XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Анализ предметной области и постановка задачи синтеза платформы.

Одной из самых страшных бед известной в России с самых давних времен, является беда, связанная с пожарами. В древней России были широко распространены деревянные строения, и пожары в городах были повсеместной проблемой. Даже литература, изучаемая нами в рамках школьной программы содержит в себе следы этого страшного прошлого, к примеру, “Москва спаленная пожаром, французам отдана”. Современные дома и другие здания уже большей частью не деревянные, но все же пожары происходят и иногда приводят к массовой гибели людей. Все мы помним пресловутую «Хромую лошадь» и совсем недавний случай пожара в торговом центре «Зимняя вишня», оба эти случая сопровождались массовой гибелью граждан, в первую очередь по причине задымления помещений. В этих и многих других случаях пожарные не могли оказать своевременную помощь гибнущим людям в связи с ограничениями, накладываемыми на них как на людей. То есть они также как жертвы пожара должны чем то дышать. Такого рода ограничения при пожаротушениях можно избежать, если использовать робототехнические системы пожаротушения, в частности подвижные мобильные платформы.

В современной экономике получили широкое распространение различного вида робототехнические системы. Для тушения лесных пожаров в нашей стране применяют различные современные мобильные платформы. К примеру, Мобильный робот “Вездеход-ТМ3”, представленный на рисунке 1 [1].

Рис. 1. Общий вид МР “Вездеход-ТМ3”

“Вездеход-ТМ3” относится к роботам сверхлегкого класса, основным назначением которых является визуальная и акустическая разведка местности.

Вторым направлением развития является как раз область связанная с пожаротушением и в этой области также есть современные Российские наработки к примеру мобильный робот “Варан”.

Рис. 2. Мобильный робот “Варан”

Помимо основной системы видеонаблюдения в качестве вспомогательной может быть использована выносная система, доставляемая МР к месту проведения операции [2].

Большой интерес вызывает разработка системы на основе шасси современного танка, такая, к примеру, как бронированный «тяжеловес» на гусеничном ходу способен пройти сквозь огонь.

Рис. 3. Мобильный робот “Ель 10”

С помощью гидравлических клещей-схватов может убирать со своего пути балки, бревна, бетонные шпалы и другие предметы массой до одной тонны [3].Представленный на рисунке 3 комплекс был использован при тушении пожара в мае 2012 года на складах воинской части №96558 в Оренбургской области [4].

Однако, подобной системы решающей задачи в условиях помещений университета на сегодня нет, вместе с тем пожарные ситуации в корпусах ДГТУ уже возникали [5]. Для сбережения жизни и здоровья студентов и преподавателей университета можно использовать в подобных ситуациях подход, описанный нами выше. Для это требуется синтезировать на современной элементной базе с условием выполнения экономической эффективности прототип противопожарной мобильной платформы.

Разработка прототипа мобильной платформы

Наиболее распространёнными являются четырёхколёсные и гусеничные роботы. Однако, в настоящее время большим спросом пользуются двухколесные мобильные платформы. Такого рода решения позволяют упростить конструкцию робота, а так же придать роботу возможность работать в пространствах, где четырёхколёсная конструкция оказывается неработоспособна.

Двухколёсные роботы, как правило, используют гироскоп, для определения угла наклона корпуса робота и выработки управляющего напряжения для приводов робота с целью удержать равновесие и совершать необходимые перемещения. Задача удержания равновесия двухколёсного робота связана с динамикой обращенного маятника. На данный момент, разработано множество подобных «балансирующих» устройств. К таким устройствам можно отнести Сигвей, который может быть использован, как прототип нашей системы[6].

А)	Б)
В)	Г)

Рис. 4. Прототип мобильной платформы

А) Конструкция прототипа., Б) Двигатель., В) Аккумуляторы., Г) Система датчиков

Выбор структуры исполнительной части

Двигатель. На сегодняшний день становится очень популярным вентильный двигатель, принцип работы которого основан на том, что контролер устройства начинает коммутировать обмотки статора. Они очень удобны тем, что можно регулировать момент, который воздействует на прибор.

