatsiya tizimining diagrammasi
Miniatyuralashtirish elektron elementlar, qiyin sharoitlarda ishonchli ishlaydigan datchiklar va indikator qurilmalarining maxsus turlarini yaratish va seriyali ishlab chiqarish, shuningdek, mikroprotsessorlar (shu jumladan, avtomobillar uchun maxsus ishlab chiqilgan) narxining keskin pasayishi transport vositalarini MS ga aylantirish uchun sharoit yaratdi. ancha yuqori darajada.
yuqori tezlik yer usti transporti magnit suspenziyada zamonaviy mexatronik tizimning yaxshi namunasidir. Hozirgacha Xitoyda 2002-yil sentabrida dunyodagi yagona tijorat transporti tizimi ishga tushirilgan va Pudong xalqaro aeroportini Shanxay markazi bilan bog‘laydi. Tizim Germaniyada ishlab chiqilgan, ishlab chiqarilgan va sinovdan o'tkazilgan, shundan so'ng vagonlar Xitoyga olib ketilgan. Baland estakadada joylashgan yo'l-yo'riq Xitoyda mahalliy ishlab chiqarilgan. Poyezd 430 km/soat tezlikka erishadi va 34 km masofani 7 daqiqada bosib o‘tadi (maksimal tezlik 600 km/soatga yetishi mumkin). Poyezd yo‘lboshlovchi yo‘l ustida yuradi, yo‘lda ishqalanish yo‘q, harakatga asosiy qarshilikni havo ta’minlaydi. Shuning uchun poezdga aerodinamik shakl berildi, vagonlar orasidagi bo'g'inlar yopiq (5.30-rasm).
Favqulodda elektr ta'minoti uzilib qolganda poezd yo'naltiruvchi yo'lga tushmasligini ta'minlash uchun u kuchli batareyalar bilan jihozlangan, ularning energiyasi poezdni silliq to'xtashga olib keladi.
Elektromagnitlar yordamida harakat paytida poezd va yo'naltiruvchi yo'l orasidagi masofa (15 mm) 2 mm aniqlikda saqlanadi, bu esa maksimal tezlikda ham vagonlarning tebranishini butunlay yo'q qilish imkonini beradi. Qo'llab-quvvatlovchi magnitlarning soni va parametrlari tijorat siri hisoblanadi.
Guruch. 5.30. Maglev poyezdi
Maglev transport tizimi kompyuter tomonidan to'liq boshqariladi, chunki bunday yuqori tezlikda odam paydo bo'lgan vaziyatlarga javob berishga vaqt topolmaydi. Kompyuter shuningdek, poyezdning tezlashishi va sekinlashishini ham boshqaradi, shuningdek, yo‘lning burilishlarini ham hisobga oladi, shuning uchun yo‘lovchilar tezlashganda noqulaylik his etmaydi.
Ta'riflangan transport tizimi yuqori ishonchlilik va harakat jadvalini amalga oshirishda misli ko'rilmagan aniqlik bilan ajralib turadi. Ishlashning dastlabki uch yilida 8 milliondan ortiq yo‘lovchi tashildi.
Bugungi kunga kelib maglev texnologiyasi (G'arbda "magnit levitatsiya" so'zlari uchun ishlatiladigan qisqartma) bo'yicha etakchilar Yaponiya va Germaniyadir. Yaponiyada maglev temir yo'l transporti tezligi bo'yicha jahon rekordini o'rnatdi - soatiga 581 km. Ammo Yaponiya hali rekord o'rnatishdan oldinga siljigani yo'q, poezdlar faqat Yamanashi prefekturasida umumiy uzunligi taxminan 19 km bo'lgan tajriba liniyalari bo'ylab harakatlanadi. Germaniyada maglev texnologiyasi Transrapid tomonidan ishlab chiqilmoqda. Maglevning tijorat versiyasi Germaniyaning o'zida ildiz otgan bo'lsa-da, poezdlar Emslanddagi poligonda dunyoda birinchi marta maglevning tijorat versiyasini Xitoyda muvaffaqiyatli amalga oshirgan Transrapid kompaniyasi tomonidan boshqariladi.
