Автоматизированная погрузка и доставка руды

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Гимназия п. Нижний Куранах»

 «Автоматизированная погрузка и доставка руды»

(модели роботов самосвал и погрузчик)

Авторы: Архипов Владислав Юрьевич

Дата рождения: 13.01.2003

Ученик 8α класса МБОУ

«Гимназия п. Нижний Куранах»,

Бабюк АртемАлексеевич

Дата рождения: 19.02.2003

Ученик 8α класса МБОУ

«Гимназия п. Нижний Куранах».

Руководитель:

Бредихин Валерий Владимирович,

Учитель информатики МБОУ

«Гимназия п. Нижний Куранах».

e-mail: v_bredihin@mail.ru

тел.: +7-924-464-13-94

Оглавление.

1. Введение         3
2. Акутальность разработки        3
3. Этапы разработки        4
4. Функциональные возможности        4
5. Технические характеристики        4
6. Выводы        9
7. Заключение         9
8. Ссылка на видеоролик        10
9. Список литературы        10

Введение.

«За последние несколько лет в индустрии производства беспилотных автомобилей произошел невероятный прогресс. Все указывает на то, что будущее, в котором мы сможем сесть в машину и заниматься своими делами, пока она сама везет нас до места назначения, уже совсем не за горами.»

Актуальность разработанной модели:

В ГРК «Алданзолото» активно используются большие самосвалы и погрузчики при доставке руды из карьера на золотоизвлекательную фабрику. Так как профессии водителей погрузчика и самосвала довольно трудоемки и опасны, решено попробовать реализовать модель автоматизированной погрузки и доставки руды в ГРК «Алданзолото». На данный момент нет разработок, позволяющих осуществлять автоматизированную погрузку и доставку руды на данных предприятиях.

Цель работы – на базе конструктора  Lego Mindstorms EV3 провести исследование по возможности создания беспилотных автомобилей для работы в карьерах ГРК «Алданзолото».

Объект – датчики и моторы базового комплекта Lego Mindstorms EV3.

Предмет – электронная модель робота беспилотного автомобиля.

Новизна состоит в том, что в данной работе представлена разработка беспилотников с помощью Lego Mindstorms EV3

Задачи:

1. изучить литературу по данной теме,
2. определиться с необходимыми датчиками и конструкцией модели,
3. собрать модель,
4. написать программу для движения собранной модели по требуемому алгоритму,
5. провести пробные испытания движения модели,
6. провести анализ полученных результатов.

Работа осуществлялась в несколько этапов.

Первый этап.

На этом этапе проводилось знакомство с литературой по беспилотным автомобилям и технологическим процессом погрузки и доставки руды в ГРК «Алданзолото». На этом этапе было решено разрабатывать две модели роботов, одну модель беспилотного самосвала и одну модель беспилотного погрузчика. Так же изучался маршрут доставки руды с карьера на золотоизвлекательную фабрику.

Второй этап.

На втором этапе анализировались модели транспорта осуществляющего доставку и погрузку руды. Было решено использовать модель самосвала с датчиками цвета и модель погрузчика на котором бы использовались ультразвуковой датчик и датчик касания, а так же какие моторы будут использованы в модели. На этом же этапе было решено, что одну модель собирает один человек, вторую другой, так как конструкция и алгоритм работы этих моделей существенно различается.

Функциональные возможности:

Модель погрузчика должна находиться в состоянии ожидания подошедшего самосвала, При обнаружении самосвала на площадке погрузки, погрузчик разворачивается и едет набирать руду, затем снова разворачивается и едет к самосвалу, при достижении нужного расстояния до самосвала, выгружает руду в кузов и остается в режиме ожидания следующего самосвала. Все это повторяется в цикле.

Модель самосвала прибывает на лощадку погрузки, разворачивается и ждет погрузки, после погрузки, самосвал начинает движение по маршруту, при достижении площадки разгрузки, самосвал разворачивается, выгружает груз и следует в обратном направлении. Все это повторяется в цикле.

Третий этап.

На этом этапе осуществлялась сборка моделей.

Технические характеристики моделей.

Модель самосвала представляет собой робота размерами: 190х250х150 мм.

Модель погрузчика представляет собой робота размерами: 250х380х150 мм.

