CC BY
38
dr inz. Jacek ROGUSKI1,2
st. bryg. mgr inz. Dariusz CZERWIENKO1
BEZZALOGOWE PLATFORMY L^DOWE
Unmanned Mobile Platforms
Streszczenie
W artykule omowiono tendencje rozwojowe w konstrukcji BPL (unmanned mobile platforms) oraz mozliwosci dostosowania do wymagan strazy pozarnej. Podczas akcji ratowniczo-gasniczych strazak pracuje w ekstremalnie trudnych warunkach. Narazony jest na m.in. niebezpieczenstwo wybuchu rozleglego, szybko rozprzestrzeniaj^cego si§ pozaru, awarie chemiczne, bardzo silne promieniowanie cieplne. Takie sytuacje stanowi^. zagrozenie dla ludzi, a takze srodowiska naturalnego. Niezwykle wazn^ rol§ odgrywa wtedy sprz^t o odpowiedniej mobilnosci, ktory zapewni dotarcie na miejsce akcji w krotkim czasie, a takze umozliwi pomoc poszkodowanym i ich szybk^. ewakuaj poza stref§ zagrozenia. Dlatego tez tak wazne jest zbudowanie pojazdu wsparcia akcji ratowniczych prowadzonych w szczegolnie trudnych warunkach. W zal^czonym materiale przedstawiono tendencje rozwojowe sprz^tu wojskowego lub adaptowanego na potrzeby wojska oraz jego modyfikacje na potrzeby strazy pozarnej do dzialan ratowniczo-gasniczych i rozpoznania w srodowiskach szkodliwych dla czlowieka z podzialem na grupy zalezne od wykonywanych zadan.
Summary
This paper discusses the development of BPL (unmanned mobile platforms) and potential for adaptation to the needs of the Fire Service. During fire and rescue operations a fire fighter works in extremely difficult conditions. He is exposed to dangers associated with explosions, a rapidly spreading fire, chemical accidents and acute heat conditions. Such situations present a danger to humans as well as to the natural environment. An important role is played by equipment with suitable mobility, which can reach an incident location quickly, provide assistance to casualties and secure their quick evacuation from the danger zone. Therefore, it is important to construct a support vehicle for rescue operations, which are conducted in extremely difficult conditions. The attached material presents development trends for military vehicles or vehicles adapted for military use. Such vehicles can be modified for the needs of the Fire Service, for use in fire and rescue operations, identification of dangerous environments for humans and grouped according to expected performance of tasks.
Slowa kluczowe: techniczne wyposazenie strazy pozarnej, robot pozarniczy, pojazd pozarniczy, bezzalogowa platforma l^dowa;
Keywords: technical equipment for fire service, firefighting robot, firefighting vehicle, unmanned mobile platform;
Wst$p
Stosowanie nowych materialow i technologii w gospodarce powoduje wzrost zagrozen technolo-gicznych, co wymusza poszukiwanie nowych technik ich likwidacji w przypadku wyst^pienia zdarzen destrukcyjnych. Dotyczy to zwlaszcza awarii stwa-rzaj^cych szczegolne zagrozenie dla ludzi, srodo-wiska naturalnego i czlonkow podmiotow ratowni-czych. Stosowane w krajach Unii Europejskiej roz-
1 Zespol Laboratoriow Technicznego Wyposazenia Stra-zy Pozarnej i Technicznych Zabezpieczen Przeciwpoza-rowych Centrum Naukowo Badawczego Ochrony Prze-ciwpozarowej - Panstwowego Instytutu Badawczego, ul. Nadwislanska 213, 05-420 Jozefow k. Otwocka, Polska; obaj wspolautorzy wniesli rowny wklad merytorycz-ny w powstanie artykulu (po 50%).
wi^zania oparte s^. na typowym sprz^cie gasniczym oraz specjalnych samochodach ratownictwa, kto-rych zaloga wchodzi bezposrednio do strefy zagrozenia. Zabezpieczenie ratownikow to sprz^t ochrony drog oddechowych i ubrania gazoszczelne. Czas pracy ratownika ograniczony jest czasem ochronne-go dzialania sprz^tu zabezpieczaj^cego (okolo 20-30 minut). Bezposrednie dzialania ratownicze wyko-nuje si^ niejednokrotnie w strefach zagrozenia wy-buchem lub narazenia na dzialanie roznego rodza-ju promieniowania. Trudne warunki pracy powodu-j^. u ratownikow bardzo duze obci^zenie fizyczne, co skutkuje koniecznosci^. cz^stej wymiany ekip ratowniczych w strefach dzialan. Najcz^sciej identyfi-kacja zagrozenia opiera si^ na analizie obrazu z ka-mer oraz odczytu danych/oznakowania/przenosnych
urz^dzen identyfikacyjno-pomiarowych wyposazo-nych w odpowiednie sondy.
Wzrost skutecznosci i bezpieczenstwa dzialan ratowniczych w strefach zagrozenia mozna osi^gn^c poprzez wprowadzenie zdalnie sterowa-nych platform mobilnych, wyposazonych w odpo-wiedni sprz^t rozpoznawczy i ratowniczo-gasniczy. W ten sposób strazak-ratownik zostanie odsuni^ty od strefy bezposredniego zagrozenia zycia i zdro-wia, a mozliwosci robocze konstrukcji pozwol^. na jej dlugotrwal^. eksploataj w warunkach ekstre-malnych. W procesach dynamicznych, gdzie skutki zdarzenia rosn^. z uplywem czasu, czynnikiem decy-duj^cym o powodzeniu akcji ratowniczej jest czas od chwili zaistnienia zdarzenia do podj^cia dzialan ratowniczych. Brak sprz^tu o odpowiedniej mobil-nosci powoduje, ze dotarcie na miejsce akcji jest znacznie opóznione i wymaga olbrzymiego wysil-ku fizycznego, a pomoc poszkodowanym i ich ewa-kuacja poza stref^ zagrozenia przeci^ga si^ w czasie. St^d tez istotnego znaczenia nabiera kwestia budo-wy pojazdu wsparcia akcji ratowniczych prowadzo-nych w szczególnie trudnych warunkach, do których mozemy zaliczyc:
a) mozliwosc powstania wybuchu par cieczy i gazów;
b) mozliwosc „okr^zenia” przez pozar;
c) wyrzuty i wykipienia substancji toksycznych, produktów rozkladu termicznego lub spalania;
d) bardzo silne promieniowanie cieplne; radiacyjne;
e) wysok^. zmiennosc sytuacji i wyst^pienie niespo-dziewanych zagrozen, przy których wyposazenie ratowników w standardowe srodki ochrony indy-widualnej jest niewystarczaj^ce (o czym swiadcz^. wypadki, równiez smiertelne wsród ratowników);
f) koniecznosc prowadzenia dzialan na obszarach niedost^pnych dla standardowych pojazdów ra-towniczych.
