CC BY
63
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
некоторую величину. Частоту и продолжительность циклов отпирания и запирания транзисторов УГ1 и VT2 задает блок управления. К выходу инвертора подключен трансформатор Тр, к вторичной обмотке которого могут подключаться различные потребители добычного и жилищно-коммунального комплексов. Выводы
1. Повысить комфортность проживания населения в республике Саха Якутия возможно при условии реализации «Энергетической стратегии России до 2030 года». Использованием автономных гибридных электростанций, конвертацией дизельных двигателей на газовое и водородное топливо, применением топливных элементов можно добиться повышения экологической безопасности, энергоэффективности и снижения расхода дизельного топлива и смазочных материалов на 30-50%. Список использованной литературы:
1. Степаненко В.П. Выбор ресурсосберегающих источников и накопителей энергии в системах автономного энергоснабжения. //Горный информационно- аналитический бюллетень. М:- 2018.№2.-С. 4249.
2. Водородная энергетика имеет в Якутии больший потенциал, чем солнечная. ПАО «Якутскэнерго». [Электронный ресурс]. ЯкутияИнфо. -Республика Саха Якутия.-2016. Режим доступа: http://yakutia.info/article/175520 [Дата обращения: 15.04.2018]
3. Степаненко В.П. К вопросу применения накопителей и возобновляемых источников энергии в условиях низких температур.// Горный информационно-аналитический бюллетень. М. -2017.-№2.-С.195-201.
4. Степаненко В.П. Перспективы конвертации горных дизельных машин на газовое топливо. //Горный информационно- аналитический бюллетень. М:- 2017.-. №5.- С.190-197.
© Степаненко В. П., Дедюкина А. А., 2018
УДК 528.94
Е.А. Суслов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, РФ E-mail: suslov.evgeny@gmail.com С.А. Уханов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, РФ E-mail: sergey.picasel@gmail.com М.С. Гаврюшина МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, РФ E-mail: gmariya243@gmail.com Научный руководитель: С.Г. Цариченко ФКП «НИИ «Геодезия» д.т.н, г. Москва, РФ E-mail: tsarichenko_s@mail.ru
СОЗДАНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПОЛИГОНА ДЛЯ ОТРАБОТКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Аннотация
Данная статья посвящена проблеме обеспечения безопасности проведения испытаний автономных робототехнических комплексов (РТК), для решения которой предлагается использовать виртуальное моделирование нештатных режимов работы рассматриваемых комплексов. Рассмотрена задача виртуального моделирования территории реального функционирования, разрабатываемого РТК с использованием геоинформационной системы (ГИС) данного полигона, а также виртуальное
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
моделирование поведения РТК на моделируемом объекте с целью прогнозирования поведения моделируемого объекта и процесса принятия решений оператором для того, чтобы охарактеризовать условия, в которых автономная система будет функционировать. Для виртуального моделирования местности выбран программное обеспечение 3ds Max. Спроектированная SD-модель экспортируется в программный комплекс Robsim v5, где проводится испытание РТК на моделируемой местности с привязкой к настоящему полигону.
Ключевые слова:
3D-моделирование, виртуальное моделирование, ГИС, РТК, MF-4, Dyn-Soft Robsim, Autodesk 3ds Max,
полигон, безопасность проведения испытаний РТК.
Проблема обеспечения безопасности испытаний автономных робототехнических комплексов (РТК) очень актуальна. По мере повышения уровня автономности, система обеспечения безопасности должна уметь прогнозировать поведение комплексов и процесс принятия решений таким образом, чтобы снизить риски проведения реальных испытаний для личного состава. Прогнозирование поведения РТК на моделируемой местности позволяет ускорить процесс обучения оператора и избежать потерь реальных роботов, что способствует снижению стоимости разработки и ускорению поставки реальных роботов на вооружение.
Наиболее важным значением для РТК является комплексное исследование его функциональных возможностей с использованием виртуального моделирования. В настоящее время стоит проблема целесообразности проектирования и разработки РТК без возможности своевременного устранения ошибок, а также проблема методики отработки и испытаний систем технического зрения (СТЗ) для последующего использования в виртуальной модели полигона. Моделирование любых погодных, климатических, временных и прочих условий (в том числе проблемы радиоэлектронной борьбы (РЭБ) с привязкой к реальной местности.
Целью данной работы является разработка и создание виртуальной модели территории реального функционирования, разрабатываемого РТК с использованием ГИС данного полигона и виртуальное моделирование поведения РТК на моделируемом объекте для проверки работоспособности системы.
Для создания и тестирования модели полигона мы использовали ПО Robsim v5. Данная программа применяется в МЧС России, в содружестве с ВНИИА им. Н.Л. Духова, для моделирования поведения робота в реальных условиях, а так же для обучения личного состава.
Программный комплекс RobSim представляет собой программный комплекс для моделирования роботов и робототехнических систем. На рис. 1 приведён пример моделирования испытаний РТК в ПО Robsim.
Рисунок 1 - Пример моделирования испытаний РТК в ПО Robsim Модели разрабатываемых в RobSim роботов максимально приближены к реальным. Геометрическая
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X
№ 5 / 2018.
