МОБИЛЬНЫЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2009 года по МПК B25J5/00 

Изобретение относится к робототехнике, а именно к робототехническим комплексам, предназначенным для дистанционной работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах. Работа включает следующие оперативно-тактические действия: разведка территории, наблюдение за потенциально опасными объектами, обезвреживание этих объектов путем эвакуации или дезактивации, а также решение других подобных задач.

1. Известен Мобильный робототехнический комплекс по патенту RU №2241594 от 2004.12.10. В состав комплекса входит телеуправляемый мобильный робот и пост дистанционного управления. Робот содержит антропоморфный манипулятор, установленный на корпусе шасси, самоходное шасси, блоки электроавтоматики и телемеханики. Силовое плечо манипулятора выполнено в виде жесткой пространственной рамы, состоящей из продольных щек и поперечных стяжек, и в головной части содержит активный шарнир дифференциального типа, а также разгрузочные пружины, соединяющие головную часть плеча с опорно-поворотной платформой манипулятора. Изобретение позволяет в дистанционно управляемом режиме работы, с помощью антропоморфного манипулятора, на максимальном вылете его "руки" обеспечить выполнение операций, связанных с перемещением предметов, вес которых равен или более собственного веса манипулятора.

Как следует из описания, названный аналог не позволяет осуществлять гибкое конфигурирование состава и структуры комплекса в соответствии с конкретной оперативно-тактической задачей, что является его недостатком.

2. Известен Мобильный робототехнический комплекс МV-4, производство фирмы Telerob (ФРГ), предназначенный для работы с опасными объектами на предприятиях атомной энергетики и химической промышленности. Данный комплекс применяется также в составе комплекса TEL 600 при выполнении работ с неразорвавшимися боеприпасами. Комплекс включает в свой состав самоходный робот, базовый пост управления роботом и комплект дополнительного оборудования. Самоходный робот комплекса MV-4 имеет корпус коробчатого типа, гусеничную ходовую часть с подрессоренными опорными катками, манипулятор, телекамеры переднего и заднего обзора. Манипулятор робота обладает 6 степенями свободы с возможностью вращения в горизонтальной плоскости на 360°. Захватное устройство снабжено датчиком силы, который позволяет оператору контролировать усилие сжатия захватного устройства. Манипулятор может двигаться в вертикальной плоскости вверх на 100° и вниз на 80° относительно корпуса. Робот управляется по кабелю или по радио с центрального поста управления. В качестве дополнительного оборудования робот MV-4 может быть оснащен телекамерами с переменным фокусным расстоянием, дальномером и микрофоном для передачи речевых команд и другими специальными приспособлениями (Батанов А.Ф., Грицин С.Н., Муркин С.В. «Технология применения дистанционно управляемых мобильных комплексов», в журнале «Специальная техника» №3 за 2000 г., также эта статья имеется на интернет - ресурсе

http://st.ess.ru/publications/articles/batanov2/batanov2.htm).

Как следует из указанного источника, со ссылкой на опыт Чернобыля, для уверенного управления мобильным роботом комплекса MV-4 в ряде случаев появлялась необходимость получения непрерывной визуальной информации о месте работы с нескольких ракурсов, т.к. для непрерывного контроля местоположения перемещающегося робота в помещении и удобства работы оператора только телекамер, установленных на самом роботе, было недостаточно. В условиях операции, описанной в статье, внешнее видеонаблюдение было организовано с помощью подручных модулей из укрытия оператора. Таким образом, хотя комплекс MV-4 обладает сравнительно большими возможностями гибкого конфигурирования состава и структуры, однако ни одна из возможных стандартных конфигураций не дает возможности наблюдать со стороны за действиями, осуществляемыми посредством манипулятора, а также осуществлять координацию действий операторов при работе в зоне операции двух и более мобильных роботов или же координацию при работе одного робота на нескольких объектах, расположенных на расстоянии прямой видимости один от другого.

2. Наиболее близким к изобретению, по совокупности существенных признаков, являются мобильные робототехнические комплексы семейства «МРК-25», в т.ч. «МРК-25УТ» - прототип изобретения, предназначенные для ведения визуальной разведки внутри помещений и на местности с помощью бортовой телевизионной системы робота, обезвреживания взрывоопасных предметов (ВОП) путем блокировки радиовзрывателей и контейнирования в специальный контейнер, уничтожение ВОП с помощью гидроразрушителя, укрепленного на мобильном роботе, выполнения транспортных и технологических операций, в том числе при работе с ВОП. При всех несомненных достоинствах комплекса, он, также как и предыдущий аналог, не позволяет получать непрерывную визуальную информацию о месте работы с нескольких ракурсов. Кроме того, обзорные телевизионные установки робота располагаются на правом и левом консольных кронштейнах опорно-поворотного устройства таким образом, что, несмотря на наличие индивидуальных приводов наведения, обзор окружающего пространства оказывается затруднен вследствие двух важных причин. Во первых, практически половина кругового сектора обзора оказывается заслоненной плечом манипулятора при любых его положениях. Во вторых, поворот опорно-поворотного устройства в азимутальной плоскости при работе манипулятором вызывает поворот обеих обзорных телевизионных установок, что далеко не во всех случаях желательно. Как следует из инструкции по эксплуатации, иное размещение обзорных телевизионных установок на мобильном роботе не предусматривается (Учебно-тренировочный робототехнический комплекс МРК-25УТ. Руководство по эксплуатации МРК-25УТ.00.00.000РЭ. Предприятие-изготовитель, 2000 г.).

Изобретение имеет своей целью улучшение эксплуатационных характеристик и расширение функциональных возможностей мобильного робототехнического комплекса за счет достижения следующих полезных технических результатов.

1. Обеспечиваются дополнительные возможности гибкого конфигурирования состава и структуры комплекса в соответствии с условиями конкретной оперативной задачи.

2. Обеспечиваются возможности получать непрерывную визуальную информацию о месте работы с нескольких ракурсов.

3. Увеличивается количество базовых технологий работы с комплексом, которые могут быть отработаны операторами в ходе учебно-тренировочного процесса, т.е. расширяется круг типовых оперативных задач.

4. Увеличивается эффективность использования и срок службы мобильного робота при его использовании в зонах высокого риска разрушения.

5. Повышается точность дистанционных манипуляций с предметами.

6. Снижается психоэмоциональное напряжение операторов при работе со взрывоопасными предметами.

Сущность изобретения, обеспечивающая достижение совокупности указанных технических результатов, заключается в следующем.

Мобильный робототехнический комплекс, включающий в свой состав 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 многостепенного 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.

Обозначенная сущность изобретения связана с достижением каждого заявленного технического результата и всей их совокупности следующим образом соответственно.

1. Введение в комплекс выносной системой видеонаблюдения позволит, при необходимости, использовать ее для наблюдения со стороны за действиями робота в целом, за действиями, осуществляемыми посредством манипулятора робота, а также осуществлять координацию действий операторов при работе в зоне операции двух и более мобильных роботов или же координацию при работе одного робота на нескольких объектах, расположенных на расстоянии прямой видимости один от другого. Комплектование мобильного робота телескопической штангой-удлинителем, установленной в кормовой части, с укрепленной на ее верхнем конце обзорной телевизионной установкой, позволит получить круговой сектор обзора из приподнятой над уровнем земли позиции, причем наведение телевизионной установки не будет связано с движениями опорно-поворотного устройства и расположенного на нем манипулятора. Таким образом, будут обеспечены дополнительные возможности гибкого конфигурирования состава и структуры комплекса в соответствии с условиями конкретной оперативной задачи.

2. Возможность получать непрерывную визуальную информацию о месте работы с нескольких ракурсов будет обеспечена применением выносной системы видеонаблюдения и бортовой обзорной телевизионной установкой, укрепленной на верхнем конце телескопической штанги-удлинителя, которая, в свою очередь, укреплена в кормовой части мобильного робота.

3. Обеспечение дополнительных возможностей гибкого конфигурирования состава и структуры комплекса, в соответствии с условиями конкретной оперативной задачи (см. п.1), позволит увеличить количество базовых технологий работы с комплексом, отработанных операторами в ходе учебно-тренировочного процесса, т.е. позволит расширить круг упомянутых типовых оперативных задач.

4. Мобильный робототехнический комплекс является дорогостоящим высокотехнологичным изделием, эффективность использования которого в зонах высокого риска разрушения и срок службы во многом зависят от квалификации и тренированности обслуживающего персонала (операторов) при проведении операций. Указанные профессиональные качества операторов обеспечиваются интенсивным учебно-тренировочным процессом, доведением четкости их действий «до автоматизма» при отработке различных базовых технологий работы и при решении типовых оперативных задач (см. п.3).

5. Повышение точности позиционирования самого мобильного робота и точности дистанционных манипуляций с удаленными предметами обеспечивается возможностью получать непрерывную визуальную информацию о месте работы с нескольких ракурсов (см. п.2).

6. Снижение психоэмоционального напряжения операторов при работе со взрывоопасными предметами обеспечивается тремя причинами:

- комплектованием такой конфигурации комплекса, которая в максимальной степени соответствует поставленной оперативной задаче (см. п.1);

- возможностью получать непрерывную визуальную информацию о месте работы с нескольких ракурсов (см. п.2);

- «узнаваемостью» оперативной задачи и близким соответствием ее учебной задаче, отработанной на тренировках (см. п.3).

На чертеже изображена структурная схема развернутого на местности робототехнического комплекса с использованием телескопической штанги-удлинителя, укрепленной в кормовой части мобильного робота, и с использованием выносной системы видеонаблюдения.

Мобильный робототехнический комплекс включает в свой состав мобильный робот (1), интегрированный пост дистанционного управления (2), систему двусторонней связи (не показана) между постом (2) и роботом (1), обеспечивающую канал связи (3) и комплект дополнительного оборудования. В базовый комплект дополнительного оборудования входят различные устройства и механизмы, которыми оснащается робот, применительно к конкретной оперативной задаче. В этот комплект входят транспортная прицепная тележка, автомобильный эвакуатор, комплект губок схвата различной конфигурации, кронштейны-держатели разрушителей взрывоопасных предметов и другие элементы (не показаны). Собственно мобильный робот (1) представляет собой самоходное телеуправляемое транспортное средство с электроприводом движителя и бортовыми источниками питания, на котором смонтированы система дистанционной двусторонней связи с постом управления (2) и бортовая телевизионная система. Бортовая телевизионная система включает в себя отдельные видеоблоки, расположенные на звеньях манипулятора и на корпусе транспортного средства, в состав каждого видеоблока, в свою очередь, входит видеокамера, заключенная в защитный кожух с источниками подсветки. Один из видеоблоков (4), выполняющий обзорные функции, располагается на рабочем органе привода индивидуального наведения в горизонтальной и вертикальной плоскостях (5). На транспортном средстве также укреплены приводы многостепенного манипулятора (не показаны) и сам манипулятор (6) с захватным устройством (7), 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 (не показаны). Отличительной особенностью комплекса является то, что он дополнительно укомплектован выносной системой видеонаблюдения с собственной системой связи и управления, обеспечивающей канал (8) связи и управления выносной системы видеонаблюдения и интегрированного поста дистанционного управления (2). Мобильный робот (1) комплекса снабжен также устройством доставки системы видеонаблюдения в заданную точку местности и ее оперативного развертывания. В качестве указанного устройства может быть использовано штатное захватное устройство (7), установленное на манипулятор (6) робота или иное устройство. Выносная система видеонаблюдения представляет собой видеоблок (9), укрепленный на двухстепенном приводе наведения (10), который, в свою очередь, располагается на штативе (11). На этом же штативе смонтирована система связи с базовым удаленным постом управления выносной системы, в качестве которого может быть использован или пост, интегрированный в общий пост (2) дистанционного управления мобильным робототехническим комплексом, или, как вариант, отдельный пост управления выносной системой видеонаблюдения (не показан). Кроме того, в комплект дополнительного оборудования мобильного робототехнического комплекса входит раздвижная телескопическая штанга-удлинитель (12), снабженная на одном конце узлом (13) вертикального крепления ее в кормовой части транспортного средства мобильного робота и на другом конце снабженная узлом (14) крепления привода (5) индивидуального наведения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Узлы крепления (13) и (14) выполнены унифицированными с узлами крепления других монтируемых на мобильный робот устройств (в частности видеоблоков) по типу «ласточкин хвост» с фиксацией винтами-барашками, что обеспечивает удобство монтажа. Телескопическая штанга-удлинитель (12) выполнена с возможностью изменения и фиксации ее длины.

