CC BY
552
Раздел II. Наземная робототехника
УДК 007:621.865.8
В.Б. Кудряшов, В.С. Лапшов, В.П. Носков, И.В. Рубцов
ПРОБЛЕМЫ РОБОТИЗАЦИИ ВВТ В ЧАСТИ НАЗЕМНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
Проведен анализ современного состояния и основных направлений развития зарубежной наземной военной робототехники. Рассмотрены современное состояние и основные проблемные вопросы роботизации вооружения и военной техники в РФ. Показано, что среди проблемных вопросов наиболее остро стоящих перед разработчиками мобильных роботов специального назначения являются: решение вопросов геометрической и опорной проходимости по сильнопересеченной местности; решение вопросов обеспечения автономности движения и управления целевым оборудованием роботов. Авторами предложены перспективные направления развития технологий и технических средств военной роботизации. Для обеспечения автономности мобильных роботов авторами рассмотрены вопросы оценки внешней среды за счет использования информации от комплексированных систем технического зрения, картографической базы данных и.т.д. Рассмотрены пути построения систем управления, обеспечивающих реализацию оптимальных глобальных траекторий движения с обходом препятствий по локальным траекториям. Полученные результаты имеют практическое значение и позволяют строить визуально подробные цифровые модели внешней среды в реальном масштабе времени.
Mобильный робот; внешняя среда; система управления; система технического зрения; навигационная система; картографическая база данных.
V.B. Kudryashov, V.S. Lapshov, V.P. Noskov, I.V. Rubcov PROBLEMS OF ROBOTIZATION FOR MILITARY GROUND TECHNICS
Current state offoreign ground military robotics is carried out. Main problems of Russian military robotics are considered. The main problems of mobile robots design are: The problems of cross-country ability and geometric cross for selenoproteins countryside; The problems of autonomous movement for mobile robots and control of mobile robot’s equipment. The perspective directions of technics development for military robotics are offered. To provide the autonomous movement for mobile robots the authors considered the building of environment model. This problem is decided with use of complexonate vision system, map’s data base, e. t. c. Methods of control system design are considered. These control systems provide the optimal global trajectories for motion with obstacle avoidance. The received results have the practical value and allow to build the environment models in real time mode.
Mobile robot; environment; control system; vision system; navigation system; map database.
За последние 10 лет в области военной робототехники произошли кардинальные изменения, связанные с массовым производством и испытанием в реальных условиях боевых и обеспечивающих робототехнических комплексов (РТК) вооруженными силами США и их союзников. Количество наземных РТК, применяемых в Ираке и Афганистане, приближается к 10 тысячам.
Изменилось и психологическое восприятие роботов военного назначения, в том числе и среди командиров низшего и среднего звена, почувствовавших реальную пользу от РТК в ходе боевых действий.
Существенные изменения произошли в фундаментальных и технологических областях, обеспечивающих развитие военной робототехники. Казавшаяся далекой перспективой автоматизация движения роботов вплотную подошла к практическому осуществлению. Значительный прогресс достигнут и в области интеллектуализации процессов принятия решений в ходе боевой работы, группового управления. Практически сняты ограничения на мощности, массогабаритные характеристики и стоимость вычислительных средств. Расширились номенклатура и ценовой диапазон средств навигации и систем технического зрения. Ожидается значительное увеличение мощности и ресурсов источников питания.
Высокий уровень оснащения роботизированными средствами в ближайшем будущем обеспечит возможность ведения современных сетецентрических войн на основе группового применения РТК.
Основные направления ведущихся в России работ в области развития наземных робототехнических систем и комплексов военного назначения в основном совпадают с зарубежными. Российские РТК также создаются либо путем доосна-щения, находящихся на вооружении образцов ВВСТ модульным встраиваемым или навесным оборудованием, обеспечивающим их безэкипажное применение в режиме дистанционного управления, либо путем создания специализированных дистанционно управляемых, полуавтономных и автономных РТК ВН. Современные достижения отечественных разработчиков наземных боевых и обеспечивающих РТК значительно скромнее зарубежных. Особенно заметно отставание в области создания малоразмерных РТК в категории свыше 200 кг.
