Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание научно-технических решений в области разработки робототехнических средств космического назначения для обеспечения напланетных миссий

Номер контракта: 14.576.21.0050

Руководитель: Маленков Михаил Иванович

Должность: Главный научный сотрудник

Организация: Акционерное общество Научно-Технический Центр "РОКАД"
Организация докладчика: Закрытое акционерное общество Научно-Технический Центр "РОКАД"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
космическая робототехника, робот-помощник космонавта, планетоход, луноход, манипулятор, двурукий манипулятор, андроид, лунная станция, лунная база.

Цель проекта:
Разработка проектно-компоновочных решений робототехнической системы «По­мощник космонавта (астронавта)» (далее по тексту – РТС ПК) для ее применения в со­ставе напланетных миссий с целью: - освобождения космонавтов (астронавтов) от ру­тинных операций и операций, связанных с повышенным риском, при выполнении на пла­нете строительных, исследовательских, спасательных и других работ; - помощи космонавту (астронавту) при выполнении последним каких-либо операций на поверхности планеты; - сопровождение и контроль космонавта (астронавта) при выполнении им каких-либо операций на поверхности планеты; - выполнения функций управления и работы с другими робототехническими средствами.

Основные планируемые результаты проекта:
1 Анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, по проблеме комплексной разработки робототехнических систем и мобильных робототехнических средств для исследования и освоения планет.
2 Обоснованные и выбранные направления исследований.
3 Обоснованные требования к проектно-компоновочным решениям РТС ПК и характеристикам её систем и компонентов.
4 Кинематическая схема и математическая модель системы передвижения, манипуляционной системы РТС ПК.
5 Рассчитанные и обоснованные оптимальные компоновочные и технические параметры компонентов системы передвижения, манипуляционной системы, элементов навесного оборудования РТС ПК.
6 Структурные и компоновочные схемы элементов системы телекоммуникаций, системы энергопитания, системы терморегулирования, системы технического зрения, системы навигации РТС ПК.
7 Рассчитанные и обоснованные компоновочные и технические параметры элементов системы телекоммуникаций, системы энергопитания, системы терморегулирования, системы технического зрения, системы навигации РТС ПК для выполнения задач нанопланетных миссий.
8 Эскизная конструкторская документация для изготовления макетов опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
9 Макеты опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
10 Эскизная конструкторская документация для изготовления стендов для проведения экспериментальных исследований макетов опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
11 Стенды для проведения экспериментальных исследований макетов опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
12 Эскизная конструкторская документация для изготовления технологической оснастки для проведения экспериментальных исследований макетов опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
13 Технологическая оснастка для проведения экспериментальных иссле-дований макетов опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
14 Программа и методики экспериментальных исследований макетов опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
15 Результаты экспериментальных исследований макетов опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
16 Рекомендации и предложения индустриальному партнеру - организации реального сектора экономики по применению разработанных проектно-компоновочных решений РТС ПК для создания робототехнических систем, предназначенных для напланетных миссий.
17 Проект технического задания на проведение опытно-конструкторских работ по разработке экспериментального образца РТС ПК.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Результаты ПНИ будут использованы для создания робототехнической системы-помощник космонавта (астронавта), предназначенной для изучения и освоения поверхности небесных тел и обеспечивающая выполнение как локомоционных, так и манипуляционных функций.
Методы проведения ПНИ основаны на развитии подходов и технических решений отечественной школы транспортного космического машиностроения. Отличительной чертой этой школы, является анализ и корректный учет, при разработке расчетных схем и моделировании, всех неблагоприятных воздействий и факторов космического пространства при доставке РТС ПК и эксплуатации на поверхности Луны и Марса. Именно этим телам, по результатам исследований на первом этапе, отданы приоритеты для отечественных пилотируемых экспедиций.
