Пристрій управління роботизованим транспортним засобом

 

Винахід відноситься до радіотехнічних пристроїв керування роботизованим транспортним засобом (РТС), наприклад, переміщається в трубопроводі і мають маніпулятори, змонтовані на візках, і може бути використане для телеінспекції внутрішньої поверхні трубопроводу, тунелю метро, підвальних приміщень (підземних гаражів) і т. п.

Відомо пристрій управління роботизованим транспортним засобом, що входить до складу газопровідної автоматизованої інспекційної системи, що містить широкосмуговий приймач оператора, оснащений всеспрямованої антеною і пультом управління, широкосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу, оснащений всеспрямованої антеною та виконавчими елементами, причому широкосмугові прийомопередавачі відповідно з'єднані з пультом управління і виконавчими елементами шиною інтерфейсу типу TCP/IP, наприклад стандарту 802.11 b. (US, №6697710).

У цьому технічному рішенні засіб пересування виконано у вигляді самохідного поїзда, зібраного з окремих модулів, циліндроподібної форми і пов'язаних між собою шарнірно, приводи ходових механізмів кожного з модулів виконані з магніт�ня працює на частоті 2,4 гГц, має на прийомопередавача по одній антені з круговою діаграмою спрямованості.

Перевагами цієї системи є: можливість повороту робота і його переміщення у вигинах труби; можливість керування роботом і реєстрації даних оператором зовні трубопроводу при пересуванні робота всередині труби, велика протяжність телеінспекції, не обмежена довжиною кабелю.

Обмеженням цього технічного рішення є: невеликі діаметри від 150 мм до 220 мм інспектованих трубопроводів через застосування електромагнітного привода переміщення за допомогою окремих модулів. По суті, стінка трубопроводу є корпусом пристрою управління - своєрідним хвилеводом, що не викликає перевідбиттів і інтерференції радіохвиль, тому можливе використання всеспрямованої антени. Технічні можливості такої конфігурації дозволяють управляти РТС на відстанях до 500 м. При збільшенні дальності, а також при русі РТС відбувається збільшення кількості помилок в каналі управління, а іноді і тимчасові завмирання сигналу. Відомий пристрій не може використовуватися у трубопроводах великих діаметрів, а також у тунелях і підвальних приміщеннях через що виникають в них п�ещения робота, блок виявлення перешкоди, блок визначення поточного місця розташування робота і блок спостереження за простором перед роботом, сполучені за допомогою відповідних інформаційних каналів з блоком управління, джерело живлення, з'єднаний першими висновками з відповідними висновками блоку виявлення перешкоди, блоку визначення поточного місця розташування робота і блоку спостереження за простором перед роботом, підключеного входом до виходу щонайменше однієї камери спостереження, встановленої на корпусі пристрою для переміщення робота. Робот має переміщається засіб з розміщеними на ньому станцією мобільного зв'язку, виконаної з можливістю доступу в Інтернет, і пультом дистанційного керування, виконаним у вигляді щонайменше одного персонального комп'ютера, сполученого інформаційним каналом зі станцією мобільного зв'язку. Пристрій для переміщення робота виконано у вигляді саморушної візки, яка кінематично пов'язаний з нерухомих засобом, на осях провідних коліс саморушної візка розміщені приводні елементи двигунів постійного струму, які висновками пов'язані з другими висновками джерела живлення, а керуючими входами - з ви, �оединенние виходами з входами блоку визначення пройденого роботом відстані, і акселерометри, підключені виходами до входів блоку вимірювання прискорення при русі робота, блок виявлення перешкоди забезпечений встановленими на корпусі саморушної візки щонайменше одним передавачем ультразвукового сигналу і щонайменше одним приймачем ультразвукового сигналу. Блок визначення пройденого роботом відстані і блок вимірювання прискорення при русі робота розміщені на корпусі саморушної візки і пов'язані своїми висновками з третіми висновками джерела живлення, а блок управління додатковими інформаційними каналами з'єднаний з блоком визначення пройденого роботом відстані, блоком вимірювання прискорення при русі робота, станцією мобільного зв'язку і щонайменше одним персональним комп'ютером, причому джерело живлення четвертими висновками з'єднаний з відповідними висновками станції мобільного зв'язку та щонайменше одного персонального комп'ютера (RU, №2274543).

