Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Испытатель
Направление НПИ: 5. Технологии освоения космического пространства
Секция КНТС: 7. Технические исследования и эксперименты
Наименование эксперимента: Исследование возможностей использования дистанционно-управляемого антропоморфного робота в перспективных пилотируемых транспортных кораблях нового поколения
Цель эксперимента:

- разработка технологии создания и экспериментальные исследования АРТС при их интеграции в пилотируемые космические аппараты;

- выполнение летных испытаний ПТК «Федерация» с участием АРТС.

 

Описание эксперимента:

Космос – актуальная и перспективная область применения робототехнических систем и комплексов. Именно в космосе сосредоточена наибольшая концентрация опасных для здоровья человека факторов, решение задач в условиях космоса невозможно без специального оборудования, обеспечивающего выживание человека.

Космическая робототехника — направление в робототехнике, разрабатывающее робототехнические комплексы или системы для решения прикладных задач в экстремальных условиях космоса, на поверхности безатмосферных космических тел, в атмосфере планет земного и неземного типа. Космическая робототехника сможет увеличить возможности для создания принципиально новых типов космических аппаратов, работающих в пилотируемом и беспилотных режимах, что расширит их функциональные возможности, повысит безопасность, надежность и долговечность работы, обеспечить сохранность устройств, уменьшит эксплуатационные расходы.

Области применения робототехнических систем в космосе:

– работа в открытом космосе (в условиях вакуума, жестких ионизирующих излучений) снаружи и внутри космических кораблей (эмоциональная поддержка экипажа, обслуживание, регламентные и ремонтные работы, сборочные, разгрузочно-погрузочные работы, инспекция, различного рода манипуляции); – работа на поверхности планет и других космических тел (исследование, освоение, строительство).

Космическая робототехника расширяет возможности человечества в изучении и освоении космоса и космических тел (планет, их спутников, астероидов, комет, др.)

Применение робототехнических систем и комплексов позволит повысить эффективность решения задач в экстремальных условиях космоса, снизить расходы на исследовательские программы и эксплуатацию оборудования, существенно расширить возможности человека при освоении космических тел, строительстве в условиях вакуума, на порядок увеличить безопасность космонавтов.

Антропоморфные робототехнические системы (АРТС), могут быть применены на космических станциях, напланетных базах и межпланетных комплексах. На сегодня, наиболее ожидаемо использование РТС на наружной поверхности орбитальных станций околоземных, лунных и марсианских. Такие РТС могут доставляться к месту выполнения работ грузовыми манипуляторами, за пределами зон досягаемости которых роботы перемещаются самостоятельно. Первоочередными задачами являются инспекция, установка и обслуживание оборудования, помощь космонавтам при вне корабельной деятельности.

Эффективное использование АРТС возможно лишь при соответствующей его адаптации к выполнению полетных операций. В связи с этим, необходимо сформировать уточненные требования к значениям кинематических и силовых параметров принятой структуры исполнительной системы демонстрационного образца РТС, разработанного в рамках выполнения проекта «Спасатель». Для успешного выполнения АРТС операций в космосе необходимо доработать технологию создания комбинированной системы управления робототехническими комплексами РТК, разработанную в рамках выполнения проекта «Спасатель», в соответствии с задачами, решаемыми космонавтом при выполнении полетных операций.

Проведение КЭ в условиях космического пространства на борту ПТК позволит наиболее полно учесть влияние перегрузок, невесомости и других факторов космического полёта на процессы управления АРТС, а также на выполнение АРТС различных операций.

 

Новизна эксперимента:

Уже сегодня робототехнические системы (РТС) активно используются на американском сегменте МКС для выполнения операций стыковок, обслуживания астронавтов при внекорабельной деятельности.

В то же время, в дополнение к существующим РТС космического назначения, функционирующим на МКС, таким как Canadarm2, Dextre (SPDM), дистанционный манипулятор (JEMRMS), персональный помощник астронавта PSA, в сентябре 2010 г. на американский сегмент МКС был доставлен антропоморфный манипулятор нового поколения - Robonaut -2.

Параллельно с разработками в США, Европе и Японии исследования по созданию антропоморфных копирующих роботов проводились и в России в АО «НПО «Андроидная техника».

Несколько лет назад в АО «НПО «Андроидная техника» был разработан и создан действующий экземпляр робота антропоморфного типа с условным обозначением SAR 400. Предварительный анализ и проведённые испытания показали, что такой робот при соответствующей модернизации, обеспечивающей его функционирование в условиях космического пространства, может использоваться и на PC МКС для выполнения сервисных задач, операций технического обслуживания, ремонта, информационного обеспечения, а также в качестве помощника космонавта при внутри-и-внекорабельной деятельности.

Анализ зарубежных материалов показывает, что РТС подобного типа относятся к перспективным системам космического назначения. Планируется использование антропоморфных РТС на борту межпланетных КА и в составе напланетных (лунных) баз.

