CC BY
90УДК 621.865.8
КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ С АНТРОПОМОРФНЫМ РОБОТОМ
А. А. Богданов1' 2, И. М. Кутлубаев1' 2, А. Ф. Пермяков1
1 АО «НПО Андроидная техника» Российская Федерация, 455001, г. Магнитогорск, ул. Герцена, 6 ^Магнитогорский государственный технический университет имени Г. И. Носова Российская Федерация, 455000, г. Магнитогорск, просп. Ленина, 38 Е-mail: [email protected]
Изложены основные аспекты планируемого космического эксперимента по исследованию функционирования антропоморфного робота на этапах выполнения космического полета.
Ключевые слова: антропоморфный робот «ФЕДОР», космический эксперимент, полетные операции.
SPACE EXPERIMENT USING AN ANTHROPOMORPHIC ROBOT
А. А. Bogdanov1, 2, I. М. Kutlubaev1 2, A. F. Permyakov1
JSC "SPA "Android Technics" 6, Herzen Str., Magnitogorsk, 455001, Russian Federation
2Nosov Magnitogorsk State Technical University 38, Lenin Av., Magnitogorsk, 455000, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article describes key aspects of a planning space experiment in research of an anthropomorphic robot functioning at the stages of a space flight.
Keywords: anthropomorphic robot FEDOR, space experiment, flight operations.
Разработка и создание роботов, ориентированных на выполнение полетных операций космонавта, переходит в плоскость практической реализации.
Функциональные возможности созданных антропоморфных роботов позволяет выполнять: инспекцию, установку и обслуживание оборудования, помощь космонавтам при внекорабельной деятельности [1-6]. Планируется, что робот будет функционировать на космическом аппарате, как в составе экипажа, так и в безэкипажном варианте. В последнем случае робот должен иметь возможность приступить к работе без дополнительных: сборочных, настроечных операций.
В 2015-2017 гг. АО «НПО «Андроидная техника» в рамках проекта «Спасатель», при финансировании фонда перспективных исследований, создан антропоморфный робот «ФЕДОР». Одним из приоритетных направлений внедрения результатов проекта является развитие разработанных технологий, обеспечивающих выполнение с его помощью ряда задач пилотируемой и не пилотируемой космонавтики. Конструкция робота разрабатывалась для работы в условиях действия силы тяжести на поверхности Земли и инерционных нагрузок, обусловленных движениями с ускорением.
В этой ситуации использование робота для внутри космической деятельности не вызывает особых затруднений. Наиболее проблемным является сохранность и функциональность робота на этапе доставки на орбиту. Доставка робота на космический аппарат долж-
на осуществляться в его штатной (рабочей) конфигурации (рисунок, а). Робот имеет 48 степеней подвижности: по 6 в каждом опорном модуле, по 7 в каждом манипуляторе, 7 в корпусном модуле, по 6 в каждом захвате, 7 в корпусном, 3 в модуле головном. Грузоподъемность каждого манипулятора 10 кг.
Антропоморфный робот имеет геометрические параметры аналогичные параметрам взрослого человека и в рабочей конфигурации его можно размещать в кресле типа «Чегет» (рисунок, б). Робот фиксируется в кресле привязной системой (при необходимости доработанной) или специализированной технологической системой фиксации.
Исследования функционирования антропоморфного робота, в условиях космоса, будут выполняться в несколько этапов.
Целью первого этапа (2017-2021 гг.) беспилотных исследований является оценка способности модернизированного варианта робота сохранять функциональные возможности в условиях, возникающих на основных этапах полета. Для первого этапа закладывается: трехчасовая продолжительность функционирования робота в процессе предстартовой подготовки, до пяти часов в процессе полета, не менее 30 мин. после посадки.
Основные решаемые задачи первого этапа:
- анализ сохранности систем робота в условиях выведения на орбиту;
- выполнение регламентных действий с оборудованием при выведении на орбиту;
Механика специальных систем
а б
Геометрические параметры робота «ФЕДОР»: положение «смирно» (а); в транспортном положении (б)
- работоспособность робота в условиях орбитального полета;
- сохранности систем робота, при нагрузках, возникающих при посадке спускаемой части;
- функционирование систем робота после посадки.
Отделение андроида от кресла в ходе первого полета и перемещение по отсеку не предусматривается. Перед посадкой робот должен принять «сгруппированное» положение и обеспечить захват физиологической ручки кресла.
Включение робота производится в процессе предстартовой подготовки после подачи питания от стартового комплекса на борт корабля. Выключение штатно производится в ходе после посадочного обслуживания на месте посадки, не штатно - в полете, в случае отклонения функционирования андроида от расчетного.
Демонтаж робота выполняется после доставки на комплекс послеполетного обслуживания.
Робот оснащается системой, позволяющей регистрировать информацию о нагрузках на звенья и модули робота. Параллельно, будет отрабатываться канал связи через аппаратуру бортовой радиотехнической системы и системы пеленга. Пройдет отработка имитации тепловыделения экипажа.
