62УДК 62
Москвитина Екатерина Владимировна Moskvitina Ekaterina Vladimirovna
младший научный сотрудник Junior Researcher ФГБУ «46 ЦНИИ» Минобороны России 46 Central Research Institute of the Ministry of Defense of Russia
КЛЮЧЕВЫЕ ЗАДАЧИ И ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ НРТК ВН
KEY TASKS AND PROPOSED WAYS TO INCREASE THE EFFECTIVENESS OF THE MILITARY-ORIENTED GROUND-BASED
ROBOTIC COMPLEXES
Аннотация: Рассмотрены вопросы состояния и перспектив развития наземных робототехнических комплексов военного назначения. Отмечена необходимость создания робототехнических средств с повышенной степенью автономности, с дальнейшим стремлением к полной автономности РТК. Базируясь на анализе современных тенденций развития робототехнических средств за рубежом и на территории РФ сформулированы основные направления исследований призванных повысить эффективность и обеспечить повышенную автономность наземным робототехническим комплексам военного назначения.
Annotation: The problems of the state and prospects of the development of ground-based robotic military systems are considered. The necessity of creating robotic tools with a high degree of autonomy, with a further desire for full autonomy of the RTK, is noted. Based on the analysis of modern trends in the development of robotic equipment abroad and in the Russian Federation, the main directions of research are formulated to increase efficiency and provide increased autonomy for military-oriented ground-based robotic complexes.
Ключевые слова: наземный робототехнический комплекс; системы автономного управления, автовождение НРТК, машинное зрение.
Keywords: ground robotic complex; autonomous control systems, military-oriented ground-based robotic complexes auto-driving, machine vision.
В настоящее время практически все разрабатываемые и принятые на снабжение наземные робототехнические комплексы военного назначения (НРТК ВН) функционируют в режиме дистанционного управления. Опыт применения таких роботов на поле боя показал их недостаточную эффективность. Эффективно управлять боевым роботом в условиях реального боя один оператор неспособен, так как количество одновременно решаемых задач очень велико. В режиме реального времени управлять движением робота, проводить разведку обстановки, выбирать и обнаруживать цели, вести прицельный огонь и оценивать результаты попаданий, принимать тактические решения эффективно способны нескольких операторов. Помимо этого, дистанционно-управляемые НРТК ВН имеют ряд принципиальных недостатков и ограничений [1-7].
Существует необходимость постоянного информационного обмена, высокая мощность каналов связи, увеличение радиуса действия, недопущения демаскировки объекта и пункта управления, а также обеспечение средствами радиоэлектронного и огневого противодействия.
Анализ состояния развития НРТК ВН в развитых странах показывает, что основное внимание в настоящее время уделяется созданию робототехнических средств повышенной автономности. В связи со спецификой задач, решаемой на поле боя, они должны быть способны работать в реальной обстановке при частичном или полном отсутствии исходной информации о среде функционирования [8].
Некоторые элементы автономности, такие как запоминание маршрута и возврат в точку потери связи, обход препятствий по данным бортовых систем при супервизорном управлении и ряд других экспериментально проверены на макетных образцах и уже закладываются в возможности разрабатываемых роботов. Согласно проведенному американскими военными экспертами анализу, существующие опытные образцы дистанционно-управляемых роботизированных машин по показателям
автономности действий не соответствуют требованиям современного боя. Они не обладают достаточной подвижностью на сильнопересеченной местности, насыщенной искусственными заграждениями и водными преградами, а также в городских условиях. Применяемые в них источники энергии не обеспечивают функционирование машины в течение заданного времени и не приспособлены к эксплуатации в различных климатических условиях. Выявлены также значительные недостатки в работе системы автоматического поиска, обнаружения и распознавания неподвижных и движущихся объектов. Кроме того, вследствие несовершенства средств искусственного интеллекта создание полностью автономных машин является сложной научно-технической задачей. Наиболее проблематичными составляющими этой задачи являются: адаптация к изменениям обстановки, координация групповых действий, а также принятие самостоятельного решения на применение оружия (для боевых роботов), в том числе для самообороны.
