Адаптация технологий, реализуемых при создании антропоморфных роботов и робототехнических комплексов в интересах решения задач МЧС России

Качанов Сергей Алексеевич; Мошков Владимир Борисович; Баранник Александр Юрьевич; Якутов Александр Викторович

/14 Civil SecurityTechnology, Vol. 13, 2016, No. 4 (50) УДК 681.5

Адаптация технологий, реализуемых при создании антропоморфных роботов и робототехнических комплексов в интересах решения задач МЧС России

ISSN 1996-8493

С.А. Качанов, В.Б. Мошков, А.Ю. Баранник, А.В. Якутов

Аннотация

Рассмотрены перспективы развития технологий применения робототехнических комплексов при ликвидации чрезвычайных ситуаций, а также вопросы разработки универсальной робототехнической платформы для выполнения поисково-спасательных работ в условиях повышенного риска.

Ключевые слова: аварийно-спасательные работы; робототехнический комплекс; антропоморфный робототехнический комплекс; поисково-спасательные работы; спасательные технологии.

Adapting Anthropomorphic Robotic System Technologies to Solve the Tasks of EMERCOM Russia

ISSN 1996-8493

S. Kachanov, V. Moshkov, A. Barannik, A. Yakutov

Abstract

The article examines the prospects of using robotic systems in disaster response and recovery, and the development of a multipurpose robotic platform for search and rescue in high-risk situations.

Key words: search and rescue operations; robotic system; anthropomorphic robotic system; rescue technologies.

Центр «проблем развития техники и технологий» ФГБУ ВНИИ ГОЧС МЧС России на протяжении многих лет разрабатывает, испытывает и внедряет наиболее технологичные спасательные средства и технологии в интересах МЧС России. Одними из наиболее высокотехнологических средств, стоящих на вооружении МЧС России, являются современные и перспективные робототехнические комплексы (далее —РТК), обладающие наибольшим потенциалом применения [5].

Подводя определенные итоги использования робототехники, можно сделать следующий вывод:

состоящие на оснащении подразделений МЧС России РТК, как правило, являются узкоспециализированными [4], что существенно снижает эффективность при выполнении аварийно-спасательных работ (далее—АСР), так как каждый робот способен выполнять незначительное количество операций. Чаще всего они имеют один рабочий орган, обладают гусеничным или колесным движителем. Причем, особенности конструктивных решений в подавляющем большинстве случаев не предполагают возможность их модернизации с целью значительного увеличения уровня универсализации [1].Таким образом, РТК указанного типа практически исчерпали потенциал развития.

На сегодняшний день, наилучшим исполнителем АСР является квалифицированный спасатель. В связи с этим, именно его техника выполнения операций должна стать основой для создания алгоритмов действий перспективных многофункциональных РТК. Следовательно, технические решения, которые должны лечь в основу конструкции разрабатываемых роботов, должны обеспечивать возможность реализации алгоритмов действий (движений) спасателя. Выполнение данного требования возможно только при создании антропоморфных робототехнических комплексов (далее—АРТК) [6].

Основными элементами АРТК являются: система передвижения; рабочие манипуляторы;

системы технического зрения и ориентирования; система энергообеспечения и система управления.

Система передвижения АРТК—педипуляторного типа (от лат. Pes, pedis—стопа, нога).Это позволят выполнять различные операции, которые невозможны или сложны для РТС с колесно-гусеничным движителем, такие как: прыжки, переступания, перемещение по вертикальным лестницам и т. п.

Рабочие манипуляторы(от лат. Manus—рука) АРТК могут быть элементарными — пригодные для выполнения простейших операций (захват; перемещение и т.п.), и универсальные—схожие с руками человека, способные выполнять операции, как с применением штатного инструмента спасателя, так и без него.

Системы технического зрения и ориентирования, используемые при создании АРТК, не носят принципиальных отличий от аналогичных систем, применяемых в других робототехнических комплексах.

Из существующих систем управления на первом этапе разработки АРТК предполагается использовать наиболее простую систему копирующего типа. В дальнейшем, по мере наработки соответствующего программного обеспечения возможно использование других режимов управления (комбинированный, су-первизионный, автономный).