Робот должен сохранить работоспособность при осуществлении до 5 запусков на орбиту в условиях действия: перегрузки (5§ штатно, до 16g на атмосферном участке спуска), ударных нагрузках, возникающих при посадке, действии космической радиации, акустических нагрузок, электромагнитных воздействий от оборудования ПТК, атмосферных факторов в гермоотсеке.
Предусматривается реализация следующих интерфейсов робота с кораблем:
- механический (обеспечивается системой фиксации в кресле);
- силовой электрический (в среднем до 250 Вт, максимально кратковременно до 400 Вт);
- командно-информационный;
- телеметрический, голосовой, в т. ч. выдача андроиду голосовых команд;
- телевизионный;
- тепловой.
В процессе полета робот будет выполнять операции с замками, задвижками, вентилями, моделировать, отрабатывать действия с пульта космонавтов (в имитационном или макетном режиме без выдачи реальных управляющих воздействий).
В результате проведенного эксперимента предполагается:
- уточнить требований к характеристикам приводов манипуляторов и захватов для обеспечения выполнения силовых операций с замками, задвижками, вентилями и т. д., функционирующих как в условиях невесомости, так и нормального значения силы тяжести;
- выполнить моделирование нагрузок на пилота на активном участке полёта (получение информации о нагрузках на экипаж);
- провести исследование режимов тепловыделения робототехнической системы на различных стадиях полёта с учётом решаемых функциональных задач.
В настоящее время выполняются работы направленные на снижение массы робота и доработки ряда узлов, обеспечивающих соответствие параметров робота и штатного кресла «Чегет».
Результаты космического эксперимента позволят получить информацию, необходимую для создания робототехнических систем космического назначения.
Библиографические ссылки
1. Богданов А. А., Пермяков А. Ф., Канаева Е. И., Кутлубаев И. М. Захват манипулятора для работы в экстремальных условиях // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф. (10-12 нояб. 2011, г. Красноярск), Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. Ч. 1. С. 218-219.
2. Богданов А. А., Кутлубаев И. М., Сычков В. Б. Перспективы создания антропоморфных робототех-нических систем для работы в космосе // Пилотируемые полеты в космос. 2012. № 1 (3). С. 78-84
3. Жиденко И. Г., Богданов А. А., Кутлубаев И. М., Сычков В. Б. Обоснование выбора структурной схемы роботов космического исполнения // Решетневские чтения: материалы XVII Междунар. науч. конф. (12-14 нояб. 2013, г. Красноярск): в 2 ч. Ч. 1. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. Красноярск, 2013. С. 278280.
4. Использование виртуальных 3Б-моделей для экспериментальной отработки бортовых полетных операций, выполняемых с помощью антропоморфных роботов / М. В. Михайлюк [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 1. С. 42.
5. Сорокин В. Г., Сохин И. Г. Возможные области применения антропоморфных роботов-помощников экипажей в отсеках перспективных космических комплексов // Пилотируемые полеты в космос. 2015. № 4 (17). С. 71-79.
6. Основы построения специальных роботов для работы на космических аппаратах // Робототехника и искусственный интеллект : материалы VII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием (г. Железно-горск, 11 декабря 2015 г.) / А. А. Богданов [и др.] ; под науч. ред. В. А. Углева ; Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2016. 194 с.
References
1. Bogdanov А. А., Permyakov А. F., Kanaeva E. I., Kutlubaev I. M. [Capturing the manipulator for work in extreme conditions] Materialy XV Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk,
2011. Pat. 1. Pр. 218-219. (In Russ.)
2. Bogdanov A. A., Kutlubaev I. M., Sychkov V. B. Perspektivy sozdanija antropomorfnyh robototehniches-kih sistem dlja raboty v kosmose. [Perspectives of creating anthropomorphic robotic systems for work in space]. Pilotiruemye polety v kosmos [Piloted flights into space].
2012. no. 1 (3). Рp. 78-84.
3. Bogdanov A. A., Sychkov V. B., Zhidenko I. G., Kutlubaev I. M [Justification of choice of space robot structural scheme] Materialy XVII Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XVII Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. P. 1. Krasnoyarsk,
2013. Рp. 278-280 (In Russ.).
4. [Use of virtual 3d-models for experimental development of airborne flight operations performed with the help of anthropomorphic robots]. Robototehnika i tehnicheskaja kibernetika / M. V. Mihajljuk [et al.] [Robotics and technical cybernetics]. 2014, no. 1. P. 42.
5. Sorokin V. G., Sohin I. G. [Possible applications of anthropomorphic robot assistants to crews in the compartments of prospective space complexes]. Pilotiruemye polety v kosmos [Piloted flights into space]. 2015, no. 4 (17). Pр. 71-79.
6. Osnovy postroyeniya spetsial'nykh robotov dlya raboty na kosmicheskikh apparatakh // Robototekhnika i iskusstvennyy intellekt: materialy VII Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem (11 dekabrya 2015, g. Zheleznogorsk) / A. A. Bogdanov [et al.] ; pod nauch. red. V. A. Ugleva ; Sib. feder. un-t. Krasnoyarsk, 2016. 194 p.
© Богданов А. А., Кутлубаев И. М., Пермяков А. Ф., 2017
