CC BY
13
УДК 004.89
РАЗРАБОТКА РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО СТЕНДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ МОДЕЛИ АРХИТЕКТУРНОГО СООРУЖЕНИЯ
Артем Андреевич Шарапов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант, тел. (953)785-54-99, e-mail: [email protected]
Александр Анатольевич Попов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, обучающийся, тел. (913)954-67-21, e-mail: [email protected]
В статье представлен процесс разработки робототехнического ультразвукового стенда для определения смещений и деформаций модели архитектурного сооружения. Приведена схема его сборки. Определены основные детали, необходимые для функционирования стенда: плата Аrduino UNO, ультразвуковые датчики и крепежные детали. Собран прототип стенда. Приведен пример цикла работы ультразвукового стенда для получения пространственных координат объекта.
Ключевые слова: пространственно-временное состояние объекта, ультразвуковые датчики, облако точек, пространственные координаты.
DEVELOPMENT OF A ROBOTIC ULTRASONIC BENCH FOR DETERMINATION OF DISPLACEMENTS AND DEFORMATIONS OF A MODEL OF ARCHITECTURAL STRUCTURES
Artem A. Sharapov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D. Student, phone: (953)785-54-99, e-mail: [email protected]
Alexandr A. Popov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Student, phone: (913)954-67-21, e-mail: [email protected]
The article presents the process of development of robotic ultrasonic stand for definition of displacements and deformations of an architectural structure model. The scheme of its assembly is given. The main parts necessary for the operation of the stand are determined: Arduino UNO Board, ultrasonic sensors and fasteners. A prototype of the stand was assembled. An example of the cycle of the ultrasonic stand for obtaining the spatial coordinates of the object is given.
Key words: spatiotemporal state of the object, ultrasonic sensors, cloud of points, spatial coordinates.
В настоящее время существует необходимость производить своевременный мониторинг техногенных объектов, таких как ГЭС, ТЭЦ, АЭС. В рамках диссертационных исследований была запланирована разработка ультразвукового стенда для автоматизированного получения координат с модели техногенного объекта.
Целью данной работы является разработка робототехнического ультразву -кового стенда определения смещений и деформаций модели архитектурного сооружения. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- написать программу с использованием сайта tinkercad.com;
- разработать ЭБ-модель;
- на основе написанных программ и созданных ЭБ-моделей разработать ультразвуковой стенд.
Для разработки и программирования электронной схемы использовался сервис Tinkercad. Tinkercad - это онлайн сервис компании Autodesk. Tinkercad уже давно известен как бесплатная среда для обучения ЭБ-моделированию. С ее помощью имеется возможность создавать свои модели и отправлять их на 3D-печать. Совсем недавно Tinkercad получил возможность создания электронных схем и подключения их к симулятору виртуальной платы АМито. На рис. 1 представлена схема, разработанная в сервисе Tinkercad [2, Э, 9].
Рис. 1. Схема в Tinkercad
При создании ЭБ-модели был использован программный продукт Blender. Программа Blender - это пакет для создания трехмерной компьютерной графики. Её используют для ЭБ-моделирования и визуализации. Модель была создана на основе эскизов на бумаге при помощи простейших фигур, которые в дальнейшем обрабатывались различными инструментами из списка модификаций, такими как: Boolean, Bevel и другие (рис. 2, Э) [1, 6, 10].
Рис. 2. Разработанная ЭБ-модель ультразвукового стенда
Рис. 3. Готовая 3Б-модель ультразвукового стенда
Для реализации ультразвукового стенда потребовались следующие ком -поненты:
- плата Arduino UNO;
- 6 ультразвуковых датчиков;
- пластик для 3Б-печати;
- провода, резисторы, крепежные детали и т. д. (рис. 4).
Площадка и подставки под датчики были напечатаны на 3D принтере Альфа1 методом послойного наплавления (FDM). FDM - технология аддитивного производства, широко используемая при создании трехмерных моделей, при прототипировании и в промышленном производстве. Технология FDM подразумевает создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Как правило, в качестве материалов для печати выступают термопластики, поставляемые в виде катушек нитей или прутков.
Рис. 4. Разработанный ультразвуковой стенд
После выполнения поставленных задач экспериментальный стенд был протестирован. Тестирование показало, что все задачи были выполнены, а также стенд выводит значение смещений в различных точках относительно датчиков и выдает эти значения в консоль (рис. 5).
HÜ Serial Monitor
pinMotfel: 44.Tin 113.4cm
pinMode2: 23.3in й0.4ст
pinModfi?: 89 .Tin 227.7 cm
cinMods4: 3G.5in 77.5cm
cinMod^S: 21.Tin 55.0cm
Рис. 5. Значения смещений в различных точках ультразвукового стенда
В результате проделанной работы поставленные задачи были выполнены, а цель достигнута. Разработанный ультразвуковой стенд рекомендуется использовать для отработки методики определения смещений и деформаций объектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Большаков В.Р., Бочков А. Л., Сергеев А. А. 3Б-моделирование в AutoCAD, КОМ-ПАС-3Б, SolidWorks, Inventor, T-Flex: Учебный курс (+DVD). -СПб.: Питер, 2011. -336 с.: ил.
2. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino. - СПб.: БХВ-Петербург, 2012. -256 с. ил - (Электроника)
3. Ревич Ю. В. Занимательная электроника. - 3-е изд., перераб. И доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2015. - 576 с.: ил.
4. Кетков, Юлий Практика программирования: Visual Basic, C++ Builder, Delphi. Самоучитель (+ дискета) / Юлий Кетков, Александр Кетков. - М.: БХВ-Петербург, 2012. - 464 с.
5. Неформальное введение в C++ и Turbo Vision. - Москва: ИЛ, 2010. - 384 с.
6. Климачева, Т.Н. AutoCAD. Техническое черчение и 3Б-моделирование. / Т.Н. Кли-мачева. - СПб.: BHV, 2008. - 912 с.
7. Липпман, С основы программирования на C++; Вильямс - М., 2015. - 256 с.
8. Шагурин, И.И. Современные микроконтроллеры и микропроцессоры / И.И. Шагу-рин. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 952 с.
9. Соммер, У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino / У. Соммер. - СПб.: BHV, 2016. - 256 с.
10. Прахов, А. Blender. 3Б-моделирование и анимация. Руководство для начинающих / А. Прахов. - М. : БХВ-Петербург, 2009. - 272 с.
© А. А. Шарапов, А. А. Попов, 2018