Состояние отечественных разработок в рассматриваемой области характеризуется следующим образом:
♦ наличие большего количества шасси и манипуляторов близких по грузоподъёмности, тяговооружености, весам и габаритам;
♦ низкий уровень интеллектуализации автономных мобильных роботов, выпускаемых на внутренний рынок (практически все это «дистанционно -управляемые аппараты», требующие наличия устойчивого радио- и телеканала);
♦ существующий задел в области фундаментальных и поисковых исследований по различным проблемам искусственного интеллекта мало реализован в реальных разработках.
Первые шаги в направлении роботизации сухопутных войск в нашей стране были осуществлены еще в довоенный период. В 1930 г. в Советском Союзе были проведены испытания телеуправляемого танка Т-18, оснащенного аппаратурой телеуправления «Мост-1». Во второй половине 1930-х гг. была разработана и выпущена небольшой серией (55 шт.) телеуправляемая группа на базе танков Т-26, велись работы по созданию и испытанию телемеханической аппаратуры для группы танков БТ-7.
Следующий этап исследований в области военной роботизации в нашей стране приходится на 1960-1980 гг., когда был создан целый ряд мобильных роботов для экстремального, в том числе военного, применения. Наибольших успехов удалось достичь в области создания телеуправляемых и автономных роботов для космических исследований, в числе которых «Луноход-1» и «Луноход-2» [1]. Первые работы в области специальной робототехники были проведены по заказу КГБ СССР (в 1981-1983 гг. выполнена НИР «ЛИМБ-МВО», направленная на создание мобильных робототехнических комплексов для проведения антитеррористических операций) и НИИ «Геодезия» (разработан и создан МРК-20 для работы с боеприпасами в полигонных условиях) [2].
Дальнейшие серьезные разработки были инициированы аварией на Чернобыльской АС. В Чернобыле с помощью отечественных специальных роботов «СТР-1» (рис. 1,а) и «Мобот ЧХВ-2» (рис. 1,б) был проведен полный технологи-
ческий цикл уборки с крыш аварийного и смежного с ним энергоблоков радиоактивного мусора (исходный уровень радиации 500-1000 рентген/час, после очистки 5-10 рентген/час) [3]. Для выполнения данного объема работ потребовалось бы 2 000 человек, которые получили бы при этом предельно допустимую норму радиационного облучения. Хотя впрямую данные роботы не относятся к области военной робототехники, тем не менее заложенные в них основы послужили хорошей фундаментальной базой для создания боевых роботов.
Рис. 1. Отечественные роботы на Чернобыльской АС: а - СТР-1на крыше 3 энергоблока ЧАЭС; б - Мобот ЧХВ-2
Работы по роботизации ВВТ Вооруженных сил Российской Федерации до начала 90-х гг. проводились в достаточно полном объеме и по уровню научнотехнических и научно-технологических разработок практически не отставали от развитых стран Европы, США и Японии. В частности, по заказу НТК сухопутных войск выполнены НИР по созданию систем автовождения с монотелевизионными, стереотелевизионными и 3D-лазерными сенсорами, которые закончились созданием действующих макетных образцов, испытанных в составе роботизированных бронетанковых шасси в реальных условиях (рис. 2,а). В это же время велись роботы по созданию автономного марсохода (рис. 2,б).
а б
Рис. 2. Испытания систем автовождения: а - роботизированный БМП2 на лесной дороге; б - марсоход в долине вулкана Толбачик
К сожалению, развал Советского Союза крайне негативно сказался на дальнейшем развитии данного направления. В течение целого десятилетия работы по созданию боевых и специальных роботов практически не велись.
В 2003 г. на снабжение сухопутных войск Вооруженных сил Российской Федерации был принят РТК «Разнобой», предназначенный для ведения визуальной и радиационной разведки, гамма-поиска, отбора проб и транспортирования твердых радиоактивных материалов при работе в зонах с высокими уровнями радиации в составе отрядов и подразделений ликвидации последствий аварий (рис. 3). В состав комплекса входят: полноприводный автомобиль типа КАМАЗ 43114 с прицепом, два мобильных робота (МРК-46М и МРК-РХ), пост дистанционного управления, канал связи, дополнительное оборудование (пробоотборники грунта и жидкости, отбойный молоток, перфоратор, вилы грузовые, углошлифовальная машина).
