";123 Array
(
    [NAME] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
    [~NAME] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
    [TAGS] => андроидные, космические, приводы и запчасти, партнерства
    [~TAGS] => андроидные, космические, приводы и запчасти, партнерства
    [PREVIEW_TEXT] => 

	 Антропоморфная (человекоподобная) робототехника с каждым годом вызывает все больший интерес со стороны разработчиков и потенциальных потребителей. Развитие технологий искусственного интеллекта и компонентов робототехники позволяет уже сегодня создавать робототехнические комплексы, способные выполнять типовые операции на уровне человека в самых разных условиях эксплуатации. О работе по созданию уникальных комплексов и перспективах их применения рассказывает исполнительный директор АО «НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

    [~PREVIEW_TEXT] => 

	 Антропоморфная (человекоподобная) робототехника с каждым годом вызывает все больший интерес со стороны разработчиков и потенциальных потребителей. Развитие технологий искусственного интеллекта и компонентов робототехники позволяет уже сегодня создавать робототехнические комплексы, способные выполнять типовые операции на уровне человека в самых разных условиях эксплуатации. О работе по созданию уникальных комплексов и перспективах их применения рассказывает исполнительный директор АО «НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

    [PREVIEW_PICTURE] => Array
        (
            [ID] => 272
            [TIMESTAMP_X] => 10.11.2023 14:26:24
            [MODULE_ID] => iblock
            [HEIGHT] => 576
            [WIDTH] => 1024
            [FILE_SIZE] => 92808
            [CONTENT_TYPE] => image/jpeg
            [SUBDIR] => iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i
            [FILE_NAME] => IMG_5350.jpg
            [ORIGINAL_NAME] => IMG_5350.jpg
            [DESCRIPTION] => 
            [HANDLER_ID] => 
            [EXTERNAL_ID] => 77449b6c893fb6118682329210b86a34
            [VERSION_ORIGINAL_ID] => 
            [META] => 
            [SRC] => /upload/iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i/IMG_5350.jpg
            [UNSAFE_SRC] => /upload/iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i/IMG_5350.jpg
            [SAFE_SRC] => /upload/iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i/IMG_5350.jpg
            [ALT] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
            [TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
        )

    [~PREVIEW_PICTURE] => 272
    [DETAIL_TEXT] => 

	 В настоящее время сфер деятельности человека, связанных с риском утраты здоровья и жизни, становится больше. Увеличивается вероятность техногенных аварий и катастроф. Зачастую спасатели, участвующие в ликвидации таких ситуаций, сами становятся жертвами либо рискуют жизнями в случае повторного проявления бедствия. В таких условиях актуальным является уменьшение степени участия человека при проведении работ в условиях, опасных для жизни и здоровья, за счет применения дистанционно-управляемых и автономных робототехнических комплексов.


	 Конструктивные особенности разрабатываемых робототехнических комплексов должны обеспечить возможность выполнять промышленные и спасательные работы в инфраструктуре человека с использованием штатного оборудования и инструментов. Роботы должны иметь возможность свободно перемещаться в помещениях, предназначенных для человека, и по труднопроходимой местности.


	 Данным условиям удовлетворяет класс антропоморфных роботов, который качественно отличается от промышленных роботов и требует разработки принципиально новых систем и технологий, их реализующих. Это обуславливает создание новых технологических решений, интегрированных в единый функциональный объект, — антропоморфная робототехническая платформа (АРТП), способная выполнять действия, в значительной степени присущие только человеку.


	 В силу ряда объективных и субъективных причин РФ имеет значительное отставание в создании антропоморфных роботов. В настоящее время значительные достижения в этой области имеют Япония (ASIMO, Honda), США (Atlas, Boston Dynamics), (Optimus, Tesla), Германия (AILA, DLR) и др. При этом основные усилия направлены на создание антропоморфных роботов — многодвигательных рычажных механизмов, имеющих кинематическую схему, подобную скелету человека. Это обусловлено в значительной степени тем, что в этом случае необходимо решать широкий комплекс научных и технических задач, имеющих связанный характер. 


Цели и задачи разработки технологий управления АРТП 

	 В 2014 году Фондом перспективных исследований поставлена научно-исследовательская работа «Разработка технологии создания комбинированной системы управления робототехническими комплексами» шифр «Спасатель». Исполнитель работ — АО «Научно-производственное объединение «Андроидная техника». Цель работы — разработка технологии комбинированного управления робототехнической платформой на основе элементов сенсорики с обратными связями.


	 Для достижения указанной цели необходимо было решить ряд ключевых задач:


	 – Обосновать технические решения и характеристики АРТП с комбинированной системой дистанционного управления на основе элементов сенсорики с обратными связями.


	 – Разработать технологии комбинированного управления АРТП, обеспечивающие считывание и передачу моторики и голоса оператора для формирования команд управления.


	 – Разработать сенсорную систему АРТП, обеспечивающую сбор, передачу данных от АРТП к оператору, реализацию «эффекта присутствия» для оператора.


	 – Разработать демонстрационный образец АРТП и провести испытания.


 


	 В процессе выполнения первого этапа НИР «Спасатель» разработаны и изготовлены технологические макеты (ТМ) антропоморфных АРТП №1–6, на которых проводилась отработка и верификация технологий комбинированного управления. Общий вид технологических макетов №1–6 представлен на рисунке 1.


 

 Рисунок 1. Общий вид технологических макетов

	 а) ТМ №1; б) ТМ №2; в) ТМ №3; г) ТМ №4; д) ТМ №5; е) ТМ №6; 


	 ТМ №1–5, являющиеся антропоморфными, выполнены на модульном принципе. Модули манипуляторные имеют семь степеней подвижности с кинематическими характеристиками, аналогичными руке человека, и контролем нагрузок в соединении захватного устройства с манипулятором. В ТМ №1 введена дополнительная подвижность на каждый манипулятор. В ТМ №2–5 выполнен ряд педипуляторных модулей с числом степеней подвижности от пяти до шести. Корпусные модули обладают двумя степенями подвижности. Захватные модули, реализующие групповой привод, выполнены с шестью степенями подвижности, а при применении индивидуальных приводов (ТМ №5) с двенадцатью степенями подвижности.


	 ТМ №6 — задающее устройство копирующего типа (ЗУКТ) предназначено для отработки технологии копирующего режима управления АРТП. Обеспечивает регистрацию и передачу моторики оператора для формирования команд управления.


	 На основе созданных технологий и проведенной верификации на ТМ №1–6 на втором этапе НИР «Спасатель» был разработан демонстрационный образец робототехнического комплекса (ДО РТК) в последствии получивший наименование «ФЕДОР». ДО РТК представлен на рисунке 2. ДО РТК способен работать в автономном режиме, осуществлять перемещение в пространстве, захватывать и выполнять действия с внешними объектами, относящимся к инфраструктуре человека, в том числе специальным инструментом.


 

 Рисунок 2. Общий вид ДО РТК 


	 ДО РТК является антропоморфной робототехнической платформой модульной конструкции со сложной системой механизмов, включающей в себя элементы с десятками степеней подвижности, бесколлекторными электроприводными решениями и современными электронными компонентами. РТП имеет в своей конструкции два модуля манипулятора, головной модуль, корпусной модуль, опорные модули, которые представлены на рисунке 3.


 

 Рисунок 3. Модули ДО РТК


	 Разработка кинематических схем составляющих модулей ДО РТК опиралась на аналогичные кинематические сочленения частей тела человека: корпуса, рук (манипуляторов), ног (педипуляторов), кистей (захватов), мозга (блок вычисления, контроля и управления). Число сосредоточенных степеней подвижности принято соответствующим человеку. Второстепенными степенями подвижности пренебреженно. В качестве заданных кинематических параметров выбраны углы и скорости относительного поворота звеньев, характерные для человека во время активной нагрузки: бега, отжимания, приседаний.


	 При разработке были учтены следующие особенности:


	 -          Угол сгиба бедра по отношению к тазу до 110°.


	 -          Подвижность шеи во фронтальной плоскости.


	 -          Подвижность в запястье +/- 30°.


	 -          Подвижность в ключично-лопаточном узле 10-15° в горизонтальной и в вертикальной плоскости.


Состав технологий комбинированного управления АРТП 

	 По результатам выполнения первого этапа НИР «Спасатель» были определены и отработаны базовые технологии: регистрации моторики оператора, формирования мелкой моторики, создания обратной силомоментной связи, телеприсутствия с дополненной реальностью, компенсации внешних воздействий на оператора, локальной навигации.


	 Базовые технологии стали основой для разработки комбинированного управления, взаимосвязь которых приведена на рисунке 4.


	 Основные технологии, реализованные в рамках НИР «Спасатель»:


	 №1 «Технология обеспечения тонкой моторики».


	 №2 «Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления».


	 №3 «Технология создания обратной силомоментной связи».


	 №4 «Технология глубокого погружения оператора с реализацией эффекта дополненной реальности».


	 №5 «Технология жестикулярного управления».


	 №6 «Технология копирующего управления»;


	 №7 «Технология манипуляции со специализированным инструментом».


	 №8 «Технология реализации режимов фильтрации и удержания с обеспечением режима обезвешивания».


	 №9 «Технология управления точными и силовыми манипуляциями».


	 №10 «Технология локальной навигации».


	 №11 «Технология динамического уравновешивания прямохождения».


	 №12 «Технология автономного управления в недетерминированной среде».


	 №13 «Технология управления в режиме «ведущий-ведомый»».


	 №14 «Технология управления на основе использования элементов сенсорики с обратными связями».


	 Принципиально взаимосвязь технологий комбинированного управления АРТП формируется из отдельных субтехнологий и опирается на комбинацию трех ключевых типов управления: автономное, супервизорное и копирующее. Комбинация копирующего управления верхней части (манипуляторы с захватами, торс, головной модуль) и автономного управления нижней части (педипуляторы) АРТП, является основополагающим элементом комбинированной системы управления.


	 Рассмотрим некоторые из ключевых технологий подробнее.



 

 Рисунок 4. Взаимосвязь технологий комбинированного управления антропоморфными робототехническими комплексами


Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления (Технология №2) 

	 Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления позволяет обеспечить возможность дистанционного управления антропоморфной многозвенной АРТП одним оператором, выполняющим в процессе управления движения, которые АРТП повторяет (копирует). Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии на ДО РТК приведена на рисунке 5.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ руки оператора по 7 степеням подвижности;


	 -          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ кистей оператора по 12 степеням подвижности;


	 -          расчет моторики рук оператора через условные виртуальные поверхности по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ;


	 -          расчет тонкой моторики оператора по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ кистей;


	 -          формирование заданий углового положения для управления электроприводами многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования углового положения электроприводов многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП.


	 В НИР «Спасатель» отработка технологии осуществлялась на торсовой АРТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6).


 

 Рисунок 5. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии копирующего управления


Технология создания обратной силомоментной связи (Технология №3) 

	 Технология создания обратной силомоментной связи обеспечивает возможность оператору в процессе дистанционного управления АРТП:


	 -          контролировать и регулировать силовое взаимодействие модулей АРТП с внешними объектами;


	 -          определять весовые характеристики и деформируемость объектов манипулирования.


	 Данная технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          считывание моторики оператора с помощью ЗУКТ с обратной силомоментной связью;


	 -          формирование заданий углового положения электроприводам АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которых измеряются крутящие моменты в шарнирах АРТП;


	 -          обработка результатов измерений крутящих моментов;


	 -          масштабирование крутящих моментов и формирование заданий для электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.


