CC BY
140
УДК 681.5
Порядок применения мобильных роботов для обследования и мониторинга аварийных зданий в условиях чрезвычайных ситуаций
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2013
Д.С. Иванов
Аннотация
В статье рассматривается порядок применения мобильных роботов для предварительного обследования конструкций сооружений аварийных зданий.
Ключевые слова: мобильный робот; обследование конструкций; робототехнический комплекс.
Order of Application of Mobile Robot for Surveys and Monitoring of Damaged Buildings in Emergencies
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2013
D. Ivanov
Abstract
This paper describes how the use of mobile robots for a preliminary inspection of structures damaged buildings. Key words: mobile robot; the survey designs; robotic system.
Технологии гражданской безопасности, том 10, 2013, № 1 (35)
/81
Ввиду аварийности зданий, работа в них опасна для человека, из-за возможности обрушения. Поэтому работу по предварительному обследованию конструкций сооружений целесообразно производить с применением мобильных роботов, которые были бы способны перемещаться внутри замкнутого помещения со сложной геометрией.
Диапазон работ, возможных для реализации мобильными роботами по предварительному обследованию конструкций аварийных зданий, достаточно широк. Это может быть как непосредственное обследование сооружений на предмет явных деформаций, например, таких как трещины, разрушение элементов несущих конструкций и т.п., так и расстановка датчиков для последующего мониторинга состояния здания. Также робототехнический комплекс (РК) может использоваться для проведения работ по ликвидации последствий аварий и разрушений.
При этом конструкция мобильных роботов (МР) должна быть простой, дешевой. Тогда если произойдет обрушение части здания при работе МР, то затраты на потерю МР будут небольшие.
МР может быть 4-х колесным с приводом на задние колеса, либо 4-х колесный с полным приводом для повышенной проходимости.
На устройстве передвижения (УП) должен располагаться простой по конструкции манипулятор, рабочий орган которого будет прикреплять в нужное место датчики, либо на манипуляторе должна располагаться камера для визуального обследования различных областей здания.
Также конструкция МР должна быть модульной для оперативной и легкой замены вышедших из строя элементов специалистами, обладающими даже минимальными знаниями по обслуживанию данных МР.
Для небольших по площади зданий возможно применение РК, состоящей из рабочего места оператора и единичного мобильного робота (МР). Если сооружения обширны по площади, либо время, затрачиваемое на обследование критично, необходимо применение нескольких МР, объединенных в единую робототехническую систему под управлением базовой станции (БС).
Возможно два варианта управления РК:
1. Управление непосредственно оператором МР.
2. Автономная работа роботов по закладываемому заданию-сценарию, когда оператор загружает в БС карту обследуемого сооружения и места заложения датчиков, дальнейшую работу РК проделывает в автоматическом режиме.
При этом БС осуществляет управление на стратегическом уровне:
1. Формирует общую концепцию движения.
Базовая станция формирует маршруты движения МР по контрольным точкам от начальной точки до конечной.
2. Принимает задания на выполнение из внешнего мира (от оператора).
Базовая станция является связующим звеном в системе «робототехническая система-оператор».
3. Выдает задания МР.
После выборки МР для выполнения задания, БС связывается с МР, выбранным для выполнения задания, и передает ему задание и исходные данные для выполнения задания, такие как карта местности, возможные препятствия на пути и т.д..
4. Контролирует выполнение задания МР на всем протяжении пути по контрольным точкам.
После поступления задания и выборки МР, маршрут следования делится на подцели от одной контрольной точки до другой. БС «ведет» МР, выдавая по достижении одной контрольной точки маршрут следования до другой контрольной точки в виде нового задания для МР.
МР осуществляет управление на тактическом уровне. Задачи управления МР следующие:
1. МР получает задания от базы.
МР получает команды от базы на перемещение от одной контрольной точки до другой, не выбирая полный маршрут следования от начальной контрольной точки, до конечной.
2. Производит самодиагностику.
В процессе работы МР должен иметь блок самодиагностики для определения неисправностей в работе компонентов МР и определения уровня зарядки батарей.
3. Перемещается согласно заданию от одной контрольной точки до другой.
МР при перемещении имеет информацию только о траектории движения от одной контрольной точки до другой. При достижении контрольной точки получает информацию о местонахождении следующей контрольной точки.
4. Принимает решение об объезде препятствия или невозможности такого действия.
Во время движения МР должен анализировать окружающую обстановку и самостоятельно принимать решение об объезде внезапно возникших препятствий.
5. Передает сенсорную информацию на базу.
МР постоянно находится в контакте с базой: сигнализирует базе о невозможности следования по курсу, выдает запрос о выдаче нового маршрута при невозможности объезда препятствия, сигнализирует об успешном выполнении задания и т.д.
Обмен данными между МР и БС должен производится по радиоканалу.
Порядок применения РК для предварительного обследования зданий следующий:
1. Включение РК.
На данном этапе включаются базовая станция и мобильные роботы, входящие в комплект робототех-нической системы, мобильные роботы связываются с
базовой станцией. Производится самодиагностика мобильных роботов с выводом информации о результатах диагностики на монитор базовой станции.
2. Получение базовой станцией карты местности, расстановка контрольных точек и мест необходимого расположения датчиков.
На этом этапе оператор загружает в БС карту объекта обследования, обозначает места, куда необходимо расположить датчики.
3. Обсчет задания.
На этом этапе БС высчитывает задания для каждого мобильного робота, находящегося в ее распоряжении, на основании полученной информации. По окончании расчетов БС сигнализирует о готовности к началу обследования.
4. Выполнение обследования.
На данном этапе происходит непосредственное выполнение РК поставленных задач.
5. Контрольная проверка.
На этом этапе происходит возвращение МР к месту начальной дислокации и контрольная проверка всех систем РК.
6. Ожидание задания.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что применение РК способно в значительной степени автоматизировать процесс обследования кон-
струкций аварийных сооружений. В перспективе применение автономных мобильных роботов в составе робототехнического комплекса способно вывести ряд работ по предварительному обследованию конструкций аварийных сооружений из группы особого риска.
Литература
1. Интеллектуальные роботы / Под ред. Е.И. Юревича. М.: Машиностроение, 2007.
2. Иванов Д.С. Основные предпосылки для проектирования системы интеллектуального управления движениями мобильных роботов в пространстве со сложной геометрией // Вестник молодых ученых. М.: МГУПИ, 2010.
3. Иванов Д.С. Порядок планирования действий мобильного робота, перемещаегося в помещении со сложной геометрией // М-лы Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики», Сочи, 2011.
4. Kvasnica М. Human-Machinein Navigation Systems for Mobile Robots // М-лы Международной научно-технической конференции «Экстремальная робототехника. Нано-, микро и макророты». С. Дивноморское, Геленджик, 2009.
5. Каляев И.А., Капустян С.Г. Групповое управление роботами: проблемы, решения // Известия высших учебных заведений. М.: Машиностроение; МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011.
Сведения об авторе
Иванов Денис Сергеевич: аспирант, Московский государственный университет приборостроения и информатики (МГУПИ).
107996, Москва, ул. Стромынка, 20.
