Микроробот-инспектор завалов при чрезвычайных ситуациях

Область техники
Полезная модель относится к микроробототехнике, а именно к шагающим мобильным микророботам повышенной проходимости, снабженных шагающими движителями и предназначено для осуществления инспекционных и/или разведывательных работ в завалах, образовавшихся после взрывов, обвалов, землетрясений, селей, лавин и подобных чрезвычайных природных и/или техногенных ситуаций, в экстремальных условиях, преимущественно для повышения эффективности инспекции и минимизации рисков здоровья и жизни человека.
Уровень техники
Из уровня техники известно техническое решение «Микросистемный космический робот-инспектор (варианты)», изложенное в [Смирнов И.П., Козлов Д.В., Жуков А.А., Чащухин В.Г., Градецкий В.Г., Болотник Н.Н. Микросистемный космический робот-инспектор (варианты) // Опубл.: 27.10.2015 Бюл. №30. Патент РФ RU 2566454]. Согласно известному техническому решению микросистемный космический робот-инспектор включает в свой состав:
несущую платформу с располагаемыми на ней блоками функциональной нагрузки;
подвижные исполнительные элементы в виде термомеханических актюаторов в количестве не менее 8, закрепленные с нижней стороны несущей платформы, каждый из которых разделен на основную и дополнительную деформируемые зоны с канавками, соединенные гибкой полиимидной вставкой, при этом канавки в деформируемых зонах термомеханических актюаторов обращены в противоположные направления, на дополнительную деформируемую зону с нижней стороны в месте соприкосновения с поверхностью нанесен адгезионный слой, термомеханические актюаторы расположены как минимум в двух параллельных рядах, образующих как минимум две подвижные «ноги» в каждом из рядов, причем в каждом ряду как минимум 4 термомеханических актюатора, при этом каждая пара термомеханических актюаторов в ряду расположена под углом 180 градусов друг к другу в горизонтальной плоскости и образует подвижную «ногу» микросистемного космического робота-инспектора;
источник питания.
Робот-инспектор функционирует за счет управляемого перемещения не менее чем в двух направлениях.
К недостаткам известного технического решения относится невысокая функциональная возможность «карабкаться», забираться по случайно разбросанным обломкам различного размера, а, значит, низкая эффективность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является техническое решение «Шагающий инсектоморфный мобильный микроробот», изложенное в [Болотник Н.Н., Горячева И.Г., Жуков А.А., Смирнов И.П., Самохвалов Г.В. Шагающий инсектоморфный мобильный микроробот // Опубл.: 03.09.2019 Бюл. №25. Патент РФ RU 2699209] и принятое за прототип.
Согласно известному техническому решению микроробот содержит корпус, систему управления движением и движитель в виде ног, приводимых в движение термомеханическими микроактюаторами. Каждая из ног выполнена в виде зигзага из четырех ортогонально соединенных балок. Первая балка закреплена перпендикулярно боковой поверхности корпуса. Вторая балка расположена параллельно боковой поверхности корпуса под углом не менее 30 угловых градусов к поверхности перемещения и ориентирована в направлении движения микроробота. Третья балка выполнена из двух частей, соединенных между собой шарниром. А к четвертой балке присоединена шарниром ступня, состоящая из пальцев, снабженных термомеханическими актюаторами. Все балки кроме первой снабжены термомехническими микроактюаторами. При этом микроробот имеет не менее чем шесть ног.
Основным недостатком известного устройства является невысокая проходимость микроробота, отсутствие возможности «карабкаться», забираться по случайно разбросанным обломкам различного размера, а, значит, низкая эффективность осуществления инспекционных и/или разведывательных работ в завалах, образовавшихся после взрывов, обвалов, землетрясений и подобных чрезвычайных природных и/или техногенных ситуаций.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение проходимости, эффективности работы микроробота-инспектора завалов при чрезвычайных ситуациях.
Указанный результат достигается тем, что микроробот-инспектор завалов при чрезвычайных ситуациях включает несущую платформу, служебную и целевую нагрузку и движители-микроактюаторы, причем несущая платформа выполнена в виде шарнирного многозвенника с управляемыми шарнирами.
