ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

11. Марюхненко В.С., Гурулева М.А. Особенности применения радиолокационных измерителей скорости подвижных объектов железнодорожного транспорта // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 1(108). С. 129-143. EDN VHISPZ.

Яицков Иван Анатольевич, д-р техн. наук, профессор, декан, yia@rgups.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,

Коновалов Павел Юрьевич, старший преподаватель, pashafromru@yandex.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения

A METHOD FOR INCREASING THE ACCURACY OF DETERMINING THE LINEAR SPEED OF ROLLING STOCK BY THE RADAR METHOD

I.A. Yaitskov, P.Y. Konovalov

The paper presents a comparative analysis of methods for determining the linear speed of rolling stock, taking into account various operational factors. It is established that radar measurement methods have an advantage over other methods for various factors, including unfavorable conditions in a wide range of speeds. A radar sensor for determining the linear speed of movement and a layout scheme on the locomotive's axle box are proposed.

Key words: movement speed, locomotive, determination methods, relative slippage, radar method, doppler effect.

Yaitskov Ivan Anatolevich, doctor of technical sciences, professor, dean, yia@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,

KonovalovPavel Yurievich, senior lecturer, pasha_konoval@fromru.com, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University

УДК 681.518.2

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-596-597

ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ОДНОКОВШОВОГО

ЭКСКАВАТОРА

А.Б. Летопольский, В.А. Мещеряков, И.А. Тетерина, Д.И. Николаев

В статье представлено описание программного продукта, предназначенного для визуализации движений и расчета декартовых координат элементов рабочего оборудования экскаватора. Разработанный программный продукт дает возможность моделировать рабочие движения элементов оборудования одноковшового экскаватора. Программа позволяет отображать траектории режущей кромки ковша и сравнивать их с облаком точек реального трехмерного профиля обработанной грунтовой поверхности. В статье отражен фрагмент программного кода продукта и представлена структура дерева связей лежащего в его основе.

Ключевые слова: экскаватор, рабочий орган, система управления, строительно-дорожная машина.

Создание интеллектуальных систем автоматического управления рабочим оборудованием для любого класса строительно-дорожных машин требует от разработчиков создания соответствующего программного обеспечения, которое может состоять из целого комплекса взаимосвязанных между собой подпрограмм [1,2]. В рамках

596

реализации научного проекта «Принципы и методы нейросетевой идентификации и интеллектуального управления рабочим оборудованием строительных машин» цель которого - выявление новых закономерностей в процессах управления машинами и разработка новых методов идентификации и синтеза систем управления, был разработан программный продукт, позволяющий рассчитывать и визуализировать траектории движения режущей кромки ковша, а затем сравнивать их с облаком точек реального трехмерного профиля обработанной грунтовой поверхности [3].

Программа представлена на языке программирования Python 3.7 на основе фреймворка ROS (Robot Operating System) и функционирует в операционной системе Linux (Ubuntu 20.04 и выше). Система сборки Robot Operating System - catkin [4,5].

Входными данными для моделирования движений являются экспериментально измеренные численные значения углов поворота платформы, стрелы, рукояти и ковша в определенные моменты времени [6]. Такие данные хранятся в csv-файлах, которые могут быть изменены пользователем.

Выходными данными являются вычисленные положение и ориентация локальных систем координат режущей кромки ковша в глобальной системе координат (модификация программы позволяет получить данные также для шарниров крепления ковша и рукояти) [6].

Программный продукт позволяет получать все существующие в модели системы координат, с их начальными координатами в глобальной системе координат, осями поворота (координаты радиус-векторов в локальной системе координат) и ограничениями в повороте осей [7].

На рис. 1 представлено дерево связей, представляющее собой скелет разработанного программного продукта.

Broadcaster /robot_state^publisher Average rate: 10.99B Buffer length; 1.0

Host recent transform: 1671711901.861 Oldest transform: 1671711900.861

platform_l

Broadcaster: /robot_state_publlsher Average rate: loooo о Buffer length г 0.0 Host recent transform: 0.0 Oldest transform; 0.0

Broadcaster: /robot_state_publlsher Average rate: 10.998 Buffer length: 1.0

Most recent transform: 1671711901.861 Oldest transform: 1671711900.861

Broadcaster: /robot_state_publlsher Average rate: 10.998 Buffer length: 1.0

Most recent transform: 1671711901.861 Oldest transform; 1671711900.861

Broadcaster: /robot_state_publisher Average rate: 10.998 Buffer length: 1.0

Most recent transform: 1671711901.861 Oldest transform; 1671711900.861

Broadcaster: /robot_stBte_publisher Average rate: 10000.0 Buffer length: o.O Most recent transform; 0.0 Oldest transform: 0.0

(^kovshjJT^

Рис. 1 Структура дерева связей звеньев

Как выглядит дерево связей в результате трехмерного моделирования можно увидеть на рис. 2.

