Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание экспериментального образца многоцелевой робототехнической платформы высокой проходимости

Номер контракта: 14.578.21.0047

Руководитель: Иванов Александр Владиславович

Должность руководителя: заместитель директора ЦНИИ РТК

Докладчик: Иванов Александр Владиславович, заместитель директора ЦНИИ РТК

Организация: федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики"
Организация докладчика: Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
наземная робототехника, мобильная робототехника, беспилотные наземные транспортные средства, военные беспилотные наземные транспортные средства, беспилотная навигация, система управления беспилотным транспортным средством, электроника, аккумуляторы, сенсоры.

Цель проекта:
Современная мобильная робототехника, способная помочь человеку, а также защитить или заменить человека в опасных для него задачах, работах или условиях – это перспективное научно-техническое направление, развиваемое в различных странах. В настоящее время наибольшее распространение получили легкие мобильные роботы (полная масса до 300 кг) и тяжелые мобильные роботы (полная масса свыше 2000 кг). Однако существует круг задач, который требует применения именно сравнительно небольших мобильных роботов. Так, в различных областях человеческой деятельности - строительство, аварийно-спасательные работы, взрыво-технические работы, тушение пожаров, участие в антитеррористических и военных операциях, в том числе в стесненных условиях городов существует потребность в средних робототехнических транспортных платформах (массой до 1000 кг), способных транспортировать, развертывать и применять полезную нагрузку в несколько сотен килограмм. При наблюдаемом дефиците работ по средним мобильным роботам высокой проходимости объясняется актуальность выбранного направления исследований. Целью данных прикладных научных исследований (ПНИ) является разработка многоцелевой робототехнической платформы нового поколения высокой проходимости (МРП) для использования в качестве базовой платформы мобильных робототехнических систем различного назначения, транспортно-технологических и тяговых средств, предназначенных для освоения и изучения труднодоступных территорий, а также для создания наземных беспилотных транспортных средств специального назначения. Одной из важнейших задач ПНИ является повышение эффективности мобильного робота высокой проходимости - уменьшение размеров и собственной массы платформы при сохранении высоких показателей грузоподъемности и проходимости.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные планируемые результаты ПНИ: создание макетов колесно-шагающих и гусеничного модулей системы передвижения и макета системы энергопитания МРП, предназначенных для исследований параметров компонентов систем, оптимизации и отработки кинематических и структурных схем систем энергопитания, передвижения, безопасности и управления; разработка программного обеспечение системы управления МРП, предназначенного для решения задач управления МРП в различных режимах работы (движения). Кроме того, разработка и изготовление стендового оборудования для проведения исследований. А по результатам проведения экспериментальных исследований макетов создание Экспериментального образца МРП массой до 500 кг, грузоподъемностью не менее 500 кг, максимальной скоростью перемещения не 25 км/ч, основные характеристики которой:
- высокая проходимость системы передвижения (шасси) при применении ходовой части на основе колесного движителя в сочетании с колесным шаганием (активной подвеской), при сохранении всех преимуществ колесного движителя - возможность преодолевать следующие препятствия:
уклон с твердым основанием до 35 градусов;
уклоны с рыхлым (сыпучим) грунтом до 25 градусов;
эскарпы и контрэскарпы высотой до 1 м;
рвы, траншеи с твердым несыпучими кромками шириной до 1 м;
водные преграды до 0,4 м;
- модульность построения конструкции робототехнической платформы, позволяющей помимо возможности установки различного навесного (рабочего и измерительного оборудования) изменять конфигурацию самоходного шасси – возможность замены колесных и гусеничных модулей;
- безопасность (от опрокидывания и застревания) перемещения мобильного робота в различных условиях, особенно в условиях бездорожья, завалов, рыхлых грунтов, а, следовательно, увеличение общей скорости перемещения, что особенно важно при выполнении спасательных задач и применения мобильной робототехнической платформы в военных целях;
- за счет создания и установки на платформу современного энергетического модуля, обладающего при малых размерах и массе достаточным запасом получаемой электроэнергии для выполнения поставленных задач не только для транспортной системы (робототехнической платформы), но и навесного оборудования.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Данный проект направлен на поиск технических решений и создании экспериментального образца мобильной робототехнической платформы нового поколения с учетом существующего опыта современной практики.
Новизна предлагаемого решения состоит в создание робототехнической транспортной платформы с высокими эксплуатационными характеристиками в классе до 1000 кг, которая позволит оптимально применять и использовать различную полезную нагрузку массой до 500 кг, включая транспортировку нескольких человек.
Вновь разработанные решения обеспечат приоритетные свойства, существенно превышающие соответствующие показатели, например, современных американских мобильных роботов соответствующей грузоподъемности:
- высокая проходимость на сложном рельефе с выходами, скальных пород, так и переработанного мелкозернистого материала с низкой несущей способностью, например, преодоление подъемов с углом естественного откоса слабосвязного грунта (от 32°до 34°), преодоление ступенек высотой, превышающей радиус колеса;
- возможность реализации автоматических алгоритмов управления с учетом геометрии, силовых и кинематических параметров ходовой части, а также физико-механических свойств грунта и рельефа опорной поверхности;
-многофункциональность приводных механизмов системы передвижения, обеспечивающих возможность самостоятельного изменять геометрию системы передвижения для обеспечения большей проходимости и лучшей устойчивости.
Появление собственных разработок в исследуемом области будет способствовать усилению конкурентных позиций страны на мировом рынке.

