RoboClub - Мобильные роботы

Where AI meet the real world

Расширенный принцип Эпштейна-Гейзенберга. В области исследований и разработок из трех параметров лишь два можно определить одновременно. 1. Если заданы цель и время для ее достижения, то нельзя угадать, сколько это будет стоить. 2. Если ограничены время и ресурсы, невозможно предсказать, какая часть задания будет выполнена. 3. Если четко ставится цель исследований и выделяется конкретная сумма денег, то нельзя предсказать, когда эта цель будет достигнута.

Этот раздел полностью посвящен мобильным роботам, которые представляют собой автономные мобильные конструкции с бортовым вычислителем для выполнения заранее определенного набора задач.

Легковесный надежный вездеход (Lightweight Survivable Rover (LSR))

Этот проект Лаборатории реактивного движения посвящен новым технологиям создания вездеходов. Создаваемые в рамках проекта вездеходы обладают небольшой массой, объемом и мощностью и предназначены для исследования неровных поверхностей, что полезно при изучении различных планетарных тел. Предполагаемые сферы использования этих вездеходов – быстрое создание коллекций образцов, упаковка и отправка их на базу. Основной задачей этих вездеходов является быстрое нахождение/восстановление, например, за один дневной цикл, предварительно собранного материала в тесном взаимодействии с другим (основным) вездеходом.

На рисунке слева изображен LSR-1: вес его опытно-конструкторского прототипа равняется 7 килограммам, диаметр колес – 20 см, длина – 97 см, ширина – 70 см, дорожный просвет – 29 см (на рисунке к колесам вездехода еще не прикреплены сложные спиральные гусеницы). Справа на рисунке – вездеход Sojourner: микроровер, предназначенный для исследования Марса (колеса диаметром 13 см, 63 см в длину, 45 см в ширину, 15 см дорожного просвета). LSR-1 обладает значительными преимуществами за счет использования конструкции из композитных и термоустойчивых материалов, а также нового экзоскелетного термоустойчивого корпуса. Предполагается, что он сможет преодолевать препятствия диаметром до 4 м, функционировать в более широком диапазоне температур (от зоны экватора до полярных регионов), на протяжении более длинных дистанций и долгого времени (несколько месяцев). LSR-1 оснащен новым датчиком, обеспечивающим быстрое определение препятствий и уклонение от них, и в то же время требующим меньших вычислительных и энергетических затрат. Центральный элемент конструкции LSR-1 – "Объем эффективной мобильности" (Volume Efficient Mobility), в который укладываются колеса и ходовая часть при транспортировке, что сокращает объем вездехода до 25% от его объема на рабочем поле. Конструкция мобильной платформы LSR может быть пропорционально увеличена для использования в вездеходах весом 40 и более килограммов.

Основные направления технологических разработок в рамках проекта включают:

• увеличение мобильности и способности к научным исследованиям при фиксированном транспортировочном объеме;
• повышение удельной прочности материалов и конструкции вездехода;
• повышение габаритной мощности приводов и уменьшение сцепления;
• улучшение термоизоляции и повышение надежности вездехода;
• уменьшение вычислительных затрат (по массе/объему/энергии) на получение информации об окружающем мире и на управление.

Мобильная платформа вездехода

Колеса разработанной платформы – складные, диаметром 20 см; обод колеса состоит из 6 сегментов (конструкция весом 260 г из композитов и алюминия). Колесо складывается до 30% от рабочего объема. Вся ходовая часть сделана из композитных материалов; все вращающиеся двукоординатные сочленения (Vespel SP-3) – из ароматического полиамида c 15% молибденового сульфида.

Интегрированный термо-структурный корпус

Новый подход к разработке корпуса вездехода, позволяющий уменьшить общий вес конструкции, заключается в том, что корпус служит системой термального управления и в то же время является основным компонентом, несущим груз. Улучшенные термоизоляция (с использованием нового заглушенного аэрогеля) и стабилизация (обеспеченная новыми материалами, способными к фазовым переходам) уменьшают тепловые потери до 30% и на 50% сокращают колебания температуры внутри вездехода.

Схема обхода препятствий

Для оценивания препятствий вездеход использует 5 полосковых лазерных проекторов и полученные с них различные отображения. LSR применяет диффрагированное проектирование нескольких (от 10 до 15) точек направленного лазера в массив однородного поперечного поля и непосредственное выделение изображения. Достоинство схемы в том, что она обеспечивает более 97% правильного распознавания препятствий при прямом солнечном свете (не произошло ни одной ложной тревоги) и сокращает расходы энергии и вычислительные затраты.

В дальнейшем планируется создание вездехода, предназначенного для поиска образцов материалов (Sample Retrieval Rover), который будет весить менее 8 кг (вес образцов/внутренний объем – не более 1 кг, механизм оперирования материалами – не более 2 кг) и работать в пределах 10-100 м от основного вездехода. Такой аппарат должен осуществлять навигацию в заданном пространстве, распознавание и локализация материалов, системы подъема и транспортировки груза.

Источник: Jet Propulsion Laboratory