RU2764910C1 - Basic platform of the autonomous intelligent robotic complex (airc) - Google Patents
Basic platform of the autonomous intelligent robotic complex (airc) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764910C1 RU2764910C1 RU2021113002A RU2021113002A RU2764910C1 RU 2764910 C1 RU2764910 C1 RU 2764910C1 RU 2021113002 A RU2021113002 A RU 2021113002A RU 2021113002 A RU2021113002 A RU 2021113002A RU 2764910 C1 RU2764910 C1 RU 2764910C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- airtk
- base platform
- platform
- sensors
- control unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Description
Базовая платформа автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК) является основным модулем, на который впоследствии могут быть установлены дополнительные блоки/модули, необходимые для расширения функций автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК). Изобретение относится к робототехническим и мехатронным системам и может найти применение в качестве универсального автономного робототехнического комплекса или многофункционального самодвижущегося устройства. Конфигурация мобильной автономной робототехнической платформы предполагает возможность изменения ее структуры за счет сменных модулей, которые определяют сферу применения АИРТК. В частности, устройство способно осуществлять перевозку документов в офисах, сопровождать посетителей в гостиницах и отелях, осуществлять перевозку грузов в аэропортах, вокзалах и складских помещениях, а также использоваться для запуска малогабаритных беспилотных летательных аппаратов. Робототехническая платформа способна буксировать полуприцепы и прицепы, поддерживает установку модуля для очистки территории от снега и листвы, а также может быть использована при выполнении сельскохозяйственных работ при условии использования соответствующего модульного оборудования.The base platform of the Autonomous Intelligent Robotic Complex (AIRTK) is the main module, on which additional blocks/modules can be subsequently installed, necessary to expand the functions of the Autonomous Intelligent Robotic Complex (AIRTK). The invention relates to robotic and mechatronic systems and can be used as a universal autonomous robotic complex or a multifunctional self-propelled device. The configuration of a mobile autonomous robotic platform suggests the possibility of changing its structure due to replaceable modules that determine the scope of AIRTK. In particular, the device is capable of transporting documents in offices, accompanying visitors to hotels and hotels, transporting goods at airports, railway stations and warehouses, as well as being used to launch small-sized unmanned aerial vehicles. The robotic platform is capable of towing semi-trailers and trailers, supports the installation of a module for clearing the area from snow and leaves, and can also be used in agricultural work, provided that appropriate modular equipment is used.
Известно изобретение, патент РФ №2632342 “Автономный мобильный робототехнический комплекс” (АМРК), включающее герметичный корпус и надстройку, силовую, трансмиссионную установки и движитель, аппаратную часть и блок управления комплексом. Аппаратная часть содержит приборы мониторинга окружающей среды, навигационное оборудование и приборы контроля проходимости грунтовой поверхности, размещенные на надстройке транспортного средства. Навигационное оборудование состоит из высокоточного мобильного приемника, имеющего обратную связь с базовой станцией. Приборы контроля проходимости грунтовой поверхности содержат дальномеры, контролирующие глубину колеи по каждому борту транспортного средства, гибкую консоль, на свободном конце которой закреплен измеритель твердости грунта с возможностью передачи показаний на блок управления. Приборы мониторинга окружающей среды содержат метеостанцию, судовую радиолокационную станцию, лазерный сканер и видеокамеры, соединенные с блоком управления. АМРК выполнен с возможностью смены движителя, на надстройке транспортного средства размещены выдвижная вращающаяся платформа, выдвижная мачта и выполнены люки, управляемые дистанционно, навигационное оборудование состоит из высокоточного мобильного приемника, устанавливаемого на АМРК и имеющего обратную связь с базовой станцией. Изобретение обеспечивает дистанционную работу в труднопроходимой местности, проведение необходимых измерений и съемок, надежную защиту и автоматизированную настройку положения его измерительной аппаратуры. Автономный мобильный робототехнический комплекс предназначен для мониторинга прибрежной зоны и прогнозирования морских природный катастроф. Мониторинг окружающей природной среды необходим, прежде всего, в малодоступной (недоступной и опасной) для человека обстановке, на восточных и северных побережьях России, где надо осуществлять постоянный сбор информации о природных процессах, происходящих на морских побережьях и в морях.An invention is known, RF patent No. 2632342 “Autonomous mobile robotic complex” (AMRK), including a sealed housing and superstructure, power, transmission installations and propulsion, hardware and a control unit of the complex. The hardware part contains environmental monitoring devices, navigation equipment and ground surface patency control devices located on the vehicle superstructure. Navigation equipment consists of a high-precision mobile receiver with feedback from the base station. Ground surface patency control devices contain rangefinders that control the track depth on each side of the vehicle, a flexible console, at the free end of which a soil hardness tester is fixed with the possibility of transmitting readings to the control unit. Environmental monitoring devices include a weather station, a ship radar station, a laser scanner and video cameras connected to a control unit. The AMRK is made with the possibility of changing the propulsion unit, a retractable rotating platform, a retractable mast and remote-controlled hatches are made on the superstructure of the vehicle, navigation equipment consists of a high-precision mobile receiver installed on the AMRK and having feedback from the base station. The invention provides for remote operation in difficult terrain, carrying out the necessary measurements and surveys, reliable protection and automated adjustment of the position of its measuring equipment. The autonomous mobile robotic complex is designed to monitor the coastal zone and predict marine natural disasters. Monitoring of the natural environment is necessary, first of all, in an environment that is inaccessible (inaccessible and dangerous) for humans, on the eastern and northern coasts of Russia, where it is necessary to constantly collect information about natural processes occurring on the coasts and in the seas.
