Мобильный микроробот

Полезная модель относится к робототехнике, а именно к мобильным роботам, и предназначена для осуществления работ в экстремальных ситуациях, преимущественно в условиях открытого космоса. Полезная модель направлена на снижение массы микроробота, осуществление возможности его перемещения по неровным и криволинейным поверхностям, и обеспечение возможности использования при осуществлении напланетных миссий. Указанный технический результат достигается тем, что мобильный микроробот содержит подвижную платформу со средством ее перемещения, и средства управления движением платформы, при этом средство перемещения платформы выполнено в виде изгибающихся в направлении поверхности перемещения под внешним воздействием элементов в количестве не менее 16, закрепленных с нижней стороны платформы и расположенных как минимум по 4 в каждом ряду, при этом два ряда параллельны друг другу, а другие два ряда им ортогональны. Изгибающиеся элементы могут быть выполнены в виде различного вида микромеханических актюаторов - тепловых, пьезоэлектрических, биметаллических, с памятью формы. 1 н.п.ф., 4 з.п.ф., 2 илл.

Полезная модель относится к робототехнике, а именно к мобильным роботам, и предназначена для осуществления работ в экстремальных ситуациях, преимущественно в условиях открытого космоса.

Известна малогабаритная транспортная платформа для мобильного робота, предназначенная для выполнения функций передвижения и транспортировки полезного груза мобильным роботом в условиях, требующих преодоления значительных препятствий, соизмеримых с собственными размерами (RU 123753 U1 [1]).

Транспортная платформа содержит корпус, ходовую часть на основе шестигусеничного движителя изменяемой геометрии. Движитель образован левой и правой основными гусеницами, вместе с основными шкивами и направляющими, и четырьмя дополнительными гусеницами с дополнительными шкивами и направляющими. Гусеницы имеют электромеханические приводы движения и электромеханические приводы изменения геометрии движителя.

Недостатками известного устройства являются его значительные массо-габаритные характеристики и сложная кинематическая схема, что затрудняет его использование в условиях космического пространства.

Известна мобильная платформа для роботов, имеющая колесный движитель (RU 2307760 [2]). Мобильная платформа содержит два независимо управляемых колеса и опорные самоориентирующиеся колеса. Кроме того, она снабжена расположенными с возможностью выдвижения на продольных рычагах планетарно-колесными механизмами. Каждый такой механизм представляет собой равномерно расположенными по окружности ролики, кинематически связанные между собой и с поворотной ступицей. В результате расширяются функциональные возможности мобильной платформы, однако она обладает значительными массогабаритными характеристиками и сложной кинематической схемой, что затрудняет ее использование в условиях космического пространства.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является мобильный пьезоэлектрический робот (RU 2164362 [3]). Мобильный пьезоэлектрический робот содержит подвижную платформу, пьезоэлектрические преобразователи, расположенные в вершинах равностороннего треугольника. Система микроманипулирования содержит шаровую основу, постоянный магнит, пьезоэлектрические преобразователи, образующие декартову систему координат. Привод платформы представляет собой пьезокерамический трубчатый элемент с напыленными одним внутренним и четырьмя внешними симметрично расположенными электродами. Один конец пьезокерамического трубчатого элемента присоединен к втулке с проточенными пазами, в которые уложены провода. К другому свободному концу пьезокерамического трубчатого элемента приклеен рубиновый шарик. Пьезоэлектрические преобразователи системы микроманипулирования выполнены с напыленными одним внутренним и двумя внешними симметрично расположенными электродами и образуют декартову систему координат.

Недостатком известного устройства является то, что оно может двигаться только по плоской поверхности, сложность и низкая надежность конструкции, связанная с наличием движущихся с трением деталей.

Заявляемый в качестве полезной модели мобильный робот направлен на снижение его массы, осуществление возможности перемещения по неровным и криволинейным поверхностям, и обеспечение возможности использования при осуществлении напланетных миссий.

Указанный результат достигается тем, что мобильный микроробот содержит подвижную платформу со средством ее перемещения, и средства управления движением платформы, при этом средство перемещения платформы выполнено в виде изгибающихся в направлении поверхности перемещения под внешним воздействием элементов в количестве не менее 16, закрепленных с нижней стороны платформы и расположенных как минимум по 4 в каждом ряду, при этом два ряда параллельны друг другу, а другие два ряда им ортогональны.

Указанный результат достигается также тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде биморфных микромеханических актюаторов.

Указанный результат достигается также тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде теплового микромеханического актюатора.

Указанный результат достигается также тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде микромеханического актюатора из материалов с обратимым эффектом памяти формы.

Указанный результат достигается также тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде пленочного пьезоэлектрического микромеханического актюатора.

