Lézeres gépvezérlés alkalmazása földmunkagépeken VII.

Szakcikkek - 2010-09-28 22:20:20 nyomtatás cikk nyomtatása



3D vezérlés

A 3D gépvezérlés lényege, hogy a munkagép helyzetét a terepen folyamatosan ismerjük és az ehhez tartozó digitális térképen a megadott terepmodellnek megfelelően automatikusan vezérelést biztosítunk a munkagép vágóéle, tolólapja számára.
A számítógép feladata, hogy a kapott koordinátákból a munkagép pillanatnyi helyzetének megfelelően kiszámolja a valós terep és a tervezett közötti eltérést, megállapítsa a lejtésviszonyokat és utasítást adjon a korrekciókra.

A számítógép képernyőjén megjelenő digitális terepmodell bemeneti adatai *.txt fájlokból, AutoCad-ből vagy MicroStation-ből, de egyszerű koordinátajegyzékből is előállíthatók.
A terepmodell a tervezett terep töréspontjainak koordinátái, illetve azok megfelelő összekötése által előállított virtuális terep (lásd ábra).



Az építőgépek automatikus, 3 dimenziós élvezérlésénél két fő rendszert vizsgálhatunk:
• mérőállomásos vezérlés
• GPS vezérlés

A GPS vezérlést régebbi cikksorozatunkban már bemutattuk, így azzal ebben a cikkben nem foglalkozunk.

Mérőállomásos vezérlés

Az utak keresztmetszetei tetőszelvényben vagy egyoldali esésben készülnek, ahol d=2,5%-1,5% (aszfalt burkolat, beton burkolat esetén) oldalesés biztosítja az útpálya víztelenítését. Ívben ezt az oldalesést az ív külső szélén q% túlemelést biztosítva kell megemelni a mellékelt ábra szerint.
Az ilyen túlemeléseket nagy odafigyeléssel, állandó ellenőrző mérések mellett lehet elkészíteni. A szelvényenként változó oldalesések esetén célszerű a 3D vezérlés alkalmazása.

A 3D gépvezérlés ott hatékony, ahol bonyolult felületeket (klotoid, túlemelés, változó keresztirányú dőlés, stb) kell kialakítani (ábra). Az egyszerű, pl. egyirányú dőlés, hosszan azonos szerkezetű földmunka előállítható lézeres vezérléssel, de egy bonyolult felület pontosan és gazdaságosan 3D vezérléssel képezhető.



A 3D vezérléssel ellátott géppel a munka magas szinten automatizálható. Egy egyszerű földmunka végzésekor – pl. parkoló kialakításakor – a földmunka határa megadható a szoftvernek és a munkagép – amint elérte a határt – felemeli a munkaszereléket és mindaddig, felemelt állapotban tartja, amíg újra el nem éri a munkaterületet. Ekkor vissza kell kormányozni egy új nyomvonalra, a gyalukést, a tolólapot automatikusan a megfelelő magasságra engedve végzi a munkát tovább, a gépkezelő csak felügyeli a gép biztonságos működését.

A pozícionálás alapja a lézeres távmérővel szerelt motoros teodolit (mérőállomás), mely önállóan képes bemérni és követni a megadott célpontot.
A megfelelő tájékozások elvégzése után a külső pozicionáló eszköz követni kezdi a munkagépen kitolható árbocra felszerelt aktív prizmát. A prizma egy különleges tükörrendszer, amely a beeső lézersugárnak pontos visszaverődést biztosít.



A mérőállomás a következő jeleket bocsátja ki:
• kereső-követő jelet
• távolságmérő jelet
• rádiójelet, mely a munkagép pozícióját tartalmazza

Ha kereső jel megtalálja a munkagépen elhelyezett aktív prizmát, a távolságmérés elkezdődik, a mérőállomás szervomotorok segítségével mindig a prizma felé fordul. A mérőállomáson elhelyezett rádióadó folyamatosan méri és közli a gép aktuális pozícióját (szög és távolság adatok) a munkagépen elhelyezett fedélzeti számítógéppel, ezekhez az adatokhoz rendel a digitális terepmodellben egy magasságértéket, melyet a gép munkaszerelékével elkészít.

A Topcon cég mérőállomása más úton tartja a kapcsolatot a vezérelt géppel. A munkaterületen véletlenszerűen fellépő rádió interferenciák elkerülése miatt a mérőállomás két utas, modulált lézerjeleket bocsát ki, melyek mérik a távolságot és kódolva közlik is a munkagéppel.



