RU2786065C1

RU2786065C1 - Adaptive mobile spatial manipulator robot for movement in inter-tubular space

Info

Publication number: RU2786065C1
Application number: RU2022119406A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Саяпин
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2022-12-16

Abstract

FIELD: robotics.

SUBSTANCE: invention relates to robotics, namely to adaptive mobile spatial manipulative robotic systems; it can be used for operation in an inter-tubular space, as well as for movement along columns with a limited outer space. The adaptive mobile spatial manipulator robot is an active spatial twelve-rod parallel structure, rods of which form a frame of a circular straight cylinder with front and back bases with a radius r, and they are made in the form of arc-shaped drives of a curvilinear movement with the same chord lengths h, equal to distances between adjacent vertices. Each of cylinder bases with the radius r is formed with three arc-shaped drives of a curvilinear movement, pivotally connected at vertices of, respectively, front and back bases of the cylinder, and arcs of adjacent pairs of side arc-shaped drives of a curvilinear movement are made in the form of sections of helix of right and left stroke with a radius r and step S equal to 4.5h, a length of which is limited with a value S/6.

EFFECT: reduction in overall-weight characteristics of a device and expansion of its functional capabilities.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике, а именно к адаптивным мобильным пространственным манипуляционным робототехническим системам, и может быть использовано для эксплуатации в межтрубном пространстве, а также для перемещения вдоль колонн с ограниченным наружным пространством.The invention relates to robotics, namely to adaptive mobile spatial manipulation robotic systems, and can be used for operation in the annular space, as well as for moving along columns with limited outer space.

Известен адаптивный мобильный пространственный робот-манипулятор, содержащий пространственную структуру в виде октаэдрного модуля в исходном положении, ребра которого выполнены в виде стержней, концы которых шарнирно соединены в вершинах октаэдрного модуля. При этом стержни снабжены линейными приводами с датчиками относительного перемещения, причем стержни выполнены с возможностью изменения их длины по управляющим командам на линейные приводы от системы управления. Все грани октаэдрного модуля выполнены с возможностью соединения через них с подобными модулями и все стержни снабжены шарнирными соединениями на концах, выполненных в виде сферических шарниров. Вершины октаэдрного модуля и срединные участки стержней тыльной грани, расположенной с противоположной стороны от направления движения и параллельной ей фронтальной грани, расположенной со стороны направления движения, снабжены радиальными упорами с датчиками температуры и электрическими контактами с возможностью образования адаптивных схватов и фиксирующих опор робота-манипулятора. (С.Н. Саяпин, А.В. Синев. Адаптивный мобильный пространственный робот-манипулятор и способ организации движений и контроля физико-механических свойств и геометрической формы контактируемой поверхности и траектории перемещения с его помощью // Патент на изобретение РФ №2424893, МПК B25J 5/00, B25J 13/08, заявлено 11.01.2009; опубл. 27.07.2011, Бюл. №21. - прототип).Known adaptive mobile spatial robotic arm containing a spatial structure in the form of an octahedral module in the initial position, the edges of which are made in the form of rods, the ends of which are pivotally connected at the vertices of the octahedral module. At the same time, the rods are equipped with linear drives with relative displacement sensors, and the rods are made with the possibility of changing their length according to control commands to linear drives from the control system. All faces of the octahedral module are made with the possibility of connection through them with similar modules, and all rods are provided with swivel joints at the ends, made in the form of spherical hinges. The vertices of the octahedral module and the middle sections of the rods of the rear face located on the opposite side from the direction of movement and the front face parallel to it, located on the side of the direction of movement, are equipped with radial stops with temperature sensors and electrical contacts with the possibility of forming adaptive grippers and fixing supports of the robot-manipulator. (S.N. Sayapin, A.V. Sinev. Adaptive mobile spatial robot-manipulator and a method for organizing movements and controlling the physical and mechanical properties and the geometric shape of the contact surface and the trajectory of movement with its help // Patent for the invention of the Russian Federation No. 2424893, IPC B25J 5/00, B25J 13/08, filed 01/11/2009, published 07/27/2011, Bulletin No. 21 - prototype).

Недостатками устройства являются:The disadvantages of the device are:

• Минимальный размер межтрубного расстояния определяется разностью между радиусами вписанной и описанной окружностями граней октаэдрного модуля при минимальной длине их линейных приводов. В результате фиксация октаэдрного модуля к наружной поверхности внутренней трубы осуществляется через срединные участки линейных приводов фронтальной и тыльной граней, а фиксация октаэдрного модуля к внутренней поверхности наружной трубы - через вершины фронтальной и тыльной граней. В результате образуется паразитное пространство, препятствующее максимальному уменьшению минимального межтрубного расстояния.• The minimum size of the annular distance is determined by the difference between the radii of the inscribed and circumscribed circles of the faces of the octahedral module with the minimum length of their linear actuators. As a result, the octahedral module is fixed to the outer surface of the inner tube through the middle sections of the linear drives of the front and rear faces, and the octahedral module is fixed to the inner surface of the outer tube through the tops of the front and rear faces. As a result, a parasitic space is formed that prevents the maximum reduction in the minimum annulus distance.

