СОВРЕМЕННЫЕ  РАЗРАБОТКИ  В  ОБЛАСТИ  ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМЫХ  РОБОТОВ

Корнеев  Вячеслав  Викторович

магистрант  1  года  обучения,  кафедра  Электромеханики,  Новосибирский  Государственный  Технический  Университет,  г.  Новосибирск

E-mail:  heart1981@bk.ru

Вяльцев  Георгий  Бенцианович

инженер,  кафедра  Электромеханики,  Новосибирский  Государственный  Технический  Университет,  г.  Новосибирск

E-mail: 

MODERN  DEVOLPMENTS  IN  THE  FIELD  OF  REMOTE-CONTROLLED  ROBOTS

Korneev  Vyacheslav

postgraduate  student  of  1^st  year  of  study,  the  department  of  Electromechanics,  Novosibirsk  State  Technical  University,  Novosibirsk

Valtcev  George

engineer,  the  department  of  Electromechanics,  Novosibirsk  State  Technical  University,  Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Анализ  текущих  разработок  в  области  малоразмерных  телеуправляемых  роботов  для  силовых  структур.  Описываются  основные  требования  предъявляемые  к  разведывательных  роботам  и  возможные  конструкции  движителей  и  их  особенности,  влияющие  на  технико-тактические  характеристики  изделия.  Сформирована  концепция  разведывательного  робота  и  представлен  прототип.

ABSTRACT

Analysis  of  current  developments  in  the  field  of  remote-controlled  small  robots  for  law  enforcement  agencies.  paper  is  describes  the  main  requirements  to  the  robots  and  possible  design  and  motor  characteristics  affecting  the  technical  and  tactical  characteristics  of  the  product.  Formed  the  concept  of  and  a  prototype  of  the  intelligence  robot.

Ключевые  слова:  мини-робот;  телеуправляемый;  колесный;  шасси.

Keywords:  mini-robot;  remote-controlled;  wheeled;  chassis.

При  выполнение  различных  боевых  задач  все  чаще  используется  различные  технические  средства  для  уменьшения  риска  сотрудников  силовых  ведомств.  Одной  из  самых  опасных  задач,  решаемых  разведывательными,  мотопехотными  и  спецподразделениями  является  разведка  и  досмотр  различных  помещений  в  условиях  городской  застройки  (включая  частные  дома).  Во  многих  странах  мира  ведется  разработка  автономных  роботов  для  разведки  и  наблюдения  при  спецоперациях.  Применение  при  досмотровых  мероприятиях  мобильных  мини-роботов  приводит  к  уменьшению  риска  жизни  личного  состава.  Опыт,  полученный  иностранными  военными  подразделениями  в  ходе  военных  конфликтов  последнего  времени  показывает  эффективность  их  применения.

Наибольшая  активность  в  данной  области  наблюдается  в  последние  годы.  Это  обусловлено  развитием  электроники  и  техники,  уменьшением  размеров  электронных  компонентов,  ее  повсеместным  внедрением  в  различны  сферы  деятельности,  увеличением  номенклатуры  выпускаемых  изделий  и  снижения  стоимости  оборудования.  В  сумме  эти  тенденции  привели  к  тому,  что  необходимое  для  создании  различных  роботов  оборудование  стало  доступным  даже  для  частных  лиц.  Другим  важным  фактором  является  возрастающая  потребность  в  данных  устройствах.

К  автономным  телеуправляемым  роботам  предъявляется  ряд  требований,  который  определяют  их  конструкции.  Важнейшим  требованием  являются  массогабаритными  показатели.  Вес  робота  обычно  ограничивается  10—15  килограммами.  Робот  и  система  управлениями  должны  легко  транспортироваться  одним-двумя  бойцами.  Габариты  должны  позволять  роботу  проходить  между  завалами,  в  дверные  проемы  и  проломы  в  стенах.  Часто  рассматривается  возможность  заброса  робота  через  окна.  Для  достижения  необходимой  проходимости  на  мобильный  мини-робот  должен  устанавливаться  достаточно  мощный  двигатель.  Роботы  среднего  размера  должны  обладать  возможностью  транспортировать  грузы  и  переносить  различное  навесное  оборудование.  Крайне  важным  параметром  является  подвижность  модели.  Устанавливаемая  на  мини-роботы  системы  телеуправления  и  передатчики  видеосигнала  с  камер  наблюдения  должны  обеспечивать  устойчивый  сигнал  на  дистанциях  не  менее  50  метров  от  оператора  внутри  помещения  и  не  менее  километра  на  открытой  местности  [3].