Uzycie zdalnie sterowanego pojazdu w rejonach niebezpiecznych, ograniczaj^cych mozliwosci bez-posredniej obserwacji jego otoczenia, stawia szcze-gólnie wysokie wymagania systemowi sterowania i zobrazowania, który powinien umozliwiac obser-waj terenu i otoczenia, osprz^tów roboczych oraz lokalizaj pojazdu wzgl^dem przeszkód [1]. Z tych wzgl^dów nalezy wykorzystac system wizyjny po-zwalaj^cy na zobrazowanie polozenia pojazdu i jego lokalizaj wzgl^dem obiektów o znanym poloze-niu oraz wzgl^dem celu misji. Zebrane dane powin-ny byc przesylane do stanowiska operatora. Efek-tywnosc dzialania wymaga teleoperacji tzn. zdalne-go sterowania z pomini^ciem mozliwosci wykorzy-stania przez operatora bezposrednich bodzcowych sprz^zen zwrotnych, na dystansie nie mniejszym niz 0,5 km. Zasadniczym problemem, jaki powinien zo-stac rozwi^zany, jest przekazywanie danych przy ograniczonej przepustowosci kanalów transmisji dla zobrazowania polozenia i otoczenia pojazdu.
1. Bezzalogowe Platformy Lqdowe (BPL)
W przypadku Bezzalogowych Platform L^-dowych (BPL) ich podstawowym zadaniem jest zwi^kszanie dystansu mi^dzy czlowiekiem, a zagro-zeniem. Dotyczy to glównie dzialan w warunkach szczególnie uci^zliwych lub szkodliwych dla ludzi.
Przeprowadzona analiza literaturowa pokazala, ze na swiecie istnieje wiele rozwi^zan tego typu pojazdów, niemniej jednak s^. to zwykle inspekcyjne roboty policyjne i militarne, których zadania pole-gaj^. najcz^sciej na rozpoznaniu zagrozenia, podj^-ciu niewielkich ladunków, przeniesieniu ich w bez-pieczne miejsce b^dz neutralizacji w miejscu ziden-tyfikowania [2][3]. Dlatego poszukiwano rozwi^zan konstrukcyjnych, które spelni^. nowe oczekiwania i b^d^. zdolne do realizacji stawianych przed nimi za-dañ. Pierwsze konstrukcje tego typu robotów stwo-rzono w latach 90. - byly to zautomatyzowane, przy-stosowane do teleoperacji ci^zkie maszyny inzynie-ryjne, glównie koparki g^sienicowe, kolowe i sa-mochodowe oraz ladowarki i spycharki. Jednak ich cena i koszty eksploatacji byly stosunkowo wyso-kie, a wlasnosci robocze slabo dostosowane do po-trzeb. Róznorodnosc zadan stoj^cych obecnie przed jednostkami sluzb ratowniczych, w tym przed jed-nostkami strazy pozarnej, niejednokrotnie nie odbie-ga od tych realizowanych przez wojskowe jednost-ki specjalne misji pokojowych. St^d tez zarówno dla wojskowego robota wsparcia pokojowych misji ratowniczych, jak i dla robotów do dzialan ratowniczych wymagania b^d^. bardzo podobne.
Zasadnicza róznica polega na tym, iz w przypad-ku zadan wykonywanych w warunkach pokoju robot nie b^dzie narazony na oddzialywania ze strony przeciwnika. Przy poszukiwaniu funkcji, jakie po-winien posiadac robot wsparcia misji ratowniczych, podobnie jak w przypadku robotów militarnych, na-lezy rozgraniczyc te wymagania w aspekcie sprecy-zowanych zadan dla konkretnego robota. Niemniej jednak wspóln^. grup^. wymagan dla wszystkich robotów tego typu b^d^. te zwi^zane z mozliwosciami trakcyjnymi, a wi^c mobilnosci^. w róznych warunkach terenowych, zarówno w terenie otwartym, jak i zurbanizowanym.
W zaleznosci od przyj^tej koncepcji uzycia ro-botów oraz przewidywanych zadan i wymaganych zdolnosci, buduje si^ platformy o zróznicowanej masie i wielkosci. Z uwagi na mozliwosci robocze mozna wyróznic nast^puj^ce kategorie:
• platformy lekkie, których masa nie przekracza 400 kg;
• platformy srednie, o masie do 3500 kg;
• platformy ci^zkie, o masie do 10 000 kg;
• platformy bardzo ci^zkie - o masie powyzej 10 000 kg.
