Электробалластер (electric ballasting machine) | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Поезжаева Е. В., Юртаев Р. И., Чудинов В. А. Электробалластер (electric ballasting machine) // Молодой ученый. — 2015. — №13. — С. 174-178. — URL https://moluch.ru/archive/93/20710/ (дата обращения: 24.10.2018).

Роботы широко используются во всех отраслях промышленного производства, в домашних условиях и в сельском хозяйстве, выполняя большое количество разнообразных функций.

Роботы используются и в железнодорожной отрасли. Именно на создание робота, используемого на железной дороге, направлена наша работа.

В наше время поиск дефектов на железных дорогах очень важен, в первую очередь для безопасности передвижения поезда, целостности грузов и пассажиров.

Обнаружить такие неисправности сложно, и не всегда получается сделать это вовремя. Предлагаемый нами робот — электробалластер направлен на устранение дефектов. Он способен поставить железнодорожные пути на балластное основание при выполнении работ по строительству и техническому обслуживанию пути, проходя по ним.

Задача такого робота за короткое время выполнить дозировку балласта, предварительно выгруженного вдоль пути; срезать балласт у торцов шпал; сделать планировку откосов и междупутных зон призмы; поднять путевые решетки на формируемый балластный слой.

Конструкция электробалластера ЭЛБ-3М (Рис. 1):

расстояние между тележками 7 и 15: 30,2 м; грузоподъемность электромагнитного подъемника 440 кН; ход механизма подъема составляет 450 мм; усилена конструкция дозатора, повышенная маневренность; рельсовые и шпальные щетки снабжены электроприводом; применена четырехосная тележка.

Электробалластер ЭЛБ-3М состоит также из двух шарнирно сочлененных ферм 9 (ферма № 1) и 17 (ферма № 2), на которых смонтированы все рабочие органы. Ферма № 2 опирается на двухосную тележку (18) и четырехосную тележку (15), а ферма № 1 — на двухосную тележку (7) и междуферменный шарнир (14).

На ферме № 1 расположены кронштейн междуферменного шарнира (14), электромагнитный подъемник (13), балластерные рамы (12), механизмы сдвига пути // и подъема пути (4). У электромагнитного подъемника имеются рельсовые захваты (10), предназначенные для страховочного удержания поднятой путевой решетки при зарядке струнок n подъемке мостов. Перед тележкой № 1 установлены шпальные n рельсовые щетки (8). В хозяйственной будке (6) хранится инструмент для обслуживания механизмов электробалластера и ухода за ними. На центральном посту управления 3 находятся приборы и аппараты для управления электромагнитным подъемником и балластерными рамами

На ферме № 2 расположены кронштейн междуфермениого шарнира (14), дозатор двустороннего действия (16), машинное отделение / и пост (2) управления дозатором. Вдоль обеих ферм установлены перила (5).

Рис.1

 

Благодаря наличию дифференциала поворотами робота можно управлять, изменяя скорость ω1 вращение правой полуоси: при ω1< ω2 робот поворачивает направо, при ω12 -налево. Если обычно энергия подводится к двум полуосям независимо, то в данной конструкции подвод энергии осуществлен не к левой полуоси, а к внешнему зубчатому колесу.

Это позволяет сохранить неименной величину ω2, что приводит к более равномерному движению робота.

Рис. 2.

 

Для проведения автономного робота без столкновений с препятствиями в основу управления положен принцип «отталкивания» его от препятствий. Воображаемая «сила отталкивания» обратна расстоянию до препятствия, стремясь к бесконечности при приближении к нему в плоть до касания. Закон управления описывается следующими формулами(см. рис. 2):

 (1) , (2)

Где положительные действительные величины К и n служат параметрами управления,  и — единичные векторы в направлении оси z и скорости v соответственно, Г момент вращения относительно вертикальной оси робота, - нормальный «радиус» робота (размер зоны безопасности),  — потенциал фиктивного поля, обеспечивающего «отталкивание» от препятствий.

Таким образом, перемещаясь в воображаемом потенциальном поле, робот поворачивает направо при Г < 0 и налево при Г > 0.

Если обозначить 𝙙𝔁=𝙙𝒔𝜽, 𝙙𝒚=𝙙𝒔cos𝜽, (3) то можно записать = ()

где b расстояние между ведущими колесами робота, считая радиус кривизны левого поворота положительным, а правого — отрицательным.