Данные  характеристики  обеспечиваются  применением  композитных  материалов  корпуса  робота,  энергоэффективных  приводных  двигателей  с  большим  тяговым  усилием  и  малыми  размерами,  применением  различных  систем  движителей  (колесный  или  гусеничный).

Так  как  возможность  погибнуть  при  выполнение  разведывательной  операции  очень  высока  стоимость  мобильных  мини-робот  должна  быть  минимальной. 

В  последнее  время  широко  развивается  тенденция  создание  роботов  по  модульной  системе.  Согласно  этой  системе  для  выполнения  конкретных  задач  робот  собирается  из  нескольких  типовых  модулей,  которые  способны  работать  автономно.

Мобильным  мини-роботам  необходимо  иметь  достаточное  время  активной  работы  на  одном  заряде  аккумулятора  —  в  диапазоне  от  30  минут  до  2—3  часов  и  более  [3].  Иметь  возможность  быстрой  подзарядки  или  даже  смены  питающих  элементов,  масса  аккумуляторов  должна  при  этом  быть  минимальной.

Для  повышения  живучести  роботов  разведчиков  возможно  применение  бронированного  корпуса.  Однако  данное  усовершенствование  приводит  к  увеличению  массогабаритных  и  стоимостных  характеристик  модели,  что  не  удовлетворяет  запросам  потребителей  и  не  приводит  к  значительному  повышению  работоспособности.  Поэтому  чаще  всего  корпус  робота  защищает  только  от  падения  и  воздействия  внешней  среды.

Наибольшее  количество  разработок  мини-роботов  разведчиков  ведется  в  США.  Лидирующими  компаниями  являются  iRobot,  QinetiQ  и  Boston  Dynamics.  Их  разработки  ведутся  в  тесном  сотрудничестве  с  армией  и  при  непосредственном  финансирование  со  стороны  государственного  департамента  США.  Компания  iRobot  одной  из  первых  начала  разработки  роботов  разведчиков.  Большое  количество  ее  роботов  используется  в  различных  странах  мира.  Компания  производит  гусеничные  роботы,  обладающие  довольно  неплохой  проходимостью  и  тяговыми  характеристиками,  но  при  этом  используется  система  с  внешней  гусеницей,  более  сложная  в  эксплуатации  по  сравнению  с  колесной. 

Компания  QinetiQ  производит  мини-роботы,  которые  могут  оснащаться  как  гусеничным,  так  и  колесными  движителями.  Разработка  ведется  совместно  с  Национальным  исследовательским  техническим  центром  робототехники  (National  Robotics  Engineering  Center)  и  Университетом  Карнеги-Меллона  (США)  [2]. 

Компания  Boston  Dynamics  производит  шагающих  роботов,  но  их  использование  затруднительно  из-за  высокой  массы  и  не  достаточно  хорошей  проходимости,  и  заметности  ввиду  большой  высоты.  Кроме  того  в  них  применяется  сложная  кинематическая  схема  и  система  управления.  Одна  из  последних  разработок  компании  Boston  Dynamics  является  колесный  мини-робот  разведчик  с  функцией  прыжка  [1].

Рисунок  1.  Робот  Рackbot  производства  фирмы  iRobot  США

Рисунок  2.  Робот  BigBog  производства  компании  Boston  Dynamics

Одним  из  лидеров  в  разработки  и  проектирование  мобильных  роботов  разведчиков  является  израильская  компания  ODF  Optroncs.  Данная  компания  производит  робота  EyeDrive.  Этот  робот  компактен,  может  выдерживать  заброску  и  падение,  быстро  приходит  в  рабочее  состояние,  имеет  малую  массу.  Однако  как  и  других  иностранных  разработок  имеет  значительную  стоимость.  Близок  по  характеристикам  к  роботу  EyeDrive  является  разработка  швейцарской  фирмы  Macroswiss  под  названием  SpyRobot  4WD.

В  России  главным  разработчиком  роботов  для  военного  применения  является  НИИ  СМ  при  МГТУ  им.  Н.Э.  Баумана.

