Система управления обеспечивает управление движением и работой технологического оборудования, а также адаптивное управление ходовой частью и энергетической установкой с учетом взаимодействия транспортной системы с окружающей средой.

Система управления движением должна также обеспечивать планирование движения в недетерминированных условиях на основе картографической базы, с учетом непрерывно поступающей информации в систему управления от технических органов чувств и навигационной системы.

Сложность системы управления определяется сложностью решаемой задачи, степенью неопределенности внешней среды и требуемой степенью автономности робота.

Именно развитие систем управления определяет развитие робототехнических комплексов в целом, и, в частности, легло в основу классификации мобильных роботов по поколениям. В общем случае система управления содержат три уровня управления: верхний (стратегический), средний (тактический) и нижний (исполнительный), которые имеют встроенные механизмы адаптации, работающие на основе оценки качества реализации планов различного уровня в реальном физическом мире. Организация взаимодействия уровней управления должна позволять принимать решение на том уровне, который в данный момент обладает наиболее достоверной информацией, без передачи управления на более высокий уровень.

Человек (оператор) является в настоящее время неотъемлемой частью системы управления. Функции человека в системе управления определяют ее сложность.

В роботах первого поколения оператор активно участвует в управлении мобильным роботом на всех трех уровнях, вплоть до непрерывного ручного управления исполнительными механизмами. Это упрощает конструкцию системы управления, но усложняет работу оператора. Основные недостатки дистанционного управления обусловлены наличием телевизионного и радиоканалов связи, их невысокой помехозащищенностью, невозможностью сохранять режим радиомолчания, опасностью неожиданного прекращения связи в зонах радиотени.

В роботах второго поколения управление нижнего уровня возложено на бортовую систему управления роботом. Общим для роботов второго поколения является использование обратной связи как в соответствии с текущим состоянием робота, так и в соответствии с состоянием внешней среды.

Третье поколение роботов оставляет человеку только стратегический уровень: система общения с оператором сводится к выдаче задания и принятию отчета о его выполнении. Платить за облегчение жизни оператора приходится весьма дорого: автоматическая система должна обладать универсальностью, гибкостью и широтой возможностей естественного интеллекта. При этом любая решаемая системой искусственного интеллекта дополнительная задача, а тем более класс задач или ситуаций, требует не только разработки специальных алгоритмов решения, но и специализированных технических средств - новых технических органов чувств, спецвычислителей и исполнительных органов, т.е. каждая такая задача представляет собой сложную научно-технологическую проблему.

1.3 Мобильные роботы специального назначения

Мобильные роботы специального назначения применяются при проведении взрывотехнических работ и антитеррористических операций, а также при охране важных объектов.

При этом применение роботов возможно для решения следующих тактических задач [8]:

- при проведении взрывотехнических работ:

1) поиск и диагностика взрывных устройств;

2) уничтожение или эвакуация взрывных устройств;

3) расснаряжение или обезвреживание взрывных устройств;

4) проведение химической и радиационной разведки объектов и территорий;

- при проведении антитеррористических операций:

1) постановка радиоэлектронных помех, дымовых и специальных завес;

2) доставка и применение спецсредств нелетального действия;

3) скрытое проникновение на захваченные и охраняемые объекты;

4) ведение радиоэлектронной аудио- и видеоразведки объектов и территорий;

5) разрушение преград (двери, стены);

6) ведение отвлекающего огня, выявление огневых точек противника;

- при охране объектов:

1) патрулирование территории или периметра объекта;

2) пресечение попыток проникновения на объект;

3) нейтрализация нарушителей.

Указанные операции проводятся на разных объектах и в разнообразных условиях:

- на объектах общественного транспорта (городской транспорт, железнодорожный, авиационный, морской, автомобильный);

- в местах проживания и жизнедеятельности людей (квартиры, дома, офисы и др.);

- на промышленных объектах (объекты химической промышленности, ядерного технологического цикла и пр.);

- на объектах городской инфраструктуры (канализация, теплостанции, водопровод и т.п.);

- на открытой местности, на сильно пересеченной местности, в лесах и т.д.

