Мобильный робот

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в роботах, предназначенных для ликвидации чрезвычайных ситуаций, например, для обнаружения и уничтожения взрывоопасных устройств. Мобильный робот содержит платформу, установленную на транспортном средстве, устройство для обнаружения препятствия, систему управления с блоком управления движением транспортного средства и устройством для обнаружения препятствия и соединенную с ними, манипулятор, шарнирно установленный на платформе и выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещено устройство для обнаружения препятствия, имеющее подвижный щуп с наконечником и позиционно-чувствительный датчик. Блок управления движением транспортного средства подключен к блоку питания, связанному с последовательно соединенными микроконтроллером, шестым усилителем и электроприводом, входы микроконтроллера соединены с выходами датчиков текущего положения, скорости, углового и линейного перемещений, выполненных в виде энкодеров, зубчатки которых установлены на каждом колесе транспортного средства. Изобретение позволяет мобильному роботу перемещаться по произвольным траекториям, с высокой точностью обнаруживать препятствия, производить управляемые с четко контролируемыми параметрами подъезды и отъезды от препятствия. 5 ил.

 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в роботах, предназначенных для ликвидации чрезвычайных ситуаций, например для обнаружения и уничтожения взрывоопасных устройств.

Известен мобильный робот, содержащий транспортное средство, устройство для обнаружения препятствия, систему управления, соединенную с транспортным средством, и манипулятор («Мобильные роботизированные взрывотехнические комплексы», журнал «Специальная техника» №1).

Недостатком известного устройства является недостаточная точность обнаружения препятствий и перемещений робота.

Технической задачей заявляемого изобретения является повышение точности обнаружения препятствий, перемещений робота, измерений пройденного пути.

Указанная задача достигается за счет того, что мобильный робот содержит платформу, установленную на транспортном средстве, устройство для обнаружения препятствия, систему управления, соединенную с блоком управления движением транспортного средства и устройством для обнаружения препятствия и управляющую ими, манипулятор, шарнирно установленный на платформе и выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещено устройство для обнаружения препятствия, имеющее подвижный щуп с наконечником и позиционно-чувствительный датчик, состоящий из оптически связанных источника излучения, объектива и фотоприемника, при этом устройство для обнаружения препятствия включает электронный блок обработки, выполненный в виде первого, второго, третьего и четвертого усилителей, последовательно соединенных первого сумматора, блока сравнения и пятого усилителя, последовательно соединенных первого и второго блоков вычитания, последовательно соединенных третьего блока вычитания и второго сумматора, источника опорного напряжения, причем выход первого усилителя связан с первым входом третьего блока вычитания, со вторым входом которого связан выход третьего усилителя, выход второго усилителя связан с первым входом первого блока вычитания, со вторым входом которого связан выход четвертого усилителя, четыре входа первого сумматора подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого усилителей, выходы первого и третьего блоков вычитания связаны со вторыми входами второго сумматора и второго блока вычитания соответственно, второй вход блока сравнения связан с выходом источника опорного напряжения, выход пятого усилителя подключен к источнику излучения, фотоприемник выполнен в виде четырехквадрантного фотодиода, центр которого размещен на одной прямой с оптической осью объектива и осью подвижного щупа, последний выполнен полым, и источник излучения установлен в его полости со стороны наконечника, а четыре выхода фотоприемника связаны соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями, при этом блок управления движением транспортного средства подключен к блоку питания, связанному с последовательно соединенными микроконтроллером, шестым усилителем и электроприводом, входы микроконтроллера соединены с выходами датчиков текущего положения, скорости, углового и линейного перемещений, выполненных в виде энкодеров, зубчатки которых установлены на каждом колесе транспортного средства.

