МОБИЛЬНЫЙ РОБОТ

Полезная модель относится к робототехнике, а именно к мобильным роботам, предназначенным для выполнения работ по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, в том числе и с радиационным фактором.
Известен мобильный робототехнический комплекс (патент РФ №2364500, кл. МПК B25J 5/00, публ. 2009 г.). Данный комплекс включает мобильный робот, пост дистанционного управления, комплект дополнительного оборудования, причем мобильный робот представляет собой самоходное транспортное средство с электроприводом движителя и бортовыми источниками питания, на котором смонтированы система дистанционной связи с постом управления, бортовая телевизионная система, которая включает отдельные видеоблоки, расположенные на звеньях манипулятора и на корпусе транспортного средства, в состав каждого видеоблока входит видеокамера, заключенная в защитный кожух с источниками подсветки, по меньшей мере, один из видеоблоков, выполняющий обзорные функции, располагается на рабочем органе привода индивидуального наведения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, на транспортном средстве также укреплены приводы многостепенчатого манипулятора и сам манипулятор с захватным устройством, система сигнализации, разъемы для подключения бортового, сервисного оборудования и зарядного устройства, кронштейны для укрепления бортового оборудования и бортовая система диагностики с бортовыми пультами управления и устройствами индикации; комплекс дополнительно снабжен выносной системой видеонаблюдения, а мобильный робот комплекса снабжен устройством доставки системы видеонаблюдения в заданную точку местности и ее оперативного развертывания, в комплект же дополнительного оборудования введена раздвижная телескопическая штанга-удлинитель, снабженная на одном конце узлом вертикального крепления ее в кормовой части транспортного средства мобильного робота и на другом конце снабженная узлом крепления привода наведения видеоблока, выполняющего обзорные функции.
К причинам, препятствующим использованию данного комплекса относится то, что существующая бортовая телевизионная система в сочетании с выносной системой видеонаблюдения не предусматривает введения видеокамер непосредственно в зону работы манипулятора и как следствие, не позволяет получить необходимых ракурсов обзора при выполнении точных монтажно-демонтажных операций в затесненных условиях во всей рабочей зоне манипулятора.
Также известна мобильная робототехническая система с несколькими сменными рабочими модулями и способ управления этой системой (патент РФ №2313442, кл. МПК B25J 5/00, B25J 13/00, публ. 2007 г.). Система включает несколько рабочих модулей, каждый из которых предназначен для выполнения рабочего задания, модульную станцию, предназначенную для подсоединения нескольких рабочих модулей, и мобильный робот, который выполнен с возможностью выбора одного из нескольких рабочих модулей из модульной станции и подсоединения к нему согласно рабочему заданию, которое необходимо выполнить, причем мобильный робот выполнен с возможностью работы в автономном режиме при выполнении рабочего задания.
К причинам, препятствующим использованию системы относится то, что она не оснащена многостепенным манипулятором и рассчитана на работу и стыковку рабочих модулей (набора инструментов) только в плоскости, параллельной плоскости перемещения мобильного робота (робота-уборщика) и допускающей рассогласование стыкуемых устройств только в этой плоскости.
Наиболее близким устройством по конструктивным признакам и достигаемому техническому результату является робототехническая система по патенту №2313442, которая и выбрана в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, является выполнение точных монтажно-демонтажных операций при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций в затесненных условиях промышленных помещений, в том числе на наклонных поверхностях.
Использование предлагаемого мобильного робота при совокупности существенных признаков обеспечивает достижение следующих технических результатов:
- выполнение точных монтажно-демонтажных операций при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций в затесненных условиях промышленных помещений с возможностью дистанционной смены и установки режущего и другого демонтажного инструмента (гайковерты, резаки с дисковыми и абразивными пилами, плазменную резку, сверлильные устройства и др.) на объект выполнения операции во всей рабочей зоне манипулятора;
- обеспечение возможности компенсации рассогласований в объемной зоне без ограничений при использовании манипулятора с 6-ю степенями подвижности;
- минимизация веса шестистепенного манипулятора за счет уменьшения многократных запасов его прочности при использовании силомерных датчиков;
- обеспечение поперечной устойчивости подвижного робота при его работе на наклонных поверхностях и на горизонтальной поверхности во всей рабочей зоне с максимальным грузом и вылетом.
Указанный технический результат достигается тем, что мобильный робот, включающий корпус, манипулятор на поворотном основании, и выполненный с обеспечением возможности выбора и последующей стыковки конкретного оборудования из набора сменного инструмента, отличающийся тем, что в качестве манипулятора используют манипулятор с 6-ю степенями подвижности, а на его поворотном основании дополнительно размещен один или два 5-степенных манипулятора, снабженных телевизионными камерами.
В целях обеспечения дозирования усилия в подвижных узлах 6-степенного манипулятора установлены силомерные датчики.