Подстановка последнего выражения в управление (1) дает

Г=/R, (4)

откуда с учетом соотношения 𝘥𝘴=-𝘙𝘥𝛳 следует 𝙙𝚹/𝙙𝙨 = -((5)

Траектория движения робота получается из совместного решения уравнений (1), (2), (3)и (5).

 Пусть, например, имеется прямой бесконечный коридор между двумя стенами. идеальная траектория, определяемая из уравнений (3) и (5) при Г=0, параллельна стенкам и лежит на расстоянии по нормали от правой стенки и на расстоянии  от левой стенки.

Рис.3

 

 
В обозначениях рис.3 можно описать движение робота после того, как он по какой-либо причине отклонится от идеальной траектории. Предельные углы α1 и α2 двух стенок определяются соотношениями

Рис.5

 

 

Рис.4

 

 

, =(+𝑥)/𝜌, (6)

где 𝜌 — диапазон действия сенсорной системы.

Исходя из (1) и (2), можно записать

    (7)

Рис. 3.

 

Численное решение системы (3), (5) с учетом (7) согласуется с оценками, вытекающими из теории малых возмущений. В приложении к статье приведены громоздкие выкладки. получающиеся при перемещении этой теории к выражению (7). В результате этих выкладок для случая малых отклонений, когда можно считать величины /𝑤1, 𝜃, / 𝑤1 и 𝑤1/𝜌 малыми, получается отношение

Г=2C , (8)

Где К1К2=C,

=  и⋀(p)=.

Переход к независимой переменной y с учетом равенства 𝘥𝘹/𝘥𝘺 =tg дает

C (9)

При <<1 можно получить следующее линеаризованное решение:

x =exp (10)

=exp (11)

где параметры  и k определяются отношениями =2C, =-2(n+1)⋀(n).

Из последнего уравнения видно, что при

С/b<(n+2) ⋀(n) (12) kявляется мнимой величиной.

Если, например, положить =0,1,  n=1 (т. е. ⋀(n) = 1), то траекторией для =2,4,8 примут вид, показанный на рис. 4, который демонстрирует, что при мнимом k(для =2) возврат к идеальному маршруту происходит хуже, чем при действительном (для =8) и при нулевом (для =4) значениях k.

Рис.5

 

При выборе параметров К и n закона управления (1)-(2) целесообразно воспользоваться следующими соображениями:

а) поскольку величина момента Г обратно пропорциональна , т. е. влияние препятствия экспоненциально затухает с расстоянием, желательно уменьшать , чтобы робот не был слишком «близоруким»;

б) коэффициент К следует выбирать малым, чтобы предотвратить возникновение слишком больших центробежных сил при резких поворотах;

в) желательно избегать мнимых значений k(см. рис.4)-это определяет ограничения снизу на величину К и с учетом неравенства (12) требует малых значений ;

г) очень важно упростить расчетные формулы с целью ускорения вычислений.

В соответствии с этим обычно выбирают значения , равные 1 или 2, и k=0. При этом уравнение (10) и (11) сводятся к виду

= exp  exp,

где =2()⋀ (n).

Рис. 4.

 

Для иллюстрации описанного метода управления движением робота в «потенциальном поле» приведены результаты машинного моделирования двух задач предотвращения столкновения мобильных роботов с препятствиями. Первая возникает при движении двух мобильных роботов на встречу друг другу в длинном узком коридоре с параллельными стенками. Вторая соответствует резкому повороту робота в Г-образном коридоре. В обоих случаях расположение стенок роботам априорно неизвестно, а расстояние до препятствий роботы определяют с помощью своих сенсорных систем.

На рис. 5 показаны траектории, полученные при модельном решении первой задачи в предположении, что роботу предложен формулами одинаковый и идеальный маршрут каждого из них в отдельности соответствуют значениям . Диапазон действия сенсоров роботов р=6; параметры управления  и

Решение второй задачи демонстрируется на рис.6, где принято , р=6, /b=9. Видно, что поворот робота происходит по достаточно плавной траектории.

Рис. 5.

Рис.5

 

Рис.6

 
 

Вывод

Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию.

Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, которое позволило объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированные производственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежит будущее.

 

Литература:

 

1.                  Поезжаева Е. В. Промышленные роботы: учебное пособие:в 3 ч.:Часть 2. Пермь Изд-во Пермского гос.техн.ун-та. 2009г. 185 с.с илл.

