misle.ru страница 1
скачать файл

Н.А. ПЕРМИНОВ

ПЕРСОНАЛЬНЫЙ РОБОТ ДЛЯ СОЛДАТА


Рассматриваются основные

принципы построения

персонального робота

для солдата.


In article are offered approach

to making the personal robot

for soldier.

Персональный робот предназначен для индивидуального обслуживания солдата.

Основные функция (транспорт, питание и здравоохранение) выполняются роботом автономно независимо от местонахождения солдата и состояния его здоровья,

Основным элементом робота является сенсор. Основой конструкции сенсора является магнитоэлектрический измерительный механизм, совмещающий функции реактивного двигателя, привода схвата и датчика системы технического интеллекта.

В исходном состоянии персональный робот представляет собой облако, состоящее из необходимого для обслуживания солдата множества миниатюрных сенсоров, каждый из которых аккумулирует фотоэлектродвижущую силу, термоэлектродвижущую силу, электродвижущую силу магнитной индукции и ждет команды персонального компьютера (сотового контроллера).

Зарядка аккумулятора сотового контроллера обеспечивается от аккумуляторов резервных сенсоров контактным методом.

Компоновка определенного множества сенсоров в трансформируемые мобильные роботы позволяет создавать производственные комплексы для обслуживания солдата в реальном масштабе времени. Контроллер и микропроцессоры сенсоров создают дружественное солдату гиперпространство, объединенное сотовой связью.

Робот состоит из одной или нескольких объемных фигур заданной формы в зависимости от выполняемых в данный момент функций.

Робот выполняет программу обслуживания солдата. Робот выполняет адекватные ситуации команды солдата. Солдат отдает команды роботу голосом, жестом (вперед, назад, вверх, вниз, вправо, влево, стоп, подать).

Робот обеспечивает транспортировку объектов по воздуху, по воде и по суше.

Робот выполняет функции искусственного интеллекта: осязание, зрение, слух, обоняние.

Робот является источником тепла, света различного цвета и звука.

Робот идентифицирует объекты по форме, весу, плотности, цвету, запаху, звуку (ультразвуку).

Робот обеспечивает манипулирование объектами (в том числе и сенсорами): обнаружение, захват, удержание, подъем, транспортировка и освобождение объекта.

Реверсивное управление магнитоэлектрическими сенсорами робота обеспечивает подобную руке человека скорость перемещения, податливость, плавность, чувствительность и точность манипулирования.

Для переноса объектов (солдата, личного оружия, боеприпасов, обмундирования, продуктов питания, воды и др.) сенсоры робота компонуются в трансформируемые многослойные несущие оболочки. Каждый объект переносится в отдельной оболочке. Соединение сенсоров между собой производится схват в схват методом защелки резцов. Оболочка не пропускает избыточную влагу, имеет оптимальную температуру. При транспортировке объекта несущие оболочки робота избегают столкновений со встречными объектами, препятствуют проникновению внешних объектов в оболочку.

В направлении наведения оптического прицела оружия солдата робот открывает в оболочке сектор обстрела.

Робот обеспечивает обогрев, освещение, вентиляцию и уборку окружающего солдата пространства.

На основе функций искусственного осязания робот обеспечивает очистку кожных покровов солдата; на основе функций обоняния выполняет медицинские анализы, проводит профилактическое и микрохирургическое лечение.

Робот подбирает ткань таким образом, чтобы обеспечить лечебно- профилактическое воздействие обмундирования на тело солдата.

Пища для солдата готовится роботом по индивидуальному рецепту по результатам медицинских анализов. Продукты подбираются роботом по цвету, запаху, форме, плотности, весу. При необходимости робот производит очистку, измельчение и тепловую обработку продуктов питания.

Контроллер обеспечивает диагностику работоспособности сенсоров и замену неисправных сенсоров на резервные.



На рис. 1 изображен сенсор магнитоэлектрический [1].




