CC BY
263
Кравченко Павел Павлович
Технологический институт федерального государственного образовательного
учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный
университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.
Тел.: 88634314945.
Kravchenko Pavel Pavlovich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of
Higher Vocational Education "Southern Federal University".
E-mail: [email protected].
44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: 88634314945.
УДК 004.896:621.865: 623.43
A.B. Васильев
МОБИЛЬНЫЕ МИНИ-РОБОТЫ РАЗВЕДКИ: ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ, ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ И ОБЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ
Анализируются текущее состояние и общемировые тенденции в сфере создания малоразмерных робототехнических средств обеспечения разведывательных операций. Выделяются основные принципы и перспективы развития мобильных мини-роботов. Результаты работы могут быть полезны при формировании концептуального облика вновь создаваемой техники рассматриваемого класса.
Анализ; мини-робот; мобильный; носимый; легкий; компактный; гусеничный; колесный; шасси; модульность; универсальность; адаптация.
A.V. Vasiliev
MOBILE SCOUT MINI-ROBOTS: CURRENT STATE, TYPICAL FEATURES AND GENERAL PROGRESS TRENDS
The current state and worldwide tendencies of small scout robotic tools development are analyzed. The general design principles and trends of small unmanned ground vehicles (SUGV) are extracted. The analysis results may be useful for new SUGV concept development.
Assessment; mini-robot; mobile; man-portable; lightweight; compact; tracked; wheeled; chassis; modularity; versatility; adaptation.
.
различных типов сверхлегких и малозаметных робототехнических средств разведки, в том числе мобильных мини-роботов наземного базирования (дштее ММР, в зарубежной литературе общепринята аббревиатура SUGV - Small Unmanned Ground Vehicles). Активизация работ в этой области связана с двумя объективными причинами. Во-первых, это доктрина ведения современных боевых действий, предусматривающая максимальную роботизацию вооруженных сил с целью минимизации потерь среди личного состава (а в перспективе - ведение боевых действий только лишь с помощью полу- или полностью автономных робототехниче-). -ружения армии США "Боевые системы будущего". Во-вторых, это достигнутые успехи в области оптимизации и миниатюризации всех составных элементов роботов, как комплексных мехатронных систем: электромеханических приводов, ком-
Известия ЮФУ. Технические науки
Тематический выпуск
понентов систем управления, вычислительных модулей, датчиков различной природы, источников питания и др., а также развитие информационных, телекоммуникационных и сетевых технологий, теории управления автономными объектами и , .
И если к середине текущего десятилетия к ММР можно было отнести лишь единичные разработки [1], например iRobot PackBot, Dragon Runner, BomBot, то на сегодняшний момент созданием подобной техники занимаются во всех ведущих странах мира (табл. 1).
1
Технические характеристики некоторых ММР
Название Фирма Страна Тип шасси Габарит, разм., мм Вес, кг Скорость, м/с Время работы, л Дальность, м
PaekBot Scout iRobot США 4-гус. 686x520x200 18 2,2.. .3,9 2 ...12 800
SUGV320 iRobot США 4-гус. 607x437x165 14,5 2,8 6 1000
Dragon Runner DR20 QmetiQ NA США 4-колес 422x310x152 6,4 11,1 1,5 -
2-iyc. 725x330x165 7,7 - 0,75 -
X-Bot IRT США 4-колес 533x445x241 13,6 3,5 500
RHEX Boston Dynamics США шагающий 170x200x120 7,2 2,25 0,1... 0,8 600
SpyRobol 4 WD Macros wiss Швейцария 4-колес 427x290x170 6 2,8 4...12 400
VIPER Elbit Systems Израиль 2-тус. трансформ. 460x460x230 11 2,2 4...12 2000
EyeDrive ODF Optronics Израиль 4-колес, 2-тус. 280x250x110 2,7 - 3...24 300
Cobra ECA Франция 4-колес. 364x392x170 5,6 2,1 2 130
MimUGV Eventronic Испания 4-колес. 340x320x160 2,8 4,2 2 100
Scout PIAP Польша 4-колес., 2-гус., 4-тус. 530x543x180 13 2,2...2,8 500
X-MUTS DSTO Австралия 4-колес. 400x300x120 10 - 0,5 2000
MPK-OL НИИ CM Россия <5-колес. 570x430x210 20 0,7 3 60
CMP-01 ЦНИИ РТК Россия 6-гус. или 4-колес. 390x318x87 12,4 1 4 130
Особенности мобильных мини-роботов.Основным критерием для выделения ММР в отдельный класс является ограничение их веса максимум 20 кг (в большинстве разработок 8-15 кг). Такое ограничение следует из требования транспортировки всего робототехнического комплекса (РТК), т.е. мобильного робота вместе с постом управления силами одного, максимум двух человек (рис. 1). В свою очередь, малый вес определяет ряд других особенностей, выделяющих ММР на фоне других РТК. Это:
♦ оперативная доставка и развертывание комплекса;
♦ малозаметность для противника (небольшие размеры);
♦ высокая подвижность ММР.
Рост интереса к ММР вполне закономерен. Опыт их применения в Ираке и Афганистане доказал эффективность ММР при решении целого ряда задач. В первую очередь - это видеонаблюдение и разведка при проведении боевых и специальных операций в условиях городской застройки. Главная цель здесь - сохранение личного состава при действиях в потенциально опасной обстановке (вероят-
).
В целом же перед ММР формулируется следующий круг задач (в том числе и ):
♦ разведка потенциально опасной обстановки (помещений, подвалов, салонов и днищ автомобилей и т.п.);
♦ ведение скрытного аудио- и видеонаблюдения с записью или передачей в реальном времени информации на пост управления;
♦ тарана объектов с автоматическим р аспознаванием нарушителей и выдачей сигнала тревоги оператору;
♦ уточнение имеющейся карто графической информации;
♦ составление план а помещений;
♦ доставка и установка в заданной точке легких грузов или спецсредств;
♦ обследование и обезвреживай ие взрывных устройств;
♦ контроль химического состава воздуха;
♦ ретрансляция связи;
♦ отвлечение вниман ия противника.
Рис. 1. Доставка мобильного малоразмерного робототехнического комплекса
Анализ текущего уровня развития. Основные требования, предъявляемые к мобильным малоразмерным робототехническим комплексам (ММРК): максимальная подвижность при движении как на относительно ровных поверхностях,
так и в условиях пересеченной местности (бордюрные камни, лестницы, травяни-
); (
500 м); работоспособность в любых погодных условиях (дождь, снег, пониженная ) (
), ( -
чально главная цель ММР - "погибнуть", если придется, на поле боя, сохранив ).
Здесь можно обнаружить несколько противоречий, вытекающих из небольших размеров и веса ММР, их функционального назначения и предъявляемых тре-.
Во-первых, широкий круг ставящихся задач, т.е. по сути, универсальность, требует установки на малоразмерный робот большого спектра специального оборудования: от простейших средств аудио- видеонаблюдения, до манипулятора,
( ), -
нического зрения (СТЗ) и др. В то же время ММР должен быть максимально прост .
Разрешить это противоречие может модульный принцип построения ММР.
, ,
сделать вывод о первой общей тенденции. Это создание максимально простых и универсальных базовых платформ с большой несущей способностью, универсальными конструктивными и электрическими интерфейсами, предполагающими возможность дальнейшего их дооснащения различными типами навесного оборудо-( . 2). , , -ций ММР с возможностью перенастройки под конкретные задачи (PackBot, SUGV300, Dragon Runner DR20, EyeDrive). При этом обеспечивается максимальная гибкость ММРК за счет возможной его адаптации конечным пользователем под требуемые именно ему задачи. Такой подход также способствует упрощению и удешевлению разработки новых типов специального оборудования.
Второе противоречие связано с необходимостью обеспечения подвижности мини-робота в любых условиях движения. В качестве носителей для РТК наземного базирования традиционно применяются мобильные платформы (МП) с колесными или гусеничными движителями, обладающие своими достоинствами и недостатками. С уменьшением размеров МП серьезной проблемой становится обеспечение их движения по пересеченной местности, преодоление препятствий, соизмеримых или даже превосходящих собственные размеры. Следствием этого стало развитие движителей с активными элементами изменения конфигурации шасси (PackBot, SUGV, VIPER, Cameleon, СМР-01 [2]).
Также развиваются теоретические исследования по совершенствованию ша-. - -ного практического результата, в том числе при создании малоразмерных шагающих разведывательных роботов (проект RHEX фирмы Boston Dynamics, США).
Модульный подход применим и при создании шасси ММР. В ряде разработок можно видеть построение на основе некоторой базовой конструкции различных вариантов шасси, в том числе с возможностью перенастройки с одного типа . , - Dragon Runner
(QinetiQ North America, США) созданы два двухгусеничных (короткий и удлинен) ( . 2).
Рис. 2. Модульная архитектура построения ММР (на примере робота DR20)
Весьма перспективным видится дальнейшее развитие такого подхода в виде конструктивного обеспечения возможности оперативной и без использования специального инструмента перенастройки шасси с одного типа движителя на другой. Это дает дополнительную гибкость и возможность адаптации шасси, а следовательно, и ММР в целом к конкретной оперативной обстановке и характеру местности, что в некоторой степени позволяет разрешить второе отмеченное противоречие.
