Giàn FlowBot cho nghiên cứu thủy động lực học

Kết quả của nghiên cứu này được sử dụng, trong số những thứ khác, để tối ưu hóa thiết kế ô tô, tàu và máy bay. Cho đến nay, đường hầm gió thường được sử dụng trong động lực học chất lỏng để xác định các lực tác động lên các vật thể chuyển động. Một nhược điểm của phương pháp này là các phép đo được thực hiện ở vận tốc dòng chảy không đổi. Tuy nhiên, trong thực tế, ô tô, máy bay và thuyền luôn di chuyển với tốc độ và gia tốc khác nhau. Để nâng cao hiểu biết của chúng ta về thủy động lực học, do đó, chúng ta nên tiến hành nghiên cứu cơ bản về các vật thể chuyển động với tốc độ không đổi và với chuyển động tự xác định. Đó chính xác là những gì FlowBot làm cho có thể. Nó được thiết kế để di chuyển các vật thể qua một bể nước cao, trong suốt có kích thước 5 x 2 x 2 mét trong khi thu thập chính xác dữ liệu và thực hiện các phép đo lưu lượng và lực.

Dòng chảy bốc đồng

Gertjan Mulder, trưởng dự án cho FlowBot trong phần Cơ học chất lỏng cho biết: “Nghiên cứu về các dòng chảy bốc đồng là tương đối mới. “Chúng tôi đã có một thiết lập nhỏ, đơn giản cho việc này, nhưng chúng tôi muốn có thể làm được nhiều hơn về tốc độ, tăng tốc và giật. Đối với nghiên cứu này, điều quan trọng là có thể đi theo các con đường chính xác. Điều này có thể thực hiện được với FlowBot mới được điều khiển bởi SINUMERIK. Độ chính xác của điều khiển CNC đặc biệt quan trọng vì các hệ thống nhiều trục phải tuân theo nhau một cách chính xác.”

Ứng cử viên tiến sĩ Jesse Reijtenbagh đang tiến hành các bài kiểm tra đầu tiên với FlowBot cho nghiên cứu của mình. “Nó làm chính xác những gì chúng tôi muốn,” anh ấy nói một cách nhiệt tình. “Chúng tôi có thể di chuyển theo các hướng khác nhau và dễ dàng lập trình tốc độ và tăng tốc với độ chính xác. Bởi vì chúng ta có thể làm việc với nhiều trục cùng một lúc, chúng ta có thể có camera và ánh sáng theo dõi đối tượng qua bể nước. Bằng cách đó, chúng tôi không bỏ lỡ một chi tiết nào. Thông tin về lực lượng, vị trí và dữ liệu khác được lưu trữ trong một tệp duy nhất. Điều này giúp chúng ta thiết lập kết nối giữa lực và tốc độ. Chất lượng dữ liệu rất tuyệt vời, vì vậy chúng tôi không cần sử dụng các bộ lọc trong xử lý tín hiệu. Nhờ độ chính xác cao của FlowBot, ví dụ, chúng ta có thể nghiên cứu chuyển động cánh hoàn hảo của loài chim và chim. Chúng ta vẫn còn rất nhiều điều để học hỏi từ thiên nhiên!”

Điều cần thiết là các nhà nghiên cứu có thể thu thập một lượng lớn dữ liệu đo lường trong một khoảng thời gian ngắn: các lực tác động lên vật thể thử nghiệm, cùng với vận tốc, gia tốc và vị trí. Độ chính xác của chuyển động không được ảnh hưởng bởi quá trình thu thập dữ liệu. Vì lý do này, tất cả dữ liệu đo lường được thu thập trên thiết bị Industrial Edge. Bằng cách sử dụng một thiết bị chuyên dụng, bộ xử lý trong con lăn SINUMERIK không chịu tải bổ sung và việc thu thập dữ liệu không ảnh hưởng đến tốc độ điều khiển. Các Industrial Edge hoạt động liền mạch với bộ điều khiển. Dữ liệu, từ cả bộ điều khiển và các thành phần trường, được lưu trữ đồng bộ và ở tần số cao và có thể được truy xuất thông qua kết nối an toàn từ bất kỳ vị trí nào. Để phân tích, các nhà nghiên cứu sử dụng ứng dụng Analyze my Workpiece/Capture.

Gertjan: “Chúng ta có thể dễ dàng tự quyết định khi nào dữ liệu nên và không nên được lưu trữ. Với FlowBot, chúng tôi thực hiện nhiều thử nghiệm liên tiếp. Không cần thiết phải lưu trữ dữ liệu giữa hai phép đo. Do đó, Edge chỉ thu thập dữ liệu đo lường hữu ích. Điều này cho phép chúng tôi dễ dàng phân tích dữ liệu qua nhiều thí nghiệm khác nhau, cho phép chúng tôi nhanh chóng thiết lập mối tương quan giữa lực đo được và đường đi.”

Thực hiện kỹ thuật

Marcel de Pagter, giám đốc dự án tại Batenburg JB Systems, mô tả một quá trình thú vị và đầy thách thức: “Đối với chúng tôi, đây là dự án đầu tiên sử dụng SINUMERIK ONE mới và lần đầu tiên hệ thống điều khiển này được áp dụng cho một ứng dụng phức tạp như vậy. Để đạt được kết quả cuối cùng này, chúng tôi đã làm việc chặt chẽ với các đối tác liên quan. Trong suốt dự án, chúng tôi tập trung chủ yếu vào phần mềm, kỹ thuật điện tử, cài đặt và triển khai các thành phần liên quan đến an toàn.”
Với sự hỗ trợ từ Siemens, Batenburg JB Systems đã sử dụng tối ưu hệ thống điều khiển SINUMERIK. Để giữ cho thời gian vận hành càng ngắn càng tốt, Batenburg JB Systems đã chuẩn bị kỹ thuật số, mô phỏng và thử nghiệm nhiều khía cạnh bằng cách sử dụng phần mềm SINUMERIK ONE Digital Twin.

Hiện tại, FlowBot có 23 trục hoạt động đồng bộ được điều khiển bởi một bộ điều khiển SINUMERIK duy nhất. Số lượng trục sẽ được mở rộng hơn nữa trong tương lai gần với việc bổ sung hai robot 6 trục. Frank de Korte nói: “FlowBot vượt qua giới hạn của những gì có thể với hệ thống điều khiển Sinumerik. “Đây cũng không phải là dự án tiêu chuẩn của Siemens, nhưng chúng tôi đã tự tin ngay từ đầu rằng những gì TU Delft đang tìm kiếm là có thể thực hiện được với hệ thống điều khiển Sinumerik. Những gì đã đạt được ở đây không thể thực hiện được với bất kỳ hệ thống kiểm soát nào khác, và do đó chúng tôi rất tự hào về điều đó. Mulder cũng mô tả nó là một dự án thành công: “Chúng tôi hướng đến độ chính xác cao nhất và có thể đo lường chính xác hơn chúng tôi hy vọng. Ngoài ra, bất chấp sự phức tạp của FlowBot, hoạt động này rất trực quan và thân thiện với người dùng. Nhờ các trục theo dõi tự động, FlowBot cũng dễ lập trình.