RU2639009C1 - Universal robotic platform - Google Patents
Universal robotic platform Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639009C1 RU2639009C1 RU2016147831A RU2016147831A RU2639009C1 RU 2639009 C1 RU2639009 C1 RU 2639009C1 RU 2016147831 A RU2016147831 A RU 2016147831A RU 2016147831 A RU2016147831 A RU 2016147831A RU 2639009 C1 RU2639009 C1 RU 2639009C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- control
- operator
- route
- movement
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D55/00—Endless track vehicles
- B62D55/08—Endless track units; Parts thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
- F41H7/00—Armoured or armed vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к военной и специальной технике, а именно к самодвижущимся платформам робототехнических комплексов, предназначенным для ведения дистанционной работы в боевых условиях: сбора и передачи разведывательной информации, огневого прикрытия, обнаружения и огневого поражения различного вида целей.The invention relates to military and special equipment, namely to self-propelled platforms of robotic systems, designed for remote work in combat conditions: the collection and transmission of intelligence information, fire cover, detection and fire destruction of various types of targets.
Известен робототехническом комплексе разведки и огневой поддержки (см. патент RU №2548207 С1, опубл. 20.04.2015, бюл. №11), принятый за прототип. Робототехнический комплекс построен по модульному принципу и содержит следующие функционально законченные модули: платформу, представляющую собой базовое шасси с системой управления движением, средствами связи, пунктом дистанционного управления и системой электропитания, навесное оборудование: боевой модуль с комплектом вооружения и пунктом дистанционного управления, разведывательный модуль. Составные части комплекса выполнены с возможностью реализации задач по назначению самостоятельно. Шасси выполнено в гусеничном варианте с возможностью передвижения в городских условиях, по пересеченной местности, преодоления препятствий, разворота на 360° на месте, с возможностью обеспечения максимальной скорости передвижения до 25 км/ч. Корпус шасси - несущий, сварной из броневых стальных листов. Система управления платформой дополнительно оснащена системой топопривязки и ориентирования, выполненной с возможностью начального определения координат с помощью аппаратуры спутниковой навигации, определения азимута продольной оси шасси, выставления известного азимута, непрерывного расчета координат местоположения и углов крена, тангажа, азимута. Система электропитания робототехнического комплекса имеет два номинала напряжения для силовой установки движителя и бортовую сеть питания аппаратуры и навесное оборудование. Для каждого номинала напряжения предусмотрена литий-железофосфатная аккумуляторная батарея. Система электропитания оснащена микропроцессорным блоком контроля заряда, выполненным с возможностью регулирования, контроля зарядного тока, а также контроля и устранения дисбаланса заряда каждого элемента аккумуляторной батареи. Роботизированный комплекс дополнительно оснащен системой предупреждения столкновений, принцип действия которой основан на обработке сигналов с ультразвуковых датчиков.Known robotic complex intelligence and fire support (see patent RU No. 2548207 C1, publ. 04/20/2015, bull. No. 11), adopted as a prototype. The robotics complex is built on a modular basis and contains the following functionally completed modules: a platform, which is a basic chassis with a motion control system, communications, remote control and power supply system, attachments: a combat module with an armament kit and a remote control, reconnaissance module. The components of the complex are made with the possibility of realizing the tasks for their own purposes. The chassis is made in a crawler version with the ability to move in urban conditions, over rough terrain, to overcome obstacles, turn 360 ° in place, with the ability to provide a maximum speed of movement up to 25 km / h. Chassis chassis - bearing, welded from armored steel sheets. The platform control system is additionally equipped with a topographic and orientation system, made with the possibility of initial determination of coordinates using satellite navigation equipment, determining the azimuth of the longitudinal axis of the chassis, setting the known azimuth, continuous calculation of location coordinates and roll angles, pitch, azimuth. The power supply system of the robotic complex has two voltage ratings for the propulsion system of the propulsion device and an on-board power supply network of the equipment and attachments. A lithium iron phosphate battery is provided for each voltage rating. The power supply system is equipped with a microprocessor-based charge control unit, configured to regulate, control the charging current, as well as control and eliminate the imbalance of the charge of each element of the battery. The robotic complex is additionally equipped with a collision avoidance system, the principle of which is based on the processing of signals from ultrasonic sensors.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- ограниченные функциональные возможности основных систем мобильного робота, обеспечивающих его управляемость, ориентацию в пространстве, информационный обмен, предупреждение столкновений;- limited functionality of the basic systems of a mobile robot, providing its controllability, spatial orientation, information exchange, collision avoidance;
- недостаточная эффективность системы технического зрения;- lack of effectiveness of the system of technical vision;
- несовершенная система подвески шасси;- imperfect chassis suspension system;
- низкая эффективность системы связи и передачи данных;- low efficiency of communication and data transmission systems;
- отсутствие мониторинга состояния независимых электроприводов;- lack of monitoring the status of independent electric drives;
- отсутствие оптимальных алгоритмов управления движением платформы;- lack of optimal platform motion control algorithms;
- низкая оснащенность пункта дистанционного управления.- low equipment remote control point.
