Составной робот, предназначенный для работы в условиях вакуума и низкой гравитации

Разработка такого составного робота ставила перед собой задачу создания концепции автономного, дистанционно управляемого комплекса для исследования Луны.

Такой комплекс, при значительно более низких начальных затратах на разработку, изготовление и транспортировку, позволил бы проводить исследования на большой площади по все более и более усложняющейся, в зависимости от местных реалий, программе, с доставкой и заменой отдельных элементов по мере их физического или морального износа.

Эскизный проект был выполнен в 2000-2002 годах по инициативе автора.

Исследовательский комплекс состоит из простых роботов, способных объединяться в единую систему. (здесь и далее такой простейший робот будет называться функциональным модулем или просто модулем)
Каждый модуль способен выполнять несколько функций, общих для всех составляющих комплекса и одну доминантную функцию, присущую только этому типу модуля.
Три модуля, в той или иной комбинации, образуют составного работа (здесь и далее такой составной робот будет называться триадой) предназначенного для выполнения одного типа задач.

Каждый модуль обладает собственными: управляющим, энергетическим и стабилизирующим в пространстве узлами. Во время выполнения задания, ресурсы модулей входящих в состав триады могут объединяться по схеме, оптимальной для выполнения конкретного этапа.

Представляется оптимальным, комплекс в составе трех триад. При исследовании сложно пересеченной или расположенной в радио тени, по отношении к  Земле, местности возможно использование нескольких простейших ретрансляторов на круговой лунной орбите.

Для обеспечения выполнения новых заданий или для поддержания работоспособности комплекса при частичном нарушении рабочих функций внутри триады, модули в триадах взаимозаменяемые.

Посадка рабочей площадки, на которой расположена одна триада, осуществляется полуактивным способом.
Тормозной двигатель площадки, которая стабилизируется в пространстве за счет гироскопов модулей, частично гасит посадочную скорость на среднем этапе спуска, а оставшуюся энергию удара поглощает надувшийся, после «срабатывания» тормозного двигателя, многокамерный посадочный кокон, заполняемый полимерной пеной низкого давления.
До выхода на лунную орбиту, кокон находится в солнцезащитном чехле.
Материал кокона подбирается так, что бы после посадки он быстро разрушается под действием солнечной радиации.


Конструктивные особенности модулей.

Все модули в триаде, кроме оборудования, отвечающего за выполнение доминантной функции, максимально унифицированы.
В пределах выполнения доминантных функций, отдельные модули внутри триады отличаются друг от друга типом исполнительного или аналитического оборудования.
Доминантные функции модулей внутри отдельных триад повторяют друг друга только частично.

Все вращающиеся или скользящие друг по другу поверхности модулей выполняются с использованием магнитной подвески и не имеют трущихся поверхностей и механического контакта.



Все силовые элементы и сочленения выполнены с использованием металла с памятью формы и обеспечены терма стабилизацией.

Каждый модуль имеет гиро стабилизатор-накопитель, который выполняет функции: аварийного энергонакопителя; стабилизатора вертикального положения и элемента управления, обеспечивающего поворот вокруг вертикальной оси.


Все наиболее важные функции, обеспечивающие общую работоспособность комплекса, дублируются внутри триады.

Модули, при выполнении работ, требующих повышенной устойчивости в пространстве и  высокого энергопотребления одного из модулей, могут объединяться в единую механическую и электрическую систему с помощью магнитных захватов, расположенных на «крыльях» солнечных батарей.
В особых случаях, когда при длительном перерыве в энергоснабжении (наступлении лунной ночи) гиростабилизация становится недостаточной, вся триада, посредством магнитных захватов, может объединяться в единую механическую систему.

Предполагаемая масса одного модуля, в зависимости от доминантной функции – от 6 до 8 кг.

Ориентировочная скорость движения модуля на рельефе местности средней и малой сложности от 3 до 5 км/ч.
Для отдельной, триады время непрерывной работы с сохранением общей работоспособности (сохранение способности к выполнению не менее 70% от заложенных при проектировании функций ) предполагается не менее 6 — 8 месяцев.
Это время увеличивается при использовании нескольких триад и обмене ими отдельными модулями.
Проект, в котором заложено использование рабочего комплекса в составе трех триад и орбитальных ретрансляторов, в течение шести месяцев способен выполнить общее геологическое обследование местности на площади до 10 000 кв. м.


Особенности выполнения триадой рабочего задания.

Как уже было сказано выше, каждый модуль имеет одну уникальную, доминантную функцию и дублирует основные рабочие функции других модулей.
В зависимости от того какая доминантная функция требуется в данный момент для выполнения задания, комплекс перераспределяет ресурсы базовых функций внутри триады и изменяет взаимные позиции рабочих модулей.