• Исходя из геометрии октаэдрного модуля минимальная длина линейных приводов его граней соответствует длине правильного треугольника с вписанной окружностью, радиус которой равен сумме радиуса наружной поверхности внутренней трубы и радиуса поперечного сечения линейного привода. В результате минимальная длина линейного привода оказывается избыточной для фиксации фронтальной и тыльной граней, что ведет к увеличению габаритно-массовых характеристик устройства.• Based on the geometry of the octahedral module, the minimum length of the linear actuators of its faces corresponds to the length of a regular triangle with an inscribed circle, the radius of which is equal to the sum of the radius of the outer surface of the inner tube and the radius of the linear actuator cross section. As a result, the minimum length of the linear drive turns out to be excessive for fixing the front and rear faces, which leads to an increase in the overall and mass characteristics of the device.

Техническим результатом предлагаемого адаптивного мобильного пространственного робота-манипулятора для перемещения в межтрубном пространстве является уменьшение габаритно-массовых характеристик и расширение функциональных возможностей за счет организации уменьшения минимального межтрубного расстояния, а также увеличения максимально допустимого диаметра протяженных предметов, например труб и кабелей, перемещаемых внутри трубы.The technical result of the proposed adaptive mobile spatial robot-manipulator for moving in the annular space is to reduce overall weight characteristics and expand functionality by organizing a reduction in the minimum annulus distance, as well as increasing the maximum allowable diameter of extended objects, such as pipes and cables moved inside the pipe.

Это достигается тем, что в адаптивном мобильном пространственном роботе-манипуляторе, содержащем активную пространственную двенадцатистержневую параллельную структуру, установленную в межтрубном пространстве, концы стержней которой с помощью сферических шарниров соединены с вершинами по четыре в каждой, совпадающие в исходном положении с вершинами октаэдра, при этом каждый из стержней снабжен приводом, датчиками силы, относительного перемещения и относительной скорости, а каждая из вершин - трехосным блоком гироскопов-акселерометров, которые электрически соединены с системой управления, в исходном положении стержни активной пространственной двенадцатистержневой параллельной структуры образуют каркас кругового прямого цилиндра с фронтальным и тыльным основаниями радиуса r и выполнены в виде дугообразных приводов криволинейного перемещения с одинаковыми длинами хорд h, равными расстояниям между смежными вершинами, при этом каждое из оснований цилиндра радиуса r образовано тремя дугообразными приводами криволинейного перемещения, шарнирно соединенными в вершинах соответственно фронтального и тыльного оснований цилиндра, а дуги смежных пар боковых дугообразных приводов криволинейного перемещения выполнены в виде участков гелисы правого и левого хода с радиусом r и шагом S, равным 4,5h, длина которых ограничена величиной S/6. Причем каждый из дугообразных приводов криволинейного перемещения может быть выполнен с двусторонними штоками.This is achieved by the fact that in an adaptive mobile spatial robot-manipulator containing an active spatial twelve-rod parallel structure installed in the annular space, the ends of the rods of which are connected to the vertices of four in each by means of spherical hinges, coinciding in the initial position with the vertices of the octahedron, while each of the rods is equipped with a drive, force sensors, relative displacement and relative speed, and each of the vertices is equipped with a three-axis block of gyroscopes-accelerometers, which are electrically connected to the control system, in the initial position the rods of the active spatial twelve-rod parallel structure form a frame of a circular straight cylinder with a front and rear bases of radius r and are made in the form of arcuate drives of curvilinear movement with the same chord lengths h, equal to the distances between adjacent vertices, while each of the bases of the cylinder of radius r is formed by three arcuate curvilinear movement drives pivotally connected at the tops of the front and rear bases of the cylinder, respectively, and the arcs of adjacent pairs of lateral arcuate drives of curvilinear movement are made in the form of sections of the helix of the right and left stroke with a radius r and a step S equal to 4.5h, the length of which is limited by the value S/6. Moreover, each of the arcuate drives of curvilinear movement can be made with double-sided rods.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение активной пространственной двенадцатистержневой параллельной структуры (АПДПС) с вершинами А, В, С, D, Е и F адаптивного мобильного пространственного робота-манипулятора (АМПРМ), расположенного в межтрубном пространстве.In FIG. 1 shows a schematic representation of an active spatial twelve-rod parallel structure (APPS) with vertices A, B, C, D, E and F of an adaptive mobile spatial robot-manipulator (AMPRM) located in the annulus.

На фиг. 2 представлена структурная схема АМПРМ.In FIG. 2 shows the block diagram of the AMPRM.

