Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование цифровых министиков на основе упругодеформируемых полимерных элементов и гибридных массивов VCSEL-лазеров и pin-фотодиодов для ручек управления самолетами и сложными роботехническими комплексами

Докладчик: Никитин Владимир Степанович

Должность: Генеральный директор, кандидат технических наук

Цель проекта:
В настоящее время управление авиационными и космическими аппаратами, сложными робототехническими комплексами осуществляют с применением разнообразных ручек управления. В авионике и космонавтике используются ручки управления беспилотными и пилотируемыми ЛА и КА, в вооружении - ручки управления оружия, в робототехнике - пульты управления роботами. Основой разнообразных ручек управления являются джойстики, построенные на различных принципах - резистивном, магнитно-резистивном, вихретоковом, на датчиках Холла и оптическом. Общепризнано, что наилучшие результаты по технологичности и надежности дают оптические джойстики, так как в них отсутствует механический износ взаимодействующих или чувствительных элементов. Создать миниатюрный, и в то же время простой оптический миниджойстик долгое время не удавалось. Применяемые в настоящее время в авиации и игровой индустрии миниджойстики вихретокового, резистивного и магниторезистивного типа содержат от 15 до 45-ти механически взаимодействующих деталей в механизмах разложения угла наклона джойстика на вращение чувствительных резисторов в двух перпендикулярных координатах. В миниджойстиках использующих эффект Холла тоже используется достаточно сложная механическая часть. Авионика и робототехника во всем мире от аналоговых приборов перешла к цифровым. Отечественные производители производят добротные и надежные приборы управления на аналоговой основе, которые пока удовлетворяют их потребителей. Собственных исследований по созданию оптических миниджойстиков они еще не проводят, но активно поддерживают наши исследования на различных встречах и конференциях, ожидая результатов наших работ. Назрела актуальная необходимость разработки отечественного высокоточного цифрового оптического министика (миниджойстика) для ответственных применений. Целью проекта является исследование и разработка комплекса научно-технических решений направленных на создание цифровых министиков на основе упругодеформируемых полимерных элементов и гибридных массивов VCSEL-лазеров и pin-фотодиодов для ручек управления самолетами и сложными робототехническими комплексами. Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, является высокоточный цифровой министик, не имеющий сопрягающихся и трущихся механических деталей и обладающий потенциальным ресурсом на уровне 2,0-2,5 миллиона нажатий, что превышает ресурс лучших зарубежных аналогов в 2-3 раза. Выполнение проекта позволит создать инновационный продукт - надежный высокоточный цифровой министик, который обладая значительными конкурентными преимуществами, даст отечественным разработчикам надежную компонентную базу для создания новейших ручек управления самолетами и сложными роботехническими комплексами.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта должны быть получены следующие научно-технические результаты:
- комплекс научно-технических решений направленных на создание цифровых министиков на основе упругодеформируемых полимерных элементов и гибридных массивов VCSEL-лазеров и pin-фотодиодов;
- экспериментальный образец цифрового министика для ручек управления самолетами и сложными робототехническими комплексами;
- рекомендации по реализации результатов в реальных секторах экономики;
- технико-экономическое обоснование целесообразности разработки продукции на основе цифровых министиков для ручек управления самолетами и сложными робототехническими комплексами;
- технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции на основе цифровых министиков для ручек управления самолетами и сложными робототехническими комплексами;
- проект технического задания на проведение дальнейшей ОКР.
Экспериментальный образец цифрового министика должен соответствовать следующим конструктивным и техническим характеристикам:
1) количество управляемых координат – 2;
2) количество операционных каналов - не менее 3, не более 8;
3) материал упругодеформируемого элемента - эластичный полимер;
4) источник излучения - полупроводниковый лазер VCSEL;
5) приемник излучения – pin-фотодиод;
6) величина перемещения управляющей ручки по осям XY, мм - ± 5.00 (±10%);
7) прикладываемое усилие к управляющей ручке (в направлении осей XY), Н - от 0.35Н (±0.10Н) до 0.55Н (±0.15Н);
8) протокол цифрового выходного сигнала - SPI;
9) нелинейность выходного сигнала - не более 10%;
10) габаритные характеристики, мм, не более - 20х20х20;
11) вес, г, не более - 2,5.
В настоящее время НПП «Тензосенсор» является единственным научным предприятием в Российской Федерации разрабатывающим высокоточные цифровые министики. Данные работы ранее не финансировались из бюджетных источников. Признаками научной новизны исследований являются:
- постановка новых научно-технических задач в области создания коммутационно-управляющих элементов с функциональностью и ресурсом, значительно превосходящим существующие аналоги;
- получение реальных технических результатов в 2,0-2,5 раза превышающих значения параметров лучших мировых аналогов по надежности;
- создание работоспособных макетов инновационной продукции с высокой степенью готовности к внедрению в промышленное производство;
- возможность получения результатов, способных к правовой охране.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Простота и функциональность цифровых министиков позволит заменить ими широкий спектр устаревших коммутационных приборов - тумблеры, многопозиционные переключатели, движковые и вращающиеся регуляторы, концевые выключатели и т.п. Новые приборы будут обладать взрывобезопасностью, травмобезопасностью (мягкие, эластичные), бесшумностью, способностью работать в вакууме, минимальным весом и малыми габаритами. По существу, это новый класс низковольтных управляющих и коммутирующих устройств, превосходящих лучшие зарубежные аналоги.
Применение цифровых министиков позволит скачкообразно повысить функциональность электронных приборов, снизить их вес и массогабаритные характеристики.
Надежные высокоточные цифровые министики, а также перепрограммируемые переключатели на их основе, обладая значительными конкурентными преимуществами, позволят отечественной электронной промышленности создать современную компонентную базу для создания новейших ручек управления самолетами и сложными роботехническими комплексами, скоростных систем управления в авионике, транспортными средствами, вооружением, а также компьютерных манипуляторов различного типа, пультов управления смарт-ТВ, бытовой техникой и т.п., обеспечивая создание электронной компонентной базы в области низковольтных коммутационных элементов.
На основе разрабатываемых инновационных продуктов будет возможно создание целого спектра изделий для сложных и ответственных применений, например, для применения в ручках управления самолетами, ручках управления газом, ручках управления и наведения оружия, ручках управления сложными робототехническими комплексами, пультах управления роботами, высокоточными промышленными манипуляторами, подъемно-транспортным оборудованием и т.п.
Цифровой министик может быть использован в самых разных системах управления техническими устройствами - от бытовых дистанционных пультов управления, мышей, геймпадов, регуляторов освещения и отопления, до сложных и многофункциональных систем управления роботами, авиационной и космической техникой.

Текущие результаты проекта:
Соглашение о предоставлении субсидии на данный момент не подписано (планируемая дата подписания – 25.11.2014 г.).