Мобильный носитель поискового оборудования и способ управления им
Изобретение относится к машиностроению, в частности к мобильным работотехническим комплексам поиска скрытых в грунте взрывоопасных предметов. Задачей изобретения является расширение технологических возможностей поиска взрывоопасных предметов в грунтах со сложным профилем поверхности. В состав мобильного носителя поискового оборудования входит оснащенное датчиком отсчета пройденного пути транспортное средство, оснащенное ЭВМ устройство его управления и шарнирно-рычажная подвеска поискового оборудования, оснащенная приводами, датчиками определения ее положения относительно транспортного средства, датчиками столкновения с препятствием и датчиками определения зазоров между поисковым оборудованием и грунтом. Способ управления носителем содержит начальную установку зазоров и поддержание в заданных пределах их величины во время движения транспортного средства путем воздействия на приводы подвески на основании показаний датчиков определения зазоров с остановкой подвески и транспортного средства при столкновении с препятствием и по результатам обработки показаний датчиков в ЭВМ. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к мобильным робототехническим комплексам поиска скрытых в грунте взрывоопасных предметов.
Известен мобильный носитель навесного оборудования (патент ФРГ N 2330143, кл. F 41 H 11/16, 1975), содержащий транспортное средство с установленным на нем рычажно-шарнирным механизмом, на котором смонтировано исполнительное навесное устройство. Носитель не имеет устройств копирования профиля грунта. Это затрудняет управление носителем, поскольку оператору приходится следить не только за направлением движения транспортного средства, но также за обеспечением необходимого для функционирования навесного устройства зазора между ним и грунтом. Наиболее близким по технической сущности является выбранный за прототип (заявка на изобретение N 97111048/02(011495) от 10 июля 1997 г.) мобильный носитель поискового оборудования, в составе которого имеются оснащенное устройством управления транспортное средство и подвеска поискового оборудования, содержащая два продольных шарнирно соединенных с транспортным средством и соединенных каждый со своим приводом ведущих подъемных рычага, под каждым из которых установлен дополнительный продольный шарнирно соединенный с транспортным средством рычаг, каждый рычаг выполнен в виде телескопического амортизатора и снабжен датчиком столкновения с препятствием, передние концы каждого рычага шарнирно соединены каждый со своей скалкой, установленной в поперечной цилиндрической направляющей рамы, под которой установлены две лыжи, передними концами шарнирно соединенные с рамой, причем одна из скалок снабжена упорами ограничения ее осевого перемещения в направляющей, а лыжи снабжены датчиками отсчета углов их поворота в шарнирах и упорами ограничения самопроизвольного поворота в направлении поверхности грунта. Способ управления этим носителем содержит начальную установку зазоров между поисковым оборудованием и грунтом и поддержание в заданных пределах их величин во время движения транспортного средства по поверхности грунта на основании показаний датчиков отсчета углов поворота лыж путем воздействия оператора-водителя или устройства управления носителя на приводы поворота ведущих рычагов подвески поискового оборудования с остановкой транспортного средства в случае размыкания любого из датчиков столкновения с препятствием. Данный носитель и способ управления им имеют ограниченные технологические возможности применения для поиска взрывоопасных предметов широкозахватным поисковым оборудованием в грунтах со сложным профилем поверхности, потому что определение величин зазоров между поисковым оборудованием и поверхностью грунта и, соответственно, принятие решения о необходимости и направлении поворота рычагов осуществляются только по показаниям двух датчиков отсчета углов поворота лыж. Это может привести к принятию ошибочных решений о необходимости и направлении поворота рычагов из-за отсутствия информации о распределении величин зазоров по ширине поискового оборудования и по ходу движения транспортного средства и недостаточности информации для проверки существования положения подвески поискового оборудования, которое позволяет обеспечить необходимые для его функционирования величины зазоров. Следствиями этих решений могут быть пропуск искомых предметов из-за превышения допустимых значений величины зазоров или столкновение поискового оборудования с грунтом с последующим подрывом взрывоопасных предметов и разрушением носителя. Изобретение решает задачу расширения технологических возможностей поиска взрывоопасных предметов широкозахватным поисковым оборудованием с помощью мобильных робототехнических комплексов в грунтах со сложным профилем поверхности. Для решения этой задачи в мобильном носителе поискового оборудования, содержащем оснащенное устройством управления транспортное средство и подвеску поискового оборудования, содержащую два продольных шарнирно соединенных с транспортным средством и соединенных каждый со своим приводом ведущих подъемных рычага, под каждым из которых установлен дополнительный продольный шарнирно соединенный с транспортным средством рычаг, каждый рычаг выполнен в виде телескопического амортизатора и снабжен датчиком столкновения с препятствием, передние концы каждого рычага шарнирно соединены каждый со своей скалкой, установленной в поперечной цилиндрической направляющей рамы, под которой установлены две лыжи, передними концами шарнирно соединенные с рамой, причем одна из скалок снабжена упорами ограничения ее осевого перемещения в направляющей, а лыжи снабжены датчиками отсчета углов их поворота в шарнирах и упорами ограничения самопроизвольного поворота в направлении поверхности грунта, транспортное средство снабжено датчиком отсчета пройденного пути, устройство управления транспортного средства снабжено ЭВМ, под рамой установлены дополнительные, передними концами шарнирно соединенные с ней, лыжи, снабженные датчиками отсчета углов их поворота в шарнирах и упорами ограничения самопроизвольного поворота в направлении поверхности грунта, а ведущие рычаги снабжены датчиками отсчета углового положения в шарнирах их соединения с транспортным средством. Для решения этой задачи в способе управления носителем поискового оборудования, заключающемся в том, что первоначально устанавливают зазоры между поисковым оборудованием и грунтом и поддерживают в заданных пределах их величины во время движения транспортного средства по поверхности грунта на основании показаний датчиков отсчета углов поворота лыж, при этом оператор-водитель или устройство управления носителя воздействуют на приводы поворота ведущих рычагов подвески поискового оборудования и останавливают транспортное средство в случае размыкания любого из датчиков столкновения с препятствием, при обнаружении отклонений показаний датчиков отсчета углов поворота лыж от заданных величин в ЭВМ на основании показаний каждого из этих датчиков и датчиков отсчета углового положения рычагов проводят проверку существования положения подвески поискового оборудования, позволяющего устранить эти отклонения без разрушения составных частей подвески, а также на основании показаний этих датчиков и датчика отсчета пройденного пути проводят определение длины пройденного транспортным средством отрезка пути, на котором показания любого из датчиков отсчета углов поворота лыж отклонялись от заданных величин, и в случае отсутствия такого положения или превышения заданных значений длины этого отрезка производят остановку движения рычагов и транспортного средства. На чертеже представлена кинематическая схема, поясняющая устройство и принцип действия носителя. В состав носителя поискового оборудования входят изображенное на кинематической схеме в виде стойки 1 транспортное средство, например мобильный робот, оснащенный датчиком отсчета пройденного пути (не показан), в качестве которого может быть использован, например, импульсный преобразователь угла поворота ходового колеса или мотор-звездочки гусеничного движителя транспортного средства в цифровой код, и устройство управления (не показано), в составе которого имеется ЭВМ (не показана). На транспортном средстве 1 размещена подвеска поискового оборудования, содержащая два установленных вдоль каждого борта транспортного средства и соединенных каждый со своим приводом, например, с электромеханизмом (не показан), ведущих подъемных рычага 2 и 3, под каждым из которых установлено по одному дополнительному ведомому рычагу 4 и 5. Рычаги 2 - 5 имеют одинаковую длину и соединены с транспортным средством цилиндрическими шарнирами 6. Ведущие рычаги 2 и 3 снабжены датчиками отсчета их углового положения в шарнирах 6, например потенциометрами (не показаны). Каждый из рычагов 2 - 5 представляет собой телескопический амортизатор, состоящий из корпуса 7, в цилиндрических направляющих 8 которого установлена штанга 9, поджатая в осевом направлении пружиной 10. Каждый из рычагов 2 - 5 снабжен датчиком, например контактным выключателем (не показан), контакты которого размыкаются при сжатии до определенного предела пружины 10. Каждая штанга 9 при помощи цилиндрического шарнира 11 соединена со своей скалкой 12, каждая из которых установлена в своей цилиндрической направляющей 13 поперечной рамы 14, причем одна из скалок 12 снабжена упорами 15 ограничения ее осевого перемещения в направляющей 13. Под рамой 14 установлены лыжи 16 и 17, которые расположены по боковым сторонам рамы 14. Между лыжами 16 и 17 расположены дополнительные лыжи 18. Количество лыж 16 - 18 и расстояния между ними определяются размерами и особенностями функционирования устанавливаемого на подвеску поискового оборудования. Передние части лыж 16 - 18 соединены с рамой 14 при помощи шарниров 19. Лыжи 16 - 18 снабжены датчиками, например потенциометрами (не показаны), отсчета углов их поворота в шарнирах 19 и упорами 20 ограничения поворота лыж в направлении поверхности грунта. Устройство работает следующим образом. При воздействии оператора-водителя или устройства управления транспортного средства на приводы ведущих рычагов 2 и 3 они поворачиваются в шарнирах 6. При этом возникают несколько случаев взаимодействия составных частей подвески. Наиболее простым является случай, когда