Poz^dane zdolnosci robocze w zadaniach ratow-nictwa w terenie zurbanizowanym, wymagaj^, aby
byly to pojazdy lekkie o masie rzçdu kilkuset kg, z prçdkosciami przejazdowymi okolo 5-10 km/h i ro-boczymi do kilku km/h, z mozliwosci^ bezstopnio-wej ich zmiany i czasie realizacji misji od 1-2 godz. Roboty te powinny byc wyposazone w osprzçt robo-czy o kinematyce pozwalaj^cej zarówno na penetra-cjç przestrzeni wewn^trz budynków, jak i podejmo-wanie niewielkich przedmiotów, oraz w uklad jezd-ny umozliwiaj^cy poruszanie siç po trudnym podlo-zu. Zostanie to zaprezentowane w nastçpnej publi-kacji dotycz^cej zastosowan robotów.
Zastosowanie nowoczesnego systemu sterowa-
nia umozliwia zdalne sterowanie pojazdem i jego
wyposazeniem z odleglosci nawet kilkuset metrów,
skutecznie odsuwaj^c zagrozenie i zmniejszaj^c ry-
zyko w trakcie szczególnie niebezpiecznych akcji
[4]. Jest to jeden z najbardziej perspektywicznych
kierunków rozwoju omawianego sprzçtu, którego
przyklady zaprezentowano na Rye. 1.
.... .......
r
Ryc. 1. Zdalnie sterowane roboty pozarnicze minimalizjce bezposrednie zagrozenie czlowieka Fig. 1. Remote-controlled robots to minimize the risk of human
Oferowane obecnie na rynku europejskim roz-wi^zania bazuj^. na aplikacjach wojskowych, które zostaly opracowane w latach 70.-80. i s^. juz prze-starzale technicznie oraz slabo dostosowane do te-razniejszych potrzeb. Zaprojektowano je jako pojazdy transportowe, gdzie glówny nacisk polozono na zdolnosc pokonywania terenu o niskiej nosnosci oraz rozwijanie wysokich prçdkosci jazdy. W efek-cie maj^. one ograniczone zdolnosci pracy z osprzç-tami specjalnymi. Wynika to z:
• braku odpowiedniego zawieszenia (elastyczne zawieszenie uniemozliwia precyzyjn^. kontro-
lç osprz^tów oraz wyraznie pogarsza statecznosc pracuj^cych maszyn);
• niedostosowania konstrukcji nosnej pojazdu do obci^zen od osprz^tów roboczych;
• braku nap^dów hydraulicznych duzej mocy.
Ponadto nie s^. przystosowane do zdalnego ste-rowania i nie s^. standardowo wyposazone w manipulatory.
Zdalnie sterowane roboty pozarnicze minima-lizuj^. bezposrednie zagrozenie czlowieka, st^d ro-sn^ce zainteresowanie tego typu konstrukcjami [4]. Obecnie s^. one w fazie rozwoju i opracowywania technik ich wykorzystania. Na podstawie analizy wdrozonych aplikacji mozna stwierdzic, ze dominu-j^. dwa podstawowe obszary zastosowan:
• prowadzenie akcji gasniczej w strefie niebez-piecznej (roboty gasnicze) - jako mobilny nosnik dzialka wodnego (do tego celu wykorzystywane s^. platformy wysokiej zwrotnosci i mobilnosci);
у torowanie dróg oraz usuwanie niebezpiecznych materialów ze strefy bezposredniego zagrozenia (roboty wsparcia) - w tym wypadku jako maszy-ny bazowe wykorzystywane s^. najczçsciej mini-maszyny
Ryc. 2. A. Niemiecki robot gasniczy B. Bezzalogowa Platforma L^dowa Strazak Fig. 2. A. A German firefighting robot B. An unmanned mobile platform Strazak
W uzasadnionych przypadkach mozna zapropo-nowac rozwi^zanie, które pozwoli na realizacjç oby-dwu grup zadan, jednak niesie to ze sob^. zwiçksze-nie kosztów robota, który niejednokrotnie narazony jest na zniszczenie. Dlatego tez bardziej zasadne wy-daje siç konstruowanie wyspecjalizowanych zdalnie sterowanych pojazdów ratowniczych realizuj^cych okreslone zadania w warunkach zagrozenia zdrowia
i zycia ratownika. Przedstawione w artykule swia-towe rozwi^zania konstrukcyjne robotow wspiera-j^cych akcje jednostek strazy pozarnej s^. obecnie bardzo poszukiwane, gdyz mog^. zast^pic czlowieka w warunkach zagrozenia zdrowia i zycia.
Ryc. 3. Roboty wyposazone w system do zraszania duzych powierzchni [8]
Fig. 3. Robots equipped with a system for spraying large areas [8]
2. Przeglqd istniejqcych konstrukcji BPL
Obecny brak zdalnie sterowanych robotow mo-bilnych dedykowanych sluzbom ratowniczym po-woduje, ze do akcji niebezpiecznych wprowadza si? przystosowane do tego celu i dost?pne na rynku mi-nimaszyny. Niemniej jednak charakter procesow ro-boczych realizowanych w ramach dzialan ratowni-czych na roznych plaszczyznach, a wi?c gaszenia pozarow, ewakuacji ludnosci, penetracji gruzowisk, rozpoznania skazen, podejmowania i neutralizacji ladunkow niebezpiecznych, zmniejszania zagroze-nia wywolanego niekontrolowanym uwalnianiem substancji niebezpiecznych, etc., wymaga budowy robotow specjalistycznych. Podobnie jak w przy-padku rozwi^zan militarnych, proba stworzenia ro-bota uniwersalnego znacznie zwi?ksza koszty takiej konstrukcji, a jej narazenie na potencjalne zniszcze-nie w czasie realizacji zadania sprawia, ze kierunki takich dzialan s^. ekonomicznie nieuzasadnione.
