Многофункциональные роботизированные комплексы

Кафедра ИТАС ведет исследования по направлению "робототехника" и "многофункциональные роботизированные комплексы" с начала 2000-х годов. Основными направлениями исследований являются:

• встраиваемые системы и микроконтроллеры для управления исполнительными механизмами роботов (ст. преп. Володин, доц. Курушин, ст. преп. Федоров)
• распознавание образов и анализ видеопотока (Долгова, Курушин)
• моделирование процесса понимания (Долгова, Курушин)
• геоинформационные системы в робототехнике (Файзрахманов, Курушин)
• радиоконструирование в робототехнике (Федоров, Курушин, Володин)

В 2013 году начались работы над "Многофункциональной роботизированной платформой" в рамках договора ПНИПУ - ОАО "Мотовилихинские заводы". Кафедра ИТАС выполняла работы по созданию роботизированного шасси, разработке схем управления и программного обеспечения интеллектуальной системы управления роботом.

Целью НИОКР являлась разработка концепции семейства роботизированных комплексов не уступающих современным мировым аналогам, разработка и изготовление базовой модели семейства роботизированных комплексов на основе многофункциональной интеллектуальной самоходной платформы с возможностью дальнейшего серийного производства.

Планировалось решить такие задачи как:

1. возможность передвижения платформы в экстремальных условиях по заданному маршруту с высокой точностью параметров движения;
2. возможность эффективного использования «инстинкта самосохранения» - обнаружение, предупреждение и устранение опасных режимов функционирования;
3. возможность оценки основных параметров наблюдаемых объектов, анализа сцен окружающей обстановки с использованием интеллектуальной системы технического зрения;
4. возможность высокоточного управления целевой полезной нагрузкой платформы с компенсацией внешних возмущающих факторов.

Требовалось разработать конструкторскую документацию на базовую модель семейства роботизированных комплексов на основе многофункциональной интеллектуальной самоходной платформы (МИСМП) и подготовить предложения по дальнейшему промышленному производству изделий.

В ходе выполнения работ были реализованы несколько макетов МИСМП, предназначенных для обкатки различных схемотехнических и программных решений.

Структура роботизированной платформы

• Несущая базу – устойчивое и проходимое управляемое шасси;
• Стабилизированная по двум осям платформа для размещения полезной нагрузки;
• Комплекс автономного управления и навигации с дублированными датчиками и каналами управления;
• Комплекс технического зрения;
• Комплекс средств связи по беспроводным каналам.

Систему технического зрения (СТЗ) разрабатывала каф АТ ПНИПУ, блок навигации и стабилизации (СНС, ИНС, АКСОН) - ИВС МИКОНТ.

Полноразмерный макет МИСМП

После завершения экспериментов с малогабаритными макетами был построен полноразмерный макет МИСМП на базе шасси от электроквадроцикла.

Макет обладал следующим функционалом:

• передвижение по командам оператора с проводного и/или беспроводного пульта (скорость до 20 км/ч)
• дискретное управление рулевой машинкой;
• дискретное управление тормозами;
• стабилизация подвеса камеры и удаленное управление камерой.

Макет был продемонстрирован на выставке ВУЗПРОМЭКСПО-2014.

Разработка опытного образца

Опытный образец МИСМП был изготовлен на базе шасси от электрокважроцикла, которое было доработано усовершенствованной (по сравнению с макетом) рулевой машинкой, пневматическими тормозами и полным набором светотехники. Был изготовлен стеклопластиковый корпус, армированный алюминиевой сеткой на каркасе из алюминиевых труб. Корпус был изготовлен с учетом размещения полезной нагрузки на верхней съемной крышке робота.

В отличие от макета, обытный образец обладает расширенной сенсорикой:

• датчики расстояния слева, справа, спереди, сзади (точность 1 см);
• датчики вращения колес (20 тиков на оборот колеса);
• датчик давления в тормозной системе;
• датчик тока, потребляемого тяговым электромотором.

В состав опытного образца входят также разработанные сторонними организациями СТЗ, СНС и ИНС.

На основании данных с датчиков шасси и систем навигации разработанная интеллектуальная интегрированная система управления (ИИСУ) выполняет следующие действия:

• взаимодействие с пользователем через графический планшет или сотовый телефон,
• самодиагностика подсистем,
• работа с картой местности,
• автоматическая прокладка маршрута с учетом проходимости территории для робота,
• следование по маршруту в режиме стабилизации направления, скорости или потребляемого тока (для обеспечения показателя по автономности),
• обзервация местности и запись в память ИИСУ и СТЗ изображений обнаруженных объектов.

Испытания опытного образца

В 2015 г МИСМП прошла предварительные и приемочные испытания. Испытывались способность передвигаться по маршруту, распознавать предметы и определять расстояние до них, выполнять команды оператора и т.п.

По результатам испытаний ведутся доработки платформы.

Разработка робота для мониторинга техногенных образований

В 2017 году коллектив кафедры выиграл грант РФФИ №17-47-590128 по теме "Исследование и разработка модели управления автономного роботизированного комплекса, предназначенного для эффективного и безопасного мониторинга техногенных образований". Предполагается доработка имеющего самоходного шасси и его систем управления для решения задач мониторинга экологической обстановки в труднодоступных (или опасных) регионах.

Были проведены испытания как платформы в целом, так и отдельных подсистемы; испытывались:

• Способность перемещаться по заданному маршруту с заданной скоростью движения,
• Работоспособности СТЗ,
• Телекоммуникационное оборудование,
• Подсистема прокладки маршрута.

По результатам составлен отчет об испытаниях.

По результатам испытаний 2015 г. разработан и изготовлен новый подвес камер СТЗ. Подвес имеет следующие преимущества:

• Уменьшена масса и габариты.
• Установлены дополнительные сенсоры: ориентации в пространстве, расстояния (лазерный и ультразвуковой).
• Установлены датчики экологической обстановки (возгорания, содержания вредных газов).
• Установлен лазерный излучатель для подсветки точки зрения стереосистемы.