«Уран-9» көпфункционалды роботтық кешені
Жердегі мобильді роботтық жүйелердің (SMRK) технологиясы, дамуы, қазіргі жағдайы мен болашағы
Әсіресе қалалық соғыс пен асимметриялық қақтығыстарға арналған жаңа жедел доктриналарды әзірлеу әскери және бейбіт тұрғындар арасындағы шығындарды азайту үшін жаңа жүйелер мен технологияларды қажет етеді. Мұны SMRK саласындағы әзірлемелер, бақылау мен ақпаратты жинаудың озық технологияларын қолдану, сондай-ақ барлау мен нысанды анықтау, қорғау және жоғары дәлдіктегі соққылар арқылы жүзеге асыруға болады. SMRK, ұшатын әріптестері сияқты, ультра-заманауи роботтық технологияларды кеңінен қолдануына байланысты, бортында адам операторы жоқ.
Бұл жүйелер ластанған ортада жұмыс істеу үшін немесе басқа «мылқау, лас және қауіпті» тапсырмаларды орындау үшін де қажет. Жетілдірілген SMRK даму қажеттілігі ұрыс алаңында тікелей қолдау үшін ұшқышсыз жүйелерді қолдану қажеттілігімен байланысты. Кейбір әскери сарапшылардың пікірінше, автономия деңгейі біртіндеп ұлғаятын, адам тұрмайтын автокөліктер заманауи құрлық әскерлерінің құрылымындағы маңызды тактикалық элементтердің біріне айналады.
TERRAMAX M-ATV бронетранспортеріне негізделген роботтық кешен ұшқышсыз машиналар колоннасын басқарады
SMRK операциялық қажеттіліктері мен дамуы
2003 жылдың аяғында АҚШ -тың Орталық қолбасшылығы қолдан жасалған жарылғыш заттардың қаупіне қарсы тұру үшін жүйелерге жедел және шұғыл сұраныстар берді. Біріккен жердегі робототехника кәсіпорны (JGRE) шағын роботтық машиналарды қолдану арқылы мүмкіндіктердің тез өсуін қамтамасыз ететін жоспарды ойлап тапты. Уақыт өте келе бұл технологиялар дамыды, көптеген жүйелер қолданылды және пайдаланушылар бағалау үшін озық прототиптерді алды. Нәтижесінде алдыңғы қатарлы роботтандырылған жүйелермен жұмыс істеуді үйренген әскери қызметшілер мен ішкі қауіпсіздік саласында жұмыс жасайтын бөлімшелер санының өсуі байқалды.
Қорғаныстың жетілдірілген ғылыми жобалар агенттігі (DARPA) қазіргі уақытта жасанды интеллект пен имиджді танудағы жетістіктеріне сүйене отырып, машиналық оқытуда роботтық технологияны зерттеп жатыр. UPI (Ұшқышсыз қабылдау интеграциясы) бағдарламасы аясында жасалған бұл технологиялардың барлығы жақсы қозғалғыштығы бар көлік үшін қоршаған ортаны / жер бедерін жақсы түсінуге мүмкіндік береді. Бұл зерттеудің нәтижесі 2009 жылы операциялық бағалауды бастаған CRUSHER деп аталатын машина болды; сол уақыттан бері тағы бірнеше прототиптер жасалды.
MPRS (Man-Portable Robotic System) бағдарламасы қазіргі уақытта шағын роботтар үшін автономды навигация мен соқтығысуды болдырмау жүйесін дамытуға бағытталған. Ол сонымен қатар роботтық жүйелердің дербестігі мен функционалдылығын жоғарылату үшін әзірленген технологияларды анықтайды, зерттейді және оңтайландырады. RACS (Robotic for Agile Combat Support) бағдарламасы қазіргі қауіптер мен операциялық талаптарды, сондай -ақ болашақ қажеттіліктер мен мүмкіндіктерді қанағаттандыру үшін түрлі роботтық технологияларды әзірлейді. RACS бағдарламасы сонымен қатар ортақ архитектура мен бірнеше машиналардың ұтқырлығы, жылдамдығы, басқару және өзара әрекеттесуі сияқты негізгі сипаттамаларға негізделген әр түрлі жауынгерлік тапсырмалар мен әр түрлі платформаларға арналған автоматтандыру технологияларын әзірлейді және біріктіреді.