Рис. 3. РТК «Разнобой»
Основные ТТХ мобильных роботов РТК«Разнобой»
МРК-46 МРК-РХ
Масса снаряженного МРК кг 650 190
Максимальная скорость передвижения, не менее м/с 0,5 1,0
Высота преодолеваемого порогового препятствия, не более м 0,25 0,25
Уклон преодолеваемого косогора, не более град 20
Уклон преодолеваемого лестничного марша, не более град 30
Номинальная грузоподъемность манипулятора кг 30
Предельно допустимая грузоподъемность манипулятора кг 100 50
Номинальная грузоподъемность фронтального погрузчика кг 120
Управление МРК на расстоянии: по радиоканалу на открытой местности по штатному кабелю м м 2000 200 2000 200
Наличие выносного пульта управления есть есть
Время непрерывной работы час 8 3
В 2004 г. в войска РХБЗ ВС РФ был принят на вооружение дистанционноуправляемый РТК «Берлога-Р», предназначенный для ведения радиационной и химической разведки, поиска локальных источников гамма-излучения на труднодоступных участках местности, в промышленных и жилых помещениях (рис. 4).
Рис. 4. РТК «Берлога-Р»
В состав комплекса входит:
♦ подвижное наземное транспортное средство, оснащенное манипулятором;
♦ телевизионная система;
♦ аппаратура радиационной и химической разведки;
♦ пульт дистанционного управления, сбора и обработки информации;
♦ радиокомандная система;
♦ программное обеспечение;
♦ зарядное устройство для зарядки аккумуляторных батарей;
♦ комплект ЗИП.
Основные технические характеристики:
♦ рабочий энергетический диапазон гамма-излучения - 50 кэВ - 2,6 МэВ;
♦ рабочий диапазон по МД:
■ при измерении мощности дозы гамма-излучения от 100 мкрад/ч до 1000 рад/ч;
■ при поиске источника ионизирующего излучения от 30 мкрад/ч до 1000 рад/ч;
■ при определении местоположения источника ионизирующего излучения от 2000 мкрад/ч до 10000 рад/ч в зоне захватного устройства манипулятора;
♦ зона обзора при поиске источника ионизирующего излучения от 0° до 360°;
♦ максимальная скорость движения ДР РХР, не менее 0,45 м/с;
♦ максимальная грузоподъемность манипулятора, не менее 5 кг;
♦ радиус зоны обслуживания манипулятора, не менее 1 м.
В 1997-2001 гг. (НИР «Клавир-2») создан экспериментальный образец многофункциональной базовой платформы «Клавир» для отработки технологий и средств военной и специальной робототехники. Данный образец представлял собой роботизированное шасси высокой проходимости с гидрообъемной трансмиссией и шарнирно-сочлененной рамой на базе узлов и агрегатов БТР и использовался для отработки технологий безопасного поиска и уничтожения инженерных боеприпасов (рис. 5,а), технологии создания боевых РТК (рис. 5,б) и технологий автономного управления движением (рис. 5,в).
Основные характеристики РТК «Клавир-2»:
- масса, т 2,5;
- габариты (длина х ширина х высота), м 4,6x1,9x2,0;
- мощность силового агрегата в кВт (л.с.) 44 (60);
- дорожный просвет, м 0,5;
- глубина преодолеваемого брода, м 0,85;
- углы въезда/съезда, град. 42, 54;
- дальность дистанционного управления, км до 3;
- скорость движения в режиме дистанционного управления, км/ч до 30;
- платформа для размещения навесного оборудования массой, т до 1,5.
а б в
Рис. 5. РТК «Клавир»
В интересах СВ и ВДВ с 2000 г. ведется отработка новых технических решений по созданию систем дистанционного и автономного (программного) управления движением и вооружением (спецоснащением) бронетанковой техники, разрабатываются модули навесного оборудования для обеспечения безэкипажного применения состоящих на вооружении штатных образцов ВВТ.