Недостаток данного устройства заключается в необходимости дистанционного управления, обеспечивающего связь с базовой станцией управления, отсутствует возможность автономной работы.The disadvantage of this device is the need for a remote control that provides communication with the base station control, there is no possibility of autonomous operation.
Известно изобретение, патент РФ №2730666 “Автономная мобильная робототехническая платформа для очистки снега”, состоящее из самоходной колесной машины, на которой размещен аккумулятор, ходовые двигатели и ковш. Платформа содержит блок управления, который включает промышленный компьютер, к которому осуществляется подключение видеокамер, микроконтроллеров, к которым подключены датчики расстояний, датчики регистрации угла поворота колес. Устройство имеет систему автоматической подзарядки батареи, систему компьютерного зрения. Устройство способно осуществлять работу в автономном режиме. В робототехнической платформе имеется 9 двигателей, из которых 4 двигателя являются ходовыми, 4 двигателя являются поворотными и один двигатель установлен для регулировки ковшом робота-снегоочистителя. Максимальный угол разворота каждого из четырех колес автономной мобильной робототехнической платформы составляет 130 градусов. Изобретение обеспечивает улучшение маневренности робота-снегоуборщика и его автономную работу круглосуточно при любых метеоусловиях. Система беспроводного управления снегоочистителем в этом изобретении устанавливается на транспортном средстве и содержит пульт дистанционного управления, модуль управления ковшом, установленный на снегоочистителе и содержащий соответствующий приемопередатчик. An invention is known, patent of the Russian Federation No. 2730666 “Autonomous mobile robotic platform for snow clearing”, consisting of a self-propelled wheeled vehicle, on which a battery, running motors and a bucket are placed. The platform contains a control unit, which includes an industrial computer to which video cameras, microcontrollers are connected, to which distance sensors are connected, sensors for registering the angle of rotation of the wheels. The device has an automatic battery recharging system, a computer vision system. The device is able to work in standalone mode. There are 9 motors in the robotic platform, of which 4 motors are drive motors, 4 motors are rotary motors, and one motor is installed to adjust the bucket of the snow blower robot. The maximum turning angle of each of the four wheels of the autonomous mobile robotic platform is 130 degrees. EFFECT: invention provides improved maneuverability of the snow blower robot and its autonomous operation around the clock under any weather conditions. The snow blower wireless control system of this invention is mounted on a vehicle and includes a remote control, a bucket control module mounted on the snow blower and containing an appropriate transceiver.
Недостатком данного устройства является ограниченность функционала в числе решаемых задач, так как устройство рассчитано только на уборку территории от снега/листвы.The disadvantage of this device is the limited functionality among the tasks to be solved, since the device is designed only for cleaning the area from snow/leaves.
Известно изобретение, патент РФ №2701592 “Роботизированная транспортная платформа”, содержащее бортовой источник питания в виде аккумулятора или двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с генератором, тяговые электродвигатели привода гусениц или колес, бортовые датчики, контроллеры генератора, цифровой вычислитель, обеспечивающий отслеживание окружающей обстановки, определение текущего местоположения платформы путем обработки выходных сигналов бортовых датчиков, а также формирование сигналов управления контроллерами. Платформа может быть оснащена водометными движителями. Ее тяговые электродвигатели выполнены индукторным реактивным или с поперечным магнитным потоком и обеспечивают реализацию максимально возможного по сцеплению тягового усилия гусениц или ведущих колес в расширенном диапазоне скоростей. An invention is known, RF patent No. 2701592 “Robotic transport platform”, containing an on-board power source in the form of a battery or an internal combustion engine (ICE) with a generator, traction motors for driving tracks or wheels, on-board sensors, generator controllers, a digital computer that monitors the environment , determining the current location of the platform by processing the output signals of the onboard sensors, as well as generating control signals for the controllers. The platform can be equipped with water jets. Its traction motors are made of inductor reactive or transverse magnetic flux and ensure the implementation of the maximum possible traction force of caterpillars or drive wheels in terms of adhesion in an extended speed range.
Данное устройство имеет значительные габариты, не имеет возможности анализа препятствий и построения карты местности. Также оно не имеет дистанционного управления, из-за чего значительно проигрывает в своей функциональности.This device has significant dimensions, does not have the ability to analyze obstacles and build a map of the area. It also does not have a remote control, which is why it loses significantly in its functionality.
Известны модульные роботы (патенты US20040168837A1, US5100286), позволяющие собирать роботизированные механизмы на индивидуальной основе, что позволяет использовать их при решении комплексных задач. Known modular robots (patents US20040168837A1, US5100286), allowing you to assemble robotic mechanisms on an individual basis, which allows them to be used in solving complex problems.