Третье противоречие связано со сложностью управления ММР и все возрастающей нагрузкой на оператора, учитывая очень низкое расположение телекамер и ограниченность получаемой с них информации. Отчасти эта проблема решается установкой на ММР дополнительных устройств, обеспечивающих увеличение высоты наблюдения телекамер и круговой обзор обстановки вокруг робота (SUGV320, EyeDrive). Однако для решения целого спектра задач очевидной становится необходимость повышения автономности и интеллектуализации ММР.
В то же время развитие теории управления коллективами роботов [3] в перспективе должно привести к необходимости организации совместных действий - . случае сводится к заданию конечной цели миссии и супервизорному контролю за ходом ее выполнения.
Все это определяет еще одно общее направление развития ММР - их интеллектуализация и соответствующее техническое оснащение с целью обеспечения ориентации робота в пространстве, детектирования препятствий, принятия реше-.
, , -
ции при ограниченном составе сенсорно-информационной системы, например,
навигация по телекамере [4, 5].
, -
дующих общих принципах построения ММР, концептуально определяющих технический облик, как существующих, так и будущих разработок:
♦ универсальность базо вых модификаций ММР;
♦ модульность построен ия шасси и ММР в целом;
♦ гибкость и адаптируемо сть под конкретные задачи;
♦ частичная или полная авто номность системы управления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Unmanned Systems Roadmap 2007-2032 / Joint Ground Robotics Enterprise. - [USA], 2007. - P.125-146. - Системные требования: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.jointrobotics.com/library02.php (дата обращения: 01.03.2010).
2. Васильев A.B., Полин A.B. Мобильный робот-р^ведчик на базе шестигусеничного движителя с изменяемой геометрией // Мехатроника, автоматизация, управление. - M.: Новые технологии. - 2009. - №3. - С. 24-27.
3. Каляев И.А., Шеремет КА. Военная робототехника: выбор пути // Мехатроника, автоматизация, управление. - M.: Новые технологии. - 2008. - № 2. - С. 32-34.
4. . .
навигации // Научно-технические ведомости СПб ГПУ. - 2008. - № 3. - С. 18-25.
5. . ., . ., . . -
// -конференции "Перспективные системы и задачи управления". - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - С. 68.
Васильев Андрей Викторович
- -
робототехники и технической кибернетики. E-mail: [email protected].
194064, г. Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21. Тел.: 88125526093; 88125839693.
Vasil'ev Andrey Viktorovich
Central R&D Institute of Robotics and Technical Cybernetics. E-mail: [email protected]. 21, Tikhoretsky pr., St. Petersburg, 194064, Russia. .: 88125526093; 88125839693.
УДК 629.11.012
. . , . .
ЗАКОН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ПО КОЛЕСАМ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
В статье приведено описание предложенного закона распределения мощности по колесам транспортного комплекса с индивидуальной схемой трансмиссии, позволяющего повысить показатели опорной проходимости. Представлена расчётная схема объекта и основные положения разработанной математической модели, предназначенной для имитационного моделирования прямолинейной динамики по несвязному грунту. Обозначены направления дальнейших исследований.
Проходимость; закон распределения мощности; нечеткая логика; математическая модель; имитационное моделирование; трансмиссия; контроллер; затраты энергии.
G.O. Kotiev, V.A. Gorelov
THE LAW OF DISTRIBUTION CAPACITY ON WHEELS FOR VEHICLE
ROBOTIC COMPLEX
In article the description of the offered law of distribution ofpower on wheels of a transport complex with the individual scheme of the transmission is resulted, allowing to raise indicators of basic passableness. The settlement scheme of object and substantive provisions of the developed mathematical model intended for imitating modelling of rectilinear dynamics on an inconsistent ground is presented. Directions of the further researches are designated.
Passableness; the law of distribution ofpower; fuzzy logic; mathematical model; simulation
modeling; transmission; the controller; energy expenses.
, -
растеризуется большими затратами энергии, обусловленными значительным бук-
(S ) . , c
и бульдозерным эффектом, приводит к значительным энергетическим затратам. Энергетические потери (fw) значительно возрастают с увеличением коэффициента буксования (рис. 1), а коэффициент свободной тяги (( ) при этом растет незначительно и имеет определенное предельное значение (рис. 2).
Движение возможно только с определенным ограниченным значением сво-. , двигателя тратится на преодоление увеличивающейся силы сопротивления дви-.
Так как удельная свободная сила тяги определяется соотношением реализуемой силы тяги к нормальной нагрузке на колесе PXi/PZi, то Для обеспечения опорной проходимости необходимо обеспечить равенство этого соотношения максимальному значению коэффициента сцепления ipmax для текущего опорного основания.