Роботтардың қазіргі заманғы жауынгерлік операцияларға қатысуы қарулы күштерге олардың жұмысында баға жетпес тәжірибе жинауға мүмкіндік береді. Ұшқышсыз ұшу аппараттары мен ҰҚК -ді бір оперативті театрда қолдануға қатысты бірнеше қызықты бағыттар пайда болды, және әскери жоспарлаушылар оларды мұқият зерттеуге ниетті, оның ішінде бірнеше платформаның жалпы басқарылуы, екеуін де орнатуға болатын борттық жүйелердің дамуы. ҰШҚ -да және SMRK -де жаһандық мүмкіндіктерді, сондай -ақ перспективалы жауынгерлік жүйелердің жаңа технологияларын кеңейту мақсатында.
ARCD (Active Range Clearance Developments) эксперименттік бағдарламасына сәйкес, «аймақтың қауіпсіздігін автоматты түрде қамтамасыз ету» деп аталатын сценарий әзірленетін болады, онда бірнеше SMRK бірнеше ҰҚП-мен бірге жұмыс істейтін болады. Сонымен қатар, ұшқышсыз платформаларда радиолокациялық станцияларды қолдануға қатысты технологиялық шешімдерді бағалау, басқару және бақылау жүйелерінің интеграциясы мен жүйелердің жалпы тиімділігін бағалау жүргізіледі. ARCD бағдарламасы аясында АҚШ Әскери -әуе күштері SMRK пен ҰҚЖ бірлескен әрекеттерінің тиімділігін арттыруға қажетті технологияларды (ұшақтар мен тікұшақтардың схемалары), сондай -ақ барлық тартылған датчиктердің «үздіксіз» жұмыс алгоритмдерін дамытуды жоспарлап отыр. платформалар, навигациялық деректермен және белгілі бір кедергілер туралы мәліметтермен алмасу.
Механикалық, электрлік және электронды компоненттердің ішкі орналасуы SMRK SPINNER
Американдық армия ғылыми -зерттеу зертханасы ARL (армия зертханасы) технологияның жетілуін бағалау мақсатында өзінің зерттеу бағдарламалары аясында эксперименттер жүргізеді. Мысалы, ARL толық автономды SMRK -тің автокөліктер мен қозғалыстағы адамдарды қозғалмайтынын анықтау және болдырмау мүмкіндігін бағалайтын эксперименттер жүргізеді. Сонымен қатар, АҚШ Әскери -теңіз күштерінің ғарыштық және теңіз қару -жарақ орталығы жаңа роботтық технологиялар мен соған байланысты негізгі техникалық шешімдерді, соның ішінде автономды картаға түсіруді, кедергілерді болдырмауды, жетілдірілген байланыс жүйелерін, бірлескен SMRK және PUA миссияларын зерттеуде.
Барлық осы эксперименттер бір мезгілде бірнеше жер үсті және әуе платформаларының қатысуымен, күрделі рельефпен және барлық компоненттер мен жүйелердің мүмкіндіктері бағаланатын нақты тапсырмалар жиынтығымен сипатталатын шынайы сыртқы жағдайларда жүзеге асырылады. Бұл пилоттық бағдарламалар (және ілеспе технологиялық стратегия) шеңберінде озық SMRC -ті дамытудың келесі бағыттары болашақ инвестициялардың табыстылығын жоғарылату үшін анықталды:
- технологияны әзірлеу ішкі жүйелер мен компоненттердің технологиялық негізін және өнімділікті тестілеу үшін SMRK прототиптеріне сәйкес интеграцияны қамтамасыз етеді;
- осы саладағы жетекші компаниялар роботтандыру аясын кеңейтуге қажетті озық технологияларды әзірлейді, мысалы, SMRK ауқымын ұлғайту және байланыс арналарының ауқымын ұлғайту; және
- тәуекелдерді төмендету бағдарламасы белгілі бір жүйе үшін озық технологиялардың дамуын қамтамасыз етеді және кейбір технологиялық мәселелерді шешуге мүмкіндік береді.