Известно изобретение CN111972127A для сбора овощей и фруктов. В патенте представлена интеллектуальная движущаяся платформа. Устройство позволяет осуществлять сбор урожая фруктов и овощей в автоматическом режиме, для этого в корпусе платформы установлены трубопроводы нагнетания воздуха, транспортирующие трубопроводы и воздушные компрессоры. Known invention CN111972127A for the collection of vegetables and fruits. The patent presents an intelligent moving platform. The device allows you to harvest fruits and vegetables in automatic mode, for this, air injection pipelines, transport pipelines and air compressors are installed in the platform body.
В изобретении CN109676624A представлена интеллектуальная робототехническая платформа, которая использует систему технического зрения, основанную на глубоком обучении для анализа информации о полевых культурах и сорняках. CN109676624A presents an intelligent robotic platform that uses a vision system based on deep learning to analyze information about field crops and weeds.
В патенте WO2021019383A1 представлена модульная платформа, которая служит для установки погрузочно-разгрузочных устройств, включает монолитную ходовую часть; верхняя пластина включает в себя множество стоек для установки погрузочно-разгрузочных устройств, встроенных в верхнюю часть платформы. Нагрузка передается от погрузочно-разгрузочных устройств через стойки и верхнюю пластину на монолитную ходовую часть. Данное устройство имеет достаточно сложную конструкцию, при этом не имеет возможности анализа препятствий и построения карты местности, отсутствует обработка визуальной информации посредством сверточных нейронных сетей в режиме реального времени.Patent WO2021019383A1 presents a modular platform that serves to install handling devices, includes a monolithic running gear; the top plate includes a plurality of racks for mounting handling devices built into the top of the platform. The load is transferred from the handling devices through the struts and the top plate to the monolithic undercarriage. This device has a rather complex design, while it does not have the ability to analyze obstacles and build a map of the area, there is no processing of visual information through convolutional neural networks in real time.
Наиболее близким является изобретение №2704048 “Мобильная автономная робототехническая платформа с блочной изменяемой структурой”. Данное устройство состоит из базовых и навесных блоков. Базовый блок выполнен в виде нижнего уровня, верхнего уровня и расположенного между ними подуровня для лазерного дальномера. Нижний уровень включает в себя основной несущий каркас, модуль шасси, источник питания, приемную часть беспроводного зарядного устройства и опорный модуль лазерного дальномера. При этом к нижней части нижнего уровня крепится модуль шасси, включающий в себя три колеса, три колесных вала со смонтированными на них упомянутыми колесами, три колесные вилки, два электродвигателя, датчик угла поворота первого колеса, датчик угла поворота второго колеса, датчик скорости вращения первого колеса, датчик скорости вращения второго колеса. Верхний уровень закреплен на нижнем уровне базового блока с помощью опорных стоек и включает в себя вычислительную сеть и гироскоп.The closest is the invention No. 2704048 "Mobile autonomous robotic platform with block variable structure". This device consists of base and hinged blocks. The base unit is made in the form of a lower level, an upper level and a sublevel for a laser rangefinder located between them. The bottom layer includes the main base frame, chassis module, power supply, wireless charger receiver, and laser rangefinder reference module. At the same time, a chassis module is attached to the lower part of the lower level, which includes three wheels, three wheel shafts with the mentioned wheels mounted on them, three wheel forks, two electric motors, a first wheel rotation angle sensor, a second wheel rotation angle sensor, a rotation speed sensor of the first wheels, second wheel speed sensor. The upper level is fixed to the lower level of the base unit with support legs and includes a computer network and a gyroscope.
Недостаток данного устройства заключается в малой маневренности, невозможности работы в автономном режиме. Конструкция устройства несовершенна, расположение колес может стать причиной проблем с проходимостью. Данное устройство не обладает функцией передвижения в автономном режиме с возможностью применения технологии машинного обучения.The disadvantage of this device is low maneuverability, the impossibility of working offline. The design of the device is imperfect, the location of the wheels can cause problems with patency. This device does not have the ability to drive offline with the ability to use machine learning technology.
Задачей данного изобретения является разработка базовой платформы автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК). Базовая платформа АИРТК должна обладать универсальностью по назначению и управлению, небольшими габаритами с возможностью установки на базовую платформу АИРТК сменных модулей, выполняющих различный вид задач в управляемом и автоматическом режиме. Основными задачами базовой платформы АИРТК являются автономная работа внутри и снаружи помещения, построение карты окружающего пространства, выбор оптимального маршрута, функционирование в условиях, незащищенных от атмосферных воздействий, работа в дневное и ночное время. Работа базовой платформы АИРТК в управляемом режиме должна осуществляться по сети Wi-Fi. Автономная работа базовой платформы АИРТК должна быть реализована на основе технологии системы машинного обучения и искусственного интеллекта, включать алгоритмы распознавания видеопотока.The objective of this invention is to develop a basic platform for an autonomous intelligent robotic complex (AIRTK). The AIRTK base platform should be universal in purpose and control, small in size with the ability to install replaceable modules on the AIRTK base platform that perform various types of tasks in a controlled and automatic mode. The main tasks of the AIRTK base platform are autonomous operation inside and outside the premises, building a map of the surrounding space, choosing the optimal route, functioning in conditions that are not protected from atmospheric influences, and working in the daytime and at night. The operation of the AIRTK base platform in a controlled mode should be carried out via a Wi-Fi network. Autonomous operation of the AIRTK base platform should be implemented based on the technology of the machine learning system and artificial intelligence, and include video stream recognition algorithms.
