Рубрики

вторник, 2 апреля 2019 г.

ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ



«Удар» – многофункциональный робототехнический комплекс.





 Дистанционно-управляемый робототехнический комплекс разминирования «Проход».


Варабин Денис Александрович, канд. техн. наук, заместитель генерального ди­ректора - руководитель проектов, Россия, Ковров, АО Всероссий­ский научно-исследовательский институт «Сигнал»

Показаны актуальность проблемы и основные способы создания робототех­нических комплексов (РТК) - разработка новых или роботизация существующих образ­цов. АО «ВНИИ «Сигнал» следует второму способу. Приведены работы предприятия по созданию РТК. Показан подход к проектированию РТК, в основе которого лежит идея создания и применения комплекта роботизирующего оборудования, позволяющего модернизировать образцы колесной и гусеничной техники путем дооснащения их ука­занным комплектом. Также приведено описание уникальной технологической компе­тенции предприятия, которая сформулирована как «разработка и производство ком­плектов навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объек­тов». Показана структура компетенции.

Введение. На протяжении последних двадцати лет мирового разви­тия вооружения и военной техники (ВВТ) проблема их роботизации не только приобрела роль ключевого научно-технологического направления, но и стала одним из центральных звеньев в новых концептуальных подхо­дах к формированию вооруженных сил, способам их боевого применения, развитию средств вооруженной борьбы и средств обеспечения. Данная формулировка в полной мере справедлива и для других силовых ведомств, в том числе и в гражданской области, развитие специальной техники кото­рых немыслимо без широкого использования технологий робототехники.


Как показывает отечественный и зарубежный опыт создания пер­спективных образцов подвижной техники, непременным и обязательным условием успешного развития средств робототехники является своевре­менное создание научно-технического задела, являющегося базой для но­вых разработок и производства как совокупность потенциальных иннова­ций, которые могут обеспечить создание перспективных робототехниче­ских комплексов. Внедрение подобных инноваций позволяет обеспечить решение принципиально новых военно-технических и специальных задач и существенный прирост тактико-технических характеристик робототех­нических комплексов. Научно-технический задел в области робототехники можно трактовать как совокупность потенциальных инноваций (или ново­введений), которые при определенных условиях (наличие соответствую­щих решений органов государственного и военного управления, производ­ственные и экономические возможности как государства в целом, так и от­дельных предприятий и др.) могут обеспечить создание перспективных робототехнических комплексов (РТК) военного, специального и граждан­ского назначения [1 - 5, 9 - 16]. Внедрение подобных инноваций позволяет обеспечить решение принципиально новых военно-технических и специ­альных задач и существенный прирост тактико-технических характеристик вооружения, военной, специальной и гражданской техники.

1. Подход к проектированию робототехнических комплексов
На текущий момент существует два направления создания робото­технических комплексов [6 - 8], как в России, так и за рубежом:
- разработка «с нуля» робототехнических комплексов для выполне­ния различных задач, включая разработку целевой нагрузки и шасси;
- создание унифицированных комплектов (модулей) аппаратуры дистанционного управления для установки на штатные образцы колесной и гусеничной техники с целью их безэкипажного применения при выпол­нении широкого круга задач.
Подход к проектированию робототехнических комплексов основы­вается на опыте АО «ВНИИ «Сигнал», полученном при создании робото­технических комплексов военного и гражданского направления. В настоя­щее время данному направлению на предприятии ведутся в следующие виды работ по созданию:
  1. робототехнических систем;
  2. робототехнических комплексов для медицинских служб;
  3. дистанционно-управляемых робототехнических комплексов раз­минирования;
  4. пункта дистанционного управления специальными пожарными машинами тяжелого класса;
  5. робототехнических комплексов на базе гусеничных бронирован­ных машин;
  6. мобильных биоморфных робототехнических комплексов;
  7. гражданского робототехнического комплекса на базе колесного шасси и др.
В основе подхода к проектированию лежит идея создания и приме­нения дополнительного комплекта роботизирующего оборудования, кото­рый позволит модернизировать образцы колесной и гусеничной техники гражданского, военного, специального и двойного назначения путем доос- нащения их указанным комплектом роботизирующего оборудования. Кро­ме того, подход включает системную интеграцию элементов комплекта оборудования индивидуально для каждого типа роботизируемого объекта. При этом устанавливаемый комплект роботизации не отменяет первона­чальный (штатный) вариант управления образцом.
Удаленное управление робототехническим образцом, в зависимости от сложности выполняемых операций, может осуществляться с одного или нескольких автоматизированных рабочих мест. В условиях невозможности удаленного управления роботом (потеря управления по каналам связи, ограничения на их применение и др.) комплект роботизирующего обору­дования позволит выполнять задачи автономного управления роботом, в т.ч. с обнаружением, идентификацией и объездом препятствий.
В общем виде комплект роботизирующего оборудования является основной составной частью системы управления робототехническим ком­плексом. В состав системы управления также включаются такие устрой­ства удаленного управления, как пульты и пункты управления.
Подход к проектированию робототехнических комплексов также может быть представлен и со стороны описания уникальной технологиче­ской компетенции (УТК) АО «ВНИИ «Сигнал», которая сформулирована как «разработка и производство комплектов навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объектов».
В соответствии с методикой выявления и описания УТК определен продукт-лидер - комплект навесного и встраиваемого оборудования для автоматизации и роботизации технических объектов с сохранением ручно­го режима управления. На основе этого сформулирована УТК верхнего уровня, которая описана как «разработка и производство комплектов навесного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объектов». Определены ключевые элементы продукта-лидера, которые обеспечивают ему достижение высоких технических характеристик. В со­став ключевых элементов включены:
  • электронные и электрические блоки управления, коммутации и сопряжения;
  • вычислительная аппаратура, аппаратура электроснабжения, нави­гации и ориентирования;
  • электро- и гидроприводы;
  • математический и алгоритмический аппараты;
  • пункты управления.

Результаты анализа выполнения задач роботизации
Что умеем делать (задача)
Объект
Принцип действия (технический / технологический)
Возможные направления новых применений УТК
Создание алгоритмов управления движени­ем (боевого модуля, тралящего оборудова­ния и др.)
Робототехнический
комплекс
За счет:
анализа функций и задач при­менения;
применения системного подхо­да и математического аппарата
Обеспечение режимов дистанци­онного, автономно­го и экипажного управления по­движных механиз­мов;
автоматизация части действий и упрощение эки­пажного (штатного) режима управления подвижных меха­низмов.
В частности:
роботизация и ав­томатизация объек­тов кранового и башенного обору­дования, насосных и перекачивающих станций, очистных сооружений, печей, конвейерных ли­ний, скипового оборудования, за­слонок, задвижек и
др.;
роботизация и автоматизация су­ществующих пер­спективных образ­цов колесной и гу­сеничной техники и других видов транспортных средств, в том чис­ле спецтехники, метрополитена, а также при проведе­нии их модерниза­ции
Формирование допол­нительной информа­ции (температуры, дав­ления, параметров элек­тропитания, препят­ствия, опорной прохо­димости)
Внутреннее и внеш­нее состояния объек­та
За счет:
создания математического и ал­горитмического аппарата обработки данных;
интеграции дополнительных датчиков и сенсоров;
создания и применения блоков получения и обработки данных
Дистанционное управление электро­оборудованием (управ­ление выключателями, кнопками, работой электроагрегатов, счи­тывание данных спидо­метра, тахометра и др.)
Подвижный образец военной техники
За счет:
создания математического и ал­горитмического аппарата;
формирования, считывания и обработки электрических сигналов;
стыковки к информационным сетям (при наличии);
стыковки к бортовой электросе­ти;
считывания и формирования электрических сигналов;
создания и применения блоков управления и коммутации
Управление исполни­тельными элементами
(трансмиссии, силовой установки, коробками отбора мощности и др.)
Подвижный образец военной техники
За счет создания:
математического и алгоритми­ческого аппарата управления при­водами;
блоков управления;
и применения приводов и мехатронных устройств.
Создание дополни­тельно используемых (вспомогательных) подсистем
(для обеспечения ди­станционного и авто­номного управления)
Робототехническое
средство
За счет создания:
математического и алгоритми­ческого аппарата;
центральной вычислительной системы;
системы навигации и ориенти­рования;
системы видеообзора;
системы управления целевой нагрузкой;
системы энергоснабжения и др.
Создание пунктов управления
(подвижных, носимых, переносных)
Робототехнические
средства
За счет анализа:
перечня функций для контроля и управления;
конструктива пункта и способов управления






Умение и способность создавать продукты, аналогичные ключевым элементам, наряду с компетенцией разрабатывать и производить высоко­качественный продукт верхнего уровня (комплекты навесного и встраива­емого оборудования для роботизации подвижных объектов), составляют продуктовые УТК.