1-Оболочка

2-Резец


3-Магнитный зазор

4-Магнитопровод

5-Магнит

6-Ось


7-Рамка

8-Схват














Рис.1. Сенсор магнитоэлектрический

Измерительный механизм заключен в эластичную оболочку, наполненную гелием. На оболочке размещены фотоэлементы, обеспечивающие электропитание сенсора. Обмен информацией между контроллером и микропроцессором сенсора производится по сотовой связи. Контроллер передает сенсору сигнал управления, равный заданной величине напряжения Е0 на токоведущей цепи обмотки рамки.


Динамика подвижной части сенсора описывается уравнением моментов

J*(d2Х/dt2) + P*(dХ/dt) + W*Х(t) = F0*E0/R.

Система технического интеллекта основана на измерении и математическом анализе величин параметров сенсора:

J – момент инерции,

Р – коэффициент успокоения,

R – сопротивление обмотки рамки,

Х – угол поворота схвата,

F0 – потокосцепление,

t – время,

W – удельный противодействующий момент,

Во время углового перемещения подвижной части в рамке сенсора индуцируется электродвижущая сила


E(t) =Е0+ F0*(dХ/dt).
Величина E(t) измеряется микропроцессором сенсора и по сотовой связи передается в контроллер, который выполняет измерение и анализ параметров объекта.

При отсутствии объекта проверяется работоспособность сенсора. Диагностируемыми величинами являются степень ускорения G и частота собственных колебаний Q0


G=P/(2*J), Q0=(W/J)0.5.
Эти величины измеряются решением уравнения, описывающего обратный ход подвижной части сенсора

dE/dt + 2*G*E(t) + Q02*0mE(t)dt =0.


Электродвижущая сила E(t), генерируемая при обратном ходе подвижной части сенсора и при столкновении сенсора с другим объектом, используется для зарядки аккумулятора сенсора.

Быстродействие сенсора определяется измерением величины времени хода подвижной части от одного установившегося состояния к другому [2]


m=( /2+arctg(G/Q))/Q при G<=Q0 и
m= Ln((K1/K2)/(K1-K2)) при GQ0,
где Q=(Q02-G2)0.5 - круговая частота колебаний,
K1,K2 = -G+/-(G2-Q02)0.5 - корни уравнения при начальных условиях Х(0)=X0, dХ(0)/dt=0.
Система технического интеллекта робота основана на совокупных косвенных измерениях.

Определение температуры окружающей среды производится по измеренной величине сопротивления обмотки рамки сенсора


R=R0/(E0/E-1) , где R0– постоянное сопротивление в цепи.
Изменение газового состава воздуха ведет к изменению величин магнитной проницаемости и потокосцепления. Величина потокосцепления измеряется как отношение конечного значения полного магнитного потока F к постоянной величине динамического диапазона поворота схвата X0
F0=F/X0=(0mE(t)dt)/X0.
Таким образом реализуется функция искусственного обоняния.

Определение плотности окружающей среды производится по измеренной величине коэффициента успокоения


Р=F02 /R.

Определение высоты подъема сенсора производится по измеренной величине удельного противодействующего момента, создаваемого оболочкой сенсора


W=P*E0 /F.
Определение массы объекта находящегося (запертого) на конце схвата производится по измеренной величине момента инерции
J=2*G/F.
Скользящие касание сенсора с объектом (обнаружение объекта) определяется измеренной величиной угла трения [4]
Xm(t)=(P*E(t)/W+F(t))/Fo.
Сканирование объекта и измерение его геометрических размеров производится [3] по величине разности между заданным и измеренным углами поворота схвата
Xr=Xz-Xo=Fo*Eo/(W*R)-F/Fo.
Для захвата и удержания объекта в схвате необходимо увеличить вращающий момент до заданного Mz, увеличивая напряжение
Eo=R*(Mz+W*Xo)/Fo.
Ток в рамке приводит к нагреву гелия и увеличения подъемной силы оболочки сенсора.

В результате термомагнитной конвенции кислорода в магнитном зазоре сенсора реализуется действие воздушного реактивного двигателя. Величина силы тяги


F=A*K*H*(dH/dl)*V,
где А – постоянный коэффициент,

К – объемная магнитная восприимчивость кислорода,

Н – напряженность магнитного поля в магнитном зазоре,

dH/dl - градиент напряженности магнитного поля по длине магнитного зазора,

V- объем кислорода в магнитном зазоре.