В НИР «Алиса-РВО-2» и «Калининград» разработан аппаратно-программный комплекс навесных (встраиваемых) модулей, обеспечивающий дистанционное управление движением и вооружением танка Т-72Б с удаленных автоматизированных рабочих мест механика-водителя, оператора-наводчика и командира танка (рис. 6, 7).
Основные ТТХ комплекса:
- дальность дистанционного управления, км до 3;
- скорость движения в режиме дистанционного управления:
по шоссе, км /час до 40;
по грунтовым дорогам, км /час до 20;
по пересеченной местности, км /час до 10;
- размеры сектора поиска и поражения целей:
по азимуту и углу места, град. + 12, + 6;
по дальности, м. до 2000;
- тип обслуживаемых целей объекты БТВТ;
- время обзора сектора, секунды не более 10.
а
б
Рис. 6. РТК «Алиса»: а - объект управления; б - пункт управления; в - пульт управления
в
а б
Рис. 7. РТК «Калининград»: а - пункт управления; б - объект управления
В НИР «Проход» на базе штатного легкобронированного образца БТВТ (инженерной разведывательной машине) разработан и создан экспериментальный образец робототехнического комплекса для преодоления минно-взрывных заграждений (МВЗ) и разминирования местности с использованием роторного бойкового трала (рис. 8). В мирное время комплекс может быть использован для гуманитарного разминирования местности при проведении мероприятий, связанных с обеспечением безопасности населения, в том числе для очистки местности от кустарника и мелколесья для последующего ручного разминирования.
Основные характеристики РТК «Проход»:
- масса, т до 20
- дальность управления (на открытой местности), км до 3
- скорость движения при преодолении МВЗ, км/ч до 12
- транспортная скорость в экипажном режиме, км/ч до 50
- транспортная скорость в режиме ДУ, км/ч до 30
- глубина траления, м до 0,4
- ширина траления, м до 3,6.
а б
Рис. 8. РТК «Проход»: а - РТК «Проход»; б - испытания РТК «Проход»
В настоящее время по результатам выполнения НИР «Алиса-РВО-2», «Калининград» и «Проход» выполняется ОКР «Проход-1», направленная на создание дистанционно-управляемого с элементами автономного управления РТК размини-
рования на базе бронированной машины разминирования (БМР-3МА) для обеспечения сопровождения колонн техники и проделывания проходов на заминированных участках местности (рис. 9).
Рис. 9. Бронированная машина разминирования БМР-3МА
Применение подобных комплексов позволить увеличить темп наступления войск в 1,5-2 раза при значительном сокращении потерь личного состава.
В НИР «Зернышко» создан действующий макет носимого дистанционноуправляемого миниробота разведки и наблюдения, предназначенный для оснащения войсковых разведывательных подразделений, ведущих боевые действия в условиях города (рис. 10).
Рис. 10. РТК «Зернышко»
Основные характеристики РТК «Зернышко»:
- масса, кг не более 10;
- масса пульта дистанционного управления, кг не более 3;
500х400х200; 600х450х250; до 500;
не менее З; до 6;
не менее 4; не менее З5.
- габаритные размеры, мм: гусеничный вариант колесный вариант
- дальность управления (на открытой местности), м
- скорость движения (в колесном варианте): номинальная, м/с кратковременная, м/с
- время автономной работы: средств разведки и наблюдения, час шасси при движении с максимальной скоростью, мин
Таким образом, анализ результатов в части создания научно-технического задела для робототехнических комплексов военного назначения показал, что, несмотря на низкий уровень финансирования исследований, получен целый ряд практически значимых результатов, воплощенных в виде стендовых или экспериментальных макетов, обеспечивающих при необходимости их ускоренную реализацию в рамках ОКР.