Данные компетенции базируются на «процессных» компетенциях более низких уровней, которые могут иметь более широкое применение. Их выявление начинается с анализа задач, которые были поставлены в ТЗ на разработку продукта-лидера, его ключевых элементов и способов реше­ния проблем, с которыми столкнулись при выполнении ТЗ. Результаты проведенного анализа представлены в таблице.
Структура УТК, отражающая уровни иерархичности и показываю­щая направления диверсификации, представлена на рисунке.

Заключение. Анализ имеющейся информации показывает, что ве­дущие зарубежные страны уделяют развитию военной робототехники большое внимание. Выводы о необходимости внедрения роботизации в полной мере справедливы и для направления гражданского машинострое­ния.
В статье рассмотрен подход предприятия к проектированию РТК, в основе которого лежит идея создания и применения комплекта роботизи­рующего оборудования, позволяющего модернизировать образцы колес­ной и гусеничной техники путем дооснащения их указанным комплектом. Также приведено описание уникальной технологической компетенции, ко­торая сформулирована как «разработка и производство комплектов навес­ного и встраиваемого оборудования для роботизации подвижных объек­тов». Кроме того, даны структура компетенции и результаты анализа вы­полнения задач роботизации, связанных с роботизацией образцов колесной и гусеничной техники.

Список литературы
  1. Каляев И.А., Рубцов И.В. Боевым роботам нужна программа // Национальная оборона. 2012. № 8 (77). С. 34 - 48.
  2. Unmanned Ground Systems Roadmap // Robotics Systems Joint Pro­ject Office, 2011.
  3. Интеллектуальные системы автоматического управления / под ред. И.М. Макарова, В.М. Лохина. М.: Физматлит, 2001. 576 с.
  4. Интеллектуальные роботы / под ред. Е.И. Юревича. М.: Машино­строение, 2007.
  5. Лапшов В.С., Носков В.П., Рубцов И.В. Опыт создания автоном­ных мобильных робототехнических комплексов специального назначения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. «Специальная робототехника и ме- хатроника», 2011. С. 7 - 24.
  6. DARPA Программа 2015 // mipt.ru: сайт МФТИ [Электронный ре­сурс] URL:            http://mipt.ru/education/chairs/theor cybernetics/government/ upload/3af/Program darpa2015 rus.pdf (дата обращения: 10.12.2018).
  7. A Roadmap for U.S. Robotics - 2013. Mode of Access: [Электрон­ный ресурс] URL: https://robotics-vo.us/sites/default/files/2013%20 Robot- ics%2 0Roadmap-rs.pdf (дата обращения: 10.12.2018).
  8. Родионов В.В. Филиппов С.И. Варабин Д.А. Унифицированная система управления робототехническими комплексами // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Перспективные системы и за­дачи управления». Ростов-на-Дону. 2018. № 1 (195). С. 128 - 140.
  9. Каляев И.А., Шеремет И.А. Военная робототехника: выбор пути // Избранные Труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2015. Т. I. C. 161 - 163.
  10. Рубцов И.В. Вопросы состояния и перспективы развития отече­ственной наземной робототехники военного и специального назначения // Избранные труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2015. Т. II. C. 64 - 70.
  11. Проблемы развития роботизированного вооружения Сухопут­ных войск / И.Б. Шеремет, В.С. Рудианов, А.В. Рябов, В.С. Хрущев // Из­бранные труды Всероссийской научно-практической конференции «Пер­спективные системы и задачи управления». 2015. Т. II. C. 71 - 73.
  12. Проблемы роботизации ВВТ в части наземной составляющей / В.Б. Кудряшов, В.С. Лапшов, В.П. Носков, И.В. Рубцов // Избранные тру­ды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2015. Т. II. C. 74 - 76.
  13. Наговицин А.И., Севрюков А.Г. Робототехнические комплексы военного назначения, опыт и перспективы их применения в РВиА СВ // Избранные труды Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». 2016. Т. I.
  14. Буренок В.М. Системное проектирование развития вооружения и военной техники // Военная мысль. 2004. № 6.
  15. Буренок В.М. Развитие системы вооружения и новый облик ВС РФ // Защита и безопасность. 2009. № 2.
  16. Бой в городе. Боевые и обеспечивающие роботы в условиях ур­банизированной территории / В.С. Лапшов, В.П. Носков, И.В. Рубцов, Н.А. Рудианов, А.В. Рябов, В.С. Хрущев // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. № 3 (116). C. 142 - 146.


Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 1

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Follow by Email