L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И РАЗМЕТКИ УЧАСТКОВ ТЕРРИТОРИИ С ХИМИЧЕСКИМ И РАДИОАКТИВНЫМ ЗАРАЖЕНИЕМ
| Название | УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И РАЗМЕТКИ УЧАСТКОВ ТЕРРИТОРИИ С ХИМИЧЕСКИМ И РАДИОАКТИВНЫМ ЗАРАЖЕНИЕМ |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Гуцул Владимир Иванович, Сырямкин Владимир Иванович, Ильичев Вадим Николаевич, Угрюмов Дмитрий Александрович, Сырямкин Максим Владимирович |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2661295 |
| Дата регистрации | 13.07.2018 |
| Правообладатель | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) |
| Область применения (класс МПК) | B25J 5/00 (2006.01) |
Описание изобретения
Изобретение относится к устройствам мониторинга территории. Техническим результатом является обеспечение управления многофункциональным роботом с улучшенными функциональными возможностями. Устройство содержит робот, имеющий возможность перемещаться по наземной поверхности и в воздушном пространстве и состоящий из гексокоптера и аэродинамической решетки. Причем пространственное положение робота определяют вне зависимости от ориентации, скорости движения и времени суток. При этом получают и распознают звуковые изображения, визуальные изображения, информацию о химической обстановке, информацию о радиационной обстановке. Электронно и/или механически размечают опасные участки территории и обеспечивают длительное автономное функционирование робота. Универсальная аэродинамическая решетка содержит обода со спицами, соединительную решётку и горизонтальную ось, на которой закреплена платформа-гексокоптер и различное оборудование, включая приборы связи с пультом управления и автономно подзаряжаемый блок питания. Универсальный пульт управления содержит компьютеризированное рабочее место пилота, компьютеризированное рабочее место инженера, антенный блок, приёмопередатчик и блок шифрования информации. 18 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к устройствам мониторинга территории. Область применения охватывает устройства определения и разметки участков территории с химическим и радиоактивным заражением.
Известны и широко применяются различные устройства мониторинга территории, основанные на наземно-воздушных дистанционно-управляемых системах [1,2].
Существенным признаком этих устройств является то, что дистанционно управляется устройство, способное передвигаться по воздуху, объединяющее робот, квадрокоптер и колесо, способное передвигаться по поверхности.
Недостатки устройств заключаются в невозможности разворота устройства на месте в наземном положении (это существенно ограничивает применение робота в стесненных условиях здания и сооружения), в низком коэффициенте полезного действия из-за повышенной затраты энергии винтов приводов квадрокоптера (до 60%), необходимости включения всех четырех винтов для горизонтального перемещения, малая грузоподъемность, сильное раскачивание и низкие функциональные возможности. Кроме этого отсутствует режим автоматического управления.
В качестве прототипа выбрано устройство, в котором в универсальной аэродинамической платформе, выполненной одновременно в виде клетки и колеса, размещен гексокоптер. Устройство способно перемещаться по грунту и воздуху, разворачиваться на месте [2].
Недостатки устройства заключаются в низкой точности определения координат местонахождения объекта (универсального робота УР), отсутствии одновременно автоматического и автоматизированного режимов функционирования, низком быстродействии, малой маневренности и низких функциональных возможностях (невозможности перемещения по снегу, льду, воде, земле, воздуху, невозможности перемещения в ограниченном пространстве и в любое время суток, по заминированной территории и в ветреную погоду; невозможности определения и разметки участков территории с химическим и радиоактивным заражением), недостаточной оперативности выполнения заданных технологических операций, недостаточном удобстве обслуживания и обеспечения безопасности функционирования, малой продолжительности автономной работы и малой грузоподъемности.
Задачей изобретения является создание устройства для определения и разметки участков территории с химическим и радиоактивным заражением с улучшенными функциональными возможностями за счет повышения точности и быстродействия определения координат, оперативности и маневренности, реализации автоматического и автоматизированного режимов, обеспечения безопасности функционирования и удобства обслуживания, способности распознавать звуковую и визуальную информацию (изображения), определять и размечать участки территории с химическим и радиоактивным заражением.
Поставленная задача достигается тем, что заявленное устройство, содержащее, как и прототип, универсальную аэродинамическую решетку, платформу с пропеллерами и универсальный пульт управления, имеет возможность перемещаться по любой траектории по наземной поверхности и в воздушном пространстве.
