Универсальный гибридный вездеход Пионер-III для малого бизнеса (модель для трубопроводов)

Критерии отнесения предприятий к малому бизнесу
Согласно Федеральному закону
«О развитии малого и среднего предпринимательства в РФ» микропредприятие - это предприятие с доходом до 120 млн.руб. в год и числом сотрудников до 15 человек.
Именно для них создается наш робот

АКТУАЛЬНОСТЬ
В 2019 году малый бизнес обеспечил более четверти рабочих мест на российском рынке
Основной задачей госполитики в сфере обеспечения экономической безопасности является поддержка высокотехнологичного малого бизнеса(П.5 подп.17 раздела III Стратегии экономической безопасности Российской Федерации на период до 2030 года, утв. Указ Президента РФ от 13.05.2017 N 208)
На рынке робототехники нет малогабаритного робота:
применимого на разных этапах производства и для разных целей;
износостойкого настолько, чтобы мог перепродаваться;
с ценой менее 100 000 рублей.

Объект исследования: промышленные малогабаритные роботы
Предмет исследования: наиболее применимые характеристики промышленных малогабаритных роботов для малого бизнеса и технические решения, с помощью которых их можно реализовать в одном роботе

Методы исследования
теоретические методы - анализ, синтез, сравнение, обобщение, аналогия, моделирование, постановка проблем, исследование гипотез
эмпирические методы - изучение источников информации и результатов деятельности, наблюдение, измерение, тестирование, изучение опыта

Цель работы: на базе ранее разработанных моделей «ПИОНЕР-01», «ПИОНЕР-УНИВЕРСАЛ», «ПИОНЕР-02» создать модель многофункционального максимально востребованного малым бизнесом универсального гибридного робота-вездехода «ПИОНЕР-III» - простейшего работающего прототипа продукта (MVP).

Цель обусловила задачи, а они в свою очередь ход исследования:
1. Сначала мы ОПРЕДЕЛИЛИ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТА, необходимые для российского малого бизнеса;
2. Проанализировали аналоги роботов, в которых реализованы характеристики робота для российского малого бизнеса, и на основе итогов анализа сформировали Техническое задание(ТЗ);
3. По ТЗ усовершенствовали конструктивное решение робота по отношению к предыдущим моделям;
4. Выбрали оборудование для трубопроводов для установки на роботе.
5. Составили формулу изобретения и создали трехмерную модель робота в варианте применения: модель для трубопроводов;
6. Протестировали модель и сформулировали задачи для Startup.

ОСОБЕННОСТИ МАЛЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ДИКТУЮТ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТА:
1)Более высокий процент по кредитам, редко получают доступ к участию в тендерах дешевизна, экономичность, износостойкость
2)Отсутствие транспорта и помещений легкость,
малогабаритность
3)Отсутствие в штате робототехника простота в программировании, управлении, обслуживании, инструкция на русском языке
4)Ведут проектную деятельность, что подразумевает смену видов работ проходимость, мощность, легко меняющиеся съемные модули

УГРВ «Пионер-02» имел характеристику: легко меняющиеся
съемные модули.
За 1,5 года работы один за другим 2 вида оборудования для модуля «Пионер-III» устарели !!!
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ТРЕБОВАНИЕ по итогам работы над моделью Пионер-III :
Дополнительно важно дать предпринимателю возможность самому выбрать вид оборудования, что он закрепит на работе. УГРВ «Пионер-III» – моторизированное шасси
«либо возможность легко закрепить любое, подходящее по габаритам и весу, оборудование»

Гипотеза (1-ая часть - характеристика робота)
Исходя из 4-х особенностей малых предприятий им необходим РОБОТ с 4-мя группами характеристик:
1)дешевый, экономичный, износостойкий;
2)легкий, малогабаритный;
3) простой в программировании, управлении, обслуживании с инструкцией на русском языке;
4) проходимый, мощный, многофункциональный - со сменными модулями или возможностью легко закрепить любое, подходящее по габаритам и весу, оборудование

Анализ наиболее удачных АНАЛОГОВ, отвечающих вышеуказанным характеристикам,
в разных отраслях
Проект Mining-ROX. ГЕРМАНИЯ
НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЕ
два лазерных сканера, система освещения, стерео камера и камера с выходом в интернет

MOBILE PLATFORM
W/220X ZOOM CAMERA (4X4)
4X4 MOBILE PLATFORM W/DLINK CAMERA
4X4 MOBILE PLATFORM W/NIGHT VISION CAMERA
ОХРАННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Для наблюдения и охраны применяются 3 робота с одинаковой платформой, но разными камерами. Их может заменить универсальный робот со сменной оптикой.