Специфика операций, условия эксплуатации и функциональное назначение мобильного робота определяют его конструктивные особенности, степень сложности системы управления, массогабаритные характеристики и состав специального оборудования.

К мобильному роботу предъявляются следующие общие требования:

- робот должен иметь высокие подвижность и проходимость в городских условиях, внутри зданий и сооружений, в зонах разрушений, на пересеченной местности, как на твердых гладких покрытиях, так и на деформируемых грунтовых основаниях;

- робот должен надежно действовать как в неподготовленных естественных условиях, так и в среде, специально приспособленной для обитания человека (внутри домов, в транспортных коммуникациях), вписываться в городские транспортные потоки или двигаться в составе транспортных колонн;

- конструкция робота должна обеспечивать его высокую мобильность и быстрое развертывание при выполнении спецопераций.

Для выполнения вышеуказанных задач спецподразделения имеют следующие основные группы мобильных роботов:

- мобильный робототехнический комплекс (МРК) - универсальные наземные роботы, предназначенные для действий на объектах транспорта, промышленности, городской инфраструктуры и т.д., на открытой слабопересеченной местности;

- малогабаритный дистанционно пилотируемый летательный аппарат (МДПЛА) - воздушный робот для проведения разведки на открытой местности, сильно пересеченной местности, в горах, в городе;

- специальные робототехнические комплексы - роботы, способные перемещаться по вертикальным и наклонным поверхностям промышленных объектов и транспортных средств, а также в трубопроводах и узких местах.

Мобильные робототехнические комплексы применяются при:

- боевом обеспечении спецопераций (заградительный огонь, разведка боем, разрушение заграждений и т.п.);

- проведении разведки;

- проведении взрывотехнических работ (поиск, извлечение, транспортирование и обезвреживание или уничтожение взрывоопасных предметов и неразорвавшихся боеприпасов);

- обеспечении безопасности важных объектов.

По массе (и, следовательно, мобильности) и основному назначению МРК можно разделить на 4 группы:

- сверхлегкие, массой до 35 кг (рис. 1.2);

- легкие, массой до 150 кг;

- средние, массой до 800 кг;

- тяжелые, массой свыше 800 кг.

Мобильный робот МРК-01 предназначен для проведения инспекционных проверок, поиска и уничтожения взрывоопасных предметов, имеет массу 20 кг, поэтому относится к классу сверхлегких МРК. Он имеет следующие технические характеристики: габаритные размеры - 0,570,480,21 м; скорость передвижения - 0-2,5 км/ч; трансмиссия - электромеханическая; движитель - колесный.

В мировой практике наибольшее развитие получили сверхлегкие, легкие и робототехнические комплексы первых трех групп. Это обусловлено их маневренностью, возможной быстрой технической адаптацией к конкретному виду проводимой операции или выполняемых работ, а также относительно небольшими материальными и экономическими затратами на их производство и эксплуатацию. Основное назначение этих роботов - охрана помещений важных объектов, борьба с террористическими акциями, поиск и обезвреживание взрывоопасных предметов.

Изначально заложенный в конструкцию большинства роботов модульный принцип позволяет создавать многофункциональные комплексы, используя единую транспортную систему в качестве базовой и формируя рабочую систему при установке сменного вооружения или рабочего оборудования и требуемой системы управления.

Для роботов массой до 800 кг разрабатываются оригинальные специализированные транспортные модули. Так робот МРК-25, показанный на рисунке 1.2, имеет конвертируемую ходовую часть. Складывание гусеничного обвода дает возможность роботу маневрировать в стесненных условиях (например, разворачиваться на лестничных площадках) и обеспечивает перевозку робота в джипе или микроавтобусе. Этот робот имеет массу 186 кг; габаритные размеры - 0,950,650,9 м; скорость передвижения - 0-1,1 км/ч; радиус действия - 100 м; грузоподъемность манипулятора - 12 кг; усилие захватывания захватного устройства - 200 Н.

