Разработка программно-аппаратной системы управления движением для универсальной роботизированной платформы (стр. 2 )

Из минусов данного вида передвижных платформ можно выделить, что обычно, для каждой конечности используется свой привод, что существенно сказывается на стоимости платформы и затраченной на передвижения энергии. При передвижении шагающих роботов, обычно присутствует тряска, что не благоприятно сказывается на оборудовании и датчиках, правильность данных с которых зависит от тряски. Например, камере, обработка изображения с которой усложняется, если присутствует тряска. Так же из недостатков можно выделить сложность в реализации, обслуживании и ремонте механической части подвижной платформы данного типа.

Гусеничный привод

Гусеничный привод широко применяются при создании роботизированных платформ.

Гусеницы имеют большую площадь соприкосновения с поверхностью, что обеспечивает низкое среднее давление на грунт. Это позволяет платформе с гусеничным движителем быть более проходимой и управляемой на поверхностях с проседающим и сыпучем грунтом, например песке. Регулирование скорости вращения гусениц при разгоне и торможении позволяет достичь плавности перемещение платформы по поверхности. Отсутствие резких рывков благоприятно сказывается на дополнительно установленном оборудовании, корректность данных с которых зависит от тряски.

Повороты на платформах с гусеничным движителем осуществляются бортовым способом. При данном типе разворота поворот платформы осуществляется путём изменения скорости или направления вращения гусениц разных сторон. Данный способ позволяет подвижной платформе осуществлять разворот на месте, что благоприятно сказывается на её мобильности и способности передвигаться в узких помещениях.

Примером платформы с гусеничным приводом является ранее обозреваемая мобильная роботизированная платформа «Варан» из статьи [6]. Гусеницы платформы приводятся в движение электромоторами. Данный привод позволяет её преодолевать пороговые препятствие высотой в 20 см и водные преграды до 10 см. Платформа способна передвигаться по уклону в 30 градусов. Разворот платформы осуществляется бортовым способом, что позволяет платформе, поворачиваться на месте и быть более мобильной и пригодной для использования в узких помещениях. Платформа способна развивает скорость равную 0,65 м/с.

Также стоит выделить описанную в работе [12] роботизированную платформу «SWAT-bot». Данная платформа реализована на гусеничном приводе. Гусеничный привод приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, установленным на платформе. На платформу также установлены складные бронированные щиты, которые обеспечивают защиту оператора и команды спецназа от пуль и осколков. Размеры щита позволяют оставаться в укрытии стоя в полный рост. Робот также может использоваться для тарана и устранения препятствий с поля боя.

Недостатком гусеничного привода является быстрый износ трущихся деталей конструкции и его не способность корректно передвигаться при поломке хотя бы одной из гусениц.

Колёсный привод

Колёсный привод используется в различных передвижных роботизированных платформах. Например, в статье [6] описывается робот на мобильной колёсной платформе «Вездеход‑ТМЗ». Данная мобильная роботизированная платформа предназначена для обнаружения и обезвреживания взрывных устройств. Робот базируется на колёсной подвижной платформе, которая состоит из шести колёс. Колёса приводятся в движения электроприводами. Робот имеет приводы на все колёса подвижной платформы, что делает его полноприводным. Конструкция подвижной платформы позволяет «Вездеходу‑ТМЗ» преодолевать пороговые препятствие высотой в 10 см и водные преграды, глубина которых не достигает 10 см. Также платформа способна производить спуск и подъём по наклонной плоскости до 20 градусов. Поворот роботизированной мобильной платформы производится бортовым способом, что позволяет ей разворачиваться на месте и использоваться в условии узких пространств, например коридорах домов. Платформа способна развивать скорость равную 1 м/с.

Согласно источнику [13] реализацию поворотов колесной платформы можно реализовать тремя следующими способами:

1.  Поворотом управляемых колёс;

2.  Изменением угла между частями платформы (для составных платформ);

3.  Бортовым.

В первом способе для поворотов колёс используются различные рулевые механизмы. Данные механизмы обычно занимают много места в корпусе подвижной платформы и являются не очень надёжными. При повреждённом рулевом механизме, платформа не сможет корректно продолжать своё движение.

Для реализации поворота путём изменения угла между частями платформы, необходима особая конструкция платформы, которая состоит из нескольких частей. Данная реализация не всегда удобна, так как требует специальных механизмов поворотов в узлах сочленения. Так как и в первом способе, при поломке поворотного механизма в узле сочленения подвижная платформа не сможет корректно продолжать своё движение.

Существенным недостаткам первого и второго способа является большой радиус разворота, данный недостаток существенно снижает мобильность платформы. Для поворота платформы на узком участке придётся выполнить несколько действий по типу параллельной парковки, что приведёт к большому расходу энергии и большей затрате времени, чем при развороте бортовым способом. Данная особенность делает такие платформы плохо применимыми в условиях узких пространств, например в коридорах домов.