МЧС России в 2014году приступило к реализации проекта по созданию технологии антропоморфной (имеющей форму человека) робототехнической платформы (проект «Спасатель») (рис. 1). Работа в данном направлении осуществляется в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований, НПО «Андроидная техника» и ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ).

Рис. 1. Антропоморфная робототехническая платформа, разработанная в рамках проекта «Спасатель»

В ходе проведенных исследований определен перечень сценариев и функциональных действий, которыми должен обладать АРТК для проведения работ по ликвидации ЧС. В качестве основных функциональных действий рассматриваются:

применение средств пожаротушения, в том числе огнетушители, пожарные рукава, шанцевый инструмент;

использование средств механизации проведения АСР, в том числе: домкратов, кусачек, пил, ножниц [2, 3];

передвижение в условиях аварии в жилом секторе, на промышленных объектах.

С сентября 2016 года запланированы испытания демонстрационного образца АРТК, в ходе которых определяется спектр спасательных работ, которые АРТК способен выполнить в ближайшем будущем.

В настоящее время в МЧС России начата работа по разработке на базе результатов, полученных в рамках проекта «Спасатель», технологий проведения АСР в условиях повышенного риска для жизни спасателей с использованием АРТК.

Продолжение исследований в данной области позволит МЧС России создать аварийно-спасательный робототехнический мобильный комплекс (рис. 2), способный участвовать и самостоятельно проводить поисково-спасательные и аварийно-спасательные работы в среде, опасной для жизни сотрудников МЧС России.

Ожидается, что в ходе выполнения данного проекта будут получены следующие результаты:

разработан технический облик комплекса ведения АСР в условиях повышенного риска для жизни спасателей с использованием АРТК;

доработаны демонстрационные образцы, созданные в рамках реализации проекта «Спасатель», до уровня, обеспечивающего их применение в реальных условиях, возникающих при ликвидации ЧС;

разработан и создан мобильный модуль управления антропоморфными робототехническими системами, их транспортировки и обеспечения применения;

разработан и создан стационарный пункт управления антропоморфными робототехническими системами, обеспечивающими возможность трехмерного моделирования обстановки в районе их применения;

разработан программно-аппаратный комплекс по управлению группой роботов одним оператором-спасателем.

Предполагается, что данный комплекс будет включать в себя:

стационарный пункт управления РТК с системой трехмерной визуализации обстановки в зоне ЧС, обладающий возможностью его использования в качестве учебного средства операторов;

мобильный пункт управления с модулями управления РТК и образцы АРТК, способные выполнять спасательные операции.

Стационарный пункт управления антропоморфными робототехническими системами (рис. 3)—сооружение, расположенное на повседневно используемой территории МЧС России (спасательный центр, научно-исследовательский институт, центр управления кризисной ситуацией или испытательный полигон). Он предназначен для дистанционного управления АРТК, задействованного в спасательной операции. Данные, получаемые с ро-бототехнического комплекса, проецируются (моделируются) в трехмерное изображение. Это позволит операторам и экспертам центра поддержки принятия решений, а также руководителю операции, осуществлять контроль за проведением спасательных работ в реальном масштабе времени, вырабатывать

Рис. 2. Аварийно-спасательный робототехнический мобильный комплекс

Рис. 3. Стационарный пункт управления антропоморфными робототехническими системами

рекомендации по их ведению. В случае необходимости, возможности стационарного пункта позволят оперативно переключать управление АРТК на его операторов при проведении особо сложных технологических операций. Для этого пункт будет оснащен штатным аварийно-спасательным оборудованием, которое позволит оператору АРТК, работая в копирующем костюме, максимально точно выполнять операции со штатным инструментом.

Вторая составляющая комплекса—мобильный модуль управления антропоморфными робототех-ническими системами (рис. 4). Модуль планируется установить на автомобиль повышенной проходимости и двухосный прицеп, при этом его массогабарит-ные показатели должны обеспечивать возможность транспортировки самолетами Ил-76.