Prowadzenie dzialan na obszarach o ograniczo-nym dost?pie dla sprz?tu przeznaczonego do poru-szania si? po drogach utwardzonych zawsze stano-wilo wyzwanie dla sluzb ratowniczych. Brak moz-liwosci bezposredniego dotarcia z wyspecjalizowa-nym sprz?tem do rejonu dzialania powoduje obnize-nie tempa prowadzenia akcji, jej efektywnosci oraz skutecznosci - wymaga przy tym znacznie wi?ksze-
go wysilku i zaangazowania od uczestnikow akcji. Z tych wzgl?dow obserwuje si? tendencj? wyposa-zania wyspecjalizowanych pododdzialow w sprz?t wysokiej mobilnosci umozliwiaj^cy im skuteczne dzialania w szczegolnie trudnych warunkach. Jego przeznaczeniem jest szeroko rozumiane wsparcie logistyczne na stosunkowo krotkim dystansie (zwy-kle odleglosc rejonu akcji od drog utwardzonych nie przekracza 0,5-3 km). Najcz?sciej wykorzystywane s^. do tego celu lekkie pojazdy wojskowe jak Gamma Goat, Supacat [1]. Cechuj^. si? one stosunkowo nisk^. ladownosci^ (od 1000 kg do 3000 kg), ale bardzo wysok^. mobilnosci^ terenow^. (wzrost masy po-jazdu i ladownosci ogranicza jego mobilnosc). Na swiecie nie opracowano dotychczas norm pozwala-j^cych na jednoznaczne okreslenie poziomu mobilnosci pojazdu i istnieje w tym zakresie pelna dowol-nosc.
Ryc. 4. Po lewej: Pojazdy adaptowane do prowadzenia akcji ratowniczych: Gamma Goat (USA) w wersji pozarniczej; po prawej: Supacat (Wielka Brytania) [4]
Fig. 4. Left: Vehicles adapted to carry out rescue operations: Gamma Goat (USA) version for firefighting, on the right: Supacat (United Kingdom) [4]
W mi?dzynarodowych opracowaniach poj?cie wysokiej mobilnosci jest jednak dosc jednoznaczne (okresla je m.in. Nato Mobility Reference Model), a dobrym przykladem wymagan w tym zakresie jest brytyjska norma obronna. Za podstawowe kryterium zdolnosci poruszania si? w terenie uznano naciski ukladu jezdnego na podloze, natomiast inne kryteria pelni^. rol? pomocnicz^, umozliwiaj^c^. ocen? zdol-nosci pokonywania przeszkod.
Trudne warunki pracy maszyn inzynieryjnych i pojazdow specjalnych, duze i zmienne obci^ze-nia ich ukladow roboczych i jezdnych, eksploatacja w relatywnie niekorzystnych warunkach sprawia-j^, ze d^zy si? do efektywniejszych ukladow prze-noszenia mocy, obnizaj^cych koszt eksploatacji maszyn i pojazdow. Ponadto powinny one zwi?kszac bezpieczenstwo pracy, odci^zac kierowc?-operato-ra od nadmiernego wysilku, oraz zapewniac obni-zenie emitowanego przez maszyny halasu i ciepla. Rozwoj elementow hydraulicznych, wzrost ich nie-zawodnosci i podatnosci na sterowanie sprawil, iz hydrostatyczne uklady nap?dowe s^. coraz cz?sciej stosowane w rozwi^zaniach ukladow nap?dowych jazdy wspolczesnych maszyn i pojazdow. Podsta-wowymi aspektami przemawiaj^cymi za ich stoso-waniem s^:
• latwosc przenoszenia nap?du od silnika spalino-wego do kol;
• plynna zmiana przelozenia przekladni;
• wykorzystywanie duzego obszaru pracy silnika spalinowego;
• eliminacja rozl^czalnych sprz?giel, skrzyn bie-gow, przekladni rozdzielczych za silnikiem nap?-dowym;
• optymalizacja realizowania nap?du odwroconego i mozliwosc zabezpieczenia silnika nap?dowego przed rozbieganiem;
• zabezpieczenie silnika nap?dowego przed prze-ci^zeniem;
• mozliwosc realizowania jazdy z automatyczn^. zmian^. przelozenia,
• szeroki zakres pr?dkosci obrotowych walow silni-kow hydraulicznych.
Etapem rozwojowym hydrostatycznych ukladow nap?dowych s^. systemy niezaleznego od ob-ci^zenia rozdzialu wydajnosci pompy, w ktorych, wartosci pr?dkosci roboczych kazdego z elementow wykonawczych mog^. byc precyzyjnie sterowane -bez wzgl?du na wielkosc i charakter zmian obci^-zenia zewn?trznego. Podstawow^. zalet^. tego typu ukladow jest automatyczne redukowanie pr?dko-sci wszystkich odbiornikow w przypadku, gdy wy-dajnosc pompy jest niewystarczaj^ca, aby zapew-nic z^dan^. chlonnosc (nastawion^. zaworem dlawi^-cym) wszystkich odbiornikow. Maszyny wyposazo-ne w hydrostatyczne uklady nap?dowe charaktery-zuj^. si? wi?ksz^. precyzj^. sterowania, mniejszymi nadwyzkami dynamicznymi, lepsz^. ergonomic i po-datnosci^. na zdalne oraz automatyczne sterowanie. Wsrod pojazdow wyposazonych w hydrostatyczne uklady nap?dowe jazdy mozna znalezc pojazdy ro-dzimej produkcji.
3. Polskie BPL
Przykladem takiego pojazdu jest lekki wielo-zadaniowy pojazd Lewiatan (Ryc. 5.), ktory po-
wstal w wyniku wzajemnej wspolpracy firm BIBUS MENOS, HYDROMEGA oraz Wojskowego Insty-tutu Techniki Pancernej i Samochodowej [4, 5].
