Статья опубликована в рамках: LXIV Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 12 апреля 2018 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Технологии

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Cавин И.М. РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОНОМНОСТИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXIV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 4(63). URL: https://sibac.info/archive/technic/4(63).pdf (дата обращения: 22.09.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОНОМНОСТИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Cавин Иван Михайлович

студент Национального исследовательского Московского государственного строительного института НИУ МГСУ,

Россия, г. Москва

Научный руководитель Савин Михаил Валерьевич

Опыт применения робототехнических комплексов (далее – РТК) пожарными и спасательными подразделениями при ликвидации последствий ЧС, и другими специальными и силовыми подразделениями наряду с новыми вызовами и угрозами в области национальной безопасности, диктует и определяет наиболее важные направления дальнейшего совершенствования и развития «безлюдных» технологий. В настоящее время по сути РТК – это машина, которая дистанционно управляется человеком, и не соответствует общепринятым определениям о роботе. Робот (чешский robot, от robota — подневольный труд) — автоматическое устройство с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которое частично или полностью выполняет функции человека при взаимодействии с окружающим миром [1].

В первую очередь РТК специального назначения наиболее востребованы для решения следующих задач: поиск опасных веществ, пожаротушение, контейнирование радиоактивных материалов, специальные работы при обращении с опасными грузами, работа с взрывоопасными предметами.

Особенности и специфика применения РТК специального назначения обусловлены рядом существенных условий: малые радиусы действия технологического оборудования (от нескольких миллиметров до десятков метров, т.е. работа манипулятором, подача тушащих веществ и т.п.); низкая динамичность движения шасси (до 5÷10 км/ч); высокая точность позиционирования технологического оборудования (при взятии проб грунта, контейнировании опасных грузов и т.п.); работа в условиях плохого приема или отсутствия сигналов (применение РТК внутри зданий, сооружений, завалов, шахт и т.д.).

Наиболее важной функцией автономности:

- на функциональном уровне является реализация возможности вывода РТК на рубеж оптимального и эффективного применения технологического оборудования (по мощности теплового потока определяется наиболее интенсивный источник излучения, по уровню ɣ-излучения – наиболее мощный радиоактивный источник);

- на технологическом уровне обязательным элементом автономности является функция обхода препятствия, движение по заранее выбранному маршруту, возвращение в точку уверенного приема сигналов управления при потере связи.

Для развития автономности РТК необходимо создавать системы технического зрения (далее – СТЗ).

Основная задача СТЗ при реализации автономности РТК пожаротушения – это устойчивая работа в условиях задымления пространства по выявлению максимального очага горения на фоне очагов пожаров и формирование достаточного сигнала для автоматического удержания направления на максимальный очаг горения. При этом СТЗ является основным органом в контуре системы управления (обеспечение данными исполнительные механизмы - в частности лафетный ствол, подающий тушащие вещества в очаг горения). Оператор при необходимости может вмешаться в процесс пожаротушения, проходящий в автономном режиме [2].

Так, например, к СТЗ РТК пожаротушения предъявляются следующие основные технические требования: матрица фотоприемного устройства формата не менее 320×240 элементов; работа в видимом диапазоне с распознаванием фигуры стоящего человека на дальности не менее 300 м; работа в ИК ближнего диапазона с распознаванием фигуры стоящего человека на дальности не менее 200 м.

Основная доля информации поступает в СТЗ путем приема и обработки отраженного от объектов излучения электромагнитных волн. Для их приема в оптическом диапазоне обычно применяют видеокамеры. Наряду с хорошо известным достоинством данных устройств, таким как разрешающая способность, они все же не обеспечивают нас необходимым объемом информации, имеют низкую помехозащищенность. С помощью обычных видеокамер очень трудно или невозможно оценить дистанцию до объекта и его истинные размеры. Это обусловлено тем, что отраженные электромагнитные колебания некогерентные и выделить «допплеровское» изменение частоты невозможно. Работа видеокамер невозможна при отсутствии света, и сильно затруднена в тумане, дыме или огне.

Возможность использования ближнего ИК-диапазона для получения изображений в условиях тумана, задымленности и запыленности обусловлена относительно невысоким рассеянием излучения указанного диапазона на частицах с размерами, характерными для частиц, образующих туман, дым и пыль. Указанное явление в какой-то степени аналогично рассеянию солнечного света в атмосфере: в видимом диапазоне длинноволновое излучение в атмосфере рассеивается слабее коротковолнового.

Матрицы на InGaAs могут работать с относительно недорогими термоэлектронными охладителями и поэтому могут иметь относительно низкую стоимость и хорошие весогабаритные характеристики. Средний ИК-диапазон является тепловизионным, поэтому изображение может получаться в полной темноте, почему тепловизоры иногда называют приборами ночного видения.

Для расширения возможностей технического зрения переходят в инфракрасный диапазон и применяют специальные приборы, более известные как тепловизоры. Их принцип действия основан на преобразовании инфракрасного излучения в электрический сигнал, который усиливается и воспроизводится на экране монитора. Все тепловизоры действуют на основе фиксирования разницы температуры у объектов, и конвертации полученных данных в изображение, которое способен увидеть человеческий глаз. Современные тепловизоры способны заметить едва уловимый перепад температур (объект-фон), который составляет 0,05 – 0,1 К. Тепловизор может даже при пониженной прозрачности атмосферы, то есть при дожде, пыли, снегопаде и сильной дыме, обеспечить в любое время суток большую дальность видения. Основные рабочие диапазоны тепловизионной аппаратуры охватывают следующие области длин волн: 8÷14 мкм – область далекого ИК излучения и 3÷5,5 мкм – среднего ИК. Именно в этих областях приземные слои атмосферы прозрачны для ИК излучения, а излучательная способность наблюдаемых объектов с температурой от минус 50 ºС до плюс 500 ºС максимальна. Детекторы тепловизоров, работающие в диапазонах 3-3,5 мкм и 8-14 мкм имеют максимальную чувствительность и рабочий диапазон температур. Особую актуальность в последние годы приобрели так называемые много спектральные тепловизионные системы. Они сочетают в себе высокую чувствительность обычных тепловизоров с крайне высокой помехозащищенностью, возможностью работы в очень жестких температурных и фоновых условиях. Основным и главным недостатком тепловизоров является большая цена, так как 90 % стоимости прибора составляет его основные элементы, такие как матрица и объектив. Для создания систем управления необходима разработка специализированных систем многоспектрального технического зрения с учетом специфики отраслей их применения. С одной стороны, это видеонаблюдение в условиях слабой освещенности, запыленности, задымления, тумана, распознавание теплового излучения объектов при наличии температурных помех при пожаре. С другой стороны, это распознавание образов и неионизирующий контроль.

Российский рынок роботизированных технологий пока очень молод и находится в начальной стадии развития. Поэтому необходимо развивать автономность робототехнических комплексов, которые можно будет применять не только в РТК специального назначения, но и в так называемых общепромышленных и бытовых роботах [3].

Преимущества от перехода на роботизированные технологии неизбежно выведут многие наши предприятия на новый технологический уровень, повысят качество выпускаемой ими продукции, производительность и гибкость производственных процессов.

 

Список литературы:

  1. Современный толковый словарь русского языка Т.Ф. Ефремовой.
  2. С.Е. Симанов, С.Г. Цариченко, Е.В. Павлов, С.С. Воевода Направления реализации функций автономности в робототехнике специального назначения ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2016.
  3. С.Г. Цариченко, М.В. Савин, И.А. Пеньков и др. Отчет о НИР «Сопровождение – РТС», ФГБУ ВНИИПО МЧС России, 2015.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий