Během posledního desetiletí prošla krajina průmyslových provozů hlubokou metamorfózou, která byla z velké části způsobena integrací špičkových technologií. Dnešní průmyslová prostředí se vyznačují sofistikovanými stroji a vybavením, zefektivňují operace a zvyšují efektivitu.

Moderní průmyslové prostředí však není bez problémů. Tyto prostory plné strojů, elektrických systémů a složitých monitorovacích zařízení představují zvýšené obavy o bezpečnost. Potenciál pádů, uklouznutí, zakopnutí, kolize a dalších nehod je všudypřítomný, i když průmysl tlačí na rychlejší a přesnější operace k optimalizaci produktivity.

Při řešení těchto požadavků se různá odvětví – od výrobních a balicích jednotek až po distribuční centra a továrny – silně spoléhají na specializovaná průmyslová vozidla. To zahrnuje jeřáby, automatizovaně naváděná vozidla (AGV) a autonomní mobilní roboty (AMR), z nichž každý hraje klíčovou roli při usnadňování přepravy, zvedání a dalších základních úkolů.

Mezi nimi jeřáby vynikají svou schopností zvládnout značné hmotnosti, manévrovat těsnými prostory a pracovat více směry, což zvyšuje flexibilitu i v přeplněných oblastech. Přesto nejsou bez svých zranitelností. Překážky v provozní dráze jeřábu mohou vést ke katastrofickým srážkám.

Ve společnosti Hokuyo jsme v popředí navrhování vysoce kvalitních senzorů pro řadu aplikací. Tento článek nabízí pohled na naše dva oblíbené senzory navržené speciálně pro zmírnění rizika kolize jeřábu.

KAD-300

Řada snímačů KAD-300 je důkazem pokročilého monitorování v provozních zónách jeřábu a může se pochlubit dosahem snímání až 100 stop. Tyto retro reflexní infračervené senzory jsou oblíbené pro své stálé a konzistentní schopnosti detekce objektů. Je pozoruhodné, že nabízejí rozsáhlou operační vzdálenost a zůstávají odolné vůči změnám barvy objektu a trajektorie pohybu.

V rámci této řady existují dva odlišné modely: KAD-300-U1 a KAD-300-K. Jejich odlišení spočívá především ve výkonových specifikacích. KAD-300-U1 pracuje na zdroji střídavého proudu v rozsahu 100-240 VAC (50/60 Hz) a má spotřebu energie mezi 10VA-15VA. Naproti tomu KAD-300-K je napájen 24V DC zdrojem a spotřebuje pouhých 5W nebo méně.

Vynikající funkcí řady KAD-300 je její trojice výstupů pro nastavení vzdálenosti až do vzdálenosti 100 stop. V závislosti na možnosti kolize a určené bezpečné vzdálenosti mohou senzory iniciovat příkazy ke zpomalení nebo zastavení. Navíc v situacích, kdy je reflektor umístěn mimo nastavenou vzdálenost, se aktivuje poruchový výstup, který signalizuje potenciální problémy s vyzařováním a příjmem světla.

Z hlediska výkonu vynikají senzory KAD-300 rychlou dobou odezvy 50 milisekund nebo méně a dobou zapnutí přibližně 2 sekundy. Jsou navrženy tak, aby zvládaly úrovně okolní luminiscence, přičemž prahové hodnoty halogenového a rtuťového světla jsou nastaveny na 10,000 XNUMX luxů nebo méně. Konektivita je usnadněna pomocí konektoru svorkovnice.

Instalace řady KAD-300 je rychlá a snadná, doplněná uživatelsky příjemným nastavením pomocí tlačítka. Jejich robustní design, zapouzdřený v odolném kovovém pouzdře, zajišťuje dlouhou životnost s minimální údržbou. Tyto senzory jsou také schopné fungovat při teplotách od -10 do 55 stupňů Celsia a zvládnou relativní vlhkost až 85 %. Působivé je, že mají izolační odpor 100 MOhmů nebo více a vydrží napětí 1500 VAC po dobu jedné minuty.

ČTĚTE VÍCE
Jaké je použití napínače pásu?

Všestrannost snímačů KAD-300 je zřejmá v jejich adaptabilitě na frekvenční měniče a stupňovité ovládání. Jejich zjednodušený design hardwaru dále zjednodušuje proces instalace.

Tyto senzory nacházejí své místo především při zajišťování bezpečnosti pro nadzemní zařízení. Jejich použití je široké, od ochrany mezi jeřábem a jeřábem až po ochranu proti kolizím jednokolejových systémů. Distribuční centra a sklady je využívají k dosažení úplné robotické autonomie, což eliminuje potřebu ručního dohledu.