На фиг. 3 показан фронтальный вид на АПДПС с вершинами А, В, С, D, Е и F, расположенный в межтрубном пространстве с фиксацией на наружной поверхности внутренней трубы.In FIG. 3 shows a frontal view of the APDPS with vertices A, B, C, D, E and F, located in the annular space with fixation on the outer surface of the inner pipe.

На фиг. 4 показан фронтальный вид на октаэдральный модуль с вершинами А, В, С, D, Е и F (прототип), расположенный в межтрубном пространстве с фиксацией на наружной поверхности внутренней трубы.In FIG. 4 shows a frontal view of an octahedral module with vertices A, B, C, D, E and F (prototype) located in the annular space with fixation on the outer surface of the inner pipe.

АМПРМ выполнен в виде АПДПС 1, установленного в межтрубном пространстве, образованном наружной поверхностью 2 внутренней трубы радиуса r_вн и внутренней поверхностью 3 наружной трубы радиусом r_нар. В исходном положении АПДПС 1 представляет собой каркас кругового прямого цилиндра с фронтальным и тыльным основаниями радиуса r, образованный из 12 дугообразных приводов криволинейного перемещения (ДПКП) с одинаковыми длинами хорд h, равными расстояниям между смежными вершинами. При этом фронтальное и тыльное основания каркаса цилиндра образованы ДПКП 4 по три в каждом с дугами окружностей радиуса r, а боковая поверхность - шестью ДПКП 5, дуги которых выполнены в виде гелис правого и левого хода с радиусом r и шагом S, равным 4,5h, длина которых ограничена величиной S/6. Причем в силу симметрии ДПКП 5 с гелисами правого и левого хода взаимозаменяемы. Каждый из ДПКП 4 и 5 снабжен осевыми датчиками силы (ДС) 6, относительного перемещения (ДОП) 7 и относительной скорости (ДОС) 8. Концы ДПКП 4 фронтального (расположенного со стороны направления движения) и тыльного оснований каркаса цилиндра и ДПКП 5 боковой поверхности каркаса цилиндра с помощью сферических или эквивалентных им шарниров соединены с вершинами 9 по четыре в каждой. При этом вершины 9 являются вершинами октаэдра ABCDEF с длиной ребра равной длине хорды h ДПКП 4 и 5. Здесь вершины ABC лежат на фронтальном, а вершины DEF - на тыльном основании каркаса цилиндра. АПДПС 1 представляет собой пространственный механизм параллельной структуры, выполненный с возможностью образования пространственной фермы при отключенных исполнительных органах в виде ДПКП 4 и 5. В каждой из вершин 9, представляющей собой шарнирный узел, установлен совмещенный датчик пространственного положения и ускорений (СДППУ) 10, выполненный в виде трехосного блока гироскопов-акселерометров, позволяющих определять относительные положения вершин 9 и измерять составляющие ускорений, действующих на ДПКП 4 и 5. Система управления (СУ) 11 включает нейрокомпьютер 12, программно-алгоритмическое обеспечение 13 и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 14. Входы СУ 11 через шины данных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) подключены соответственно к выходам АЦП 15 ДС 6, АЦП 16 ДОП 7, АЦП 17 СДППУ 10, АЦП 18 ДОС 8, а выходы СУ 11 через шины выходных данных подключены к соответствующим входам программно-алгоритмического обеспечения (ПАО) 13 и последовательно соединенных цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) 14, усилителей мощности 19 и исполнительных органов в виде ДПКП 4 и 5. При этом СУ 11 и система энергопитания (на фиг. условно не показана) могут быть выполнены как автономного, так и дистанционного исполнения.AMPRM is made in the form of APDPS 1 installed in the annulus formed by the outer surface 2 of the inner pipe of radius r _ext and the inner surface 3 of the outer pipe with radius r _ext . In the initial position, APDPS 1 is a frame of a circular straight cylinder with frontal and rear bases of radius r, formed from 12 arc-shaped curvilinear displacement drives (CDC) with the same chord lengths h, equal to the distances between adjacent vertices. At the same time, the front and rear bases of the cylinder frame are formed by DPKP 4, three in each, with arcs of circles of radius r, and the side surface is formed by six DPKP 5, the arcs of which are made in the form of a helix of the right and left stroke with a radius r and a step S equal to 4.5h , whose length is limited by S/6. Moreover, due to the symmetry of the DPKP 5 with helixes of the right and left strokes, they are interchangeable. Each of the DPKP 4 and 5 is equipped with axial force sensors (DS) 6, relative displacement (DOP) 7 and relative velocity (DOS) 8. frame of the cylinder by means of spherical or equivalent hinges are connected to the tops 9, four in each. Vertices 9 are vertices of the ABCDEF octahedron with edge length equal to the chord length h of DPCS 4 and 5. Here, the vertices ABC lie on the front base, and the vertices DEF lie on the rear base of the cylinder frame. APDPS 1 is a spatial mechanism of a parallel structure, made with the possibility of forming a spatial farm with disabled executive bodies in the form of DPKP 4 and 5. in the form of a three-axis block of gyroscopes-accelerometers that allow determining the relative positions of the vertices 9 and measuring the components of the accelerations acting on the DPKP 4 and 5. The control system (CS) 11 includes a neurocomputer 12, software algorithms 13 and digital-to-analog converters (DAC) 14 The inputs of the CS 11 through the data buses of analog-to-digital converters (ADC) are connected respectively to the outputs of the ADC 15 DS 6, ADC 16 DOP 7, ADC 17 SDPPU 10, ADC 18 DOS 8, and the outputs of the CS 11 through the output data buses are connected to the corresponding inputs software and algorithmic support (PAS) 13 and serially connected digital-analog converters (DAC) 14, power amplifiers 19 and executive bodies in the form of DPKP 4 and 5. At the same time, control system 11 and the power supply system (in Fig. conditionally not shown) can be performed both autonomously and remotely.