Еще одной важной особенностью этой школы является постоянный поиск путей повышения проходимости транспортных машин при движении по неподготовленной местности с учетом ограничений массово-габаритных и энергетических характеристик, свойственных всем космическим аппаратам. Одним из методов повышения ходовых качеств планетоходов, является применение комбинированных движителей с адаптивными подвесками и многофункциональными возможностями реализации различных способов движения в зависимости от свойств местности и конкретных задач напланетной миссии.
При разработке новых проектно-компоновочных решений использованы современные методы компьютерного проектирования в среде Solid Works, Pro/ENGINEER, а также методы математического и компьютерного моделирования. Эти методы позволяют импорт геометрических и массово-инерционных характеристик трехмерных деталей, получаемых при компьютерном проектировании, в среду имитационного моделирования. Это значительно ускоряет создание и повышает точность имитационных моделей. Повышается и качество представления результатов исследования благодаря трехмерной визуализации процесса.
Разработанная система передвижения планетоходов нового поколения обеспечивает реализацию следующих функций - самостоятельное развертывание из транспортного положения в рабочее, адаптация подвески к сложному рельефу при движении в колесном режиме, автоматическая смена колесного режима на колесно – шагающий при угрозе потери подвижности на грунтах с низкой несущей способностью, автоматическая реализация заданной походки в колесно-шагающем режиме движения. Манипуляционная система (две руки, торс, голова) расширит спектр выполняемых операций, а также повысит сложность, точность и быстродействие их выполнения.
В настоящее время мировой уровень качества технических решений по конструкции планетоходов определяется характеристиками реальных американских марсоходов. Однако ходовые качества марсоходов, их проходимость, определяемая, главным образом, конструкцией системы передвижения, существенно уступают результатам отечественных ходовых макетов, которые выбраны в качестве прототипов настоящего проекта.
Между тем проектные возможности РТС ПК превышают характеристики прототипов по своим функциональным возможностям. В частности, помимо реализации колесно-шагающего способа передвижения проектные решения предусматривают адаптацию колес к сложному рельефу с помощью механизмов шагания колесного движителя. В настоящее время планетоходов, с перечисленными возможностями РТС ПК, в мире не существует.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Область применения полученных результатов ПНИ – различные этапы подготовки и реализации автоматических полетов и пилотируемых экспедиций, в первую очередь, на Луну и Марс.
Практическое внедрение результатов исследований в космосе можно ожидать одновременно с возобновлением полетов российских космических аппаратов к своему естественному спутнику, к Марсу и другим небесным телам Солнечной системы.
Внедрение результатов исследований могут быть использованы для создания транспортных мобильных роботов, пригодных, в том числе, и для эксплуатации в опасных средах на земле. Любая внештатная ситуация функционирования может привести к аварии или катастрофе. Уменьшить степень участия человека при проведении работ в опасных условиях можно, используя дистанционно управляемое оборудование.
При реализации научно – технических решений, созданных в процессе настоящего ПНИ, будет обеспечена высокая проходимость планетоходов в районах отложений тонких фракций лунного реголита на Луне и мелкозернистого песка на Марсе. Разработанная система передвижения может обеспечить преодоление подъемов с углами естественного откоса таких грунтов, то есть примерно 30°.
Созданные научно-технические решения снижают риск потери подвижности, позволяют двигаться к месту проведения исследований на поверхности Луны и Марса по кратчайшим маршрутам, с минимальным маневрированием для объезда только непреодолимых камней высотой более 0,5 м.


Текущие результаты проекта:
Главными результатами уже выполненных работ являются обоснование оптимальных компоновочных и технических параметров системы передвижения и манипуляционной системы РТС ПК, компонентам навесного оборудования РТС ПК для проведения погрузочно-разгрузочных, строительных, сборочных и транспортных задач напланетных миссий. Разработан проектный облик системы с техническими параметрами соответствующими заданным значениям ТЗ.
Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлены макет опорно-движительного модуля системы передвижения и макет приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлены технологическая оснастка для проведения экспериментальных исследований макета опорно-движительного модуля системы передвижения и приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК.
Разработана программа и методики экспериментальных исследований макета опорно-движительного модуля системы передвижения и макета приводного шарнира манипуляционной системы РТС ПК с помощью изготовленной оснастки.
Выполненные работы позволят начать проведение экспериментальных исследований макетов на последующих этапах.