Navíc zvyšují bezpečnost a efektivitu na výrobních podlahách, zejména v zařízeních pro manipulaci s materiálem. Jejich přesnost v ovládání a monitorování klíčových pohybů je činí nepostradatelnými v odvětvích, jako je automobilová a letecká výroba.

RSC-30LN

Senzor RSC-30LN je ideální pro varování před jeřábem. Jako skenovací laserový dálkoměr má rozsáhlé úhly skenování a detekční rozsahy, takže je zvláště vhodný pro aplikace mostových jeřábů. Jeho primární funkcí je detekce plošných překážek a zajištění prevence kolize.

Tento snímač je vybaven montážním držákem a speciální ovládací skříňkou. K dispozici jsou dva odlišné modely montážních držáků: RSC-30LN-UP-DW, který je vybaven držákem pro zapuštěnou montáž, a RSC-30LN-FR, navržený s držákem pro horizontální montáž. Doprovodný ovládací box RSC-C má za úkol řídit výstup kontaktu relé.

Jednou z výjimečných vlastností těchto senzorů je jejich přizpůsobivost. Lze je bez problémů konfigurovat pro různé aplikace, což umožňuje programování až tří odlišných výstupních zón detekce pomocí softwaru pro nastavení oblasti. Tyto senzory mají úhel snímání 190°, úhel kroku 0.25° a celkem 760 kroků.

Napájení senzorové jednotky vyžaduje rozsah napětí 10-30 VDC. Využívá polovodičový laserový světelný zdroj s vlnovou délkou 905 nm, který zajišťuje bezpečnost očí třídy 1. Pro konfiguraci detekční zóny senzor využívá rozhraní USB 2.0 a pracuje rychlostí 12 Mbps.

Pokud jde o odolnost, RSC-30LN je navržen tak, aby fungoval v teplotním spektru -10° až +50°C a vydrží až 85% relativní vlhkosti. Jeho ochranný kryt IP67 ho chrání před prachem a vnikáním vody, takže je vhodný pro venkovní nasazení.

Skenovací schopnost senzoru se pohybuje od 0.1 do 30 m, s maximální detekční vzdáleností až 100 m. Jeho přesnost je evidentní, protože dokáže detekovat objekty o rozměrech 65 mm na 5 m, 130 mm na 10 m a 400 mm na 30 m.

Řídicí jednotka RSC-C pracuje na zdroji střídavého proudu v rozsahu od 100 do 200 VAC. Jeho spotřeba energie vrcholí při 11 VA při 100 VAC a 15 VA při 200 VAC. Box je vybaven čtyřmi ovládacími výstupy, včetně jednoho chybového výstupu a tří detekčních výstupů. Jeho robustní ochranná struktura IP65 zajišťuje odolnost proti prachu a vodě.

ČTĚTE VÍCE
Jsou mírné vibrace ve volantu normální?

Pro operace zahrnující více jeřábů je model RSC-30LN-UP-DW zběhlý v detekci jiného jeřábu, zatímco RSC-30LN-FR se specializuje na identifikaci břemen zavěšených na jiném jeřábu. Kromě toho jsou tyto senzory neocenitelné pro detekci překážek v systémech Rubber Tire Gantry (RTG).

Jejich všestrannost sahá do mnoha odvětví, včetně distribuce a skladování, manipulace s materiálem, přístavů a ​​terminálových operací, kovoprůmyslu a ocelářství a automobilového a leteckého průmyslu.

Vyrovnejte své průmyslové procesy a zvyšte produktivitu se senzory pro zamezení kolizím jeřábů Hokuyo. Kontaktujte nás ještě dnes!

#technologie senzorů #senzory #jeřáb #zabránění kolizím jeřábů

Prevence kolizí lze použít k automatickému zpomalení a zastavení vozidla předtím, než může narazit do překážky.

Lze jej aktivovat pro vozidla s více koptérami v režimu polohy a může používat data ze senzorů z palubního doprovodného počítače, dálkoměrů na palubě přes MAVLink, dálkoměru připojeného k letovému ovladači nebo jakoukoli kombinaci výše uvedeného.

Prevence kolize může omezit maximální rychlost vozidla, pokud není dosah snímačů dostatečně velký! Zabraňuje také pohybu ve směrech, kde nejsou k dispozici žádná data ze senzorů (tj. pokud nemáte data ze zadních senzorů, nebudete moci letět dozadu).