АМПРМ, выполненный в виде АПДПС 1, образующей цилиндрический каркас, работает следующим образом.AMPRM, made in the form of APDPS 1, forming a cylindrical frame, works as follows.

Вершины фронтального (А, В, С) и тыльного (D, Е, F) оснований каркаса цилиндра АПДПС 1 снабжены радиальными упорами (на фиг. условно не показаны), взаимодействующими с наружной поверхностью 2 внутренней трубы радиуса r_вн и внутренней поверхностью 3 наружной трубы радиусом r_нар и служат соответственно для передачи распорных и сжимающих усилий от вершин к контактируемым поверхностям. Оперативный контроль передаваемых усилий в местах контакта радиальных упоров вершин 9 с поверхностями 2 и 3 осуществляют с помощью ДС 6. В непосредственной близости от радиальных упоров вершин 9 установлены СДППУ 10, которые служат для оперативного контроля пространственного положения каждой из вершин 9 и виброускорений вдоль оси каждого из ДПКП 4 и 5. ДОП 7 и ДОС 8 (наблюдатели состояний) ДПКП 4 и 5 регистрируют их относительные перемещения и скорости.The tops of the frontal (A, B, C) and rear (D, E, F) bases of the frame of the APDPS cylinder 1 are equipped with radial stops (not shown in Fig. conventionally) interacting with the outer surface 2 of the inner pipe of radius r _ext and the inner surface 3 of the outer pipes with a radius r _out and serve, respectively, for the transfer of spacer and compressive forces from the tops to the contact surfaces. The operational control of the transmitted forces at the points of contact of the radial stops of the vertices 9 with the surfaces 2 and 3 is carried out using DS 6. In the immediate vicinity of the radial stops of the vertices 9, SDPPU 10 are installed, which serve to quickly control the spatial position of each of the vertices 9 and vibration accelerations along the axis of each from DPKP 4 and 5. DOP 7 and DOS 8 (observer states) DPKP 4 and 5 register their relative movements and speeds.

АПДПС 1 устанавливают в межтрубном пространстве и осуществляют необходимые перемещения в зависимости от поставленных задач. При этом с помощью ДПКП 4 и 5 и СУ 11 осуществляют согласованные изменения длин хорд ДПКП 4 и 5 АПДПС 1. В результате происходят заданные пространственные перемещения вершин 9 относительно базовой системы координат. Управление исполнительными органами АПДПС 1 (ДПКП 4 и 5) осуществляется по управляющим командам от СУ 11, которые формируются по показаниям ДС 6, ДОП 7, ДОС 8 и СДППУ 10. При этом сигналы от датчиков поступают на входы АЦП 15, 16, 18 и 17 соответственно и через шину данных в нейрокомпьютер 12 СУ 11. После обработки в реальном масштабе времени данных с использованием соответствующего ПАО 13 формируют управляющие команды, которые через ЦАП 14 и усилители мощности 19 поступают на исполнительные органы (ДПКП 4 и 5) и АПДПС 1 изменяет свою геометрическую форму (трансформируется).APDPS 1 is installed in the annular space and carry out the necessary movements depending on the tasks. At the same time, with the help of DPKP 4 and 5 and SU 11, coordinated changes in the lengths of the chords of DPKP 4 and 5 of the APDPS 1 are carried out. As a result, the specified spatial displacement of the vertices 9 relative to the base coordinate system occurs. The control of the executive bodies of APDPS 1 (DPKP 4 and 5) is carried out according to control commands from SU 11, which are formed according to the readings of DS 6, DOP 7, DOS 8 and SDPPU 10. In this case, the signals from the sensors are fed to the inputs of the ADC 15, 16, 18 and 17, respectively, and through the data bus to the neurocomputer 12 SU 11. After real-time processing of data using the corresponding PAO 13, control commands are formed, which are sent through the DAC 14 and power amplifiers 19 to the executive bodies (DPKP 4 and 5) and APDPS 1 changes its geometric shape (transformed).