2.                  «Балластировочные, щебнеочистительные машины и хоппер — дозаторы» Соломонов С. А. М.: Транспорт, 1991. 336 с.

Основные термины (генерируются автоматически): робот, электромагнитный подъемник, ферма, движение робота, четырехосная тележка, междуферменный шарнир, идеальный маршрут, идеальная траектория, двухосная тележка, параметр управления.


Похожие статьи

Управление движением автономного мобильного робота...

Картография необходима для запоминания пройденного маршрута, планирования траектории в обход статических препятствий, слежения за динамическими объектами и т. д

Математическая модель для определения координат и управления движением мобильного робота.

Компьютерная модель для лабораторной работы...

Разработчик систем управления роботами должен уметь оптимизировать выбранные параметры движения, поэтому в настоящей статье предложена компьютерная модель, позволяющая задавать опорные точки и строить траекторию движения робота в...

Ориентация робота в условиях коридорной местности

Определены пути дальнейшей модернизации данного робота, в том числе при его реализации в качестве автономного или телеуправляемого подводного аппарата. В университете перед нами была поставлена задача движения робота по коридору.

Обзор систем управления приводом складских транспортных...

Ключевые слова: складские роботы, система управления электроприводом, автоматизированный склад, система управления

Мобильный складской робот осуществляет функции подъема грузов на стеллажи и их спуска, а также их перемещения.

Малогабаритный робот для транспортировки инструмента...

В ходовой платформе используется сравнительно новый принцип синхронного привода и управления всеми колесами.

С помощью этой аппаратуры транспортный робот запоминает при обучении фактическую траекторию движения, по которой он затем перемещается.

Требования по обеспечению живучести и общей...

– токсичных и дурнопахнущих веществ (токсикологической безопасности). – электрических, магнитных, электромагнитных полей

Требования по взрывобезопасности ипожаробезопасности комплекса. На пунктах управления, спуска и подъема, и особенно, при...

Обзор и перспективы развития мобильных шагающих...

Ключевые слова: мобильные роботы, шагающие роботы, система управления шагающего робота.

Однако простое копирование алгоритмов и траекторий движения конечностей недостаточно для того чтобы обеспечить движение робота по сложному рельефу.

Моделирование полета квадрокоптера в среде SolidWorks Motion

Рис. 1. Задача 1. Траектория подъема квадрокоптера на заданную высоту (a), скорость движения (б), ускорение движения (б).

1. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Управление параметрами полета квадрокоптера при...

Управление движением автономного мобильного робота...

Картография необходима для запоминания пройденного маршрута, планирования траектории в обход статических препятствий, слежения за динамическими объектами и т. д

Математическая модель для определения координат и управления движением мобильного робота.

Компьютерная модель для лабораторной работы...

Разработчик систем управления роботами должен уметь оптимизировать выбранные параметры движения, поэтому в настоящей статье предложена компьютерная модель, позволяющая задавать опорные точки и строить траекторию движения робота в...

Ориентация робота в условиях коридорной местности

Определены пути дальнейшей модернизации данного робота, в том числе при его реализации в качестве автономного или телеуправляемого подводного аппарата. В университете перед нами была поставлена задача движения робота по коридору.

Обзор систем управления приводом складских транспортных...

Ключевые слова: складские роботы, система управления электроприводом, автоматизированный склад, система управления

Мобильный складской робот осуществляет функции подъема грузов на стеллажи и их спуска, а также их перемещения.

Малогабаритный робот для транспортировки инструмента...

В ходовой платформе используется сравнительно новый принцип синхронного привода и управления всеми колесами.

С помощью этой аппаратуры транспортный робот запоминает при обучении фактическую траекторию движения, по которой он затем перемещается.

Требования по обеспечению живучести и общей...

– токсичных и дурнопахнущих веществ (токсикологической безопасности). – электрических, магнитных, электромагнитных полей

Требования по взрывобезопасности ипожаробезопасности комплекса. На пунктах управления, спуска и подъема, и особенно, при...

Обзор и перспективы развития мобильных шагающих...

Ключевые слова: мобильные роботы, шагающие роботы, система управления шагающего робота.

Однако простое копирование алгоритмов и траекторий движения конечностей недостаточно для того чтобы обеспечить движение робота по сложному рельефу.