Avtonom boshqaruvga ega allaqachon mavjud bo'lgan transport mexatronik tizimlariga (TMS) misol sifatida biz VisLab robot avtomobilini va Parma universitetining mashinani ko'rish va aqlli tizimlar laboratoriyasini keltirishimiz mumkin.
To'rtta robotlashtirilgan avtomashina avtonom mashinalar uchun Italiyaning Parma shahridan Shanxaygacha misli ko'rilmagan 13 000 kilometr masofani bosib o'tdi. Ushbu tajriba TMC aqlli avtonom haydash tizimi uchun qiyin sinov bo'lishi kerak edi. Uning sinovi shahar tirbandligida, masalan, Moskvada bo'lib o'tdi.
Mikroavtobuslar asosida robot-avtomobillar qurilgan (5.31-rasm). Ular oddiy avtomobillardan nafaqat avtonom boshqaruvda, balki sof elektr tortishda ham farq qilar edi.
Guruch. 5.31. VisLab o'zi boshqariladigan avtomobil
Quyosh panellari TMS tomida muhim uskunalarni quvvatlantirish uchun joylashgan edi: rulni aylantiruvchi va gaz va tormoz pedallarini, shuningdek, mashinaning kompyuter qismlarini bosuvchi robot tizimi. Qolgan energiya sayohat davomida elektr rozetkalari orqali ta'minlangan.
Har bir robot-avtomobil oldida to‘rtta lazerli skaner, oldinga va orqaga qarab ikki juft stereokamera, oldingi “yarim sharda” 180 graduslik ko‘rish maydonini qamrab oluvchi uchta kamera va sun’iy yo‘ldosh navigatsiya tizimi bilan jihozlangan. avtomobilga qaror qabul qilish imkonini beruvchi kompyuterlar va dasturlar.muayyan vaziyatlarda.
Avtonom boshqariladigan mexatronik transport tizimining yana bir misoli Yaponiyaning ZMP kompaniyasining RoboCar MEV-C robotli elektromobilidir (5.32-rasm).
5.32-rasm. Robotik elektromobil RoboCar MEV-C
Ishlab chiqaruvchi ushbu TMSni yanada ilg'or ishlab chiqish uchun mashina sifatida joylashtiradi. Avtonom boshqaruv qurilmasi quyidagi komponentlarni o'z ichiga oladi: stereokamera, 9 o'qli simsiz harakat sensori, GPS moduli, harorat va namlik sensori, lazer masofa o'lchagich, Bluetooth, Wi-Fi va 3G chiplari, shuningdek, CAN protokoli. barcha komponentlarning birgalikdagi ishini muvofiqlashtiradi. RoboCar MEV-C o‘lchamlari 2,3 x 1,0 x 1,6 m, og‘irligi esa 310 kg.
Transport mexatronik tizimining zamonaviy vakili - bu elektr haydovchiga ega engil avtomobillar sinfiga kiruvchi transkuter.
Transkuterlar - bu elektr haydovchi bilan individual foydalanish uchun, asosan, nogironlar uchun mo'ljallangan, o'zgartirilishi mumkin bo'lgan ko'p funktsiyali yer usti transport vositalarining yangi turi (5.33-rasm). Asosiy o'ziga xos xususiyat Boshqa quruqlikdagi transport vositalaridan transkuterning zinapoyadan o'tish qobiliyati va ko'p funktsiyalilik printsipini amalga oshirish va shuning uchun keng diapazonda o'zgaruvchanlik.
