РОБОТИЗИРОВАННАЯ ТРАНСПОРТНАЯ ПЛАТФОРМА Российский патент 2014 года по МПК B25J5/00 F41H13/00 

Изобретение относится к военной и специальной технике, а именно к робототехническим комплексам, предназначенным для дистанционной работы в условиях боевых действий, а также в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах.

Известен мобильный робототехнический комплекс (см. патент RU №2364500 C2, МПК B25J 5/00, опубл.20.08.09 г., бюл. №23), принятый за прототип. 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 в свой состав мобильный робот, пост дистанционного управления, систему двусторонней связи между постом и роботом, обеспечивающую канал связи 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. Собственно мобильный робот 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, 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. Отличительной особенностью комплекса является то, что он дополнительно укомплектован выносной системой видеонаблюдения с собственной системой связи и управления, обеспечивающей канал связи и управления выносной системы видеонаблюдения и интегрированного поста дистанционного управления. Мобильный робот 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, установленное на манипулятор робота или иное устройство. Выносная система видеонаблюдения представляет собой видеоблок, укрепленный на двухстепенном приводе наведения, который, в свою очередь, располагается на штативе. 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 дистанционного управления мобильным робототехническим комплексом, или, как вариант, отдельный пост управления выносной системой видеонаблюдения. Кроме того, в комплект дополнительного оборудования мобильного робототехнического комплекса входит 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 индивидуального наведения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Узлы крепления и 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 выполнена с возможностью изменения и фиксации ее длины.

Недостатками прототипа являются:

- отсутствие возможности адаптированного «поведения» при выполнении боевой задачи в изменяющихся условиях окружающей среды;

- недостаточно высокий срок непрерывного применения;

- низкая степень точности позиционирования на местности.

Предлагаемым изобретением решается задача по повышению боевой эффективности боевых мобильных роботизированных платформ и расширение их функциональных возможностей.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании роботизированной транспортной платформы, предназначенной для нужд Сухопутных войск ВС РФ и обеспечивающей выполнение следующих основных задач: сбор и передачу разведывательной информации, охрану или патрулирование гражданских и военных объектов, проведение антитеррористических операций в городских и полевых условиях, ведение стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях за счет применения расширенного комплекса аппаратных и боевых средств.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой роботизированной транспортной платформе (РТП), содержащей самоходное управляемое транспортное средство с приводом и бортовыми источниками электропитания, пульт дистанционного управления, систему управления движением, систему связи и передачи данных, комплект функционального оборудования, систему технического зрения, приводы исполнительных механизмов, новым является то, что в качестве самоходного управляемого транспортного средства выбран колесный движитель повышенной проходимости с приводом от двигателя внутреннего сгорания, комплект функционального оборудования выполнен в виде боевого модуля для ведения стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях, содержащего поворотную платформу с системой наведения, блок управления и средство огневого поражения, линейные электродвигатели системы управления движением РТП электрически связаны с сервоусилителями и механически - с правым и левым рулевыми механизмами, коробкой переключения передач, рычаг газа механически связан с сервомашинкой, система управления движением дополнительно оснащена ультразвуковыми датчиками обнаружения объектов, РТП дополнительно оснащен системой топопривязки и навигации, включающей инерциальную систему ориентации в пространстве, спутниковую навигационную систему и два одометра, информационно-вычислительной системой, состоящей из двух бортовых компьютеров и магистрально -модульной платформы, для выполнения вспомогательных операций РТП дополнительно оснащен аппаратурой для обеспечения резервной связи по каналам системы связи и передачи данных, система связи и передачи данных оснащена коммутатором и двумя маршрутизаторами для работы по основному и резервному каналам радиосвязи, сервоусилители, сервомашинка, ультразвуковые датчики обнаружения объектов системы управления движением, инерциальная система ориентации в пространстве, спутниковая навигационная система и одометры системы топопривязки и навигации, бортовая аппаратура транспортного средства - тахометр и спидометр, видеокамеры системы технического зрения по каналам информационного обмена связаны с информационно-вычислительной системой, электропитание РТП осуществляется от автономного источника, установленного на транспортном средстве.

Выбор в качестве самоходного управляемого транспортного средства колеснного движителя повышенной проходимости с приводом от двигателя внутреннего сгорания позволяет:

- значительно повысить продолжительность непрерывной работы РТП;

- повысить тяговые и скоростные характеристики;

- обеспечить устойчивое движение в условиях пересеченной местности при допустимом поперечном и продольном крене до 25 град.;

- обеспечить преодоление уступов высотой до 20 см;

- обеспечить преодоление рвов шириной до 40 см;

- обеспечить движение по песку, по пересеченной местности с высотой снежного покрова до 30 см.