	 В НИР «Спасатель» технология создания обратной силомоментной связи отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи приведена на рисунке 6.


 

 Рисунок 6. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи


 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью (Технология №6)


	 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью обеспечивает эффективное дистанционное управление АРТП посредством создания «эффекта присутствия» оператора в рабочей зоне с позиции АРТП и возможностью контроля и регулирования оператором силового взаимодействие АРТП с внешними объектами.


	 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью является элементом комбинированного управления, в которую включены субтехнологии:


	 -          регистрации моторики оператора;


	 -          формирования тонкой моторики;


	 -          создания обратной силомоментной связи;


	 -          телеприсутствия с дополненной реальностью.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          распознавание речевых команд оператора и выбор режима управления АРТП;


	 -          регистрация моторики рук и тонкой моторики кистей оператора с помощью ЗУКТ;


	 -          регистрация углов поворота головы оператора;


	 -          фильтрация нештатных команд по базе данных критериев нештатных команд и формирование заданий электроприводам АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которой измеряются и обрабатываются крутящие моменты в шарнирах АРТП и формируются задания электроприводам ЗУКТ;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов головного модуля АРТП, изменяющая угол зрения и масштаб наблюдаемой рабочей зоны;


	 -          передача стереоизображения рабочей зоны со стереокамеры головного модуля АРТП в вычислительное устройство, в котором формируется 3D-изображение рабочей зоны с наложенным 2D-изображением с телеметрической и служебной информацией;


	 -          отображение на стереодисплее ШВР 3D-изображения рабочей зоны с 2D-изображением, содержащим телеметрическую и служебную информацию;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.


	 В НИР «Спасатель» технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 7.


 

 Рисунок 7. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью


	 Использование технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 1.


 

 Таблица 1. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью


 Технология динамического уравновешивания прямохождения (Технология №11)


	 Технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности обеспечивает:


	 -          прямохождение АРТП при неопределенном рельефе местности и физических свойствах поверхности за счет динамического уравновешивания;


	 -          компенсирует внешние воздействия на АРТП (толчки, удары, столкновения с препятствиями) выполнением балансирующих движений;


	 -          безопасное падение АРТП с группировкой модулей для минимизации ущерба.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          создание базы данных выполнения прямохождения, типовых движений для удержания равновесия и безопасного падения посредством моделирования прямохождения АРТП в симуляторе;


	 -          начало движений звеньев, реализующих прямохождение;


	 -          измерение угловых скоростей и линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП по трем осям X, Y, Z инерциальной системой датчиков;


	 -          измерение сил, действующих на опоры АРТП;


	 -          цифровая фильтрация данных инерциальной системы и силомоментных датчиков;


	 -          расчет векторов угловых скоростей линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП;


	 -          расчет векторов сил, действующих на опоры АРТП;


	 -          расчет отклонений векторов угловых скоростей, линейных ускорений корпуса и «таза», сил, действующих на опоры, приводящих к потере равновесия АРТП;


	 -          корректировка значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если нет критических отклонений;


	 -          расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и выбраны типовые движений для удержания равновесия;


	 -          выбор типовых движений для безопасного падения и расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и не выбраны типовые движения для удержания равновесия;


	 -          формирование команд управления электроприводами педипуляторов и манипуляторов АРТП для динамического уравновешивания и выполнения прямохождения;


	 -          передача команд вычислительным устройством и прием контроллерами электроприводов АРТП по интерфейсу Ethernet;


	 -          начало движения звеньев АРТП на заданный угол с заданным крутящим моментом для динамического уравновешивания и прямохождения.


	 В НИР «Спасатель» технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности отрабатывалась на ТМ №4 и ДО РТК. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 8.



 

 Рисунок 8. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности


	 Использование технологии динамического уравновешивания прямохождения позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 2.


 

 Таблица 2. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности




Сведения о применении технологий комбинированного управления АРТП 

	 Технологии комбинированного управления АРТП нашли свое применение в целом ряде робототехнических устройств различных отраслей промышленности. Технологии использованы в рамках реализации проекта составной части научно-исследовательской работы (СЧ НИР) «Разработка и создание универсального компьютерного стенда робототехнических систем» шифр «УКС РТС». Заказчик — ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина» в 2016 году. Стоит отметить, что ТМ №1 и ДО РТК переданы Фондом перспективных исследований в ГК «Роскосмос» и в настоящее время являются составной частью УКС РТС.


	 Технологии использованы составной части опытно-конструкторской работы (СЧ ОКР) «Модернизация программного комплекса с задающим устройством (экзоскелетом) с обратной силомоментной связью и возможностью работы при наличии временных задержек. Экспериментальные исследования по управлению удаленным антропоморфным роботом с учетом наличия различных временных задержек» шифр «Пастораль-Аватар-2017» (2017 год) и СЧ НИР «Моделирование захвата антропоморфного робота для выполнения оговоренных операций, которые выполняет космонавт с использованием перчатки скафандра. Экспериментальные исследования эффективности захвата» шифр «Пастораль-Захват-АТ-2018» (2018 год). Заказчик — ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ФГУП «ЦНИИМаш»).


	 Также в СЧ НИР «Подготовка антропоморфной робототехнической системы к доставке на корабле «Союз МС-14» зав. №743» шифр «Испытатель» (2019 год). Заказчик — ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия».


	 В ОКР «Мобильный роботизированный манипулятор для работы в сильных радиационных полях» шифр «Каньон». Заказчик — ФГУП «Предприятие по обращению с радиоактивными отходами «РосРАО» в 2016 году. Целью работы являлась разработка и исследование функционирования опытного образца мобильного роботизированного манипулятора с дистанционным управлением для работы в зоне действия радиационных полей с уровнем до 100 мЗ в/ч. 


Перспективы использования технологий комбинированного управления АРТП 

	 В перспективе технологии комбинированного управления обеспечат создание дистанционно управляемых антропоморфных робототехнических комплексов, которые смогут полностью заменить человека во всех сферах деятельности при выполнении работ в опасных для здоровья и жизни условиях. АРТП найдут свое применение в химической и атомной промышленности при выполнении работ в условиях радиационного, химического и биологического заражения с применением штатного оборудования и инструментов.


	 Технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью и выполнения работ с общим и специализированным инструментом планируются к внедрению в антропоморфных робототехнических комплексах космического назначения для внутрикорабельной и внекорабельной деятельности в рамках СЧ ОКР «Система антропоморфная робототехническая» шифр «Теледроид» и в перспективе для выполнения работ на лунной орбитальной станции и на поверхности Луны.


	 На основе технологий прямохождения по неподготовленной поверхности и автономного перемещения в недетерминированной среде будут созданы АРТП, выполняющие работы с высокой степенью автономности и свободно перемещающиеся в помещениях, предназначенных для человека по труднопроходимой местности и в перспективе по поверхности других планет и спутников.



    [~DETAIL_TEXT] => 

	 В настоящее время сфер деятельности человека, связанных с риском утраты здоровья и жизни, становится больше. Увеличивается вероятность техногенных аварий и катастроф. Зачастую спасатели, участвующие в ликвидации таких ситуаций, сами становятся жертвами либо рискуют жизнями в случае повторного проявления бедствия. В таких условиях актуальным является уменьшение степени участия человека при проведении работ в условиях, опасных для жизни и здоровья, за счет применения дистанционно-управляемых и автономных робототехнических комплексов.


	 Конструктивные особенности разрабатываемых робототехнических комплексов должны обеспечить возможность выполнять промышленные и спасательные работы в инфраструктуре человека с использованием штатного оборудования и инструментов. Роботы должны иметь возможность свободно перемещаться в помещениях, предназначенных для человека, и по труднопроходимой местности.


	 Данным условиям удовлетворяет класс антропоморфных роботов, который качественно отличается от промышленных роботов и требует разработки принципиально новых систем и технологий, их реализующих. Это обуславливает создание новых технологических решений, интегрированных в единый функциональный объект, — антропоморфная робототехническая платформа (АРТП), способная выполнять действия, в значительной степени присущие только человеку.


	 В силу ряда объективных и субъективных причин РФ имеет значительное отставание в создании антропоморфных роботов. В настоящее время значительные достижения в этой области имеют Япония (ASIMO, Honda), США (Atlas, Boston Dynamics), (Optimus, Tesla), Германия (AILA, DLR) и др. При этом основные усилия направлены на создание антропоморфных роботов — многодвигательных рычажных механизмов, имеющих кинематическую схему, подобную скелету человека. Это обусловлено в значительной степени тем, что в этом случае необходимо решать широкий комплекс научных и технических задач, имеющих связанный характер. 


Цели и задачи разработки технологий управления АРТП 

	 В 2014 году Фондом перспективных исследований поставлена научно-исследовательская работа «Разработка технологии создания комбинированной системы управления робототехническими комплексами» шифр «Спасатель». Исполнитель работ — АО «Научно-производственное объединение «Андроидная техника». Цель работы — разработка технологии комбинированного управления робототехнической платформой на основе элементов сенсорики с обратными связями.


	 Для достижения указанной цели необходимо было решить ряд ключевых задач:


	 – Обосновать технические решения и характеристики АРТП с комбинированной системой дистанционного управления на основе элементов сенсорики с обратными связями.


	 – Разработать технологии комбинированного управления АРТП, обеспечивающие считывание и передачу моторики и голоса оператора для формирования команд управления.


	 – Разработать сенсорную систему АРТП, обеспечивающую сбор, передачу данных от АРТП к оператору, реализацию «эффекта присутствия» для оператора.


	 – Разработать демонстрационный образец АРТП и провести испытания.


 


	 В процессе выполнения первого этапа НИР «Спасатель» разработаны и изготовлены технологические макеты (ТМ) антропоморфных АРТП №1–6, на которых проводилась отработка и верификация технологий комбинированного управления. Общий вид технологических макетов №1–6 представлен на рисунке 1.


 

 Рисунок 1. Общий вид технологических макетов

	 а) ТМ №1; б) ТМ №2; в) ТМ №3; г) ТМ №4; д) ТМ №5; е) ТМ №6; 


	 ТМ №1–5, являющиеся антропоморфными, выполнены на модульном принципе. Модули манипуляторные имеют семь степеней подвижности с кинематическими характеристиками, аналогичными руке человека, и контролем нагрузок в соединении захватного устройства с манипулятором. В ТМ №1 введена дополнительная подвижность на каждый манипулятор. В ТМ №2–5 выполнен ряд педипуляторных модулей с числом степеней подвижности от пяти до шести. Корпусные модули обладают двумя степенями подвижности. Захватные модули, реализующие групповой привод, выполнены с шестью степенями подвижности, а при применении индивидуальных приводов (ТМ №5) с двенадцатью степенями подвижности.


	 ТМ №6 — задающее устройство копирующего типа (ЗУКТ) предназначено для отработки технологии копирующего режима управления АРТП. Обеспечивает регистрацию и передачу моторики оператора для формирования команд управления.


	 На основе созданных технологий и проведенной верификации на ТМ №1–6 на втором этапе НИР «Спасатель» был разработан демонстрационный образец робототехнического комплекса (ДО РТК) в последствии получивший наименование «ФЕДОР». ДО РТК представлен на рисунке 2. ДО РТК способен работать в автономном режиме, осуществлять перемещение в пространстве, захватывать и выполнять действия с внешними объектами, относящимся к инфраструктуре человека, в том числе специальным инструментом.