Осы технологияларды дамытудың арқасында SMRKs әскери салада революциялық серпіліс жасауға қабілетті, оларды қолдану адам шығынын азайтады және жауынгерлік тиімділікті арттырады. Алайда, бұған жету үшін олар өз бетінше жұмыс жасай білуі керек, оның ішінде күрделі тапсырмаларды орындау.
Қарулы SMRK мысалы. G-NIUS ұшқышсыз жер үсті жүйелері израильдік компаниясының АВАНГУАРДЫ
Пулемет пен гранатометпен қаруланған MAARS модульдік озық модульдік жүйесі.
NASA SMRK GROVER қарлы жерлерде жасаған
Жетілдірілген SMRK үшін техникалық талаптар
Жетілдірілген SMRK -лар әскери миссияларға арналған және әзірленген және ең алдымен қауіпті жағдайларда жұмыс істейді. Бүгінде көптеген елдер роботсыз ұшқышсыз жүйелер саласындағы зерттеулер мен әзірлемелерді қамтамасыз етеді, олар көп жағдайда өрескел жерлерде жұмыс істеуге қабілетті. Қазіргі SMRK операторға бейне сигналдарды, кедергілер, нысандар туралы және тактикалық тұрғыдан қызықты басқа да айнымалылар туралы ақпаратты жібере алады немесе ең озық жүйелер жағдайында мүлде тәуелсіз шешімдер қабылдай алады. Шын мәнінде, бұл жүйелер маршрутты анықтау үшін борттық сенсор деректерімен және оператордың қашықтағы командаларымен бірге навигациялық деректер қолданылғанда жартылай автономды болуы мүмкін. Толық автономды көлік маршрутты әзірлеу үшін тек борттық датчиктерді қолдана отырып, өз бағытын өзі анықтайды, бірақ сонымен бірге оператор әрқашан қажетті нақты шешімдер қабылдауға және қиын жағдайларда немесе зақымданған жағдайда бақылауға алуға мүмкіндік алады. машинаға.
Қазіргі заманғы SMRK көптеген қауіп түрлерін тез анықтай алады, анықтайды, оқшаулайды және бейтараптандырады, соның ішінде радиация, химиялық немесе биологиялық ластану жағдайындағы жаудың белсенділігі. Қазіргі заманғы SMRK әзірлеу кезінде негізгі мәселе функционалды тиімді дизайнды құру болып табылады. Негізгі нүктелерге механикалық дизайн, борттық датчиктер мен навигациялық жүйелер жиынтығы, адам мен роботтың өзара әрекеттесуі, ұтқырлық, байланыс және қуат / энергия шығыны кіреді.
Робот пен адамның өзара әрекеттесуіне қойылатын талаптар өте күрделі адам-машина интерфейстерін қамтиды, сондықтан қауіпсіз және достық интерфейстер үшін мультимодальды техникалық шешімдер әзірленуі керек. Қазіргі заманғы робот пен адамның өзара әрекеттесу технологиясы өте күрделі және адам мен роботтың өзара әрекеттесуінде де, робот пен роботтың өзара әрекеттесуінде де сенімділіктің жақсы деңгейіне жету үшін нақты жұмыс жағдайында көптеген сынақтар мен бағалауды қажет етеді.
Қарулы SMRK эстондық MILREM компаниясы әзірледі
Дизайнерлердің мақсаты - қиын жерде күндіз -түні өз міндетін орындауға қабілетті SMRK табысты дамуы. Әрбір нақты жағдайда максималды тиімділікке жету үшін, SMRK кедергілермен жоғары жылдамдықта, жоғары маневрлікпен және жылдамдықты айтарлықтай төмендетпестен бағытты тез өзгерте отырып, рельефтің барлық түрлерінде қозғалуы керек. Мобильділікке байланысты конструктивті параметрлер сонымен қатар кинематикалық сипаттамаларды қамтиды (ең алдымен, барлық жағдайда жермен байланыста болу мүмкіндігі). SMRK артықшылықтарымен қатар, адамға тән шектеулер жоқ, сонымен қатар адамның қозғалысын алмастыратын күрделі механизмдерді біріктіру қажеттілігінің кемшілігі бар. Жүру сапасына арналған дизайн талаптары жақсы ұтқырлық пен түрлі кедергілерден аулақ болу үшін сенсорлық технологиямен, сенсормен және бағдарламалық жасақтамамен біріктірілуі керек.
