IMU alapú elmozdulásmérő eszköz fejlesztése és ennek alkalmazása talajáramlások vizsgálatában, diszkrételemes modellek kalibrációjához
A különböző szemcsés anyagok számtalan helyen előfordulnak a mérnöki gyakorlatban. Többek között például a zúzottkövekre, a szemestakarmányokra és a talajra is tekinthetünk szemcsés anyagként, de a vegyiparban, illetve a gyógyszeriparban is gyakran előfordulnak különböző szemcsékből álló anyaghalmazok.
A szemcsés halmazok vizsgálatához köthető egyik intenzív kutatási irány a szemcsés halmaz áramlása során a halmazon belül fellépő elmozdulások, deformációk megismerésére irányul [1]. Mivel egy szemcsés halmazon belüli elmozdulásokra nincs közvetlen rálátásunk, az azon belüli elmozdulások megismerése komoly problémát vet fel. Ezen probléma megoldását célozza dolgozatunk, mely csatlakozik a halmazon belüli elmozdulásokkal foglalkozó kísérleti és szimulációs kutatásokhoz. Ezen kutatásunkban talajművelő szerszám mozgatásának hatására a talajban történő elmozdulások jellemzését helyeztük középpontba [2].
A felvetett problémára jelenthet egy megoldást az általunk fejlesztett költséghatékony hardver-szoftver rendszer, mely segítségével lehetséges egy adatgyűjtő eszköz elmozdulásának mérése úgy, hogy ezen eszköz nem átlátható szemcsékből álló közegben van elhelyezve.
A hardver központi része egy olyan szenzor, melyben három részszenzor, gyorsulásmérő, magnetométer és giroszkóp található. Az ilyen szenzorok elnevezése angol terminológiával Inertial Measurement Unit (IMU). Az adatgyűjtésen túl foglalkoztunk az adatok feldolgozásával is, ugyanis a mérőeszköz csak a felhasznált IMU részszenzorainak nyers adatait képes gyűjteni. Mivel nem okosszenzort használtunk, így az adatok előfeldolgozásával is foglalkoztunk. Továbbá az algoritmikus adatfeldolgozás fejlesztésén túl szerepet kap a mesterséges intelligencia alkalmazása is.
A kutatás során a fejlesztett elmozdulásmérő mérőeszközzel a BME Ipar 4.0 Technológiai Központjában laboratóriumi körülmények között kis méretű talajvályúban kapcsolt méréseket végeztünk. A mérőeszközt a talajvályú talajába helyeztük, majd abban robotkar segítségével 3D nyomtatott szerszámot mozgattunk. Mérés közben regisztráltuk az adatgyűjtő eszköz által közölt nyers szenzoradatokat valamint a mintavételek időpontját, továbbá mértük a talajban húzott szerszámra ható erőt. Mindemellett a penetrációs ellenállást is vizsgáltuk az általunk fejlesztett eszköz segítségével. A mérésekből kapott eredményeket a diszkrételemes szimulációk kalibrációihoz használtuk fel. Tehát az adatfeldolgozás kimenete szolgál a talajmodellek kalibrációjának bemeneteként.
A kapott eredmények alapján értékeltük a halmazban történő elmozdulások jellemzésére kifejlesztett módszerünk alkalmazhatóságát, valamint javaslatot tettünk további fejlesztési irányokra.
[1] AKEILA, Ehad; SALCIC, Zoran; SWAIN, Akshya. Smart pebble for monitoring riverbed sediment transport. IEEE Sensors Journal, 2010, 10.11: 1705-1717.
[2] TAMÁS, Kornél; BERNON, Louis. Role of particle shape and plant roots in the discrete element model of soil–sweep interaction. Biosystems Engineering, 2021, 211: 77-96.
szerzők
-
Wágner Árpád
Mérnök informatikus szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc) -
Szabó Bence
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Kovács László
Ipar 4.0 témavezető, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék -
Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
Hudoba Zoltán
tanszéki mérnök, Gép- és Terméktervezés Tanszék