 

 Рисунок 2. Общий вид ДО РТК 


	 ДО РТК является антропоморфной робототехнической платформой модульной конструкции со сложной системой механизмов, включающей в себя элементы с десятками степеней подвижности, бесколлекторными электроприводными решениями и современными электронными компонентами. РТП имеет в своей конструкции два модуля манипулятора, головной модуль, корпусной модуль, опорные модули, которые представлены на рисунке 3.


 

 Рисунок 3. Модули ДО РТК


	 Разработка кинематических схем составляющих модулей ДО РТК опиралась на аналогичные кинематические сочленения частей тела человека: корпуса, рук (манипуляторов), ног (педипуляторов), кистей (захватов), мозга (блок вычисления, контроля и управления). Число сосредоточенных степеней подвижности принято соответствующим человеку. Второстепенными степенями подвижности пренебреженно. В качестве заданных кинематических параметров выбраны углы и скорости относительного поворота звеньев, характерные для человека во время активной нагрузки: бега, отжимания, приседаний.


	 При разработке были учтены следующие особенности:


	 -          Угол сгиба бедра по отношению к тазу до 110°.


	 -          Подвижность шеи во фронтальной плоскости.


	 -          Подвижность в запястье +/- 30°.


	 -          Подвижность в ключично-лопаточном узле 10-15° в горизонтальной и в вертикальной плоскости.


Состав технологий комбинированного управления АРТП 

	 По результатам выполнения первого этапа НИР «Спасатель» были определены и отработаны базовые технологии: регистрации моторики оператора, формирования мелкой моторики, создания обратной силомоментной связи, телеприсутствия с дополненной реальностью, компенсации внешних воздействий на оператора, локальной навигации.


	 Базовые технологии стали основой для разработки комбинированного управления, взаимосвязь которых приведена на рисунке 4.


	 Основные технологии, реализованные в рамках НИР «Спасатель»:


	 №1 «Технология обеспечения тонкой моторики».


	 №2 «Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления».


	 №3 «Технология создания обратной силомоментной связи».


	 №4 «Технология глубокого погружения оператора с реализацией эффекта дополненной реальности».


	 №5 «Технология жестикулярного управления».


	 №6 «Технология копирующего управления»;


	 №7 «Технология манипуляции со специализированным инструментом».


	 №8 «Технология реализации режимов фильтрации и удержания с обеспечением режима обезвешивания».


	 №9 «Технология управления точными и силовыми манипуляциями».


	 №10 «Технология локальной навигации».


	 №11 «Технология динамического уравновешивания прямохождения».


	 №12 «Технология автономного управления в недетерминированной среде».


	 №13 «Технология управления в режиме «ведущий-ведомый»».


	 №14 «Технология управления на основе использования элементов сенсорики с обратными связями».


	 Принципиально взаимосвязь технологий комбинированного управления АРТП формируется из отдельных субтехнологий и опирается на комбинацию трех ключевых типов управления: автономное, супервизорное и копирующее. Комбинация копирующего управления верхней части (манипуляторы с захватами, торс, головной модуль) и автономного управления нижней части (педипуляторы) АРТП, является основополагающим элементом комбинированной системы управления.


	 Рассмотрим некоторые из ключевых технологий подробнее.



 

 Рисунок 4. Взаимосвязь технологий комбинированного управления антропоморфными робототехническими комплексами


Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления (Технология №2) 

	 Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления позволяет обеспечить возможность дистанционного управления антропоморфной многозвенной АРТП одним оператором, выполняющим в процессе управления движения, которые АРТП повторяет (копирует). Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии на ДО РТК приведена на рисунке 5.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ руки оператора по 7 степеням подвижности;


	 -          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ кистей оператора по 12 степеням подвижности;


	 -          расчет моторики рук оператора через условные виртуальные поверхности по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ;


	 -          расчет тонкой моторики оператора по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ кистей;


	 -          формирование заданий углового положения для управления электроприводами многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования углового положения электроприводов многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП.


	 В НИР «Спасатель» отработка технологии осуществлялась на торсовой АРТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6).


 

 Рисунок 5. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии копирующего управления


Технология создания обратной силомоментной связи (Технология №3) 

	 Технология создания обратной силомоментной связи обеспечивает возможность оператору в процессе дистанционного управления АРТП:


	 -          контролировать и регулировать силовое взаимодействие модулей АРТП с внешними объектами;


	 -          определять весовые характеристики и деформируемость объектов манипулирования.


	 Данная технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          считывание моторики оператора с помощью ЗУКТ с обратной силомоментной связью;


	 -          формирование заданий углового положения электроприводам АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которых измеряются крутящие моменты в шарнирах АРТП;


	 -          обработка результатов измерений крутящих моментов;


	 -          масштабирование крутящих моментов и формирование заданий для электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.


	 В НИР «Спасатель» технология создания обратной силомоментной связи отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи приведена на рисунке 6.


 

 Рисунок 6. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи


 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью (Технология №6)


	 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью обеспечивает эффективное дистанционное управление АРТП посредством создания «эффекта присутствия» оператора в рабочей зоне с позиции АРТП и возможностью контроля и регулирования оператором силового взаимодействие АРТП с внешними объектами.


	 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью является элементом комбинированного управления, в которую включены субтехнологии:


	 -          регистрации моторики оператора;


	 -          формирования тонкой моторики;


	 -          создания обратной силомоментной связи;


	 -          телеприсутствия с дополненной реальностью.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          распознавание речевых команд оператора и выбор режима управления АРТП;


	 -          регистрация моторики рук и тонкой моторики кистей оператора с помощью ЗУКТ;


	 -          регистрация углов поворота головы оператора;


	 -          фильтрация нештатных команд по базе данных критериев нештатных команд и формирование заданий электроприводам АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которой измеряются и обрабатываются крутящие моменты в шарнирах АРТП и формируются задания электроприводам ЗУКТ;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов головного модуля АРТП, изменяющая угол зрения и масштаб наблюдаемой рабочей зоны;


	 -          передача стереоизображения рабочей зоны со стереокамеры головного модуля АРТП в вычислительное устройство, в котором формируется 3D-изображение рабочей зоны с наложенным 2D-изображением с телеметрической и служебной информацией;


	 -          отображение на стереодисплее ШВР 3D-изображения рабочей зоны с 2D-изображением, содержащим телеметрическую и служебную информацию;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.


	 В НИР «Спасатель» технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 7.


 

 Рисунок 7. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью


	 Использование технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 1.


 

 Таблица 1. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью


 Технология динамического уравновешивания прямохождения (Технология №11)


	 Технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности обеспечивает:


	 -          прямохождение АРТП при неопределенном рельефе местности и физических свойствах поверхности за счет динамического уравновешивания;


	 -          компенсирует внешние воздействия на АРТП (толчки, удары, столкновения с препятствиями) выполнением балансирующих движений;


	 -          безопасное падение АРТП с группировкой модулей для минимизации ущерба.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          создание базы данных выполнения прямохождения, типовых движений для удержания равновесия и безопасного падения посредством моделирования прямохождения АРТП в симуляторе;


	 -          начало движений звеньев, реализующих прямохождение;


	 -          измерение угловых скоростей и линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП по трем осям X, Y, Z инерциальной системой датчиков;


	 -          измерение сил, действующих на опоры АРТП;


	 -          цифровая фильтрация данных инерциальной системы и силомоментных датчиков;


	 -          расчет векторов угловых скоростей линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП;


	 -          расчет векторов сил, действующих на опоры АРТП;


	 -          расчет отклонений векторов угловых скоростей, линейных ускорений корпуса и «таза», сил, действующих на опоры, приводящих к потере равновесия АРТП;


	 -          корректировка значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если нет критических отклонений;


	 -          расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и выбраны типовые движений для удержания равновесия;


	 -          выбор типовых движений для безопасного падения и расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и не выбраны типовые движения для удержания равновесия;


	 -          формирование команд управления электроприводами педипуляторов и манипуляторов АРТП для динамического уравновешивания и выполнения прямохождения;


	 -          передача команд вычислительным устройством и прием контроллерами электроприводов АРТП по интерфейсу Ethernet;


	 -          начало движения звеньев АРТП на заданный угол с заданным крутящим моментом для динамического уравновешивания и прямохождения.


	 В НИР «Спасатель» технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности отрабатывалась на ТМ №4 и ДО РТК. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 8.



 

 Рисунок 8. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности


	 Использование технологии динамического уравновешивания прямохождения позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 2.


 

 Таблица 2. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности




Сведения о применении технологий комбинированного управления АРТП 

	 Технологии комбинированного управления АРТП нашли свое применение в целом ряде робототехнических устройств различных отраслей промышленности. Технологии использованы в рамках реализации проекта составной части научно-исследовательской работы (СЧ НИР) «Разработка и создание универсального компьютерного стенда робототехнических систем» шифр «УКС РТС». Заказчик — ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина» в 2016 году. Стоит отметить, что ТМ №1 и ДО РТК переданы Фондом перспективных исследований в ГК «Роскосмос» и в настоящее время являются составной частью УКС РТС.


	 Технологии использованы составной части опытно-конструкторской работы (СЧ ОКР) «Модернизация программного комплекса с задающим устройством (экзоскелетом) с обратной силомоментной связью и возможностью работы при наличии временных задержек. Экспериментальные исследования по управлению удаленным антропоморфным роботом с учетом наличия различных временных задержек» шифр «Пастораль-Аватар-2017» (2017 год) и СЧ НИР «Моделирование захвата антропоморфного робота для выполнения оговоренных операций, которые выполняет космонавт с использованием перчатки скафандра. Экспериментальные исследования эффективности захвата» шифр «Пастораль-Захват-АТ-2018» (2018 год). Заказчик — ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ФГУП «ЦНИИМаш»).


	 Также в СЧ НИР «Подготовка антропоморфной робототехнической системы к доставке на корабле «Союз МС-14» зав. №743» шифр «Испытатель» (2019 год). Заказчик — ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия».


	 В ОКР «Мобильный роботизированный манипулятор для работы в сильных радиационных полях» шифр «Каньон». Заказчик — ФГУП «Предприятие по обращению с радиоактивными отходами «РосРАО» в 2016 году. Целью работы являлась разработка и исследование функционирования опытного образца мобильного роботизированного манипулятора с дистанционным управлением для работы в зоне действия радиационных полей с уровнем до 100 мЗ в/ч. 


Перспективы использования технологий комбинированного управления АРТП 

	 В перспективе технологии комбинированного управления обеспечат создание дистанционно управляемых антропоморфных робототехнических комплексов, которые смогут полностью заменить человека во всех сферах деятельности при выполнении работ в опасных для здоровья и жизни условиях. АРТП найдут свое применение в химической и атомной промышленности при выполнении работ в условиях радиационного, химического и биологического заражения с применением штатного оборудования и инструментов.


	 Технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью и выполнения работ с общим и специализированным инструментом планируются к внедрению в антропоморфных робототехнических комплексах космического назначения для внутрикорабельной и внекорабельной деятельности в рамках СЧ ОКР «Система антропоморфная робототехническая» шифр «Теледроид» и в перспективе для выполнения работ на лунной орбитальной станции и на поверхности Луны.