Достоинства:

- широкий диапазон частоты вращения;

- быстродействие;

- точность позиционирования;

- высокий КПД более 90%;

- большой рабочий ресурс и срок службы;

В связи с этим в качестве основы привода обеспечивающего движение платформы был взят двигатель BLSD-20, представленный на рисунке 4.

Колеса. Современный выбор колес достаточно велик, поэтому можно подобрать колеса с необходимыми свойствами для любых целей. Например, для нашего прототипа были выбраны пневматические колеса, потому что они позволяют достаточно быстро менять площадь контакта колеса с поверхностью, тем самым появляется возможность варьировать задачу поддержания равновесия мобильной платформы [7-9]. Для нашего случая справедливо использование в качестве колесной базы именно пневматических колес как это представлено на рисунке 4.

Аккумулятор. В качестве аккумуляторов были выбраны два последовательно соединенных Литий-ионных аккумулятора, каждый по 18В, представленные на рисунке 4. Данные устройства были выбраны в связи с возможностью быстрой и достаточно легкой зарядки, а также с учетом большой емкости батареи.

Система датчиков

Датчик скорости. Для нашего прототипа был выбран оптический датчик скорости, представленный на рисунке 4, так как его установка не влечет за собой глобальных изменений в конструкции мобильной платформы, ввиду достаточно малого размера устройства, и он поддерживается всеми современными микропроцессорами. Данное устройство путем преобразования импульсов, вызванных светодиодным оптическим излучением, формирует выходной сигнал, пропорциональный скорости вращения колес.

Гироскоп. Так же на мобильную платформу установлен гироскопический датчик, так как одной из главных задач является решение проблемы устойчивости платформы и поддержания равновесия в момент движения.

Процессор. Управление осуществляется на базе Микропроцессор системы Arduino.Любой микроконтроллер этой системы представляет собой простое AVR устройство с уже заготовленной прошивкой..

Заключение и обсуждение результатов. На сегодняшний деньподобных систем управления в ДГТУ нет, однако, будущее в нашем случае, да в случае мирового использования пожарных системы, будет неразрывно связано с эксплуатацией мобильных робототехнических систем. В связи с этим проведенная нами работа представляет большой практический интерес, как возможная основа для синтеза систем управления используемых в образовательных учреждениях в системе предупреждения и тушения пожаров. Вместе с тем это не полностью законченная работа, нам потребуется еще оптимизировать движение платформы и синтезировать систему датчиков определяющих ее положение относительно возможного источника возгорания. Учитывая небольшую стоимость платформы в целом, мы планируем, оснастить ею все корпуса университета, поместив при этом на нее огнетушитель, и за счет этого существенно повысить пожаро - безопасность учебных корпусов нашего университета.

Библиографический список

«Мобильные роботы для обнаружения и уничтожения взрывных устройств». Бюро научно-технической информации. Режим доступа: http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=669&lvl=02.01.02.02.

«Автоматические системы транспортных средств».[Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studref.com/361495/tehnika/mobilnyy_robot_varan

«Роботы специального назначения». [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.mk.ru/editions/daily/2015/12/04/roboty-specialnogo-naznacheniya.html

«Военное обозрение». [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://topwar.ru/15280-v-orenburgskoy-oblasti-proizoshel-pozhar-na-skladah-minoborony.html

«Пожар в донском государственном техническом университете». Комсомольская правда. Режим доступа: https://www.kuban.kp.ru/photo/gallery/17247

Корнилков А. Н., Липатников Н. Г., Хижняков Ю. Н. Разработка системы управления «СЕГВЕЙ» на базе адаптивного нечеткого регулятора //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. – 2016. – №. 19.

Лапшин В. П., Туркин И. А. Алгоритм диагностирования состояния контакта колеса с дорожным покрытием //Автомобильная промышленность. – 2015. – №. 5. – С. 16-20.

Лапшин В. П. Модель связи вертикальных деформаций с возникновением циркуляционных сил в системах «колесо-рельс» //Вестник Донского государственного технического университета. – 2011. – Т. 11. – №. 8-2.

Лапшин В. П., Туркин И. А., Носачёв С. В. Модель связи упруго-вязкого смещения поверхности колеса относительно рельса с тяговыми характеристиками //Вестник Донского государственного технического университета. – 2012. – №. 5 (66).

Код для цитирования: Скопировать