A grafikon a munkagép sebessége, a műszer követő szögsebessége és a műszer-gép távolság közötti kapcsolatot mutatja. Meghatározható belőle a kívánt minimum távolság a mérőállomás és a gép között, hogy fenntartható legyen a célra tartás, megfelelő munkasebesség mellett. A műszer adottságaitól függően függőleges tengely körüli forgási sebessége nem lépheti túl a 25 fok/sec-ot.
Ha a gép 5 m/s -al (18 km/h) mozog, a szükséges kötelező távolságnak legalább 12 méternek kell lennie ahhoz, hogy a mérőállomás keresője el ne veszítse a gépen lévő aktív prizmát.



Az adatcsere szempontjából fontos az adatszinkronizáció. Ez annak a mértéke, hogy adatcsomagot alkotó polárkoordináták időben hogyan követik egymást. A gép aktuális helyzetét két mért vektor interpolálásával számolja ki. A hiba mértéke attól függ, hogy a különböző komponenseket (szög és távolságadatok, a mozgó célpont sebessége és iránya) milyen időközönként mérik.
A hiba mértékét csökkenteni lehet a mérés számának növelésével, a jelenlegi sorozatgyártású mérőállomások 6 Hz-es mérési frekvenciára képesek.



A pillanatnyi takarás (fa vagy elhaladó másik jármű) közbeni nyomkövetést úgy valósítja meg a mérőállomás, hogy a célpont előző mozgásvektorát veszi alapul, ha ezután sem találja a gépet, csak akkor vált kereső üzemmódba.

A mérőállomást a munkaterületen védett, de jól belátható helyre kell telepíteni. Ha közvetlenül a munkaterületen kerül elhelyezésre, akkor karózással, szalagozással kell biztosítani a láthatóságot.
A jelterjedési késedelem annak a mértéke, hogy az adat a mérés kezdetétől mennyi idő múltán érkezik a feldolgozó számítógépbe. A különböző rádió összeköttetések különböző késedelmet eredményeznek, továbbá függ az adatátviteli modemtől (köztes késedelem).



A mérőállomásos vezérlés adatátvitele:
• Az automatikus terepfelmérés eszközeit alkalmazzák a gépvezérlésnél is. A prizma, melyet felméréskor a mérendő pont fölé kell tartani, ebben az esetben a munkagépen kap helyet.
• Az adatátviteli sebesség programozható 6 Hz-ig
• A mérőállomáson lévő szervomotorok a lassú és gyors módok között automatikusan váltanak. A közeli célpontok követéséből adódó nagyobb sebességigényhez megfelelő teljesítményű motorokkal rendelkezik
• Az adatok binárisan kódolt decimális szám (BCD) formátumban kódoltak a késés- és hibamentes adatátvitel érdekében
• Az adatrendszerezés üteme kevesebb 2 ms-nál
• A távolság és szög értékek közti szinkronizáció ±5 ms-on belül van
• A követés és 360º-os tartományban történik

A gyártók a mérőállomásos vezérlésre 1 mm-es magassági és 5 mm-es helyzeti pontosságot garantálnak. Ezt az értéket leronthatják a vezérelt munkagép kopott alkatrészeiből adódó hibák, ezért a rendszert jó karban tartott, helyes beállításokkal rendelkező gépre ajánlott telepíteni.

Pinczés Ferenc diplomaterve alapján
Konzulens: Dr. Balpataki Antal


A Szakcikkek rovat további cikkei:

Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával IV.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok XI.
Útrehabilitáció hidegmaró alkalmazásával III.
Földmunkagépek minőségi vizsgálata I.
Építőgépeken alkalmazott újszerű vezérlési módok X.



A gépnet.hu legfrissebb hírei:

Az SSAB öt új termékcsaládot vezet be az egyedi ügyféligények kielégítésére
Strenx acél: magasság határok nélkül
Melior Laser: beszállítói pozíció új iparágakban
Laser Plus: acél, ami tökéletes simaságot garantál
Ruukki Laser Plus – tökéletes sima felület a lézervágás után



Legolvasottabb a gépneten:

BOSCH DLE 50 digitális lézeres távolságmérő TESZT!
Új anyagtípus: bórral ötvözött acél
Prémium termékek és szolgáltatások prémium vevőknek
„Az év gépe 2010” választás nyertesei
Geotermikus hőerőmű Iklódbördöcén