CC BY
22
Key words: transport system assembly department, structural andparametric synthesis, genetic algorithm, given the cost-ary imitation modeling.
Shaforost Aleksandr Nikolaevich, assistant, shaforost@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.865.8
РОБОТ ДЛЯ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ ДОРОГИ
Е.В. Поезжаева, Н.К. Иванов, И.Э. Шаякбаров
В условиях современного мира человечество нуждается в альтернативных источниках энергии. Такую энергию можно получить из солнца с помощью специальных покрытий. Предлагается конструкция дороги для поглощения солнечной энергии с помощью фотовольтаических пластин и контроль качества данного покрытия с помощью робота.
Ключевые слова: дорога, покрытие, робот, диагностика, моделирование.
В современном мире одной из важнейших задач является защита окружающей среды. Одним из направлений является рациональное использование энергетических ресурсов и их замена на альтернативные источники. Одним из таких источников является солнце. Оно дает достаточно световой энергии, которую можно переделать в другой вид энергии. Но необходимо собрать данную энергию, и для этого проектируется дорога с покрытием, способным поглощать световую энергию солнца и трансформировать её в электрическую. Эти покрытия получили названия фотоволь-таические (рис. 1).
Рис. 1. Участок дороги из фотовольтаических пластин
123
Автодороги, снабженные фотовольтаичным покрытием, могут дать новый источник возобновляемой электроэнергии. Принцип работы этого дорожного полотна тот же, что и у фотоэлементов, которые устанавливают на солнечных батареях. Только покрытие для дорог делают не из стекла, а из специального прочного пластика. Обычные фотоэлементы очень хрупкие, но 7-ми миллиметровое покрытие для дорог должно работать при интенсивном автомобильном потоке в разных погодных условиях и выдерживать любое транспортное средство.
Революционная дорога позволит установить в городах дополнительное дешевое освещение, обеспечить электричеством не только расположенные в труднодоступных зонах поселки, но и наладить там промышленное производство небольшого масштаба (рис. 2).
Рис. 2. Фотовольтаическое покрытие территории парковки
Фотоэлементы встраиваются в многослойную подложку и собирают солнечную энергию с помощью тонкой пленки поликристаллического кремния, позволяющие производить электроэнергию. На нижней стороне панели установлено устройство связи с боковым модулем, в котором находятся электрические компоненты безопасности. Данное покрытие имеет длительный срок службы [1].
Система механизмов рассматривается для будущего развития фото-вольтаических дорог и должна систематизировать информацию о состоянии покрытия и необходимости его технического обслуживания. Уникальность такой дороги состоит в производстве электроэнергии и передаче её на подзарядку двигателя АТС (рис. 3).
124
Рис. 3. Подзарядка АТС
Важность операционного контроля обуславливает возможность коррекции к повышению качества производства работ и срока службы автомобильной дороги. В частности, решим проблему контроля качества готового дорожного покрытия определением соответствия свойств пластика требованиям стандартов, определения фактической толщины покрытия и прочности сцепления слоев.
Предлагается за основу взять робот со следящей системой для проверки дорожного полотна. Предполагается размещение сервомеханизма, который даёт информацию о действительном положении фотовольтаиче-ского покрытия дороги.
Звено манипулятора, прикрепленное к платформе, снабжено видеокамерами и специальным рабочим органом, которым может произвести сканирование некоторого участка дорожного покрытия. Оно приводится в движение электрическим приводом в заранее запрограммированной последовательности движений под управлением контроллера (управляющего устройства), который основан на микропроцессоре. Для предполагаемого робота, который будет эксплуатироваться в достаточно простых по проходимости условиях, наиболее выгодно использовать четырехколесную платформу. Мини-лаборатория, выполняющая главную задачу робота, включает в себя:
плотномер пластика, для определения коэффициента уплотнения и степени плотности верхнего слоя дороги;
приспособление для определения шероховатости дорожных покрытий;
прибор для измерения толщины слоев дорожного покрытия.
125
Основываясь на встроенной базе данных, робот определяет соответствие качества данного дорожного покрытия. Результаты исследования предлагается записывать на твердотельный накопитель с помощью какого-либо микропроцессора. В связи со сложностью и существенной нелинейностью динамических характеристик манипуляционного робота проблема оптимального контурного управления такой системой является чрезвычайно трудной. Задача упрощается при ее решении в два этапа. На первом этапе до начала движения осуществляется планирование оптимальной траектории движения по фотовольтаическому покрытию дороги как функции времени, а на втором, в реальном времени, осуществляется отслеживание полученного движения. Для того, чтобы робот мог достаточно точно отследить сформированную траекторию, на этапе планирования необходимо располагать точным значением динамики манипуляционной системы. Однако, на практике инерционные характеристики объекта манипулирования часто бывают неизвестны.