На кузове основной машины будет располагаться пункт управления, обеспечивающий связь, позиционирование и ретрансляцию видеосигнала, а также пункт управления БЛА. Кроме того, там же будет располагаться транспортный отсек для перевозки АРТК, БЛА и аварийно-спасательного инструмента. В прицепной части комплекса планируется расположить пункт управления АРТК и необходимое оборудование, позволяющее имитировать работу в зоне ЧС.

Третья составляющая комплекса—это доработанный и адаптированный образец АРТК, способный выполнять ряд следующих работ:

прибытие к месту ЧС;

ограждение рабочей площадки; расчистка рабочей площадки; определение опасных веществ в воздухе и воде; поиск, оценка состояния, деблокирование и эвакуация пострадавших;

фиксация элементов и разбор завалов; стабилизация поврежденных транспортных средств;

перемещение в замкнутом пространстве; работа с гидравлическим инструментом (кусачки, ножницы, расширители, цилиндры, пилы); локализация и ликвидация пожара; частичное оказание первой помощи. В результате реализации проекта планируется создать робототехнический комплекс, обладающий такими качествами, как универсальность, инте-грированность в инфраструктурную среду обитания человека, вариативность систем управления в зависимости от решаемых задач и условий их выполнения; с функциональными возможностями, сравнимыми с человеческими, прежде всего, по силовым, динамическим и массогабаритным показателям.

Это позволит МЧС России создать целую серию антропоморфных комплексов, предназначенных для проведения аварийно-спасательных работ.

Опыт, полученный в ходе выполнения данного проекта, позволит создать предпосылки для широкого внедрения антропоморфных технологий в практику силовых структур.

Рис. 4. Мобильный модуль управления антропоморфными робототехническими системами

Литература

1. ГОСТ Р 54344-2011 Мобильные робототехнические комплексы для проведения аварийно-спасательных работ и пожаротушения. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2012.

2. ГОСТ Р 51542-2000. Инструмент аварийно-спасательный переносной. Классификация. М.: Издательство стандартов, 2000.

3. ГОСТ Р 51543-2000 Инструмент аварийно-спасательный переносной с гидроприводом. Установка насосная с электроприводом. Основные параметры и размеры. Требования безопасности. Методы испытаний и контроля. М.: Издательство стандартов, 2000.

4. Государственная программа вооружения на 2007-2015 годы (в части МЧС России). М.: ВНИИ ГОЧС, 2006.

5. Одинцов Л. Г., Парамонов В.В. Технология и технические средства ведения поисково-спасательных и аварийно-спасательных работ. Справочное пособие. М.: НЦ ЭНАС, 2004. 232 с.

6. Справочное пособие по ведению спасательных работ. М.: ВНИИ ГОЧС, 1993.

Сведения об авторах

Качанов Сергей Алексеевич: д. т. н., проф., ФГБУ ВНИИ ГОЧС(ФЦ), зам. нач. ин-та. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail: skachanov@inbox.ru

Мошков Владимир Борисович: к. э. н., доц., ФГБУ ВНИИ

ГОЧС(ФЦ), нач. НИЦ.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.

E-mail: agzmchs@mail.ru

SPIN-код — 7792-2243.

Баранник Александр Юрьевич: к. т. н., с. н. с., ФГБУ ВНИИ ГОЧС(ФЦ), зам. нач. НИЦ. , спец. I категории.

111250, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, E-mail: auba@yandex.ru

Якутов Александр Викторович: к. т. н., ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), вед. н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail: Yakutoff@yandex.ru

Information about authors:

Kachanov Sergey A.: Doctor of Technical Sciences, prof., Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and High Technology), Deputy Head of the Institute. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: skachanov@inbox.ru

Vladimir Borisovich Moshkov.: Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and High Technology), Head of the Research Center. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: agzmchs@mail.ru SPIN-scientific — 7792-2243.

Barannik Alexander Y.: Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and High Technology), Deputy Head of the Research Cente. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: auba@yandex.ru

Yakutov Aleksandr V.: Candidate of Technical Sciences, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emer-gencies" (Federal Center of Science and High Technology), Leading Researcher. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: Yakutoff@yandex.ru