	 На основе технологий прямохождения по неподготовленной поверхности и автономного перемещения в недетерминированной среде будут созданы АРТП, выполняющие работы с высокой степенью автономности и свободно перемещающиеся в помещениях, предназначенных для человека по труднопроходимой местности и в перспективе по поверхности других планет и спутников.



    [DETAIL_PICTURE] => Array
        (
            [ID] => 273
            [TIMESTAMP_X] => 10.11.2023 14:26:24
            [MODULE_ID] => iblock
            [HEIGHT] => 900
            [WIDTH] => 1600
            [FILE_SIZE] => 355477
            [CONTENT_TYPE] => image/jpeg
            [SUBDIR] => iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru
            [FILE_NAME] => IMG_5350.jpg
            [ORIGINAL_NAME] => IMG_5350.jpg
            [DESCRIPTION] => 
            [HANDLER_ID] => 
            [EXTERNAL_ID] => 6a36186eedfe52ffd0db64662296c352
            [VERSION_ORIGINAL_ID] => 
            [META] => 
            [SRC] => /upload/iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru/IMG_5350.jpg
            [UNSAFE_SRC] => /upload/iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru/IMG_5350.jpg
            [SAFE_SRC] => /upload/iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru/IMG_5350.jpg
            [ALT] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
            [TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
        )

    [~DETAIL_PICTURE] => 273
    [DATE_ACTIVE_FROM] => 10.09.2023
    [~DATE_ACTIVE_FROM] => 10.09.2023
    [ID] => 116
    [~ID] => 116
    [IBLOCK_ID] => 1
    [~IBLOCK_ID] => 1
    [IBLOCK_SECTION_ID] => 6
    [~IBLOCK_SECTION_ID] => 6
    [DETAIL_TEXT_TYPE] => html
    [~DETAIL_TEXT_TYPE] => html
    [PREVIEW_TEXT_TYPE] => html
    [~PREVIEW_TEXT_TYPE] => html
    [TIMESTAMP_X] => 10.11.2023 14:26:24
    [~TIMESTAMP_X] => 10.11.2023 14:26:24
    [ACTIVE_FROM_X] => 2023-09-10 00:00:00
    [~ACTIVE_FROM_X] => 2023-09-10 00:00:00
    [ACTIVE_FROM] => 10.09.2023
    [~ACTIVE_FROM] => 10.09.2023
    [LIST_PAGE_URL] => /
    [~LIST_PAGE_URL] => /
    [DETAIL_PAGE_URL] => /cases/tekhnologii-sistemy-upravleniya-antropomorfnymi-robototekhnicheskimi-kompleksami/
    [~DETAIL_PAGE_URL] => /cases/tekhnologii-sistemy-upravleniya-antropomorfnymi-robototekhnicheskimi-kompleksami/
    [LANG_DIR] => /
    [~LANG_DIR] => /
    [CODE] => tekhnologii-sistemy-upravleniya-antropomorfnymi-robototekhnicheskimi-kompleksami
    [~CODE] => tekhnologii-sistemy-upravleniya-antropomorfnymi-robototekhnicheskimi-kompleksami
    [EXTERNAL_ID] => 116
    [~EXTERNAL_ID] => 116
    [IBLOCK_TYPE_ID] => news
    [~IBLOCK_TYPE_ID] => news
    [IBLOCK_CODE] => news_s1
    [~IBLOCK_CODE] => news_s1
    [IBLOCK_EXTERNAL_ID] => furniture_news_s1
    [~IBLOCK_EXTERNAL_ID] => furniture_news_s1
    [LID] => s1
    [~LID] => s1
    [NAV_RESULT] => 
    [NAV_CACHED_DATA] => 
    [DISPLAY_ACTIVE_FROM] => 10.09.2023
    [IPROPERTY_VALUES] => Array
        (
            [SECTION_META_TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
            [ELEMENT_META_TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
        )

    [FIELDS] => Array
        (
            [NAME] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
            [TAGS] => андроидные, космические, приводы и запчасти, партнерства
            [PREVIEW_TEXT] => 

	 Антропоморфная (человекоподобная) робототехника с каждым годом вызывает все больший интерес со стороны разработчиков и потенциальных потребителей. Развитие технологий искусственного интеллекта и компонентов робототехники позволяет уже сегодня создавать робототехнические комплексы, способные выполнять типовые операции на уровне человека в самых разных условиях эксплуатации. О работе по созданию уникальных комплексов и перспективах их применения рассказывает исполнительный директор АО «НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

            [PREVIEW_PICTURE] => Array
                (
                    [ID] => 272
                    [TIMESTAMP_X] => 10.11.2023 14:26:24
                    [MODULE_ID] => iblock
                    [HEIGHT] => 576
                    [WIDTH] => 1024
                    [FILE_SIZE] => 92808
                    [CONTENT_TYPE] => image/jpeg
                    [SUBDIR] => iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i
                    [FILE_NAME] => IMG_5350.jpg
                    [ORIGINAL_NAME] => IMG_5350.jpg
                    [DESCRIPTION] => 
                    [HANDLER_ID] => 
                    [EXTERNAL_ID] => 77449b6c893fb6118682329210b86a34
                    [VERSION_ORIGINAL_ID] => 
                    [META] => 
                    [SRC] => /upload/iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i/IMG_5350.jpg
                    [UNSAFE_SRC] => /upload/iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i/IMG_5350.jpg
                    [SAFE_SRC] => /upload/iblock/489/3r67bp6ebzirseeufk0row6ix5z7nm3i/IMG_5350.jpg
                    [ALT] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
                    [TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
                )

            [DETAIL_TEXT] => 

	 В настоящее время сфер деятельности человека, связанных с риском утраты здоровья и жизни, становится больше. Увеличивается вероятность техногенных аварий и катастроф. Зачастую спасатели, участвующие в ликвидации таких ситуаций, сами становятся жертвами либо рискуют жизнями в случае повторного проявления бедствия. В таких условиях актуальным является уменьшение степени участия человека при проведении работ в условиях, опасных для жизни и здоровья, за счет применения дистанционно-управляемых и автономных робототехнических комплексов.


	 Конструктивные особенности разрабатываемых робототехнических комплексов должны обеспечить возможность выполнять промышленные и спасательные работы в инфраструктуре человека с использованием штатного оборудования и инструментов. Роботы должны иметь возможность свободно перемещаться в помещениях, предназначенных для человека, и по труднопроходимой местности.


	 Данным условиям удовлетворяет класс антропоморфных роботов, который качественно отличается от промышленных роботов и требует разработки принципиально новых систем и технологий, их реализующих. Это обуславливает создание новых технологических решений, интегрированных в единый функциональный объект, — антропоморфная робототехническая платформа (АРТП), способная выполнять действия, в значительной степени присущие только человеку.


	 В силу ряда объективных и субъективных причин РФ имеет значительное отставание в создании антропоморфных роботов. В настоящее время значительные достижения в этой области имеют Япония (ASIMO, Honda), США (Atlas, Boston Dynamics), (Optimus, Tesla), Германия (AILA, DLR) и др. При этом основные усилия направлены на создание антропоморфных роботов — многодвигательных рычажных механизмов, имеющих кинематическую схему, подобную скелету человека. Это обусловлено в значительной степени тем, что в этом случае необходимо решать широкий комплекс научных и технических задач, имеющих связанный характер. 


Цели и задачи разработки технологий управления АРТП 

	 В 2014 году Фондом перспективных исследований поставлена научно-исследовательская работа «Разработка технологии создания комбинированной системы управления робототехническими комплексами» шифр «Спасатель». Исполнитель работ — АО «Научно-производственное объединение «Андроидная техника». Цель работы — разработка технологии комбинированного управления робототехнической платформой на основе элементов сенсорики с обратными связями.


	 Для достижения указанной цели необходимо было решить ряд ключевых задач:


	 – Обосновать технические решения и характеристики АРТП с комбинированной системой дистанционного управления на основе элементов сенсорики с обратными связями.


	 – Разработать технологии комбинированного управления АРТП, обеспечивающие считывание и передачу моторики и голоса оператора для формирования команд управления.


	 – Разработать сенсорную систему АРТП, обеспечивающую сбор, передачу данных от АРТП к оператору, реализацию «эффекта присутствия» для оператора.


	 – Разработать демонстрационный образец АРТП и провести испытания.


 


	 В процессе выполнения первого этапа НИР «Спасатель» разработаны и изготовлены технологические макеты (ТМ) антропоморфных АРТП №1–6, на которых проводилась отработка и верификация технологий комбинированного управления. Общий вид технологических макетов №1–6 представлен на рисунке 1.


 

 Рисунок 1. Общий вид технологических макетов

	 а) ТМ №1; б) ТМ №2; в) ТМ №3; г) ТМ №4; д) ТМ №5; е) ТМ №6; 


	 ТМ №1–5, являющиеся антропоморфными, выполнены на модульном принципе. Модули манипуляторные имеют семь степеней подвижности с кинематическими характеристиками, аналогичными руке человека, и контролем нагрузок в соединении захватного устройства с манипулятором. В ТМ №1 введена дополнительная подвижность на каждый манипулятор. В ТМ №2–5 выполнен ряд педипуляторных модулей с числом степеней подвижности от пяти до шести. Корпусные модули обладают двумя степенями подвижности. Захватные модули, реализующие групповой привод, выполнены с шестью степенями подвижности, а при применении индивидуальных приводов (ТМ №5) с двенадцатью степенями подвижности.


	 ТМ №6 — задающее устройство копирующего типа (ЗУКТ) предназначено для отработки технологии копирующего режима управления АРТП. Обеспечивает регистрацию и передачу моторики оператора для формирования команд управления.


	 На основе созданных технологий и проведенной верификации на ТМ №1–6 на втором этапе НИР «Спасатель» был разработан демонстрационный образец робототехнического комплекса (ДО РТК) в последствии получивший наименование «ФЕДОР». ДО РТК представлен на рисунке 2. ДО РТК способен работать в автономном режиме, осуществлять перемещение в пространстве, захватывать и выполнять действия с внешними объектами, относящимся к инфраструктуре человека, в том числе специальным инструментом.


 

 Рисунок 2. Общий вид ДО РТК 


	 ДО РТК является антропоморфной робототехнической платформой модульной конструкции со сложной системой механизмов, включающей в себя элементы с десятками степеней подвижности, бесколлекторными электроприводными решениями и современными электронными компонентами. РТП имеет в своей конструкции два модуля манипулятора, головной модуль, корпусной модуль, опорные модули, которые представлены на рисунке 3.


 

 Рисунок 3. Модули ДО РТК


	 Разработка кинематических схем составляющих модулей ДО РТК опиралась на аналогичные кинематические сочленения частей тела человека: корпуса, рук (манипуляторов), ног (педипуляторов), кистей (захватов), мозга (блок вычисления, контроля и управления). Число сосредоточенных степеней подвижности принято соответствующим человеку. Второстепенными степенями подвижности пренебреженно. В качестве заданных кинематических параметров выбраны углы и скорости относительного поворота звеньев, характерные для человека во время активной нагрузки: бега, отжимания, приседаний.


	 При разработке были учтены следующие особенности:


	 -          Угол сгиба бедра по отношению к тазу до 110°.


	 -          Подвижность шеи во фронтальной плоскости.


	 -          Подвижность в запястье +/- 30°.


	 -          Подвижность в ключично-лопаточном узле 10-15° в горизонтальной и в вертикальной плоскости.