Состояние разработок отечественных мобильных роботов характеризуется следующим образом:
- существующие шасси близки по грузоподъёмности, тяговооружености, весам и габаритам к зарубежным аналогам и, как правило, не превышают массу 200 кг.
- выпускаемые на внутренний рынок мобильные роботы имеют низкий уровень интеллектуализации и являются по существу дистанционно управляемыми машинами, требующими устойчивой радио- и телевизионной связи с оператором.
- имеющийся значительный задел в области фундаментальных и поисковых исследований по различным проблемам искусственного интеллекта [9,10] недостаточно реализован в реальных разработках.
Одной из основных тенденцией современного развития наземной военной робототехники является постепенный переход от дистанционно -
управляемых к полуавтономным (в перспективе к автономным) РТК. Это позволит устранить основные недостатки дистанционно-управляемых РТК, такие как:
- ограниченность радиуса действия при управлении по радио или кабельным линиям связи.
- необходимость непрерывного участия операторов в процессе управления как комплексом в целом, так и его подсистемами;
- возможность нарушения устойчивой работы каналов передачи информации и команд управления путем применения противником средств радиоэлектронного противодействия.
Необходимо отметить, что разработка, а в дальнейшем и применение роботизированных средств с высокой степенью автономностью зависит прежде всего от возможности создания системы автоматического вождения в условиях различных сред (индустриальная среда, городские условия, сеть дорог, пересеченная местность), что потребует решения бортовыми средствами ряда сложных научно-технических задач, таких как:
- дистанционное определение геометрических и опорных характеристик в зоне движения.
- высокоточное определение текущих координат и ориентации объекта управления.
- формирование моделей внешней среды и планирование текущих траекторий движения с учетом характеристик объекта управления.
- отработка планируемых траекторий движения, включая выход/возврат образца в заданный/исходный район, с выдерживанием заданного маршрута движения и обходом препятствий.
- контроль и диагностика программно-аппаратных средств бортовой системы управления и двигательной установки.
- отсутствие отечественных сенсоров для систем технического зрения (тепловизоров, 2D- и 3D-сканирующих лазерных дальномеров, в том числе
и комплексированных с видеокамерами), обеспечивающих определение геометрии и опорной проходимости грунта.
- отсутствие высокоточных бортовых средств навигации и восстановления геометрии окружающего пространства, необходимых для функционирования НРТК ВН в условиях экранирования магнитного поля Земли и навигационных полей спутниковых и стационарных систем (индустриальногородская среда, здания, помещения).
- проблемы разработки тактики применения автономных НРТК ВН, включая организационно-правовые проблемы применения оружия в случаях отсутствия непосредственного управления оператором.
- проблемы автономного применения целевой нагрузки, включая разработку алгоритмов обнаружения, распознавания типа цели, «узнавания» конкретной цели, наведения оружия или иных средств.
- проблемы скрытной связи, силовых установок РТК, трансмиссии и движителей, датчиков различной природы и ряд других.
Часть из этих проблем имеют перспективы решения в обозримом будущем техническими и технологическими методами, часть требует организационно-правовой экспертизы и выработки соответствующих решений по правилам применения автономных НРТК ВН. Однако, некоторые проблемы требуют интенсивных исследований и экспериментальной проверки возможности их использования. Прежде всего, это касается осуществления режима автовождения с оценкой опорной проходимости грунта, решения задач восстановления геометрии окружающего пространства и высокоточной навигации при автономном функционировании роботов и их групп, находящихся на значительном удалении от центра управления, при выполнении ими боевых и обеспечивающих задач.
Учитывая вышесказанное можно сформулировать основные направления дальнейших исследований
- разработка методов и средств, обеспечивающих скоростное движение РТК в неопределенных и динамически изменяемых средах на основе применения адаптивно-управляемых подвесок и гибридных трансмиссий.