Ryc. 5. Wielozadaniowy pojazd Lewiatan [5] Fig. 5. Multitasking vehicle Lewiathan
Pojazd moze byc wykorzystany zarowno jako nosnik niewielkich ladunkow (do 1,5 t) jak rowniez jako pojazd bazowy - nosnik narz?dzi lub osprz?-tow roboczych do wykonywania prac inzynieryj -nych. Dobre wlasciwosci trakcyjne w trudno do-st?pnym terenie, jak rowniez zdolnosc pokonywania przeszkod wodnych zdecydowanie rozszerza zakres realizowanych przez pojazd prac. W pojezdzie tym kola nap?dowe s^. niezaleznie nap?dzane hydrau-licznymi silnikami georotorowymi - stalej chlonno-sci, zasilanymi pomp^. zmiennej wydajnosci stero-wanej za pomoc^. serwozaworu. W czasie wyjezdza-nia pojazdu z przeszkody wodnej mozliwa jest jed-noczesna praca srub nap?dowych i wybranych silni-kow kol. W ukladzie zastosowano specjalne zawory, bloki steruj^ce osiami nap?dowymi umozliwiaj^ce:
• wl^czanie i wyl^czanie poszczegolnych silnikow;
• synchronizacj? pracy kol nap?dowych;
• skr?t w miejscu;
• skr?t i wybor kierunku plywania;
• wybor kierunku jazdy pojazdu.
Do zasilania wspomagania ukladu kierownicze-go, hamulcowego oraz odbiornikow zewn?trznych zainstalowano pompy pomocnicze stalej wydajno-sci. Sterowanie przekladni^. hydrostatyczn^. realizo-wane jest poprzez elektroniczny uklad automatycz-nej zmiany przelozenia oddzialywuj^cy na wydaj-nosc pompy. Operator ma mozliwosc wyboru dwoch zakresow przelozen terenowych i jednego zakresu przelozen szosowych.
Zaproponowane rozwi^zanie hydrostatyczne-go ukladu skr?tu umozliwia zarowno zdalne (elek-tryczne), jak i klasyczne (manualne) sterowanie po-jazdem. W obu przypadkach czas pelnego przeste-rowania kol skr?tnych pojazdu wyniosl okolo 2 s, co odpowiada czasowi, w jakim operator dokonuje skr?tu kol w trybie manualnego sterowania. Pomia-ry minimalnego promienia skr?tu wykazaly, ze po-jazd przy tych samych warunkach skr?tu, przy pr?d-
Ryc. 6. Widok bezzalogowego inzynieryjnego robota wsparcia taktycznego „Bogus” [6] Fig. 6. Unmanned engineering robot for tactical support ‘Bogus’ [6]
kosci pojazdu ok. 10 km/h, nawierzchni utwardzonej i rownomiernym cisnieniu powietrza w ogumieniu, posiada rozne minimalne promienie skr?tu w lewo (4,9 m) i w prawo (5,2 m). Z uzyskanych charakte-rystyk wynika iz, aby utrzymac staly promien skr?-tu pojazdu czy tez poruszac si? pojazdem w kierun-ku na wprost, konieczna jest ci^gla korekta poloze-nia silownika ukladu skr?tu [4, 5].
Kolejn^. konstrukcja o innej koncepcji wyko-nania jest bezzalogowy inzynieryjny robot wsparcia taktycznego „Bogus” [6]. Pojazd posiada kon-strukcj? czlonow^, ktora przy relatywnie malym skoku zawieszenia umozliwia swietne kopiowanie terenu. Kontrolowany hydraulicznie sprz?g l^cz^-cy czlon przedni (nap?dowo-transportowy) i tylny (transportowy), oprocz wspomagania skr?tu, pozwa-la na zwi?kszenie zdolnosci pokonywania przeszkod (Ryc. 6.).
Dla zapewnienia wymaganych zdolnosci zbudo-wany pojazd charakteryzuje si?:
• nisko polozonym srodkiem ci?zkosci pojazdu;
• 5-cio osiowym ukladem jezdnym;
• bardzo dobr^. zdolnosci^. kopiowania terenu;
• hydrostatycznym ukladem nap?dowym.
Efektywn^. realizacj? funkcji transportowych zapewnia widlowy system samozaladowczy wyko-rzystuj^cy specjalnie zaprojektowany nowy standard palet o zwi?kszonych mozliwosciach transpor-towych - zgodny z istniej^cymi systemami. Dzi?ki wyposazeniu go w uklad ryglowania umozliwia on zastosowanie (i szybk^. wymian?) wyspecjalizowa-nych platform roboczych (Ryc. 7.).
Ryc. 7. Podejmowanie ladunku z platformy pojazdu za pomoc^. widlowego systemu samozaladowczego Fig. 7. Removing cargo from the vehicle by means of self-loading lift system
W celu zwi?kszenia elastycznosci systemu trans-portowego pojazd zostal wyposazony w wielozada-niowy manipulator z wymiennymi chwytakami -
o udzwigu do 300 kg. Umozliwia to podejmowanie nie tylko materialow przygotowanych do transports (paletyzowanych), ale takze innych przedmio-tow np.: beczek wypelnionych roznorodnymi ma-terialami, drewnianych bali, butli z gazem itp. Jego konstrukcja pozwala na zlozenie go do rozmiarow nie wykraczaj^cych poza obrys pojazdu, ustawienie w pozycji dogodnej dla operatora przy manewrowa-niu pojazdem i pelne rozwini?cie do realizacji zalo-zonych zadan. Moze on nie tylko podejmowac la-dunki, usuwac przeszkody terenowe, ale rowniez jego konstrukcja umozliwia montaz specjalnego wyposazenia (dzialko wodne, kamera, czujniki). Po-zwoli to poszerzyc zakres potencjalnych zastosowan przy zwalczaniu skutkow kl?sk zywiolowych, kata-strof oraz podejmowaniu materialow niebezpiecz-nych (Ryc. 8.).
Ryc. 8. Podnoszenie ladunkow: po lewej - zaladunek na pojazd; po prawej - podejmowanie ladunku zza przeszkody
Fig. 8. Lifting loads: on the left - loading the vehicle; on the right - to take loads behind the obstacle
Opracowany aktywny sprz?g hydrauliczny pelni potrojn^. rol?:
• wspomaga uklad skr?tu pojazdu;
• zwi?ksza zdolnosc pokonywania przeszkod;
• stabilizuje pojazd podczas podnoszenia ladun-kow.