Информация о наличии препятствия и о пройденном пути поступает в систему управления, управляющую движением транспортного средства и устройством для обнаружения препятствия и обеспечивающую необходимые обороты каждого колеса и соответствующие движения робота, т.е. обеспечивает управляемые повороты без проскальзывания платформы робота при выполнении поворотов и разворотов, при этом появляется возможность производить управляемые, с четко контролируемыми параметрами, подъезды и отъезды от препятствия и т.д.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид мобильного робота; на фиг.2 - узел А на фиг.1; на фиг.3 - блок-схема устройства для обнаружения препятствия; на фиг.4 - блок-схема управления движением транспортного средства; на фиг.5 - схема световых сигналов.

Мобильный робот содержит платформу 1, установленную на транспортном средстве 2, устройство 3 для обнаружения препятствия, систему управления (не показана), соединенную с транспортным средством 2 и устройством 3 для обнаружения препятствия и управляющую ими, манипулятор, шарнирно установленный на платформе 1 и выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев 4, на конечном из которых и размещено устройство 3 для обнаружения препятствия, имеющее подвижный щуп 5 с наконечником 6 и позиционно-чувствительный датчик, связанный с системой управления и включающий источник 7 излучения, объектив 8 и фотоприемник 9, электронный блок обработки. Щуп 5 выполнен полым и связан с корпусом 22 датчика системой 23 подвеса. Источник 7 излучения выполнен в виде светодиода и расположен в полости щупа 5 со стороны наконечника 6, объектив 8 закреплен в корпусе 22, и его оптическая ось совпадает с осью щупа 5 при его номинальном положении. Фотоприемник 9 выполнен в виде четырехквадрантного фотодиода, имеющего четыре выхода I-IV, и расположен в плоскости, оптически сопряженной с источником 7 излучения. Центр четырехквадрантного фотодиода совмещен с оптической осью объектива 8 и осью подвижного щупа 5. Электронный блок обработки включает первый, второй, третий и четвертый усилители 10-13, входы которых связаны соответственно с I-IV выходами фотоприемника 9. Электронный блок обработки включает также последовательно соединенные первый сумматор 14, блок 15 сравнения и пятый усилитель 16, последовательно соединенные первый и второй блоки 17 и 18 вычитания, последовательно соединенные третий блок 19 вычитания и второй сумматор 20, источник 21 опорного напряжения. Выход первого усилителя 10 связан с первым входом третьего блока 19 вычитания, со вторым входом которого связан выход третьего усилителя 12, выход второго усилителя 11 связан с первым входом первого блока 17 вычитания, со вторым входом которого связан выход четвертого усилителя 13. Четыре входа первого сумматора 14 подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого усилителей 10-13. Выходы первого и третьего блоков 17 и 19 вычитания связаны со вторыми входами второго сумматора 20 и второго блока 18 вычитания соответственно, выход пятого усилителя 16 подключен к источнику 7 излучения, а второй вход блока 15 сравнения подключен к источнику 21 опорного напряжения.

Для управления манипулятором могут быть использованы звездочки 24 и 25 цепных передач, соединенные с его звеньями и связанные с приводами, подключенными к источнику питания и к системе управления (не показаны).

Для управления движением транспортного средства 2 блок 26 управления подключен к системе управления и к блоку 27 питания, связанному с последовательно соединенными микроконтроллером 28, шестым усилителем 29 и электроприводом 30. Входы микроконтроллера 28 соединены с выходами датчиков 31-34 текущего положения, скорости, углового и линейного перемещений. Датчики 31-34 выполнены в виде энкодеров, зубчатки которых установлены на каждом колесе транспортного средства 2.

Мобильный робот работает следующим образом.