Рисунок 1.2 - Мобильный робототехнический комплекс МРК-25 (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Более тяжелые робототехнические системы используют в качестве базовых шасси серийно выпускаемые образцы военной и гражданской транспортной техники. Робот ETODS (США, ОАО) выполнен на базе погрузчика типа “Bobcat” (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 - Транспортное средство роботизированной системы разминирования ETODS

Конструктивно универсальные мобильные роботы представляют собой малогабаритные самоходные средства, оснащаемые разведывательной аппаратурой, набором сменного рабочего оборудования и инструмента [9]. Рассчитаны на дистанционное управление оператором, ведущим наблюдение непосредственно или с помощью телевизионной камеры. В состав установленных на роботах комплексов приборов и оборудования входят:

- телевизионная аппаратура (на современных образцах, как правило, цветного изображения), включающая телевизионные камеры (до четырех единиц) и портативные мониторы, по которым оператор ведет наблюдение за местностью и управляет работой машины;

- осветительные средства (прожекторы) для подсветки при действиях в темное время суток и низких уровнях освещенности;

- манипуляторы для захвата, перемещения и транспортирования объектов;

- портативная рентгеновская аппаратура для обследования на месте обнаруживаемого объекта и определения степени его опасности;

- оборудование для уничтожения на месте взрывоопасных предметов (наибольшее распространение получили гидродинамические разрушители, используемые для уничтожения самодельных взрывных устройств в неметаллических оболочках, ацетиленовые горелки для сжигания неметаллических мин и гладкоствольные ружья для стрельбы тяжелыми пулями-болванками);

- набор инструмента для разборки, отделения или вывода из строя отдельных компонентов обнаруженного боеприпаса в целях его нейтрализации;

- набор стетоскопов для прослушивания работы часовых механизмов взрывателей замедленного действия, а также зеркал для обследования отдельных компонентов подозрительного объекта, расположенных в труднодоступных местах.

Сами машины выполняются на шасси из алюминиевых сплавов и легированной стали с колесной, гусеничной или сменной (быстро заменяемой с колесной на гусеничную и обратно) ходовой частью. На шасси смонтирован полноповоротный (как правило) манипулятор, приспособленный для установки сменного рабочего оборудования, аппаратуры или инструмента. В качестве энергетической установки чаще всего служат электрические аккумуляторы, их емкости обычно достаточно для работы в течение нескольких часов, однако возможно применение двигателя внутреннего сгорания или питание от внешнего источника электроэнергии. При использовании аккумуляторов привод ходовой части машины и рабочего оборудования обычно электромеханический, а двигателя внутреннего сгорания - гидравлический. Дистанционное управление работой машин осуществляется по радио (на дальности до 4000 м), по волоконно-оптической линии связи (на расстоянии до 400 м), либо по кабелю (на расстоянии до 100 м).

Малые масса и габариты дистанционно управляемых машин допускают их перевозку к месту выполнения работ легкими транспортными средствами, а их выгрузка и погрузка производятся по легким аппарелям своим ходом. Низкое расположение центра тяжести и наличие легких гусениц позволяют машине преодолевать крутые подъемы и спуски, в том числе лестничные марши, проникать в небольшие помещения и работать на весьма ограниченной площади.

Малогабаритные дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА) появились в начале 80-х годов [10]. Это был новый класс беспилотных разведчиков. Пионерами в этой области стали израильтяне, первыми создавшие и с большим успехом применившие миниДПЛА в ходе боев с Сирией в долине р. Бекаа (Южный Ливан) в 1982 г. Вслед за Израилем к работам в этом направлении приступили СССР, США, Великобритания, Франция, Италия, Канада, Китай, Ирак и другие страны, как обладающие развитой авиапромышленностью, так и имеющие лишь авиаремонтную базу.

Страницы: 1, 2, 3