В описі до цього винаходу обмовляється, що цей робот може використовуватися для діагностики трубопроводів, прихованих порожнин, підземних комунікацій при наявності неагрессивноЏ допомогою мережі Інтернет, оскільки відомий мобільний робот являє собою самохідну візок з причепом, на якому є пульт дистанційного керування ПК (ноутбука) з під'єднаним до нього стільниковим телефоном (станція мобільного зв'язку), що має доступ в Інтернет. Комп'ютер, через який відбувається управління за кілька сотень або тисяч кілометрів, теж має доступ в Інтернет за допомогою мобільного телефону.

Однак застосування такого робота для інспекції трубопроводу недоцільно, оскільки при переміщенні робота всередині труби стінка трубопроводу є екрануючої і встановити стійкий зв'язок станції мобільного (стільникового телефону) по мережі Інтернет при знаходженні робота всередині труби практично неможливо.

Відомо пристрій управління роботизованим транспортним засобом, що входить до складу робототехнічної системи інспекції трубопроводу, що містить вузькосмуговий приймач оператора, оснащений всеспрямованої антеною і пультом управління із засобами відображення, вузькосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу, оснащений всеспрямованої антеною та виконавчими елементами (RU, U1, №133896).

У цьому пристрої використовується п�ость забезпечення стійкої радіозв'язку для трубопроводів великих діаметрів.

Однак при телеінспекції протяжних обмежених середовищ, таких як шахти, тунелі, колектори, підземні приміщення і розташовані в них комунікації, виникають проблеми підтримування збереження стійкої радіозв'язку з-за інтерференційних спотворень радіосигналів.

Відомо пристрій управління роботизованим транспортним засобом, що входить в склад робота у вигляді візка і містить вузькосмуговий приймач оператора, оснащений антеною і пультом управління із засобами відображення, вузькосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу, оснащений антеною та виконавчими елементами, контролери, які відповідно служать для управління приймачами і передавачами вузькосмугового приймача оператора і вузькосмугового приймача роботизованого транспортного засобу. (US №5736821).

У цьому пристрої вузькосмугові прийомопередавачі оператора і роботизованого транспортного засобу оснащені двома антенами лінійної поляризації: однією антеною - горизонтальної для передачі команд управління і телеметрії, а інший - для вертикальної передачі сигналів зображень. Крім того, використовуються засоби для поддния сигналів, пов'язані з інтерференцією радіохвилі, запропоновано використовувати частоти менші, ніж частота зрізу хвилеводу - стінки корпуса труби, наприклад для діаметра труби 10 см, менші 1,758 ГГц, при цьому бічні патрубки відводів газового трубопроводу, з меншим діаметром 10 см, не мають впливу на стійкість радіопередачі і радіоприймання.

Однак фахівцям зрозуміло, що при збільшенні діаметра основного трубопроводу або при телеінспекції замкнутих просторів складної форми зважаючи перевідбиттів радіосигналу все одно виникають інтерференційні спотворення. Крім того, використання двох антен для роздільного прийому команд телекерування і потокового відео ускладнює конструкцію при застосуванні вузькосмугових приймачів.

Найбільш близьким є пристрій керування роботизованим транспортним засобом, що містить вузькосмуговий приймач оператора, оснащений антеною і пультом управління із засобами відображення, вузькосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу, оснащений антеною та виконавчими елементами, широкосмуговий приймач оператора і широкосмуговий приймач роботизованого транспортного сѾполосних і широкосмугових приймачів оператора і роботизованого транспортного засобу, відповідно один контролер з'єднаний шиною обміну даними з пультом управління із засобами відображення, а інший - з виконавчими елементами (RU, №2210491).

У цьому пристрої вузькосмугові прийомопередавачі служать лише для передачі команд, а широкосмугові прийомопередавачі - для передачі виключно відеозображення, а не команд, тому відоме пристрій не дозволяє компенсувати інтерференційні спотворення протяжних обмежених середовищ, таких як: внутрішній поверхні розгалуженого трубопроводу з підключеним обладнанням, тунелю метро, підвальних приміщень.

Розв'язувана винаходом завдання - поліпшення техніко-експлуатаційних характеристик при телеінспекції в протяжних обмежених середовищах.

Технічний результат, який отримано при виконанні винаходу - підвищення надійності пристрою за рахунок зменшення впливу інтерференційних спотворень сигналу і поліпшення достовірності передачі і прийому команд телекерування, телевимірювань і потокового відео.

Для вирішення поставленої задачі з досягненням зазначеного технічного результату у відомому пристрої управління роботизованим транспортним засобом, що містить вузькосмуговий�ий приймач роботизованого транспортного засобу, оснащений антеною та виконавчими елементами, широкосмуговий приймач оператора і широкосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу, кожен з яких оснащений антеною, контролери, які виконані забезпечують підключення шинами вузькосмугових та широкосмугових приймачів оператора і роботизованого транспортного засобу, відповідно один контролер з'єднаний шиною обміну даними з пультом управління із засобами відображення, а інший - з виконавчими елементами, згідно винаходу антени вузькосмугового приймача оператора і вузькосмугового приймача роботизованого транспортного засобу виконані всеспрямованими, кожен широкосмуговий приймач оператора і широкосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу оснащений двома вузько спрямованими антенами і забезпечений суматором/перехідником, вхід/вихід широкосмугового приймача з'єднаний з двома вузько спрямованими антенами через суматор/розгалужувач, причому ширина α діаграми спрямованості вузько спрямованої антени - α≤180°, а відстань L між вузько спрямованими антенами - L>α.

Можливі доп з'єднаний з узкополосними прийомопередавачами шиною послідовного інтерфейсу RS232, або RS422, або RS485 або LON, або KAN;

- кожен із контролерів з'єднаний з широкосмуговими прийомопередавачами шиною інтерфейсу типу TCP/IP, Ethernet чи IEEE 802.11, або Wireless Ethernet, або SLIP, або Token Ring, або ATM, або MPLS.

Зазначені переваги винаходу, а також його особливості пояснюються за допомогою варіантів реалізації з посиланнями на прикладені креслення.

Фіг. 1 зображує узагальнену функціональну схему пристрою;

Фіг. 2 - те ж, що фіг. 1, при використанні широкосмугових прийомопередавача двох вузьконаправлених антен;

Фіг. 3 - блок-схему алгоритму роботи контролера, в режимі передачі;

Фіг. 4 - те ж, що фіг. 3, в режимі прийому.

Пристрій управління роботизованим транспортним засобом (фіг. 1) містить вузькосмуговий приймач 1 оператора, оснащений антеною 2 і пультом 3 управління із засобами відображення 4 (сполучені між собою відомим чином, наприклад, як в RU, №13389, по шині 5 обміну даними інтерфейсу RS-485 або як в US, №5736821) і вузькосмуговий приймач 1 роботизованого транспортного засобу (РТС), оснащений антеною 2 і виконавчими елементами 6. Контролери 7 відповідно служать для управління приймачами і передавачами вузькосмугового приемопе�вісні прийомопередавачі 1 і 2 антени для оператора і для роботизованого транспортного засобу виконані ідентичними.

Антени 2 вузькосмугового приймача 1 оператора і вузькосмугового приймача 2 РТС виконані всеспрямованими (з круговою діаграмою спрямованості). Пристрій має широкосмуговий приймач 8 оператора і широкосмуговий приймач 8 РТС. Кожен з широкосмугових приймачів 8 оснащений щонайменше однієї вузьконаправленої антеною 9 і контролером 7, виконаними ідентичними. Контролери 7 виконані забезпечують підключення вузькосмугових приймачів 1 і широкосмугових приймачів 8. Відповідно один контролер 7 з'єднаний шиною 5 обміну даними з пультом 3 управління із засобами 4 відображення, а інший контролер 7 - з виконавчими елементами 6. Кожен із контролерів з'єднаний шиною 10 послідовного інтерфейсу типу RS232 з узкополосними прийомопередавачами 1, а шиною 11 інтерфейсу типу TCP/IP - з широкосмуговими прийомопередавачами 7.