System akumulatorów w sprzçgu elastycznie rozklada obci^zenia pomiçdzy czlonami i usztywnia sprzçg na czas podnoszenia ladunków (Ryc. 9.).
Ryc. 9. Widok aktywnego sprzçgu hydraulicznego Fig. 9. The view of active hydraulic coupling
Kinematyka osprz^tów roboczych pozwala na szybk^. realizacjç przewidywanych zadan zarówno w zakresie podejmowania ladunków, jak i ich transporta. Pojazd rozwija przy tym zalozone sily udzwi-gu i uci^gu. Powyzsze czynniki oraz zdolnosc do re-alizacji zróznicowanych zadan poprzez dostosowa-nie pojazdu do szybkiego podejmowania i instalacji narzçdzi oraz osprz^tów specjalnych tworz^. jedyn^. w swoim rodzaju bezzalogow^. platformç o szero-kich mozliwosciach jej zastosowan [б].
Pierwsz^. platform^, dedykowan^. strazy pozar-nej jest (BPL) „STRAZAK” [7, 9] - skonstruowa-na w ramach projektu badawczego „Technologia zmniejszenia zagrozenia wywolanego niekontrolo-wanym uwalnianiem substancji niebezpiecznych”. Bezzalogowa platforma l^dowa (BPL) „STRA-ZAK” przeznaczona jest do dzialan przy rozpozna-niu i likwidacji skutków awarii chemicznych w za-
kladach przemyslowych i transporcie materialow niebezpiecznych.
Do realizacji tych funkcji wyposazona zostala w elementy przeznaczone do aplikowania wody i srodkow dekontaminacyjnych:
• Dzialko wodne TORNADO RC model: Y2-E12A ze zdalnym bezprzewodowym elektrycznym ste-rowaniem przeznaczone do stalego mocowania,
o nastçpuj^cych parametrach:
- zakres cisnien roboczych od 7 do 16 bar,
- wydajnosc wodna regulowana w zakresie od 50±10 do 2000±100 l/min - mierzona przy cisnieniach roboczych: od cisnienia najnizsze-go umozliwiaj^cego rozwiniçcie strumienia do cisnienia 8 bar,
- nachylenie w pionie regulowane zdalnie w zakresie od -45° do +90°,
- ruch obrotowy o zdalnym nastawie w zakresie k^ta 360° (symetrycznie w prawo i w lewo po 180°),
- nasada tloczna 0 52 mm.
• Zestaw trzech dysz i adapterow montowanych za-miennie na wylocie dzialka do wytwarzania stru-mieni zwartych i rozproszonych o nastçpuj^cych parametrach i funkcjonalnosci:
- dysza o wydajnosci od 400 ±10 l/min do 2000±100 l/min ze stabilizaj cisnienia w zakresie od 6 ±1bar do 8 ±1bar z mozliwosci^. zdalnego bezprzewodowego sterowania wydat-kiem i ksztaltem strumienia; regulacja ksztaltu strumienia od zwartego do pelnego stozka o k^-cie rozwarcia 90°,
- dysza o wydajnosci od 400 ±10 l/min do 2000 ±100 l/min ze stabilizaj cisnienia w zakresie od 3±1 bar do 4±1bar z mozliwosci^. zdalne-go bezprzewodowego sterowania wydatkiem i ksztaltem strumienia; regulacja ksztaltu strumienia od zwartego do pelnego stozka o k^cie rozwarcia 90°,
Ryc. 10. Zestawienie systemów BPL Strazak [9] Fig. 10. Strazak - system configuration
- adapter do piany ci^zkiej.
• System bezprzewodowego sterowania dzialkiem wodno-pianowym, wykorzystjcy l^cznosc ra-diow^, reguluj^cy kierunek podawania strumie-nia gasniczego w pionie i w poziomie oraz ksztalt strumienia poprzez zmian^ nastawy dyszy, zaopa-trzony w r^czny manipulator operatora,
• Wyswietlacz pokazuj^cy operatorowi kierunek podawania pr^du gasniczego przez dzialko w pionie i w poziomie wzgl^dem stalej bazy zamoco-wania dzialaj^cy z wykorzystaniem l^cznosci ra-diowej,
• Odsrodkowa pompa wody zasilaj^ca dzialko
o nominalnym cisnieniu 10 bar i wydatku wody 2000 l/min przystosowana do wspolpracy z dzialkiem, nap^dzana silnikiem hydraulicznym przy-stosowanym do zasilania ze zrodla zewn^trzne-go. Pompa jest wyposazona w uklad umozliwia-j^cy zassanie wody, dzialaj^cy w cyklu automa-tycznym, a zapotrzebowanie mocy do jej nap^du nie przekracza 74 KM przy znamionowych para-metrach pracy.
Poprzez zmian^ ustawienia dzialka mozliwa jest realizacja funkcji schladzania powierzchni ze-wn^trznych pojazdu w celu zabezpieczenia przed oddzialywaniem promieniowania cieplnego lub sub-stancji chemicznych.
Krotki opis techniczny wyrobu/obiektu Podwozie: zmodyfikowana BPL Lewiatan Uklad jezdny: 6x6 Silnik:
• typ: wysokopr^zny czterosuwowy doladowa-ny z wtryskiem posrednim, 4CT90 Andoria, EURO 2,
• pojemnosc: 2,4 dm3,
• moc znamionowa 66 kW (90 KM) przy 4100 obr/min,
• moment obrotowy 195 Nm przy 2500 obr/min, Uklad nap^dowy: hydrostatyczny,
Moc jednostkowa: < 14,57 kW/t (pelny zbiornik wody).