Одной из важных особенностей работы комплекса является то, что если одна из базовых функций, одного из модулей не соответствует паспортным параметрам, триады сохраняет общую работоспособность, хотя возможно снижения скорости выполнения задания и переход на выполнение более ограниченного круга задач.

Функции (не доминантные), которые могут быть выполнены каждым модулем это — получение энергии посредством солнечных батарей; передача энергии другому модулю; пространственная стабилизация; движение в выбранном направлении; работа видио камер и обмен информацией с командным центром.

Триады способны обмениваться модулями и формировать новые триады для выполнения специальных заданий.


Пример выполнения рабочих функций триадой.

Как пример, взята триада, состоящая из:
Модуль U1 – доминантной функцией является бурение
Модуль U2 — доминантной функцией является работа манипулятора
Модуль U3 — доминантной функцией является экспресс анализ

Задача 1

Модуль U1 — доминант (выполняется бурение)
Модуль U2 обеспечивает энергетическую поддержку операции, выполняемой модулем U1, и служит для него дополнительной механической опорой.
Модуль U3 обеспечивает им обмен информацией мощным радиосигналом с командным центром


Задача 2

Перед выполнением задачи, в случае необходимости, происходит смена взаимных позиций и приоритетов.

Модуль U2 — доминант (выполняются работы манипулятором)
Модуль U1 выполняет энергетическую поддержку U2 и служит для него дополнительной механической опорой
Модуль U3 обеспечивает им обмен информацией мощным радиосигналом с командным центром


Задача 3

Перед выполнением задачи, в случае необходимости, происходит смена взаимных позиций и приоритетов.

Модуль U3 — доминант (выполнение экспресс анализа)
Модуль U2 выполняет энергетическую поддержку U3 и служит для него дополнительной механической опорой
Модуль U1 обеспечивает им обмен информацией мощным радиосигналом с командным центром



  • Еще материалы автора:
    zhurnal.lib.ru/k/koganickij_g/
    ОтветитьНравится
  • У меня просьма к модератору, уберите провокатора, который стараясь забанить нежелательного автора, пытается перевести технический вопрос в политическую склоку.....
    ОтветитьНравится
  • Вадим Поморцев  6 июля, 13:34
    Да интересно. Почему то вспомнился Лемм.
    Это конечно удобно когда всё унифицировано и взаимозаменяемо.
    Жаль картинок нет с визуализацией самого робота...
    А есть фото прототипов?
    Апгрейды роботов планируется (каждого модуля отдельно или будет замены модулей на новые)?
    ОтветитьНравится
  • Проще заменить весь модуль, хотя вполне возможна замена блока снятого с не рабочего модуля.
    Вопрос стоит в надежности/стоимости — что дешевле/надежней: бросить отработавший свое модуль или усложнять модуль, делая его ремонтоспособным.
    Вопрос не такой уж простой — я в своей практике работы наладчиком сталкнулся когда введение системы резервирования снизило надежность работы устройства...

    Прототипов не было — тема никого не заинтересовала

    Насчет картинок — сейчас просто нет времени

    Насчет Лема — Я на нем, Айзимове и Стругацких вырос — практически каждый из них касался подобной темы.

    ОтветитьНравится
  • Да-а-аа... СКИБР у многих — трамплином был :) И «Непобедимый», наверное. Кстати, для многоагентных систем Лема можно считать пророком. Даже не шучу.
    ОтветитьНравится
  • Выбор доминантной функции — часть задания? или — «по обстоятельствам» в процессе самостоятельной адаптации к ситуации?
    ОтветитьНравится
  • Я наверно где то ввел вас в заблуждение — это не автономный автоматизированный комплекс. Скорее роботизированные модули под постоянным контролем и телеуправлением с земли.
    Иначе будет слишком сложно и слишком дорого.
    Выбор выполняемой функцию и момент перехода от функции к функции выполняет оператор. Он же, непосредственно, осуществляет слишком сложные операции через дистанционное управление.
    Такая система , как это ни смешно звучит, задумывалась под работу специалиста геолога высокой квалификации, имеющего слабую подготовку в системах управления.
    Более того — как бизнес проект, в котором ЛЮБОЙ может купить рабочее время и ресурсы комплекса. "Интеллект "комплекса должен работать в основном на недопущение аварийных ситуаций.
    ОтветитьНравится
  • О.К. понял. То есть, имея в виду достаточно у д а л е н н о е  расположение, управление -- дискретное, с шагом в двойную задержку сигнала?
    ...Насчет, «слишком дорого», мне кажется, Вы не правы. «Мозги» самая дешевая часть системы (обученные). В любом случае Вам придется этим заниматься, хотя бы частично. чтобы разгрузить оператора. Иначе — свихнется :)
    ОтветитьНравится
  • Кстати, не просматривали рынок? Не получится использовать готовые мехатронные модули в своей конструкции?..(Элементная база — «не моё», поэтому умного ничего не подскажу. Но... В робототехнике, корпорации сейчас на 2 шага впереди академической науки :) Причем, второй нам пока не показывают :) -- личное мнение )
    ОтветитьНравится
  • Пробежался еще раз. действительно интересно. Одна проблема — много механики (в широком смысле) и мало-мало собственно управления. Посадите кого-нибудь на эту тему. Это, совершенно не повлияет на «железо», но без оного — в ы г л я д и т морально устаревшим.
    ОтветитьНравится
  • Вы не обратили внимание на две фразы –
    1. «…система .. задумывалась под работу специалиста геолога высокой квалификации, имеющего слабую подготовку в системах управления…»
    2. "…Интеллект "комплекса должен работать в основном на недопущение аварийных ситуаций…»
    То есть задержка сигнала роли вообще не играет – геолог командует системе «хочу вон к той скале, вот по этому пути», если допустимо, система выполнит. Нет, система объяснит , для «особо одаренных», почему нельзя и попросит уточнить

    Механика таких систем наиболее узкое место. Когда я смотрю на американскую марсианскую каракатицу – театр абсурда на уровне старенького советского лунника – нечто с трудом двигающееся, имеющее проходимость близкую к «0» и при первой же поломке любого элемента шасси (что собственно и произошло — ролик), превращается в статическую панарамную камеру.

    А аппаратное обеспечение комплекса можно выполнить очень приличное за счет объединения ресурсов модулей (последовательно-параллельная схема работы) и использование (для условий лунной гравитации) в качестве дисков маховиков специально оформленных управляющих плат .
    Бесконтактный съем сигнала и перегрузка в  20-30g для современной схемотехники не проблема.

    ОтветитьНравится
  • Внимание-то обратил :) но интерпретировал неверно. Недопускать аварию — обычно подразумевается общий стоп, пока оператор не разберется.
    ..."как бы не болела..." :) Главное, что они -- ТАМ, а мы — .... Кстати, с поломанным роликом аппарат еще перемещался, помнится. Впрочем, можно посмотреть отчеты.
    ...Думаю, всё интересное, у вашей работы еще впереди.
    ОтветитьНравится
  • Насчет упрощенчества !?
    Вы знаете, что в свое время конструктор Бартини сказал насчет самой надежной детали самолета – это та деталь, которая после отправления машины в рейс остается в ангаре…..

    А насчет бизнес идеи!? Она очень проста.
    При работе трех триад (я думаю, в одной зоне это оптимум) идет такой объем информации (особенно видео), что его никакая команда не обработает.
    Информация сразу сливается в интернет по платным абонентам. А это сотни тысяч пользователей одновременно – людям это будет интересно. Уровень оплаты абонента зависит от заказанного разрешения и времени в сети.
    Заметив интересный момент (ну например голубой алмаз в 10кг весом .. :о)) абонент делает заявку (заявка платная), и в случае подтверждения находки, может претендовать на свои проценты… :о((
    Для дополнительного исследования он может арендовать на нужное время модуль или триаду.
    Если есть конфликт интересов нескольких пользователей – производится конкурс/аукцион И. Т. Д.
    Вполне может оказаться, что без ущерба для научной части программы, при наличие хорошей рекламы и призовых конкурсов, вся эта лотерея/бодяга окупит за пару месяцев стоимость запуска….

    ОтветитьНравится
  • Это кому коммент?? «Какое упрощенчество»?
    ОтветитьНравится
  • « ...Это, совершенно не повлияет на «железо», но без оного — в ы г л я д и т морально устаревшим...»
    ОтветитьНравится
  • «в ы г л я д и т»(специально выделено :) не обязательно является. А «выглядит» так , потому, что не раскрыт уровень эээ... «самостоятельности» системы. Есть более-менее стандартные способы — как описывать. Впрочем, это уже не моё дело :)
    ОтветитьНравится
  • Ну, во первых, все впихнуть в пол странички просто нереально, а во вторых нужно просто понять, что впихивать или в данном случае дополнить.
    Просмотрю в воскресенье вопросы и решу надо ли дополнение и если надо, то что именно...
    Почему я не коснулся «железа» и програмного обеспечения — на мой взгляд, на сегодня, это самое простое (я когда то чем то похожим занимался , немного знаю си+ ....)

    Описание «взаимодействия система-изер» возможно действительно надо раскрыть.

    ОтветитьНравится