Для зменшення впливу інтерференційних спотворень сигналу ширина α діаграми спрямованості вузько спрямованої антени 9 обрана задовольняє: α≤180°.

Шиною 10 послідовного інтерфейсу може бути RS232, або RS422, або RS485 або LON, або KAN.

Шиною 11 інтерфейсу типу TCP/IP може бути Ethernet, �передавач 7 забезпечений двома вузько спрямованими антенами 9 та суматором/перехідником 12. Вхід/вихід широкосмугового приймача 8 з'єднаний з двома вузько спрямованими антенами 9 через суматор/розгалужувач 12.

Для виключення взаємного впливу вузьконаправлених антен 9 відстань L між вузько спрямованими антенами 9 вибрано: L>α, де α - ширина діаграми спрямованості вузько спрямованої антени 9.

Працює пристрій управління роботизованим транспортним засобом (фіг.1) наступним чином.

Команда з пульта 3 управління (маніпулятор «миша», джойстик, трекбол, клавіатура тощо) із засобами 4 відображення (монітор, сенсорний екран) реорганізується цифровим перетворювачем пульта 3 в стандартний протокол та у вигляді кодової посилки в форматі, що дозволяє визначити наявність помилки, надходить по шині 5 обміну даними в пристрій введення контролера 7. Контролер 7 при передачі команд функціонує в режимі реплікатора порту (фіг. 3). При цьому (аналогічно US, №5736821) контролер 7 підключає передавачі вузькосмугового приймача 1 та широкосмугового приймача 8 до шині 10 послідовного інтерфейсу типу RS232 з несучими частотами 433, або 466, або 833 мГц командних сигналів і до шині 11 інтерфейсу типу TCP/IP з несучими частотами 2, 4 або 5,2 гГц.

При передачу ін., а шиною 11 інтерфейсу типу TCP/IP може бути Ethernet чи IEEE 802.11, або Wireless Ethernet, або SLIP, або Token Ring, або ATM, або MPLS та ін

Радіочастотні сигнали на згаданих частотах випромінюються в напрямку РТС всеспрямованої антеною 2 (з круговою діаграмою спрямованості) вузькосмугового приймача 1 і вузько спрямованої антеною 9 (α≤180°) широкосмугового приймача 8 обладнання оператора. Оскільки несучі частоти вузькосмугового та широкосмугового каналів значно різняться між собою, то всенаправлена антена 2 вузькосмугового приймача 1 РТС приймає сигнали вузькосмугового приймача 1 обладнання оператора, а вузьконаправлена антена 9 широкосмугового приймача 8 РТС - широкосмугового приймача 8 обладнання оператора. Інформація про спрямованої команді від АЦП приймача вузькосмугового приймача 1 і від АЦП приймача широкосмугового приймача 8 по шині 10 послідовного інтерфейсу типу RS232 і по шині 11 інтерфейсу типу TCP/IP поступає відповідно на контролер 7.

У режимі прийому контролер 7 (фіг. 1) працює за наступним алгоритмом (фіг. 4).

Сигнали команд по шинах 10 і 11 надходять у блок сигнатур команд, де вони порівнюю�ться істинної. Блоки прийняття рішень «Сигнатури збігаються?» мають два виходи. У разі прийняття рішення «Ні» здійснюється вихід з алгоритму, сигнали не надходять до виконавчих елементів 6, але подаються в блок формування команди невиконання, яка від контролера 7 РТС по шинах 10 і 11 відповідно передається до ЦАП передавачів вузькосмугового приймача 1 та широкосмугового приймача 8 РТС. Вузькосмуговий приймач 1 і широкосмуговий приймач 8 РТС направляє повідомлення про невиконання обладнання оператора (фіг. 1).

У разі наявності інформації «Так» (фіг. 3) на виході одного з блоків прийняття рішення і «Ні» - на виході іншого блоку прийняття рішення, хоча б один з сигналів «Та» надходить на вхід блоку, що виконує функцію «АБО», з виходу якого чинна команда направляється до виконавчих елементів. У разі наявності інформації «Так» на виходах обох блоків прийняття рішення контролер 7 реалізує функцію типу оператора «виключне АБО». З метою підвищення швидкодії та збільшення надійності управління пріоритетними є дані, що надійшли від широкосмугового каналу.

Дані алгоритми (фіг. 3, 4) реалізовані на контролері sbRIO з п телекамер, освітлювальне обладнання і т. п. Після відпрацювання команди, що надійшла шині 5 обміну даними, аналогічно описаному вище для обладнання оператора в режимі передачі, цифровими перетворювачами виконавчих елементів 6 формується команда про виконання, яка реорганізується в стандартний протокол та у вигляді кодової посилки по шині 5 обміну даними надходить на контролер 7 РТС. У режимі передачі контролер 7 РТС функціонує у відповідності з алгоритмом (фіг. 3). По шинах 10, 11 сигнал про виконану команді відповідно надходить на передавачі вузькосмугового приймача 1 та широкосмугового приймача 8 РТС і передається обладнання оператора всеспрямованої антеною 2 і вузько спрямованої антеною 9 РТС.

При прийомі радіосигналів про виконання команд вузькосмуговим прийомопередавачем 1 і широкосмуговим прийомопередавачем 8 обладнання оператора контролер 7 працює точно у відповідності з алгоритмом фіг. 3, а «виконавчими елементами» в цієї блок-схемі є пульт 3 управління із засобами 4 відображення. Аналогічно оброблюється команда невиконання. При надходженні команди про невиконання виконавчим елементом 6 заданого дії від контролера 7 РТС,», «тому», «поворот» і т. п., поки не буде досягнута стійка радіозв'язок хоча б по одному з каналів.

Таким чином, оскільки використовується практично функціонально ідентичний обладнання оператора і РТС для управління, в яких контролери 7 працюють за однаковими алгоритмами, а також за рахунок використання двох каналів передачі даних - вузькосмугового та широкосмугового, в яких кожен з каналів має значно різняться частоти, і так як застосовуються вузькосмугові прийомопередавачі 1 з всеспрямованими антенами 2 і широкосмугові прийомопередавачі 8 з вузькоспрямованими антенними 9 як обладнання для оператора, так і для РТС, то вдається підвищити надійність пристрою за рахунок зменшення впливу інтерференційних спотворень сигналу в різних протяжних середовищах, є своєрідним корпусом пристрої (трубопроводи великих діаметрів, шахти, тунелі, колектори, підземні приміщення і розташовані в них комунікації), і поліпшити достовірність передачі і прийому команд телекерування, телевимірювань і потокового відео.

Як показали дослідження, підвищити надійність пристрою і поліпшити достовірність передачі і прийому можна, якщо кожен широкосмуговий приеЀокополосного приймача 8 з'єднаний з двома вузько спрямованими антенами 9 через суматор/розгалужувач 12. При використанні двох вузьконаправлених антен 9 відстань L між вузько спрямованими антенами 9 може бути обрано: L>α, де α - ширина діаграми спрямованості вузько спрямованої антени 9, при цьому виключається взаємний вплив цих антен.

Пристрій (фіг. 2) працює точно так само, як пристрій керування роботизованим транспортним засобом (фіг. 1). Пасивні суматори і розгалужувачі (за винятком спрямованих відгалужувачів АЛЕ) є взаємними пристроями многополюсниками, тобто суматор може використовуватися в якості розгалужувача (сплітера), і навпаки. У режимі передачі радіосигналу обладнанням оператора суматор/розгалужувач 12 є перехідником і вихід передавача широкосмугового приймача 8 приєднаний синфазно до двох вузьконаправлених антен 9, які випромінюють високочастотний сигнал від обладнання оператора в напрямку до РТС. А в режимі прийому радіосигналу суматор/розгалужувач 12 є суматором і вхід приймача широкосмугового приймача 8 приєднаний до двох вузьконаправлених антен 9, які беруть високочастотний сигнал від РТС. Аналогічно працює і суматор/розгалужувач 12 РТС.