1 модель – самосвал. Конструкцию модели решено было использовать по подобию настоящего самосвала, т.е. кабина (микроконтроллер управления), поднимающийся кузов, 2 больших мотора управления колесами, средний мотор поднятия кузова, датчики цвета за контролем траектории движения, датчик цвета для выполнения дополнительных команд на месте погрузки и разгрузки, мелкие детали из конструктора.

2 модель – погрузчик. Конструкцию погрузчика так же было решено приблизить к конструкции натурального погрузчика, кабина (микроконтроллер управления), поднимающийся ковш, 2 больших мотора управления колесами, 1 большой мотор для поднятия стрелы ковша, 1 средний мотор управления ковшом, датчик касания для определения набора руды, ультразвуковой датчик для определения расстояния до самосвала, мелкие детали из конструктора.

Четвертый этап.

На этом этапе разрабатывался алгоритм работы самосвала и погрузчика.

Самосвал. Автомобиль должен прибыть на место погрузки, развернуться и ждать загрузку руды, после погрузки, он должен следовать по заданной траектории до места выгрузки. На месте выгрузки, автомобиль должен развернуться, выгрузить груз и двигаться в обратном направлении на погрузку.

Скриншот программы:

Погрузчик. Погрузчик находится в режиме ожидания прибытия самосвала. После прибытия автомобиля, погрузчик разворачивается, набирает руду, разворачивается и загружает автомобиль. После погрузки, погрузчик ждет следующего прибытия автомобиля.

Скриншот программы:

Пятый этап. Для выполнения пятого этапа необходимо было изготовить полигон для погрузки и доставки руды. Для этого обратились в ГРК «Алданзолото» с просьбой предоставить карту маршрута доставки руды. По этой карте был разработан и напечатан макет поля погрузки и доставки. После этого проводилась отработка движения моделей по данному полю, проверялись и уточнялись углы поворотов, время ожидания, углы подъемов ковша погрузчика. Выявлялись недостатки конструкции моделей. Производилась настройка датчиков.

Шестой этап. На этом этапе анализировались полученные результаты по каждой конкретной модели в отдельности и возможности их совместной работы. Сделаны следующие ВЫВОДЫ:

Самосвал. Данная модель не представляла особой сложности на начальном этапе создания модели и написании программы, но в ходе тестирования выяснилось следующие проблемы. При использовании датчиков цвета по стандартным параметрам выяснилось, что эти датчики очень чувствительны к расстоянию от датчика до измеряемого цвета и к оттенкам цветов. Поэтому бывают сбои программы, когда датчик ошибочно принимает один цвет за другой. Кроме этого, при движении по траектории на большой скорости датчики не всегда успевают отслеживать крутые повороты и модель сходит с трассы. Для устранения этих недостатков было решено продолжить изучение работы датчиков с использованием математических модулей для устранения погрешностей. Так же выяснилась нехватка портов для подключения датчиков для дополнительного контроля внешних факторов.

Погрузчик. Данная модель более сложная в составлении алгоритма и программы т.к. необходимо контролировать много внешних факторов. В процессе испытания и настройки выяснилось, что средний мотор недостаточно мощный для поднятия ковша и его было решено заменить на большой мотор, что усложнило конструкцию. Кроме этого, не маловажное значение имеют размеры датчика касания, его усилие срабатывания, а также жесткость соединительных кабелей. При настройке подъема и опускания ковша пришлось многократно настраивать параметры работы моторов для ковша. Кроме этого, в базовом наборе нет инфракрасного датчика, который можно было бы использовать для определения расстояния.

Заключение.

После проведенных исследований было сделано заключение, что беспилотные автомобили можно и нужно использовать при погрузке и доставке руды для облегчения труда. Даже на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 можно собрать действующие модели такого транспорта, которые достаточно реалистично показывают технологию погрузки доставки руды из карьера на фабрику. Было решено продолжить изучение возможностей данного конструктора для усовершенствования моделей.

Результаты данной работы будут представлены на конференции для ОАО «Алданзолото» ГРК» в рамках проекта «Горный класс»

Ссылка на видеоролик: https://youtu.be/96RU8kF2IVk

Список литературы.

1. https://www.kp.ru/putevoditel/avto-i-moto/bespilotnye-avtomobili-v-rossii/
2. http://www.bbc.com/russian/features-39057596
3. https://robot-help.ru/lessons/lesson-5.html
4. https://books.google.ru/books?id=FRNACQAAQBAJ&pg=PA126&lpg=PA126&dq