Моделирование полета квадрокоптера в среде SolidWorks Motion

Рис. 1. Задача 1. Траектория подъема квадрокоптера на заданную высоту (a), скорость движения (б), ускорение движения (б).

1. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Управление параметрами полета квадрокоптера при...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Управление движением автономного мобильного робота...

Картография необходима для запоминания пройденного маршрута, планирования траектории в обход статических препятствий, слежения за динамическими объектами и т. д

Математическая модель для определения координат и управления движением мобильного робота.

Компьютерная модель для лабораторной работы...

Разработчик систем управления роботами должен уметь оптимизировать выбранные параметры движения, поэтому в настоящей статье предложена компьютерная модель, позволяющая задавать опорные точки и строить траекторию движения робота в...

Ориентация робота в условиях коридорной местности

Определены пути дальнейшей модернизации данного робота, в том числе при его реализации в качестве автономного или телеуправляемого подводного аппарата. В университете перед нами была поставлена задача движения робота по коридору.

Обзор систем управления приводом складских транспортных...

Ключевые слова: складские роботы, система управления электроприводом, автоматизированный склад, система управления

Мобильный складской робот осуществляет функции подъема грузов на стеллажи и их спуска, а также их перемещения.

Малогабаритный робот для транспортировки инструмента...

В ходовой платформе используется сравнительно новый принцип синхронного привода и управления всеми колесами.

С помощью этой аппаратуры транспортный робот запоминает при обучении фактическую траекторию движения, по которой он затем перемещается.

Требования по обеспечению живучести и общей...

– токсичных и дурнопахнущих веществ (токсикологической безопасности). – электрических, магнитных, электромагнитных полей

Требования по взрывобезопасности ипожаробезопасности комплекса. На пунктах управления, спуска и подъема, и особенно, при...

Обзор и перспективы развития мобильных шагающих...

Ключевые слова: мобильные роботы, шагающие роботы, система управления шагающего робота.

Однако простое копирование алгоритмов и траекторий движения конечностей недостаточно для того чтобы обеспечить движение робота по сложному рельефу.

Моделирование полета квадрокоптера в среде SolidWorks Motion

Рис. 1. Задача 1. Траектория подъема квадрокоптера на заданную высоту (a), скорость движения (б), ускорение движения (б).

1. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Управление параметрами полета квадрокоптера при...

Управление движением автономного мобильного робота...

Картография необходима для запоминания пройденного маршрута, планирования траектории в обход статических препятствий, слежения за динамическими объектами и т. д

Математическая модель для определения координат и управления движением мобильного робота.

Компьютерная модель для лабораторной работы...

Разработчик систем управления роботами должен уметь оптимизировать выбранные параметры движения, поэтому в настоящей статье предложена компьютерная модель, позволяющая задавать опорные точки и строить траекторию движения робота в...

Ориентация робота в условиях коридорной местности

Определены пути дальнейшей модернизации данного робота, в том числе при его реализации в качестве автономного или телеуправляемого подводного аппарата. В университете перед нами была поставлена задача движения робота по коридору.

Обзор систем управления приводом складских транспортных...

Ключевые слова: складские роботы, система управления электроприводом, автоматизированный склад, система управления

Мобильный складской робот осуществляет функции подъема грузов на стеллажи и их спуска, а также их перемещения.

Малогабаритный робот для транспортировки инструмента...

В ходовой платформе используется сравнительно новый принцип синхронного привода и управления всеми колесами.

С помощью этой аппаратуры транспортный робот запоминает при обучении фактическую траекторию движения, по которой он затем перемещается.

Требования по обеспечению живучести и общей...

– токсичных и дурнопахнущих веществ (токсикологической безопасности). – электрических, магнитных, электромагнитных полей

Требования по взрывобезопасности ипожаробезопасности комплекса. На пунктах управления, спуска и подъема, и особенно, при...

Обзор и перспективы развития мобильных шагающих...

Ключевые слова: мобильные роботы, шагающие роботы, система управления шагающего робота.

Однако простое копирование алгоритмов и траекторий движения конечностей недостаточно для того чтобы обеспечить движение робота по сложному рельефу.

Моделирование полета квадрокоптера в среде SolidWorks Motion

Рис. 1. Задача 1. Траектория подъема квадрокоптера на заданную высоту (a), скорость движения (б), ускорение движения (б).

1. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Управление параметрами полета квадрокоптера при...

Задать вопрос