Изменение направления полета сенсора определяется величиной угла поворота подвижной части


Х= F0*E0/(W*R).
В зависимости от угла поворота подвижной части сенсора люминесцентные светофильтры на оболочке изменяют цвет и освещенность окружающего пространства. Фотоэлектрические элементы, размещенные на оболочке, аккумулируют определенный монохроматический свет из видимой области спектра. Измерение величины фотоэлектродвижущей силы Е0 реализует элемент технического зрения.

Изменение цветовой гаммы оболочки в соответствии со световой гаммой местности обеспечивает маскировку солдата.

Степень открытия полости схвата Х определяет резонансную частоту звуковой волны. Измерение громкости звукового тона производится по величине переменной составляющей Е(t), индуцируемой в рамке при воздействии на сенсор звукового давления. Таким образом реализуется функция искусственного слуха.

Наложение переменной составляющей на величину Е0 приводит к тому, что полость схвата становится источником звука (голоса). Кроме того, ультразвук используется как элемент локации объектов.

В рамках научно-исследовательской работы [5] разработан и изготовлен робот «Сенсор».

Рис. 2. Робот магнитоэлектрический

На рис.2. изображен робот системы искусственного осязания, предназначенный для сортировки объектов.

Компоновка робота выполнена в виде пятипалой руки. Сенсоры суставов робота изготовлены из измерительных механизмов магнитоэлектрических индикаторов тока М68501.

Управление роботом производится с помощью микропроцессорного устройства «Курсор» [6]. Устройство «Курсор» является контроллером и содержит цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи. Алгоритмы управления роботом реализованы на языке программирования «BASIC».

Робот работает с объектами весом до 0,1 кг и условным диаметром до 0,1 м. Робот обеспечивает обнаружение, захват, удержание, подъем, транспортировку и освобождение объекта. Робот измеряет вес и условный диаметр объекта. Робот производит сортировку объектов по весу, по условному диаметру или по условной плотности. Робот выполняет диагностику работоспособности магнитоэлектрических суставов.

Робот «Сенсор» реализует функции системы искусственного осязания. Для реализации в полном объеме функций персонального робота требуется проведение дополнительных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Производство персонального робота основано на применении нанотехнологии и мембранной технологии.



Список литературы


  1. Перминов Н.А. Манипулятор. А.С. 1261788 СССР, В 25 J 1/00 //Изобретения. 1986. №37.

  2. Перминов Н.А. Устройство для контроля времени хода измерительного механизма. А.С. 1275342 СССР, G 01 R 35/00 //Изобретения. 1986. №.45

  3. Перминов Н.А. Устройство для измерения угла отклонения стрелки измерительного механизма. А.С. 1170367 СССР, G 10 R 35/00 //Изобретения. 1985. №28.

  4. Перминов Н.А. // Устройство для контроля затираний измерительного механизма. А.С.1185281 СССР,G 01 R 35/00 //Изобретения. 1985. №38.

  5. Перминов Н.А., Цыбуленко Н.И., СлинченкоВ.Г.,Леднев В.С.,Сова А.Я., Алгазин В.Д. Исследование возможности создания комплекта счетно-измерительной техники. // Отчет о НИР (заключительный). УДК 621.865. Гос.рег.№0290.0 020 708.

  6. Перминов Н.А., Гартвих В.Г., Пилипенко Г.И., Яковлева Н.Ф., Осин В.К. Устройство учебное микропроцессорное. //Свидетельство на промышленный образец СССР №23972.

  7. Перминов Н.А. О цикле развития техники и технологии. // сб. Материалы Второй Международной конференции «Циклические процессы в природе и обществе». Ставрополь, изд. CтУ, 1994, стр.51-53.

  8. Перминов Н.А. Персональный робот. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика . 2003. №5. стр.39-40.


Ваши отзывы и предложения направляйте по адресу:

PerminovNikolay@mail.ru

С уважением

Перминов Николай Алексеевич.
скачать файл



Смотрите также: