История одного российского робота

«Разорванная в клочья страна» создает робота для покорения космоса», — написал 8 октября 2016 г. в сети Twitter Дмитрий Рогозин. Так и произошло. 22 августа 2019 г. с космодрома Байконур была запущена ракета-носитель «Союз-2.1а» с космическим кораблем «Союз МС-14», на борту которой находился человекоподобный робот F.E.D.O.R. При его разработке были использованы технологии управления движением Elmo Motion Control.

F.E.D.O.R. расшифровывается как Final Experimental Demonstration Object Research (букв.: заключительное экспериментальное исследование демонстрационного объекта) и имеет позывной Skybot F-850. Он представляет собой антропоморфного робота-спасателя, созданного по заказу МЧС России. Разработка робота началась еще в 2014 г. и производилась в два этапа общей продолжительностью два с половиной года. В процессе испытаний робот провел 10 дней на борту Международной космической станции, изучая, как помогать астронавтам, и совершенствуя свои навыки в условиях низкой гравитации.

F.E.D.O.R. (рис. 1) обладает достаточно широким функционалом. Он оснащен речевой системой, способной распознавать слова и выдавать ответы, может открывать двери, управлять автомобилем и квадроциклом в автономном режиме, работать с дрелью. F.E.D.O.R. умеет даже стрелять из пистолетов по-македонски, с двух рук, что, однако, послужило прецедентом, и один из немецких партнеров отказался поставлять комплектующие «стреляющему роботу».

Предшественниками F.E.D.O.R. были роботы моделей SAR-400 и SAR-401, предназначенные для использования в космосе. Прототипы были снабжены гидравлическими приводами, но разработчик отказался от них из-за высокой стоимости и низкой надежности. В последней модели были использованы электроприводы, которые состояли из бесколлекторных электродвигателей производства НПО «Андроидная Техника» и усилителей Gold Twitter производства ELMO Motion Control. Всего в роботе насчитывается 23 привода для управления его суставами. Вес робота составляет 106 кг, рост — 182 см, номинальная мощность — 5 кВт, максимальная мощность — 15 кВт.

Совместить такое количество приводов в одном роботе было непросто. Преимуществом усилителей Gold Twitter стали большое количество различных корпусов и возможность поставляться вообще без них. Также многочисленные варианты подключения позволили реализовать один тип усилителя внутри 23 различных осей, в нескольких конфигурациях. Кроме того, усилители Gold Twitter были выбраны из-за очевидных ограничений веса в космических полетах. Несмотря на малые габариты, данная серия обладает достаточной мощностью и точностью для того, чтобы F.E.D.O.R. мог заниматься важными задачами, такими как подключение кабелей, использование отвертки и огнетушителя в условиях низкой гравитации.

Серия Gold Twitter состоит из четырех моделей (рис. 2). Все модели работают по запатентованной технологии быстрого и мягкого переключения, обеспечивая КПД > 99%, при этом электромагнитные помехи приборов незначительны. Рассмотрим их технические характеристики.

Модели GOLD TWITTER имеют следующие характеристики:

• удельная мощность: более 5500 Вт;
• параметры тока: до 80 А / 80 В, 50 А / 100 В;
• вес устройства: 18,6–43,2 г;
• габаритные размеры: от 35×30×11,5 мм;
• интерфейс: EtherCAT или CANOpen;
• широкий диапазон рабочих напряжений:«60 В постоянного тока» — 6–55 В постоянного тока;«100 В постоянного тока» — 10–95 В постоянного тока;«200 В постоянного тока» — 20–195 В постоянного тока.

DOUBLE GOLD TWITTER обладает такими параметрами, как:

• удельная мощность: более 10 000 кВт;
• сверхвысокий ток: до 160 А / 80 В, 140 А / 100 В;
• вес: 33 г;
• габаритные размеры (без радиатора): 47×36,2×18,8 мм;
• интерфейс: EtherCAT или CANOpen;
• широкий диапазон рабочих напряжений:«80 В постоянного тока» — 11–75 В постоянного тока;«100 В постоянного тока» — 11–95 В постоянного тока;«200 В постоянного тока» — 20–195 В постоянного тока.

GOLD SOLO TWITTER — это усовершенствованный высокоинтеллектуальный сервопривод с высокой удельной мощностью, который быстро вводится в эксплуатацию. Он обеспечивает мощность до 5 кВт, имея компактный корпус объемом 30,59 см3.

Отличительной особенностью GOLD SOLO TWITTER является наличие полнофункционального встроенного контроллера движения. Благодаря этому усилитель может работать как автономное устройство или как часть многоосной системы в распределенной конфигурации в сети реального времени. Привод легко настраивается с помощью программных средств Elmo Application Studio (EASII) и полностью программируется с помощью языков управления движением Elmo.

Питание GOLD SOLO TWITTER обеспечивается источником постоянного тока, изолированным от сети. Усилитель может работать с одним или двумя источниками питания.

Основные характеристики GOLD SOLO TWITTER:

• ток: до 80 А / 80 В, 50 А / 100 В;
• вес: 32,5–60,5 г;
• интерфейс: EtherCAT или CANOpen;
• доступна связь через USB (только версия EtherCAT) и стандартный RS-232;
• широкий рабочий диапазон напряжения: 14–200 В постоянного тока.

Так же, как и GOLD SOLO TWITTER, DOUBLE GOLD SOLO TWITTER имеет встроенный контроллер движения и может работать как автономное устройство или как часть многоосной системы в распределенной конфигурации в сети реального времени.

Технические характеристики данного усилителя:

• удельная мощность: более 10 000 Вт;
• ток: до 160 А / 80 В, 140 А / 100 В;
• вес: 120 г;
• габаритные размеры (без радиатора): 47×69,529,7 мм:
• интерфейс: EtherCAT или CANOpen;
• диапазон напряжений:«80 В постоянного тока» — 11–75 В постоянного тока;«100 В постоянного тока» — 11–95 В постоянного тока;«200 В постоянного тока» — 20–195 В постоянного тока.

Рабочее напряжение в характеристиках указано в диапазонах. Это удобно: если необходимо подавать напряжение до 30 В постоянного тока, то достаточно подать на шину всего лишь 32 В, исходя из того, что максимальное напряжение на выходе может составлять до 96% от входного напряжения. Благодаря этому усилители максимально гибкие в применении. С учетом того, что они обрабатывают входные сигналы практически от любых датчиков обратной связи, Gold Twitter становятся универсальным инструментом для систем движения.

Все модели имеют степень защиты IP00 и монтируются на плату. Это позволяет интегрировать усилитель в какое-либо изделие так, чтобы он не занимал лишнего пространства и они выглядели как одно целое (рис. 3).

4 сентября 2019 г. робота F.E.D.O.R. отправили обратно на Землю, усадив в кресло корабля «Союз», подключив электропитание и переведя его в ждущий режим. После отстыковки корабля F.E.D.O.R. фиксировал все этапы полета к Земле на видеокамеру и датчики инерционной системы.

Однозначных выводов об успешности эксперимента пока нет, поскольку разработчикам необходимо проанализировать огромный объем собранной информации. Однако они уверены, что космический эксперимент прошел успешно, и теперь точно знают, в каком направлении необходимо двигаться для разработки робототехнических комплексов, способных трудиться в космическом пространстве и на поверхности других планет.

Источник: https://controlengrussia.com/primeneniya-i-proekty/elmo-motion-control/

🔗 История одного российского робота