Рис. 2. Визуализация дерева связей

Модель запускается в ROS c помощью запуска файла display.launch через утилиту roslaunch. С помощью Rviz и joint_state_publisher_gui визуально проверяется корректность работы шарниров и направления их осей поворота.

Визуализация работы программного продукта в Rviz представлена на рис. 3.

Рис. 3. Визуализация модели экскаватора в Rviz

Углы поворота шарниров моделей задаются с помощью сообщений sensor_msgs.JointStage, в локальных системах координат от начального положения в указанной оси [8]. Положение звеньев рассчитываются с помощью модуля robot_state_publisher решающего прямую задачу кинематики для заданной в URDF модели и возвращающий положение звеньев с помощью модуля TF [9,10].

На рис. 4 представлен элемент программного кода, отражающий элемент модели, отвечающий за моделирование элементов рабочего оборудования в пространстве.

В общем виде разработанный программный продукт является частью программно-аппаратного комплекса, направленного на получение большого объема экспериментальных данных, достаточного для создания модели кинематики строительно-дорожной машины.

<?хт1 уегеюп="1.0"?>

<гоЬо1 xm1ns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="excav_model">

<xacro:inc1ude £Иепате = "$(find excav_model_description)/urdf/excav_model.xacro" /> <Нпк пате="w orld" />

<1шк name="t1"/> <1ink name="t2"/> <1шк name="t3"/> <1ink name="t4"/> <1ink name="t1_2"/> <1ink name="t2_2"/> <1ink name="t3_2"/> <1ink name="t4_2"/> <1ink name="excav_pos"/>

<joint name="t1_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1тк='Ч1"/> <origin xyz="0 0 0" гру="0 0 0"/>

<axis xyz="0 0 0"/> </joint>

<joint name="t2_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1ink="t2"/>

<origin xyz="-0.16 2.03 0" rpy="0 0 0"/>

<axis xyz="0 0 0"/> </joint>

<joint name="t3_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1ink="t3"/>

<origin xyz="4.77 2.067 0" rpy="0 0 0"/> <axis xyz="0 0 0"/>

<joint name="t4_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1ink="t4"/>

<origin xyz="4.93 0.067 0" Фу="0 0 0"/> <axis xyz="0 0 0"/> </joint>

<joint name="t1_2_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <сЫЫ 1ink="t1_2"/> <origin xyz="0 0 -1.6" ФУ="0 0 0"/> <axis xyz="0 0 0"/> </joint>

<joint name="t2_2_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1ink="t2_2"/>

<origin xyz="-0.16 2.03 -1.6" rpy="0 0 0"/>

<axis xyz="0 0 0"/> </joint>

<joint name="t3_2_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1ink="t3_2"/>

<origin xyz="4.77 2.067 -1.6" rpy="0 0 0"/>

<axis xyz="0 0 0"/> </joint>

<joint name="t4_2_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1ink="t4_2"/>

<origin xyz="4.93 0.067 -1.6" rpy="0 0 0"/> <axis xyz="0 0 0"/>

<joint name="excav_pos_joint" type="fixed"> <parent 1ink="world"/> <chi1d 1ink="excav_pos"/> <origin xyz="6.9 0.52 0" ФУ="0 0 0"/> <axis xyz="0 0 0"/> </joint>

<joint name="blc" type="fixed"> <parent 1ink="excav_pos" /> <сЫЫ 1ink="base_llnk" /> <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 3.14" />

</joint> </robot>

Рис. 4. Фрагмент программного кода продукта

Программа позволяет моделировать рабочие условия при разработке траншеи и разрабатывать интеллектуальные системы автономного управления рабочим оборудованием для целого ряда строительно-дорожных машин.

Список литературы

1. Определение устойчивости экскаватора при демонтаже трубопровода / Ле-топольский А.Б., Тетерина И.А. // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые, мелиоративные машины и робототехнические комплексы. Сборник статей 26-ой Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. 2022. С. 434-438.

2. A Neural Network Based Sliding Mode Control for Tracking Performance with Parameters Variation of a 3-DOF Manipulator / Truong H-V-A, Tran D-T, Ahn KK. // Applied Sciences. 2019. Vol. 9(10). P. 2023. DOI: 10.3390/app9102023

3. Шляховой В. Системы интеллектуального управления экскаваторов // Основные средства. 2016. №12. [Электронный ресурс] URL: https://os1.ru/articles?date=2016-12 (дата обращения: 25.07.2023).