Pokud jsou vysoké rychlosti letu kritické, zvažte deaktivaci prevence kolizí, když to není potřeba.

Ujistěte se, že máte senzory/data senzorů ve všech směrech, kterými chcete letět (když je aktivována prevence kolize).

# Přehled

Prevence kolizí je povoleno na PX4 nastavením parametru pro minimální povolenou vzdálenost přiblížení (CP_DIST).

Tato funkce vyžaduje informace o překážkách z externího systému (zaslané pomocí MAVLink OBSTACLE_DISTANCE

(otevře nové okno) a/nebo snímač vzdálenosti připojený k letovému ovladači.

K získávání informací o objektech ak prevenci kolize s objekty lze použít více senzorů kolem Vozidlo. Pokud více zdrojů poskytuje data pro stejný orientaci, systém používá data, která hlásí nejmenší vzdálenost k objektu.

Vozidlo omezuje maximální rychlost, aby zpomalilo, když se přibližuje k překážkám, a zastaví pohyb, když dosáhne minimální povolené vzdálenosti. Aby se uživatel mohl vzdálit od překážky (nebo paralelně s ní), musí přikázat vozidlu, aby se pohybovalo směrem k nastavené hodnotě, která nepřibližuje vozidlo k překážce. Algoritmus provede drobné úpravy směru žádané hodnoty, pokud se zjistí, že „lepší“ žádaná hodnota existuje v rámci pevné rezervy na obou stranách požadované žádané hodnoty.

Uživatelé jsou informováni prostřednictvím QGroundControl zatímco Prevence kolizí aktivně řídí nastavené hodnoty rychlosti.

Nastavení softwaru PX4 je popsáno v další části. Pokud používáte snímač vzdálenosti připojený k vašemu letovému ovladači pro prevenci kolize, bude nutné jej připojit a nakonfigurovat podle popisu v části Snímač vzdálenosti PX4. Pokud k poskytování informací o překážkách používáte doprovodný počítač, viz nastavení doprovodu.

# Nastavení PX4 (Software).

Nakonfigurujte prevenci kolizí nastavením následujících parametrů QGroundControl:

Parametr Popis
CP_DIST Nastavte minimální povolenou vzdálenost (nejbližší vzdálenost, na kterou se vozidlo může přiblížit k překážce). Nastavením záporné hodnoty deaktivujete prevence kolizí.
> výstraha Tato hodnota je vzdálenost k senzorům, nikoli vnější strana vašeho vozidla nebo vrtulí. Ujistěte se, že ponecháte bezpečnou rezervu!
CP_DELAY Nastavte zpoždění sledování nastavené hodnoty snímače a rychlosti. Viz Ladění zpoždění níže.
CP_GUIDE_ANG Nastavte úhel (na obě strany přikázaného směru), o který se může vozidlo odchýlit, pokud v tomto směru najde méně překážek. Viz Ladění navádění níže.
CP_GO_NO_DATA Nastavte na 1, aby se vozidlo mohlo pohybovat ve směrech, kde není pokrytí senzorem (výchozí je 0/ False ).
MPC_POS_MODE Nastavte na 0 nebo 3, abyste povolili prevenci kolizí v režimu polohy (výchozí je 4).
ČTĚTE VÍCE
Jaké jsou 3 důsledky kybernetického útoku?

# Popis algoritmu

Data ze všech senzorů jsou sloučena do vnitřní reprezentace 36 sektorů kolem vozidla, z nichž každý obsahuje buď data senzoru a informace o tom, kdy byl naposledy pozorován, nebo indikaci, že pro daný sektor nebyla k dispozici žádná data. Když je vozidlu přikázáno pohnout se určitým směrem, všechny sektory na polokouli daného směru se zkontrolují, aby se zjistilo, zda pohyb nepřiblíží vozidlo k nějakým překážkám. Pokud ano, rychlost vozidla je omezena.

Toto omezení rychlosti bere v úvahu jak vnitřní rychlostní smyčku naladěnou MPC_XY_P, tak i trhavě optimální regulátor rychlosti přes MPC_JERK_MAX a MPC_ACC_HOR. Rychlost je omezena tak, že vozidlo zastaví včas, aby udrželo vzdálenost specifikovanou v CP_DIST. Dosah senzorů pro každý sektor je také zohledněn, což omezuje rychlost stejným mechanismem.

Pokud v určitém směru nejsou k dispozici žádná data senzoru, rychlost v tomto směru je omezena na 0 (zabraňuje tomu, aby vozidlo narazilo do neviditelných předmětů). Pokud se chcete volně pohybovat do směrů bez pokrytí senzorem, lze to povolit nastavením CP_GO_NO_DATA na 1.