Жоғары мобильділікке қойылатын маңызды талаптардың бірі-бұл табиғи орта (альпинизм, өсімдіктер, тастар немесе су), техногендік объектілер (көпірлер, жолдар немесе ғимараттар), ауа райы мен жаудың кедергілері (миналық алаңдар немесе кедергілер) туралы ақпаратты пайдалану мүмкіндігі.. Бұл жағдайда жеке позиция мен қарсыластың позицияларын анықтауға болады, ал жылдамдық пен бағыттың елеулі өзгерісін қолдану арқылы СМРК -нің жаудың астында тірі қалу мүмкіндігі едәуір артады. Мұндай техникалық сипаттамалар барлауды, бақылауды және мақсатты алуды, қару-жарақ кешені бар өрт сөндіру тапсырмаларын орындай алатын, сонымен қатар өзін-өзі қорғау мақсатындағы қауіптерді (миналар, қару-жарақ жүйелері) анықтай алатын SMRK қарулы барлауды дамытуға мүмкіндік береді. және т.б.).
Барлық осы жауынгерлік мүмкіндіктер қауіп -қатерлерден аулақ болу үшін және қару -жарақтың қашықтағы жүйелері бар байланыс арналарын қолдана отырып, қарсыластарды бейтараптандыру үшін нақты уақыт режимінде іске асырылуы тиіс. Қозғалыстың жоғары мобильділігі мен жаудың нысандары мен белсенді жауынгерлік жағдайдағы әрекеттерді локализациялау және бақылау мүмкіндігі өте маңызды. Бұл қозғалыстарды танудың күрделі алгоритмдерінің арқасында нақты уақыт режимінде қарсыластың әрекетін бақылай алатын интеллектуалды SMRK дамытуды қажет етеді.
Датчиктерді, деректерді біріктірудің алгоритмдерін, проактивті визуализация мен деректерді өңдеуді қоса алғанда, жетілдірілген мүмкіндіктер өте маңызды және заманауи аппараттық және бағдарламалық қамтамасыз ету архитектурасын қажет етеді. Қазіргі SMRK -да тапсырманы орындау кезінде орналасуды бағалау үшін GPS жүйесі, инерциялық өлшеу бірлігі және инерциялық навигация жүйесі қолданылады.
Осы жүйелердің арқасында алынған навигациялық деректерді қолдана отырып, SMRK борттық бағдарламаның немесе қашықтан басқару жүйесінің командаларына сәйкес дербес қозғала алады. Сонымен қатар, SMRK қысқа мерзімді қашықтықта басқару станциясына навигациялық деректерді жібере алады, осылайша оператор оның нақты орналасқан жері туралы біледі. Толық автономды SMRK өз әрекеттерін жоспарлай алады, бұл үшін уақыт, энергия және қашықтық сияқты іргелі параметрлерді азайта отырып, соқтығысуды болдырмайтын бағытты әзірлеу қажет. Оңтайлы маршрутты жоспарлау және оны түзету үшін навигациялық компьютер мен ақпараты бар компьютерді қолдануға болады (кедергілерді тиімді анықтау үшін лазерлік диапазондар мен ультрадыбыстық датчиктерді қолдануға болады).
Үнді студенттері жасаған SMRK қарулы прототипінің компоненттері
Навигациялық және байланыс жүйелерінің дизайны
Тиімді SMRK дамытудағы тағы бір маңызды мәселе - навигация / байланыс жүйесін жобалау. Цифрлық камералар мен сенсорлар визуалды кері байланыс үшін, ал инфрақызыл жүйелер түнгі жұмыс үшін орнатылады; оператор компьютердегі бейне кескінін көре алады және навигациялық сигналдарды түзету үшін SMRK -ге (оңға / солға, тоқтатуға, алға) бірнеше негізгі навигациялық командаларды жібере алады.
Толық автономды SMRK жағдайында визуализация жүйелері цифрлық карталар мен GPS деректеріне негізделген навигациялық жүйелермен біріктірілген. Толық автономды SMRK құру үшін, навигация сияқты негізгі функциялар үшін сыртқы жағдайларды қабылдау, маршрутты жоспарлау және байланыс арнасы үшін жүйелерді біріктіру қажет болады.