СТРОИТЕЛЬСТВО
РОБОТ ДЛЯ ТЕЛЕИНСПЕКЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ SD-100
Цена робота 1 749 900 руб, что более чем в 40 раз больше
себестоимости УГРВ «ПИОНЕР-02»

1 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ВЫВОД
УГРВ «ПИОНЕР» будет востребован на рынке, так как отвечает характеристикам уже существующих роботов, объединяет их, а его себестоимость меньше цены существующих,
более чем в 40 раз

Анализ наиболее удачных АНАЛОГОВ, для выбора конструктивного решения
ШВЕДСКИЙ ТАНК LA-30

ЧЕШСКИЙ ТАНК KH-70

Английский танк "Виккерс"1926
АНГЛИЙСКИЙ ТАНК "ВИККЕРС"1926
Попытки создать колесно-гусеничный танк не привели к положительным результатам ввиду сложности и уязвимости движителя и системы перемены хода. Усложнялись эксплуатация и ремонт машин.

TUCKER SNO-CAT 743
Гусеницы идут медленно.
Гусеницы идут медленно.

ТУРБОЭЛЕКТРОТРАКТОР ТЭТ-1000
Так как НЕ ИЗБРАНА ОСНОВНАЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ХОДА, машина фактически несет на себе оснастку для двух полноценных систем хода, что делает ее тяжелее, сложнее, энергозатратнее.

Танк Марк 1
ИДЕЯ - колесо-стабилизатор

2 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ВЫВОД
Нужна простая система перемены хода. Колесная система должна быть основной, а гусеничная – дополнительной, применяться только для увеличения проходимости, когда малоэффективна основная. Необходимо колесо-стабилизатор.

Тестирование УГРВ «ПИОНЕР-01»
показало хорошее совмещение колесной базы, гусеничной платформы и колеса-стабилизатора при проверке проходимости. Мощности поворотного мотора сервоприводов достаточно, управляемость для перемещения и захвата объектов хорошая.
Выявлена проблема: Два пульта неудобны в управлении, поэтому сразу после тестирования один из пультов был заменен на мобильный телефон и размещен прямо на оставшемся пульте.

Тестирование
УГРВ «ПИОНЕР-УНИВЕРСАЛ» в ходе соревнований «Кубок РТК : Тюмень»
(толщина фанеры увеличена с 6мм до 8мм . Корпус укорочен и имеет квадратную форму, что увеличило маневренность)
Тестирование прошло успешно, робот занял 3-е место в категории «Искатель»

Тестирование УГРВ «ПИОНЕР-02» в варианте применения: сбор вещей, наблюдение за объектом
оснащен самостоятельно сделанным особым пультом, от чего выросла оперативность подачи сигнала, как следствие - его управляемость, поэтому он вновь имеет прямоугольную форму и толщину 6 мм. Форма прямоугольника позволяет разместить на платформе разные модули, обеспечивая многофункциональность, а лишний вес, возникший из-за увеличения толщины фанеры, не оправдан.

Анализ аналогов роботов для принятия решений в части конструкции и организации производства УРГВ «Пионер-III»
МРК-02 - робот Специального конструкторско-технологического бюро прикладной робототехники (СКТБ ПР) . г.Москва
ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА - ФАНЕРА
Размеры МРК-02 - 66х55х40 (см) и размеры УГРВ «Пионер-III» (53х35х,,,,,,) соотносимы.
Вес МРК-02 из металлического сплава - 40 кг, вес УГРВ «Пионер-III» из фанеры в 8 раз меньше (всего - 5 кг).

ОБОСНОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВА КОЛЕС
Изначально выпускался «Бурлак» на шести колесах и шел в экспедициях на Карское море и на Чукотку
Арктические снегоболотоходы «Бурлак» ( ООО «Вездеходы Макарова») г.Екатеринбург
В 2019 году был разработан «Бурлак» уже с колесной формулой 4х4, он стал на тонну легче и на метр короче. За счет этого «Бурлак» отлично маневрирует в лесотундре
ВЫВОД: УГРВ Пионер-III будет иметь 4 колеса

ОБОСНОВАНИЕ ВЕСА ДО 25 ГК И ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ САМОСТОТЕЛЬНОЙ КОМПЛЕКТАЦИИ МАЛЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ
Мобильный робот Сервосила «Инженер»
LOBAEV Robotics г.Тарус, Калужской области
Переносится одним человеком в рюкзаке (вес 13-25 кг в зависимости от конфигурации), Потребитель может сам перед заказом определить вид шасси, вид руки, ее захвата, головы робота
ВЫВОД: УГРВ Пионер-III будет не тяжелее 25 кг, малое предприфтие сможет опредлеять максимально возможное число его характеристик

ПРИМЕНЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА
Робот-охранник «Трал Патруль 5.2-1». СМП-Сервис (иначе – «сервис для субъектов малого предпринимательства») г. Москва
При групповом взаимодействии роботов применяется искусственный интеллект
ВЫВОД: в будущем важно подключить роботов серии «ПИОНЕР» к системе группового искусственного интеллекта через разрабатываемое нами приложение для смартфонов «Применение УГРВ «Пионер-III» на базе программы Dreamweaver (HTML-редактора Adobe Creative Cloud).

НОВЫЕ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ УГРВ «ПИОНЕР-III»
Робот-паук Prospero для полевых работ. Инженер Дэвид Доурхаут
ВЫВОД: УГРВ «Пионер-III» может применться для полевых работ, для тренировок. Нельзя его перегружать техническими решениями.
Робот-компаньон для спортивных тренировок. Puma
Роботы способны «общаться» на расстоянии 3-х метров при помощи светодиодов, когда ему нужна помощь в посадке семян
Стимулирует спортсмена бежать быстрее, соревнуясь с ним. Его скорость устанавливается на старте, он опознает линию старта, финиша, уточняет свое местоположение с частотой 100 раз в секунду. Он слишком сложен, его цена столь высока, что его не планируется пускать в серию. Лучше было просто поставить сзади 1 дальномер, чтобы следить за спортсменом и робот все время держался бы впереди

Техническое задание для разработки УГРВ «Пионер-III»
МАКСИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ:
СУХОЙ ВЕС НЕ БОЛЕЕ 7 КГ
ДОП.НАГРУЗКА(ГРУЗ, ПЛАТЫ) 2,5 КГ
6 КОЛЕС
2 ГУСЕНИЦЫ
УПРАВЛЕНИЕ СО СПЕЦИАЛЬНО ИЗГОТОВЛЕННОГО ДЛЯ УГРВ «ПИОНЕР-III» ПУЛЬТА
МИНИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ:
СУХОЙ ВЕС 4 КГ
ДОП. НАГРУЗКА 0,5 КГ
4 КОЛЕСА
0 ГУСЕНИЦ
УПРАВЛЕНИЕ С ТЕЛЕФОНА И ПУЛЬТА
ГАБАРИТЫ НЕ БОЛЕЕ 530ММ Х350 ММ С КОЛЕСАМИ, 460 ММ Х 220 ММ (ЕСЛИ СНЯТЬ КОЛЕСА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ) / (В декабре 2019 года к провозу без дополнительной оплаты в качестве ручной клади в авиакомпании «Аэрофлот» допускался багаж с объемом 500х400х250 (мм), в авиакомпании «Ямал» - 550Х400Х200 (мм) либо в сумме 3-х измерений не более 11500 мм, в авиакомпании Ютейр - 400Х200Х300 (мм). Последний размер не возможно учесть, так как площадь 400х300 мм слишком мала для размещения как дополнительного модуля, так и дополнительного оборудования, поэтому выбраны размеры 500х400х250 мм - ручная кладь в авиакомпании «Аэрофлот» крупнейшей авиакомпании страны).
РЕЗУЛЬТАТ: робот с 4-мя группами характеристик:
1)дешевый, экономичный, износостойкий; 2)легкий, малогабаритный; 3) простой в программировании, управлении, обслуживании с инструкцией на русском языке; 4) проходимый, мощный, многофункциональный - со сменными модулями или возможностью легко закрепить любое, подходящее по габаритам и весу, оборудование

Гипотеза (2-ая часть - конструкторское решение)
УГРВ «ПИОНЕР-III»БУДЕТ :
ГИБРИДНЫМ(колесо-гусеничный ход с гусеницей -стабилизатором),
ИЗ ФАНЕРЫ (легкость, прочность, простота в обработке, возможность крепить ЛЮБОЕ оборудование)
3) УПРАВЛЯТЬСЯ ЧЕРЕЗ МИКРОКОНТРОЛЛЕР FUTABA
(простота программирования, управления, обслуживания)

Выбор оборудования для применения на трубопроводах
Пока внешний осмотр труб перед и во время эксплуатации для проверки качества сварных стыков, дефектов на теле труб, толщин часто делает человек.
С представителями АО «Пергам-Инжиниринг» (Москва) обсуждалась возможность использования УГРВ «Пионер-III» для диагностики пустых трубопроводов. Был изучен кроулер на магнитных колесах Flexitrax, но такие ремонтные работы редко ведут малые предприятия.
1,5 года назад мы хотели установить на УГРВ «Пионер-III» чешский ультразвуковой дефектоскоп STARMANS DIO 1000 PA, однако сегодня специалисты ЗАО "ПОЛИИНФОРМ" (Санкт-Петербург) перестали его применять – устарел.
В итоге на УГРВ «Пионер-III» установлен газоанализатора МЕГЕОН 08002, позволяющего выявить превышение горючих газов в воздухе в случае утечки.