оба рычага 2 и 3 параллельны друг другу и под действием приводов поворачиваются в одном направлении с одинаковыми скоростями. В этом случае рычаги 2 - 5 синхронно поворачиваются на один и тот же угол, а скалки 12 поворачиваются в направляющих 13. При этом рама и установленное на ней поисковое оборудование совершает плоско-параллельное движение. Во всех остальных случаях при повороте ведущих рычагов 2 и 3 ведомые рычаги 4 и 5 поворачиваются на угол, несколько отличающийся от угла поворота рычагов 2 и 3. В процессе этого поворота происходят: поворот штанг 9 в направляющих 8, взаимный поворот штанг 9 и скалок 12 вокруг осей соединяющих их шарниров 11, поворот скалки 12, снабженной упорами 15, в направляющей 13 и поворот с одновременным поступательным перемещением остальных скалок 12 в своих направляющих 13. Кроме этого, из-за различий в углах поворотов рычагов происходит поступательное перемещение штанг 9 в направляющих 8, сопровождающееся незначительной деформацией пружин 10. При этом рама и установленное на ней поисковое оборудование совершают сложное пространственное движение, которое сопровождается изменениями высоты и углов продольного и поперечного перекоса их относительно транспортного средства. Размеры и взаимное расположение составных частей подвески выбираются таким образом, чтобы при копировании профиля грунта величины этих углов не вызывали разрушения сочленений подвески, а величина сжатия пружин 10 была незначительной и не вызывала размыкания контактов выключателей амортизаторов. В результате поворота ведущих рычагов 2 и 3 изменяются показания датчиков отсчета их углового положения в шарнирах 6 и в соответствии с изменениями величин зазоров между поисковым оборудованием и грунтом, изменяются показания датчиков отсчета углов поворота лыж 16 - 18 в шарнирах 19. Показания этих датчиков поступают в устройство управления транспортного средства и являются исходными данными о распределении величин зазоров по ширине поискового оборудования и для проверки с помощью ЭВМ существования положения подвески поискового оборудования, которое позволяет обеспечить необходимые для его функционирования величины зазоров. При столкновении поискового оборудования с препятствием происходит продольное перемещение одной или нескольких штанг 9 в направляющих 8, сжатие соответствующих пружин 10 и размыкание конечных выключателей, встроенных в эти рычаги. Размыкание выключателя происходит, если величина сжатия соответствующей пружины превысит расчетную, определяемую геометрическими параметрами подвески величину ее сжатия от взаимного перемещения составных частей подвески при копировании профиля грунта без столкновения поискового оборудования с препятствием. Информация о размыкании любого из выключателей является сигналом о необходимости остановки транспортного средства. При движении транспортного средства изменяются показания датчика отсчета пройденного пути. Эти показания поступают в устройство управления транспортного средства и используются для определения длины пройденного транспортным средством отрезка пути, на котором показания любого из датчиков отсчета углов поворота лыж 16 - 18 отклонялись от заданных величин. Управление устройством осуществляется следующим образом. При поиске скрытых в грунте взрывоопасных предметов оператор-водитель или устройство управления транспортного средства осуществляют первоначальную установку зазоров между поисковым оборудованием и грунтом и поддерживают в заданных пределах их величины во время движения транспортного средства по поверхности грунта, при этом воздействуют на приводы поворота ведущих рычагов 2 и 3. Выбор направления и величины углов поворота рычагов 2 и 3 осуществляют на основании показаний датчиков отсчета углов поворота лыж 16 - 18 в шарнирах 19, изменяющихся в зависимости от расстояния между установленным на раме поисковым оборудованием и грунтом. В случае размыкания любого из датчиков столкновения с препятствием производят остановку движения рычагов 2 и 3 и транспортного средства. При обнаружении отклонений показаний датчиков отсчета углов поворота лыж 16 - 18 от заданных величин с помощью ЭВМ на основании показаний каждого из этих датчиков и датчиков отсчета углового положения рычагов 2 и 3 проводят проверку существования положения подвески поискового оборудования, позволяющего устранить эти отклонения, а также на основании показаний этих датчиков и датчика отсчета пройденного пути проводят определение длины пройденного транспортным средством отрезка пути, на котором показания любого из датчиков отсчета углов поворота лыж 16 - 18 отклонялись от заданных величин, и в случае отсутствия такого положения или превышения заданных значений длины этого отрезка производят остановку движения рычагов 2 и 3 и транспортного средства 1. При этом проверку с помощью ЭВМ существования положения подвески поискового оборудования, позволяющего устранить отклонения показаний датчиков отсчета углов поворота лыж 16 - 18 от заданных величин без разрушения составных частей подвески, проводят следующим образом. На основании текущих показаний датчиков отсчета углов поворота лыж для каждой i-й лыжи проверяют неравенство