Pompa pozarnicza wraz z ukladem wodno-pia-nowym jest umieszczona z przodu pojazdu w prze-dziale zamykanym drzwiami uchylnymi. Otwarcie i zamkni^cie drzwi jest mozliwe z poziomu grun-tu. Konstrukcja przedzialu umozliwia odprowadza-nie wody z jego wn^trza. W zbiornik wody o pojem-nosci 1000 dm3 wbudowany jest wskaznik poziomu wody (plynowskaz). Na pulpicie operatora znajduje si^ kontrolka wl^czenia pompy. Uklad wodno-pia-nowy umozliwia:
• podawanie z dzialka wody i wodnego roztworu srodka pianotworczego,
• prac^ pompy przy zasilaniu ze zbiornika wody pojazdu,
• napelnianie zbiornika wody z hydrantu lub za po-moc^. samochodu gasniczego.
Ryc. 11. Bezzalogowa platforma l^dowa Strazak [7] Fig. 11. An unmanned mobile platform Strazak
Ryc. 12. Stanowisko operatora [7] Fig. 12. Operators Station
(Ryc. 15b), jazda do tylu oraz nadzorowanie pracy urz^dzen dodatkowych (Ryc. 15c).
Ryc. 13. Dzialko i pulpit zdalnego sterowania dzialkiem [7] Fig. 13. Cannon and cannon remote desktop
Konstrukcja ukladu wodno-pianowego umozli-wia jego przeplukanie po uzyciu srodka pianotwor-czego i w razie potrzeby jego calkowite odwodnie-nie. Zbiornik wyposazono w urz^dzenie przelewo-we zabezpieczaj^ce zbiornik przed uszkodzeniem podczas napelniania. W najnizej polozonym punk-cie zbiornika zainstalowano zawor do grawitacyjne-go oprozniania zbiornika. Istnieje mozliwosc zdalnego odl^czania linii tlocznej.
Poniewaz BPL Strazak dedykowany jest do pra-cy w srodowisku, gdzie obecnosc czlowieka powin-na byc ograniczona do minimum, podstawowym za-daniem systemu wizyjnego jest zapewnienie bezpie-czenstwa maszynie, operator musi miec mozliwosc oceny, czy zadanie, ktore ma wykonac, nie naraza sterowanego pojazdu na niebezpieczenstwo b^dz nie stwarza zagrozenia dla srodowiska.
Ze wzglçdu na wyposazenie BPL w dodatkowy osprzçt do zwalczania zagrozen chemicznych, system wizyjny dostarcza informacje odnosnie sposobu jego funkcjonowania. W ten sposob mozliwa jest natych-miastowa reakcja w przypadku jego blçdnego zadzia-lania, czym minimalizuje siç negatywne oddzialywa-nie osprzçtu na pojazd i bezposrednie otoczenie.
Zastosowany system wizyjny pojazdu bezzalo-gowego to grupa ukladow wspolpracuj^cych ze sob^. w celu przekazania operatorowi informacji wizual-nej odnosnie pojazdu i jego otoczenia. [9]
Przyjçta koncepcja zaklada wykorzystanie kamer wideo rozmieszczonych w specjalnie wytypowanych miejscach pojazdu. L^cze wideo przesyla obraz z pojazdu do pulpitu operatorskiego jednoczesnie z 3 wy-branych zrodel. W zaleznosci od realizowanego za-dania, nastçpuje automatyczne przel^czenie siç po-miçdzy wyselekcjonowanymi grupami kamer, wraz z mozliwosci^ manualnej kontroli przez operatora pojazdu. Proces przel^czania realizowany jest przez tzw. uklad zarz^dzania obrazem. Schemat rozmieszczenia poszczegolnych ukladow systemu wizyjnego przedsta-wiony jest na Ryc. 14 wraz z kierunkiem przeplywu informacji zaznaczonym za pomoc^. grotow strzalek.
Kamery zostaly pogrupowane zgodnie z realizo-wanymi zadaniami: jazda z duzymi prçdkosciami do przodu oraz nadzorowanie pracy urz^dzen dodatkowych (Ryc. 15a), manewrowanie w trudnym terenie
Ryc. 14. Schemat rozmieszczenia elementow systemu wizyjnego na demonstratorze technologii [9]
Fig. 14. Schematic layout of the elements of the vision system on technology demonstrator [9]
a)
b)
c)
Ryc. 15. Grupy kamer wraz z zaznaczonymi ich obszarami obserwacji dla roznych zadan realizowanych przez system wizyjny: a) jazda z duzymi pr^dkosciami do przodu oraz nadzorowanie pracy urz^dzen dodatkowych; b) manewrowanie w trudnym terenie;
c) jazda do tylu oraz nadzorowanie pracy urz^dzen dodatkowych [9]
Fig. 15. Camera group with marked their observation areas for different tasks carried out by the vision system: a) driving at high speeds forward and overseeing the work of additional devices; b) maneuvering in difficult terrain; c) move backward and overseeing the work of additional devices
W grupie kamer dedykowanych do jazdy z duzymi pr^dkosciami s^. kamery wideo ustawione w taki spo-sób, aby ich obraz tworzyl jak najdokladniejsz^. panorama otoczenia pojazdu, o k^cie obserwacji 180 stopni przed pojazdem. Dzi^ki takiemu rozmieszczeniu operator otrzymuje bardzo dokladn^. informaj zarówno podczas kierowania pojazdem, jak i obslugi urz^dzen dodatkowych zamontowanych z przodu pojazdu, b^dz operuj^cych w przestrzeni przed pojazdem.
Obraz z kamer dedykowanych do jazdy do tylu tworzy panorama o k^cie obserwacji zblizonym do 180 stopni, zapewniaj^c dodatkowo wgl^d w spo-sób funkcjonowania urz^dzen dodatkowych znajdu-j^cych si^ lub pracuj^cych z tylu pojazdu. Natomiast do jazdy w trudnym terenie wykorzystywane s^. kamery, umozliwiaj^ce obserwacji terenu mozliwie najblizej wymiarów obrysowych pojazdu.