Выполнение комплекта функционального оборудования в виде боевого модуля для ведения стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях, содержащего поворотную платформу, блок управления и средство огневого поражения, позволяет:

- обеспечить ведение боевой работы в широком секторе наблюдения и обстрела -±200°;

- обеспечить ведение боевой работы при угле наблюдения и обстрела по вертикали от -20° до +60° в указанном выше секторе;

- обеспечить скорость плавного наведения средства огневого поражения на цель в горизонтальной и вертикальной плоскостях не менее 0,2 град/с.

Обеспечение выполнения электрической связи линейных электродвигателей системы управления движением РТП с сервоусилителями и механической - с правым и левым рулевыми механизмами, коробкой переключения передач позволяет:

- обеспечить стабилизацию скорости и положения валов линейных электродвигателей;

- обеспечить выполнение РТП поворотов (разворотов) и выбор направления его движения.

Выполнение механической связи рычага газа с сервомашинкой позволяет выбрать для РТП оптимальный скоростной режим.

Оснащение системы управления движением ультразвуковыми датчиками обнаружения объектов позволяет:

- обеспечить обнаружение в районе движения РТП наличия препятствий любой конфигуративной сложности;

- предотвратить столкновение РТП с обнаруженными препятствиями;

- обеспечить обнаружение объектов при наличии атмосферных осадков;

- обеспечить обнаружение объектов различной структуры (твердых, жидких, зернообразных и порошкообразных), прозрачности и цвета.

Оснащение РТП системой топопривязки и навигации, включающей инерциальную систему ориентации в пространстве, спутниковую навигационную систему и два одометра, позволяет:

- обеспечить требуемую точность определения навигационной информации за счет комплексирования данных, поступающих с построенных на различных физических принципах датчиков: инерциальной системы ориентации в пространстве, спутниковой навигационной системы и одометров;

- обеспечить начальную привязку РТП;

- обеспечить определение текущих координат, дирекционного угла продольной оси РТП;

- обеспечить привязку РТП к шкале единого времени;

- обеспечить сохранение географических координат пройденного пути и передачу их оператору;

- обеспечить отображение маршрута движения РТП на цифровой карте местности в реальном масштабе времени.

Оснащение РТП информационно - вычислительной системой, состоящей из двух бортовых компьютеров и магистрально-модульной платформы, позволяет:

- обеспечить решение информационных и расчетных задач;

- обеспечить обработку информации от пульта управления;

- обеспечить формирование для передачи на пульт дистанционного управления информационных команд, телеметрической информации и видеоизображения;

- обеспечить управление датчиками и приводами РТП.

Оснащение РТП для выполнения вспомогательных операций аппаратурой для обеспечения резервной связи по каналам системы связи и передачи данных позволяет осуществлять ручное управление РТП при установке на платформу для транспортирования или съезде с нее, при установке в помещение для хранения или стоянки, при выезде на точку с известными координатами для начального ориентирования.

Осуществление связи по каналам информационного обмена аппаратных средств системы управления движением, системы топопривязки и навигации, бортовой аппаратуры транспортного средства, системы связи и передачи данных, системы технического зрения с информационно-вычислительной системой позволяет:

- обеспечить прием и обработку всей информации поступающей с приборов и систем, входящих в состав РТП;

- обеспечить выдачу информации в формализованной форме на устройства передачи и хранения информации;

- сформировать команды управления для исполнительных механизмов.

Осуществление электропитания систем РТП от автономного источника, установленного на транспортном средстве, позволяет:

- повысить помехозащищенность аппаратных средств РТП;

- повысить энергетический потенциал, позволяющий разместить на РТП дополнительное оборудование.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана структурная схема роботизированной транспортной платформы.

