Применение инерциальной навигации для определения буксования сельскохозяйственных тракторов

Применение инерциальной навигации для определения буксования сельскохозяйственных тракторов

Автор: Федоренко Вячеслав Филиппович, Мишуров Николай Петрович, Трубицын Николай Владимирович, Таркивский Виталий Евгеньевич

Журнал: Инженерные технологии и системы @vestnik-mrsu

Рубрика: Процессы и машины агроинженерных систем

Статья в выпуске: 1, 2018 года.

Бесплатный доступ

Введение. В статье обоснована необходимость определения буксования колес сельскохозяйственного трактора при проведении его испытаний. Рассмотрены принцип работы и конструкция применяемых датчиков определения буксования ведущих колес (движителей) при испытаниях тракторов и сельскохозяйственных машин, отмечены конструктивные особенности и характеристики распространенных датчиков буксования на основе вращающегося диска с прорезями через фиксированный угол. Проанализированы достоинства и выделены ключевые недостатки существующих датчиков: сложность монтажа, необходимость изготовления деталей крепления датчика под конкретную модель трактора. Целью исследования является разработка универсального датчика буксования, который легко монтируется и может использоваться при проведении испытаний колесных и гусеничных тракторов. Материалы и методы. Предложено решение, определяющее положение ведущего колеса в трехмерном пространстве на основе инерциальной навигационной системы. Описаны принципы работы компонентов данной системы: акселерометра, гироскопа и магнетометра. Проанализированы основные применяемые математические цифровые фильтры ориентации для обработки «сырых» данных. Результаты исследования. Разработана конструкция устройства определения буксования трактора, основным элементом которого является инерциальный датчик положения колеса. Обоснован выбор основных компонентов датчика: марка и модель инерциальной навигационной системы, цифровой фильтр ориентации и микроконтроллер для функционирования датчика. В результате исследований был сконструирован и изготовлен датчик положения ведущего колеса на базе инерциальной навигационной системы MPU-9250 и микроконтроллера STM32F405. Разработано программное обеспечение датчика на языке C. Для обработки данных в реальном времени реализован цифровой фильтр на основе алгоритма Мэджвика. Обсуждение и заключения. Датчик буксования колес трактора на основе инерциальной навигационной системы лишен основных недостатков широко распространенных датчиков ведущих колес. К преимуществам датчика относятся простота монтажа, беспроводной способ передачи данных.

Еще

Буксование, испытания, инерциальная навигация, инерциальная навигационная система, фильтр мэджвика, кватернион

Короткий адрес: https://sciup.org/14720286

IDR: 14720286   |   DOI: 10.15507/0236-2910.028.201801.008-023

Список литературы Применение инерциальной навигации для определения буксования сельскохозяйственных тракторов

  • Кузнецов Н. Г., Гапич Д. С., Ширяева Е. В. К вопросу об определении допустимого коэффициента буксования полноприводного колесного трактора//Известия нижневолжского агро-университетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2014. Т. 34, № 2. С. 176-179. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21624493
  • Лопарев А. А., Венглинский А. М., Комкин А. С. Исследование процесса буксования ведущих колес трактора МТЗ-100 в режиме трогания с места и разгона//Тракторы и сельхозмашины. 2014. № 1. С. 18-20. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21048083
  • Лопарев А. А., Венглинский А. М., Комкин А. С. Снижение буксования колесных универсально-пропашных тракторов при выполнении технологических операций//Технология колесных и гусеничных машин. 2014. № 4. С. 30-35. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21955470
  • Горшков Ю. Г., Четыркин Ю. Б., Калугин А. А. Регистрирующий комплекс для исследования буксования и КПД дифференциала и движителя колесной машины//Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 11. С. 13-15.
  • Reina G. Methods for wheel slip and sinkage estimation in mobile robots//Robot Localization and Map Building. 2010. March. P. 561-578. DOI: 10.5772/9279
  • Slippage, detection with piezoresistive tactile Sensors/A. Rocco //Sensors. 2017. August. P. 15 DOI: 10.3390/s17081844
  • Current-based slippage detection and odometry correction for mobile robots and planetary rovers/L. Ojeda //IEEE Transactions on Robotics. 2006. Vol. 22, no. 2. P. 366-378. URL: http://ieeex-plore.ieee.org/abstract/document/1618745
  • Rovira-Mas F. Sensor architecture and task classification for agricultural vehicles and environments//Sensors. 2010. № 10 (12). C. 11226-11247 DOI: 10.3390/s101211226
  • Разработка системы стабилизации угла отклонения балансирующего робота/Д. С. Федоров //Автоматика и программная инженерия. 2015. Т. 12, № 2. С. 16-34. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25386110
  • Куликова М. В., Куликов Г. Ю. Численные методы нелинейной фильтрации для обработки сигналов и измерений//Вычислительные технологии. 2016. № 4. С. 64-98. URL: https://elibrary. ru/item.asp?id=26584489
  • Кудрявцева И. А. Анализ эффективности расширенного фильтра Калмана, сигма-точечного фильтра Калмана и сигма-точечного фильтра частиц//Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2016. Т. 224, № 2. С. 43-51. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25811419
  • Marcovich L. Inferences from optimal filtering equation, Kalman's filter and theorem on normal correlation//Управление, информация и оптимизация. 2014. С. 40. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=22012842
  • Куликов Р. С. Сравнение точностей нелинейной фильтрации в расширенном фильтре Калмана и в Ансцентном фильтре//Радиотехника. 2016. № 9. С. 135-140. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=27443008
  • Ontiveros-Gallardo S. E., Kober V. Objects tracking with adaptive correlation filters and Kal-man filtering//Proceedings of SPIE -The International Society for Optical Engineering. 2015. 95980X DOI: 10.1117/12.2187109
  • Kulikova M. V., Tsyganova J. V. Constructing numerically stable Kalman filter-based algorithms for gradient-based adaptive filtering//International Journal of Adaptive Control and Signal Processing. 2015. № 11. P. 1411-1426 DOI: 10.1002/acs.2552
  • Mahony R., Hamel T., Pflimlin J.-M. Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group//IEEE Transactions on Automatic Control. 2008. Vol. 53, no. 5. P. 1203-1218. URL: https://hal. archives-ouvertes.fr/hal-00488376
  • Кузнецов А. В., Павловский А. М. Повышение точности инерциального измерительного модуля на MEMS-датчиках//Вiсник Нацiонального технiчного Унiверситету України «Київський полiтехнiчний iнститут». 2015. Т. 50, № 2. С. 5-11. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26154868
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp