УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ПЕРЕМЕЩАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ НА КОСМИЧЕСКОМ АППАРАТЕ
MOVED OBJECTS ON THE SPACE CRAFT STORAGE AND IDENTIFICATION DEVICE

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для обеспечения хранения, идентификации и оперативного определения текущего местоположения хранящихся на КА перемещаемых (переносимых) объектов хранения.
Известны устройства для хранения и идентификации объектов с использованием радиочастотной технологии, применяемые в различных областях деятельности (Перспективные варианты использования технологии радиочастотной идентификации в библиотечном и музейном деле / Кириллов Н.П., Дашевский В.П., Соколов Б.В., Юсупов Р.М. // Труды СПИИРАН. 2008. Вып. 7. С. 48-53). Радиочастотная технология основана на использовании размещенных на объектах радиочастотных (RFID - Radio Frequency Indentification) меток.
Известно устройство, реализующее способ определения положения объекта с использованием радиочастотных меток (патент РФ 2472218, приоритет от 14.09.2011, МПК (2006.01): G06K 5/00 G01S 5/16), включающее размещенную на объекте RFID-метку, радиочастотный считыватель, снабженный антенной считывания сигнала RFID-метки и блок обработки информации. Данное устройство обеспечивает идентификацию и определение местоположения объекта на некотором протяженном месте, например, идентификацию и определение местоположения блока телекоммуникационного устройства в телекоммуникационной стойке.
Недостатком данного устройства является то, что для идентификации и определения местоположения объектов хранения (блоков телекоммуникационного устройства) считыватель с антенной необходимо заданным образом перемещать относительно телекоммуникационной стойки. В данном устройстве такое перемещение осуществляется оператором.
Известно устройство, предназначенное для хранения и идентификации размещенных на полке объектов хранения (товаров) - «умная полка» компании «РСТ-Инвент» (www.rst-invent.ru - прототип). Устройство содержит конструктивные элементы для размещения перемещаемых объектов хранения - полку, RFID-метки, антенну, связанное с антенной считывающее устройство и связанный через блок конвертеров со считывающим устройством блок обработки информации. Устройство позволяет хранить и идентифицировать объекты хранения (товары) и получать точные данные об их местонахождении на полках магазина, в том числе выполнять операцию их инвентаризации.
Недостатки данного устройства при применении его на КА связаны с тем, что в условиях космического полета, в частности при перегрузках и невесомости, объекты хранения могут произвольно перемещаться в пространстве, что приводит как к помехам считывания RFID-меток (из-за возможного произвольного изменения взаимного положения RFID-меток и считывающего устройства), так и повреждению хрупких объектов хранения (из-за возможных ударов объектов хранения о жесткие конструктивные элементы). Кроме того, электромагнитное излучение от антенны устройства и электромагнитное излучение от систем КА могут взаимно влиять одно на другое, что может приводить к нарушениям в работе как устройства, так и систем КА.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности управления пилотируемым КА за счет минимизации времени проведения идентификации и инвентаризации хранящихся на КА перемещаемых объектов хранения.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении хранения, идентификации и оперативного определения текущего местоположения хранящихся на КА перемещаемых объектов хранения с обеспечением требуемых условий хранения объектов в условиях космического полета, в том числе перегрузок и невесомости.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для хранения и идентификации перемещаемых объектов на космическом аппарате, содержащем конструктивные элементы для размещения перемещаемых объектов хранения, радиочастотные метки, антенну, связанное с антенной считывающее устройство и связанный через блок конвертеров со считывающим устройством блок обработки информации, в отличие от известного, конструктивные элементы для размещения перемещаемых объектов выполнены в виде корпуса с дверцей, в котором размещен не менее чем один контейнер, при этом корпус и дверца выполнены из непрозрачного для радиочастотных излучений материала, радиочастотные метки установлены на каждый контейнер, каждый контейнер установлен с возможностью перемещения и фиксации положения контейнера относительно корпуса и снабжен фиксатором/ами положения объектов хранения относительно контейнера, дверца снабжена фиксатором положения дверцы относительно корпуса в закрытом положении и блоком определения положения дверцы относительно корпуса, связанным с блоком обработки информации через блок конвертеров, причем радиочастотные метки расположены на заданном расстоянии до антенны.
Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема корпуса устройства при открытом положении дверцы и введены следующие обозначения:
1 - антенна;
2 - считывающее устройство;
3 - блок конвертеров;
4 - блок обработки информации;
5 - корпус;
6 - дверца;
7 - контейнер;
8 - элементы средства обеспечения фиксации положения контейнера относительно корпуса, расположенные на контейнере;
9 - фиксатор положения объектов хранения относительно контейнера;
10 - фиксатор положения дверцы относительно корпуса в закрытом положении;
11 - блок определения положения дверцы относительно корпуса;
12 - RFID-метка;
13 - объект хранения;
14 - ось поворота дверцы;
15 - средства для перемещения контейнера в корпусе;
16 - элемент средства обеспечения фиксации положения контейнера относительно корпуса, расположенный на задней стенке корпуса;
L - заданное расстояние от RFID-метки до антенны при закрытом положении дверцы относительно корпуса.
Устройство для хранения и идентификации перемещаемых объектов на КА содержит корпус 5 с дверцей 6, радиочастотные метки (RFID-метки 12), антенну 1, связанное с антенной 1 считывающее устройство 2, связанный через блок конвертеров 3 со считывающим устройством 2 блок обработки информации 4.
В корпусе 5 размещен не менее чем один подвижный контейнер 7.
Корпус 5 и дверца 6 выполнены из непрозрачного для радиочастотных излучений материала.
RFID-метки 12 установлены на каждый контейнер 7.
Каждый контейнер 7 установлен с возможностью перемещения и фиксации положения контейнера 7 относительно корпуса 5.
Каждый контейнер 7 снабжен фиксатором/ами положения объектов хранения относительно контейнера 9.
Дверца 6 снабжена фиксатором положения дверцы относительно корпуса в закрытом положении 10 и блоком определения положения дверцы относительно корпуса 11.
Блок определения положения дверцы относительно корпуса 11 через блок конвертеров 3 связан с блоком обработки информации 4.
RFID-метки 12 расположены на заданном расстоянии до антенны 1 (при закрытом положении дверцы расстояние от каждой радиочастотной метки до антенны составляет заданную величину).
Перемещаемыми объектами хранения 13 могут быть разнообразные предметы, используемые экипажем КА: инструменты и оборудование, лекарственные средства, пищевые продукты и т.д. В качестве примера рассмотрим устройство, которое можно использовать для хранения лекарственных средств на МКС.
Корпус 5 может быть выполнен по форме прямоугольного параллелепипеда из стальных металлических пластин или содержать каркас из стальных панелей, покрытых стальной сеткой толщиной, например, 0,2 мм.
В заднюю часть корпуса 5 интегрирована антенна 1 для считывания RFID-меток 12, которая может быть выполнена в виде антенны AR900-9 производства компании НТЦ Альфа-1 (Россия) длиной 720 мм. Антенна 1 подключена к считывающему устройству 2, которое может быть выполнено в виде считывателя RMA900-19 того же производителя.
Контейнеры 7 могут быть изготовлены, например, из поликарбоната.
Возможность перемещения контейнера 7 относительно корпуса 5 реализована тем, что они снабжены средствами для перемещения контейнеров в корпусе 15.
Например, средства для перемещения контейнеров в корпусе 15 могут быть выполнены в виде пазов в нижней и верхней частях корпуса 5, в которые вставлены конструктивные элементы контейнеров 7 (данными конструктивными элементами могут выступать боковые ребра контейнеров, выполненных в виде плоских пластин).