К настоящему времени в интересах силовых структур России выполнен цикл фундаментально-поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию многофункциональных мобильных робототехнических комплексов (МРК) с дистанционным и интерактивным управлением, высокой проходимости и точности позиционирования для борьбы с терроризмом. В результате этих работ осуществлена разработка и промышленное производство ряда МРК для использования в труднодоступных и опасных для жизни человека условиях (Центр специальной техники ФСБ России). На их базе осуществлено создание и постановка на вооружение робототехнических комплексов для борьбы с терроризмом и техногенными угрозами. В настоящее время серийно выпускаются и находятся на боевом дежурстве в специальных саперных подразделениях МРК «Варан», «Везде-ход-ТМ3», «Вездеход-ТМ5». С 2003 г. изготовлено и принято на вооружение более 200 таких изделий. Для обучения и отработки навыков операторов успешно применяются электронные учебно-тренировочные комплексы.
Отечественные разработки по ряду характеристик превосходят зарубежные аналоги и успешно заменяют зарубежные образцы. За это время МРК неоднократно применялись в боевых операциях, что обеспечило эффективное пресечение террористических актов без человеческих потерь. В настоящее время МРК успешно эксплуатируются в 47 регионах нашей страны, ими оснащены 12 инженерно -саперных отделов УВД ряда областей России, 6 МРК поставлены в МЧС и МО РФ. Имеются положительные отзывы о работе образцов комплекса МРК, в том числе в Северо-Кавказском регионе (рис. 11).
Рис. 11. Регионы, оснащенные MРK
МРК для борьбы с терроризмом и техногенными угрозами
Назначение изделия Наименование изделия СТадия Общий вид разработки
Заказчик: ФСБ России
МРК, предназначенные для дистанционного проведения визуальной разведки, поиска и обезвреживания взрывоопасных предметов (ВП), расположенных в зданиях городской, промышленной инфраструктуры, в автотранспорте и на открытой пересеченной местности, путем их разрушения или укладки в специальный контейнер, выполнение транспортных и технологических операций с ВП Осуществлены поставки в региональные подразделения ФСБ России, УВД ряда областей России МРК «Вездеход ТМ3» (масса снаряженного МРК 35 кг) Принят на вооружение
МРК «Вездеход ТМ5» (масса снаряженного МРК 50 кг) Принят на вооружение
МРК «Варан» (масса снаряженного МРК 185 кг) Принят на вооружение ||Й|
Заказчик: МЧС России
Проведение визуальной и приборной разведки и ликвидация локальных очагов возгорания Осуществлены поставки в МЧС России МРК «МРК-РП» (масса снаряженного МРК 250 кг) Принят на вооружение
Следует отметить, что на базе единого унифицированного шасси созданы указанный выше «МРК-РП» (МЧС России) и «МРК-РХ», входящий РТК «Разнобой» (МО РФ).
За последние пять лет разработаны робототехнические комплексы нового поколения для борьбы с терроризмом и техногенными угрозами, многие из которых приняты на вооружение и осуществлена их поставка. Ряд перспективных образцов находится в опытной эксплуатации.
МРК нового поколения для борьбы с терроризмом и техногенными угрозами
Назначение изделия Наименование изделия Стадия разработки Общий вид
Заказчик: ФСБ России
МРК, предназначенные для дистанционного проведения визуальной разведки, поиска и обезвреживания взрывоопасных предметов (ВП), расположенных в зданиях городской, промышленной инфраструктуры, в автотранспорте и на открытой пересеченной местности, путем их разрушения или укладки в специальный контейнер, выполнение транспортных и технологических операций с ВП
MPK «Кобра 1600» (масса снаряженного MPK 62 кг)
MPK «Вепрь» (масса снаряженного MPK 174 кг)
Принят на вооружение
Принят на вооружение
Малогабаритные разведывательные роботы, предназначенные для проведения дистанционной разведки с помощью телевизионных, тепловизионных, лазерных и других специальных средств и диагностического оборудования
МРК «Мангуст» (масса 4-10 кг в зависимости от комплектации)
Разведывательноударные МРК, предназначенные для выполнения разведывательных операций и огневой поддержки действий личного состава боевых подразделений в условиях городской инфраструктуры, на промышленных объектах и открытой слабопересеченной местности
МРК «Вездеход РГШ» (масса 45 кг без вооружения)
МРК «Вездеход РМ» (масса 45 кг без вооружения)
МРК «Витязь РУК» (масса 55 кг без вооружения)
Опытная
эксплуатация
Принят на вооружение
Принят на вооружение
Принят на вооружение
Назначение изделия Наименование изделия Стадия разработки Общий вид
МРК «Всадник» (масса 800 кг) Успешно прошли предвари- тельные испытания шві Ф
В настоящее время выполняется ОКР, направленная на создание многофункционального робототехнического комплекса для решения задач обеспечения боевых действий СВ и ВДВ.
