АВТОНОМНЫЙ МОБИЛЬНЫЙ РОБОТ

Область техники, к которой относится полезная модель, представляет собой автоматическую технику для специальных назначений, в частности, технику для операций разминирования. Областями применения полезной модели являются транспортирование технологического или инспекционного оборудования по различным рельефам на открытой местности.
Уровень техники. Известно устройство, состоящее из модуля продольного движения и модуля вращательного движения (Рачков М.Ю., Робот вертикального перемещения по сложным поверхностям, Мехатроника, Машиностроение, 6, 2002, с.26-30). Эти модули связаны между собой по оси вращения. Модуль продольного движения состоит из двух пневматических цилиндров. Педипуляторы продольного движения установлены на торцах штоков цилиндров. Модуль вращения содержит пневматический привод вращения, жестко связанный с педипуляторами. Это устройство позволяет реализовывать любые пошаговые траектории движения, но является сложным из-за наличия модуля вращения и имеет невысокую нагрузочную способность.
Наиболее близким к предложенному устройству является устройство, содержащее платформу, на которой закреплены пневматические цилиндры продольного и поперечного перемещения с проходными штоками, на концах которых установлены педипуляторы (Робот вертикального перемещения для монтажа дюбелей, Бах Ф.-В., Рачков М.Ю., Зиферс Й., полезная модель RU 5165, 1996). Два цилиндра продольного перемещения смонтированы вдоль центральной оси под платформой. Два цилиндра горизонтального перемещения установлены на противоположных сторонах сверху платформы. Движение устройства происходит путем пошагового задействования педипуляторов цилиндров продольного и поперечного перемещения в требуемой последовательности. Устройство имеет простую конструкцию, но позволяет реализовывать только сканирующие траектории движения и имеет невысокую нагрузочную способность на боковых сторонах платформы.
Раскрытие полезной модели. Сущность полезной модели выражается в том, что на верхней стороне платформы закреплены пневматические цилиндры продольного перемещения с проходными штоками, на концах которых установлены педипуляторы, а на нижней стороне перпендикулярно закреплены два аналогичных пневматических цилиндра поперечного перемещения с педипуляторами, причем оба пневматических цилиндра поперечного перемещения смонтированы на боковых сторонах платформы. Каждый педипулятор выполнен в виде пневматического цилиндра подъема с непроходным штоком, корпус которого соединен со штоком соответствующего пневматического цилиндра перемещения, а конец штока - с опорной поверхностью, которая через направляющие с упором связана с рабочей поверхностью, при этом в опорной поверхности установлен датчик положения с возможностью контакта с рабочей поверхностью, выход которого связан с управляющим клапаном пневматического цилиндра подъема. На передней стороне платформы установлен кронштейн, на котором в порядке удаления от платформы размещены химический датчик обнаружения молекул взрывчатых веществ, инфракрасный датчик, нагреватель и металлодетектор.
Технический результат выражается в возможности реализовывать любые траектории движения и в повышении нагрузочной способности робота. Технический результат выражается также в возможности сохранять горизонтальное положение платформы при попадании под педипуляторы камней и других возвышений и в возможности надежно детектировать наличие взрывных устройств по ходу движения робота.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена общая схема робота, на фигуре 2 - схема педипуляторов, на фигуре 3 - варианты реализации поворота робота, а на фигуре 4 - общий вид робота в процессе работы.
Робот (фиг.1) состоит из продольных 1, 2 и поперечных 3, 4 пневматических цилиндров перемещения, корпуса которых соединены симметрично. Каждый цилиндр перемещения имеет цилиндр подъема 5, два педипулятора 6, которые установлены на торцах штоков цилиндра. На платформе 7 установлен блок управления 8 и линия пневматического и электрического питания 9 приводной и управляющей систем. Металлодетектор 10, нагреватель 11, инфракрасный датчик 12 и химический датчик 13 установлены на кронштейне 14.
Педипулятор (фиг.2) выполнен в виде пневматического цилиндра подъема 15 с непроходным штоком 16, корпус 17 которого соединен со штоком 18
соответствующего пневматического цилиндра перемещения, а конец штока - с опорной поверхностью 19, которая через направляющие 20 с упором 21 связана с рабочей поверхностью 22, при этом в опорной поверхности установлен датчик положения 23 с возможностью контакта с рабочей поверхностью, выход которого связан с управляющим клапаном 24 пневматического цилиндра подъема. Неровность 25 поверхности перемещения 26 благодаря такой схеме с обратной связью по положению позволяет поддерживать платформу 27 робота (условно показана штриховой линией) на заданном расстоянии от поверхности при перемещении робота по неровному ландшафту.
Возможно реализовать четыре различных вида вращении робота (фиг.3), основанных на трении педипуляторов о поверхность перемещения. Педипуляторы, контактирующие с поверхностью перемещения, на схемах затемнены. Стрелками показано направление движения соответствующих цилиндров перемещения.
Осуществление полезной модели. Конструкция устройства в статическом состоянии содержит платформу, на верхней стороне которой по бокам закреплены два пневматических цилиндра продольного перемещения с проходными штоками, на концах которых установлены педипуляторы, а на нижней стороне перпендикулярно закреплены два аналогичных пневматических цилиндра поперечного перемещения с педипуляторами, причем оба пневматических цилиндра поперечного перемещения смонтированы на боковых сторонах платформы. Каждый педипулятор выполнен в виде пневматического цилиндра подъема с непроходным штоком, корпус которого соединен со штоком соответствующего пневматического цилиндра перемещения, а конец штока - с опорной поверхностью, которая через направляющие с упором связана с рабочей поверхностью, при этом в опорной поверхности установлен датчик положения с возможностью контакта с рабочей поверхностью, выход которого связан с управляющим клапаном пневматического цилиндра подъема. На передней стороне платформы установлен кронштейн, на котором в порядке удаления от платформы размещены химический датчик обнаружения молекул взрывчатых веществ, инфракрасный датчик, нагреватель и металлодетектор.
Технический результат выражается в возможности реализовывать любые траектории движения и в повышении нагрузочной способности робота из-за распределения нагрузки в любом положении как минимум на два цилиндра перемещения одновременно.
В начале движения цилиндры продольного перемещения перемещают свои педипуляторы, которые находятся в верхнем положении, с максимальной скоростью, используя всю длину рабочего хода (фиг.1). Во время этого движения робот опирается на поверхность перемещения посредством педипуляторов цилиндра поперечного перемещения, которые находятся в нижнем положении. На следующем шаге эту роль выполняют педипуляторы цилиндров продольного перемещения, и так далее.
Адаптация к неровностям поверхности перемещения для сохранения горизонтального положения платформы при движении осуществляется следующим образом. Цилиндр подъема педипулятора (фиг.2) приводит в действие шток поршня, связанный с опорной поверхностью педипулятора, при движении к поверхности. Когда рабочая поверхность достигает поверхности перемещения, упоры перемещаются вверх, а рабочая поверхность перемещается по направляющим до опорной поверхности. При этом срабатывает датчик положения. Он генерирует сигнал управления на клапан, чтобы блокировать шток поршня на уровне, соответствующем поверхностному уровню под педипулятором. Как результат, все педипуляторы могут иметь различные уровни выдвижения по форме поверхности, а платформа при этом сохранит горизонтальное положение. Технический результат выражается в возможности сохранять горизонтальное положение платформы при попадании под педипуляторы камней и других возвышений.
Робот имеет возможность изменять направление движения на требуемый угол. Опорное вращение (фиг.3а) выполняется посредством движения педипуляторов одного транспортного цилиндра относительно параллельного цилиндра. Этот способ предназначен для небольшой коррекции направления движения. Ускоренное вращение (фиг.3б) осуществляется посредством одновременного движения педипуляторов обоих параллельных транспортных цилиндров в противоположных направлениях. Этот способ позволяет выполнять более быстрое вращение корпуса робота. Центральное вращение (фиг.3в) реализуется посредством перпендикулярной пары педипуляторов вокруг одного неподвижного педипулятора. Такой режим позволяет изменять угловое положение более точно относительно определенного центра вращения. Безопасное вращение (фиг.3г) может быть выполнено посредством установки всех педипуляторов в нижней позиции. Это обеспечивает безопасный уровень поперечных моментов, действующих на поршни педипуляторов при вращении для всех типов поверхностей движения, поскольку плечо действия сил трения в таком случае будет минимально.
Передняя сторона платформы может быть выполнена в виде кронштейна, на котором в порядке удаления от платформы размещены химический датчик обнаружения молекул взрывчатого вещества, инфракрасный датчик, нагреватель и металлодетектор для обеспечения возможности надежно детектировать наличие любых взрывных устройств по ходу движения робота. Металлодетектор, находящийся в переднем положении по ходу движения робота, позволяет обнаруживать мины в металлических корпусах. Идущий далее нагреватель прогревает грунт, а следующий за ним инфракрасный датчик по отраженной тепловой картине обнаруживает мины в пластиковых корпусах. Последний по ходу движения химический датчик позволяет обнаруживать безоболочковые мины, детектируя молекулы взрывчатого вещества. Возможность сохранять горизонтальное положение платформы при попадании под педипуляторы камней и других возвышений обеспечивает сохранение заданного рабочего расстояния от датчиков до поверхности перемещения при движении робота. Последовательность расположения датчиков определяется статистической степенью вероятности обнаружения указанных видов взрывчатых устройств по приоритетам, а также возможностью перепроверки каждым последующим датчиком показаний предыдущего. Таким образом, обеспечивается возможность надежно детектировать наличие взрывных устройств по ходу движения робота.
Все блоки робота реализуются на базе стандартных, промышленно выпускаемых узлов, включая датчики взрывчатых устройств (см., например, Explosives detection equipment, Catalogue, ARLI SPETSTECHNIKA, Moscow, Ru