Предлагаемым изобретением решается задача по повышению эффективности и надежности универсальных роботизированных платформ, обеспечивающих установку полезной нагрузки различной функциональной направленности.The present invention solves the problem of increasing the efficiency and reliability of universal robotic platforms, providing the installation of a payload of various functional orientations.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в создании универсальной роботизированной платформы, обеспечивающей установку дополнительного оборудования - целевой нагрузки: систем вооружения различных типов, средств разведки и целеуказания и транспортировочного оборудования, высокую управляемость в реальных климатических условиях, автономное ориентирование, определение собственных координат местоположения по сигналам спутниковой навигации, в режиме одометрической навигации и в комплексированном режиме, определение углового положения в пространстве, передачу данных по цифровому радиоканалу о состоянии платформы, прием по цифровому радиоканалу команд управления от пункта дистанционного управления, передачу по радиоканалу маскированного телевизионного сигнала от ТВ-камер.The technical result obtained by the implementation of the invention is to create a universal robotic platform that provides for the installation of additional equipment - target load: weapon systems of various types, reconnaissance and target designation equipment and transportation equipment, high controllability in real climatic conditions, autonomous orientation, determination of own location coordinates based on satellite navigation signals, in odometric navigation mode and in integrated Mode, the definition of the angular position in space, data transfer over the digital radio channel on the state of the platform, the reception of digital radio control commands from a remote control station, the transmission over the air television signal masked by the TV cameras.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой универсальной роботизированной платформе, содержащей бронированное гусеничное шасси с приводом, системой независимых индивидуальных подвесок и системой управления, оснащенной системой топопривязки и ориентирования, средства связи, пункт дистанционного управления и систему электропитания, систему предупреждения столкновений, пункт дистанционного управления, новым является то, что в состав универсальной роботизированной платформы включены две ТВ-камеры переднего обзора, составляющие стереоскопическую пару, и одна ТВ-камера заднего обзора, приводы левого и правого борта платформы выполнены в виде независимых электроприводов на базе бесколлекторных трехфазных двигателей с редуктором и раздельными силовыми блоками управления, система независимых индивидуальных подвесок состоит из четырех обрезиненных катков по каждому борту, рычаги подвесок расположены «по ходу» платформы, газонаполненные амортизаторы со спиральными пружинами наклонены в противоположную сторону движения, средства связи состоят из двух каналов: канала управления и телеметрии, построенного на базе цифровых коротковолновых приемопередатчиков, и канала для передачи сигнала от трех ТВ-камер, состоящего из устройства маскирования телевизионного сигнала и многоканального телевизионного передатчика, телеметрические данные, передаваемые от платформы, предоставляются по запросу двух типов: телеметрия по маске или телеметрия в полном объеме, программное обеспечение платформы состоит из двух уровней: уровень обеспечения сопряжения с аппаратными средствами (драйверы) и прикладной (управляющий) уровень, алгоритм управления движением при наличии следующих исходных данных: текущие координаты местоположения, текущее угловое положение платформы в пространстве, текущие скорости движения, заданные точки маршрута, разворот, параметры маршрута и команда пауза/старт, выполнен с возможностью получения следующих выходных данных: сигналы акселератора на правый и левый борт, направление движения левого и правого борта, сигналы торможения двигателей, управление редукторами бортов и программный сигнал завершения движения, алгоритм выработки рассогласования бортов по скорости в зависимости от типа задания маршрута выполнен с возможностью реализации одним из двух способов: движение по кусочно-линейному маршруту или движение по гладкой траектории (квадратичная аппроксимация), пункт дистанционного управления состоит из двух рабочих мест: оператора универсальной роботизированной платформы и оператора, управляющего целевой нагрузкой, рабочее место оператора платформы, оснащенное персональной ЭВМ со средствами отображения, средствами связи с платформой, пультом управления движением платформы, обеспечивает доставку платформы в указанную точку, контроль движения платформы, контроль за состоянием приборов и подсистем платформы.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed universal robotic platform containing an armored tracked chassis with a drive, a system of independent individual suspensions and a control system equipped with a topographic and orientation system, communication equipment, a remote control point and power supply system, a collision avoidance system, a remote point control, new is that the composition of the universal robotic platform includes two front TV cameras of the stereoscopic pair of vision, one rear-view TV camera, platform left and right side drives are made in the form of independent electric drives based on brushless three-phase motors with a gearbox and separate power control units, the system of independent individual suspensions consists of four rubberized rollers on each side , suspension levers are located “along” the platform, gas-filled shock absorbers with coil springs are tilted in the opposite direction of movement, communication means It consists of two channels: a control and telemetry channel, built on the basis of digital short-wave transceivers, and a channel for transmitting a signal from three TV cameras, consisting of a television signal masking device and a multi-channel television transmitter, telemetry data transmitted from the platform are available upon request of two types: mask telemetry or full telemetry, the platform software consists of two levels: the level of hardware interface (drive )) and the applied (control) level, the motion control algorithm with the following initial data: the current location coordinates, the current angular position of the platform in space, current speeds, set route points, a U-turn, route parameters and a pause / start command, receiving the following output data: accelerator signals to starboard and port side, port and starboard direction of movement, engine braking signals, control of side gears and program signal complete of motion, the algorithm for generating a mismatch of the sides according to speed depending on the type of route assignment is made with the possibility of implementing one of two methods: moving along a piecewise linear route or moving along a smooth path (quadratic approximation), the remote control station consists of two workstations: an operator universal robotic platform and the operator controlling the target load, the platform operator’s workplace equipped with a personal computer with display facilities, communication with the platform, the platform motion control panel, provides delivery of the platform to the specified point, monitoring the movement of the platform, monitoring the status of devices and subsystems of the platform.