Перемещение АМПРМ в межтрубном пространстве организуется с помощью АПДПС 1 следующим образом. Управление перемещением АПДПС 1 осуществляется согласованным изменением длин хорд h ДПКП 4 и 5, обеспечивающих необходимое внутритрубное перемещение вершин 9. При этом по показаниям ДОП 7 ДПКП 4 и 5, выполненных, например, в виде позиционеров, осуществляют контроль длин хорд h всех ДПКП 4 и 5 АПДПС 1. По показаниям СДППУ 10, выполненных, например, в виде миниатюрных трехосных блоков гироскопов-акселерометров, судят о пространственных угловых перемещениях вершин 9. Геометрическая неизменяемость АПДПС 1 позволяет определять пространственные координаты вершин 9 по измеренным длинам всех хорд h и управлять их перемещениями аналогично организации пространственных перемещений

-координатного манипулятора (Колискор А.Ш. Разработка и исследование промышленных роботов на основе

-координат // Станки и инструмент, 1982. №12. С.21-24). А показания СДППУ 10 позволяют повысить точность данных измерений с учетом погрешностей, вызванных тем, что в каждый из вершин 9 шарнирно соединяются концы четырех ДПКП 4 и 5 при помощи сферических или эквивалентных им шарниров, которые конструктивно не могут иметь общего центра вращения.The movement of AMPRM in the annular space is organized with the help of APDPS 1 as follows. The movement of the APDPS 1 is controlled by a coordinated change in the lengths of the chords h of the

DPKP

4 and 5, providing the necessary in-line movement of the tops 9. At the same time, according to the indications of the DOP 7 of the

DPKP

4 and 5, made, for example, in the form of positioners, the lengths of the chords h of all

DPKP

4 and 5 APDPS 1. Based on the readings of the SDPPU 10, made, for example, in the form of miniature three-axis blocks of gyroscopes-accelerometers, the spatial angular displacements of the vertices 9 are judged. similar to the organization of spatial movements

-coordinate manipulator (Koliskor A.Sh. Development and research of industrial robots based on

-coordinates // Machine tools and tools, 1982. No. 12. S.21-24). And the readings of the SDPPU 10 make it possible to improve the accuracy of the measurement data, taking into account the errors caused by the fact that the ends of four

DPCPs

4 and 5 are pivotally connected to each of the vertices 9 using spherical or equivalent hinges, which structurally cannot have a common center of rotation.

