CC BY
198
Е.В. Евтеева
ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ В СПЕЦИАЛЬНЫХ И АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ
E. V. Evteeva
APPLICATION OF MECHATRONIC SYSTEMS IN SPECIAL AND AGGRESSIVE ENVIRONMENTS
Ключевые слова: применение мехатронных систем, специальные среды, агрессивные среды, робототехника и робототехнические системы (РТС).
Key words: application of mechatronic systems, special environments, aggressive environments, robotics and robotic systems (RS).
Аннотация
В статье рассматривается применение мехатронных систем в специальных и агрессивных средах. Приводится примерный перечень работ, выполняемых в экстремальных условиях.
Abstract
The article deals with the application of mechatronic systems in special and aggressive environments. We give an exemplary list of work performed in extreme conditions.
Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в различных областях деятельности человека. Одно из направлений применения МС - выполнение различного рода работ в экстремальных внешних условиях либо опасных и вредных для человека, либо вообще полностью исключающих его присутствие.
Под экстремальными условиями понимаются как аварийные ситуации, включая стихийные бедствия, так и штатные экстремальные ситуации, определяемые технологией производства. По мере интенсификации производства удельный вес и тех, и других неуклонно растет. Это относится, в частности, к атомной энергетике и промышленности, химической, металлургической, горнодобывающей отраслям промышленности, подводным работам, освоению космоса, военному делу.
Экстремальные условия определяются, прежде всего, внешними условиями работы (радиация, сильные электромагнитные поля, экстремальные значений температуры, давления и т. д.).
Помимо внешних условий экстремальные ситуации характеризуются и определенным перечнем специфических работ, подлежащих выполнению. Эти работы включают сотни различных технологических операций. Примерный перечень приведен в таблице 1.
Таблица 1. Примерный перечень работ в экстремальных условиях
№ п.п. Наименование работ Наименование операции
1. Инспекция Снятие показаний контрольно-измерительной аппаратуры Визуальный контроль (с земли, с воздуха, в воде) Радиационный контроль на местности, в помещениях Определение состава атмосферы, воды, земляного покрытия Контроль в труднодоступных помещениях Определение положения показывающих и исполнительных органов, вентилей, тумблеров Выявление мест утечек в трубопроводах и оборудовании
2. Погрузочноразгрузочные и транспортные работы Доставка различных технических средств к местам чрезвычайных ситуаций Расчистка проходов, устройство транспортных путей (проездов, переправ и т. п.) Разборка завалов, укрепление или обрушение неустойчивых конст-
рукций Транспортировка материалов, инструмента, емкостей и др. объектов Сбор и транспортировка опасных отходов Удаление опасных предметов (взрывных устройств, радиоактивных источников и т. п.) Создание дамб и заградительных полос
3. Пожаротуше- ние Разведка очагов пожара Локализация и тушение пожаров
4. Спасение людей Поиск людей в местах их блокировки Эвакуация людей из мест чрезвычайных ситуаций
5. Строительно-востановитель-ные работы Организация энергоснабжения Обеспечение средствами связи Восстановление транспортных путей
6. Манипуляционные работы Монтаж и демонтаж оборудования и конструкций Сборка и разборка соединений Бандажирование течей на трубопроводах, замена прокладок в уплотнительных соединениях Работа со взрывчатыми, радиоактивными и другими опасными материалами (кантование, укладка, пересыпание, уплотнение и др.) Сбор и удаление рассыпных материалов Установка и снятие домкратов, опор и растяжек Сварка и резка труб, металлоконструкций Сверление и фрезерование Бурение Резка металлических, бетонных, железобетонных, деревянных конструкций Дробление обломков строительных конструкций. Открывание дверей, люков, задвижек
Примерами специальных технических систем могут служить строительные, строительно-дорожные, транспортные, погрузо-разгрузочные машины - экскаваторы, бульдозеры, краны и т.д., но в специальном исполнении, предназначенном для работы в экстремальных внешних условиях.
Мехатронику часто сравнивают с робототехникой, но их нельзя рассматривать как одно направление, т.к. у них разные квалификационные признаки. Однако они имеют достаточно много общего и довольно тесно связаны. Наиболее развитые мехатронные объекты имеют, как и робототехнические системы, «сенсоры-контроллеры-актюаторы». Можно сделать вывод, что принцип построения и методы проектирования должны иметь много общего.
Наиболее важными характеристиками РТС для рассматриваемой области их применения являются способы управления, перемещения и энергопитания. Сегодня основным способом управления этими технический системами является комбинация дистанционного автоматизированного управления со стороны человека-оператора и местного автоматической управления. Перемещение к месту работы может обеспечиваться специальными транспортными средствами (краны, вертолеты и т. п.) или собственной системой передвижения (мобильные РТС). Энергопитание может быть автономным, кабельным или комбинированным.
По характеру выполняемых операций все РТС можно объединить в 2 группы: инспекционные и технологические. Инспекционные системы (разведчики) часто снабжаются манипуляторами и другими исполнительными устройствами. Последние предназначаются для расчистки проходов, взятия проб, поиска и взятия отдельных объектов, выполнения различных операций с органами управления основного технологического и другого оборудования и отдельных технологических операций с помощью сменного инструмента. Технологические РТС предназначены для выполнения различных технологических операций обычно с помо-
щью сменных рабочих органов, включая укрепленные на шасси бульдозерные отвалы, грейферы, сварочные аппараты и т. п.
Основная тенденция развития рассматриваемой техники - создание автономных и телеуправляемых мобильных РТС с развитой сенсорикой, адаптивным и интеллектуальным управлением.
Перечислим основные области применения мехатроники в специальных и агресивных средах:
1) Космическая робототехника.
Возникнув на стыке пилотируемой и беспилотной космонавтики, космическая робототехника сформировалась в самостоятельное направление, определяющее перспективы космонавтики.
В околоземной космонавтике робототехника позволяет освободить космонавтов от тяжелых и опасных работ, особенно в открытом космосе.
2) Подводная робототехника.
Наряду с космосом это второе направление развития человечества, где решающую роль должна выполнять робототехника нового поколения.
3) Мобильная робототехника наземного и воздушного базирования.
Большие перспективы связаны с микро-робототехникой (летающие, ползающие, плавающие и другие подобные микро-роботы вызовут революцию во многих сферах человеческой деятельности).
Решение проблемы создания РТС для экстремальных условий связано со следующими особенностями:
1. Сложность (экстремальность) внешних условий, зачастую находящихся на пределе возможностей современной техники;
2. Сложность, многообразие, нечеткость (изменчивость) подлежащих выполнению функций, приводящие к большой номенклатуре требующихся технических средств при, как правило, единичном характере потребностей в этой технике;
3. Межотраслевой характер проблемы, с точки зрения как потребителей, так и производителей требуемых технических средств.