Указанный результат достигается также тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде микромеханического актюатора из биметаллических элементов.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются:

- выполнение средства перемещения платформы в виде изгибающихся в направлении поверхности перемещения под внешним воздействием элементов в количестве не менее 16, закрепленных с нижней стороны платформы и расположенных как минимум по 4 в каждом ряду, при этом два ряда параллельны друг другу, а другие два ряда им ортогональны

- выполнение каждого изгибающегося элемента в виде микромеханических актюаторов из биморфных элементов;

- выполнение каждого изгибающегося элемента в виде теплового микромеханического актюатора;

- выполнение каждого изгибающегося элемента в виде микромеханического актюатора из материалов с обратимым эффектом памяти формы;

- выполнение каждого изгибающегося элемента в виде пленочного пьезоэлектрического микромеханического актюатора;

- выполнение каждого изгибающегося элемента в виде микромеханического актюатора из биметаллических элементов.

Выполнение средства перемещения платформы в виде изгибающихся в направлении поверхности перемещения под внешним воздействием элементов в количестве не менее 16, закрепленных с нижней стороны платформы и расположенных как минимум по 4 в каждом ряду, при этом два ряда параллельны друг другу, а другие два ряда им ортогональны позволяет при минимальном количестве объектов управления (изгибающихся элементов) обеспечить устойчивость платформы при их деформации.

В частных случаях реализации в зависимости от решаемых роботом задач число деформируемых (изгибающихся) элементов, прикрепляемых с нижней стороны платформы, может быть увеличено до необходимого количества.

В частных случаях реализации возможно выполнение каждого изгибающегося (деформируемого) элемента в виде микромеханических актюаторов из биморфов, т.е. составленных из двух элементов, один из которых под внешним воздействием будет расширяться, а другой - сжиматься, что приводит к изгибу такого элемента. Соответственно, в зависимости от поставленных задач и наличия соответствующих комплектующих, возможно использование различных биморфов - тепловых (например, микромеханических актюаторов, известных из RU 2448896 [5] или биметаллических, известных из RU 2417878).), на основе материалов с обратимым эффектом памяти формы (RU 2259914, 2367573), пьезоэлектрических (RU 2175601).

Использование перечисленных актюаторов позволяет существенно снизить вес и размеры мобильного робота при работе в условиях открытого космоса и осуществлении напланетных миссий.

Сущность заявляемого мобильного робота поясняется примером реализации и чертежами, на которых представлена принципиальная схема робота и циклограмма его перемещения.

На фиг. 1 представлена схематично принципиальная схема мобильного робота с минимальным количеством деформируемых элементов в проекции вида снизу со стороны поверхности перемещения. На фиг. 2 представлена циклограмма, поясняющая последовательность перемещения мобильного робота (вид сбоку).

Мобильный робот содержит платформу 1, к которой прикреплено не менее 16 деформируемых в направлении поверхности перемещения под внешним воздействием элементов 2, закрепленных с нижней стороны платформы и расположенных как минимум в двух параллельных рядах, и опирающихся свободными концами на поверхность перемещения 3. Мобильный робот содержит блок управления (на чертежах на показан), который может быть встроенным в устройство или быть выполнен в виде персонального компьютера, снабженного соответствующим программным обеспечением, позволяющим подавать сигналы управления на отдельные деформируемые элементы, необходимые для обеспечения движения робота в соответствующих направлениях. При этом, учитывая возможное расположение деформируемых элементов в ортогональных друг другу рядах, общее минимальное количество деформируемых элементов становится равным 16 и устройство может обеспечивать движение не только в двух ортогональных направлениях, но и в любых произвольных, в зависимости от количества «шагов», совершаемых деформируемыми элементами, находящимися в ортогональных друг другу рядах.

Устройство функционирует следующим образом. В зависимости от выбранного направления движения на каждый деформируемый элемент 2 подается соответствующее внешнее воздействие (тепловое, электрическое), которое в зависимости от типа деформируемого элемента приводит к его изгибной деформации относительно продольной оси в том или ином направлении. В результате этого, как показано на фиг. 2, платформа будет смещаться относительно поверхности перемещения 3.

1. Мобильный микроробот, содержащий подвижную платформу со средством ее перемещения и средства управления движением платформы, отличающийся тем, что средство перемещения платформы выполнено в виде изгибающихся в направлении поверхности перемещения под внешним воздействием элементов в количестве не менее 16, закрепленных с нижней стороны платформы и расположенных как минимум по 4 в каждом ряду, при этом два ряда параллельны друг другу, а другие два ряда им ортогональны.

2. Мобильный микроробот по п. 1, отличающийся тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде биморфных микромеханических актюаторов.

3. Мобильный микроробот по п. 2, отличающийся тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде теплового микромеханического актюатора.

4. Мобильный микроробот по п. 1, отличающийся тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде микромеханического актюатора из материалов с обратимым эффектом памяти формы.

5. Мобильный микроробот по п. 1, отличающийся тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде пленочного пьезоэлектрического микромеханического актюатора.

6. Мобильный микроробот по п. 1, отличающийся тем, что каждый изгибающийся элемент выполнен в виде биметаллического микромеханического актюатора.

РИСУНКИ