Состав технологий комбинированного управления АРТП 

	 По результатам выполнения первого этапа НИР «Спасатель» были определены и отработаны базовые технологии: регистрации моторики оператора, формирования мелкой моторики, создания обратной силомоментной связи, телеприсутствия с дополненной реальностью, компенсации внешних воздействий на оператора, локальной навигации.


	 Базовые технологии стали основой для разработки комбинированного управления, взаимосвязь которых приведена на рисунке 4.


	 Основные технологии, реализованные в рамках НИР «Спасатель»:


	 №1 «Технология обеспечения тонкой моторики».


	 №2 «Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления».


	 №3 «Технология создания обратной силомоментной связи».


	 №4 «Технология глубокого погружения оператора с реализацией эффекта дополненной реальности».


	 №5 «Технология жестикулярного управления».


	 №6 «Технология копирующего управления»;


	 №7 «Технология манипуляции со специализированным инструментом».


	 №8 «Технология реализации режимов фильтрации и удержания с обеспечением режима обезвешивания».


	 №9 «Технология управления точными и силовыми манипуляциями».


	 №10 «Технология локальной навигации».


	 №11 «Технология динамического уравновешивания прямохождения».


	 №12 «Технология автономного управления в недетерминированной среде».


	 №13 «Технология управления в режиме «ведущий-ведомый»».


	 №14 «Технология управления на основе использования элементов сенсорики с обратными связями».


	 Принципиально взаимосвязь технологий комбинированного управления АРТП формируется из отдельных субтехнологий и опирается на комбинацию трех ключевых типов управления: автономное, супервизорное и копирующее. Комбинация копирующего управления верхней части (манипуляторы с захватами, торс, головной модуль) и автономного управления нижней части (педипуляторы) АРТП, является основополагающим элементом комбинированной системы управления.


	 Рассмотрим некоторые из ключевых технологий подробнее.



 

 Рисунок 4. Взаимосвязь технологий комбинированного управления антропоморфными робототехническими комплексами


Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления (Технология №2) 

	 Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления позволяет обеспечить возможность дистанционного управления антропоморфной многозвенной АРТП одним оператором, выполняющим в процессе управления движения, которые АРТП повторяет (копирует). Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии на ДО РТК приведена на рисунке 5.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ руки оператора по 7 степеням подвижности;


	 -          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ кистей оператора по 12 степеням подвижности;


	 -          расчет моторики рук оператора через условные виртуальные поверхности по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ;


	 -          расчет тонкой моторики оператора по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ кистей;


	 -          формирование заданий углового положения для управления электроприводами многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования углового положения электроприводов многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП.


	 В НИР «Спасатель» отработка технологии осуществлялась на торсовой АРТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6).


 

 Рисунок 5. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии копирующего управления


Технология создания обратной силомоментной связи (Технология №3) 

	 Технология создания обратной силомоментной связи обеспечивает возможность оператору в процессе дистанционного управления АРТП:


	 -          контролировать и регулировать силовое взаимодействие модулей АРТП с внешними объектами;


	 -          определять весовые характеристики и деформируемость объектов манипулирования.


	 Данная технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          считывание моторики оператора с помощью ЗУКТ с обратной силомоментной связью;


	 -          формирование заданий углового положения электроприводам АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которых измеряются крутящие моменты в шарнирах АРТП;


	 -          обработка результатов измерений крутящих моментов;


	 -          масштабирование крутящих моментов и формирование заданий для электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.


	 В НИР «Спасатель» технология создания обратной силомоментной связи отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи приведена на рисунке 6.


 

 Рисунок 6. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи


 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью (Технология №6)


	 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью обеспечивает эффективное дистанционное управление АРТП посредством создания «эффекта присутствия» оператора в рабочей зоне с позиции АРТП и возможностью контроля и регулирования оператором силового взаимодействие АРТП с внешними объектами.


	 Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью является элементом комбинированного управления, в которую включены субтехнологии:


	 -          регистрации моторики оператора;


	 -          формирования тонкой моторики;


	 -          создания обратной силомоментной связи;


	 -          телеприсутствия с дополненной реальностью.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          распознавание речевых команд оператора и выбор режима управления АРТП;


	 -          регистрация моторики рук и тонкой моторики кистей оператора с помощью ЗУКТ;


	 -          регистрация углов поворота головы оператора;


	 -          фильтрация нештатных команд по базе данных критериев нештатных команд и формирование заданий электроприводам АРТП;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которой измеряются и обрабатываются крутящие моменты в шарнирах АРТП и формируются задания электроприводам ЗУКТ;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов головного модуля АРТП, изменяющая угол зрения и масштаб наблюдаемой рабочей зоны;


	 -          передача стереоизображения рабочей зоны со стереокамеры головного модуля АРТП в вычислительное устройство, в котором формируется 3D-изображение рабочей зоны с наложенным 2D-изображением с телеметрической и служебной информацией;


	 -          отображение на стереодисплее ШВР 3D-изображения рабочей зоны с 2D-изображением, содержащим телеметрическую и служебную информацию;


	 -          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.


	 В НИР «Спасатель» технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 7.


 

 Рисунок 7. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью


	 Использование технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 1.


 

 Таблица 1. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью


 Технология динамического уравновешивания прямохождения (Технология №11)


	 Технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности обеспечивает:


	 -          прямохождение АРТП при неопределенном рельефе местности и физических свойствах поверхности за счет динамического уравновешивания;


	 -          компенсирует внешние воздействия на АРТП (толчки, удары, столкновения с препятствиями) выполнением балансирующих движений;


	 -          безопасное падение АРТП с группировкой модулей для минимизации ущерба.


	 Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:


	 -          создание базы данных выполнения прямохождения, типовых движений для удержания равновесия и безопасного падения посредством моделирования прямохождения АРТП в симуляторе;


	 -          начало движений звеньев, реализующих прямохождение;


	 -          измерение угловых скоростей и линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП по трем осям X, Y, Z инерциальной системой датчиков;


	 -          измерение сил, действующих на опоры АРТП;


	 -          цифровая фильтрация данных инерциальной системы и силомоментных датчиков;


	 -          расчет векторов угловых скоростей линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП;


	 -          расчет векторов сил, действующих на опоры АРТП;


	 -          расчет отклонений векторов угловых скоростей, линейных ускорений корпуса и «таза», сил, действующих на опоры, приводящих к потере равновесия АРТП;


	 -          корректировка значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если нет критических отклонений;


	 -          расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и выбраны типовые движений для удержания равновесия;


	 -          выбор типовых движений для безопасного падения и расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и не выбраны типовые движения для удержания равновесия;


	 -          формирование команд управления электроприводами педипуляторов и манипуляторов АРТП для динамического уравновешивания и выполнения прямохождения;


	 -          передача команд вычислительным устройством и прием контроллерами электроприводов АРТП по интерфейсу Ethernet;


	 -          начало движения звеньев АРТП на заданный угол с заданным крутящим моментом для динамического уравновешивания и прямохождения.


	 В НИР «Спасатель» технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности отрабатывалась на ТМ №4 и ДО РТК. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 8.



 

 Рисунок 8. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности


	 Использование технологии динамического уравновешивания прямохождения позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 2.


 

 Таблица 2. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности




Сведения о применении технологий комбинированного управления АРТП 

	 Технологии комбинированного управления АРТП нашли свое применение в целом ряде робототехнических устройств различных отраслей промышленности. Технологии использованы в рамках реализации проекта составной части научно-исследовательской работы (СЧ НИР) «Разработка и создание универсального компьютерного стенда робототехнических систем» шифр «УКС РТС». Заказчик — ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина» в 2016 году. Стоит отметить, что ТМ №1 и ДО РТК переданы Фондом перспективных исследований в ГК «Роскосмос» и в настоящее время являются составной частью УКС РТС.


	 Технологии использованы составной части опытно-конструкторской работы (СЧ ОКР) «Модернизация программного комплекса с задающим устройством (экзоскелетом) с обратной силомоментной связью и возможностью работы при наличии временных задержек. Экспериментальные исследования по управлению удаленным антропоморфным роботом с учетом наличия различных временных задержек» шифр «Пастораль-Аватар-2017» (2017 год) и СЧ НИР «Моделирование захвата антропоморфного робота для выполнения оговоренных операций, которые выполняет космонавт с использованием перчатки скафандра. Экспериментальные исследования эффективности захвата» шифр «Пастораль-Захват-АТ-2018» (2018 год). Заказчик — ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ФГУП «ЦНИИМаш»).


	 Также в СЧ НИР «Подготовка антропоморфной робототехнической системы к доставке на корабле «Союз МС-14» зав. №743» шифр «Испытатель» (2019 год). Заказчик — ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия».


	 В ОКР «Мобильный роботизированный манипулятор для работы в сильных радиационных полях» шифр «Каньон». Заказчик — ФГУП «Предприятие по обращению с радиоактивными отходами «РосРАО» в 2016 году. Целью работы являлась разработка и исследование функционирования опытного образца мобильного роботизированного манипулятора с дистанционным управлением для работы в зоне действия радиационных полей с уровнем до 100 мЗ в/ч. 


Перспективы использования технологий комбинированного управления АРТП 

	 В перспективе технологии комбинированного управления обеспечат создание дистанционно управляемых антропоморфных робототехнических комплексов, которые смогут полностью заменить человека во всех сферах деятельности при выполнении работ в опасных для здоровья и жизни условиях. АРТП найдут свое применение в химической и атомной промышленности при выполнении работ в условиях радиационного, химического и биологического заражения с применением штатного оборудования и инструментов.


	 Технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью и выполнения работ с общим и специализированным инструментом планируются к внедрению в антропоморфных робототехнических комплексах космического назначения для внутрикорабельной и внекорабельной деятельности в рамках СЧ ОКР «Система антропоморфная робототехническая» шифр «Теледроид» и в перспективе для выполнения работ на лунной орбитальной станции и на поверхности Луны.


	 На основе технологий прямохождения по неподготовленной поверхности и автономного перемещения в недетерминированной среде будут созданы АРТП, выполняющие работы с высокой степенью автономности и свободно перемещающиеся в помещениях, предназначенных для человека по труднопроходимой местности и в перспективе по поверхности других планет и спутников.