Включение в состав универсальной роботизированной платформы двух ТВ-камер переднего обзора и одной ТВ-камеры заднего обзора позволяет:The inclusion of two front-view TV cameras and one rear-view TV camera in the universal robotic platform allows:
- обеспечить возможность «скалывания» с изображения камер переднего обзора точек с последующим расчетом их пространственных координат;- to provide the possibility of “chipping” from the image of the cameras of the front view of the points with the subsequent calculation of their spatial coordinates;
- обеспечить контроль оператором перемещения платформы задним ходом.- provide operator control of the movement of the platform in reverse.
Выполнение приводов левого и правого борта платформы в виде независимых электроприводов на базе бесколлекторных трехфазных двигателей с редуктором и раздельными силовыми блоками управления позволяет:Performing the left and right side platform drives in the form of independent electric drives based on brushless three-phase motors with a gearbox and separate power control units allows you to:
- развивать максимальную мощность во всем диапазоне скорости движения платформы;- develop maximum power in the entire range of platform speed;
- обеспечивать контроль скорости вращения, токи потребления и температуру двигателя и блока управления.- provide control of rotation speed, current consumption and temperature of the engine and control unit.
Включение в состав системы независимых индивидуальных подвесок четырех обрезиненных катков по каждому борту, рычагов подвесок, расположенных «по ходу» платформы, газонаполненных амортизаторов со спиральными пружинами, наклоненных в противоположную сторону движения, позволяет:The inclusion in the independent independent suspension system of four rubber rollers on each side, suspension arms located along the platform, gas-filled shock absorbers with coil springs, tilted in the opposite direction of movement, allows you to:
- уменьшить вес подвески, отнесенный к весу платформы;- reduce the weight of the suspension, related to the weight of the platform;
- обеспечить простоту конструкции и технологичность узлов;- to ensure simplicity of design and manufacturability of nodes;
- получить при установке пневмогидравлических амортизаторов требуемую плавность хода;- when installing pneumohydraulic shock absorbers, the required smooth ride;
- обеспечить за счет спиральных пружин подвески больший запас упругости системы и требуемые частоты собственных колебаний с обеспечением ходов катков в широком диапазоне.- to provide due to the coil springs of the suspension a greater margin of elasticity of the system and the required frequencies of natural vibrations with the provision of moves of the rollers in a wide range.
Организация средств связи в составе двух каналов: канала управления и телеметрии и канала для передачи сигнала от ТВ-камер, позволяет:The organization of communications in two channels: a control channel and telemetry and a channel for transmitting a signal from TV cameras, allows you to:
- использовать серийные коротковолновые средства связи, обладающие широкими функциональными возможностями;- use serial short-wave communications equipment with wide functional capabilities;
- включать в состав канала передачи ТВ-сигнала устройство маскирования.- include in the composition of the transmission channel of the TV signal a masking device.
Представление телеметрических данных, передаваемых от платформы, по запросу двух типов: телеметрия по маске или телеметрия в полном объеме, позволяет:Presentation of telemetric data transmitted from the platform at the request of two types: mask telemetry or full telemetry, allows:
- обеспечить при передаче телеметрии по ранее установленной маске сокращение объема передаваемой информации;- to ensure, when transmitting telemetry using a previously installed mask, a reduction in the amount of information transmitted;
- обеспечить при передаче телеметрии в полном объеме получение детальной информации: геодезических данных, состояния ТВ-камер, аккумуляторных батарей, станции питания и приводов, внешней обстановки.- to ensure, when transmitting telemetry in full, the receipt of detailed information: geodetic data, the status of TV cameras, batteries, power stations and drives, and the external environment.
Формирование двухуровневого программного обеспечения платформы: уровня обеспечения сопряжения с аппаратными средствами и прикладного уровня, позволяет:The formation of two-level software platform: the level of ensuring interfacing with hardware and application level, allows you to:
- обеспечить сопряжение прикладного (управляющего) уровня программного обеспечения с аппаратными средствами платформы, выполняя при этом первичную обработку информации;- to ensure the interconnection of the application (control) level of software with the hardware of the platform, while performing the primary processing of information;
- распределять потоки данных от драйверов устройств;- distribute data streams from device drivers;
- обеспечить независимость, доступность для корректировки и максимально возможный срок актуальности.- ensure independence, accessibility for adjustment and the maximum possible period of relevance.
Выполнение алгоритма управления движением при наличии исходных данных о местоположении, ориентации и текущей скорости движения платформы, параметрах маршрута с возможностью получения выходных данных с сигналами управления для исполнительных механизмов платформы позволяет:The execution of the motion control algorithm in the presence of initial data on the location, orientation and current speed of the platform, route parameters with the ability to obtain output with control signals for the actuators of the platform allows you to:
- обеспечить адаптивное управление движением платформы в зависимости от внешних условий;- provide adaptive control of the movement of the platform depending on external conditions;
- сформировать маршрут ее следования;- form a route for its movement;
- обеспечить необходимую точность следованию по маршруту.- to provide the necessary accuracy following the route.
