Актуальность темы.

Во многих технических приложениях требуется т.н. «мягкий робот» - полностью (или как можно более) гибкий манипулятор для передвижения и работы в ограниченном пространстве, как в природе (гроты, подводные пещеры), так и в технике – например, для анализа камер сгорания и турбин двигателей. Существует несколько подходов к конструированию мягких роботов- это либо полностью мягкий робот из бионических суставов, либо механический с жесткими связями, «мягкость» которого достигается большим количеством позвонков. Существующие модели с шарнирами и тросовыми актуаторами имеют серьезный недостаток – неустойчивость к кручению, что делает их неприспособленными к выполнению достаточно тяжелых механических перемещений, также в шарнирно – тросовых механизмах затруднена обратная связь по положению рабочего инструмента манипулятора. Некоторые решения со специальной конфигурацией позвонков частично решают проблему кручения, но проблема с неоднозначностью конфигурации робота остается. Мы разработали и создали прототип сегментарного робота с сервомашинами на каждом сегменте, с одной степенью свободы. Сервомашины уже имеют обратную связь по углу в своем составе, каждая сервомашина управляется всего лишь по одному проводу (при общем для всех сервомашин питании – два провода), не требует концевых датчиков для запоминания положения при сбросе питания. В настоящее время у нас только одна плоскость передвижения, но мы в дальнейшем планируем добавить еще одно измерение, добавив вертикальное перемещение на последнем (инструментальном) позвонке робота.

Для анализа веществ широко применяются оптические методы, как лабораторно, так и In Vivo. Спектр оптических исследований чрезвычайно широк, но как правило все эти методы технически состоят в облучении исследуемого вещества и анализе принимаемого (отраженного, пропущенного через вещество, переизлученного веществом) света. При этом с развитием технологии стало возможным создавать узкоспециальные датчики, например, для пропускания и отражения с одновременной регистрацией на нескольких длинах волн – многоканальные оптические сенсоры. Вот такой сенсор мы и предлагаем применить в качестве рабочего инструмента для анализа веществ, как в лаборатории (когда робот работает как манипулятор), так и In Vivo – при анализе в природных водоемах и содержащих жидкости (например, нефть или другие технические жидкости) объемах. 

Цель проектной работы

Мы сконструируем и построим прототип сегментарного робота, который можно будет использовать и как манипулятор, и как основу для глубоководного робота. Мы изучим существующие оптические датчики, которые можно использовать как для исследования отражения, так и для исследование пропускания, и сделаем анализатор отраженного и прошедшего сигнала. В качестве микроконтроллера мы используем плату Arduino Nano с Atmega328-16 на борту, а в качестве движителей робота – сервомашины форм- фактора MiniServo 9g.

Задачи проекта

1.        Провести анализ существующих решений по «мягким» и сегментарным роботам

2.        Выбрать тип робота, реализация прототипа которого нам по силам и который можно будет использовать как модельный робот в дальнейших прикладных исследованиях

3.        Провести анализ существующих решений дистанционного ( в том числе в ближнем поле) анализа веществ, в основном оптическими методами

4.        Выбрать методику и приборы для оптического (либо другого типа, желательно неразрушающего и дистанционного) анализа веществ для реализации в нашем прототипе робота

5.        Разработать механотронику робота, делая основной упор на использование готовых (из экониши Lego и Arduino) деталей, а также деталей, разработанных ранее в нашем кружке Роботехники и НТИ.

6.        Выбрать контроллер для управления роботом, желательно из среды Arduino или ESP с бесплатной средой разработки и свободно распространяемым программным обеспечением.

7.        Провести лабораторные испытания нашего робота как по механическим параметрам (скорость, угловая скорость, точность), так и по параметрам оптического распознавания.

8.        Провести поиск по методикам оптического анализа веществ и предложить, а по возможности и реализовать максимально информативные методики в нашем роботе

9.        Разработать и сконструировать захват для нашего робота, чтобы можно было использовать и как непосредственно манипулятор вместе с анализатором, например, в задачах сбора железо- марганцевых конкреций в океане или вредного мусора в нашей родной реке Яуза.