Поставленная задача решается тем, что базовая платформа автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК) содержит корпус, аккумуляторные батареи, контроллер аккумуляторных батарей, четыре мотор-колеса, модули управления мотор-колесами, вычислительный графический модуль для работы с изображениями, видеокамеры, камеру глубины, главный блок управления с компьютером и автопилотом, лазерный дальномер, датчики расстояний, датчики состояния окружающей среды, бампер, внутри которого установлены концевые выключатели, Базовая платформа АИРТК отличается от прототипа и аналогов тем, что на передней части ее корпуса расположены камера глубины, на передней и задней части базовой платформы АИРТК располагаются верхние ультразвуковые датчики расстояний, которые могут располагаться под углом и нижние ультразвуковые датчики расстояний с фиксированным положением, на передней и задней части базовой платформы АИРТК закреплены блоки с ультразвуковыми и инфракрасными датчиками для дальней дистанции, на передней и задней части закреплены блоки с ультразвуковыми и инфракрасными датчиками для ближних дистанций, на правой и левой стороне базовой платформы АИРТК располагаются дополнительные блоки с ультразвуковыми и инфракрасными датчиками для средних дистанций, для регистрации препятствий с правой и левой стороны базовой платформы АИРТК. Ультразвуковые и инфракрасные датчики расстояний на базовой платформе АИРТК подобраны таким образом, чтобы области их измерений перекрывали друг друга. Датчики окружающей среды для определения температуры, влажности и давления располагаются в корпусе базовой платформы АИРТК. Внутри корпуса базовой платформы АИРТК располагается главный блок управления, который содержит промышленный компьютер, GPS-приемник, автопилот управления, лидар. К главному блоку управления подключены микроконтроллеры, осуществляющие сбор данных с датчиков расстояний, датчиков окружающей среды и концевых датчиков, расположенных на бамперах базовой платформы АИРТК, способных регистрировать столкновение робототехнической платформы с препятствиями. Управление ходовыми двигателями (мотор-колесами) осуществляется с помощью модулей управления колесами независимо. Колесная формула базовой платформы АИРТК 4х4. В изобретении выбран тип однобортного управления мотор-колесами базовой платформы АИРТК, такое управление называется «танковый ход», так как зачастую применяется при конструировании танков. В ходовой части этого типа, мотор-колеса на правой стороне и мотор-колеса на левой стороне приводятся в действие отдельно. Эти колеса фиксируются в положении «вперед/назад», и их рулевое управление не осуществляется. Управление поворота базовой платформой АИРТК обеспечивается за счет изменения скорости вращения каждой из сторон привода. Ходовая часть этого типа может выполнять поворот нулевого радиуса, когда робот поворачивается на месте, не продвигаясь при этом вперед. При выполнении поворота нулевого радиуса, точка поворота находится в центре робота. The problem is solved by the fact that the basic platform of an autonomous intelligent robotic complex (AIRTK) contains a body, batteries, a battery controller, four motor wheels, motor wheel control modules, a computing graphic module for working with images, video cameras, a depth camera, a main a control unit with a computer and an autopilot, a laser rangefinder, distance sensors, environmental sensors, a bumper with limit switches installed inside. part of the AIRTK base platform there are upper ultrasonic distance sensors, which can be located at an angle and lower ultrasonic distance sensors with a fixed position, units with ultrasonic and infrared sensors for far distance stations, blocks with ultrasonic and infrared sensors for short distances are fixed on the front and back parts, on the right and left sides of the AIRTK base platform there are additional blocks with ultrasonic and infrared sensors for medium distances, to register obstacles on the right and left sides of the AIRTK base platform. Ultrasonic and infrared distance sensors on the AIRTK base platform are selected in such a way that their measurement areas overlap each other. Environmental sensors for determining temperature, humidity and pressure are located in the body of the AIRTK base platform. Inside the housing of the AIRTK base platform there is a main control unit, which contains an industrial computer, a GPS receiver, an autopilot control, and a lidar. Microcontrollers are connected to the main control unit, which collect data from distance sensors, environmental sensors and end sensors located on the bumpers of the AIRTK base platform, capable of registering the collision of the robotic platform with obstacles. The travel motors (motor-wheels) are controlled independently by wheel control modules. The wheel formula of the base platform AIRTK 4x4. In the invention, the type of single-sided control of the motor-wheels of the AIRTK base platform was chosen, such control is called a "tank move", since it is often used in the design of tanks. In this type of undercarriage, the wheel motors on the right side and the motor wheels on the left side are driven separately. These wheels are fixed in the forward/backward position and are not steered. The rotation control of the AIRTK base platform is provided by changing the rotation speed of each side of the drive. This type of undercarriage can perform a zero radius turn when the robot turns in place without moving forward. When performing a zero radius turn, the pivot point is at the center of the robot.