Научная новизна космического эксперимента «Испытатель» заключается в:

– проверке адекватности, уточнении и верификации математической модели АРТС как многозвенной приводной машины, действующей в условиях невесомости в ограниченном пространстве;

– исследовании комплексного влияния факторов космического полёта на системы АРТС (датчиковая аппаратура, в том числе средства силомоментного очувствления и средства технического зрения, элементы точной механики и т.д.);

– уточнении требований к системе управления манипуляторами и захватами в режиме тонкой моторики для обеспечения выполнения операций при воздействии факторов космического полета;

– уточнении 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;

– моделировании нагрузок на пилота на активном участке полёта (получение информации о нагрузках на экипаж);

– исследовании режимов собственного тепловыделения АРТС на различных стадиях полёта с учётом решаемых функциональных задач.

Внедрение в космической технике АРТС позволит создать инновационную базовою технологию для освоения ближнего и дальнего космоса, отличающуюся многофункциональностью за счет широкого перечня выполняемых такими роботами операций и возможности использования их как на пилотируемых и на автоматических КА, так и напланетных базах.

На основании вышеизложенного, представляется целесообразным и актуальным проведение данного КЭ.

 

Научная аппаратура:

В КЭ будет использоваться антропоморфная робототехническая система (АРТС).

Блоки и агрегаты, входящие в состав аппаратуры, их назначение

1.Робот. Технические характеристики АРТС уточняются на стадии разработки ТЗ на НА

2.Блок управления роботом. На БУР планируется возложить следующие задачи:

- контроль работы АРТС по ТМИ,

- автоматическое выключение автономного режима управления АРТС при недопустимых значений ТМИ,

- выключение АРТС при возникновении нештатных ситуаций.

Основные характеристики БУР следующие:

- процессор 2-х ядерный 64-разрядный с тактовой частотой не менее 1 ГГц;

- объем оперативной памяти не более 256 Мбайт;

- объем памяти на «жестком» диске не менее 1 Тб;

- масса не более 3 кг.

3.Подробный поблочный состав аппаратуры, а также характеристики уточняется на стадии разработки ТЗ на НА и ЭП.

4. Все модули АРТС (Например, блок управления роботом) должны быть интегрированы непосредственно в корпус робота.

5. По окончании КЭ НА возвращается на Землю.

 

Ожидаемые результаты:

Будут получены уточненные требования к оборудованию и системам:

– к системам управления манипуляторами и захватами и к их приводам;

– к конструктивным элементам АРТС обеспечивающих использование штатного кресла экипажа типа «Чегет».

Будут проведены исследования и испытания:

– режимов собственного тепловыделения АРТС на различных стадиях полёта с учётом решаемых функциональных задач;

– возможности интеграции АРТС в пилотируемые КА;

– стойкости АРТС к ВВФ при нахождении в кресле члена экипажа.

Будут разработаны и опробованы методики:

– планирования функциональных действий АРТС, связанных с внутрикорабельной деятельностью;

– супервизорного дистанционного управления АРТС с Земли.

Будут решены задачи:

– демонстрации высокого потенциала отечественной науки и техники;

– проверке адекватности, уточнении и верификации математической модели АРТС как многозвенной приводной машины, действующей в условиях невесомости в ограниченном пространстве;

– моделирования и отработки операций с пульта космонавтов и пульта ОВК (в имитационном или макетном режиме без выдачи реальных управляющих воздействий);

– моделирования нагрузок на пилота на активном участке полёта (получение информации о нагрузках на экипаж);

расширения объема информации, получаемой в ходе беспилотных испытаний ПТК;

моделирования типовых действий членов экипажа ПТК «Федерация», таких как прием и передача голосовых сообщений, работа со средствами ручного управления (пульт космонавтов, пульт ОВК), на всех этапах полета;

сбора и передачи в ЦУП телеметрической информации о работоспособности АРТС и действующих на него нагрузках;

отработки голосового канала связи через аппаратуру бортовой радиотехнической системы и системы пеленга;

отработки СОТР ПТК (имитация тепловыделения экипажа);

дополнительного видеоконтроля объема командного отсека ВА.

Результаты КЭ предполагается использовать:

– на предприятиях космической отрасли для создания робототехнических систем космического назначения;

– в отчете о летных испытаниях ПТК;

– в области экстремальной робототехники для создания роботов специального назначения;

– в образовании для подготовки кадров специалистов по робототехнике.

 

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: Разработка системы и подготовка КЭ: 2017-2021 гг.; Проведение КЭ: 2021 г.
Состояние эксперимента: Новый
Организация постановщик: ПАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева» 141070, г. Королев Московской обл., ул. Ленина, 4а
Организации участники: АО «НПО «Андроидная техника» (разработчик бортовой НА); ЦУП ФГУП ЦНИИмаш.
Научный руководитель: Зорин Ю. А., ПАО «РКК «Энергия», руководитель НТЦ, к.т.н., доцент
Публикации по эксперименту:

 

Последнее обновление: 15.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения