Мобильный робот-планетоход для выполнения транспортно-технологических работ

Полезная модель относится к области робототехники космического назначения, а именно к мобильным роботам-планетоходам (МРП), предназначенным для перемещения по поверхности небесных тел, например по поверхности Луны, и направлена на решение транспортно-технологических задач в ходе как беспилотных космических экспедиций (автоматические луноходы), так и в пилотируемых экспедициях (персональные транспортные средства космонавтов).
Известны самоходные аппараты «LRV» - транспортные средства для передвижения по поверхности Луны, использовавшиеся американскими астронавтами в ходе миссий «Apollo» (Young А.Н. Lunar and Planetary Rovers. The Wheels of Apollo and the Quest for Mars. - USA, Springer-Praxis, 2007. - 393 p.). Эти аппараты состоят из колесного шасси, рамы, на которой размещены посадочные места для двух астронавтов, органы ручного управления аппаратом, антенны системы радиосвязи, отсек для полезного груза. Недостатком этих аппаратов с точки зрения описываемой полезной модели является невозможность их применения без присутствия человека в качестве автономно действующих аппаратов, отсутствие манипуляционного или грузоподъемного оборудования.
Известны исследовательские МРП для Луны - автоматические телеуправляемые аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2», предназначенные для передвижения по поверхности Луны в ходе проведения научных исследований (Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1 / под ред. А.П. Виноградова. - М.: Наука, 1971. - Т. 1. - 128 с.). Данные МРП содержат колесное шасси, приборный отсек (корпус), внутри которого расположены: система управления луноходом, система энергообеспечения, радиотехнический комплекс, а на наружных поверхностях приборного отсека установлены телекамеры системы технического зрения и антенны радиосвязи. Недостатком таких МРП является невозможность их применения в ходе пилотируемых экспедиций в качестве вспомогательного средства и платформы для перевозки грузов и космонавтов, а также отсутствие манипуляционного оборудования.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели техническим решением является марсоход «Curiosity» (информация в сети Интернет на сайте американского космического агентства NASA: URL: http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html) - МРП, предназначенный для передвижения по поверхности Марса, содержащий шасси, корпус, внутри которого расположены функциональные блоки системы управления, системы энергообеспечения, системы связи, на наружных поверхностях корпуса установлены телекамеры и датчики системы технического зрения, приемо-передающие устройства (антенны) системы связи, а также манипулятор. Манипулятор выполняет задачу отбора поверхностных проб грунта и загрузки их в аналитические приборы марсохода. Недостатком такого МРП является отсутствие возможности размещения на борту дополнительных полезных грузов, крайне низкая скорость передвижения (единицы см/с), невозможность применения в ходе пилотируемых экспедиций в качестве вспомогательного средства и платформы для перевозки грузов и космонавтов, а также недостаточная функциональность и грузоподъемность манипулятора.
Задачей полезной модели является повышение универсальности МРП и, как следствие, снижение затрат на материально-техническое обеспечение космических экспедиций, в виду возможности применения одного технического средства для решения большего числа задач на различных этапах освоения небесного тела.
Решение указанной задачи достигается путем обеспечения возможности реконфигурации МРП из автономного непилотируемого варианта в пилотируемый вариант и обратно. В автономной непилотируемой конфигурации МРП от наиболее близкого аналога отличается тем, что на корпусе дополнительно размещены грузовая и грузопассажирская платформы. При этом конструкция грузопассажирской платформы модульная и предусматривает возможность установки посадочных мест для космонавтов и органов ручного управления МРП. Посредством установки этих элементов производится перенастройка МРП в пилотируемый вариант с возможностью ручного (с борта МРП) управления.
Также задача повышения универсальности решается тем, что манипулятор МРП снабжается универсальным фиксирующим устройством с возможностью установки сменного инструмента, а на корпусе МРП дополнительно установлен магазин сменных инструментов с универсальными устройствами крепления и набор сменных инструментов.
Техническим результатом является возможность применения одного МРП на различных этапах освоения планеты, а также расширение функциональных возможностей манипулятора. В ходе непилотируемых экспедиций МРП, функционирующий автономно, выполняет задачи по транспортировке, погрузке и разгрузке полезных грузов, сборке и разборке различных конструкций, установке и демонтаже отдельных блоков и модулей напланетных сооружений. В ходе пилотируемых экспедиций МРП может функционировать как в автономном режиме, так и в режиме ручного управления с борта МРП. При этом дополнительно обеспечивается выполнение функции персонального транспортного средства космонавтов.
На фиг. 1 показан внешний вид МРП в автономной конфигурации. На фиг. 2 показан МРП в пилотируемой конфигурации.
Мобильный робот-планетоход включает шасси, состоящее из шести однотипных колесных модулей 1, корпус 2, в котором размещены блоки системы управления и системы связи МРП, аккумуляторные батареи системы энергообеспечения МРП. На наружных поверхностях корпуса установлены: по боковым сторонам - приемо-передающие устройства системы связи – антенны 3 и 4, в верхней части - телекамеры 5 и 6 системы технического зрения МРП, а также солнечная батарея 7 системы энергообеспечения, по периметру корпуса - датчики детектирования препятствий в ближней зоне 8 системы технического зрения. На корпусе размещены грузовая 9 и грузопассажирская 10 платформы. При этом конструкция грузопассажирской платформы 10 модульная и предусматривает возможность установки посадочных мест для космонавтов, включающих два кресла 11 с элементами крепления космонавтов, и органов ручного управления МРП, состоящих из консоли ручного управления 12 и рукояток 13, находящихся в подлокотниках кресел 11. В передней части корпуса 2 с левой стороны установлен грузовой манипулятор 14, на конце которого имеется универсальное фиксирующие устройство 15 для установки сменного инструмента. В транспортном положении манипулятор дополнительно подпирается кронштейном 16. В передней левой части сбоку корпуса располагается магазин 17 сменных инструментов манипулятора с универсальными устройствами крепления и набор сменных инструментов. В задней части корпуса 2 установлены два трапа 18 в автономной непилотируемой конфигурации в соответствии с фиг. 1 находящиеся в транспортном (нерабочем) положении.
МРП может функционировать в двух основных конфигурациях: автономной и пилотируемой.
В автономной конфигурации, показанной на фиг. 1, управление движением МРП, манипулятором и другими элементами осуществляется по командам системы управления, которая может функционировать как в режиме дистанционного управления, так и в супервизорном или автономном режимах. За переднюю часть МРП в этой конфигурации условно принимается сторона расположения манипулятора. Изменение направления движения МРП производится за счет индивидуального поворота колес вокруг вертикальных осей или же бортовым способом - за счет разницы угловых скоростей колес левого и правого бортов. Транспортировка полезных грузов производится в грузовой или грузопассажирской платформах. Манипулятор МРП выполняет работы по погрузке и разгрузке грузов, сборке и разборке конструкций, установке и демонтаже отдельных блоков и модулей сооружений. Такая универсальность манипулятора достигается за счет применения набора сменных инструментов.
Пилотируемая конфигурация МРП от автономной, как показано на фиг. 2, отличается установкой в передней части грузопассажирской кабины (за переднюю часть в этой конфигурации условно принимается сторона, противоположная стороне установки манипулятора) посадочных мест 11 космонавтов, а также консоли ручного управления 12. Также в этой конфигурации в передней части МРП закрепляется специальная стойка 19, служащая в качестве дополнительной опоры солнечной батареи при движении МРП на повышенных скоростях. Трапы 18 занимают горизонтальное положение и играют роль опор для ног экипажа. Космонавты фиксируются в креслах с помощью ремней. Первый космонавт (основной) располагается слева, второй - справа. В основном управление МРП осуществляет первый космонавт. Для этого в левом подлокотнике его кресла смонтирована рукоятка управления скоростью и направлением движения МРП. В центральной части консоли управления (под правой рукой космонавта) располагается джойстик управления направлением и радиусом поворота МРП. В то же время с помощью переключателя режима управления МРП управление может быть передано и второму космонавту, его кресло также снабжено рукояткой выбора скорости и направления движения МРП. При этом в пилотируемой конфигурации также сохраняется возможность управления МРП как в дистанционном, так и в супервизорном или автономном режимах. Дополнительно для обеспечения безопасности проводимых работ космонавт может осуществлять дистанционный режим управления шасси и манипулятором МРП, находясь от нее на небольшом расстоянии, с помощью консоли ручного управления.