В ЦНИИ РТК постоянно ведется поиск путей повышения проходимости мобильных роботов при движении по неподготовленной местности с учетом ограничений массово-габаритных и энергетических характеристик. Одним из методов повышения ходовых качеств мобильных роботов является применение комбинированных движителей с адаптивными подвесками и многофункциональными возможностями реализации различных способов движения в зависимости от свойств местности и конкретных задач. При разработке новых образцов мобильной робототехники в ЦНИИ РТК используются современные методы компьютерного проектирования в среде SolidWorks, Pro/ENGINEER, а также методы математического и компьютерного моделирования в математических и динамических пакетах.
Проводимые ПНИ основаны на использовании научно-технического задела, созданного в ЦНИИ РТК в области создания мобильных робототехнических средств, и имеющегося опыта:
- разработки, изготовления и поставки робототехнических систем и комплексов, в том числе мобильных роботов наземного применения для Федеральной службы безопасности, Министерств обороны и чрезвычайных ситуаций, Роскосмоса, Росатома и многих организаций и предприятий как в России, так и за рубежом;
- разработки приводов и электронных узлов робототехнических систем различного назначения;
- создания многоуровневых систем управления робототехническими системами;
- разработки датчиков, устройства беспроводной связи робототехнических систем;
- математического и компьютерного моделирования робототехнических систем и компьютерного моделирования:
- проведения расчетов конструкций на прочность, тепловых расчетов, расчетов радиационной стойкости изделий, вибрационных и ударных нагрузок, электромагнитной совместимости.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Применение разработанной МРП позволит расширить спектр функций выполняемых робототехническими средствами, реализованными на ее основе, за счет повышенной проходимости, энерговооруженности и закладываемой многофункциональности платформы, и как следствие, повысить производительность работ и уровень безопасности персонала и окружающих людей при проведении опасных работ и специальных мероприятий.
Разработанные с использованием результатов данной работы, т.е. на базе мобильной робототехнической платформы, мобильные роботы, транспортно-технологические и тяговые средства смогут работать в различных условиях, в том числе опасных для человека, а также в условиях Крайнего Севера и Антарктиды.

Текущие результаты проекта:
Основные результаты 2015 года ПНИ «Создание экспериментального образца многоцелевой робототехнической платформы высокой проходимости»:
- разработано и изготовлено стендовое оборудование, технологические оснастки, а также программы и методики для проведения экспериментальных исследований макетов систем передвижения и энергопитания МРП;
- проведены экспериментальные исследования макетов систем передвижения и энергопитания МРП, которые позволяют уточнить сделанные ранее расчеты системы передвижения для обеспечения высокой проходимости и системы энергопитания для обеспечения высокой средней скорости движения и дальности действия мобильного робота.
Кроме того, разработаны компьютерная модель экспериментального образца и ЭКД основных узлов экспериментального образца МРП.