Guruch. 5.33. Tashqi ko'rinish"Kanguru" transskuterlar oilasining namunalaridan biri
Transkuterning harakatlantiruvchisi "motor g'ildiragi" tipidagi mexatronik modul asosida ishlab chiqarilgan. Kanguru oilasining transskuterlari tomonidan taqdim etilgan funktsiyalar va shunga mos ravishda konfiguratsiyalar quyidagicha (5.34-rasm):
- "Skuter" - uzun tayanchda yuqori tezlikda harakatlanish;
- "Kreslo" - qisqa tayanchda manevr qilish;
- "Muvozanat" - ikki g'ildirakda giroskopik stabilizatsiya rejimida tik turgan harakat;
- "Yilni-vertikal" - gyro-stabilizatsiya rejimida uchta g'ildirak ustida turgan holda harakatlanish;
- "Jorda" - darhol tik turgan yoki o'tirgan holda yo'l chetidan o'tish ( individual modellar qo'shimcha funktsiyaga ega "Qishabli chekka" - 8 gradusgacha bo'lgan burchak ostida cheklovni engib o'tish);
- "Narvonni yuqoriga ko'tarish" - oldingi zinapoyaning zinapoyalariga ko'tarilish, o'tirish yoki tik turish;
- "Pastga narvon" - o'tirgan holda old tomonda zinapoyadan pastga tushish;
- "Stolda" - past qo'nish, oyoqlari erga.
Guruch. 5.34. Transkuterning asosiy konfiguratsiyasi uning variantlaridan biri misolida
Transkuterda mikroprotsessor boshqaruviga ega o'rtacha 10 ta ixcham yuqori momentli elektr drayvlar mavjud. Barcha drayvlar bir xil turdagi - Hall sensorlarining signallari bilan boshqariladigan DC cho'tkasiz motorlar.
Bunday qurilmalarni boshqarish uchun bort kompyuteri bo'lgan ko'p funktsiyali mikroprotsessorli boshqaruv tizimi (CS) qo'llaniladi. Transkuterni boshqarish tizimining arxitekturasi ikki darajali. Pastki daraja - haydovchining o'ziga texnik xizmat ko'rsatish, yuqori daraja - ma'lum bir dastur (algoritm) bo'yicha drayvlarning muvofiqlashtirilgan ishlashi, tizim va sensorlarning ishlashini tekshirish va nazorat qilish; tashqi interfeys - masofadan kirish. Yuqori darajadagi boshqaruvchi sifatida ( bort kompyuteri) PC/104 formatida ishlab chiqarilgan Advantech kompaniyasining PCM-3350 dan foydalanadi. Quyi darajadagi kontroller sifatida Texas Instruments kompaniyasining elektr motorlarini boshqarish uchun ixtisoslashtirilgan TMS320F2406 mikrokontrolleri. Alohida birliklarning ishlashi uchun mas'ul bo'lgan past darajadagi boshqaruvchilarning umumiy soni 13 tani tashkil etadi: o'nta qo'zg'alish boshqaruvchisi; displeyda ko'rsatilgan ma'lumotlarni ko'rsatish uchun ham javobgar bo'lgan boshqaruv boshi boshqaruvchisi; qoldiq sig'im boshqaruvchisi batareya; batareyani zaryadlash va tushirishni boshqarish moslamasi. Transkuterning bort kompyuteri va periferik kontrollerlar o'rtasida ma'lumotlar almashinuvi tomonidan qo'llab-quvvatlanadi umumiy avtobus CAN interfeysi bilan, bu o'tkazgichlar sonini kamaytiradi va erishadi haqiqiy tezlik ma'lumotlarni uzatish 1 Mbit / s.
Bort kompyuterining vazifalari: elektr drayverlarni boshqarish, rul boshidan xizmat ko'rsatish buyruqlari; batareyaning qoldiq zaryadini hisoblash va ko'rsatish; zinapoyadan yuqoriga ko'tarilish uchun traektoriya muammosini hal qilish; masofaviy kirish imkoniyati. Bort kompyuteri orqali quyidagi individual dasturlar amalga oshiriladi:



1.2-rasm - Mexatronik tizimning tarkibi
Ba'zan tizim dizayn nuqtai nazaridan tubdan yangi bo'lgan komponentlarni o'z ichiga oladi, masalan, an'anaviy rulman agregatlarini almashtiradigan elektromagnit suspenziyalar.
Avtomatlashtirilgan mashinasozlik vazifalariga yo'naltirilgan kompyuter boshqaruviga ega mashinalarning umumlashtirilgan tuzilishini ko'rib chiqaylik.
Ushbu toifadagi mashinalar uchun tashqi muhit - bu turli xil asosiy va yordamchi uskunalar, texnologik jihozlar va ish ob'ektlarini o'z ichiga olgan.