Продольное или винтовое перемещение АПДПС 1 в межтрубном пространстве по наружной поверхности внутренней трубы осуществляется попеременным перемещением относительно друг друга фронтального (А, В, С) и тыльного (D, Е, F) оснований каркаса цилиндра АПДПС 1, образованных ДПКП 4 и 5 соответственно. При этом предварительно ДПКП 4 и 5 включают на обратный ход и после уменьшения длин их хорд h до заданных величин, определяемых по показаниям ДОП 7 - отключают. Уменьшенную таким образом в поперечном сечении АПДПС 1 устанавливают в межтрубном пространстве. При этом фронтальное (А, В, С) и тыльное (D, Е, F) основания располагают перпендикулярно к направлению движения. Затем по команде от СУ 11 включаются ДПКП 4 тыльного основания (D, Е, F) на обратный ход и производят уменьшение длин их хорд h до момента установления контакта радиальных упоров (на фиг. условно не показаны) его вершин 9 с наружной поверхностью 2 внутренней трубы. После достижения заданного усилия, определяемого по показаниям ДС 6, происходит фиксация тыльного основания каркаса цилиндра на наружной поверхности 2 внутренней трубы и отключение ДПКП 4 тыльного основания и АПДПС 1 занимает исходное положение в межтрубном пространстве. После вычисления пространственных координат вершин 9 оснований относительно базовой системы координат по команде от СУ 11 включаются ДПКП 5 на прямой ход и увеличиваются длины их хорд до величины заданного шага перемещения, определяемой по показаниям их ДОП 7 и СДППУ 10, и ДПКП 5 выключают. Затем уменьшают длины хорд ДПКП 4 фронтального основания (А, В, С) до момента фиксации его вершин 9 на наружной поверхности внутренней трубы с заданным усилием, определяемым по показаниям ДС 6 и соответствующие ДПКП 4 отключают. Далее включают ДПКП 4 тыльного основания на прямой ход и увеличивают длины их хорд h до момента расфиксации вершин 9 тыльного основания с контактируемой поверхностью, который определяется по показаниям ДС 6, ДОП 7 и СДППУ 10. После этого по команде от СУ 11 производится остановка ДПКП 4 тыльного основания и начинается согласованное уменьшение длин хорд ДПКП 5 боковой поверхности каркаса цилиндра до хорд до величины заданного шага перемещения, определяемой по показаниям их ДОП 7 и СДППУ 10, и ДПКП 5 выключают. Затем по команде от СУ 11 производится уменьшение длин хорд тыльного основания (D, Е, F) до момента фиксации его вершин 9 на наружной поверхности внутренней трубы с заданным усилием, определяемым по показаниям ДС 6, и соответствующие ДПКП 4 отключают. Далее включают ДПКП 4 фронтального основания ((А, В, C)) на прямой ход и увеличивают длины их хорд h до момента расфиксации вершин 9 фронтального основания с контактируемой поверхностью, который определяется по показаниям ДС 6, ДОП 7 и СДППУ 10. После этого по команде от СУ 11 производится остановка ДПКП 4 тыльного основания и АПДПС 1 вновь занимает исходное положение в межтрубном пространстве. Далее алгоритм перемещения АПДПС 1 повторяют. Траектория перемещения вершин 9 оснований по наружной поверхности внутренней трубы может быть задана прямолинейной, винтовой или комбинированной, при этом запоминаются пространственные координаты вершин 9 оснований относительно базовой системы координат и время моментов их фиксации с контактируемой поверхностью и по их значениям судят о траектории движения и скорости перемещения АПДПС 1. Аналогичным образом АПДПС 1 может перемещаться в межтрубном пространстве по внутренней поверхности наружной трубы, а также комбинированно - по контактируемым поверхностям наружной и внутренней труб.Longitudinal or helical movement of APDPS 1 in the annular space along the outer surface of the inner pipe is carried out by alternating movement relative to each other of the frontal (A, B, C) and rear (D, E, F) bases of the frame of the APDPS 1 cylinder, formed by DPKP 4 and 5, respectively. When this pre-DPKP 4 and 5 turn on the reverse and after reducing the length of their chords h to the specified values, determined by the readings of DOP 7 - off. Thus reduced in cross section, APDPS 1 is installed in the annulus. In this case, the frontal (A, B, C) and rear (D, E, F) bases are located perpendicular to the direction of movement. Then, at the command from the CS 11, the DPKP 4 of the rear base (D, E, F) are turned on for the reverse motion and the lengths of their chords h are reduced until the contact of the radial stops (not shown conventionally in Fig.) of its tops 9 with the outer surface 2 of the inner pipes. After reaching a predetermined force, determined by the readings of DS 6, the rear base of the cylinder frame is fixed on the outer surface 2 of the inner pipe and the DPKP 4 of the rear base is turned off and the APDPS 1 takes its original position in the annulus. After calculating the spatial coordinates of the vertices of 9 bases relative to the base coordinate system, on command from the control system 11, the DPKP 5 is turned on for a straight move and the lengths of their chords are increased to the value of the specified movement step, determined by the readings of their DOP 7 and SDPPU 10, and the DPKP 5 is turned off. Then reduce the length of the chords DPKP 4 of the frontal base (A, B, C) until the moment of fixing its tops 9 on the outer surface of the inner pipe with a given force, determined by the readings of DS 6 and the corresponding DPKP 4 is turned off. Next, the DPKP 4 of the back base is turned on for a straight move and the lengths of their chords h are increased until the moment of release of the vertices 9 of the back base with the contact surface, which is determined by the readings of DS 6, DOP 7 and SDPPU 10. After that, at the command from SU 11, the DPKP 4 is stopped rear base and begins a consistent decrease in the length of the chords DPKP 5 side surface of the cylinder frame to the chords to the value of the specified travel step, determined by the readings of their DOP 7 and SDPPU 10, and DPKP 5 off. Then, at the command from CS 11, the lengths of the chords of the rear base (D, E, F) are reduced until the moment of fixing its tops 9 on the outer surface of the inner pipe with a given force determined from the readings of DS 6, and the corresponding DPKP 4 is turned off. Next, include DPKP 4 frontal base ((A, B, C)) for a straight move and increase the length of their chords h until the tops 9 of the frontal base are released with the contact surface, which is determined by the readings of DS 6, DOP 7 and SDPPU 10. After that on command from CS 11, the DPKP 4 of the rear base is stopped and the APDPS 1 again takes its original position in the annulus. Next, the algorithm for moving the APDPS 1 is repeated. The trajectory of movement of the tops of 9 bases along the outer surface of the inner pipe can be set to be rectilinear, helical or combined, while the spatial coordinates of the tops of 9 bases relative to the base coordinate system and the time of the moments of their fixation with the contact surface are stored, and their values are used to judge the trajectory of movement and the speed of movement APDPS 1. Similarly, APDPS 1 can move in the annular space along the inner surface of the outer pipe, as well as combined - along the contact surfaces of the outer and inner pipes.

Перемещение в межтрубном пространстве может осуществляться независимо от пространственной ориентации труб, в коленах, а также в трубах с переменным поперечным сечением.Movement in the annular space can be carried out regardless of the spatial orientation of the pipes, in elbows, as well as in pipes with a variable cross section.

Геометрия АПДПС 1 (фиг. 3) по сравнению с октаэдрным модулем (прототипом) (фиг. 4) обеспечивает ему следующие преимущества.Geometry APDPS 1 (Fig. 3) compared with the octahedral module (prototype) (Fig. 4) provides him with the following advantages.