При перемещении робота в исследуемом пространстве происходит касание подвижным щупом 5 поверхности препятствия. При этом наконечник 6 отклоняется от номинального положения. Момент касания фиксируется позиционно-чувствительным датчиком (ПЧД), направляющим командные сигналы в систему управления для регистрации координат, соответствующих этому моменту. При смещении наконечника 6 происходит адекватное смещение источника 7 излучения - светодиода на расстояние L1. Одновременно происходит смещение светящегося изображения светодиода на расстояние L2 в плоскости фоточувствительной поверхности фотоприемника 9 ПЧД, что приводит к появлению сигнала рассогласования, характеризующего величину и направление указанного смещения. Величины L1 и L2 могут несколько отличаться друг от друга с учетом линейного увеличения оптической системы, а именно: L2=κL1, где κ - коэффициент линейного увеличения оптической системы.

Выделение и обработка сигнала рассогласования осуществляется следующим образом. Светящееся изображение светодиода, формируемое оптической системой ПЧД, проецируется на приемную поверхность фотоприемника 9, с элементов которого через усилители 10-13 на блоки 17 и 19 вычитания поступают сигналы, пропорциональные световым потокам, падающим на соответствующие элементы фотоприемника 9. На выходе блока 17 вычитания формируется сигнал, равный (U2-U4), а на выходе блока 19 вычитания - сигнал, равный (U1-U3). На выходе блока 18 вычитания формируется сигнал (U1+U4)-(U2+U3), пропорциональный величине смещения светящегося изображения по координате X, а на выходе сумматора 20 - сигнал (U1+U2)-(U3+U4), пропорциональный величине смещения светящегося изображения по координате Y. Выходной сигнал сумматора 14 пропорционален суммарному световому потоку, поступающему на фотоприемник 9. Этот сигнал сравнивается с напряжением Uоп, поступающим на один из выходов блока 15 сравнения от источника 21 опорного напряжения, который через усилитель 16 управляет интенсивностью излучения светодиода (источника 7 излучения). При увеличении светового потока блок 15 сравнения вырабатывает сигнал, уменьшающий интенсивность излучения светодиода, а при уменьшении светового потока - сигнал, увеличивающий интенсивность его излучения. Это позволяет поддерживать постоянство суммарного светового потока U и, как следствие, постоянство статической характеристики системы.

Информация о наличии препятствия и о пройденном пути поступает в систему управления, соединенную с блоком 26 управления движением транспортного средства 2 и с устройством для обнаружения препятствия и управляющую ими. Блок 26 управления формирует и подает на входы микроконтроллера 28 входные воздействия по всем фазовым координатам электропривода 30, которые в сочетании с обратными связями по всем фазовым координатам позволяют через усилитель 29 сформировать управляющие воздействия на электропривод 30. Коэффициенты усиления обеспечивают необходимый закон изменения положения валов колес транспортного средства 2, задаваемый входным сигналом. Информация с выходов энкодеров - датчиков 31-34 поступает на вход микроконтроллера 28 и позволяет микроконтроллеру 28 определить - находится платформа 1 робота в движении или стоит. Причем для измерения пройденного пути (или задания пути, который должен пройти робот) необходимо знать только два параметра - количество оборотов колес и их диаметры.

Изобретение позволяет роботу перемещаться по произвольным траекториям, с высокой точностью обнаруживать препятствия в исследуемых пространствах. Информация о пройденном пути позволяет выровнять обороты каждого колеса и добиться необходимого движения робота, т.е. позволяет совершать управляемые повороты, избегая проскальзывания платформы робота при выполнении поворотов и разворотов, появляется возможность производить управляемые, с четко контролируемыми параметрами, подъезды и отъезды от препятствия и т.д. Размещение источника излучения в непосредственной близости от места контакта щупа с исследуемым препятствием позволяет увеличить точность обнаружения препятствия за счет исключения составляющей погрешности, вызванной изгибом щупа. Это дает возможность увеличить длину щупа без увеличения погрешности, что позволяет контролировать объекты больших размеров. Кроме того, поскольку деформация щупа не влияет на общую погрешность описываемой системы, можно применять систему подвеса щупа с увеличенной возвращающей силой, что положительным образом сказывается на точностных характеристиках устройства в целом.