Выполнение алгоритма выработки рассогласования бортов по скорости в зависимости от типа задания маршрута с возможностью реализации одним из двух способов: движение по кусочно-линейному маршруту или движение по гладкой траектории (квадратичная аппроксимация), позволяет:The execution of the algorithm for generating the mismatch of the sides in speed, depending on the type of route specification, can be implemented in one of two ways: moving along a piecewise linear route or moving along a smooth trajectory (quadratic approximation), allows you to:
- обеспечить при движении по кусочно-линейному маршруту движение платформы по прямой линии от точки к точке, поворот на угол в узлах;- to ensure, when moving along a piecewise linear route, the movement of the platform in a straight line from point to point, rotation through an angle in nodes;
- обеспечить при движении по гладкой траектории плавное движение по траектории без остановок (кроме случаев острых углов) на максимально возможной скорости.- to ensure that when moving along a smooth trajectory, smooth movement along the trajectory without stops (except in cases of sharp angles) at the maximum possible speed.
Включение в пункт дистанционного управления двух рабочих мест: оператора универсальной роботизированной платформы и оператора, управляющего целевой нагрузкой, позволяет:The inclusion in the remote control point of two workplaces: the operator of a universal robotic platform and the operator controlling the target load, allows:
- обеспечить доставку платформы в указанную точку, контроль ее движения, контроль за состоянием приборов и подсистем;- ensure the delivery of the platform to the specified point, control of its movement, monitoring the status of devices and subsystems;
- обеспечить работу оператора с цифровыми картами местности, совместимыми с ГИС «Интеграция»;- ensure the operator’s work with digital terrain maps compatible with the GIS "Integration";
- обеспечить оператору возможность ручного управления движением платформы.- provide the operator with the ability to manually control the movement of the platform.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.Technical solutions with features distinguishing the claimed solution from the prototype are not known and do not follow explicitly from the prior art. This suggests that the claimed solution is new and has an inventive step.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан состав универсальной роботизированной платформы; на фиг. 2 - структурная схема управляющего программного обеспечения; на фиг. 3 - структурная схема рабочего места оператора платформы; на фиг. 4 - общий вид системы подвески.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the composition of a universal robotic platform; in FIG. 2 is a block diagram of control software; in FIG. 3 is a structural diagram of a workstation of a platform operator; in FIG. 4 is a general view of the suspension system.
Универсальная роботизированная платформа содержит ТВ-камеры переднего 1, 2 и заднего обзора 3, приводы левого 4 и правого 5 борта, систему управления платформой (СУП) 6, систему электропитания (СЭП) 7, шасси 8. Подсистема навигации и ориентирования (ПНО) 9 построена на базе бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) 10 с подключенными к ней аппаратурой спутниковой навигации (АСН) 11 и двух механических одометров (МО) 12. Пункт дистанционного управления (ПДУ) 13 состоит из персональной ЭВМ (ПЭВМ) 14, пульта ручного управления (ПРУ) 15, приемника ТВ-сигналов (П) 16, приемо-передатчика цифрового (ППЦ) 17, станции резервного питания (СРП) 18. В системе подвески применено по четыре обрезиненных катка 19 по каждому борту. Рычаги 20 индивидуальных подвесок расположены «по ходу» платформы, газонаполненные амортизаторы 21 со спиральными пружинами 22 наклонены в противоположную сторону движения.The universal robotic platform contains TV cameras of the
Универсальная роботизированная платформа функционирует следующим образом. Универсальная роботизированная платформа является носителем дополнительного оборудования - целевой нагрузки: системы вооружения, системы наблюдения и целеуказания, транспортировочного модуля, и выполняет следующие функции:Universal robotic platform operates as follows. The universal robotic platform is a carrier of additional equipment - the target load: weapon systems, surveillance and target designation systems, a transportation module, and performs the following functions:
- автономное ориентирование (определение дирекционного угла);- autonomous orientation (determination of the directional angle);
- определение собственных координат местоположения по сигналам спутниковой навигации, режиме одометрической навигации и режиме аппаратура спутниковой навигации + одометрия;- determination of the own position coordinates by satellite navigation signals, odometer navigation mode and satellite navigation equipment + odometry mode;
- определение углового положения в пространстве;- determination of the angular position in space;
- передача данных по цифровому радиоканалу о состоянии платформы (координаты, углы и т.д.);- data transmission on a digital radio channel about the state of the platform (coordinates, angles, etc.);
- прием по цифровому радиоканалу команд управления от пункта дистанционного управления;- reception of control commands from a remote control point via a digital radio channel;
- передача по радиоканалу маскированного телевизионного сигнала от трех камер.- transmission over the air of a masked television signal from three cameras.