Zpoždění, jak v nastavených hodnotách rychlosti sledování vozidla, tak v příjmu dat senzoru z externích zdrojů, se konzervativně odhaduje pomocí parametru CP_DELAY. To by mělo být naladěno na konkrétní vozidlo.

Pokud jsou sektory sousedící s přikázanými sektory „lepší“ o značnou rezervu, lze směr požadovaného vstupu upravit až o úhel specifikovaný v CP_GUIDE_ANG. To pomáhá vyladit vstup uživatele tak, aby „vedl“ vozidlo kolem překážek, místo aby o ně uvízlo.

# Ztráta dat rozsahu

Pokud autopilot neobdrží údaje o dosahu z žádného senzoru déle než 0.5 s, vydá varování Nebyla přijata žádná data o rozsahu, není povolen žádný pohyb. To vynutí nastavené hodnoty rychlosti v xy na nulu. Po 5 sekundách, kdy nebudou přijímána žádná data, se vozidlo přepne do režimu HOLD. Pokud chcete, aby se vozidlo mohlo znovu pohybovat, budete muset deaktivovat prevenci kolize buď nastavením parametru CP_DIST na zápornou hodnotu, nebo přepnutím do jiného režimu než do režimu polohy (např. Režim nadmořské výšky or Stabilizovaný režim).

Pokud máte připojeno více senzorů a ztratíte spojení s jedním z nich, stále budete moci létat uvnitř zorného pole (FOV) hlásících senzorů. Platnost dat vadného senzoru vyprší a oblast pokrytá tímto senzorem bude považována za nepokrytou, což znamená, že se tam nebudete moci pohybovat.

ČTĚTE VÍCE
Proč se můj Chevy Impala stále přehřívá?

Buďte opatrní při aktivaci CP_GO_NO_DATA=1, která umožňuje vozidlu létat mimo oblast pokrytou senzory. Pokud ztratíte spojení s jedním z více senzorů, bude oblast pokrytá vadným senzorem také považována za nepokrytou a budete se tam moci pohybovat bez omezení.

# CP_DELAY Ladění zpoždění

Existují dva hlavní zdroje zpoždění, se kterými je třeba počítat: zpoždění snímačea vozidlo zpoždění sledování nastavené hodnoty rychlosti. Oba zdroje zpoždění se ladí pomocí parametru CP_DELAY.

Projekt zpoždění snímače pro snímače vzdálenosti připojené přímo k letovému ovladači lze předpokládat, že je 0. U systémů založených na externím vidění může být zpoždění snímače až 0.2 s.

Vozidlo zpoždění sledování nastavené hodnoty rychlosti lze měřit letem plnou rychlostí v režimu polohy a poté příkazem k zastavení. Zpoždění mezi skutečnou rychlostí a požadovanou hodnotou rychlosti lze poté měřit z protokolů. Zpoždění sledování je obvykle mezi 0.1 a 0.5 sekundy, v závislosti na velikosti vozidla a naladění.

Pokud rychlost vozidla kolísá, když se blíží k překážce (t.j. zpomaluje, zrychluje, zpomaluje), je zpoždění nastaveno příliš vysoko.

# CP_GUIDE_ANG Ladění navádění

V závislosti na vozidle, typu prostředí a dovednostech pilota může být požadováno různé množství navádění. Nastavení parametru CP_GUIDE_ANG na 0 deaktivuje navádění, což má za následek, že se vozidlo bude pohybovat pouze přesně v přikázaných směrech. Zvýšení tohoto parametru umožní vozidlu zvolit optimální směr, aby se vyhnulo překážkám, což usnadní průlet úzkými mezerami a přesně dodrží minimální vzdálenost při objíždění objektů.

Pokud je tento parametr příliš malý, vozidlo se může cítit „zaseknuté“ v blízkosti překážek, protože je povolen pouze pohyb od překážek na minimální vzdálenost. Pokud je parametr příliš velký, může mít vozidlo pocit, že „klouže“ pryč od překážek ve směrech, které neurčil operátor. Z testování je 30 stupňů dobrá rovnováha, i když různá vozidla mohou mít různé požadavky.

Funkce navádění nikdy nenasměruje vozidlo ve směru bez dat ze senzoru. Pokud se vozidlo „zasekne“ pouze jedním snímačem vzdálenosti mířícím dopředu, je to pravděpodobně proto, že navádění nemůže bezpečně přizpůsobit směr kvůli nedostatku informací.