            [DETAIL_PICTURE] => Array
                (
                    [ID] => 273
                    [TIMESTAMP_X] => 10.11.2023 14:26:24
                    [MODULE_ID] => iblock
                    [HEIGHT] => 900
                    [WIDTH] => 1600
                    [FILE_SIZE] => 355477
                    [CONTENT_TYPE] => image/jpeg
                    [SUBDIR] => iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru
                    [FILE_NAME] => IMG_5350.jpg
                    [ORIGINAL_NAME] => IMG_5350.jpg
                    [DESCRIPTION] => 
                    [HANDLER_ID] => 
                    [EXTERNAL_ID] => 6a36186eedfe52ffd0db64662296c352
                    [VERSION_ORIGINAL_ID] => 
                    [META] => 
                    [SRC] => /upload/iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru/IMG_5350.jpg
                    [UNSAFE_SRC] => /upload/iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru/IMG_5350.jpg
                    [SAFE_SRC] => /upload/iblock/36c/etpmxyxdju74gaw00p52bssy9vyf55ru/IMG_5350.jpg
                    [ALT] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
                    [TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
                )

            [DATE_ACTIVE_FROM] => 10.09.2023
        )

    [PROPERTIES] => Array
        (
            [AUTHOR] => Array
                (
                    [ID] => 9
                    [TIMESTAMP_X] => 2024-04-16 13:42:26
                    [IBLOCK_ID] => 1
                    [NAME] => Автор статьи
                    [ACTIVE] => Y
                    [SORT] => 500
                    [CODE] => AUTHOR
                    [DEFAULT_VALUE] => 
                    [PROPERTY_TYPE] => S
                    [ROW_COUNT] => 1
                    [COL_COUNT] => 30
                    [LIST_TYPE] => L
                    [MULTIPLE] => N
                    [XML_ID] => 
                    [FILE_TYPE] => 
                    [MULTIPLE_CNT] => 5
                    [TMP_ID] => 
                    [LINK_IBLOCK_ID] => 0
                    [WITH_DESCRIPTION] => N
                    [SEARCHABLE] => N
                    [FILTRABLE] => N
                    [IS_REQUIRED] => N
                    [VERSION] => 1
                    [USER_TYPE] => 
                    [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{}
                    [HINT] => 
                    [PROPERTY_VALUE_ID] => 
                    [VALUE] => 
                    [DESCRIPTION] => 
                    [VALUE_ENUM] => 
                    [VALUE_XML_ID] => 
                    [VALUE_SORT] => 
                    [~VALUE] => 
                    [~DESCRIPTION] => 
                    [~NAME] => Автор статьи
                    [~DEFAULT_VALUE] => 
                )

            [AU_PHOTO] => Array
                (
                    [ID] => 10
                    [TIMESTAMP_X] => 2024-04-16 13:42:26
                    [IBLOCK_ID] => 1
                    [NAME] => Автор фото 
                    [ACTIVE] => Y
                    [SORT] => 500
                    [CODE] => AU_PHOTO
                    [DEFAULT_VALUE] => 
                    [PROPERTY_TYPE] => S
                    [ROW_COUNT] => 1
                    [COL_COUNT] => 30
                    [LIST_TYPE] => L
                    [MULTIPLE] => N
                    [XML_ID] => 
                    [FILE_TYPE] => 
                    [MULTIPLE_CNT] => 5
                    [TMP_ID] => 
                    [LINK_IBLOCK_ID] => 0
                    [WITH_DESCRIPTION] => N
                    [SEARCHABLE] => N
                    [FILTRABLE] => N
                    [IS_REQUIRED] => N
                    [VERSION] => 1
                    [USER_TYPE] => 
                    [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{}
                    [HINT] => 
                    [PROPERTY_VALUE_ID] => 459
                    [VALUE] => НПО «Андроидная техника»; Unsplash
                    [DESCRIPTION] => 
                    [VALUE_ENUM] => 
                    [VALUE_XML_ID] => 
                    [VALUE_SORT] => 
                    [~VALUE] => НПО «Андроидная техника»; Unsplash
                    [~DESCRIPTION] => 
                    [~NAME] => Автор фото 
                    [~DEFAULT_VALUE] => 
                )

            [IMG_MAIN] => Array
                (
                    [ID] => 11
                    [TIMESTAMP_X] => 2024-04-16 13:42:26
                    [IBLOCK_ID] => 1
                    [NAME] => Картинка для Главной
                    [ACTIVE] => Y
                    [SORT] => 500
                    [CODE] => IMG_MAIN
                    [DEFAULT_VALUE] => 
                    [PROPERTY_TYPE] => F
                    [ROW_COUNT] => 1
                    [COL_COUNT] => 30
                    [LIST_TYPE] => L
                    [MULTIPLE] => N
                    [XML_ID] => 
                    [FILE_TYPE] => 
                    [MULTIPLE_CNT] => 5
                    [TMP_ID] => 
                    [LINK_IBLOCK_ID] => 0
                    [WITH_DESCRIPTION] => N
                    [SEARCHABLE] => N
                    [FILTRABLE] => N
                    [IS_REQUIRED] => N
                    [VERSION] => 1
                    [USER_TYPE] => 
                    [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{}
                    [HINT] => 
                    [PROPERTY_VALUE_ID] => 
                    [VALUE] => 
                    [DESCRIPTION] => 
                    [VALUE_ENUM] => 
                    [VALUE_XML_ID] => 
                    [VALUE_SORT] => 
                    [~VALUE] => 
                    [~DESCRIPTION] => 
                    [~NAME] => Картинка для Главной
                    [~DEFAULT_VALUE] => 
                )

            [MAIN_THEME] => Array
                (
                    [ID] => 12
                    [TIMESTAMP_X] => 2024-04-16 13:42:26
                    [IBLOCK_ID] => 1
                    [NAME] => Главная тема
                    [ACTIVE] => Y
                    [SORT] => 500
                    [CODE] => MAIN_THEME
                    [DEFAULT_VALUE] => 
                    [PROPERTY_TYPE] => L
                    [ROW_COUNT] => 1
                    [COL_COUNT] => 30
                    [LIST_TYPE] => L
                    [MULTIPLE] => N
                    [XML_ID] => 
                    [FILE_TYPE] => 
                    [MULTIPLE_CNT] => 5
                    [TMP_ID] => 
                    [LINK_IBLOCK_ID] => 0
                    [WITH_DESCRIPTION] => N
                    [SEARCHABLE] => N
                    [FILTRABLE] => N
                    [IS_REQUIRED] => N
                    [VERSION] => 1
                    [USER_TYPE] => 
                    [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{}
                    [HINT] => 
                    [PROPERTY_VALUE_ID] => 
                    [VALUE] => 
                    [DESCRIPTION] => 
                    [VALUE_ENUM] => 
                    [VALUE_XML_ID] => 
                    [VALUE_SORT] => 
                    [VALUE_ENUM_ID] => 
                    [~VALUE] => 
                    [~DESCRIPTION] => 
                    [~NAME] => Главная тема
                    [~DEFAULT_VALUE] => 
                )

            [MAIN_SECT] => Array
                (
                    [ID] => 13
                    [TIMESTAMP_X] => 2024-04-16 13:42:26
                    [IBLOCK_ID] => 1
                    [NAME] => В своём разделе
                    [ACTIVE] => Y
                    [SORT] => 500
                    [CODE] => MAIN_SECT
                    [DEFAULT_VALUE] => 
                    [PROPERTY_TYPE] => L
                    [ROW_COUNT] => 1
                    [COL_COUNT] => 30
                    [LIST_TYPE] => L
                    [MULTIPLE] => N
                    [XML_ID] => 
                    [FILE_TYPE] => 
                    [MULTIPLE_CNT] => 5
                    [TMP_ID] => 
                    [LINK_IBLOCK_ID] => 0
                    [WITH_DESCRIPTION] => N
                    [SEARCHABLE] => N
                    [FILTRABLE] => N
                    [IS_REQUIRED] => N
                    [VERSION] => 1
                    [USER_TYPE] => 
                    [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{}
                    [HINT] => 
                    [PROPERTY_VALUE_ID] => 
                    [VALUE] => 
                    [DESCRIPTION] => 
                    [VALUE_ENUM] => 
                    [VALUE_XML_ID] => 
                    [VALUE_SORT] => 
                    [VALUE_ENUM_ID] => 
                    [~VALUE] => 
                    [~DESCRIPTION] => 
                    [~NAME] => В своём разделе
                    [~DEFAULT_VALUE] => 
                )

            [VIDEO_YOU] => Array
                (
                    [ID] => 14
                    [TIMESTAMP_X] => 2024-04-16 13:42:26
                    [IBLOCK_ID] => 1
                    [NAME] => Видео youtobe
                    [ACTIVE] => Y
                    [SORT] => 500
                    [CODE] => VIDEO_YOU
                    [DEFAULT_VALUE] => 
                    [PROPERTY_TYPE] => S
                    [ROW_COUNT] => 1
                    [COL_COUNT] => 30
                    [LIST_TYPE] => L
                    [MULTIPLE] => N
                    [XML_ID] => 
                    [FILE_TYPE] => 
                    [MULTIPLE_CNT] => 5
                    [TMP_ID] => 
                    [LINK_IBLOCK_ID] => 0
                    [WITH_DESCRIPTION] => N
                    [SEARCHABLE] => N
                    [FILTRABLE] => N
                    [IS_REQUIRED] => N
                    [VERSION] => 1
                    [USER_TYPE] => 
                    [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{}
                    [HINT] => 
                    [PROPERTY_VALUE_ID] => 
                    [VALUE] => 
                    [DESCRIPTION] => 
                    [VALUE_ENUM] => 
                    [VALUE_XML_ID] => 
                    [VALUE_SORT] => 
                    [~VALUE] => 
                    [~DESCRIPTION] => 
                    [~NAME] => Видео youtobe
                    [~DEFAULT_VALUE] => 
                )

        )

    [DISPLAY_PROPERTIES] => Array
        (
            [AU_PHOTO] => Array
                (
                    [ID] => 10
                    [TIMESTAMP_X] => 2024-04-16 13:42:26
                    [IBLOCK_ID] => 1
                    [NAME] => Автор фото 
                    [ACTIVE] => Y
                    [SORT] => 500
                    [CODE] => AU_PHOTO
                    [DEFAULT_VALUE] => 
                    [PROPERTY_TYPE] => S
                    [ROW_COUNT] => 1
                    [COL_COUNT] => 30
                    [LIST_TYPE] => L
                    [MULTIPLE] => N
                    [XML_ID] => 
                    [FILE_TYPE] => 
                    [MULTIPLE_CNT] => 5
                    [TMP_ID] => 
                    [LINK_IBLOCK_ID] => 0
                    [WITH_DESCRIPTION] => N
                    [SEARCHABLE] => N
                    [FILTRABLE] => N
                    [IS_REQUIRED] => N
                    [VERSION] => 1
                    [USER_TYPE] => 
                    [USER_TYPE_SETTINGS] => a:0:{}
                    [HINT] => 
                    [PROPERTY_VALUE_ID] => 459
                    [VALUE] => НПО «Андроидная техника»; Unsplash
                    [DESCRIPTION] => 
                    [VALUE_ENUM] => 
                    [VALUE_XML_ID] => 
                    [VALUE_SORT] => 
                    [~VALUE] => НПО «Андроидная техника»; Unsplash
                    [~DESCRIPTION] => 
                    [~NAME] => Автор фото 
                    [~DEFAULT_VALUE] => 
                    [DISPLAY_VALUE] => НПО «Андроидная техника»; Unsplash
                )

        )