Указанный результат достигается также тем, что управляемые шарниры обеспечивают деформацию многозвенника в сторону, противоположную поверхности перемещения микроробота-инспектора.
Указанный результат достигается также тем, что управляемые шарниры выполнены термомеханическими.
Указанный результат достигается также тем, что управляемые шарниры выполнены на основе материала с обратимой памятью формы.
Указанный результат достигается также тем, что оси управляемых шарниров многозвенника ортогональны направлению движения микроробота-инспектора.
Указанный результат достигается также тем, что оси управляемых шарниров многозвенника параллельны направлению движения микроробота-инспектора.
Указанный результат достигается также тем, что оси управляемых шарниров многозвенника параллельны и ортогональны направлению движения микроробота-инспектора.
Отличительными признаками заявляемого устройства являются следующие:
несущая платформа выполнена в виде шарнирного многозвенника с управляемыми шарнирами;
управляемые шарниры обеспечивают деформацию многозвенника в сторону, противоположную поверхности перемещения микроробота-инспектора;
управляемые шарниры выполнены термомеханическими;
управляемые шарниры выполнены на основе материала с обратимой памятью формы;
оси управляемых шарниров многозвенника ортогональны направлению движения микроробота-инспектора;
оси управляемых шарниров многозвенника параллельны направлению движения микроробота-инспектора;
оси управляемых шарниров многозвенника параллельны и ортогональны направлению движения микроробота-инспектора.
Использование в конструкции микроробота-инспектора несущей платформы в виде шарнирного многозвенника с применением управляемых шарниров, с деформацией звеньев многозвенника в сторону, противоположную поверхности перемещения микроробота-инспектора повышает эффективность инспекции за счет обеспечения улучшенной проходимости микроробота в завалах, образовавшихся после взрывов, обвалов, землетрясений, лавин и подобных чрезвычайных природных и/или техногенных ситуаций, т.е. применение шарнирного многозвенника позволяет «карабкаться» микророботу по случайно расположенным обломкам за счет деформацию многозвенника в сторону, противоположную поверхности перемещения микроробота-инспектора.
Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.
На фиг. 1 схематично представлен вид сверху несущей платформы микроробота-инспектора завалов при чрезвычайных ситуациях (размещенная служебная и целевая нагрузки не показаны), выполненной в виде шарнирного многозвенника с применением управляемых шарниров, оси которых ортогональны направлению движения микроробота-инспектора.
На фиг. 2 схематично представлен вид сверху несущей платформы микроробота-инспектора завалов при чрезвычайных ситуациях (размещенная служебная и целевая нагрузки не показаны), выполненной в виде шарнирного многозвенника с применением управляемых шарниров, оси которых параллельны направлению движения микроробота-инспектора.
На фиг. 3 представлена схематично несущая платформа (размещенная служебная и целевая нагрузки не показаны) микроробота-инспектора на горизонтальной поверхности перемещения.
На фиг. 4 представлена схематично несущая платформа (размещенная служебная и целевая нагрузки не показаны) микроробота-инспектора при переходе с горизонтальной на вертикальную поверхность перемещения.
На фиг. 5 представлена схематично несущая платформа (размещенная служебная и целевая нагрузки не показаны) микроробота-инспектора на вертикальной поверхности перемещения.
На фиг. 6 представлено схематично положение несущей платформы (размещенная служебная и целевая нагрузки не показаны) микроробота-инспектора на «потолочной» поверхности перемещения.
На фиг. 1-6 обозначены следующие позиции:
1 - несущая платформа микроробота-инспектора;
2 - движители-микроактюаторы;
3 - управляемые шарниры;
4 - звенья многозвенника;
5 - захватные устройства;
6 - направление движения микроробота-инспектора;
7 - горизонтальная поверхность перемещения;
8 - вертикальная поверхность перемещения;
9 - «потолочная» поверхность перемещения.