# Senzor vzdálenosti PX4

# Lanbao PSK-CM8JL65-CC5

V době psaní tohoto článku vám PX4 umožňuje používat IR senzor vzdálenosti Lanbao PSK-CM8JL65-CC5 pro prevenci kolizí „z krabice“ s minimální další konfigurací:

  • Nejprve připojte a nakonfigurujte senzor a povolte prevenci kolize (jak je popsáno výše, pomocí CP_DIST).
  • Nastavte orientaci senzoru pomocí SENS_CM8JL65_R_0.
ČTĚTE VÍCE
Je Tesla Model Y dobrý na sněhu?

# LightWare LiDAR SF45 Rotační Lidar

PX4 v1.14 (a novější) podporuje LightWare LiDAR SF45

(otevře nové okno) otočný lidar, který poskytuje snímání o 320 stupňů.

SF45 musí být připojen přes UART/sériový port a nakonfigurován, jak je popsáno níže (kromě nastavení prevence kolize).

  • V aplikaci LightWare Studio povolte skenování, nastavte úhel skenování a změňte přenosovou rychlost na 921600.
  • Přidejte ovladač lightware_sf45_serial do menuconfig:
    • Pod ovladače > Snímače vzdálenosti vyberte lightware_sf45_serial .
    • Znovu zkompilujte a nahrajte do letového ovladače.
    • SENS_EN_SF45_CFG: Nastavte na sériový port, ke kterému je připojen senzor. Ujistěte se, že na tomto portu není povoleno GPS nebo telemetrie.
    • SF45_ORIENT_CFG: Nastavte orientaci senzoru (směrem nahoru nebo dolů)
    • SF45_UPDATE_CFG: Nastavte rychlost aktualizace
    • SF45_YAW_CFG: Nastavte orientaci stáčení

    V QGroundControl byste měli vidět OBSTACLE_DISTANCE

    (otevře nové okno) v konzole MAVLink, pokud je prevence kolize správně nakonfigurována a aktivní.

    Překrytí překážek v QGC bude vypadat takto:

    sf45

    # Podpora dálkoměru

    Jiné senzory mohou být povoleny, ale to vyžaduje úpravu kódu řidiče pro nastavení orientace senzoru a zorného pole.

    • Připojte a nakonfigurujte senzor vzdálenosti na konkrétním portu (viz dokumenty specifické pro senzor) a povolte prevenci kolizí pomocí CP_DIST.
    • Upravte ovladač pro nastavení orientace. To by mělo být provedeno napodobením parametru SENS_CM8JL65_R_0 (ačkoli můžete také pevně zakódovat orientaci v senzoru module.yaml soubor na něco jako sf0x start -d $ -R 25 — kde 25 je ekvivalentní ROTATION_DOWNWARD_FACING ).
    • Upravte ovladač pro nastavení zorné pole v tématu snímač vzdálenosti UORB ( distance_sensor_s.h_fov ).

    Požadované úpravy můžete vidět z funkce PR

    (otevře nové okno). Přispějte prosím zpět svými změnami!

    # Nastavení doprovodu

    Pokud používáte doprovodný počítač nebo externí senzor, musí dodávat proud OBSTACLE_DISTANCE

    (otevře nové okno) zprávy, které by měly odrážet, kdy a kde byla zjištěna překážka.

    Minimální rychlost, jakou zprávy musí odeslání závisí na rychlosti vozidla — při vyšších rychlostech bude mít vozidlo delší dobu na reakci na detekované překážky.

    Počáteční testování systému používalo vozidlo pohybující se rychlostí 4 m/s se zprávami OBSTACLE_DISTANCE vydávanými při 10 Hz (maximální rychlost podporovaná systémem vidění). Systém může dobře fungovat při výrazně vyšších rychlostech a nižších frekvencích aktualizací vzdálenosti.

    Testovaný doprovodný software je místní_plánovač z PX4/PX4-Avoidance

    (otevře se nové okno) repo. Další informace o nastavení hardwaru a softwaru viz: PX4/PX4-Avoidance > Spustit na hardwaru

    Hardware a software by měly být nastaveny tak, jak je popsáno v PX4/PX4-Avoidance

    (otevře se nové okno) repo. Abyste mohli vysílat zprávy OBSTACLE_DISTANCE, musíte použít rqt_reconfigure a nastavte parametr send_obstacles_fcu na hodnotu true.

    # Nastavení altánku

    Prevence kolizí lze také testovat pomocí Gazebo. Viz PX4/PX4-Avoidance

    (otevře se nové okno) pro pokyny k nastavení.