Востребованными являются и перспективные разработки в области автономной робототехники. Основная направленность этих разработок - повышение степени автономности [4], так как дистанционно-управляемые робототехнические комплексы, решая важнейшую задачу вывода человека из зоны боевых действий, в то же время не в полной мере реализуют потенциальные возможности образцов вооружения и военной техники в связи с присущими таким комплексам недостаткам:
♦ 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;
♦ демаскирование РТК и пункта дистанционного управления вследствие интенсивного радиообмена между ними.
В 2012 г. создана и прошла успешные испытания на полигоне (п. Кубинка) в составе роботизированного танка Т-72 система автономного управления движением (САУД) [5]. САУД включает в свой состав исполнительную и навигационную подсистемы, техническое зрение (3Б-лазерный сенсор и видеокамеры), комплекс алгоритмов и программ, обеспечивающих автоматическое определение ориентации и местоположения объекта управления, классификацию зоны движения по критерию проходимости, планирование и отработку текущих траекторий движения РТК с привязкой к цифровой карте местности и заданному маршруту в реальном масштабе времени (рис. 12).
Рис. 12. Система автономного управления движением
Испытания экспериментального образца САУД подтвердили возможность движения танка в автономном режиме в диапазоне скоростей до 40 км/ч с качеством автономной отработки заданной траектории движения на уровне механика-водителя 3 класса. Реализованные решения обеспечивают возможность размещения САУД на существующих и находящихся в эксплуатации образцах БТВТ.
В интересах МЧС России разработан комплект модулей интеллектуального управления наземными робототехническими комплексами типа «МРК-РП» и «Ель», входящих в состав мобильной роботизированной группировки МЧС России, в целях повышения эффективности работы операторов в дистанционном режиме управления и обеспечения режимов автономного управления движением (рис. 13).
Комплект обеспечивает:
♦ связь со штатной системой управления;
♦ обнаружение препятствий и построение карты местности с отображением непроходимых участков;
♦ трехмерную визуализацию РТК с отображением текущего положения его подвижных частей;
♦ слежение за температурным состоянием окружающей обстановки с указанием величины теплового потока с соответствующей стороны в цветовой градации;
♦ автономный возврат робота при потере связи или по команде оператора по ранее пройденной траектории;
♦ блокировку действий оператора при перемещении робота в температурноопасные зоны;
♦ автоматическое выведение манипулятора в транспортное или рабочее положение с помощью датчиков положения подвижных частей.
Бортовая часть комплекта на «МРК-РП».
1 - навигационно-вычислительный блок, 2 - сканирующий лазерный дальномер,
3 - ультразвуковые датчики; 4 - датчики теплового потока,
5 - тумдлер включения.
Рис. 13. МРК-РП, оснащенный комплектом модулей интеллектуального
управления
К настоящему времени разработан и создан ряд экспериментальных образцов перспективных систем технического зрения (в том числе, объемного зрения на основе комплексирования лазерных сканирующих дальномеров и телевизионных датчиков), обеспечивающих автономное движение мобильных роботов на сложных типах местности за счет определения характеристик подстилающей поверхности, оптимизации планирования и управления движением с учетом профильной и
опорной проходимости [5]. Проводится ряд работ в обеспечении отработки технологий виртуальной реальности с применением мобильных роботов, оснащенных комплексированными лазерно-дальнометрическими, телевизионными и теплови-зионными системами технического зрения. Полученные результаты могут иметь практическое значение уже в настоящее время. Они позволяют строить визуальноподобные трехмерные модели внешней среды в реальном времени, которые могут существенным образом повысить уровень ситуационной осведомленности и эффективность деятельности операторов управления мобильными роботами в реальной боевой обстановке [6, 7].