Динамика манипуляционного робота в тензорных обозначениях может быть описана уравнением [1]
Щ = ]цЧ* + СцкЧ]Чк + + Чь (1)
где щ - 1-я обобщенная сила, qi - /-я обобщенная координата, /¿;- - матрица инерции, ^¿у - матрица вязкого трения, - массив кориолисовых коэффициентов, определяемый выражением
Матрица инерции /¿у, массив кориолисовых коэффициентов являются функциями положения манипулятора и матрицы псевдоинерции объекта манипулирования, включающей в себя массу, первые и вторые моменты объекта моделирования.
Желаемая геометрическая траектория задается в конфигурационном пространстве в параметрической форме, т. е. все координаты ц1, характеризующие перемещения в степенях подвижности манипулятора, выражаются через единственный параметр Я:
qi =/£(Я),0 <Я<Ятах. (3)
При такой форме представления появляется возможность выразить положения, скорости и ускорения в степенях подвижности через параметр Я и его производные по времени. Подставляя эти соотношения в уравнение динамики (1), можно получить
где 11 = Х- псевдоскорость.
Если объект манипулирования имеет некоторую номинальную матрицу псевдоинерции 1Ы, то уравнение (4) можно представить в форме
щ = + (¿¿¿.Ш2 + Ъ(Х)11 + ЗД,/*), (5)
где
_hjON)dfii 1 dX
= 1ц(Ш2Г | cijk{iN)df df
1 dX2 dX dX'
Если инерционные характеристики объекта манипулирования отличаются от нормальных, то возмущённое уравнение динамики можно представить в виде
и[ = (А, IN + AIN)fi + Qt(X, IN + AIN)ß2 + Rt(X)ß + 5i(A, IN + AIN). (6)
Для того, чтобы требуемые моменты не превысили возможностей приводов, нужно выбрать такие /i и /i, что при отклонениях AIN в известных пределах величина момента и[, определенного выражением (6). Остается реализуемой, т. е.
ufn (X, /¿) < и[ < и™ах (X, /¿). (7)
Также могут быть наложены ограничения на скорость изменения этого момента, как функции положения, скоростей и ускорений
\Щ\ = I F(q,q,q)\<Kit (8)
где F: RN ■ RN ■ RN -> R; Kt - константа.
Способ формирования податливого движения основан на изменении жесткости схвата манипулятора. Соответствующая концепция управления учитывает жесткость манипулятора в виде матрицы сил, воздействующих на схват при отклонении его от номинального положения. Стабилизация инерционных сил производится специальной системой [2].
Спроектированная модель робота обеспечивает высокий контроль точности и прочности фотовольтаического покрытия дороги. Таким образом, рассматривается система, позволяющая проектировать дороги, которые придут на смену асфальтобетонным и с помощью которых будет возможно более эффективно управлять трафиком.
Список литературы
1. Официальный сайт компании Wattway [Электронный ресурс] URL: http://www.wattwaybycolas.com (дата обращения 21.11.2016).
2. Поезжаева Е.В., Васенин A.C., Шумков А.Г. Роботизация обслуживания лакокрасочного покрытия // Молодой ученый, 2016. С. 194 - 196.
Поезжаева Елена Вячеславовна, канд. техн. наук, проф., nikitaiva-nov59(q),mail.ги, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Иванов Никита Константинович, студент, nikitaivanov59(q),mail. ги, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
127
Шаякбаров Ильнур Эльмарович, студент, schayakbaroff.iln@,yandex.com, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
THE ROBOT FOR THE FOTOVOLTAICHESKY ROAD SURFACING E. V. Poezzhaeva, N.K. Ivanov, I.E. Shayakbarov
In the conditions of the modern world the mankind needs alternative energy sources. Such energy can be received from the sun by means of special coverings. In this article the structure of the road for absorption of solar energy with the help the fotovoltaicheskikh of plates and quality control of this covering by means of the robot is offered.
Key words: road, covering, robot, preliminary treatment, modeling.
Poezzhayeva Elena Vyacheslavovna, candidate of technical sciences, docent, nikitai-vanov59@mail. ru, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm,
Ivanov Nikita Konstantinovich, student, nikitaivanov59@mail. ru, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm,
Shayakbarov Ilnur Elmarovich, student, schayakbaroff.iln@yandex. com, Russia, Perm, State National Research Polytechnical University of Perm
УДК.621.873.25
ОЦЕНКА ДИАПАЗОНА ПРИМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ ПРИ КОНТРОЛЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО РЕСУРСА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
П. А. Сорокин, В.К. Ушаков
Рассмотрена возможность применения оптических методов для контроля усталостной поврежденности металлоконструкций.
Ключевые слова: усталостное повреждение, оптическая рефлектометрия.
В процессе эксплуатации боковые рамы и надрессорные балки испытывают статические и динамические вертикальные и продольные нагрузки, воздействие крутящего момента при прохождении вагонов криволинейных участков пути. Следует учитывать, что основная часть динамических вертикальных нагрузок носит циклический характер, и усталостная прочность боковых рам является основной характеристикой их эксплуатационной надежности, то есть напрямую влияет на безопасность движения поездов. В боковых рамах усталостные трещины чаще всего возникают в зоне надбуксового проема и его наружных углах [1].
128