Корпус базовой платформы АИРТК выполнен в виде параллелепипеда, с плоскими поверхностями, что позволяет устанавливать на него сменные модули, которые способны выполнять выбранный тип задач в автоматическом режиме, причем сменяемые модули могут быть расположены на верхней части корпуса базовой платформы АИРТК. Базовая платформа АИРТК обладает функцией управления передвижения дистанционно с помощью пульта управления с возможностью видео регистрации пути следования робота. Базовая платформа АИРТК обладает функцией автоматического передвижения на местности или площадке, специально не адаптированной для передвижения роботов. Базовая платформа АИРТК обладает функцией автоматической корректировки пути перемещения в зависимости от наличия препятствий или объектов, которые находятся в непосредственной близости от нее. Базовая платформа АИРТК обладает функцией передвижения в автономном режиме с возможностью самообучения, построения карты местности, определения расстояния до препятствий, выбора оптимальной траектории до места назначения, содержит базу данных изображений препятствий.The body of the AIRTK base platform is made in the form of a parallelepiped with flat surfaces, which allows installing replaceable modules on it that are capable of performing the selected type of tasks in automatic mode, and the replaceable modules can be located on the upper part of the AIRTK base platform body. The AIRTK base platform has the function of controlling movement remotely using a control panel with the possibility of video recording the path of the robot. The base platform AIRTK has the function of automatic movement on the ground or site, not specially adapted for the movement of robots. The base platform AIRTK has the function of automatically adjusting the path of movement depending on the presence of obstacles or objects that are in close proximity to it. The AIRTK basic platform has the function of autonomous movement with the possibility of self-learning, building a map of the area, determining the distance to obstacles, choosing the optimal trajectory to the destination, and contains a database of images of obstacles.
На фиг. 1 представлен общий вид и внешние элементы базовой платформы автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК): а) вид сбоку, б) вид спереди, в) вид сверху. Конструкция обладает симметрией, которая отмечена осевой линией на рисунке фиг. 1 (а, б). На рисунке приведены основные элементы конструкции, которая включает: (1) - корпус базовой платформы АИРТК, (2) - алюминиевый профиль, (3) – мотор-колеса базовой платформы АИРТК, (4) – бампер базовой платформы АИРТК, (5) - лотки для груза, (6) - видеокамера, (7) - камера глубины, (8) – передний центральный верхний ультразвуковой датчик (УЗ-ПЦ), который может располагаться под углом, (9) – передний центральный нижний ультразвуковой датчик (УЗ-ПЦ), (10) – передние правые/центральные/левые концевые датчики (КД-ПП/ПЦ/ПЛ), установленные непосредственно в бампер АИРТК, которые необходимы для контроля за столкновениями с препятствиями, (11) – блок с ультразвуковым и инфракрасным датчиками для дальней дистанции (ИК-ПД, УЗ-ПВ) с правой и левой стороны корпуса, (12) – блок с ультразвуковым и инфракрасным датчиками для ближних дистанций (ИК-ПБ, УЗ-ПН) с правой и левой стороны корпуса, (13) – блок с боковым ультразвуковым и инфракрасным датчиками для средних дистанций (ИК-ПС, УЗ-ПБ), для регистрации расстояний до препятствий, расположенных с правого и левого борта базовой платформы АИРТК, (14) – лазерный дальномер, который позволяет построить карту окружающего пространства АИРТК.In FIG. 1 shows a general view and external elements of the base platform of an autonomous intelligent robotic complex (AIRTC): a) side view, b) front view, c) top view. The design has symmetry, which is marked by the axial line in the figure of Fig. 1 (a, b). The figure shows the main elements of the design, which includes: (1) - body of the AIRTK base platform, (2) - aluminum profile, (3) - motor-wheels of the AIRTK base platform, (4) - bumper of the AIRTK base platform, (5) - trays for cargo, (6) - video camera, (7) - depth camera, (8) - front central upper ultrasonic sensor (US-TC), which can be located at an angle, (9) - front central lower ultrasonic sensor (US- ПЦ), (10) - front right / central / left end sensors (KD-PP / PC / PL) installed directly in the AIRTK bumper, which are necessary to control collisions with obstacles, (11) - a unit with ultrasonic and infrared sensors for long distances (IK-PD, UZ-PV) on the right and left side of the body, (12) - a block with ultrasonic and infrared sensors for short distances (IK-PB, UZ-PN) on the right and left sides of the body, (13 ) - block with side ultrasonic and infrared sensors for medium distances (IR-PS, UZ-PB), for registration and distances to obstacles located on the right and left sides of the AIRTK base platform, (14) - a laser rangefinder that allows you to build a map of the surrounding space of the AIRTK.