Роботизированная транспортная платформа состоит из следующих основных элементов: колесного движителя повышенной проходимости 1, системы электропитания (СЭ) 2, информационно-вычислительной системы (ИВС) 3, системы управления (СУД) 4, системы топопривязки и навигации (СТН) 5, системы связи и передачи данных (ССПД) 6, системы технического зрения (СТЗ) 7, пульта дистанционного управления (ПДУ) 8, аппаратуры для обеспечения резервной радиосвязи (АОРР) 9, боевого модуля (БМ) 10. Колесный движитель повышенной проходимости 1 оснащен приводом 11 от двигателя внутреннего сгорания, бортовой аппаратурой (БА) 12 в виде тахометра (Т) 13 и спидометра (С) 14, левым и правым рулевыми механизмами (ЛРМ и ПРМ) 15 и 16, рычагом газа (РГ) 17, коробкой переключения передач (КПП) 18. Система электропитания (СЭ) 2 РТП состоит из генератора (Г) 19 с приводом от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) 20, аккумуляторных батарей (АКБ) 21, преобразователей (П) 22, 23 и 24. Информационно - вычислительная система (ИВС) 3 содержит два бортовых компьютера (БК) 25 и 26, магистрально - модульную платформу (ММП) 27. Система управления движением (СУД) 4 содержит сервомашинку (СМ) 28, сервоусилитель (СУ) 29, связанный с линейным двигателем (ЛД) 30, СУ 31, связанный с ЛД 32, СУ 33, связанный с ЛД 34, ультразвуковые датчики (УЗД) 35. Система топопривязки и навигации (СТН) 5 содержит инерциальную систему ориентации в пространстве (ИСОП) 36, спутниковую навигационную систему (СНС) 37, левый и правый одометры (ЛО и ПО) 38 и 39. Система связи и передачи данных (ССПД) 6 содержит коммутатор (К) 40, маршрутизаторы (М) 41 и 42. Система технического зрения (СТЗ) 7 содержит видеокамеры (ВК) 43 и 44. Боевой модуль (БМ) 10 содержит поворотную платформу с системой наведения (ППСН) 45, блок управления (БУ) 46 и средство огневого поражения (СОП) 47.

Роботизированная транспортная платформа работает следующим образом. Для решения поставленной оперативной задачи РТП доставляется к месту назначения любым видом транспорта. Причем управление перемещением движителя 1 при погрузочно-разгрузочных работах, выезде на точку с известными координатами при начальном ориентировании осуществляется в ручном режиме с помощью АОРР 9. В качестве АОРР 9 используется компьютерная аппаратура, предназначенная для управления движущими объектами.

РТП работает в режиме дистанционного или полуавтономного управления. Дистанционное управление движением, средствами разведки и ведением огня с ПДУ 8 осуществляется на дальности до 2 км. Использование РТП предусматривает ведение разведки местности и целей в дневных и ночных условиях, сбор и передачу разведывательной информации, ведение стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях, в широком диапазоне рабочих температур, охрану и патрулирование гражданских и военных объектов, огневое прикрытие, проведение антитеррористических операций в городских и полевых условиях, навигацию при перемещениях.

Электроснабжение аппаратных средств РТП, БМ 10 осуществляется от автономного источника электропитания, состоящего из Г 19 с приводом от ДВС 20, и резервного источника в виде АКБ 21. Выдача стабилизированных питающих напряжений осуществляется с П22…24.

Основным «интеллектуальным» элементом РТП является ИВС 3, которая координирует работу всех систем, формирует управляющие команды. В частности, исполнительные механизмы СУД 4, отвечающие за отработку поворотов, направления движения, скорости, страгивания с места и остановку получают управляющие команды от ИВС 3, которая в свою очередь, через ССПД 6 по каналам радиосвязи связана с ПДУ 8 или АОРР 9. Отработка управляющих сигналов, поступающих с ММП 27 ИВС 3, производится в СУ 29, 31 и 33, СМ 28. СУ 29, 31 и 33 отвечают за стабилизацию скорости и положения валов ЛД 30, 32 и 34. Осуществление поворота движителя 1 происходит за счет притормаживания, в зависимости от того, в какую сторону нужно повернуть, правого или левого приводных колес. ЛД 30 отвечает за торможение левых колес, ЛД 32 - правых, ЛД 34 - за выбор направления движения: «вперед» - «назад». Регулирование скорости производится при помощи СМ 28, устанавливающей положение РГ 17. При движении РТП в реальных условиях местности на его пути возникают препятствия различной степени сложности, размера и структуры. Для определения расстояния до них и дальнейшего определения способа преодоления данных препятствий на РТП установлены УЗД 35. Для ультразвуковых датчиков скорости характерны высокая надежность обнаружения сложных объектов, низкая восприимчивость к интерференции и возможность применения в трудных рабочих условиях.

Управление РТП в ручном режиме осуществляется посредством ПДУ 8 или через АОРР 9. В данном режиме обеспечивается управление движением РТП, формирование и передача на РТП команд управления, прием, обработку и отображение видеоинформации от СТЗ 7 в реальном масштабе времени (прямая трансляция), отображение на цифровой карте местности информации о местоположении и маршруте движения РТП, прокладка маршрута движения, контроль движения, корректировка или прекращение движения в критических ситуациях. При этом ВК 43 и 44 СТЗ 7 обеспечивают возможность видеонаблюдения спереди и сзади РТП с достаточным углом обзора, распознавание состояния дороги и препятствий.