1. При использовании внутренней трубы с радиусом r_вн наружной поверхности 2 минимально допустимый радиус r_нар внутренней поверхности 3 АПДПС (фиг. 3) существенно меньше, чем у октаэдрного модуля (фиг. 4), что расширяет функциональные возможности АПДПС. Так, например, в случае применения АПДПС минимальное значение r_нар определяется по формуле:1. When using an inner pipe with a radius r _ext of the outer surface 2, the minimum allowable radius r ext of the inner surface 3 of the _APDPS (Fig. 3) is significantly less than that of the octahedral module (Fig. 4), which expands the functionality of the APDPS. So, for example, in the case of using _APDPS , the minimum value of r ex is determined by the formula:

r_нар = r_вн + 2r_вер + δ,r _ext = r _ext + 2r _ver + δ,

где r_вер и δ - радиус вершины 9 АПДПС и гарантированный зазор соответственно.where r _ver and δ is the radius of the top 9 of the APDPS and the guaranteed gap, respectively.

В случае же применения октаэдрного модуля минимальное значение r_нар определяется по формуле:In the case of using an octahedral module, the minimum value of r _ex is determined by the formula:

r_нар = r_вн + r_вн + r_вер + δ = 2r_вн + r_вер + δ.r _out = r _int + r _int + r _ver + δ = 2r _int + r _ver + δ.

2. Минимальная длина ДПКП 4 определяется по формуле:2. The minimum length of the DPKP 4 is determined by the formula:

= (r_вн + r_вер)*π/3≈1,047(r_вн + r_вер).

\ _u003d (r int + r _ver ) * π / _3≈1.047 (r int + r _ver ).

Минимальная длина линейного привода октаэдрного модуля равна минимальному расстоянию между его смежными вершинами и определяется по формуле:The minimum length of the linear drive of an octahedral module is equal to the minimum distance between its adjacent vertices and is determined by the formula:

L = 2r_вн*tg(π/3) = 3,464r_вн, т.е. длина линейного привода эквивалентного октаэдрного модуля, а следовательно и масса, больше, чем в три раза.L = 2r _int *tg(π/3) = _3.464r int, i.e. the length of the linear drive of the equivalent octahedral module, and hence the mass, is more than three times.

Благодаря преимуществу 1, с помощью АПДПС, подобно применению октаэдрального модуля (прототипа), можно внутри трубы также перемещать протяженные охватываемые предметы, например трубы или кабели, но с большими поперечными размерами.Due to the advantage 1, with the help of APPS, like the use of an octahedral module (prototype), it is also possible to move extended covered objects inside the pipe, such as pipes or cables, but with large transverse dimensions.

Также как и в случае применения октаэдрного модуля, с помощью АПДПС, благодаря его геометрической неизменяемости, можно осуществлять межтрубный контроль контактируемых поверхностей внутренней и наружной труб.As well as in the case of using an octahedral module, with the help of APDPS, due to its geometric invariability, it is possible to carry out annular testing of the contact surfaces of the inner and outer pipes.

Аналогично, как и в случае применения октаэдрного модуля (прототипа), с помощью АПДПС можно организовать ударно-вибрационные воздействия долбежным инструментом на торцевую поверхность, например засора в межтрубном пространстве. В этом режиме долбежный инструмент устанавливают в каждой из вершин фронтального основания, а вершины тыльного основания фиксируют с контактируемой внутренней поверхностью наружной трубы или наружной поверхностью внутренней трубы. Затем согласованным изменением длин ДПКП 5 подводят рабочие части долбежных инструментов до контакта с торцевой поверхностью межтрубной пробки и начинают обработку с заданной частотой, амплитудой и усилием. При этом контроль вибрационных воздействий долбежного инструмента осуществляют с помощью СДППУ 10, установленных в вершинах фронтального основания, а также ДС 6, ДОП 7 и ДОС 8, установленных в ДПКП 5.Similarly, as in the case of using an octahedral module (prototype), using APDPS, you can organize shock-vibration effects with a slotting tool on the end surface, for example, blockage in the annulus. In this mode, the slotting tool is installed in each of the tops of the front base, and the tops of the rear base are fixed with the contacting inner surface of the outer pipe or the outer surface of the inner pipe. Then, by a consistent change in the lengths of the DPKP 5, the working parts of the slotting tools are brought to contact with the end surface of the shell plug and processing is started with a given frequency, amplitude and force. At the same time, the control of the vibrational effects of the slotting tool is carried out using the SDPPU 10 installed at the tops of the frontal base, as well as DS 6, DOP 7 and DOS 8 installed in the DPKP 5.

Приведенные адаптивный мобильный пространственный робот-манипулятор для перемещения в межтрубном пространстве может быть реализован на базе имеющихся на сегодняшний день разработок и функционирующих устройств. Так, известен «Адаптивный мобильный пространственный робот-манипулятор и способ организации движений и контроля физико-механических свойств и геометрической формы контактируемой поверхности и траектории перемещения с его помощью» (Патент на изобретение РФ №2424893, МПК B25J 5/00, B25J 13/08, заявлено 11.01.2009; опубл. 27.07.2011, Бюл. №21. - прототип), в описании которого представлены сведения об организации внутритрубного перемещения активного октаэдрного модуля параллельной структуры и организация с его помощью манипуляционных воздействий.The given adaptive mobile spatial robot-manipulator for moving in the annular space can be implemented on the basis of the currently available developments and functioning devices. Thus, an "Adaptive mobile spatial robot-manipulator and a method for organizing movements and controlling the physical and mechanical properties and geometric shape of the contact surface and the trajectory of movement with its help" are known (Patent for the invention of the Russian Federation No. 2424893, IPC B25J 5/00, B25J 13/08 , announced on 01/11/2009; published on 07/27/2011, Bulletin No. 21. - prototype), in the description of which information is provided on the organization of the in-tube movement of an active octahedral module of a parallel structure and the organization of manipulation effects with its help.

Сведения о возможности реализации совмещенных датчиков пространственного положения и ускорений, представляющих миниатюрные трехосные блоки гироскопов-акселерометров, выполненных, например, в виде микромеханических вибрационных гироскопов-акселерометров, представлены в описании патента РФ №2064682 «Микромеханический вибрационный гироскоп-акселерометр», МПК G01P 15/-97, заявлено 28.09.1993; опубл. 27.07.1996, Бюл. №21.Information about the possibility of implementing combined sensors of spatial position and acceleration, representing miniature three-axis blocks of gyroscopes-accelerometers, made, for example, in the form of micromechanical vibrational gyroscopes-accelerometers, is presented in the description of the patent of the Russian Federation No. 2064682 "Micromechanical vibrational gyroscope-accelerometer", IPC G01P 15/ -97, claimed 09/28/1993; publ. 07/27/1996, Bull. No. 21.

В дуговых приводах криволинейного перемещения ДПКП 4 и 5 могут быть использованы широко применяемые в машиностроении электромеханические, гидравлические и пневматические линейные приводы. Например, примеры исполнения подобных приводов представлены в патентах РФ №2270298 («Гидрофицированный привод поворота ковша одноковшовой машины», МПК E02F 3/43, заявлено 31.05.2004; опубл. 20.02.2006, Бюл. №5) и №2698226 («Винтовой гидроцилиндр», МПК F15B 15/12, заявлено 12.03.2015; опубл. 23.08.2015, Бюл. №24).In arc drives of curvilinear movement DPKP 4 and 5, electromechanical, hydraulic and pneumatic linear drives widely used in mechanical engineering can be used. For example, examples of the execution of such drives are presented in patents of the Russian Federation No. 2270298 (“Hydraulic drive for turning the bucket of a single-bucket machine”, IPC E02F 3/43, declared on May 31, 2004; publ. 20.02.2006, Bull. No. 5) and No. 2698226 (“Screw hydraulic cylinder”, IPC F15B 15/12, declared on 03/12/2015; published on 08/23/2015, Bull. No. 24).

Использование данного изобретения позволит снизить габаритно-массовые характеристики устройства и расширить его функциональные возможности за счет организации уменьшения минимального межтрубного расстояния, а также увеличения максимально допустимого диаметра протяженных предметов, например труб и кабелей, перемещаемых внутри трубы.The use of this invention will reduce the overall weight characteristics of the device and expand its functionality by organizing a reduction in the minimum annular distance, as well as increasing the maximum allowable diameter of extended objects, such as pipes and cables moving inside the pipe.

Claims

1. An adaptive mobile spatial robot-manipulator containing an active spatial twelve-rod parallel structure, made with the possibility of installation in the annular space, the ends of the rods of which are connected with the vertices of four in each by means of spherical hinges, coinciding in the initial position with the vertices of the octahedron, with each of the rods is equipped with a drive, force sensors, relative displacement and relative speed, and each of the vertices is equipped with a three-axis block of gyroscopes-accelerometers, which are electrically connected to the control system, characterized in that in the initial position the rods of the active spatial twelve-rod parallel structure form the frame of a circular straight cylinder with front and rear bases of radius r and are made in the form of arcuate drives of curvilinear movement with the same lengths of chords h, equal to the distances between adjacent vertices, while each of the bases of the cylinder of radius r images three arcuate drives of curvilinear movement, pivotally connected at the vertices of the front and rear bases of the cylinder, respectively, and the arcs of adjacent pairs of lateral arcuate drives of curvilinear movement are made in the form of sections of the helix of the right and left stroke with a radius r and a step S equal to 4.5h, the length of which limited to S/6.

2. Adaptive mobile spatial robot-manipulator according to claim 1, characterized in that each of the arcuate drives of curvilinear movement is made with double-sided rods.