    [IBLOCK] => Array
        (
            [ID] => 1
            [~ID] => 1
            [TIMESTAMP_X] => 16.04.2024 13:42:26
            [~TIMESTAMP_X] => 16.04.2024 13:42:26
            [IBLOCK_TYPE_ID] => news
            [~IBLOCK_TYPE_ID] => news
            [LID] => s1
            [~LID] => s1
            [CODE] => news_s1
            [~CODE] => news_s1
            [API_CODE] => 
            [~API_CODE] => 
            [REST_ON] => N
            [~REST_ON] => N
            [NAME] => Статьи
            [~NAME] => Статьи
            [ACTIVE] => Y
            [~ACTIVE] => Y
            [SORT] => 500
            [~SORT] => 500
            [LIST_PAGE_URL] => 
            [~LIST_PAGE_URL] => 
            [DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#SECTION_CODE#/#ELEMENT_CODE#/
            [~DETAIL_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#SECTION_CODE#/#ELEMENT_CODE#/
            [SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#SECTION_CODE#
            [~SECTION_PAGE_URL] => #SITE_DIR#/#SECTION_CODE#
            [CANONICAL_PAGE_URL] => 
            [~CANONICAL_PAGE_URL] => 
            [PICTURE] => 
            [~PICTURE] => 
            [DESCRIPTION] => 
            [~DESCRIPTION] => 
            [DESCRIPTION_TYPE] => text
            [~DESCRIPTION_TYPE] => text
            [RSS_TTL] => 24
            [~RSS_TTL] => 24
            [RSS_ACTIVE] => Y
            [~RSS_ACTIVE] => Y
            [RSS_FILE_ACTIVE] => N
            [~RSS_FILE_ACTIVE] => N
            [RSS_FILE_LIMIT] => 
            [~RSS_FILE_LIMIT] => 
            [RSS_FILE_DAYS] => 
            [~RSS_FILE_DAYS] => 
            [RSS_YANDEX_ACTIVE] => N
            [~RSS_YANDEX_ACTIVE] => N
            [XML_ID] => furniture_news_s1
            [~XML_ID] => furniture_news_s1
            [TMP_ID] => 6cfbdd5e02a2f38f8bf51afa68b2792c
            [~TMP_ID] => 6cfbdd5e02a2f38f8bf51afa68b2792c
            [INDEX_ELEMENT] => Y
            [~INDEX_ELEMENT] => Y
            [INDEX_SECTION] => Y
            [~INDEX_SECTION] => Y
            [WORKFLOW] => N
            [~WORKFLOW] => N
            [BIZPROC] => N
            [~BIZPROC] => N
            [SECTION_CHOOSER] => L
            [~SECTION_CHOOSER] => L
            [LIST_MODE] => 
            [~LIST_MODE] => 
            [RIGHTS_MODE] => S
            [~RIGHTS_MODE] => S
            [SECTION_PROPERTY] => N
            [~SECTION_PROPERTY] => N
            [PROPERTY_INDEX] => N
            [~PROPERTY_INDEX] => N
            [VERSION] => 1
            [~VERSION] => 1
            [LAST_CONV_ELEMENT] => 0
            [~LAST_CONV_ELEMENT] => 0
            [SOCNET_GROUP_ID] => 
            [~SOCNET_GROUP_ID] => 
            [EDIT_FILE_BEFORE] => 
            [~EDIT_FILE_BEFORE] => 
            [EDIT_FILE_AFTER] => 
            [~EDIT_FILE_AFTER] => 
            [SECTIONS_NAME] => Разделы
            [~SECTIONS_NAME] => Разделы
            [SECTION_NAME] => Раздел
            [~SECTION_NAME] => Раздел
            [ELEMENTS_NAME] => Статьи
            [~ELEMENTS_NAME] => Статьи
            [ELEMENT_NAME] => Статья
            [~ELEMENT_NAME] => Статья
            [EXTERNAL_ID] => furniture_news_s1
            [~EXTERNAL_ID] => furniture_news_s1
            [LANG_DIR] => /
            [~LANG_DIR] => /
            [SERVER_NAME] => roboticsworld.ru
            [~SERVER_NAME] => roboticsworld.ru
        )

    [SECTION] => Array
        (
            [PATH] => Array
                (
                    [0] => Array
                        (
                            [ID] => 6
                            [~ID] => 6
                            [CODE] => cases
                            [~CODE] => cases
                            [XML_ID] => 
                            [~XML_ID] => 
                            [EXTERNAL_ID] => 
                            [~EXTERNAL_ID] => 
                            [IBLOCK_ID] => 1
                            [~IBLOCK_ID] => 1
                            [IBLOCK_SECTION_ID] => 
                            [~IBLOCK_SECTION_ID] => 
                            [SORT] => 150
                            [~SORT] => 150
                            [NAME] => Кейсы
                            [~NAME] => Кейсы
                            [ACTIVE] => Y
                            [~ACTIVE] => Y
                            [DEPTH_LEVEL] => 1
                            [~DEPTH_LEVEL] => 1
                            [SECTION_PAGE_URL] => /cases
                            [~SECTION_PAGE_URL] => /cases
                            [IBLOCK_TYPE_ID] => news
                            [~IBLOCK_TYPE_ID] => news
                            [IBLOCK_CODE] => news_s1
                            [~IBLOCK_CODE] => news_s1
                            [IBLOCK_EXTERNAL_ID] => furniture_news_s1
                            [~IBLOCK_EXTERNAL_ID] => furniture_news_s1
                            [GLOBAL_ACTIVE] => Y
                            [~GLOBAL_ACTIVE] => Y
                            [IPROPERTY_VALUES] => Array
                                (
                                    [SECTION_META_TITLE] => Кейсы
                                    [ELEMENT_META_TITLE] => Кейсы
                                )

                        )

                )

        )

    [SECTION_URL] => /cases
    [META_TAGS] => Array
        (
            [TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
            [BROWSER_TITLE] => Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами
            [KEYWORDS] => 
            [DESCRIPTION] => 
        )

)
 

• Главная
• Кейсы
• Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами

Технологии системы управления антропоморфными робототехническими комплексами

Антропоморфная (человекоподобная) робототехника с каждым годом вызывает все больший интерес со стороны разработчиков и потенциальных потребителей. Развитие технологий искусственного интеллекта и компонентов робототехники позволяет уже сегодня создавать робототехнические комплексы, способные выполнять типовые операции на уровне человека в самых разных условиях эксплуатации. О работе по созданию уникальных комплексов и перспективах их применения рассказывает исполнительный директор АО «НПО «Андроидная техника» Евгений Дудоров.

В настоящее время сфер деятельности человека, связанных с риском утраты здоровья и жизни, становится больше. Увеличивается вероятность техногенных аварий и катастроф. Зачастую спасатели, участвующие в ликвидации таких ситуаций, сами становятся жертвами либо рискуют жизнями в случае повторного проявления бедствия. В таких условиях актуальным является уменьшение степени участия человека при проведении работ в условиях, опасных для жизни и здоровья, за счет применения дистанционно-управляемых и автономных робототехнических комплексов.

Конструктивные особенности разрабатываемых робототехнических комплексов должны обеспечить возможность выполнять промышленные и спасательные работы в инфраструктуре человека с использованием штатного оборудования и инструментов. Роботы должны иметь возможность свободно перемещаться в помещениях, предназначенных для человека, и по труднопроходимой местности.

Данным условиям удовлетворяет класс антропоморфных роботов, который качественно отличается от промышленных роботов и требует разработки принципиально новых систем и технологий, их реализующих. Это обуславливает создание новых технологических решений, интегрированных в единый функциональный объект, — антропоморфная робототехническая платформа (АРТП), способная выполнять действия, в значительной степени присущие только человеку.

В силу ряда объективных и субъективных причин РФ имеет значительное отставание в создании антропоморфных роботов. В настоящее время значительные достижения в этой области имеют Япония (ASIMO, Honda), США (Atlas, Boston Dynamics), (Optimus, Tesla), Германия (AILA, DLR) и др. При этом основные усилия направлены на создание антропоморфных роботов — многодвигательных рычажных механизмов, имеющих кинематическую схему, подобную скелету человека. Это обусловлено в значительной степени тем, что в этом случае необходимо решать широкий комплекс научных и технических задач, имеющих связанный характер. 

Цели и задачи разработки технологий управления АРТП

В 2014 году Фондом перспективных исследований поставлена научно-исследовательская работа «Разработка технологии создания комбинированной системы управления робототехническими комплексами» шифр «Спасатель». Исполнитель работ — АО «Научно-производственное объединение «Андроидная техника». Цель работы — разработка технологии комбинированного управления робототехнической платформой на основе элементов сенсорики с обратными связями.

Для достижения указанной цели необходимо было решить ряд ключевых задач:

– Обосновать технические решения и характеристики АРТП с комбинированной системой дистанционного управления на основе элементов сенсорики с обратными связями.

– Разработать технологии комбинированного управления АРТП, обеспечивающие считывание и передачу моторики и голоса оператора для формирования команд управления.

– Разработать сенсорную систему АРТП, обеспечивающую сбор, передачу данных от АРТП к оператору, реализацию «эффекта присутствия» для оператора.

– Разработать демонстрационный образец АРТП и провести испытания.

В процессе выполнения первого этапа НИР «Спасатель» разработаны и изготовлены технологические макеты (ТМ) антропоморфных АРТП №1–6, на которых проводилась отработка и верификация технологий комбинированного управления. Общий вид технологических макетов №1–6 представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Общий вид технологических макетов
а) ТМ №1; б) ТМ №2; в) ТМ №3; г) ТМ №4; д) ТМ №5; е) ТМ №6;

ТМ №1–5, являющиеся антропоморфными, выполнены на модульном принципе. Модули манипуляторные имеют семь степеней подвижности с кинематическими характеристиками, аналогичными руке человека, и контролем нагрузок в соединении захватного устройства с манипулятором. В ТМ №1 введена дополнительная подвижность на каждый манипулятор. В ТМ №2–5 выполнен ряд педипуляторных модулей с числом степеней подвижности от пяти до шести. Корпусные модули обладают двумя степенями подвижности. Захватные модули, реализующие групповой привод, выполнены с шестью степенями подвижности, а при применении индивидуальных приводов (ТМ №5) с двенадцатью степенями подвижности.

ТМ №6 — задающее устройство копирующего типа (ЗУКТ) предназначено для отработки технологии копирующего режима управления АРТП. Обеспечивает регистрацию и передачу моторики оператора для формирования команд управления.

На основе созданных технологий и проведенной верификации на ТМ №1–6 на втором этапе НИР «Спасатель» был разработан демонстрационный образец робототехнического комплекса (ДО РТК) в последствии получивший наименование «ФЕДОР». ДО РТК представлен на рисунке 2. ДО РТК способен работать в автономном режиме, осуществлять перемещение в пространстве, захватывать и выполнять действия с внешними объектами, относящимся к инфраструктуре человека, в том числе специальным инструментом.

Рисунок 2. Общий вид ДО РТК

ДО РТК является антропоморфной робототехнической платформой модульной конструкции со сложной системой механизмов, включающей в себя элементы с десятками степеней подвижности, бесколлекторными электроприводными решениями и современными электронными компонентами. РТП имеет в своей конструкции два модуля манипулятора, головной модуль, корпусной модуль, опорные модули, которые представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Модули ДО РТК

Разработка кинематических схем составляющих модулей ДО РТК опиралась на аналогичные кинематические сочленения частей тела человека: корпуса, рук (манипуляторов), ног (педипуляторов), кистей (захватов), мозга (блок вычисления, контроля и управления). Число сосредоточенных степеней подвижности принято соответствующим человеку. Второстепенными степенями подвижности пренебреженно. В качестве заданных кинематических параметров выбраны углы и скорости относительного поворота звеньев, характерные для человека во время активной нагрузки: бега, отжимания, приседаний.

При разработке были учтены следующие особенности:

-          Угол сгиба бедра по отношению к тазу до 110°.

-          Подвижность шеи во фронтальной плоскости.

-          Подвижность в запястье +/- 30°.

-          Подвижность в ключично-лопаточном узле 10-15° в горизонтальной и в вертикальной плоскости.

Состав технологий комбинированного управления АРТП

По результатам выполнения первого этапа НИР «Спасатель» были определены и отработаны базовые технологии: регистрации моторики оператора, формирования мелкой моторики, создания обратной силомоментной связи, телеприсутствия с дополненной реальностью, компенсации внешних воздействий на оператора, локальной навигации.