Отличительной особенностью РТП является оснащение ее СТН 5, содержащей ИСОП 36, СНС 37, ЛО 38 и ПО 39. Высокая точность определения навигационной информации обеспечивается за счет комплексирования данных, поступающих с построенных на различных физических принципах датчиков. СТН 5 обеспечивает начальную привязку РТП, определение текущих координат, дирекционного угла продольной оси движителя 1, привязку РТП к шкале единого времени, сохранение географических координат пройденного пути и передачу их на ПДУ 8. Кроме того, ПО 38 и ПО 39 предназначены для определения значения разницы скоростей правых и левых колес с дальнейшим определением в ИВС 3 угла при отработке поворота РТП.

Передача команд управления, данных о положении и состоянии РТП происходит по каналам ССПД 6. М 41 предназначен для работы с ПДУ 8, а М 42 - с ПДУ 8 или АОРР 9.

ИВС 3 связана со всеми системами и подсистемами РТП и обеспечивает решение информационных и расчетных задач, обработку информации от ПДУ 8, телеметрической информации и видеоизображения, формирование информационных команд, управление аппаратными средствами РТП, дистанционное и полуавтономное управление движением РТП, запоминание маршрута движения, возвращение РТП в исходную точку по пройденному маршруту, сжатие информации и ее криптографическую защиту при передаче по каналу связи, решение топогеодезических задач, управление датчиками и приводами. БК 25 работает с ПДУ 8, БК 26 - с ПДУ 8 или АОРР 9. Распределение информационных потоков в основном происходит в ММП 27.

БМ 10, содержащий ППСН 45, БУ 46 и СОП 47, обеспечивает:

- в дневных условиях дальность обнаружения цели не менее 2000 м, дальность поражения - (800-1000) м;

- в ночных условиях дальность обнаружения цели не менее 1000 м, дальность поражения не менее 500 м.

Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в создании роботизированной транспортной платформы, обеспечивающей выполнение следующих основных задач: сбор и передачу разведывательной информации, охрану или патрулирование гражданских и военных объектов, проведение антитеррористических операций в городских и полевых условиях, ведение стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях за счет применения расширенного комплекса аппаратных и боевых средств.

Изобретение относится к военной и специальной технике а именно к робототехническим комплексам, предназначенным для дистанционной работы в условиях боевых действий, а также в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах. Технический результат - сбор и передача разведывательной информации, охрана или патрулирование гражданских и военных объектов, проведение антитеррористических операций в городских и полевых условиях, ведение стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях. В качестве самоходного управляемого транспортного средства использован колесный движитель повышенной проходимости с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Комплект функционального оборудования выполнен в виде боевого модуля для ведения стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях, содержащего поворотную платформу с системой наведения, блок управления и средство огневого поражения. Линейные электродвигатели системы управления движением платформы электрически связаны с сервоусилителями и механически - с правым и левым рулевыми механизмами, коробкой переключения передач. Платформа оснащена системой топопривязки и навигацией, информационно-вычислительной системой, состоящей из двух бортовых компьютеров, аппаратурой для обеспечения резервной связи по каналам системы связи и передачи данных. 1 ил.

Роботизированная транспортная платформа, содержащая самоходное управляемое транспортное средство с приводом и бортовыми источниками электропитания, пульт дистанционного управления, систему управления движением, систему связи и передачи данных, комплект функционального оборудования, систему технического зрения, приводы исполнительных механизмов, отличающаяся тем, что в качестве самоходного управляемого транспортного средства выбран колесный движитель повышенной проходимости с приводом от двигателя внутреннего сгорания, комплект функционального оборудования выполнен в виде боевого модуля для ведения стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях, содержащего поворотную платформу с системой наведения, блок управления и средство огневого поражения, линейные электродвигатели системы управления движением РТП электрически связаны с сервоусилителями и механически с правым и левым рулевыми механизмами, коробкой переключения передач, рычаг газа механически связан с сервомашинкой, система управления движением дополнительно оснащена ультразвуковыми датчиками обнаружения объектов, РТП дополнительно оснащен системой топопривязки и навигации, включающей инерциальную систему ориентации в пространстве, спутниковую навигационную систему и два одометра, информационно-вычислительной системой, состоящей из двух бортовых компьютеров и магистрально-модульной платформы, для выполнения вспомогательных операций PTП дополнительно оснащен аппаратурой для обеспечения резервной связи по каналам системы связи и передачи данных, система связи и передачи данных оснащена коммутатором и двумя маршрутизаторами для работы по основному и резервному каналам радиосвязи, сервоусилители, сервомашинка, ультразвуковые датчики обнаружения объектов системы управления движением, инерциальная система ориентации в пространстве, спутниковая навигационная система и одометры системы топопривязки и навигации, бортовая аппаратура транспортного средства - тахометр и спидометр, видеокамеры системы технического зрения по каналам информационного обмена связаны с информационно-вычислительной системой, электропитание систем РТП осуществляется от автономного источника, установленного на транспортном средстве.