Спереди платформы установлены две ТВ-камеры 1 и 2, составляющие стереоскопическую пару для обеспечения возможности «скалывания» с их изображения точек с последующим расчетом их пространственных координат. На основе этих данных возможно построение 3D точечной модели наблюдаемых объектов/местности или помещения для последующего использования другими робототехническими комплексами на базе данной платформы в качестве опорной карты препятствий. Камера заднего обзора 3 - широкоугольная (120°) ТВ-камера, служащая для контроля оператором перемещения задним ходом.In front of the platform are two
Приводы левого 4 и правого 5 борта платформы представляют собой независимые электроприводы на базе бесколлекторных трехфазных двигателей с двухступенчатым редуктором, позволяющим развивать максимальную мощность во всем диапазоне скорости движения платформы. В состав приводов также входят раздельные силовые блоки управления, обеспечивающие контроль скорости вращения, токи потребления и температуру двигателя и блока управления.The drives of the
Основой СУП 6 является центральное вычислительное устройство, под управлением операционной системы реального времени. Также в состав центрального вычислителя входят модули расширения интерфейсов для обеспечения взаимодействия с внешними исполнительными устройствами (например, актуаторы редукторов) и датчиками. В СУП 6 также входит ПНО 9.The basis of
ПНО 9 построена на базе БИНС 10 с подключенными к ней АСН 11 и двух МО 12 (на каждый борт). По последовательному каналу связи с центральным вычислителем производится управление режимами работы подсистемы, а также выдача координат текущего положения и углового положения платформы в пространстве (углы Эйлера).PNO 9 is built on the basis of SINS 10 with
Средства связи состоят из двух каналов: канал управления и телеметрии и канал для передачи сигнала от трех ТВ-камер 1, 2 и 3. Канал управления и телеметрии построен на базе цифровых коротковолновых приемопередатчиков, обеспечивающих скорость передачи данных до 19200 бод на расстоянии до 10 км. Канал для передачи сигнала от ТВ-камер 1, 2 и 3 состоит из устройства маскирования (например, перемежение строк, изменение параметров синхроимпульсов и т.д.) телевизионного сигнала и стандартного многоканального телевизионного передатчика, обеспечивающего дальность передачи до 5 км. Компрометация ТВ-сигнала, передаваемого платформой, потенциальным противником не приведет к последствиям, т.к. актуальность информации составляет несколько секунд (не более 10 с).Communication facilities consist of two channels: a control and telemetry channel and a channel for transmitting a signal from three
СЭП 7 состоит из дизельной станции питания и блока аккумуляторных батарей. Станция питания обеспечивает заряд батарей, с которых питание подается на приводы и подсистемы платформы. Управление подсистемой питания и прием от нее телеметрической информации осуществляется от системы управления по последовательному каналу связи.
Шасси универсальной роботизированной платформы - цельнометаллическое сварное. Движитель гусеничный с двумя опорными, одним ведущим и одним натяжным катками. Гусеница - армированная, резиновая. Опорные катки обрезиненные. За основу в универсальной роботизированной платформе принята схема независимых индивидуальных подвесок.The chassis of the universal robotic platform is all-metal welded. Caterpillar mover with two tracks, one drive and one idler. Caterpillar - reinforced, rubber. Road wheels rubberized. The basis of the universal robotic platform adopted the scheme of independent individual suspensions.
Универсальная роботизированная платформа по запросу ПДУ 13 передает телеметрическую информацию в соответствии с ранее установленной маской, обеспечивающей сокращение объема передаваемой информации. По отдельным подсистемам можно получить отдельным запросом детальную информацию. Запросы могут быть двух типов: телеметрия по маске, телеметрия в полном объеме. Маска представляет собой четыре байта, биты которых в зависимости от значения разрешают или запрещают передачу соответствующего им поля данных. В начале каждого пакета телеметрии, передаваемого по маске, выдается наличие аварийных ситуации подсистем и приборов. Телеметрия в полном объеме:The universal robotic platform upon request of the remote control 13 transmits telemetry information in accordance with a previously installed mask, which reduces the amount of information transmitted. For individual subsystems, you can obtain detailed information by a separate request. Requests can be of two types: telemetry by mask, telemetry in full. The mask consists of four bytes, the bits of which, depending on the value, enable or disable the transmission of the corresponding data field. At the beginning of each telemetry packet transmitted by mask, the presence of emergency situations of subsystems and devices is issued. Telemetry in full:
- геодезические координаты местоположения - В, L, Н;- geodetic coordinates of the location - B, L, H;
- углы Эйлера положения платформы в градусах, минутах, секундах;- Euler angles of the platform position in degrees, minutes, seconds;
- состояние ТВ-камер 1, 2 и 3 - включена/выключена, частота канала, тип кодирования;- status of
- состояние аккумуляторных батарей - напряжение, перегрузки (да/нет), перегрев;- battery condition - voltage, overload (yes / no), overheating;
- состояние СЭП 7 - топливо, напряжение, ток, отказы (да/нет);- state of SEP 7 - fuel, voltage, current, failures (yes / no);
- электроприводы - температура блока управления, температура двигателя, отказы (да/нет);- electric drives - control unit temperature, engine temperature, failures (yes / no);
- внешняя обстановка - наличие препятствий, их расположение, застревание шасси.- the external environment - the presence of obstacles, their location, stuck chassis.
Для управляющего ПО использованы следующие языки программирования и трансляторы: GCC (компилятор языка С), Python 3.x.The following programming languages and translators were used for control software: GCC (C language compiler), Python 3.x.
Программное обеспечение платформы состоит из двух уровней: уровень обеспечения сопряжения с аппаратными средствами (драйверы) и прикладной уровень. Драйвера устройств (на фиг. 2 раскрыт драйвер ПНО 9) обеспечивают сопряжение прикладного (управляющего) уровня программного обеспечения с аппаратными средствами платформы, выполняя при этом первичную обработку информации. На примере ПНО 9 - это получение данных от трех источников навигационной информации: БИНС 10, АСН 11 и МО 12 и формирование в зависимости от текущих настроек данных для прикладного уровня программного обеспечения. Такая структура позволяет на прикладном уровне абстрагироваться от аппаратных протоколов обмена с приборами и подсистемами, получая от драйвера уже обработанные «чистые» данные. Драйверы устройств могут быть встроенными в операционную систему либо быть разработаны. Прикладной уровень программного обеспечения построен в виде иерархии скриптов отдельных подзадач - главный управляющий скрипт распределяет потоки данных от драйверов устройств частным целевым скриптам. Такая структура построения позволяет сделать управляющее программное обеспечение, имеющее максимальную ценность, платформенно независимым, доступным для корректировки и имеющим максимально возможный срок актуальности, т.к. замена аппаратных вычислительных средств не влечет изменения данного программного обеспечения.The software of the platform consists of two levels: the level of ensuring interfacing with hardware (drivers) and the application level. Device drivers (Fig. 2 discloses the PNO 9 driver) provide the interface of the application (control) software level with the platform hardware, while performing primary information processing. On the example of PNO 9, this is the receipt of data from three sources of navigation information: BINS 10,
Универсальная роботизированная платформа может находится в следующих режимах: ВЫКЛЮЧЕНА, ВКЛЮЧЕНА и ожидает команды (ОЖИДАНИЕ): работа от аккумуляторных батарей или работа от СРП 18 через батареи, ВЫПОЛНЕНИЕ КОМАНДЫ УПРАВЛЕНИЯ.The universal robotic platform can be in the following modes: TURNED OFF, TURNED ON and waiting for a command (WAITING): operation from rechargeable batteries or operation from SRP 18 through batteries, PERFORMANCE OF THE CONTROL COMMAND.
Исходными данными для алгоритма управления движением являются: текущие координаты местоположения (спутниковая навигация, одометрическая навигация), текущее угловое положение платформы в пространстве, текущие скорости движения (общий вектор, скаляры правого и левого борта), заданные точки маршрута, разворот, параметры маршрута (кривизна, допуск и т.д.), команда пауза/старт.The initial data for the motion control algorithm are: current location coordinates (satellite navigation, odometric navigation), current angular position of the platform in space, current speed of movement (common vector, starboard and starboard scalars), given route points, turn, route parameters (curvature , tolerance, etc.), pause / start command.
Выходные данные алгоритма: сигналы акселератора на правый и левый борт, направление движения левого и правого борта, сигналы торможения двигателей, управление редукторами бортов, программный сигнал завершения движения.The output of the algorithm: accelerator signals to the starboard and port side, the direction of movement of the port and starboard side, engine braking signals, control of the side gearboxes, programmed signal to complete the movement.
На основании исходных данных алгоритм управления движением формирует управляющие сигналы на подсистемы движителя платформы, обеспечивая ее движение по заданному маршруту. Отдельными видами сигналов из перечисленных являются: команда пауза/старт, программный сигнал завершения движения.Based on the source data, the motion control algorithm generates control signals to the platform propulsion subsystems, providing its movement along a given route. Separate types of signals from the listed are: pause / start command, software signal to complete the movement.
Команда пауза/старт используется для адаптивного управления движением в зависимости от внешних условий. Источником данного сигнала может быть оператор или внешний алгоритм (например, алгоритм детектирования препятствия), при этом в зависимости от оценки внешней обстановки возможна отмена текущего маршрута и назначение нового.The pause / start command is used for adaptive motion control depending on external conditions. The source of this signal can be an operator or an external algorithm (for example, an obstacle detection algorithm), and depending on the assessment of the external situation, the current route can be canceled and a new one can be assigned.
Программный сигнал завершения движения формируется при достижении платформой конечной точки маршрута с заданной точностью. Маршрут, как правило, задается набором последовательных точек, через которые должна пройти платформа. Одними из важных параметров маршрута являются допуск и тип аппроксимации. Так как подсистема навигации имеет конечную точность, необходимо вводить допуск на прохождение контрольных точек маршрута. Тип аппроксимации маршрута зависит от обстановки на местности и ее типа (поле, дорога, город и т.д.) и в конечном итоге влияет на скорость прохождения маршрута. Аппроксимация маршрута может быть кусочно-линейной и квадратичной. Квадратичная аппроксимация позволяет проходить контрольные точки на максимально возможной скорости (в зависимости от кривизны), при кусочно-линейной аппроксимации для прохождения контрольных точек необходимо снижение скорости движения до минимальной. Выбор типа аппроксимации зависит от многих условий и выбирается оператором исходя из основных критериев: точность следования по маршруту, скорость прохождения маршрута.A software signal to complete the movement is generated when the platform reaches the end point of the route with a given accuracy. The route, as a rule, is defined by a set of consecutive points through which the platform must pass. One of the important parameters of the route is the tolerance and type of approximation. Since the navigation subsystem has finite accuracy, it is necessary to enter the tolerance for passing the control points of the route. The type of approximation of the route depends on the situation on the terrain and its type (field, road, city, etc.) and ultimately affects the speed of the route. Approximation of a route can be piecewise linear and quadratic. Quadratic approximation allows you to pass control points at the maximum possible speed (depending on the curvature), with piecewise linear approximation for passing control points, it is necessary to reduce the speed to the minimum. The choice of the type of approximation depends on many conditions and is selected by the operator based on the main criteria: the accuracy of following the route, the speed of the route.
Алгоритм выработки рассогласования бортов по скорости реализуется следующим способом. При использовании гусеничного движителя единственным методом поворота платформы является метод различия скоростей движения бортов платформы. Таким образом, для разворота в нужную сторону вводится разница скорости вращения силовых установок. В зависимости от типа задания маршрута могут использоваться два алгоритма: движение по кусочно-линейному маршруту, движение по гладкой траектории (квадратичная аппроксимация). В данном виде движения разделяют два типа движения: по прямой линии от точки к точке, поворот на угол в узлах.The algorithm for generating board mismatch in speed is implemented as follows. When using a caterpillar mover, the only method for turning the platform is the method of varying the speeds of the sides of the platform. Thus, for a turn in the right direction, the difference in the speed of rotation of the power plants is introduced. Depending on the type of route specification, two algorithms can be used: moving along a piecewise linear route, moving along a smooth path (quadratic approximation). In this type of movement, two types of movement are divided: in a straight line from point to point, rotation at an angle in nodes.