В результаті проведених ісп�му каналі, а зменшує наслідки від ефекту завмирання в ньому сигналу. Відповідно, підвищується надійність пристрою управління. А кількість помилок зменшується з допомогою використання широкосмугових приймачів 8 (наприклад, многоантенних, з різною поляризацією і в різних діапазонах).

Крім того, фахівцям зрозуміло, що для підвищення надійності передачі і прийому команд пристроєм в обладнанні оператора можуть використовуватися щонайменше два окремих широкосмугових приймача 8, кожен з яких має по дві вузьконаправлені антени 9, і два окремих широкосмугових приймача 8 для РТС з такими ж антенами, що працюють на різних несучих частотах, наприклад 2,4 ГГц і 5,2 ГГц.

Винахід не виключає інших технічних удосконалень, а обсяг патентних претензій в цілому представлений у незалежному пункті формули винаходу.

Найбільш успішно заявлене пристрій управління роботизованим транспортним засобом промислово придатним для проведення телеінспекції підводних або підземних ділянок магістральних трубопроводів великих діаметрів, а також шахт, тунелів, колекторів, підземних приміщень з розташованими в них коммуниния роботизованим транспортним засобом, містить вузькосмуговий приймач оператора, оснащений антеною і пультом управління із засобами відображення, вузькосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу, оснащений антеною та виконавчими елементами, широкосмуговий приймач оператора і широкосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу, кожен з яких оснащений антеною, контролери, які виконані забезпечують підключення шинами вузькосмугових та широкосмугових приймачів оператора і роботизованого транспортного засобу, один контролер з'єднаний шиною обміну даними з пультом управління із засобами відображення, а інший - з виконавчими елементами, що відрізняється тим, що антени вузькосмугового приймача оператора і вузькосмугового приймача роботизованого транспортного засобу виконані всеспрямованими, кожен широкосмуговий приймач оператора і широкосмуговий приймач роботизованого транспортного засобу оснащений двома вузько спрямованими антенами і забезпечений суматором/перехідником, вхід/вихід широкосмугового приймача з'єднаний з двома вузько спрямованими антенами, � відстань L між вузько спрямованими антенами - L>α.

2. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що кожен із контролерів з'єднаний з узкополосними прийомопередавачами шиною послідовного інтерфейсу RS232, або RS422, або RS485 або LON, або KAN.

3. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що кожен із контролерів з'єднаний з широкосмуговими прийомопередавачами шиною інтерфейсу типу TCP/IP, Ethernet чи IEEE 802.11, або Wireless Ethernet, або SLIP, або Token Ring, або ATM, або MPLS.



 

Схожі патенти:

Протокол бездротового зв'язку ігрового терміналу для периферійних пристроїв

Винахід відноситься до галузі мультимедійних і ігрових пристроїв і може бути використане для взаємної передачі голосу та даних між ігровим пристроєм і бездротовими периферійними допоміжними одиницями обладнання

Способи і термінали зв'язку для збільшення пропускної здатності мереж зв'язку мдкр

Винахід відноситься до систем зв'язку множинного доступу з кодовим поділом каналів (МДКР), конкретно до способів і терміналів зв'язку для збільшення пропускної здатності в системах зв'язку МДКР

Пристрій формування канального сигналу для багатоканальних систем зв'язку з частотним ущільненням каналів

Винахід відноситься до радіотехніки і зв'язку та дозволяє зменшити смугу частот, яку займає канальним сигналом

Пристрій селекції імпульсів в приймачі для багатоканальної асинхронної системи зв'язку

Винахід відноситься до галузі радіотехніки і зв'язку та м.б

Пристрій для резервування каналів тональної частоти

Винахід відноситься до електрозв'язку
Up!