RFID-метки 12 установлены по одной на каждом контейнере 7. Например, каждый контейнер 7 снабжен пассивной RFID-меткой 12, изготовленной в соответствии со стандартом EPCglobal Class 1 Generation 2 (ISO 18000-6C).
Каждый контейнер 7 снабжен одним или несколькими фиксаторами положения объектов хранения относительно контейнера 9. Например, данные фиксаторы могут быть выполнены в виде элементов ленты типа «Velcro» («липучки»), элементов разъемных заклепок и т.д. В случае хранения лекарственных средств данные фиксаторы приспособлены для фиксации положения блистеров с таблетками, туб с кремом, упаковок с пластырем и т.д.
Возможность фиксации положения контейнера 7 относительно корпуса 5 реализована тем, что они снабжены средствами обеспечения фиксации положения контейнера относительно корпуса, которые обеспечивают фиксацию положения контейнера относительно корпуса при закрытом положении дверцы.
Например, элементы средства обеспечения фиксации положения контейнера относительно корпуса, расположенные на контейнере, 8 и элементы средства обеспечения фиксации положения контейнера относительно корпуса, расположенные на задней стенке корпуса, 16 могут быть выполнено в виде ленты VELCRO, установленной в соответствующих местах контейнера и задней стенке корпуса.
При закрытом положении дверцы 6 средства обеспечения фиксации положения контейнера относительно корпуса обеспечивают фиксацию контейнера 7 и размещенной на нем RFID-метки 12 в положении, при котором RFID-метки 12 расположены на необходимом (задаваемом) расстоянии L от антенны 1 и имеют необходимую (задаваемую) ориентацию (угловое положение) относительно антенны 1. Выбор задаваемых положений RFID-меток 12 относительно антенны 1 осуществляется исходя из требования обеспечения считывания RFID-метки 12 (например, вероятность считывания должны быть более 99 %).
Корпус 5 снабжен дверцей 6, которая в рассматриваемом примере расположена в передней части корпуса 5 и открывается поворотом вокруг оси поворота дверцы 14, расположенной вдоль нижней части корпуса 5. Дверца 6 может быть выполнена в виде металлической пластины или стальной рамки, обтянутой стальной сеткой.
Дверца 6 снабжена фиксатором положения дверцы относительно корпуса в закрытом положении 10, который обеспечивает исключение самопроизвольного открытия дверцы. Данный фиксатор может быть выполнен на основе двух соединенных тяг, одна из которых с помощью шарнирного соединения крепится к дверце 6, а другая из которых крепится к корпусу 5.
Дверца 6 снабжена блоком определения положения дверцы относительно корпуса 11, который связан с блоком обработки информации 4 через блок конвертеров 3.
Блок определения положения дверцы относительно корпуса 11 может быть выполнен на основе микропереключателя - механического устройства для передачи электрического сигнала при замыкания контактов. Например, микропереключатель установлен на корпусе 5 таким образом, что при закрытии дверцы 6 конструктивный элемент дверцы 6 надавливает на кнопку микропереключателя и замыкает контакты сигнальной цепи, а при открытии дверцы 6 контакты сигнальной цепи размыкаются. В качестве микропереключателя может быть использован микропереключатель SM3-04P-40G-G компании Switronic Industrial.
С помощью микропереключателя осуществляется определение положения дверцы 6 (закрыта или открыта). В штатном состоянии дверца 6 закрыта. При открытии дверцы 6 (когда космонавт осуществляет доступ к лекарственным средствам) сигнальная цепь размыкается и сигнал с блока определения положения дверцы относительно корпуса 11 через блок конвертеров 3, в котором имеется устройство обработки периферии, изготовленное на базе микропроцессора 1887ВЕ4У, поступает на блок обработки информации 4.
Блок обработки информации 4 может быть выполнен в виде вычислителя, устройства ввода/вывода и устройства отображения информации. Например, блок обработки информации 4 может быть выполнен в виде планшетного компьютера (например, компьютера Galaxy Tab S2 SM-T713 фирмы Samsung).
При открытом положении дверцы 6 блок обработки информации 4 запрещает выдачу команды на работу антенны 1 и считывающего устройства 2. Данная логика управления обусловлена тем, что электромагнитное излучение от антенны и электромагнитное излучение от систем КА и могут взаимно влиять одно на другое, что может приводить к нарушениям в работе как антенны 1 и считывающего устройства 2, так и систем КА.
После закрытия дверцы 6 блок обработки информации 4 выдает команду на опрос RFID-меток 12 и на идентификацию переносимых объектов хранения 13, находящихся в контейнере 7.
Соответствующая команда поступает через блок конвертеров 3, в котором использованы, например, концентратор LAN/USB ET-UP900 фирмы Sumsung и конвертер USB-RS485, на считывающее устройство 2.
Антенна 1 по командам от считывающего устройства 2 осуществляет генерацию радиочастотных излучающих импульсов на опрос RFID- меток 12 и получает ответный сигнал от радиочастотных меток 12.
После опроса всех RFID-меток 12, находящихся внутри корпуса 5, сигнал от антенны 1 передается на считывающее устройство 2, сигнал от которого через блок конвертеров 3 передается в блок обработки информации 4.
После выполнения вычислителем в блоке обработки информации 4 необходимых вычислительных процедур, информация об идентифицированных лекарственных средствах отображается на дисплее. Эта информация может быть использована космонавтом или передана в ЦУП КА.
Таким образом, объектам хранения, размещенным в каждом конкретном контейнере 7 (в рассматриваемом примере - размещенным в контейнерах лекарственным средствам), соответствуют конкретные RFID-метки 12. При нахождении контейнера 7 в фиксированном задвинутом в корпус 5 положении, размещенная на контейнере 7 RFID-метка 12 позволяет однозначно идентифицировать размещенное в контейнере 7 лекарственное средство в соответствии с информацией, содержащейся в RFID-метке 12 и блоке обработки информации 4.
Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.
Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность управления пилотируемым КА за счет минимизации времени проведения идентификации и инвентаризации хранящихся на КА перемещаемых объектов хранения.
Настоящее изобретение обеспечивает хранение, идентификацию и оперативное определение текущего местоположения хранящихся на КА перемещаемых объектов хранения с обеспечением требуемых условий хранения объектов в условиях космического полета, в том числе перегрузок и невесомости.
В том числе в предлагаемом устройстве исключается возможность самопроизвольного перемещения объектов хранения в пространстве, что обеспечивает надежность считывания радиочастотных меток (за счет поддержания необходимого взаимного положения радиочастотных меток и антенн считывающего устройства), а также исключает возможность повреждения хрупких объектов хранения (за счет исключения возможности ударов объектов хранения о жесткие конструктивные элементы). Кроме этого предлагаемое устройство исключает возможность взаимного влияния электромагнитного излучения от антенны устройства и электромагнитного излучения от систем КА (за счет выполнения необходимых конструктивных элементов устройства из непрозрачного для радиочастотных излучений материала), чем обеспечивается исключение нарушений в работе как непосредственно предлагаемого устройства, так и систем КА.
Наряду с отмеченным техническим эффектом предлагаемое устройство в процессе выполнения всех операций, связанных с его применением и эксплуатацией, обеспечивает необходимую эргономичность его применения/эксплуатации как для космонавтов, так и для операторов, обеспечивающих управление полетом КА.
Достижение технического результата в предложенном устройстве обеспечивается введением предложенных элементов устройства, также введением предложенных функциональных связей между элементами устройства и предложенными особенностями исполнения/применения уже известных элементов.
В настоящее время технически все готово для реализации предложенного изобретения. Промышленное исполнение существенных признаков, характеризующих изобретение, не является сложным и может быть выполнено с использованием существующих технических средств.