Движение по прямой линии обеспечивается алгоритмом коррекции угла (отклонение от прямой) путем ввода рассогласования скорости движения бортов. Значение рассогласования ранжировано в зависимости от ошибки по углу:Movement in a straight line is provided by the angle correction algorithm (deviation from a straight line) by entering a mismatch in the speed of the sides. The mismatch value is ranked according to the angle error:
- менее 10°. Без изменения значения скорости движения, путем ввода рассогласования бортов. Рассогласование скорости не более 5%, зависимость линейная;- less than 10 °. Without changing the value of the speed of movement, by entering the mismatch of the sides. Speed mismatch no more than 5%, linear dependence;
- более 10° менее 30°. Уменьшение скорости движения платформы до 25% от максимальной, ввод рассогласования скорости бортов. Рассогласование скорости не более 10%, зависимость линейная. При возникновении нештатной ситуации (съезд с прямой линии на расстояние более 5 метров) алгоритм движения останавливается, вводится дополнительная промежуточная точка, расположенная на прямой движения, и осуществляется движение до этой точки с продолжением алгоритма от нее. Поворот на заданный угол в узлах (точках) маршрута осуществляется путем остановки платформы по достижении заданной точки и вращением бортов в противоположном направлении до достижения необходимого угла.- more than 10 ° less than 30 °. Reducing the speed of the platform to 25% of the maximum, enter the mismatch of the speed of the sides. The speed mismatch is not more than 10%, the dependence is linear. In the event of an emergency (exit from a straight line to a distance of more than 5 meters), the motion algorithm stops, an additional intermediate point located on a direct motion is entered, and movement to this point is carried out with the continuation of the algorithm from it. Turning at a given angle in the nodes (points) of the route is carried out by stopping the platform when it reaches a given point and rotating the sides in the opposite direction until the desired angle is reached.
Движение по гладкой траектории (квадратичная аппроксимация) в силу примененного метода аппроксимации позволяет осуществлять плавное движение по траектории без остановок, кроме случаев острых углов, на максимально возможной скорости. Управление осуществляется путем рассогласования бортов платформы в зависимости от рассчитанной в каждой точке траектории кривизны (угол поворота). Снижение скорости движения зависит от кривизны и имеет ступенчатую функции, т.е. скорость разделена на диапазоны 100, 50, 5% в зависимости от угла кривизны от 0° до 20°, от 20° до 80° и от 80° и больше соответственно проценту скорости. При возникновении нештатной ситуации (отклонение от маршрута более 5 метров) алгоритм движения останавливается, вводится дополнительная промежуточная точка, расположенная на маршруте движения, и осуществляется движение до этой точки с продолжением алгоритма от нее.The motion along a smooth trajectory (quadratic approximation), by virtue of the applied approximation method, allows smooth motion along the trajectory without stopping, except in cases of sharp angles, at the maximum possible speed. Management is carried out by mismatching the sides of the platform, depending on the curvature trajectory calculated at each point (angle of rotation). The decrease in the speed of movement depends on the curvature and has a step function, i.e. the speed is divided into ranges of 100, 50, 5% depending on the angle of curvature from 0 ° to 20 °, from 20 ° to 80 ° and from 80 ° and more, respectively, to the percentage of speed. In the event of an emergency (deviation from the route of more than 5 meters), the movement algorithm stops, an additional intermediate point located on the route is entered, and movement to this point is continued with the continuation of the algorithm from it.
Общим для обоих алгоритмов является снижение скорости движения в зависимости от расстояния между опорными точками маршрута, т.е. при расстоянии между точками менее 20 м происходит линейное уменьшение скорости движения до 5% от максимальной включительно, при этом подразумевается, что расстояние между точками не может быть менее 2 м.Common to both algorithms is a decrease in speed depending on the distance between the reference points of the route, i.e. when the distance between the points is less than 20 m, a linear decrease in the speed of movement up to 5% of the maximum inclusive is included, while it is understood that the distance between the points cannot be less than 2 m.
ПДУ 13 состоит из двух рабочих мест оператора: оператора универсальной подвижной платформы, оператора/стрелка разведки/вооружения.Remote control 13 consists of two operator workstations: universal mobile platform operator, reconnaissance / weapon operator / gunner.
Основными функциями оператора универсальной роботизированной платформы состоят в обеспечении доставки платформы в указанную точку, контроль движения платформы, контроль за состоянием приборов и подсистем платформы. Рабочее место представляет собой ПЭВМ 14 со средствами отображения, средства связи с платформой, ПРУ 15 движением платформы. На ПЭВМ 14 отображаются все параметры состояния платформы, видеоинформация с ТВ-камер 1, 2 и 3, цифровая карта местности, совместимая с ГИС «Интеграция», органы управления подсистемами платформы.The main functions of the operator of a universal robotic platform are to ensure the delivery of the platform to a specified point, control the movement of the platform, monitor the status of devices and subsystems of the platform. The workplace is a personal computer 14 with means of display, means of communication with the platform, switchgear 15 by the movement of the platform. On PC 14, all platform status parameters are displayed, video information from
Средства связи построены в виде отдельной подсистемы и связаны с ПЭВМ 14 последовательным каналом связи.Communication tools are built in the form of a separate subsystem and are connected to the PC 14 by a serial communication channel.