4. Мещеряков В.А. Адаптивное управление рабочими процессами землеройно-транспортных машин: Дис. доктора техн. наук. Омск, Сиб. автомобил.-дорож. акад. (СибАДИ), 2007. 306 с.

5. Challenges, tasks, and opportunities in teleoperation of excavator toward human-in-the-loop construction automation / Lee J.S., Ham Y., Park H., Kim J. // Automation in Construction. 2022. Vol. 135, P. 104119. DOI: 10.1016/j.autcon.2021.104119.

6. Мещеряков В.А., Летопольский А.Б., Николаев Д.И., Тетерина И.А. Цифровые технологии автоматизированного сбора экспериментальных данных о рабочем процессе экскаватора // Автоматизация в промышленности. 2023. №2. С. 18-20.

7. Autonomous Free-Form Trenching Using a Walking Excavator / Jud D., Leemann P., Kerscher S. and Hutter M. // IEEE Robotics and Automation Letters. 2019. Vol. 4. No. 4. Pp. 3208-3215. DOI: 10.1109/LRA.2019.2925758.

8. Sosa-León V.A.L., Schwering A. Evaluating Automatic Body Orientation Detection for Indoor Location from Skeleton Tracking Data to Detect Socially Occupied Spaces Using the Kinect v2, Azure Kinect and Zed 2i // Sensors. 2022. Vol. 22(10). P. 3798. DOI: 10.3390/s22103798.

9. Mittal S.A. Survey on optimized implementation of deep learning models on the NVIDIA Jetson platform // Journal of Systems Architecture. V. 97. 2019. P. 428-442. DOI: 10.1016/j.sysarc.2019.01.011.

10. Barber C.B., Dobkin D.P., Huhdanpaa H. The quickhull algorithm for convex hulls // ACM Trans. Math. Softw. 1996. Vol. 22 (4). P. 469-483. DOI: 10.1145/235815.235821.

Мещеряков Виталий Александрович, д-р техн. наук, профессор, meshcherya-kov_va@sibadi.org, Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ),

Летопольский Антон Борисович, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, antoooon-85@mail.ru, Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ),

Тетерина Ирина Алексеевна, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Iateterina@,mail.ru, Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ),

Николаев Данил Игоревич, студент, danilO 111@.hotmail.com, Россия, Омск, Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)

600

SOFTWARE PRODUCT FOR DETERMINATION OF THE POSITION AND VISUALIZATION OF THE WORKING EQUIPMENT OF A SINGLE BUCKET EXCAVATOR

A.B. Letopolsky, V.A. Meshcheryakov, I.A. Teterina, D.I. Nikolaev

The article presents a description of a software product designed to visualize movements and calculate the Cartesian coordinates of the elements of the working equipment of an excavator. The developed software product makes it possible to simulate the working movements of the equipment elements of a single-bucket excavator. The program allows you to display the trajectories of the cutting edge of the bucket and compare them with a cloud of points of a real three-dimensional profile of the processed soil surface. The article reflects a fragment of the program code of the product and presents the structure of the relation tree underlying it.

Key words: excavator, working body, control system, road construction machine.

Meshcheryakov Vitalii Aleksandrovich, doctor of technical sciences, professor, meshcheryakov_va@sibadi. org, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway University,

Letopolsky Anton Borisovich, candidate of technical sciences, docent, head of department, antoooon-85@mail.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway University,

Teterina Irina Alekseevna, candidate of technical sciences, senior researcher, Iateterina@mail.ru, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway University,

Nikolaev Danil Igorevich, student, danil0111@hotmail.com, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway University

УДК 534.231.2

DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-601-602

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ОТ АВТОТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА

А.Е. Шашурин, В.А. Васильев

В статье описан алгоритм расчета ожидаемого звукового поля от автотранспортного потока различной конфигурации на примагистральной территории и территории, прилегающей к фасаду. Представлен алгоритм разбиения линейного источника на серию эквивалентных точечных и пересчет уровней звуковой мощности при переходе от линейного к точечному. Приведены выводы формул, на основе развития теории волновой акустики, используемых для расчета звукового поля для различных расчетных схем. Представлены результаты сравнения предложенной методики с результатами расчетов по методу конечных элементов и результатов натурных измерений.

Ключевые слова: автотранспортный шум, звуковое поле, оценка воздействия.

Шум является широко распространенным фактором загрязнения окружающей среды, который отрицательно влияет на здоровье и благополучие населения. Хотя источниками акустического воздействия являются многие виды человеческой деятельности, наиболее распространенными источниками являются транспортные средства, включающие автомобильный, железнодорожный и авиационный транспорт.

601