Мобильный робототехнический комплекс функционирует следующим образом. Для решения оперативной задачи, предусматривающей повышенную точность позиционирования самого мобильного робота, повышенную точность дистанционных манипуляций с удаленными предметами, во всех других случаях, когда необходимо получение непрерывной визуальной информации о месте работы с нескольких ракурсов, когда необходимо обеспечить улучшенный обзор окружающего мобильный робот пространства, - в этих случаях, мобильный робототехнический комплекс оснащается выносной системой видеонаблюдения и телескопической штангой-удлинителем (12). Телескопическая штанга-удлинитель (12) нижней своей частью укрепляется в кормовой части корпуса мобильного робота с помощью узла крепления (13). На верхней части телескопической штанги-удлинителя, с помощью узла крепления (14), укрепляется привод индивидуального наведения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, несущий на своем рабочем органе видеоблок (4), выполняющий обзорные функции. Выносная система видеонаблюдения предварительно доставляется мобильным роботом в зону проведения работ, позиционируется и активируется дистанционно, с использованием оборудования и возможностей мобильного робота (1), оснащенного телескопической штангой-удлинителем (12). В простейшем случае для этих целей может быть использовано штатное захватное устройство (7), установленное на манипулятор (6) робота. Управление работой мобильного робототехнического комплекса, включая управление системами и механизмами мобильного робота и выносной системы видеонаблюдения может осуществляться как с единого интегрированного поста дистанционного управления (2) одним оператором, так и с отдельных постов управления мобильным роботом и выносной системой видеонаблюдения двумя операторами, находящимися в вербальном контакте (первый и второй оператор - также как первый и второй пилот в авиации).

Изобретение относится к робототехнике, а именно к робототехническим комплексам, предназначенным для дистанционной работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах. Мобильный робототехнический комплекс включает мобильный робот, пост дистанционного управления, бортовую телевизионную систему, которая включает отдельные видеоблоки. По меньшей мере, один из видеоблоков, выполняющий обзорные функции, расположен на рабочем органе привода индивидуального наведения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Мобильный робототехнический комплекс дополнительно снабжен выносной системой видеонаблюдения. Мобильный робот дополнительно включает устройство доставки выносной системы видеонаблюдения в заданную точку местности и ее оперативного развертывания, а комплект дополнительного оборудования - раздвижную телескопическую штангу-удлинитель, с узлом вертикального крепления ее в кормовой части транспортного средства мобильного робота на одном конце и узлом крепления привода наведения видеоблока, выполняющего обзорные функции, на другом конце. Изобретение позволяет обеспечить возможность получать непрерывную визуальную информацию о месте работы с нескольких ракурсов, увеличить эффективность использования и срок службы мобильного робота при его использовании в зонах высокого риска разрушения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Мобильный робототехнический комплекс, включающий 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 дистанционного управления, бортовая телевизионная система, которая включает отдельные видеоблоки, расположенные на звеньях многостепенного манипулятора и на корпусе транспортного средства, причем каждый видеоблок содержит видеокамеру, заключенную в защитный кожух с источниками подсветки, и по меньшей мере один из видеоблоков, выполняющий обзорные функции, расположен на рабочем органе привода индивидуального наведения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом на транспортном средстве укреплены манипулятор с захватным устройством и его приводы, 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, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен выносной системой видеонаблюдения, мобильный робот дополнительно включает устройство доставки выносной системы видеонаблюдения в заданную точку местности и ее оперативного развертывания, а комплект дополнительного оборудования - раздвижную телескопическую штангу-удлинитель, с узлом вертикального крепления ее в кормовой части транспортного средства мобильного робота на одном конце и узлом крепления привода наведения видеоблока, выполняющего обзорные функции, - на другом конце.

2. Мобильный робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что пост дистанционного управления совмещает в себе элементы управления мобильным роботом и выносной системой видеонаблюдения, т.е. является интегрированным.

3. Мобильный робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что пост дистанционного управления мобильным роботом и пост дистанционного управления выносной системой видеонаблюдения выполнены как отдельные устройства.

4. Мобильный робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве устройства доставки системы видеонаблюдения в заданную точку местности и ее оперативного развертывания, используют захватное устройство, установленное на манипулятор.

5. Мобильный робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что телескопическая штанга-удлинитель выполнена с возможностью изменения и фиксации ее длины.

6. Мобильный робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что узел вертикального крепления телескопической штанги-удлинителя в кормовой части транспортного средства мобильного робота и узел крепления привода индивидуального наведения видеоблока в горизонтальной и вертикальной плоскостях выполнены унифицированными с узлами крепления других монтируемых на мобильный робот устройств по типу «ласточкин хвост» с фиксацией винтами-барашками.