Внутри корпуса базовой платформы АИРТК располагаются:Inside the body of the AIRTK base platform are located:
- аккумуляторные батареи. В качестве аккумуляторных батарей могут быть использованы батареи LiitoKala;- rechargeable batteries. LiitoKala batteries can be used as rechargeable batteries;
- BMS-контроллер, необходимый для осуществления зарядки и балансировки многобаночного аккумулятора, также реализующий функции мониторинга текущего состояния аккумулятора и защиты от превышения предельно допустимого тока, в том числе, защиту от короткого замыкания;- BMS controller required for charging and balancing a multi-cell battery, which also implements the functions of monitoring the current state of the battery and protection against exceeding the maximum allowable current, including short circuit protection;
- бортовой вычислительный комплекс на основе промышленного компьютера, который обеспечивает решение задач взаимодействия с оператором и высокоуровневого управления (планирование траектории, обход препятствий);- an on-board computer system based on an industrial computer that provides solutions to the problems of interaction with the operator and high-level control (trajectory planning, obstacle avoidance);
- графический вычислительный модуль, который обеспечивает решение задач обработки изображений в реальном времени, необходимый для проектов с искусственным интеллектом;- a graphical computing module that provides real-time image processing tasks required for projects with artificial intelligence;
- система автопилотирования с открытым исходным кодом, которая обеспечивает решение задач непосредственного управления платформой и определение ее пространственного положения. Для определения положения базовой платформы АИРТК на местности к автопилоту осуществляется подключение GPS приемника;- an open source autopilot system that provides a solution to the problems of direct control of the platform and determining its spatial position. To determine the position of the AIRTK base platform on the ground, a GPS receiver is connected to the autopilot;
- микропроцессорные модули управления мотор-колесами, обеспечивающие непосредственное управление ключами коммутации обмоток мотор-колес, снятие показаний токов обмоток, обсчет в реальном времени модели электропривода и реализующие таким образом векторное управление мотор-колесами;- microprocessor control modules for motor-wheels, which provide direct control of the switching keys of the windings of the motor-wheels, take readings of the winding currents, calculate the electric drive model in real time and thus implement the vector control of the motor-wheels;
- дополнительные микроконтроллеры, решающие задачи работы с первичными преобразователями и управления исполнительными устройствами.- additional microcontrollers that solve the problems of working with primary converters and controlling actuators.
Ключевая роль в разработке базовой платформы АИРТК отведена применению технологии машинного зрения. Данная технология позволяет реализовать возможность автономного движения робота, в помещениях и на открытых пространствах, специально не адаптированных для движения роботов. Для этой цели используются видеокамера (6) и камера глубины (7).A key role in the development of the AIRTK basic platform is assigned to the use of machine vision technology. This technology makes it possible to implement the possibility of autonomous movement of the robot, indoors and outdoors, not specially adapted for the movement of robots. For this purpose, a video camera (6) and a depth camera (7) are used.
На фиг.2 представлена общая схема расположения основных элементов базовой платформы АИРТК. Система управления базовой платформы АИРТК состоит из аккумуляторных батарей, контроллера BMS, модуля работы с изображениями (содержит вычислительный модуль и видеокамеру), главного блока управления (содержит GPS-приемник, автопилот, промышленный компьютер в качестве бортового вычислительного комплекса, лидар, камеру глубины), микроконтроллеров, связанных с датчиками расстояния и окружающей среды, а также модулей управления мотор-колесами.Figure 2 shows the general layout of the main elements of the base platform AIRTK. The AIRTK base platform control system consists of batteries, a BMS controller, an imaging module (contains a computing module and a video camera), a main control unit (contains a GPS receiver, an autopilot, an industrial computer as an onboard computer complex, a lidar, a depth camera), microcontrollers associated with distance and environmental sensors, as well as motor-wheel control modules.
Питание с аккумуляторных батарей подается на BMS-контроллер аккумуляторных батарей, после чего питание подается на модуль работы с изображениями, главный блок управления роботом, на модули управления мотор колесами (МУ-ПП, МУ-ПЛ, МУ-ЗП, МУ-ЗЛ).Power from the batteries is supplied to the battery BMS controller, after which power is supplied to the imaging module, the main robot control unit, to the motor wheel control modules (MU-PP, MU-PL, MU-ZP, MU-ZL).
Модуль работы с изображениями взаимодействует с главным блоком управления и включает в себя высокопроизводительный графический вычислительный модуль, используемый для обработки визуальной информации посредством сверточных нейронных сетей в режиме реального времени. На графический вычислительный модуль поступают данные с видеокамер. В качестве графического вычислительного модуля может быть использован Jetson AGX Xavier.The imaging module interacts with the main control unit and includes a high-performance graphics computing module used to process visual information through real-time convolutional neural networks. The graphic computing module receives data from video cameras. Jetson AGX Xavier can be used as a graphics computing module.
Главный блок управления включает в себя промышленный компьютер, к которому осуществляется подключение автопилота, данные с лидара и данные с камеры глубины. Для определения положения АИРТК на местности к автопилоту осуществляется подключение GPS-приемника. В качестве автопилота может быть использован CUAV X7. Главный блок управления взаимодействует с микроконтроллерами, на которые поступает информация, полученная от различных типов датчиков. Мощность промышленного компьютера должна быть достаточной, чтобы осуществлять управление робототехнической платформой, обрабатывать информацию с датчиков и микроконтроллеров. The main control unit includes an industrial computer to which the autopilot, data from the lidar and data from the depth camera are connected. To determine the position of the AIRTK on the ground, a GPS receiver is connected to the autopilot. The CUAV X7 can be used as an autopilot. The main control unit interacts with microcontrollers, which receive information received from various types of sensors. The power of an industrial computer must be sufficient to control the robotic platform, process information from sensors and microcontrollers.
Микроконтроллеры обеспечивают контроль обработки сигналов, поступающих с датчиков, расположенных на базовой платформе АИРТК. Каждый микроконтроллер отвечает за работу со своей группой датчиков.Microcontrollers provide control over the processing of signals from sensors located on the AIRTK base platform. Each microcontroller is responsible for working with its own group of sensors.