- разработка комплектов встраиваемых аппаратно-программных модулей для обеспечения режимов супервизорного и автономного управления наземных РТК различного назначения.
- обеспечение многоканальной системы объемного технического зрения для освещения дорожно-тактической обстановки и управления наземных РТК в любое время суток и в сложных погодных условиях.
- повышение эффективности автономного управления движением РТК на основе дистанционного и тактильного определения характеристик профильной и опорной проходимости.
- освоение методов и средств интерпретирующей навигации на основе выделения геометрических и семантических объектов, распознавания образов с помощью комплексированных систем технического зрения.
- изучение новых методов и средств информационного обеспечения боевых действий на основе технологий виртуальной реальности, формируемой с применением наземных РТК и БЛА.
- построение новых принципов функционирования интеллектуальных систем автономного управления технологическим оборудованием наземных РТК, функционирующих в неопределенных и динамически изменяемых средах.
Библиографический список:
1. Burenok V.M. Razvitie voennykh tekhnologiy XXI veka: problemy, planirovanie, realizatsiya [The development of military technology of the XXI century: problems, planning, realizationof configuration of the robot control system to the specific conditions]. Tver: Izd-vo OOO «Kupol», 2009, 624 p.
2. Dul'nev P.A. Problemy sbalansirovannosti i perspektivy razvitiya sistemy vooruzheniya Sukhoputnykh voysk [Problems balance and prospects of development of weapons systems of Ground forces], Voennaya mysl' [Military Thought], 2009, No. 6, pp. 6-12.
3. Sheremet I.A., Sheremet I.B., Rudianov N.A. Roboty v voyskakh: problemy osvoeniya, primeneniya i vzaimnoy adaptatsii [Robots in the military: problems of development, implementation and mutual adaptation], Mezhotraslevoy nauchno-tekhnicheskiy zhurnal. Obo-ronnyy kompleks nauchno-tekhnicheskomu progressu Rossii [Interbranch scientific technical journal "Defense complex to scientific and technical progress of Russia"]. Moscow: Izd-vo FGUP «VIMI», 2014, pp. 66-70.
4. Lopota A.V., Yurevich E.I. Etapy i perspektivy razvitiya modul'nogo printsipa postroeniya robototekhniki [Stages and prospects of development of a modular principle of construction robotics], Sbornik dokladov Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Ekstremal'naya robototekhnika» [The collection of reports of all-Russian scientific-technical conference]. St. Petersburg.: Izd-vo «Politekhnika - servis», 2012, pp. 15-18.
5. Sheremet I.B., Rudianov N.A., Ryabov A.V., Khrushchev V.S. Problemy razvitiya robotizirovannogo vooruzheniya SV [Problems of development of robotic weapons SW], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2013, No. 3 (140), pp. 45-49.
6. Sheremet I.B., Rudianov N.A., Khrushchev V.S., Ryabov A.V., Komchenkov V.I. Obosnovanie semeystva boevykh i obespechivayushchikh robotov dlya boya v gorode [Justification of combat and support a family of
robots to fight in the city], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2012, No. 3 (128), pp. 37-41.
7. Dul'nev P.A., Il'in L.N. Nekotorye podkhody k razvitiyu sistemy vooruzheniya soedineniy novogo oblika sukhoputnykh voysk [Approaches to the development of weapons systems connections new shape of land forces], Vestnik Akademii voennykh nauk [Bulletin of the Academy of military Sciences], 2012, No. 1 (38), pp. 126-134.
8. Unmanned Ground Systems Roadmap. // Robotics Systems Joint Project Office, 2011.
9. Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред. И.М. Макарова, В.М. Лохина. - М.: Физматлит, 2001. - 576 с.
10. Интеллектуальные роботы / Под ред. Е.И. Юревича. - М.: Машиностроение, 2007