Полученные результаты позволили создать отечественный инновационный научно-технический задел, необходимый для разработки в интересах силовых ведомств Российской Федерации МРК нового поколения, а также высокотехнологичных тренажерных комплексов и средств обучении операторов МРК различного назначения.
В заключение отметим основные недоработки и проблемы, устранение и решение которых позволит существенно повысить функциональные возможности РТК ВН и эффективность их использования при выполнении боевых и обеспечивающих задач.
В настоящее время возникла острая необходимость возрождения отечественной элементной базы и создания новых сенсорных и навигационных приборов, необходимых для оснащения нового поколения - полуавтономных и автономных РТК. Востребованы роботизированные шасси различной грузоподъемности, с высокой скоростью движения и повышенной проходимостью. Необходима доработка каналов связи в части повышения пропускной способности, помехозащищенности и дальности действия. Требуют своего решения также вопросы стандартизации и унификации в рассматриваемой области. Актуальными стали проблемы и задачи интеллектуализации бортовых систем управления РТК, центральной из которых является проблема автовождения.
При автовождении бортовая система управления выполняет согласованное планирование движения на локальной и глобальной моделях внешней среды, построенной соответственно по данным СТЗ и картографии, масштабы которых существенно различны. Разрешение отмеченного противоречия и повышение эффективности использования РТК возможно путем использования выносного пункта технического зрения (ВПТЗ) на базе беспилотного летательного аппарата, непосредственно связанного и функционирующего в комплексе с наземным РТК (или с группой РТК) [8]. Данные с такого ВПТЗ позволяют связать оперативную информацию о среде передвижения с картографической информацией, так как являются промежуточными по размерам и масштабу представления, а также - на два-три порядка увеличить зону обзора и оперативно в темпе движения уточнять картографические данные.
При автовождении желательно хранить изображения внешней среды, полученные в процессе движения, что позволяет снизить навигационную ошибку при формировании планов внешней среды и обеспечить возврат РТК в точку старта по этим изображениям [9]. Однако для хранения исходных изображений требуется много памяти. Перспективным в данном случае является переход от исходного 3D-изображения к семантическому описанию, что позволит значительно снизить объем хранимой информации [10]. Подтверждением этому служит пример, приведенный на рис. 14,а,б. Здесь показаны выделенные из исходного 3D-изображения семантические объекты типа «Стена», «Лестница», «Дверной проем», для описания которых достаточно несколько линейных уравнений. Кроме того, семантическое описание («понимание») внешней среды позволяет не только более успешно решать задачи автовождения, но и приступить к автоматизации «поведенческого» уровня управления.
Рис. 14. Пример перехода к семантическому описанию локальной зоны: а - исходное 3Б-изображение; б - выделенные объекты
Перспективным направлением развития является комплексирование различных сенсоров: видеокамер, сканирующих лазерных дальномеров (в том числе с различной и даже переменной длиной волны, что позволяет дистанционно определять состав опорной поверхности), радиолокаторов, тепловизоров. Например, комплексирование видео и дальнометрических изображений позволяет: формировать объемные визуально-подобные модели внешней среды [6], которые могут успешно использоваться не только для управления РТК и его навесного оборудования, но и для планирования различных спецопераций [7]; более качественно решать навигационную задачу [9]; более качественно решать задачу распознавания дорожной сцены и управления РТК при движении по сети дорог (на рис. 15,б показаны соответствующие друг другу видео- и дальнометрическое изображения, приведенные в систему координат дороги, комплексная обработка которых значительно проще, чем отдельных исходных изображений рис. 15,а). Комплексирова-ние сенсоров различной физической природы позволит формировать более полные модели внешней среды и в перспективе решить актуальную задачу дистанционного определения опорной проходимости.