Первый микроконтроллер осуществляет обработку данных с 8-ми передних центральных/верхних/нижних/боковых ультразвуковых датчиков (УЗ-ПЦ, УЗ-ПВ, УЗ-ПН, УЗ-ПБ), 6-ти передних правых и левых инфракрасных датчиков для определения дистанции на дальних/средних/ближних дистанциях (ИК-ПД, ИК-ПС, ИК-ПБ) и 6-ти передних правых/центральных/левых концевых датчиков (КД-ПП, КД-ПЦ, КД-ПЛ).The first microcontroller processes data from 8 front central / upper / lower / side ultrasonic sensors (UZ-PC, UZ-PV, UZ-PN, UZ-PB), 6 front right and left infrared sensors to determine the distance at far / medium / short distances (IR-PD, IR-PS, IR-PB) and 6 front right / central / left end sensors (KD-PP, KD-PC, KD-PL).
Второй микроконтроллер осуществляет обработку данных с 8-ми задних центральных/верхних/нижних/боковых ультразвуковых датчиков (УЗ-ЗЦ, УЗ-ЗВ, УЗ-ЗН, УЗ-ЗБ), 6-ти задних правых и левых инфракрасных датчиков для определения дистанции на дальних/средних/ближних дистанциях (ИК-ЗД, ИК-ЗС, ИК-ЗБ) и 6-ти задних правых/центральных/левых концевых датчиков (КД-ЗП, КД-ЗЦ, КД-ЗЛ).The second microcontroller processes data from 8 rear central / upper / lower / side ultrasonic sensors (UZ-ZTs, UZ-ZV, UZ-ZN, UZ-ZB), 6 rear right and left infrared sensors to determine the distance at far / medium / short distances (IK-ZD, IK-ZS, IK-ZB) and 6 rear right / central / left end sensors (KD-ZP, KD-ZTs, KD-ZL).
Третий микроконтроллер осуществляет обработку данных с датчиков окружающей среды, например, температуры, влажности, давления и осуществляет контроль за работой габаритных огней базовой платформы АИРТК.The third microcontroller processes data from environmental sensors, such as temperature, humidity, pressure, and controls the operation of the side lights of the AIRTK base platform.
Контроль работы правых/левых передних двигателей базовой платформы АИРТК (мотор-колеса ДХ-ПП, ДХ-ПЛ) и правых/левых задних двигателей (мотор-колеса ДХ-ЗП, ДХ-ЗЛ) осуществляется с помощью модулей управления двигателями передних правых/левых и задних правых/левых соответственно (МУ-ПП, МУ-ПЛ, МУ-ЗП, МУ-ЗЛ) для каждого мотор-колеса отдельно.The operation of the right/left front engines of the AIRTK base platform (motor-wheels DH-PP, DH-PL) and the right/left rear engines (motor-wheels DH-ZP, DH-ZL) is controlled using front right/left engine control modules and rear right/left respectively (MU-PP, MU-PL, MU-ZP, MU-ZL) for each motor-wheel separately.
Разработан опытный образец базовой платформы АИРТК. На фиг. 3 представлен силовой каркас базовой платформы автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК). На фиг. 4 представлен габаритный чертеж базовой платформы автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК). Из чертежа видно, что общая высота базовой платформы АИРТК составляет 0.73 м, габаритная длина 0.79 м, габаритная ширина 0.55 м. Небольшие размеры АИРТК позволят эффективно управлять конструкцией на местности и проходить препятствия с малым радиусом поворота. A prototype of the AIRTK base platform has been developed. In FIG. 3 shows the power frame of the base platform of the Autonomous Intelligent Robotic Complex (AIRTC). In FIG. 4 shows a dimensional drawing of the base platform of the Autonomous Intelligent Robotic Complex (AIRTC). It can be seen from the drawing that the total height of the AIRTK base platform is 0.73 m, the overall length is 0.79 m, the overall width is 0.55 m.
Опытный образец базовой платформы АИРТК, содержит бортовой вычислительный комплекс на основе компьютера на базе Intel Core i5 с 16 GB ОЗУ и жестким диском 512 GB SSD, вычислительный модуль Jetson AGX Xavier, GPS приемник и автопилот CUAV X7, аккумуляторные батареи LiitoKala (3.2V, 100Ah 16 штук). Мощность промышленного компьютера должна быть достаточной, чтобы осуществлять управление робототехнической платформой, обрабатывать информацию с датчиков и микроконтроллеров.A prototype of the AIRTK base platform, contains an on-board computer system based on an Intel Core i5 computer with 16 GB of RAM and a 512 GB SSD hard drive, a Jetson AGX Xavier computing module, a CUAV X7 GPS receiver and autopilot, LiitoKala rechargeable batteries (3.2V, 100Ah 16 pieces). The power of an industrial computer must be sufficient to control the robotic platform, process information from sensors and microcontrollers.