Разворот бортовым способом осуществляется путём изменения скорости или направления вращения колёс, расположенных на различных сторонах платформы. При данном способе необходимо, что бы на каждой из сторон было хотя бы по одному, не зависимому от других, колесу с приводом. В отличие от первого и второго способа, подвижная колёсная платформа с данным способом разворота, сможет производить разворот на месте, что существенно увеличит её мобильность, и снизит время разворота и затраченную на него энергию. Данная особенность делает возможным использование таких платформ в узких пространствах.

Как и в случае гусеничного привода, регулирование скорости вращения колёс позволяет платформе передвигаться плавне, что снижает тряску. Механическая часть у данного вида привода более надёжна и легка в реализации, чем у её аналогов. В отличие от гусеничного привода, при котором повреждение гусеницы приводит к потере подвижности платформы, при повреждении колёс, не являющихся рулевыми, и при наличии исправных ведущих колёс, для бортового способа заворота с обеих сторон, подвижная платформа сможет продолжить своё движение.

Из недостатков можно отметить более низкую проходимость, чем у других видов подвижных платформ, а также плохое управление и возможную пробуксовку ведущих колёс на сыпучем грунте.

Гибридный привод

Также существуют различные виды гибридных подвижных платформ. В данных видах платформ сочетаются различные виды приводов. Данные виды привода сочетают в себе комбинирование различных видов привода описанных ранее.

Например, в патенте [14] описан разработанный компанией «Vecna Technologies» робот «BEAR». Данный робот предназначен для поиска и вывоза раненых бойцов с поля боя. В патенте описано несколько видов конструкции подвижной платформы данного робота. В обоих вариантах робот имеет подобие ног состоящих из бедра и голени, и крепящихся к туловищу робота. Ноги сгибаются в области крепления бедра и голени, и в месте крепления к туловищу. Бёдра ног робота покрыты гусеничным приводом. В одном варианте конструкции робота голени покрыты гусеничным приводом, в другом к голеням приделаны колёса. Робот передвигается на голенях. При необходимости робот может пригнуться и передвигается на голенях и бедрах, что позволит ему подобрать раненого и, не высовываясь из укрытия, доставить его в безопасное место. Сочетание гусеничного и колесного привода в одном из вариантов конструкции придаёт роботу хорошую подвижность в различных условиях. Робот так же может использоваться для переноса больных в больницах и помощи инвалидам и людям с ограниченными возможностями.

Так же к данному виду подвижной платформы можно отнести роботизированную платформу, описанную в патент [15]. Данная платформа базируется на гусеничном приводе. Сзади к бокам гусениц прикреплены две подвижные конечности, которые также покрыты гусеничным приводом. Если робот сталкивается на пути с пороговым препятствием, которое он не может преодолеть на основной гусеничной тяге, он выставляет конечности с гусеницами на нужный угол и залазит на препятствие с их помощью. Так же данные конечности, выставляясь параллельно основным гусеницам и тем самым, удлиняя длину платформы, помогают роботу преодолевать широкие лестничные марши.

Классификация роботизированных подвижных платформ по типу управления

По типу управления, роботизированные передвижные платформы можно разделить на следующие виды:

-  Управляемые оператором;

-  С полностью автономным управлением;

-  С гибридным управлением.

Управляемые оператором

Данный вид платформ полностью контролируются и управляются оператором. Платформы, управляемые оператором, обычно имеют пульты управления, которые могут быть связанны с ней по средствам беспроводной или проводной связи. Многие платформы данного вида оборудованы системами передающими оператору данные об окружающей среде, в которой они находятся, например различными аудио и видео системами.

Такие виды подвижных роботизированных платформ обычно используются в местах, присутствие человека в которых не возможно или опасно для жизни, но требует его участие. Например, описанный ранее мобильный робот для обезвреживания взрывчатых веществ «Вездеход‑ТМЗ», из статьи [6], имеет возможность управления оператором, как по радиосвязи, так и по кабелю. Управление платформой осуществляется при помощи пульта управления, на который транслируется видео с расположенной на роботе камеры. Дальность дистанционного управления составляет 600 м посредством радиосвязи и 75 м по кабелю. Данная тип управления помогает сохранить жизнь оператора – сапёра в случае подрыва бомбы.

Также можно отметить описанную ранее платформу для тушения пожаров «MVF-5» из источника [7]. Управление данной платформой осуществляется оператором с помощью специального пульта управления. Управления платформой по средству радиосвязи может происходить на расстояние до 1500 м. Данная особенность помогает оператору подвести робота ближе к очагу возгорания для его дальнейшего тушения, не рискуя своей жизнью. Для передачи информации оператору об окружающей среде вокруг робота, на него установлена видеосистема, информация с которой транслируется на пульт управления находящейся у оператора.