а б
Рис.15. Комплексная обработка видео и ЗБ-изображений дорожной сцены: а - исходное видеоизображение; б - преобразованные изображения
В части исполнительной системы требуются разработка и создание: адаптивной к рельефу опорной поверхности подвески; средств обеспечения нефиксированного радиуса поворота для гусеничных машин; средств рационального распределения моментов и скоростей по движителям в зависимости от текущих характеристик грунтового основания под каждым движителем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Планетоходы / Под ред. А.Л. Кемурджиана. - М.: Машиностроение, 1982. - 319 с.
2. Иванов В.А., Кулешов В.С., Медведев В.С., Чемоданов Б.К. Кафедра «Специальная робототехника и мехатроника» МГТУ им. Н.Э. Баумана. История кафедры. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 108 с.
3. Захаров Ю.В. Мобильные робототехнические и дистанционно-управляемые роботы для ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. / В кн. «Москва-Чернобыль» / Под ред. А.А. Дьяченко. - М.: Воениздат, 1998. - 554 с.
4. Носков В.П., Рубцов И.В. Опыт решения задачи автономного управления движением мобильных роботов // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2005. - № 12. - С. 21-24.
5. Калинин А.В., Носков В.П., Рубцов И.В. Средства, обеспечивающие автономное движение наземных РТК // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2012. - № 11 (136). - С. 71-81.
6. Носков А.В., Рубцов И.В., Романов А.Ю. Формирование объединенной модели внешней среды на основе информации видеокамеры и дальномера // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2007. - № 8. - С. 2-5.
7. Лапшов В.С., Носков В.П., Рубцов И.В., Рудианов Н.А., Рябов А.В., Хрущев В.С. Бой в городе. Боевые и обеспечивающие роботы в условиях урбанизированной территории // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2011. - № 3 (116). - С. 142-146.
8. Аникин В.А., Ким Н.В. Носков В.П., Рубцов И.В. Мобильный робототехнический комплекс с системой технического зрения на базе БПЛА. // Вопросы оборонной техники. Сер. 9. Специальные системы управления, следящие приводы и их элементы. - М.: ФГУП «НТЦ «Информтехника». - 2010. - Вып. 1 (242) - 2 (243). - С. 40-46.
9. Носков В.П., Носков А.В. Навигация мобильных роботов по дальнометрическим изображениям // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2005. - № 12. - С. 16-21.
10. Носков В.П., Чеботарев Р.С. Семантический анализ дальнометрических изображений для решения навигационных задач // Материалы 8 Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2013. - С. 97-99.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор В.Н. Наумов.
Кудряшов Владимир Борисович - Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана; e-mail: [email protected]; 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5; тел.: 89165167264; НИИ специального машиностроения; начальник отдела.
Лапшов Владимир Сергеевич - e-mail: [email protected]; тел.: 89262561537; НИИ специального машиностроения; зав. сектором.
Рубцов Иван Васильевич - e-mail: [email protected]; тел.: 84992636019; НИИ специального машиностроения, начальник отдела; к.т.н.; кафедра специальной робототехники и мехатроники; зав. кафедрой.
Носков Владимир Петрович - e-mail: [email protected]; тел.: 89166766057; НИИ специального машиностроения; зав. сектором; кафедра специальной робототехники и мехатро-ники; к.т.н.; доцент.
Kudrayshov Vladimir Borisovich - Bauman Moscow State Technical University; e-mail: [email protected]; 5, 2nd Baumanskaya street, Moscow, 105005, Russia; phone: +79165167264; NIISM; sector head; the department of special robotics and mechatronics.
Lapshov Vladimir Sergeevich - e-mail: [email protected]; phone: +79262561537; NIISM; sector head; the department of special robotics and mechatronics.
Rubtsov Ivan Vasil’evich - e-mail: [email protected]; phone: +74992636019; NIISM; sector head; cand. of eng. sc; the department of special robotics and mechatronics; chief of department.
Noskov Vladimir Petrovich - e-mail: [email protected]; phone: +79166766057; NIISM; sector head; the department of special robotics and mechatronics; cand. of eng. sc; associate professor.