Мобильный робот, содержащий платформу, установленную на транспортном средстве, устройство для обнаружения препятствия, систему управления с блоком управления движением транспортного средства и устройством для обнаружения препятствия и соединенную с ними, манипулятор, шарнирно установленный на платформе и выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещено устройство для обнаружения препятствия, имеющее подвижный щуп с наконечником и позиционно-чувствительный датчик, состоящий из оптически связанных источника излучения, объектива и фотоприемника, при этом устройство для обнаружения препятствия включает электронный блок обработки, выполненный в виде первого, второго, третьего и четвертого усилителей, последовательно соединенных первого сумматора, блока сравнения и пятого усилителя, последовательно соединенных первого и второго блоков вычитания, последовательно соединенных третьего блока вычитания и второго сумматора, источника опорного напряжения, причем выход первого усилителя связан с первым входом третьего блока вычитания, со вторым входом которого связан выход третьего усилителя, выход второго усилителя связан с первым входом первого блока вычитания, со вторым входом которого связан выход четвертого усилителя, четыре входа первого сумматора подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого усилителей, выходы первого и третьего блоков вычитания связаны со вторыми входами второго сумматора и второго блока вычитания соответственно, второй вход блока сравнения связан с выходом источника опорного напряжения, выход пятого усилителя подключен к источнику излучения, фотоприемник выполнен в виде четырехквадрантного фотодиода, центр которого размещен на одной прямой с оптической осью объектива и осью подвижного щупа, причем последний выполнен полым, а источник излучения установлен в его полости со стороны наконечника, при этом четыре выхода фотоприемника связаны соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым усилителями, блок управления движением транспортного средства подключен к блоку питания, связанному с последовательно соединенными микроконтроллером, шестым усилителем и электроприводом, входы микроконтроллера соединены с выходами датчиков текущего положения, скорости, углового и линейного перемещений, выполненных в виде энкодеров, зубчатки которых установлены на каждом из колес транспортного средства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лабораторной системе, имеющей устройство транспортировки для образцов, по меньшей мере одно устройство обработки для приготовления, анализа и/или процессинга образцов, по меньшей мере одно подвижное устройство манипулирования для манипулирования образцами в зоне действия устройства обработки и систему слежения, которая перемещается вместе с устройством манипулирования для поддержания безопасной дистанции.

Изобретение относится к области устройств для перемещения плоских объектов. .

Изобретение относится к робототехнике. .

Изобретение относится к робототехнике. .

Изобретение относится к робототехнике и может найти применение в качестве мобильного робота и самодвижущейся транспортной тележки для использования в цехах промышленных предприятий.

Изобретение относится к лесозаготовительным машинам, а именно к манипуляторам. .

Изобретение относится к устройствам для перемещения деталей на автомобильном конвейере. .
В способе перед началом выполнения работ устанавливают значения параметров для управления машиной. Далее оператор указывает направление на объект с одновременным измерением, по меньшей мере, одного угла направления на объект относительно базового направления, с последующим автоматизированным управлением движениями машины и/или ее подвижных частей. Предложенный способ позволит снизить трудозатраты при работе на машинах, имеющих рабочий орган, и повысить производительность путем более рационального осуществления технологических операций машиной. 24 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области обработки металлов давлением, и может быть использовано при производстве протяженных изделий, в частности при производстве проволоки в волочильных цехах, при формировании их в мотки с помощью роботизированных информационно-технологических модулей и может быть использовано в проволочном, кабельном производствах, при производстве волоконно-оптических световодов и т.д. Роботизированный информационно-технологический модуль содержит волочильные станы с хоботами-дозаторами, устройство транспортирования мотков проволоки, устройство хранения готовой продукции, робот, выполненный с возможностью приема из волочильного стана мотков проволоки, уплотнения в моток с одновременным перемещением их к устройству хранения готовой продукции, и информационно-технологическую систему управления, содержащую арифметическое устройство, соединенное с пультом, дешифратор и устройство памяти, которое через дешифратор соединено с арифметическим устройством, что позволяет повысить производительность волочильных станов и качество готовой продукции. 1 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в линии штамповки изделий из твердожидких тиксозаготовок при производстве букс железнодорожных вагонов. На опорной раме закреплены направляющие балки, на которых с возможностью продольного перемещения установлена тележка. На тележке смонтирована кривошипно-шатунная пара с приводом от гидроцилиндра. С упомянутой кривошипно-шатунной парой соединен корпус, в котором размещены захваты. Захваты спрофилированы по форме стакана для тиксозаготовки и шарнирно сочленены с гидроцилиндром, закрепленным в корпусе. В результате обеспечивается непрерывность процесса штамповки тиксозаготовок в условиях массового производства и повышение качества готовых изделий за счет подачи в штамп заготовок с неповрежденной геометрической формой. 2 ил.