Для обеспечения поперечной устойчивости робот может быть дополнительно снабжен боковыми дистанционно управляемыми выдвижными опорами.
Кроме того, предпочтительно мобильный робот выполнять в виде гусеничного транспортного средства повышенной проходимости с изменяемой геометрией шасси.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом. На фиг.1 представлен мобильный робот, включающий корпус (1). Робот выполнен с обеспечением возможности выбора и стыковки инструмента из набора сменного оборудования (2), размещенного в ложементах (3). Мобильный робот содержит манипулятор с 6-ю степенями подвижности (4), расположенный на поворотном основании (5), на котором также дополнительно размещен один или два 5-степенных манипулятора (6), снабженных телевизионными камерами (7). Манипулятор (4) выполнен с обеспечением возможности выбора и последующей стыковки конкретного оборудования из набора (2), а также система выполнена с обеспечением возможности управления мобильным роботом с поста управления (на чертеже не показан). Мобильный робот выполнен в виде гусеничного транспортного средства повышенной проходимости с изменяемой геометрией шасси (8). В качестве набора сменного оборудования (2) может быть использован двухпалый захват (9) и\или электромеханический инструмент (10), который может представлять собой гидромеханический инструмент, такой как: резак, гайкорез, раширитель, домкрат, а также электромеханический инструмент гайковерт. В приводах 6-степенного манипулятора (4) установлены силомерные датчики (на чертеже не показаны), кроме того, система снабжена боковыми дистанционно управляемыми выдвижными опорами (11), расположенные симметрично относительно корпуса (1), что продемонстрировано на чертеже.
Работа предлагаемой полезной модели показана на примере дистанционной резки.
Оператор в зоне работ с пота управления (на чертеже не показан) выставляет мобильный робот, выполненный в виде гусеничного транспортного средства (8), в удобное положение, выдвигая для обеспечения устойчивого положения мобильного робота выдвижные опоры (11), далее оператор 6-степенным манипулятором (), установленном на поворотном основании (5) на корпусе (1) в ручном режиме или в автоматическом по заранее записанной программе устанавливает двухпалый захват (9) в ложемент (3) для сменного оборудования (2) и забирает из нее, например, гидромеханический инструмент (10). Манипулятор (4) фиксирует инструмент (10), например на трубу (12). Оператор, контролируя нагрузки в приводах манипулятора (4), использует показания силомерных датчиков и не допускает перегрузку приводов. Затем оператор включает двигатель гидромеханического инструмента (10), необходимую для резки трубы (12), и робот отрезает трубу (12).
Весь технологический процесс осуществляется при наблюдении через телевизионные камеры (7), установленные на 5-степенных манипуляторах (6). Кроме того, силомерные датчики, установленные в приводах 6-степенного манипулятора (4) позволяют определять степень перегрузки 6-степенного манипулятора (4) от резки и вовремя вносить коррективы положения звеньев манипулятора для снятия перегрузки.
Аналогично работа робототехнической системы происходит с использованием другого необходимого инструмента.
Были проведены испытания предлагаемого устройства на пространственном испытательном стенде в условиях, аналогичных демонтажу аварийных конструкций и оборудования. В качестве набора сменного оборудования был использован абразивный электромеханический резак. Управление мобильным роботом осуществлялось с поста управления по кабельной линии. На пространственном испытательном стенде был установлен фрагмент стальной трубы, имитирующий элемент демонтируемой конструкции. Оператор 6-степенным манипулятором, установленном на поворотном основании на корпусе устанавливал двухпалый захват в ложемент для сменного оборудования и забирал из него абразивный электромеханический резак. Точность установки инструментов на цилиндрическую поверхность трубы проверялась по показаниям силомерных датчиков и контролировалась при помощи двух телевизионных камер, вынесенных непосредственно в рабочую зону при помощи 5-и степенных манипуляторов. После установки диска абразивного электромеханического резака перпендикулярно оси трубы было включено рабочее вращение резака. Фрагмент стальной трубы был успешно разрезан, заклинивания и повреждения абразивного диска резака отмечено не было, что подтверждает высокую точность проведения демонтажных операций на основании показаний силомерных датчиков и под контролем телевизионных камер, вынесенных непосредственно в зону проведения демонтажной операции. При этом выдвинутые опоры подвижного аппарата успешно противодействовали опрокидыванию робота под действием веса манипулятора и сил резания от электромеханического резака.
Также проводились испытания по преодолению препятствий и проверке ходовой устойчивости на продольных и поперечных уклонах. Мобильный робот продемонстрировал высокую проходимость и устойчивость, благодаря низко расположенному центру тяжести, что было достигнуто за счет существенного снижения веса манипулятора.
Таким образом, испытания подтвердили, что предлагаемое устройство направлено на решение поставленной задачи и при использовании обеспечивает достижение технического результата, указанного в описании.