УГРВ «Пионер-III» будет из фанеры,
более дешева, легка, и проста в обработке по отношению к алюминию
неломка, ударостойкого, хладостойка в отличие от пластика.
обладает более высокой стабильностью размеров при температурном воздействии, чем у металлов и пластмасс.
используется при t от 100°C до -200 °C в огнестойких конструкциях, воспламеняется при t 400 °C, при открытом пламени - при t 270 °C, сгорает с предсказуемой линейной скоростью
позволяет создавать отверстия для размещения оборудования, датчиков с использованием простого оборудования без повышения ломкости материала
ТАК КАК ФАНЕРА:
УГРВ «Пионер-III» будет из хвойной фанеры (износостойка при высокой влажности, восприимчива к вредителям, процессам гниения и плесени) марки ФСФ-ТВ с повышенной водостойкостью для внутреннего и наружного использования с хорошей прочностью (фенолформальдегидный клей+пропитка антипиренами, что снизит горючесть)

Электрическая схема
УГРВ «ПИОНЕР-III»

1.гибридное решение для проходимости: сочетание 2-х подвижных, независимых гусениц и 4-х высокопроходимых колес, а для высокой управляемости разработан специализированный пульт;
2.аппаратная платформа Arduino заменена на микроконтроллер, так как его программирование и перепрограммирование проще, быстрее и может быть осуществлено покупателем самостоятельно;
3.конструкция позволяет закрепить на нем как предложенный производителем модуль, так и любое оборудование, соответствующее габаритам робота- теперь это МОТОРИЗИРОВАННОЕ ШАССИ;
4.габариты позволяют одному человеку переносить его, перевозить в самолетах без сдачи в багаж;
5.на базе программы Dreamweaver (HTML-редактора Adobe Creative Cloud) ведется разработка приложения для смартфонов «Применение УГРВ «Пионер-III» на базе платформы ANDROID с функциями: управление роботом, его продажа, продажа модулей к роботу и сервис - предоставление консультаций по эксплуатации, замена, ремонт деталей.
Новизна УГРВ «ПИОНЕР-III»:

УГРВ «ПИОНЕР-III» может использоваться для наблюдения за объектом, передачи данных, перевозки вещей, поиска, строительства малых форм, фиксации характеристик объекта, охраны.
Применим для 10 ВИДОВ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ:
- недопользования (геологоразведка и горное дело)
строительства (создание малых форм, оценка качества сварных швов и иных параметров строительства),
спорта (фиксация объема нагрузки, достижений),
сельского хозяйства (наблюдение за животными, растениями),
охоты (наблюдение, фиксация, передача информации),
собирательства (сбор ягод, грибов, орехов, лекарственных растений), в быту (уборка, охрана, перенос вещей),
в естественных науках (наблюдение, сбор образцов воздуха и т.п., анализы на наличие газов в воздухе),
для туризма (доставка туристического снаряжения и навигации через GPS-навигатор),
в поисковом деле (археология, экспедиции, альпинизм),
для природоохраны (регистрация браконьеров возле ловушек, капканов) и многого другого.
УГРВ «ПИОНЕР-III» - продукция двойного назначения, так как может использоваться для:
обороны (доставка вещей, наблюдение, охрана, минирование и разминирование),
для помощи в чрезвычайных ситуациях (поиск, наблюдение, доставка вещей).

Задачи для Startup:
1.Подобрать виды трехмерных моделей для комплектации УГРВ «Пионер-III» под конкретные задачи, написать соответствующие программы для микроконтроллеров и провести их тестирование
2. Дописать и оттестировать приложение для смартфонов «Применение УГРВ «Пионер-III» на базе платформы ANDROID, разрабатываемое на базе программы Dreamweaver (HTML-радактора Adobe Creative Cloud).

2- ая часть гипотезы подтверждена.
УГРВ «ПИОНЕР-III» может быть создан с использованием гибридных технических решений, деревянного корпуса и управляться через микроконтроллер FUTABA.
УГРВ «ПИОНЕР-III» путем простой модернизации пользователем сможет решать много практических задач!