Бірыңғай SMRK үшін навигациялық жүйелердің интеграциясы жоғары сатыда болса, бірнеше SMRK бір мезгілде жұмыс істеуін жоспарлау алгоритмдерін және SMRK пен PUA бірлескен тапсырмаларын әзірлеу бастапқы сатыда, өйткені олардың арасында байланыс әрекеттестігін орнату өте қиын. бірден бірнеше робот жүйелері. Ағымдағы эксперименттер қандай жиіліктер мен жиілік диапазондары қажет екенін және белгілі бір қосымшаға талаптар қалай өзгеретінін анықтауға көмектеседі. Бұл сипаттамалар анықталғаннан кейін бірнеше роботты машиналар үшін жетілдірілген функциялар мен бағдарламалық қамтамасыз етуді жасауға болады.
Ұшқышсыз K-MAX тікұшағы автономдылық сынақтары кезінде SMSS (Squad Mission Support System) робот көлігін тасымалдайды; ұшқыш K-MAX кабинасында болған, бірақ оны басқармаған
Байланыс құралдары SMRK жұмыс істеуі үшін өте маңызды, бірақ сымсыз шешімдердің елеулі кемшіліктері бар, өйткені қалыптасқан байланыс рельефке, кедергілерге немесе жаудың электронды басу жүйесінің белсенділігіне байланысты үзілуі мүмкін. Машинадан машинаға байланыс жүйесіндегі соңғы әзірлемелер өте қызықты, және осы зерттеулердің арқасында роботтық платформалар арасындағы байланыс үшін қолжетімді және тиімді жабдықтар жасалуы мүмкін. Қысқа қашықтықтағы арнайы байланыс стандарты DRSC (Dedicated Short-Range Communication) SMRK пен SMRK пен UAV арасындағы байланыс үшін нақты жағдайда қолданылатын болады. Қазіргі уақытта желіге бағытталған операцияларда байланыс қауіпсіздігін қамтамасыз етуге көп көңіл бөлінеді, сондықтан басқарылатын және адам тұрмайтын жүйелер саласындағы болашақ жобалар интерфейстің жалпы стандарттарына сәйкес келетін озық шешімдерге негізделуі тиіс.
Бүгінгі күні қысқа мерзімді, қуаты аз тапсырмаларға қойылатын талаптар негізінен қанағаттандырылады, бірақ жоғары қуатты тұтынумен ұзақ мерзімді тапсырмаларды орындайтын платформаларда проблемалар бар, атап айтқанда, ең өзекті мәселелердің бірі-бейне ағыны.
Жанармай
Энергия көздерінің нұсқалары жүйенің түріне байланысты: шағын SMRK үшін энергия көзі жетілдірілген қайта зарядталатын батарея болуы мүмкін, бірақ үлкен SMRK үшін кәдімгі отын қажетті энергияны шығара алады, бұл электрлік схеманы іске асыруға мүмкіндік береді. мотор-генератор немесе жаңа буынның гибридті электр қозғалтқыш жүйесі. Энергиямен қамтамасыз етуге әсер ететін ең айқын факторлар - қоршаған ортаның жағдайы, машинаның салмағы мен өлшемдері және тапсырманы орындау уақыты. Кейбір жағдайларда электрмен жабдықтау жүйесі негізгі көзі ретінде жанармай жүйесінен және қайта зарядталатын батареядан (көрінудің төмендеуі) тұруы керек. Энергияның сәйкес түрін таңдау тапсырманың орындалуына әсер ететін барлық факторларға байланысты, ал энергия көзі қажетті ұтқырлықты, байланыс жүйесінің, сенсорлық қондырғының және қару -жарақ кешенінің үзіліссіз жұмысын қамтамасыз етуі тиіс (бар болса).