4. Wnioski
Dla potrzeb realizacji zadan ratowniczych zwi^-zanych z niekontrolowanym uwalnianiem substancji niebezpiecznych zaklada si^ uzycie platformy sred-niej o masie do 3500 kg, której czas nieustannej pra-cy powinien wynosic nawet do 8 h (patrz BPL Stra-zak). Koniecznosc dlugotrwalej pracy, rozwijanie odpowiednich sil nap^dowych na kolach pojazdu, dysponowanie zapasem mocy dla potrzeb zabezpie-czenia funkcjonowania dodatkowego wyposazenia, wymuszaj^. zastosowanie jednostki nap^dowej robo-ta w postaci silnika spalinowego.
Analiza mozliwosci zapewnienia wysokiej efek-tywnosci uzycia srednich BPL oparta o doswiadcze-nia wojskowych misji ratowniczych wskazala, ze istotnymi cechami konstrukcji powinny byc:
• masa rz^du 2500-3500 kg umozliwiaj^ca rozwijanie sil uci^gu niezb^dnych do usuwania materia-lów niebezpiecznych oraz niezb^dny poziom sta-tecznosci podczas podnoszenia ladunków;
• osprz^t roboczy - niezb^dny do torowania i spy-chania obiektów;
• szybkozl^cza umozliwiaj^ce wymian^ narz^dzi lub osprz^tu;
• udzwig manipulatora powyzej 200 kg - wskazane jest przy tym duze pole pracy;
• hydrostatyczny uklad nap^dowy umozliwiaj^cy precyzyjn^. kontrol^ rozwijanych
• pr^dkosci i sil nap^dowych;
• uklad skr^tu zapewniaj^cy latwosc korygowania polozenia;
• niskie naciski na podloze - umozliwiaj^ce efek-tywn^. prac^ poza terenem utwardzonym.
Wyposazenie BPL w manipulator zapewni roz-szerzenie jego mozliwosci roboczych i poprawi efektywnosc uzycia:
• dzi^ki odpowiedniemu zasi^gowi i wyposazeniu w glowic^ obserwacyjn^. umozliwi prowadzenie szczególowego rozpoznania w miejscach slabo widocznych lub niedost^pnych;
• moze stanowic ruchom^. platform^ dla dzialka wodnego, umozliwiaj^c podejmowanie akcji ga-sniczych z góry lub z wi^kszego dystansu;
• moze stanowic ruchom^. platformç dla sensorow
i detektorow rozpoznania zagrozen i skazen;
• dziçki sterowanemu zrywakowi moze sluzyc do prac rozgrodzeniowych lub pobierania probek.
W przedstawionych konstrukcjach, w wiçkszosci rozwi^zan nie zastosowano systemow zraszania powierz-chni (zintegrowanego systemu samoobrony przed od-dzialywaniem np. wysokiej temperatury) BPL. Takie propozycje rozwi^zan przedstawione zostan^ w kolej-nych publikacjach zwi^zanych z tematyk^, ponadto omo-wione zostan^ rozwi^zania pozostalych grup robotow.
Literatura
1. Lopatka M., Typiak A., Koncepcjapojazdu transpor-towego o wysokiej mobilnosci, [dok. na CD-ROM], „Logistyka”, 3 (2009).
2. Typiak A., Typiak R., Muszynski T., Support robots for the polish armed forces, 5th IARP.
3. RISE’2011 ‘Robotics for risky interventions and Environmental Surveillance-Maintenance’ Brussels -Leuven, BELGIUM 20-22 June 2011.
4. Typiak A. i inni, Sprawozdanie z realizacji projek-tu rozwojowego pn. „Bezzaiogowy pojazd do wyko-nywania zadan specjalnych w strefach zagrozenia”, Warszawa WAT 2011.
5. Bartnicki A., Pojazdy specjalne stosowane w akcjach ratowniczych jednostek strazypozarnej, „Logistyka”, 6 (2011), 111-118.
6. Bartnicki A.,Typiak A., Zenowicz Z., Zdalnie sterowana lekkaplatforma z hydrostatycznym ukiadem napqdowym, „Szybkobiezne Pojazdy G^sienicowe”, 23, 1(2008).
7. Typiak A., Bezzaiogowy pojazd do wykonania zadan specjalnych w strefach zagrozenia, „Logistyka”, 6 (2011), 3847-3854.
8. Sprawozdanie z realizacji projektu rozwojowego pn: „Technologia zmniejszenia zagrozenia wywolanego niekontrolowanym uwalnianiem substancji niebezpiecznych” CNBOP-PIB 2012.
9. Tcarichenko S.G., Extreme Robotics in the Russia’s Ministry of Emergency Situasions - challenges and perspectives, „Bezpieczenstwo i Technika Pozarni-cza”, 4 (2012), 97-105.
10. Sprawozdanie z realizacji projektu rozwojowego pn: „Technologia zmniejszenia zagrozenia wywoianego niekontrolowanym uwalnianiem substancji niebezpiecznych”, WAT 2012.
st. bryg. mgr inz. Dariusz Czerwienko jest Kie-rownikiem Zespolu Laboratoriow Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej i Technicznych Za-bezpieczen Pozarowych CNBOP-PIB. Jest autorem
i wspolautorem szeregu artykulow i monografii, wy-st^pien na konferencjach krajowych i zagranicznych.
dr inz. Jacek Roguski jest adiunktem w Zespo-le Laboratoriow Technicznego Wyposazenia Stra-zy Pozarnej i Technicznych Zabezpieczen Pozaro-wych CNBOP-PIB. Zajmuje siç naukowo i praktycz-nie aspektami zwi^zanymi z zagadnieniami ochron osobistych, instalacji gasniczych oraz problemami eksploatacji urz^dzen technicznych. Jest autorem
i wspolautorem szeregu artykulow i monografii, wy-st^pien na konferencjach krajowych i zagranicznych.