Авторами  данной  публикации,  коллективом  кафедры  ЭМ  НГТУ  ведется  работа  по  созданию  собственного  робота  разведчика  условно  наименованного  Еж.

В  таблице  1  приведены  характеристики  различный  роботов  по  материалам  [1]  и  других  источников.

Таблица  1. 

Характеристики  некоторых  мини-роботов

Как  видно  из  приведенной  таблицы  наиболее  часто  для  мобильных  мини-роботов  используется  колесные  движители,  обеспечивающие  минимальные  массогабаритные  показатели  и  высокие  скоростные  показатели.  Малая  масса  позволяет  легко  переносить  робота-разведчика  силами  одного  человека.  Малые  габариты  позволяет  легко  транспортировать  робот.  Для  увеличения  площади  соприкосновения  колес  и  поверхности  могут  использоваться  различные  конфигурации,  количества  колес  и  конструкции  шин.  Применение  колес,  заполненных  воздухом  или  с  мягким  внешнем  слоем,  позволяет  повысить  поверхность  контакта  с  различными  поверхностями  и  при  преодоление  различных  препятствий,  отказаться  от  применения  подвески  на  модели.  Отказ  от  подвески  значительно  упрощает  и  удешевляет  конструкцию  мобильного  мини-робота,  что  положительно  сказывает  на  конечной  стоимости  робота,  на  его  ремонтопригодности  и  простоте  сборки,  увеличивает  внутренние  пространство  для  установки  более  мощных  моторов  или  дополнительного  оборудования  [4].  При  использование  гусениц  возникает  необходимость  применения  подвески  катков  для  сохранения  постоянного  достаточного  контакта  траков  гусениц  с  поверхностью,  особенно  при  преодоление  препятствий  и  движению  по  неровной  поверхности.  Гусеничная  система  увеличивает  массу  и  габариты  робота,  усложняет  конструкция. 

Именно  поэтому  при  проектирование  дистанционно  управляемой  машины  на  кафедре  электромеханика  (ЭМ)  НГТУ  было  принято  решение  строит  ее  на  колесном  шасси.  В  качестве  базы  для  разработки  НГТУ  была  выбрана  6-ти  колесная  схема  с  независимым  приводом  каждого  колеса.  Корпус  робота  вместе  с  колесами  имеет  габариты  300х230х150  мм.  В  разработке  технического  задания  робота  принимали  участие  представители  отряда  «Антитеррор»  УФСБ  Новосибирской  области.  Согласно  техническому  заданию  перед  роботом  не  ставится  задача  преодолевать  препятствия  высотой  более  15  см  и  производить  подъем  по  лестнице.  Это  условие  позволило  укоротить  колесную  базу,  сделать  робот  легче  и  существенно  дешевле,  отказавшись  от  использования  гусениц.  Управление  роботом  осуществляется  дистанционно  по  радиоканалу  с  переносного  пульта  управления.  Робот  оснащен  тремя  камерами,  работающими  через  два  независимых  разнесенных  по  частоте  радиоканала.

В  мае  2013  г.  прототип  Еж  02  прошел  первые  испытания  на  региональных  сборах  отрядов  специального  назначения.  Прототип  успешно  выполнил  поставленные  задачи  и  заслужил  одобрение  со  стороны  сотрудников  силовых  структур.

Список  литературы:

1.Васильев  А.В.  Мобильные  мини-роботы  разведки:  текущее  состояние  характерные  черты  и  общие  тенденции  развития  //  Известия  ЮФУ.  Технические  науки  Тематический  выпуск.  2010.  —  С.  119—123.

2.Семенов  А.Г.,  Солонович  А.А.,  Элизов  А.Д.  Мобильные  роботы:  проект  робота  «Квадрокластер»  для  спецопераций  //  Научно  технические  ведомости  СПБГПУ  2005.  —№  39  —  С.  200—208.

3.Семенов  Д.К.  Дистанционно  управляемый  мобильный  робот,  видеокамера  мобильного  робота,  звукоприемная  система  самонаведения  мобильного  робота,  сферическая  граната  //  Патент  на  изобретение  №  2473863  РФ.

4.Цюй  Дуньюэ.  Разработка  динамической  модели  для  управления  колесными  роботами  //  Техника  и  технология  2012.  —  №  2  —  С.  6—11.