自动扫雪机，控制，反馈

邓伍迪理工学院(Dunwoody College of Technology)的学生和团队导师以“运用动手技能和团队合作找到现实世界的解决方案”为团队目标，为导航工程学院的一项竞赛制作了一台自动扫雪机，安装了转向/推进控制系统，并使用传感器和光学编码器创建了一个反馈系统。参赛作品在大学自主扫雪机比赛中获得第三名。

邓伍迪的团队有五名攻读AAS学位的学生和三名指导教师:詹姆斯·乔根森(James Jorgenson)是工程制图和设计专业的学生。Michael Carnis, Keith McClelland, Josh Moses和Nigel Ystenes是自动化系统和机器人专业的学生。John McShannock，自动化系统和机器人讲师，E.J. Daigle，机器人和制造总监，Tim Flugum，物理讲师担任导师。

邓伍迪收到了教员捐赠的两台草坪拖拉机。目标是通过购买犁刃，安装转向/推进控制系统，以及使用传感器和光学编码器创建反馈系统，将一辆拖拉机改装成扫雪机。该团队利用其加工技能，plc和电子设备的优势寻求一个简单的解决方案。自动铲雪机必须足够强大，一次能铲出1米宽的积雪，足够坚固，能在明尼苏达州的冬天生存下来，并且足够智能，能在u形的路线上行驶。

故障排除

根据项目报告，挑战包括硬件集成、导航传感器和犁操作。

“我们想使用的割草机有严重的线束问题。许多电线都不见了，而且由于我们用火炬切割转向轴，造成了更大的破坏。”老式拖拉机还使用带螺纹的丝杠，丝杠上有一个项圈，这是“首选的转向方法”;然而，在对其他系统进行了大量的研究之后，我们认为这台拖拉机是不够的，于是我们选择了第二台拖拉机。因为我们有两部拖拉机，所以我们可以用第一辆作为学习的牺牲品。”

汽车集成

“我们在第一次尝试转向控制时也遇到了一些问题。首先，我们选择了一个步进电机来转动转向轴。我们用来控制它的驱动芯片无法处理电机所需的电流。这导致我们尝试用驱动器切换继电器，然后用继电器运行步进。我们使用机械继电器制作原型，但它们的切换速度不够快，所以我们决定购买一些固态继电器。我们买的固态继电器是多余的物品，其中一个在我们拿到的时候已经坏了。我们更换了坏的继电器，然后又烧了一个。

“我们放弃了继电器，决定建造我们自己的开关电路。我们使用了高功率晶体管，并设法达到了大约24转/分钟的最高速度。我们无法提供一个完整的5 V步进，所以我们的扭矩低于它应该是。我们设法为步进器提供了4v的功率，足以让我们的转向轴转动5比1变速箱，但它只能向一个方向可靠地转动。然后，我们决定取消步进，并找到了一个12V直流，31转的电机(来自Grainger)，它也有足够的扭矩来可靠地转动转向轴。”

编码器轮

“然后，我们在耦合器上安装了一个编码器轮。编码器为我们提供了每个孔15度的分辨率，总共有24个孔在编码器轮的圆周上均匀间隔。我们还安装了一个开槽光耦合器，这样编码器轮就可以通过这个开槽和光耦合器的信号进行脉冲处理。我们使用来自光耦合器的信号来增加或减少一个上下计数器。当我们向右转动轮子时，计数器将增加，直到达到一个设定值。当我们准备将轮子转回直线时，计数器将递减，直到它达到0。我们通过使用两个独立的继电器来改变施加在电机电源引线上的电压的极性，从而改变旋转方向。”

PLC的规范

对于可编程逻辑控制器(PLC)，“我们使用西门子logo类型的OBA4，具有2个模拟输入和6个离散输入。当我们选择这款PLC时，我们没有考虑到我们无法访问内置的数学函数。这使得在两个输入源之间进行比较几乎是不可能的，这意味着我们不能轻易地进行航向修正。”PLC上的I7和I8输入也允许使用模拟输入(0-10 V dc)用于模拟距离传感器。一个4输入扩展模块帮助驱动拖拉机从本地操纵杆进行现场装卸和安装。

硬件项目总费用估计为$3 309;由于教职员工、班纳工程公司和剑桥金属与塑料公司的捐赠，实际成本为949美元。在2011年度自动扫雪机竞赛中，邓伍迪技术学院的参赛作品在五所大学的参赛作品中排名第三。

如果你喜欢一月份的明尼苏达州(或者如果你更喜欢自动扫雪机而不是一月份的明尼苏达州)，第二届ION自动扫雪机大赛将于1月26日至29日在圣保罗举行。

www.autosnowplow.com

www.dunwoody.edu/manufacturing

图片库，更多项目细节见结果和视频。

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- Mark T. Hoske编辑，CFE Media，控制工程;由Chris Vavra发布，控制工程，www.globalelove.com

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