В результате опытный образец базовой платформы АИРТК доставлял небольшие грузы на заданное расстояние (более 200 м). Скорость передвижения опытного образца базовой платформы АИРТК составляла не менее 5 км/ч. Опытный образец осуществлял выполнение поставленной задачи в управляемом/автономном режиме на территории площадью более 30 кв.м. Максимальная дистанция передачи сигналов от оператора к опытному образцу и обратно составляла не менее 500 м. Радиус сканирования местности на наличие препятствий или других объектов составлял более 3м. Грузоподъемность базовой платформы АИРТК составляла более 20 кг; время автономной работы опытного образца составляло около 3-x часов и зависело от условий эксплуатации. Масса базовой платформы АИРТК не превышает 200 кг. Габариты базовой платформы АИРТК составляют не более 1x1x1 м.As a result, a prototype of the AIRTK base platform delivered small loads over a given distance (more than 200 m). The speed of movement of the prototype of the AIRTK base platform was at least 5 km/h. The prototype carried out the task in a controlled/autonomous mode on an area of more than 30 sq.m. The maximum signal transmission distance from the operator to the prototype and back was at least 500 m. The radius of scanning the area for obstacles or other objects was more than 3 m. The carrying capacity of the AIRTK base platform was more than 20 kg; the battery life of the prototype was about 3 hours and depended on the operating conditions. The mass of the AIRTK base platform does not exceed 200 kg. The dimensions of the AIRTK base platform are no more than 1x1x1 m.
На фиг. 5 представлен общий вид базовой платформы автономного интеллектуального робототехнического комплекса (АИРТК). Приведено оптимальное расположение основных узлов и агрегатов.In FIG. 5 shows a general view of the base platform of the Autonomous Intelligent Robotic Complex (AIRTC). The optimal location of the main components and assemblies is given.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113002A RU2764910C1 (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Basic platform of the autonomous intelligent robotic complex (airc) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113002A RU2764910C1 (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Basic platform of the autonomous intelligent robotic complex (airc) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764910C1 true RU2764910C1 (en) | 2022-01-24 |
Family
ID=80445392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021113002A RU2764910C1 (en) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | Basic platform of the autonomous intelligent robotic complex (airc) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2764910C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806129C1 (en) * | 2023-04-24 | 2023-10-26 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства обороны Российской Федерации | Robotic transport device for mobile robotic repair and diagnostic complex |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2632342C1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-10-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Autonomous mobile robotic complex |
US9796093B2 (en) * | 2014-10-24 | 2017-10-24 | Fellow, Inc. | Customer service robot and related systems and methods |
RU2658684C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Multi-agent robotic technical system |
CN109676624A (en) * | 2019-01-28 | 2019-04-26 | 东北农业大学 | A kind of field target detection robot platform based on deep learning |
RU2701592C1 (en) * | 2018-10-12 | 2019-09-30 | Владимир Андреевич Коровин | Robotic transport platform |
RU2704048C1 (en) * | 2019-02-28 | 2019-10-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН) | Mobile self-contained robotic platform with block variable structure |
-
2021
- 2021-05-06 RU RU2021113002A patent/RU2764910C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9796093B2 (en) * | 2014-10-24 | 2017-10-24 | Fellow, Inc. | Customer service robot and related systems and methods |
RU2632342C1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-10-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Autonomous mobile robotic complex |
RU2658684C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича" | Multi-agent robotic technical system |
RU2701592C1 (en) * | 2018-10-12 | 2019-09-30 | Владимир Андреевич Коровин | Robotic transport platform |
CN109676624A (en) * | 2019-01-28 | 2019-04-26 | 东北农业大学 | A kind of field target detection robot platform based on deep learning |
RU2704048C1 (en) * | 2019-02-28 | 2019-10-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН) | Mobile self-contained robotic platform with block variable structure |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2806129C1 (en) * | 2023-04-24 | 2023-10-26 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Михайловская военная артиллерийская академия" Министерства обороны Российской Федерации | Robotic transport device for mobile robotic repair and diagnostic complex |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11340618B2 (en) | Drone based inspection system at railroad crossings | |
CN110667722B (en) | Wheel-foot switching robot based on electro-hydraulic hybrid drive and control system | |
US7066291B2 (en) | Robot system | |
US7584045B2 (en) | Unmanned tactical platform | |
EP3610344B1 (en) | Mobile power supply device for outdoor power supply | |
US20070291130A1 (en) | Vision system for an autonomous vehicle | |
RU2658684C1 (en) | Multi-agent robotic technical system | |
CN103963043A (en) | Intelligent robot for power station inspection and maintenance and control system thereof | |
Horan et al. | OzTug mobile robot for manufacturing transportation | |
RU2506157C1 (en) | Robot transport platform | |
RU2632342C1 (en) | Autonomous mobile robotic complex | |
RU2704048C1 (en) | Mobile self-contained robotic platform with block variable structure | |
RU2764910C1 (en) | Basic platform of the autonomous intelligent robotic complex (airc) | |
Bruch et al. | Challenges for deploying man-portable robots into hostile environments | |
Tyugin et al. | Development of the ground mobile robot with adaptive agility systems | |
Arif et al. | Adaptation of mobile robots to intelligent vehicles | |
RU158616U1 (en) | AUTONOMOUS MOBILE ROBOT TECHNICAL VEHICLE | |
CN217496560U (en) | Intelligent omnidirectional airport luggage conveying and rotating platform control system | |
Jarvis | An autonomous heavy duty outdoor robotic tracked vehicle | |
RU2701592C1 (en) | Robotic transport platform | |
RU2806129C1 (en) | Robotic transport device for mobile robotic repair and diagnostic complex | |
CN113277112A (en) | Intelligent omnidirectional airport luggage conveying and rotating platform control system | |
Chen et al. | Design, implementation and experimental tests of a new generation of Antarctic rover | |
Tews et al. | Autonomous hot metal carrier | |
US12117532B1 (en) | Mobile base station calibration and recalibration |