Новые признаки устройства:
универсальная аэродинамическая решетка 1 содержит два обода со спицами, соединительную решетку и горизонтальную ось, на которой может быть закреплена платформа с оборудованием;
платформа-гексокоптер 2 содержит шесть приводов с пропеллером 3-8, навесное оборудование в составе: гироскоп 12; акселерометр 13; высотомер 15; магнитомер-миноискатель MM 16; прибор радиационной и химической разведки ПРХР 17; цветная 3D видеокамера 18; тепловизор 19; прибор ночного видения ПНВ 20; автопилот 28; измеритель температуры воздуха ИТВ 31; измеритель направления и скорости ветра ИНСВ 32; определитель координат GPS-ГЛОНАСС 33; локатор 34 и анализатор звука 40;
блоки обработки информации и управления в составе: микроконтроллер управления МУ 11; контроллер управления приводами движения КУПД 9; контроллер управления приводами полета КУПП 10; распознаватель окружающей среды РОС 35; блок стабилизации 14; блок управления навесным оборудованием БУНО 21; блок разметки опасной территории БРОТ 38; механизм установки на местности блоков разметки опасной территории МУБРОТ 39; первый приемопередатчик ППП 23 и универсальный мобильный блок питания УМБП 29;
универсальный пульт управления роботом УПУ 25 содержит блоки управления в составе: компьютеризированное рабочее место пилота КРМП 26; компьютеризированное рабочее место инженера КРМИ 27; антенный блок с автотрекером АБА 22; второй приемопередатчик ВПП 24; цифровой блок телеметрии ЦБТ 37; блок шифрования БШ 36 и универсальный стационарный блок питания УСБП 30;
при этом микроконтроллер управления МУ 11 подключен отдельными двунаправленными связями к контроллеру управления приводами движения КУПД 9, контроллеру управления приводами полета КУПП 10, определителю координат GPS/ГЛОНАСС 33, автопилоту 28, распознавателю окружающей среды РОС 35, блоку стабилизации 14, блоку управления навесным оборудованием БУНО 21, блоку разметки опасной территории БРОТ 37 и первому приемопередатчику ППП 23;
контроллер управления приводами движения КУПД 9, в свою очередь, подключен отдельными двунаправленными связями к первому приводу с пропеллером 3 и ко второму приводу с пропеллером 4,
контроллер управления приводами полета КУПП 10, в свою очередь, подключен отдельными двунаправленными связями к третьему приводу с пропеллером 5, четвертому приводу с пропеллером 6, пятому приводу с пропеллером 7 и шестому приводу с пропеллером 8,
блок стабилизации 14, в свою очередь, подключен отдельными двунаправленными связями к гироскопу 12 и акселерометру 13,
блок управления навесным оборудованием БУНО 21, в свою очередь, подключен отдельными двунаправленными связями к высотомеру 15, магнитомеру-миноискателю ММ 16, прибору радиационной и химической разведки ПРХР 17, цветной 3D видеокамере 18, тепловизору 19, прибору ночного видения 20, измерителю температуры воздуха ИТВ 31, измерителю направления и скорости ветра ИНСВ 32, локатору 34, анализатору звука 40, а навесное оборудование и блоки управления платформы-гексокоптера 2 подключены к универсальному мобильному блоку питания УМБП 29,
блок разметки опасной территории БРОТ 38, в свою очередь, подключен отдельными двунаправленными связями к механизму установки на местности блоков разметки опасной территории МУБРОТ 39;
при этом компьютеризированное рабочее местом пилота КРМП 26 и компьютеризированное рабочее место инженера КРМИ 27 отдельными двунаправленными связями соединены между собой, а также подключены к цифровому блоку телеметрии ЦБТ 37, блоку шифрования БШ 36, антенному блоку с автотрекером АБА 22 и к универсальному стационарному блоку питания УСБП 30, причем упомянутый первый приемопередатчик ППП 23 посредством последовательно соединенных второго приемопередатчика ВПП 24 и блока шифрования БШ 36 имеет возможность установить связь с рабочим местом пилота КРМП 26 и рабочим местом инженера КРМИ 27.
В частном случае универсальная аэродинамическая решетка содержит два обода со спицами и подшипниками, соединительную решетку и горизонтальную ось, на которой установлена платформа-гексокоптер с закрепленными на ней шестью приводами с пропеллером.
Кроме того, прибор ночного видения ПНВ выполнен в виде телевизионной камеры, содержащей инфракрасный прожектор и функционирующей в инфракрасном оптическом диапазоне.
Кроме того, тепловизор выполнен в виде телевизионной камеры, воспринимающей и отображающей тепловое изображение объекта контроля.
Кроме того, цветная 3D видеокамера имеет два приемника оптического диапазона и выполнена с возможностью восстановления трехмерного цветного изображения объекта контроля.
Кроме того, локатор состоит из сканирующего лучевого излучателя, приемника отраженного сигнала, отображателя полученной информации и интерфейса связи с потребителем информации.
Кроме того, блок разметки опасной территории БРОТ включает в себя навигатор GPS/ГЛОНАСС, прибор химического анализа, радиометр, радиомодем, компаратор и блок питания.
Кроме того, механизм установки на местности блоков разметки опасной территории МУБРОТ включает корпус, содержащий устанавливаемые на местности блоки разметки, электромагнит, фиксатор и блок управления
Кроме того, блок управления навесным оборудованием БУНО содержит синхронизатор включения последовательности работы приборов и блок управления положением приборов съема информации и передачи ее потребителю.
Кроме того, приводы с пропеллером 3-8 выполнены в виде двигателя, редуктора, пропеллера механизма поворота пропеллера и устройства крепления привода к платформе-гексокоптеру.
Кроме того, контроллеры управления приводами движения и полета выполнены в виде процессора, блока памяти и интерфейса.
Кроме того, микроконтроллер управления выполнен в виде процессора, блока памяти и интерфейса.
Кроме того, первый и второй приемопередатчики выполнены в виде преобразователя, шифратора, дешифратора и усилителя.
Кроме того, универсальный пульт управления содержит процессор, блок памяти, интерфейс и блок ручного управления устройством с помощью клавиатуры и джойстика.
Кроме того, компьютеризированное рабочее место пилота выполнено в виде процессора, блока памяти, интерфейса, дисплея и блока ручного управления устройством с помощью клавиатуры и/или джойстика.
Кроме того, компьютеризированное рабочее место инженера выполнено в виде процессора, блока памяти, интерфейса, дисплея, клавиатуры и блока отображения информации об окружающей среде.
Кроме того, распознаватель выполнен в виде параллельно включенных блоков корреляционного анализа, Фурье-анализа, Вейвлет-анализа, фрактального анализа, анализа нейро-нечеткими методами, анализа морфологическими (структурными) методами и анализа структурно-перестраиваемыми методами, а также содержит блок управления подсистемами обработки изображений, интеллектуальный блок анализа результата и интерфейсы ввода и вывода.
Кроме того, универсальный стационарный блок питания УСБП выполнен в виде выпрямителя переменного электрического тока, стабилизатора, аккумулятора, блока подзарядки, комплексного блока солнечной батареи и ветряного мини энергоблока.
Кроме того, универсальный мобильный блок питания выполнен в виде блока подзарядки, аккумулятора, блока солнечной батареи и ветряного мини энергоблока.
Упомянутый обод аэродинамической решетки может быть выполнен в виде непотопляемого многослойного обода высокой проходимости, содержащего внутренний силовой полимерный каркас, внешний слой из карбона и заполнитель из легкого пеноматериала.
Формула изобретения
1. Устройство для определения и разметки участков территории с химическим и радиоактивным заражением, содержащее робот с универсальной аэродинамической решеткой, платформой-гексокоптером с приводами движения и пропеллерами и наземный универсальный пульт управления роботом, отличающееся тем, что оно снабжено установленным на платформе-гексокоптере навесным оборудованием с гироскопом, акселерометром, высотомером, магнитомером-миноискателем, прибором радиационной и химической разведки, цветной 3D-видеокамерой, тепловизором, прибором ночного видения, измерителем температуры воздуха, измерителем направления и скорости ветра, определителем координат GPS/ГЛОНАСС, локатором, анализатором звука, блоками обработки информации и управления с микроконтроллером управления, контроллером управления приводами движения, контроллером управления приводами полета, автопилотом, распознавателем окружающей среды, блоком стабилизации, блоком управления навесным оборудованием, блоком разметки опасной территории, механизмом установки на местности блоков разметки опасной территории, первым приемопередатчиком и универсальным мобильным блоком питания, а универсальный пульт управления роботом содержит блоки управления в составе компьютеризированного рабочего места пилота, компьютеризированного рабочего места инженера, антенного блока с автотрекером, второго приемопередатчика, блока шифрования, цифрового блока телеметрии и универсального стационарного блока питания, при этом микроконтроллер управления подключен отдельными двунаправленными связями к контроллеру управления приводами движения, контроллеру управления приводами полета, определителю координат GPS/ГЛОНАСС, автопилоту, распознавателю окружающей среды, блоку стабилизации, блоку управления навесным оборудованием, блоку разметки опасной территории и первому приемопередатчику, контроллер управления приводами движения подключен отдельными двунаправленными связями к первому приводу с пропеллером и ко второму приводу с пропеллером, контроллер управления приводами полета подключен отдельными двунаправленными связями к третьему приводу с пропеллером, четвертому приводу с пропеллером, пятому приводу с пропеллером и шестому приводу с пропеллером, блок стабилизации подключен