Мобильная робототехническая платформа сверхмалого класса

Заявленная полезная модель относится к робототехнике, а именно к конструкции мобильных наземных роботов, предназначенных для автономной и дистанционной работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах.
Существует большое количество мобильных роботов, предназначенных для решения таких задач, как проведение антитеррористических операций, работа с взрывоопасными предметами, разведка и мониторинг местности в зоне чрезвычайной ситуации и имеющих в своем составе транспортное средство (шасси), навесное оборудование и систему управления. Для выполнения перечисленных задач мобильный робот должен обладать высокой маневренностью и проходимостью, поэтому улучшение данных характеристик является актуальной задачей. Конструкция шасси определяет проходимость и маневренность мобильного робота. Шасси мобильного робота должно обеспечивать заданные параметры проходимости, при этом быть простым в обслуживании и содержать как можно меньше движущихся частей. Это связано с тем, что обслуживание шасси является одной из основных статей расходов на содержание мобильного робота и вносит ощутимый вклад в экономическую эффективность его использования.
Для повышения универсальности использования мобильного робота в различной местности актуальна возможность преодоления им несложных водных преград на плаву.
Существуют запатентованные аналоги заявленного технического решения. Это мобильный робот [1]. Изобретение относится к конструкции роботов, предназначенных для ликвидации чрезвычайных ситуаций. Мобильный робот выполнен в виде транспортного средства, состоящего из трех шарнирно соединенных между собой звеньев и шарнирно соединенного с ним манипулятора. Существенными недостатками данного мобильного робота является большое содержание в шасси движущихся частей и невозможность преодоления им водных преград на плаву.
Другой аналог - мобильный робот [2], относится к робототехнике и предназначен для отработки методов управления, анализа состояния пространства перед роботом и над ним, измерения ускорения при движении, получения изображения с видеокамеры и его сохранения, получения трехмерного изображения робота в реальном масштабе времени при его движении по поверхности. Он содержит размещенные в корпусе устройства множество блоков, которые необходимы для его перемещения. Этот мобильный робот может использоваться для диагностики трубопроводов, скрытых полостей, подземных коммуникаций при наличии неагрессивной среды. Несмотря на то, что данный робот является полностью мобильным устройством с множеством выполняемых задач, он не решает задачу практического применения мобильного робота для проведения антитеррористических операций, работы с взрывоопасными предметами, разведки и мониторинга местности в зоне чрезвычайной ситуации, а также преодоления им несложных водных преград на плаву.
В качестве прототипа выбран мобильный робототехнический комплекс «Мангуст» (МРК «Мангуст»), имеющий в своем составе малогабаритного мобильного робота-разведчика [3]. Робот-разведчик «Мангуст» предназначен для проведения дистанционной визуальной разведки, поиска и первичного диагностирования подозрительных предметов на взрывное устройство с помощью телевизионных камер. Данное техническое решение представляет собой компактный радиоуправляемый мобильный робот на маневренной четырехколесной базе, который оснащается микрофоном, осветителем и камерами (от 1 до 4 штук в зависимости от конфигурации), данное оборудование можно закрепить непосредственно на корпусе платформы, а также и на манипуляторе, который имеет жесткую конструкцию и крепится на корпусе платформы, питание осуществляется от аккумуляторных батарей. Передвижение робота возможно практически по ровной поверхности.
К недостаткам данного технического решения является невозможность преодоления роботом водных преград.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является возможность преодоления несложных водных преград за счет внедрения сменного комплекта колес высокого и низкого давления с армирующими ремнями, закрепленных на быстросменных ступицах, по краям герметичного корпуса.
Конструкция МРТП изображена на фигуре 1, где обозначено:
1 - колесная база;
2 - цепной редуктор;
3 - герметичный корпус с входящими в него системой управления, двумя электродвигателями, двумя источниками энергии;
4 - манипулятор;
5 - захват с параллельным перемещением лап.
Согласно фигуре 1, МРТП сверхмалого класса (менее 30 кг) представляет собой модульную структуру, состоящую из колесной базы 1 с жесткой рамой со сменным комплектом колес разного типа (высокого и низкого давления), электромеханической трансмиссии, в состав которой входят два цепных редуктора 2 и два электродвигателя, расположенных в установленном на раме корпусе 3. Также внутри корпуса 3 располагается система автономного питания с двумя источниками энергии (бензогенератор и аккумуляторные батареи), система управления платформой. На корпусе закреплен манипулятор 4, оснащенный захватом с параллельным перемещением лап 5.
МРТП относится к мобильным роботам, с возможностью преодоления ею несложных водных преград на плаву, предназначена для автономной и дистанционной работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах при проведении антитеррористических операций, работе с взрывоопасными предметами.
МРТП сверхмалого класса представляет собой модульную структуру и состоит из герметичного корпуса на колесной базе с жесткой рамой, электромеханической трансмиссии, состоящей из двух электродвигателей и двух цепных редукторов, системы автономного питания с двумя источниками энергии: бензогенератора и аккумуляторных батарей. Также в состав МРТП входят манипулятор, интегрированный модуль технического зрения, инерциальная система навигации, энкодер, трехрежимная система управления. Организация платформы по модульному принципу позволяет значительно расширить ее функциональные возможности.
Сменные модули подключаются к платформе через унифицированный интерфейс (Ethernet), причем модули могут использоваться как по отдельности, так и совместно. Интерфейс позволяет одновременно передавать информацию о результатах мониторинга местности и осуществлять управление модулями.
Система автономного питания с двумя источниками энергии располагается в корпусе платформы. Основным источником энергии является бензогенератор, также питание МРТП может осуществлять от аккумуляторных батарей, что обеспечивает низкий уровень акустического шума при движении МРТП.
В МРТП сверхмалого класса используется колесная база с жесткой рамой, причем колесная конфигурация с полным приводом и отсутствием поворотных колес, а управление курсом осуществляется изменением скоростей вращения колес каждого борта, что делает ее высокоманевренной. Также есть возможность установить колеса низкого давления с армирующими ремнями, что увеличивает проходимость и плавучесть МРТП. Причем колеса закреплены быстросъемными ступицами, время замены составляет несколько минут. Расстановка колес по краям герметичного корпуса совместно с низким центром тяжести обеспечивает МРТП остойчивость на воде. Обеспечение запаса плавучести и остойчивости позволяет МРТП преодолевать несложные водные преграды. В общем, МРТП проста в обслуживании, содержит малое количество движущихся частей, что значительно уменьшает затраты на его обслуживание.
Основным исполнительным модулем инженерных и разведывательных работ платформы является многофункциональный манипулятор, который крепится на корпусе платформы. Манипулятор МРТП имеет компактную складную конструкцию и захват с параллельным перемещением лап, что позволяет дистанционно работать МРТП в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах при проведении антитеррористических операций, работе с взрывоопасными предметами.
Для проведения первичной разведки местности платформа оснащается интегрированным модулем технического зрения, составной частью которого являются телевизионные камеры и микрофон, который может располагаться как на корпусе, так и на манипуляторе. В режиме реального времени через телевизионные камеры оператор будет получать с робототехнической платформы на пульт управления видеоданные необходимого качества.
На МРТП используется система навигации, являющаяся частью системы управления. Для уточнения местоположения платформы используется энкодеры инерциальной части системы навигации.
Система управления МРТП располагается в корпусе и обеспечивает работу в трех режимах: ручное, полуавтоматическое и автоматическое. Ручной режим позволяет оператору полностью управлять скоростью и направлением движения платформы по защищенному радиоканалу и получать информацию о состоянии робота. Полуавтоматический режим используется для движения по опорным точкам, которые указывает оператор на интерактивной карте с автоматическим обходом препятствий. Автоматический режим работы обеспечивает обследование заданного участка местности или движение по заранее заданному маршруту с минимальным пропуском указанной территории.
Большая часть конструктивных элементов робототехнической платформы выполнена из листового металла посредством обработки различными типами резки. Использованные преимущественно серийно выпускаемые детали и компоненты адаптируются для изготовления МРТП с привлечением минимального станочного парка. Данный подход является технологичным в условиях мелкосерийного производства и позволяет значительно снизить стоимость комплекса и повысить конкуренцию в сфере изготовления.
Данная МРТП изготовлена и прошла испытания, где показала положительные результаты.
Таким образом, за счет внедрения сменного комплекта колес высокого и низкого давления с армирующими ремнями, закрепленных на быстросменных ступицах, по краям герметичного корпуса, обеспечивается возможность преодоления несложных водных преград.
Список литературы:
1. Патент №2339501 РФ. Мобильный робот / Смирнов Е.М. // Опубл. 27.11.2008.
2. Патент №2274543 РФ. Мобильный робот / Подураев Ю.В., Ермолов И.Л., Пожидаев И.В.. // Опубл. 20.04.2006.
3. Сайт научно-исследовательского института научно-учебного комплекса специального машиностроения (НИИ НУК СМ) МГТУ им. Н.Э. Баумана. [Электронный ресурс]. URL: http://niism.bmstu.ru/o