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.

Изобретение относится к военной технике, а именно к способам применения многофункциональных робототехнических комплексов, предназначенных для дистанционной работы, и может быть использовано для решения задач обеспечения боевых действий сухопутных войск. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в формировании способа применения многофункционального робототехнического комплекса обеспечения боевых действий, обеспечивающего охрану или патрулирование гражданских и военных объектов, проведение боевых действий в городских и полевых условиях, ведение стрельбы по различным видам целей в дневных и ночных условиях, определение координат целей, ведение разведки местности и целей в дневных и ночных условиях, сбор и передачу разведывательной информации, доставку полезного груза до пункта назначения или его получение, эвакуацию раненых с мест ведения боевых действий или мест, представляющих потенциальную угрозу для человека при ЧС. Способ применения многофункционального робототехнического комплекса обеспечения боевых действий заключается в том, что многофункциональный робототехнический комплекс обеспечения боевых действий сформирован из группы универсальных роботизированных платформ, выполненных с возможностью их комплектации различными вариантами функциональных модулей: боевой дистанционно-управляемый модуль, модуль разведки, транспортный модуль, причем составляющая наполненность комплекса определяется в зависимости от планируемой боевой задачи, универсальная роботизированная платформа оснащена системой навигации и топопривязки и обеспечивает перемещение как в дистанционном ручном режиме, так и в полуавтоматическом, который подразумевает движение по траектории, задаваемой оператором путем ввода географических координат узловых точек маршрута, передачи информации о скорости и направлении движения, углах продольного и поперечного крена, текущих координатах, движение по траектории, сохраненной ранее при движении в ручном режиме, автоматическое возвращение в исходную точку по пройденному маршруту, универсальная роботизированная платформа обеспечивает автоматический объезд препятствий, пункт дистанционного управления обеспечивает как одновременное управление всей группой универсальных роботизированных платформ с любыми установленными на них функциональными модулями, так и их последовательное управление, после выхода платформы в точку дислокации боевой дистанционно-управляемый модуль обеспечивает обнаружение цели, ее автоматическое сопровождение и поражение, запоминание в произвольной последовательности нескольких неподвижных целей с последующим автоматическим наведением и открытием огня, модуль разведки обеспечивает обнаружение цели, ее распознавание с определением координат, определение дальности до цели, транспортный модуль обеспечивает транспортирование возимой полезной нагрузки и ее надежную фиксацию на платформе, а также при необходимости эвакуацию раненых, дополнительное оборудование в виде автомобиля с кузовом-фургоном обеспечивает размещение и доставку к месту использования всей группы платформ с установленными на них функциональными модулями, пульта дистанционного управления и выгрузку платформ из кузова-фургона своим ходом. 2 ил.

Изобретение относится к сканирующей зондовой микроскопии, микромеханике, робототехнике и нанотехнологии. Шагающий робот-нанопозиционер предназначен для прецизионного перемещения зонда микроскопа или исследуемого под микроскопом образца и содержит перемещаемую платформу, более трех опор и несущую поверхность, его конструктивные элементы изготовлены из материалов с малыми коэффициентами теплового расширения. Опоры расположены в углах правильных многоугольников с образованием лучей, закрепленных центральной деталью, и снабжены собственными X, Y, Z-движителями опор. На свободном конце каждой опоры выполнен выступ из алмаза, кремния или нитрида кремния для контакта с несущей поверхностью. В опоры встроены регистрирующие системы для измерения с помощью зонда рельефа несущей поверхности в месте предполагаемой установки опоры. Робот-нанопозиционер снабжен компьютером, связанным с регистрирующими системами с возможностью получения информации для распознавания и анализа измеренного рельефа несущей поверхности и выработки команд управления X, Y, Z-движителям опор. Изобретение направлено на получение малого стабильно воспроизводимого шага на гладких, шероховатых и наклонных поверхностях при сохранении неограниченного диапазона перемещения. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к робототехнике и может найти применение в качестве мобильного робота и самодвижущейся транспортной тележки для использования в цехах промышленных предприятий с высокими градиентами окружающей температуры. Мобильный робот содержит платформу, три колеса, три колесных вала со смонтированными на них колесами, колесную вилку третьего колеса, установленные на платформе два электродвигателя, источник питания и контроллер, при этом оси колесных валов первого и второго колес лежат на одной прямой. Дополнительно робот содержит два электромагнита, два упругих диска, упорный механизм, рамку, два упора колесной вилки третьего колеса, шесть резисторов и четыре усилителя. Изобретение позволяет повысить точность перемещения робота за счет формирования системы передачи движения к колесам, не критичной к градиентам температуры. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Робототехнический комплекс содержит самоходное управляемое транспортное средство, пульт дистанционного управления, систему управления движением, систему навигации, систему связи и передачи данных, комплект специального оборудования, систему технического зрения, исполнительные механизмы. Система навигации содержит сенсорную подсистему, инерциальную систему ориентации в пространстве, выполненную в виде блока локальной навигации, и спутниковую навигационную систему, выполненную в виде блока глобальной навигации, два одометра. Обеспечивается высокая управляемость подвижной платформы робототехнического комплекса. 1 ил., 8 табл.

Изобретение относится к области робототехники и предназначено для построения колесных андроидных роботов. Устройство для подъема и пускания торса андроидного робота содержит основание, на котором закреплен двигатель, и гайку, навинченную на винт, опирающийся на подшипник. Гайка соединена с пластиной, на которой закреплены два ограничительных уголка, предотвращающие поворот гайки и соединенные с трубой прямоугольного сечения. К трубе присоединен торс и к каждой из четырех ее сторон прикреплены подвижные части четырех телескопических шариковых направляющих, неподвижные части которых закреплены на двух несущих уголках, прикрепленных к основанию. На винт и ось двигателя насажены шкивы, соединенные ремнем, а труба прямоугольного сечения и несущие уголки расположена коллинеарно с винтом. Изобретение обеспечивает повышение жесткости, технологичности и упрощение конструкции. 5 ил.

Изобретение относится к области робототехники и предназначено для построения колесных андроидных роботов, используемых внутри помещений. Шасси колесного робота содержит прямоугольную раму, два ведущих колеса, выполненные большего диаметра и с жестко закрепленными осями, два пассивных колеса, выполненные меньшего диаметра и свободно вращающимися вокруг вертикальной оси, и пятое пассивное колесо, выполненное большего диаметра и с жестко закрепленной осью. При этом ведущие колеса расположены по углам впереди рамы, два пассивных колеса меньшего диаметра - по углам сзади рамы, а пятое пассивное колесо расположено посредине между пассивными колесами меньшего диаметра. Причем расстояние от нижней точки пятого колеса до пола меньше половины диаметра пассивных колес меньшего диаметра. Изобретение обеспечивает возможность переезда через пороги дверных проемов при сохранении устойчивости. 3 ил.
Наверх