Сонымен қатар, қиын жердегі қозғалуға, кедергілерді қабылдауға және қате әрекеттерді өздігінен түзетуге байланысты техникалық мәселелерді шешу қажет. Қазіргі заманғы жобалар аясында борттық датчиктер мен деректерді өңдеуді біріктіру, маршрут таңдау және навигация, кедергілерді анықтау, жіктеу және болдырмау, сондай-ақ байланыстың жоғалуына байланысты қателіктерді жоюға қатысты жаңа озық роботтық технологиялар әзірленді. платформаның тұрақсыздығы. Автокөліктік автономды навигация автокөліктен рельефті ажыратуды талап етеді, оған рельефтің 3D орографиясы (жер бедерінің сипаттамасы) және тастар, ағаштар, судың тоқтап қалуы және т.б. сияқты кедергілерді анықтау кіреді. Жалпы мүмкіндіктер үнемі артып келеді және бүгінгі күні біз жер бедерінің бейнесін анықтаудың жеткілікті жоғары деңгейі туралы айтуға болады, бірақ тек күндізгі және жақсы ауа райында, бірақ белгісіз кеңістіктегі және қолайсыз ауа райындағы роботтық платформалардың мүмкіндіктері. жағдай әлі де жеткіліксіз. Осыған байланысты DARPA бірнеше эксперименттік бағдарламаларды жүзеге асырады, онда роботтық платформалардың мүмкіндіктері белгісіз жерлерде, кез келген ауа райында, күндіз де, түнде де сыналады. Қолданбалы зерттеулер AI (Қолданбалы зерттеулер жасанды интеллект) деп аталатын DARPA бағдарламасы интеллектуалды шешімдерді қабылдауды және озық роботтандырылған жүйелердегі арнайы қосымшалар үшін автономды жүйелер үшін басқа да озық технологиялық шешімдерді зерттейді, сонымен қатар автономды мульти-роботты оқыту алгоритмдерін әзірлейді. роботтар тобына жаңа тапсырмаларды автоматты түрде өңдеуге және рөлдерді қайта бөлуге мүмкіндік беретін бірлескен тапсырмалар.
Жоғарыда айтылғандай, жұмыс шарттары мен тапсырма түрі қазіргі заманғы SMRK дизайнын анықтайды, бұл мобильді платформа, қуат көзі, сенсорлары, компьютерлері және қабылдау, навигация, байланыс, оқу / бейімделу, өзара әрекеттесу үшін бағдарламалық жасақтамасы бар. робот және адам. Болашақта олар көпжақты болады, бірігу мен өзара әрекеттесу деңгейі жоғарылайды, сонымен қатар экономикалық тұрғыдан тиімдірек болады. Машиналарды әр түрлі тапсырмаларға бейімдеуге мүмкіндік беретін модульдік жүктемелері бар жүйелер ерекше қызығушылық тудырады. Алдағы онжылдықта ашық архитектураға негізделген роботтық көліктер тактикалық операциялар мен базалар мен басқа инфрақұрылымдарды қорғау үшін қол жетімді болады. Олар біркелкілік пен автономияның маңызды деңгейімен, жоғары ұтқырлықпен және модульдік борттық жүйелермен сипатталатын болады.
SMRK әскери қолдануға арналған технологиясы тез дамып келеді, бұл көптеген қарулы күштерге сарбаздарды қауіпті міндеттерден, соның ішінде ЖҚҚ анықтау мен жоюды, барлауды, олардың күштерін қорғауды, миналардан тазартуды және тағы басқалардан алып тастауға мүмкіндік береді. Мысалы, АҚШ армиясының бригадалық жауынгерлік топтарының тұжырымдамасы жетілдірілген компьютерлік модельдеу, жауынгерлік дайындық және нақты әлемдегі жауынгерлік тәжірибе арқылы роботтық көліктер экипаждық жерүсті машиналарының тіршілік ету қабілетін жақсартып, жауынгерлік тиімділікті едәуір жақсартқанын көрсетті. Ұтқырлық, автономия, қару-жарақпен жабдықталу, адам-машина интерфейсі, роботтық жүйелерге арналған жасанды интеллект, басқа SMRK пен басқарылатын жүйелермен интеграциялану сияқты перспективалы технологиялардың дамуы адам өмір сүрмейтін жердегі жүйелердің мүмкіндіктері мен олардың деңгейін арттыруға мүмкіндік береді. автономия.
NITI «Прогресс» әзірлеген Platform-M орыс перкуссиялы роботтық кешені