модель робота, разрабатываемая в 3D Studio MAX, определяет массогабаритные характеристики системы. На геометрическую модель робота устанавливаются двигатели, датчики, элементы питания, и другие компоненты из базы данных реальных устройств, имеющие соответствующую массу, габариты и технические характеристики. Далее пользователь создает электрическую схему подключений устройств друг к другу. Кроме того, в программном комплексе RobSim пользователь имеет возможность создавать платы на базе различных микроконтроллеров и других электронных компонентов, которые, как правило, используются в роботах для создания интерфейса с исполнительными устройствами (двигателями). При разработке этих плат пользователь создает макет печатной платы и ее принципиально-электрическую схему. Для всех микропроцессорных устройств и бортовых вычислителей пользователь создает модель программного обеспечения с помощью редактора структурных схем. Таким образом, пользователю не нужно быть программистом, чтобы с одной стороны работать с микропроцессорами, а с другой стороны создавать бортовое программное обеспечение верхнего и приводного уровня. [1]
В данной программе возможна реализация пункта управления роботом, а так же подключение реально существующего устройства для повышения квалификации личного состава.
10 15 ф 25 30 Эр 40
Рисунок 2 - Интерфейс 3ds Max
Рисунок 3 - Пример, выполненный в программе 3ds Max
-J 64
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
Сцена полностью была разработана в программе 3ds Max. Её интерфейс представлен на рис. 2. Были реализованы все здания, деревья, все тонкости рельефа и т.п. Так же были наложены текстуры растений, дороги и реальных зданий на соответствующие объекты. Пример, выполненный в программе 3ds Max, представлен на рис. 3
В качестве реального объекта исследования был использован робот MF-4 (рис. 4), описание которого имеется в пакете Robsim v5. В таблице 1 приведены его технические характеристики (http://megaobuchalka.ru/6/20417.html). Функционала MF-4 вполне хватало для задач, поставленных перед нами.
Рисунок 4 - Общий вид РТК MF-4
Таблица 1
Технические характеристики РТК MF-4
масса, кг 280,0
скорость передвижения, км/ч 1,5
радиус управления: по кабелю, м 100,0
по радио, м 1 000,0
количество видеокамер, шт. 3
грузоподъемность манипулятора (max), кг 30,0
габаритные размеры (L'B'H), мм 1300'670'920
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
Рисунок 6 - Робот проезжает в арку
С помощью функций плагина Robsim, установленного в ПО 3ds Max, мы смогли задать массо-габаритные характеристики объектам сцены. С помощью объекта «Тело», мы можем аппроксимировать любой объект на сцене. Пример приведён на рис. 5, где показано, что робот, упираясь в любое недвижимое препятствие на сцене, не может преодолеть его насквозь. Но, если не аппроксимировать часть здания, и сделать сквозной проезд, то, как показано на рис. 6, робот проедет через арку.
Также возможна реализация всевозможных динамических объектов. Если мы придадим массу с помощью функции «центр масс» и, если мы свяжем аппроксимирующую фигуру с тем, что она выделяет (т.к. по умолчанию все объекты связанны с землёй), то получим динамический объект, например, как изображено на рис. 7, им является кирпич с заданными размерами и массой 5 кг.
Все передвижения робота выполняются с помощью имитационного пульта ( рис. 1).
На рис. 7 и 8 показано, передвижение робота. В начале он подъезжает к объекту, затем берёт его и поднимает. Для более точной ориентации манипулятором робота можно выбрать другую камеру, расположенную на роботе, либо стандартные камеры (спереди, слева, справа, сзади, сверху или свободная камера).
Рисунок 7 -
Робот подъезжает к объекту
-( 66 )-
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X
№ 5 / 2018.
Рисунок 8 - Робот с помощью захвата манипулятора поднимает объект
Для привязки к реальным условиям проведения испытаний с указанием геодезических координат и высот была использована программа Global Mapper и карты ГИС (рис.9 и рис.10). В результате были получены точные сведения высот и подробные данные о расстояниях между всеми объектами на сцене, например, зданиями, деревьями и т.п., которые были совмещены с полученными изображениями этих объектов.
Рисунок 9 - ГИС карта (вырезка) Рисунок 10 - Гис карта высот (вырезка)
Данная программа накладывает два изображения друг на друга, что позволяет определять данные высоты в любой точке, либо расстояние между двумя или более точками, профиль местности, тем самым сформировать виртуальный образ тестовой трассы. Например, нами был взят участок полигона размерами 300 на 600 метров, высоты которого лежат в диапазоне от 187 до 205 метров.
Все высоты с высокой точностью были перенесены на сцену, что является большим плюсом для реалистичности проведения испытаний РТК. На робота действуют силы притяжения и трения с тем типом земли, которым взаимодействует робот в данный момент. На рис. 11 показана модель движения робота в горку, при этом в программе моделирования было зафиксировано повышение тяговых нагрузок , обусловленных изменением профиля трассы.
СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 5 / 2018.
Рисунок 10 - Робот преодолевает подъём
В результате проведенных исследований была разработана виртуальная модель территории реального функционирования РТК MF-4 с использованием ГИС данного полигона в программном комплексе 3ds Max. Проведено виртуальное моделирование поведения РТК на моделируемом объекте с целью прогнозирования поведения моделируемого объекта и процесса принятия решений оператором в программном комплексе Dyn-Soft Robsim v5. На спроектированной модели отработаны различные алгоритмы и действия оператора для обеспечения безопасности проведения реальных испытаний РТК на местности, которые в дальнейшем будут использованы при проведении полномасштабных испытаний реального образца РТК.
Список использованной литературы: 1. Проектирование роботов и робототехнических систем в среде Dyn-Soft RobSim 5: справочник. В 2 т. Т. 1. Часть 1 / ред. Евстигнеев Д. В. М.: Дин-Софт 2014. 110 с.
© Суслов Е. А., Уханов С. А., Гаврюшина М.С., 2018