отдельными двунаправленными связями к гироскопу и акселерометру, а блок управления навесным оборудованием подключен отдельными двунаправленными связями к высотомеру, магнитомеру-миноискателю, прибору радиационной и химической разведки, цветной 3D-видеокамере, тепловизору, прибору ночного видения, измерителю температуры воздуха, измерителю направления и скорости ветра, локатору, анализатору звука, при этом навесное оборудование и блоки управления платформы-гексокоптера подключены к универсальному мобильному блоку питания, блок разметки опасной территории подключен отдельными двунаправленными связями к механизму установки на местности блоков разметки опасной территории, компьютеризированное рабочее место пилота и компьютеризированное рабочее место инженера отдельными двунаправленными связями соединены между собой и подключены к блоку шифрования, цифровому блоку телеметрии, антенному блоку с автотрекером и к универсальному стационарному блоку питания, а упомянутый первый приемопередатчик посредством последовательно соединенных второго приемопередатчика, блока шифрования и антенного блока с автотрекером выполнен с возможностью установления связи с рабочим местом пилота и с рабочим местом инженера.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что универсальная аэродинамическая решетка содержит два обода со спицами и подшипниками,
соединительную решетку и горизонтальную ось, на которой установлена платформа-гексокоптер с закрепленными на ней шестью приводами с пропеллером.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что прибор ночного видения выполнен в виде телевизионной камеры, содержащей инфракрасный прожектор и имеющей возможность функционирования в инфракрасном оптическом диапазоне.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тепловизор выполнен в виде телевизионной камеры, воспринимающей и отображающей тепловое изображение объекта контроля.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цветная 3D-видеокамера имеет два приемника оптического диапазона и выполнена с возможностью восстановления трехмерного цветного изображения объекта контроля.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что локатор состоит из сканирующего лучевого излучателя, приемника отраженного сигнала, отображателя полученной информации и интерфейса связи с потребителем информации.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок разметки опасной территории содержит прибор химического анализа, радиометр, радиомодем, компаратор, навигатор GPS/ГЛОНАСС и блок питания.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что механизм установки на местности блоков разметки опасной территории снабжен корпусом, содержащим блок управления, фиксатор, электромагнит и устанавливаемые блоки разметки.
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления навесным оборудованием содержит синхронизатор включения последовательности работы приборов и блок управления положением приборов съема информации и передачи ее потребителю.
10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приводы с пропеллером выполнены в виде двигателя, редуктора, пропеллера, механизма поворота пропеллера и устройства крепления к платформе-гексокоптеру.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микроконтроллер управления выполнен в виде процессора, блока памяти и интерфейса.
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что контроллеры управления приводами движения и приводами полета выполнены в виде процессора, блока памяти и интерфейса.
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приемопередатчики выполнены в виде преобразователя, шифратора, дешифратора и усилителя.
14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что компьютеризированное рабочее место инженера выполнено в виде процессора, блока памяти, интерфейса, дисплея, блока отображения информации об окружающей среде и клавиатуры.
15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что компьютеризированное рабочее место пилота выполнено в виде процессора, блока памяти, интерфейса, дисплея и блока ручного управления роботом с помощью клавиатуры и/или джойстика.
16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распознаватель окружающей среды содержит параллельно включенные блоки корреляционного анализа, Фурье-анализа, Вейвлет-анализа, фрактального анализа, анализа нейронечеткими методами, анализа морфологическими и анализа структурно-перестраиваемыми методами, и содержит интеллектуальный блок анализа результатов и интерфейсы ввода и вывода.
17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что универсальный стационарный блок питания выполнен в виде аккумулятора, выпрямителя переменного электрического тока, стабилизатора, блока подзарядки, блока солнечной батареи и ветряного мини-энергоблока.
18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что универсальный мобильный блок питания выполнен в виде аккумулятора, блока подзарядки, блока солнечной батареи и ветряного мини-энергоблока.
19. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что обод аэродинамической решетки выполнен в виде непотопляемого многослойного обода высокой проходимости, содержащего внутренний силовой полимерный каркас, внешний слой из карбона и заполнитель из легкого пеноматериала.
Медаль Альфреда Нобеля