rónymi rozwizaniami konstrukcyjnymi. Równoczenie opracowano wirtualny model platformy mobilnej, który zosta poddany badaniom symulacyjnym w ro-dowiskach MATLAB i ADAMS. Wyniki bada posuyy do usprawnienia kon-strukcji robota znajdujcego si w fazie wdroeniowej.
VIRTUAL MODEL SIMULATIONS AND INDUSTRIAL TRIAL RUNS OF THE MOBILE DIAGNOSTIC SPIDER-ROBOT
The paper describes last steps of the R&D and the implementation of the spider-robot. The spider-robot was tested at the laboratory and in the industrial pulver-ised fuel fired boilers and fluidpulver-ised bed boilers. The virtual model of the mobile robot was prepared with CAD-3D and put to the tests using MATLAB program and ADAMS simulation system environment. The test and research results was used to improve the robot design by modifying the details of the components and technology.
Mobilny robot spider wchodzi w skad zrobotyzowanego syste-mu przeznaczonego do diagnozo-wania zuycia strefy paleniskowej energetycznych kotów duej mo-cy (od kilkudziesiciu do kilkuset MW) wykorzystywanych do pro-dukcji gorcej wody i pary w za-wodowych zakadach energetycz-nych i ciepowniach. W Polsce mona szacowa liczb tego typu kotów - opalanych gównie w-glem kamiennym lub brunatnym - na okoo 1000 sztuk. Na rysunku 1 pokazano przykad krajowego kota. Wysoko obiektu siga
50 m. Rys. 1. Konstrukcja kota duej mocy (za zgod RAFAKO S.A.)
Do poruszania si po pionowych cianach paleniska spider wykorzystuje chwytaki magne-tyczne i napdy pneumamagne-tyczne. Rys. 2 przedstawia fotografi robota umocowanego do testo-wej ciany oraz skomputeryzowane stanowisko operatora. Dugo robota niewiele przekra-cza 70 cm, natomiast jego masa 20 kg.
Rys. 2. Robot spider
Badania laboratoryjne obejmoway zarówno wtek ekspery-mentalny, jak i symulacyjny. Cz eksperymentaln bada laboratoryjnych robota zrealizowano z wykorzystaniem trzech wasnych cian testowych o wysokoci od 1 m do 6 m. Najwiksza z nich zostaa pokazana na rys. 3.
Badania siy mocowania chwytaków do ciany wykonano na stanowisku pomiarowym wyposaonym w ukad pneuma-tyczny wymuszajcy pionow si zrywajc podobn do dziaajcego ciaru robota, tak jak to pokazano na rys. 4. Pomiary przeprowadzono dla rónych typów powierzchni cian uzyskujc dodatkowe informacje dotyczce moliwo-ci transportowych robota.
Rys. 3. Dua ciana testowa
Rys. 5. Wyniki komputerowej symulacji rozkadu pola magnetycznego we wntrzu chwyta-ka w dwóch pozycjach rotora: pole magnetyczne wczone (rysunek z lewej strony), pole
magnetyczne wyczone (rysunek z prawej strony)
Badania magnetyczne m.in. uatwiy wprowadzenie specjalnych nabiegunników chwytaków dopasowujcych je do moduu konstrukcyjnego rur ekranowych kotów oraz zwikszajcych ich ywotno, a take opracowanie ekranów magnetycznych zabezpieczajcych ukady elek-troniczne przez zakóceniami generowanymi w przewodach podczas przeczania pola. Za-kócenia indukowane przez silne pola magnetyczne s bardzo niebezpieczne szczególnie w konstrukcjach kompaktowych, do jakich naley spider.
Badania napdów pneumatycznych oraz caego robota byy i s nadal prowadzone z wyko-rzystaniem m.in. precyzyjnych, laserowych ukadów pomiarowych (rys. 6) oraz symulacji statycznych i dynamicznych. Umoliwiaj tworzenie bazy danych zawierajcej np. zwizki czasowych zalenoci: cinie, przepywów, si, przemieszcze i przyspiesze, potrzebnych dla prowadzenia analizy pracy robota.
Rys. 6. Ukad do badania dynamicznych napdów pneumatycznych oraz przykadowe wyniki otrzymane z firmowego symulatora producenta siowników pneumatycznych (FESTO) Badania te maj na celu okrelenie podstawowych parametrów sterowania (czasowe parame-try graniczne, spryny pneumatyczne) oraz optymalizowanie prostych ruchów i trajektorii robota w rónych warunkach, co jest konieczne z uwagi na planowanie wprowadzania aspek-tu samodzielnoci do systemu sterowania spidera.
Rys. 7. Schemat ukadu, który odpowiada za wspóprac programów Matlab i Adams Pierwszym krokiem w tym kierunku byo przygotowanie wirtualnego, dynamicznego modelu robota i przeprowadzenie wybranych bada symulacyjnych z wykorzystaniem skojarzonych rodowisk MATLAB i ADAMS (rys. 7).
Na rys. 8 przedstawiono schemat czci ukadu sterowania wirtualnym robotem (rys. 9) za-wierajcy bloki funkcyjne programu MATLAB oraz wiele obwodów sprzenia zwrotnego. Badania laboratoryjne, oprócz platformy mobilnej robota obejmoway równie jego ukady pomiarowe i komunikacyjne. Na rys. 10 pokazano dziaanie obecnie najwaniejszego moduu pomiarowego: liniowego, triangulacyjnego skanera laserowego do pomiaru zuycia cianek rur ekranowych, który porównujc zmierzony profil (oczyszczonej) rury z jej pierwotnym ksztatem, oblicza (erozyjny i korozyjny) ubytek gruboci cianek rur paleniskowych.
Rys. 9. Wirtualny model robota spider
Rys. 10. Skaner laserowy: fotografia liniowej wizki lasera na powierzchni rur, okno aplikacji komputerowej skanera
Postp technologiczny w ostatnich latach dostarcza wielu nowych moliwoci w sferze pod-zespoów – szczególnie czujników i przetworników – ale równie ukadów akwizycji danych. Utrzymanie poziomu konstrukcji nawet w fazie wdroeniowej wymaga kontynuowania bada laboratoryjnych.
Próby obiektowe s ostatecznym sprawdzianem nowej konstrukcji. Równie robot spider zo-sta poddany takim próbom – zarówno w kotach pyowych, jak i fluidalnych – w Elektrowni Siersza i Elektrowni Opole. Na rys. 11 pokazano wntrze kota podczas przed-remontowych prac diagnostycznych.
Rys. 12. Robot podczas prób w kotle
WNIOSKI
Przeprowadzone badania laboratoryjne i obiektowe pozwoliy na przeniesienie konstrukcji robota z fazy prototypowej w uytkow. Skutkiem tych eksperymentów otrzymano platform mobiln robota zdoln do dziaania w szerszym zakresie rednic rur ekranowych charaktery-zujcych wszystkie typy kotów energetycznych. Zastosowane zostay nowe - bardziej inten-sywne - chwytaki magnetyczne, a konstrukcja korpusu ulega przeksztaceniom technologicz-nym. Wyposaenie robota (ukady: pomiarowe, sterowania, bezprzewodowej komunikacji cyfrowej) zostao zminiaturyzowane, co nie pogorszyo parametrów uytkowych, ale przez zastosowanie ukadów o wyszym stopniu integracji, spowodowao wzrost jego sprawnoci.
LITERATURA
[1] Borkowicz Z., Bdkowski J., Cader M., Kowalski G.: SPIDER – a mobile robot for indu-stry, WESIC, Warszawa 21-22 czerwca 2007 r. str. 184-191.
[2] Borkowicz Z.: Zrobotyzowany system do badania zuycia energetycznych kotów duej mocy, XI Forum Energetyków GRE2008, Szczyrk 19-21 maja 2008 r. str. 53-54.
[3] Dudek B., Czapaj R.: A Big Intelligent Job – a Disencouragingly Difficult Challenge or a Chance for the Polish Power Industry, Energetyka nr 8 (652) maj 2008 r. str.370-375. [4] Borkowicz Z. Cader M.: Zrobotyzowany system do badania zuycia energetycznych
kotów duej mocy, Energetyka nr 10 (652) padziernik 2008 r. str.657-658.
[5] Frczek J., Wojtyra M.: Kinematyka ukadów wieloczonowych Metody obliczeniowe, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne 2008 r.