Примером предлагаемого устройства может служить микроробот-инспектор завалов при чрезвычайных ситуациях с движителями-микроактюаторами 2, закрепленными на несущей платформе 1. Микроактюаторы 2 могут быть выполнены термомеханическими (биморфными) на основе композиционной структуры «кремний-полиимид» с V-образными канавками, как это представлено в [Жуков А.А., Корпухин А.С., Смирнов И.П., Козлов Д.В., Бабаевский П.Г. Тепловой микромеханический актюатор и способ его изготовления // Опубл.: 27.04.2012. Бюл. №12. Патент РФ RU 2448896] или на основе сплава с обратимой памятью формы никелида титана с добавками меди. На хвостовиках микроактюакторов 2 установлены захватные устройства 5, которые могут быть выполнены на основе «сухих» адгезивов, электроадгезии, вакуума и пр. Несущая платформа 1 выполнена на основе монокристаллического кремния (например, марки КДБ) в виде многозвенника, причем звенья многозвенника 4 разделены управляемыми шарнирами 3. Управляемые шарниры 3 могут быть выполнены, термомеханическими (биморфными) на основе биморфной композиционной структуры «монокристаллический кремний-полипиромеллитимид» с V-образными канавками, выполненными в кремнии, как это представлено в [Жуков А.А., Корпухин А.С., Смирнов И.П., Козлов Д.В., Бабаевский П.Г. Тепловой микромеханический актюатор и способ его изготовления // Опубл.: 27.04.2012. Бюл. №12. Патент РФ RU 2448896] или на основе сплава с обратимой памятью формы никелида титана с добавками меди, как, например, упомянуто в [Sitnikov N. Design of microgrippers based on amorphous-crystalline TiNiCu alloy with two-way shpe memory. Journal of Micro-Bio Robotics, 2020. - С. 43-50]. При этом оси управляемых шарниров могут выполняться параллельно направлению движения (поз. 6) микроробота-инспектора (фиг. 1), разделяя многозвенник на параллельные звенья 4 или перпендикулярные направлению движения (фиг. 2) или на параллельные и перпендикулярные звенья (не показано).
Служебная и целевая нагрузки (сенсоры, видеокамера, модули Wi-Fi и пр.) расположены на недеформируемых звеньях многозвенника.
Микроробот-инспектор завалов при чрезвычайных ситуациях функционирует следующим образом. Находясь на горизонтальной поверхности перемещения 7 (фиг. 3), микроробот-инспектор перемещается с помощью движителей-микроактюаторов 2 до вертикальной поверхности перемещения 8. Упираясь захватными устройствами 5 в горизонтальную поверхность перемещения 7, несущая платформа 1 деформируется с помощью управляемых шарниров 3 в сторону, противоположную поверхностям перемещения 7 и 8 и прикрепляется захватными устройствами 5 движителей-микроактюаторов 2 к вертикальной поверхности перемещения 8 и делает шаг (фиг. 4, фиг. 5). Затем микроробот-инспектор перемещается по вертикальной поверхности перемещения 8 до поверхности перемещения, на которой микроробот-инспектор будет находиться в отвесном положении. При таком переходе микроробот-инспектор упирается захватными устройствами 5 в вертикальную поверхность перемещения 8, несущая платформа 1 деформируется с помощью управляемых шарниров 3 в сторону, противоположную поверхностям перемещения 8 и 9, и прикрепляется захватными устройствами 5 движителей-микроактюаторов 2 к поверхности перемещения 9 и делает шаг (фиг. 5, фиг. 6). Затем микроробот-инспектор в отвесном положении движется по «потолочной» поверхности перемещения 9, прикрепляясь захватными устройствами 5 движителей-микроактюаторов 2. Таким образом, рассмотрен типовой случай взаимного расположения микроробота-инспектора с участками поверхностей, которые могут быть различных геометрических размеров и находиться под различными углами друг к другу, что характерно для завалов, образовавшихся после взрывов, обвалов, землетрясений, селей, лавин и подобных чрезвычайных природных и/или техногенных ситуаций.
Таким образом, предложен шагающий микроробот-инспектор завалов при чрезвычайных ситуациях, обеспечивающий повышение эффективности инспекции за счет улучшенной проходимости в завалах, образовавшихся после взрывов, обвалов, землетрясений, селей, лавин и подобных чрезвычайных природных и/или техногенных ситуациях.