Павлычева М.В. СЕКЦИЯ "Промышленный дизайн"

[Кулешова А.И.]

УДК 741.7
Павлычева М.В. (Россия, г. Тула, Тульский государственный университет)
Pavlycheva M.V. (Russia, Tula, Tula State University)

ХУДОЖЕСТВЕННО – КОНСТРУКТОРСКИЙ ПРОЕКТ СИСТЕМЫ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ ГРЕФЕРНЫХ РАБОТ НА ПРИМЕРЕ БЕСПИЛОТНОГО ЭКСКАВАТОРА И АВТОНОМНОГО ДРОНА
ART AND DESIGN PROJECT OF A SYSTEM FOR CONDUCTING GRAPPLING OPERATIONS ON THE EXAMPLE OF AN UNMANNED EXCAVATOR AND AN AUTONOMOUS DRONE

Аннотация: в статье рассмотрена разработка дизайн-проекта системы для ведения грейферных работ, где задействован беспилотный экскаватор и автономный дрон. Обоснован выбор художественной концепции, дано описание системы и ее функциональных возможностей, указан комплекс технических средств системы, описана эксплуатация.
Annotation The article discusses the development of a design project of a system for carrying out grappling operations, which involves an unmanned excavator and an autonomous unmanned aerial vehicle The choice of an artistic concept is justified, a description of the system and its functionality is given, a complex of technical means of the system is indicated, exploitation is described.
Ключевые слова: экскаватор, дрон, дизайн, художественная концепция, система, автономность, функциональность, технические средства, WiBotic, эксплуатация
Key words: excavator, drone, design, artistic concept, system, autonomy, functionality, technical means, WiBotic, operation

Темой данной работы является разработка художественно – конструкторского проекта системы для ведения грейферных работ на примере беспилотного экскаватора и автономного дрона [1].
В настоящее время применение экскаваторов достаточно распространено – эта землеройная техника встречается практически на любой стройплощадке. Без этих транспортных средств строительные работы были бы невозможны [2].
Однако, нужно сказать, что машины и оборудование, которые в настоящее время распространены на рынке, имеют недостатки. Основными из них являются повышенная степень опасности при осуществлении грейферных работ, невысокая мощность двигателя, незначительная автоматизация процессов управления, существенное снижение общего баланса из-за пробуксовки гусениц, повышенное загрязнение и загазованность воздуха, а также низкая мобильность. Таким образом, при всей популярности данного вида строительной техники, недоработок конструкции довольно много, что говорит от актуальности данной работы [8].
Также стоит отметить другую немаловажную часть проектируемой системы – дроны. Беспилотные летательные аппараты сейчас активно вливаются в нашу жизнь – они уже смогли изменить нынешнюю реальность. Дроны могут стать значимым дополнением любого автономного процесса, позволив сделать работу более точной и слаженной [4].
Обоснование художественной концепции.
Разрабатываемая система для ведения землеройных работ представляет собой комплект, где все объекты взаимосвязаны, как с технической стороны, так и со стороны дизайна. Ни один объект не может существовать без другого.
Данный комплекс нацелен на автономную работу, где каждый отдельно взятый элемент слажено выполняет свои функции посредством программного обеспечения. Выбор такой концепции позволит снизить риски, возникающие при ведении грейферных работ, тем самым обезопасив операторов и сделав работу более комфортабельной [5].
Описание системы. Стоит начать непосредственно с описания экскаватора, поскольку этот составляющий элемент является основным, так как выполняет главную функцию – ведение грейферных работ. Форма экскаватора достаточно необычна поскольку существенно отличается от привычных экскаваторов. Основное отличие – отсутствие кабины оператора, поскольку работа транспортного средства является автономной. При этом в изделии также присутствует: корпус, поворотная платформа, гусеницы и стрела – все это есть у всех действующих на сегодняшний день моделях [6].
Однако, все эти элементы имеют свои особенности:
– наличие прорезиненных независимых гусениц, каждая их которых обладает своей степенью свободы – решение, позволяющее повысить проходимость экскаватора;
– стрела, имеющая механизм трансформации в поворотную платформу экскаватора с целью уменьшения габаритов строительной машины;
– поворотная платформа, оснащенная посадочной площадкой для зарядки дрона, что является необходимостью, поскольку беспилотник также является автономным [9].
Дрон в данной концепции является дополнением – его дизайн перекликается с внешним видом экскаватора. БПЛА в данном случае имеет двукрылую конструкцию, которая позволяет сделать полет более маневренным. Также беспилотник оснащен двигателем, позволяющем зависать в воздухе как вертолет. Это необходимо для четкого исследования зоны ведения грейферных работ.
Функциональность системы. Функциональные особенности экскаватора для ведения грейферных работ определяются его автономностью, а также в простотой эксплуатации.
Порядок действие всей системы следующий:
1. Активация техники и задание координат местности;
2. Прибытие на заданную точку;
3. Сбор дроном новых данных о местности;
4. Корректировка команда для работы экскаватора с учетом полученной информации;
5. Зарядка дрона, идущая параллельно с работой экскаватора.
Действие алгоритма продолжается до тех пор, пока работы не будут выполнены.
Комплекс технических средств системы. Вся система работает следующим образом. В ЭБУ (электронный блок управления) экскаватора поступает питание. Далее включается активация экскаватора – происходит считывание всех параметров: уровня заряда аккумуляторной батареи, состояние всех технических средств, работоспособность электродвигателей и остальных систем. Все полученные данные сообщаются экскаватору. Это:
– исправность системы;
– работоспособность двигателей;
– уровень заряда аккумуляторной батареи;
– состояние оборудования [3].
Далее ЭБУ экскаватора анализирует полученные данные и управляет системами:
– готовит посадочное место для дрона;
– заряжает аккумулятор БПЛА;
– вносит время полета;
– вносит зону полета;
– при неработоспособности одной из систем сообщает о неисправности.
Для осуществления зарядки дрона была взята уже имеющаяся на данный момент система WiBotic.
WiBotic сочетает в себе автономную беспроводную зарядку с интеллектуальным управлением батареи. Это запатентованные технологии индуктивной и резонансной зарядки. Робототехническая система автоматически начинает заряжаться, когда беспилотник приземляется на силовую панель, которая находится в верхней части поворотной платформы экскаватора.
Когда включенный дрон совершает посадку, происходит обмен информацией о химическом составе батареи беспилотника, напряжении и желаемой скорости зарядки батареи. Затем передатчик и бортовое зарядное устройство координируются, чтобы обеспечить правильный цикл зарядки для дрона. Зарядка аккумулятора начинается немедленно и полностью настраивается. В системе присутствует функция быстрой зарядки, которой можно воспользоваться при необходимости. Медленная зарядка может выполняться в течение более длительного времени, чтобы продлить срок службы батареи. В результате можно сказать, что это система, которая позволяет БПЛА заряжаться с одной площадки.
Посадочная площадка содержит интеллектуальный беспроводной передатчик питания, который не только напрямую взаимодействует с дроном, но и обеспечивает подключение по интернету для мониторинга и удаленного обновления программного обеспечения. Простые API также позволяют интегрировать программное обеспечение полётов и другие системы. Беспроводное питание передается с печатной платы передатчика на беспроводную силовую антенну, расположенную под поверхностью посадочной площадки. Сам беспилотник содержит компоненты для зарядки аккумулятора – как правило, небольшая лёгкая приемная катушка, которая крепится к корпусу дрона, а затем подключается к встроенному зарядному устройству.
Схема встроенного зарядного устройства собирает и обрабатывает входящий беспроводной сигнал питания о обеспечивает надлежащую зарядку батареи [7].
Эксплуатация системы. Эксплуатация включает в себя грамотное использование, а также все заложенные процессы и действия.
Комплекс содержит в себе несколько комплектов, чтобы эффективность ведения грейферных работ была максимальна. Размещение систем предполагается на специально отведенных базах, поэтому порядок действия оборудования начинается с задания координат местонахождения местности, где необходимо проводить работы. После комплекс движется по заданным координатам в место назначения.
По прибытии системы на заданную точку требуются некоторые корректировки, поэтому дрон покидает посадочное место на экскаваторе и начинает исследование местности с применением онлайн-трансляции видео.
После тщательного сбора информации о местности задается команда для работы экскаватора, которая включает точную зону действий, используемые инструменты, скорость работы и прочие важные составляющие. Также сюда входит сбор информации о состоянии грунта, о местах возможных обвалах и т.д.
Спустя некоторое время автономной работы беспилотник летит на зарядку к экскаватору, поскольку его время действия существенно ниже, чем время работы строительной машины. Как следствие, дрон приземляется на посадочное место экскаватора – начинается зарядка БПЛА, а техника продолжает работу с учетом всех собранных ранее данных.
После того, как экскаватор выполнил все необходимые работы на конкретном месте, – ему необходимо продолжить работы на другой точке (как правило, это незначительные смещения – отъезд на несколько десятков метров вправо, влево и т.д.). Для этого снова необходим вылет дрона и сбор информации [10].
Указанные выше нововведения положены в основу нового дизайна транспортной системы для ведения грейферных работ. Таким образом, с помощью использования данных новаций продукт может стать более безопасным, оптимальным и совершенным.

Библиографический список
1. Экскаваторы пневмоколесные гидравлические ЕК-12, ЕК-12-10. Каталог деталей и сборочных единиц. – М.: ОАО Тверской экскаватор, 2006. – 156 с.
2. Крайнев А. Удивительная механика. – М.: Машиностроение, 2005. – 120 с.
3. Побегайло П.А. Мощные одноковшовые гидравлические экскаваторы. Выбор основных геометрических параметров рабочего оборудования на ранних стадиях проектирования. – М.: Ленанд, 2014. – 296 с.
4. Парафесь С.Г., Смыслов В.И. Проектирование конструкции и САУ БПЛА с учетом аэроупругости. Постановка и методы решения. – М.: 2018.
5. Суомалайнен А. Беспилотники: автомобили, дроны, мультикоптеры. – М.: 2018.
6. Экскаватор: основные задачи [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://tehstroy24.ru/statii/ekskavator- ... e-zadachi/ свободный (дата обращения: 10.04.2023)
7. Автономная зарядка WiBotic [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wibotic.com/ – свободный (дата обращения: 10.04.2023)
8. Риски при земляных работах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://laboratoria.by/stati/riski-zemljanyh-rabot свободный (дата обращения: 15.01.2023)
9. Основные направления совершенствования конструкций гидравлических экскаваторов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://bstudy.net/986816/tehnika/osnov ... skavatorov свободный (дата обращения: 10.04.2023)
10. Третья авиационная революция: электричество витает в воздухе [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.nix.ru/computer_hardware_ne ... ?id=208077 свободный (дата обращения: 10.04.2022)