Базовые технологии стали основой для разработки комбинированного управления, взаимосвязь которых приведена на рисунке 4.

Основные технологии, реализованные в рамках НИР «Спасатель»:

№1 «Технология обеспечения тонкой моторики».

№2 «Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления».

№3 «Технология создания обратной силомоментной связи».

№4 «Технология глубокого погружения оператора с реализацией эффекта дополненной реальности».

№5 «Технология жестикулярного управления».

№6 «Технология копирующего управления»;

№7 «Технология манипуляции со специализированным инструментом».

№8 «Технология реализации режимов фильтрации и удержания с обеспечением режима обезвешивания».

№9 «Технология управления точными и силовыми манипуляциями».

№10 «Технология локальной навигации».

№11 «Технология динамического уравновешивания прямохождения».

№12 «Технология автономного управления в недетерминированной среде».

№13 «Технология управления в режиме «ведущий-ведомый»».

№14 «Технология управления на основе использования элементов сенсорики с обратными связями».

Принципиально взаимосвязь технологий комбинированного управления АРТП формируется из отдельных субтехнологий и опирается на комбинацию трех ключевых типов управления: автономное, супервизорное и копирующее. Комбинация копирующего управления верхней части (манипуляторы с захватами, торс, головной модуль) и автономного управления нижней части (педипуляторы) АРТП, является основополагающим элементом комбинированной системы управления.

Рассмотрим некоторые из ключевых технологий подробнее.

Рисунок 4. Взаимосвязь технологий комбинированного управления антропоморфными робототехническими комплексами

Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления (Технология №2)

Технология обеспечения считывания и передачи моторики оператора для формирования команд управления позволяет обеспечить возможность дистанционного управления антропоморфной многозвенной АРТП одним оператором, выполняющим в процессе управления движения, которые АРТП повторяет (копирует). Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии на ДО РТК приведена на рисунке 5.

Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:

-          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ руки оператора по 7 степеням подвижности;

-          измерение углов поворота звеньев ЗУКТ кистей оператора по 12 степеням подвижности;

-          расчет моторики рук оператора через условные виртуальные поверхности по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ;

-          расчет тонкой моторики оператора по результатам измерений поворота звеньев ЗУКТ кистей;

-          формирование заданий углового положения для управления электроприводами многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП;

-          отработка заданий системами автоматического регулирования углового положения электроприводов многозвенных манипуляторов и захватных устройств АРТП.

В НИР «Спасатель» отработка технологии осуществлялась на торсовой АРТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6).

Рисунок 5. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии копирующего управления

Технология создания обратной силомоментной связи (Технология №3)

Технология создания обратной силомоментной связи обеспечивает возможность оператору в процессе дистанционного управления АРТП:

-          контролировать и регулировать силовое взаимодействие модулей АРТП с внешними объектами;

-          определять весовые характеристики и деформируемость объектов манипулирования.

Данная технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:

-          считывание моторики оператора с помощью ЗУКТ с обратной силомоментной связью;

-          формирование заданий углового положения электроприводам АРТП;

-          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которых измеряются крутящие моменты в шарнирах АРТП;

-          обработка результатов измерений крутящих моментов;

-          масштабирование крутящих моментов и формирование заданий для электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью;

-          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.

В НИР «Спасатель» технология создания обратной силомоментной связи отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии создания обратной силомоментной связи

Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью (Технология №6)

Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью обеспечивает эффективное дистанционное управление АРТП посредством создания «эффекта присутствия» оператора в рабочей зоне с позиции АРТП и возможностью контроля и регулирования оператором силового взаимодействие АРТП с внешними объектами.

Технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью является элементом комбинированного управления, в которую включены субтехнологии:

-          регистрации моторики оператора;

-          формирования тонкой моторики;

-          создания обратной силомоментной связи;

-          телеприсутствия с дополненной реальностью.

Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:

-          распознавание речевых команд оператора и выбор режима управления АРТП;

-          регистрация моторики рук и тонкой моторики кистей оператора с помощью ЗУКТ;

-          регистрация углов поворота головы оператора;

-          фильтрация нештатных команд по базе данных критериев нештатных команд и формирование заданий электроприводам АРТП;

-          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов АРТП, во время которой измеряются и обрабатываются крутящие моменты в шарнирах АРТП и формируются задания электроприводам ЗУКТ;

-          отработка заданий системами автоматического регулирования электроприводов головного модуля АРТП, изменяющая угол зрения и масштаб наблюдаемой рабочей зоны;

-          передача стереоизображения рабочей зоны со стереокамеры головного модуля АРТП в вычислительное устройство, в котором формируется 3D-изображение рабочей зоны с наложенным 2D-изображением с телеметрической и служебной информацией;

-          отображение на стереодисплее ШВР 3D-изображения рабочей зоны с 2D-изображением, содержащим телеметрическую и служебную информацию;

-          отработка заданий системами автоматического регулирования крутящего момента электроприводов ЗУКТ с обратной силомоментной связью.

В НИР «Спасатель» технология дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью отрабатывалась на торсовой РТП (ТМ №1) и ДО РТК в процессе управления оператором с помощью ЗУКТ (ТМ №6) с обратной силомоментной связью. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 7.

Рисунок 7. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью

Использование технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью

Технология динамического уравновешивания прямохождения (Технология №11)

Технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности обеспечивает:

-          прямохождение АРТП при неопределенном рельефе местности и физических свойствах поверхности за счет динамического уравновешивания;

-          компенсирует внешние воздействия на АРТП (толчки, удары, столкновения с препятствиями) выполнением балансирующих движений;

-          безопасное падение АРТП с группировкой модулей для минимизации ущерба.

Технология реализуется в следующей последовательности операций и процедур:

-          создание базы данных выполнения прямохождения, типовых движений для удержания равновесия и безопасного падения посредством моделирования прямохождения АРТП в симуляторе;

-          начало движений звеньев, реализующих прямохождение;

-          измерение угловых скоростей и линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП по трем осям X, Y, Z инерциальной системой датчиков;

-          измерение сил, действующих на опоры АРТП;

-          цифровая фильтрация данных инерциальной системы и силомоментных датчиков;

-          расчет векторов угловых скоростей линейных ускорений корпуса и «таза» АРТП;

-          расчет векторов сил, действующих на опоры АРТП;

-          расчет отклонений векторов угловых скоростей, линейных ускорений корпуса и «таза», сил, действующих на опоры, приводящих к потере равновесия АРТП;

-          корректировка значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если нет критических отклонений;

-          расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и выбраны типовые движений для удержания равновесия;

-          выбор типовых движений для безопасного падения и расчет значений угловых перемещений звеньев педипуляторов и манипуляторов АРТП, если выявлены критические отклонения и не выбраны типовые движения для удержания равновесия;

-          формирование команд управления электроприводами педипуляторов и манипуляторов АРТП для динамического уравновешивания и выполнения прямохождения;

-          передача команд вычислительным устройством и прием контроллерами электроприводов АРТП по интерфейсу Ethernet;

-          начало движения звеньев АРТП на заданный угол с заданным крутящим моментом для динамического уравновешивания и прямохождения.

В НИР «Спасатель» технология динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности отрабатывалась на ТМ №4 и ДО РТК. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Структурно-функциональная схема аппаратной реализации технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности

Использование технологии динамического уравновешивания прямохождения позволило достигнуть технические характеристики, приведенные в таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики ДО РТК при использовании технологии динамического уравновешивания прямохождения по неподготовленной поверхности

Сведения о применении технологий комбинированного управления АРТП

Технологии комбинированного управления АРТП нашли свое применение в целом ряде робототехнических устройств различных отраслей промышленности. Технологии использованы в рамках реализации проекта составной части научно-исследовательской работы (СЧ НИР) «Разработка и создание универсального компьютерного стенда робототехнических систем» шифр «УКС РТС». Заказчик — ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина» в 2016 году. Стоит отметить, что ТМ №1 и ДО РТК переданы Фондом перспективных исследований в ГК «Роскосмос» и в настоящее время являются составной частью УКС РТС.

Технологии использованы составной части опытно-конструкторской работы (СЧ ОКР) «Модернизация программного комплекса с задающим устройством (экзоскелетом) с обратной силомоментной связью и возможностью работы при наличии временных задержек. Экспериментальные исследования по управлению удаленным антропоморфным роботом с учетом наличия различных временных задержек» шифр «Пастораль-Аватар-2017» (2017 год) и СЧ НИР «Моделирование захвата антропоморфного робота для выполнения оговоренных операций, которые выполняет космонавт с использованием перчатки скафандра. Экспериментальные исследования эффективности захвата» шифр «Пастораль-Захват-АТ-2018» (2018 год). Заказчик — ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ФГУП «ЦНИИМаш»).

Также в СЧ НИР «Подготовка антропоморфной робототехнической системы к доставке на корабле «Союз МС-14» зав. №743» шифр «Испытатель» (2019 год). Заказчик — ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия».

В ОКР «Мобильный роботизированный манипулятор для работы в сильных радиационных полях» шифр «Каньон». Заказчик — ФГУП «Предприятие по обращению с радиоактивными отходами «РосРАО» в 2016 году. Целью работы являлась разработка и исследование функционирования опытного образца мобильного роботизированного манипулятора с дистанционным управлением для работы в зоне действия радиационных полей с уровнем до 100 м^З в/ч. 

Перспективы использования технологий комбинированного управления АРТП

В перспективе технологии комбинированного управления обеспечат создание дистанционно управляемых антропоморфных робототехнических комплексов, которые смогут полностью заменить человека во всех сферах деятельности при выполнении работ в опасных для здоровья и жизни условиях. АРТП найдут свое применение в химической и атомной промышленности при выполнении работ в условиях радиационного, химического и биологического заражения с применением штатного оборудования и инструментов.

Технологии дистанционного копирующего управления с обратной силомоментной связью и выполнения работ с общим и специализированным инструментом планируются к внедрению в антропоморфных робототехнических комплексах космического назначения для внутрикорабельной и внекорабельной деятельности в рамках СЧ ОКР «Система антропоморфная робототехническая» шифр «Теледроид» и в перспективе для выполнения работ на лунной орбитальной станции и на поверхности Луны.

На основе технологий прямохождения по неподготовленной поверхности и автономного перемещения в недетерминированной среде будут созданы АРТП, выполняющие работы с высокой степенью автономности и свободно перемещающиеся в помещениях, предназначенных для человека по труднопроходимой местности и в перспективе по поверхности других планет и спутников.

#андроидные #космические #приводы и запчасти #партнерства

10.09.2023

• 
• 

Фото: НПО «Андроидная техника»; Unsplash

Мы рекомендуем:

Специалисты ВШЭ создали приложение для поиска сгенерированных ИИ текстов

#образовательные #искусственный интеллект

Новые проекты российских предприятий в области создания компонентов и модулей СВЧ-электроники

#микроэлектроника

Партнер «ЦС Импэкс» — обладатель ряда преимуществ

#сервисные

Илон Маск намерен создать умнейший ИИ в мире к декабрю 2024 года

#искусственный интеллект

Победители и призеры премии Electronica-2024 в области создания технологического и контрольно-измерительного оборудования

#микроэлектроника

Новые проекты российских предприятий в области создания компонентов и модулей СВЧ-электроники

#микроэлектроника

Партнер «ЦС Импэкс» — обладатель ряда преимуществ

#сервисные