Modelo de tracción y controlador de resbalamiento para excavadoras robotizadas
Loading...
Files
Date
2016
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
La automatización y teleoperación de vehículos, particularmente cargadores y excavadores, posee grandes ventajas tales como el mejoramiento de la seguridad de los conductores, la reducción del consumo de energía y el aumento de la productividad. Cuando el sistema opera correctamente se maximiza la capacidad de carga de cada máquina a la vez que se reducen los errores humanos de conducción y con esto el tiempo que las máquinas deben ser reparadas en el taller. Una de las dificultades que han surgido al hacer que las máquinas sean teleoperadas o autónomas es el resbalamiento de las ruedas del vehículo, puesto que al no haber un conductor físicamente presente, no hay alguien que pueda percibir a través de las vibraciones y el ruido del motor que se hace necesario dejar de acelerar para no resbalar. Por lo anterior, se produce un mayor desgaste de neumáticos y consumo de combustible en máquinas teleoperadas, particularmente en los equipos LHD (load, haul and dump) empleados para mover rocas y tierra en minería subterránea.
Los modelos existentes de resbalamiento tienen problemas en describir la transición entre rodadura perfecta y resbalamiento, particularmente porque a bajas velocidades se indefine la razón entre la velocidad angular de las ruedas y la velocidad del vehículo. Por otro lado, los modelos existentes requieren parámetros de deformación rueda-terreno y el hundimiento de la rueda, ya que estas son dos características macroscópicas que permiten en gran parte explicar la resistencia a la rodadura y la tracción. Sin embargo, el proceso físico es más complejo e involucra también interacciones a nivel microscópico en el área de contacto que son difíciles de modelar. Por esta razón se propone un modelo de tracción computacionalmente simple que no requiera la modelación de fenómenos microscópicos, y a la vez que no requiera de supuestos de hundimiento o deformación de ruedas, ya que en pavimentos de tierra compactada u hormigón, los vehículos con ruedas rígidas o casi indeformables se comportan de manera muy similar a los vehículos con ruedas deformables o sobre terreno deformables, como caminos de ripio, arena, nieve o barro.
El trabajo presentado modela la fuerza de tracción efectiva de un vehículo a partir del producto clásico entre el coeficiente de roce rueda-terreno y la fuerza normal sobre la rueda, pero agrega de manera novedosa el resbalamiento sin la necesidad de incorporar los parámetros de deformación de la rueda-terreno y hundimiento. De esta manera, a partir del modelo se desarrolló un controlador que disminuye de manera efectiva el resbalamiento ajustando el torque aplicado a las ruedas. El modelo de tracción fue validado experimentalmente utilizando un cargador compacto de giro deslizante CAT262 C2 conducido en pavimento seco y ripio. El controlador de resbalamiento se evaluó en una serie de experimentos bloqueando la pala para evitar que la máquina siga avanzando, creando de esta manera condiciones de resbalamiento puro. Se utilizó un cargador compacto robotizado para validar la factibilidad de emplear el método propuesto en aplicaciones industriales, en vez de los robots pequeños usualmente utilizados en los laboratorios de investigación.
Los modelos existentes de resbalamiento tienen problemas en describir la transición entre rodadura perfecta y resbalamiento, particularmente porque a bajas velocidades se indefine la razón entre la velocidad angular de las ruedas y la velocidad del vehículo. Por otro lado, los modelos existentes requieren parámetros de deformación rueda-terreno y el hundimiento de la rueda, ya que estas son dos características macroscópicas que permiten en gran parte explicar la resistencia a la rodadura y la tracción. Sin embargo, el proceso físico es más complejo e involucra también interacciones a nivel microscópico en el área de contacto que son difíciles de modelar. Por esta razón se propone un modelo de tracción computacionalmente simple que no requiera la modelación de fenómenos microscópicos, y a la vez que no requiera de supuestos de hundimiento o deformación de ruedas, ya que en pavimentos de tierra compactada u hormigón, los vehículos con ruedas rígidas o casi indeformables se comportan de manera muy similar a los vehículos con ruedas deformables o sobre terreno deformables, como caminos de ripio, arena, nieve o barro.
El trabajo presentado modela la fuerza de tracción efectiva de un vehículo a partir del producto clásico entre el coeficiente de roce rueda-terreno y la fuerza normal sobre la rueda, pero agrega de manera novedosa el resbalamiento sin la necesidad de incorporar los parámetros de deformación de la rueda-terreno y hundimiento. De esta manera, a partir del modelo se desarrolló un controlador que disminuye de manera efectiva el resbalamiento ajustando el torque aplicado a las ruedas. El modelo de tracción fue validado experimentalmente utilizando un cargador compacto de giro deslizante CAT262 C2 conducido en pavimento seco y ripio. El controlador de resbalamiento se evaluó en una serie de experimentos bloqueando la pala para evitar que la máquina siga avanzando, creando de esta manera condiciones de resbalamiento puro. Se utilizó un cargador compacto robotizado para validar la factibilidad de emplear el método propuesto en aplicaciones industriales, en vez de los robots pequeños usualmente utilizados en los laboratorios de investigación.
Description
Tesis (Magíster en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2016