где



Pmin

является критерием существования теоретического положения подвески поискового оборудования, обеспечивающего в заданных пределах

P=1/2

что завершает первый этап проверки. Невыполнение неравенства (3) во всех случаях означает, что требуемого положения подвески, обеспечивающего функционирование поискового оборудования на имеющейся поверхности грунта, не существует и ЭВМ вырабатывает запрет на движение ведущих рычагов 2 и 3 и транспортного средства 1. На втором этапе проверки определяют величины углов поворота ведущих рычагов 2 и 3, позволяющих перевести подвеску поискового устройства в требуемое положение, задаваемое параметрами



где
H - расстояние между шарнирами 6 ведущего и ведомого рычагов, расположенных на одном борту, например 2-го и 4-го, 3-го и 5-го;
L - расстояние между шарнирами 6 ведущих (ведомых) рычагов;
D - расстояние между шарнирами 6 и 11 ведущего рычага при отсутствии деформации пружины 10;




знак







Систему (5) решают одним из численных методов, например методом итераций. Далее найденные значения углов поворота








где




При выполнении всех неравенств (6) значения углов поворота


li=lt
где
li - показание датчика отсчета пройденного пути, соответствующее выполнению неравенства (1) для i-й лыжи;
lt - текущее показание датчика отсчета пройденного пути. Если же неравенство (1) не выполнено для i-й лыжи, то есть зазор между дном поискового устройства и грунтом под i-й лыжей вне допустимых пределов, то присваивания (7) не производят и величина li, сохраняет свое значение, соответствующее последнему циклу считывания датчика отсчета пройденного пути, при котором неравенство (1) еще выполнялось для i-й лыжи. Вместо присваивания (7) в этом случае проверяют выполнение неравенства

где

Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1