ПРУ 15 обеспечивает оператору возможность ручного управления движением платформы. ПРУ 15 имеет возможность непосредственного кабельного подключения к платформе для выполнения технологических/регламентных работ с платформой без разворачивания ПДУ 14.PRU 15 provides the operator with the ability to manually control the movement of the platform. The switchgear 15 has the ability to directly connect to the platform for technological / routine work with the platform without deploying the remote control 14.
Таким образом, в предлагаемом изобретении решена задача по достижению технического результата, заключающегося в создании универсальной роботизированной платформы, обеспечивающей установку дополнительного оборудования - целевой нагрузки: систем вооружения различных типов, средств разведки и целеуказания и транспортировочного оборудования, высокую управляемость в реальных климатических условиях, автономное ориентирование, определение собственных координат местоположения по сигналам спутниковой навигации в режиме одометрической навигации и в комплексированном режиме, определение углового положения в пространстве, передачу данных по цифровому радиоканалу о состоянии платформы, прием по цифровому радиоканалу команд управления от пункта дистанционного управления, передачу по радиоканалу маскированного телевизионного сигнала от ТВ-камер.Thus, the present invention solved the problem of achieving a technical result consisting in the creation of a universal robotic platform that provides for the installation of additional equipment - target load: weapons systems of various types, reconnaissance and target designation equipment and transportation equipment, high controllability in real climatic conditions, autonomous orientation , determination of the own position coordinates by satellite navigation signals in odometric mode avigatsii and complexed mode, determining the angular position in space, data transfer over the digital radio channel on the state of the platform, the reception of digital radio control commands from a remote control station, the transmission over the air television signal masked by the TV cameras.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147831A RU2639009C1 (en) | 2016-12-06 | 2016-12-06 | Universal robotic platform |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147831A RU2639009C1 (en) | 2016-12-06 | 2016-12-06 | Universal robotic platform |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2639009C1 true RU2639009C1 (en) | 2017-12-19 |
Family
ID=60719018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016147831A RU2639009C1 (en) | 2016-12-06 | 2016-12-06 | Universal robotic platform |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639009C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730666C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-08-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" | Autonomous mobile robot platform for snow cleaning |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201711965U (en) * | 2010-06-13 | 2011-01-19 | 上海中为智能机器人有限公司 | Portable multi-degree of freedom mini-explosive disposal intelligent mobile robot system |
| WO2012170081A2 (en) * | 2011-01-27 | 2012-12-13 | Irobot Corporation | Small unmanned ground vehicle |
| RU2548207C1 (en) * | 2013-12-02 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Robotic complex for intelligence and fire support |
-
2016
- 2016-12-06 RU RU2016147831A patent/RU2639009C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201711965U (en) * | 2010-06-13 | 2011-01-19 | 上海中为智能机器人有限公司 | Portable multi-degree of freedom mini-explosive disposal intelligent mobile robot system |
| WO2012170081A2 (en) * | 2011-01-27 | 2012-12-13 | Irobot Corporation | Small unmanned ground vehicle |
| RU2548207C1 (en) * | 2013-12-02 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" | Robotic complex for intelligence and fire support |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730666C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-08-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" | Autonomous mobile robot platform for snow cleaning |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2009308192B2 (en) | Control and systems for autonomously driven vehicles | |
| US9244462B2 (en) | Vehicle trajectory planning for autonomous vehicles | |
| CN109606089B (en) | Fire extinguishing vehicle | |
| Wettergreen et al. | Developing Nomad for robotic exploration of the Atacama Desert | |
| EP2333479A2 (en) | Unmanned multi-purpose ground vehicle with different levels of control | |
| US20210309186A1 (en) | Vehicle Sensor Cleaning Systems | |
| RU2506157C1 (en) | Robot transport platform | |
| US20210107484A1 (en) | Autonomous Vehicle Control for Reverse Motion | |
| Sekhavat et al. | Motion planning and control for Hilare pulling a trailer: experimental issues | |
| CN112748743A (en) | Air vehicle navigation system | |
| RU2639009C1 (en) | Universal robotic platform | |
| RU2704048C1 (en) | Mobile self-contained robotic platform with block variable structure | |
| CN106959453A (en) | A kind of auxiliary unmanned plane that satellite-signal is obtained for nonproductive task unmanned plane | |
| RU2652329C1 (en) | Combat support multi-functional robotic-technical complex control system | |
| Kay et al. | Operator interface design issues in a low-bandwidth and high-latency vehicle teleoperation system | |
| RU2701592C1 (en) | Robotic transport platform | |
| Sharma et al. | Real time system architecture for a mobile robot | |
| Trebi-Ollennu et al. | An autonomous ground vehicle for distributed surveillance: cyberscout | |
| CN116931498B (en) | Man-machine co-driving system, method and device | |
| CN214202152U (en) | AGV Car | |
| Thornhill et al. | Design of an agile unmanned combat vehicle: a product of the DARPA UGCV program | |
| Kröger | History of the Research on Vehicle Automation in the United States | |
| Spofford et al. | Off-road perception testbed vehicle design and evaluation | |
| Maurette et al. | Autonomy and remote control experiment for lunar rover missions | |
| Kröger | History of the Research on Vehicle Automation in Europe |