Адаптация технологий, реализуемых при создании антропоморфных роботов и робототехнических комплексов в интересах решения задач МЧС России

/14 Civil SecurityTechnology, Vol. 13, 2016, No. 4 (50) УДК 681.5

Адаптация технологий, реализуемых при создании антропоморфных роботов и робототехнических комплексов в интересах решения задач МЧС России

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2016

С.А. Качанов, В.Б. Мошков, А.Ю. Баранник, А.В. Якутов

Аннотация

Рассмотрены перспективы развития технологий применения робототехнических комплексов при ликвидации чрезвычайных ситуаций, а также вопросы разработки универсальной робототехнической платформы для выполнения поисково-спасательных работ в условиях повышенного риска.

Ключевые слова: аварийно-спасательные работы; робототехнический комплекс; антропоморфный робототехнический комплекс; поисково-спасательные работы; спасательные технологии.

Adapting Anthropomorphic Robotic System Technologies to Solve the Tasks of EMERCOM Russia

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2016

S. Kachanov, V. Moshkov, A. Barannik, A. Yakutov

Abstract

The article examines the prospects of using robotic systems in disaster response and recovery, and the development of a multipurpose robotic platform for search and rescue in high-risk situations.

Key words: search and rescue operations; robotic system; anthropomorphic robotic system; rescue technologies.

Центр «проблем развития техники и технологий» ФГБУ ВНИИ ГОЧС МЧС России на протяжении многих лет разрабатывает, испытывает и внедряет наиболее технологичные спасательные средства и технологии в интересах МЧС России. Одними из наиболее высокотехнологических средств, стоящих на вооружении МЧС России, являются современные и перспективные робототехнические комплексы (далее —РТК), обладающие наибольшим потенциалом применения [5].

Подводя определенные итоги использования робототехники, можно сделать следующий вывод:

состоящие на оснащении подразделений МЧС России РТК, как правило, являются узкоспециализированными [4], что существенно снижает эффективность при выполнении аварийно-спасательных работ (далее—АСР), так как каждый робот способен выполнять незначительное количество операций. Чаще всего они имеют один рабочий орган, обладают гусеничным или колесным движителем. Причем, особенности конструктивных решений в подавляющем большинстве случаев не предполагают возможность их модернизации с целью значительного увеличения уровня универсализации [1].Таким образом, РТК указанного типа практически исчерпали потенциал развития.

На сегодняшний день, наилучшим исполнителем АСР является квалифицированный спасатель. В связи с этим, именно его техника выполнения операций должна стать основой для создания алгоритмов действий перспективных многофункциональных РТК. Следовательно, технические решения, которые должны лечь в основу конструкции разрабатываемых роботов, должны обеспечивать возможность реализации алгоритмов действий (движений) спасателя. Выполнение данного требования возможно только при создании антропоморфных робототехнических комплексов (далее—АРТК) [6].

Основными элементами АРТК являются: система передвижения; рабочие манипуляторы;

системы технического зрения и ориентирования; система энергообеспечения и система управления.

Система передвижения АРТК—педипуляторного типа (от лат. Pes, pedis—стопа, нога).Это позволят выполнять различные операции, которые невозможны или сложны для РТС с колесно-гусеничным движителем, такие как: прыжки, переступания, перемещение по вертикальным лестницам и т. п.

Рабочие манипуляторы(от лат. Manus—рука) АРТК могут быть элементарными — пригодные для выполнения простейших операций (захват; перемещение и т.п.), и универсальные—схожие с руками человека, способные выполнять операции, как с применением штатного инструмента спасателя, так и без него.

Системы технического зрения и ориентирования, используемые при создании АРТК, не носят принципиальных отличий от аналогичных систем, применяемых в других робототехнических комплексах.

Из существующих систем управления на первом этапе разработки АРТК предполагается использовать наиболее простую систему копирующего типа. В дальнейшем, по мере наработки соответствующего программного обеспечения возможно использование других режимов управления (комбинированный, су-первизионный, автономный).

МЧС России в 2014году приступило к реализации проекта по созданию технологии антропоморфной (имеющей форму человека) робототехнической платформы (проект «Спасатель») (рис. 1). Работа в данном направлении осуществляется в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований, НПО «Андроидная техника» и ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ).

Рис. 1. Антропоморфная робототехническая платформа, разработанная в рамках проекта «Спасатель»

В ходе проведенных исследований определен перечень сценариев и функциональных действий, которыми должен обладать АРТК для проведения работ по ликвидации ЧС. В качестве основных функциональных действий рассматриваются:

применение средств пожаротушения, в том числе огнетушители, пожарные рукава, шанцевый инструмент;

использование средств механизации проведения АСР, в том числе: домкратов, кусачек, пил, ножниц [2, 3];

передвижение в условиях аварии в жилом секторе, на промышленных объектах.

С сентября 2016 года запланированы испытания демонстрационного образца АРТК, в ходе которых определяется спектр спасательных работ, которые АРТК способен выполнить в ближайшем будущем.

В настоящее время в МЧС России начата работа по разработке на базе результатов, полученных в рамках проекта «Спасатель», технологий проведения АСР в условиях повышенного риска для жизни спасателей с использованием АРТК.

Продолжение исследований в данной области позволит МЧС России создать аварийно-спасательный робототехнический мобильный комплекс (рис. 2), способный участвовать и самостоятельно проводить поисково-спасательные и аварийно-спасательные работы в среде, опасной для жизни сотрудников МЧС России.

Ожидается, что в ходе выполнения данного проекта будут получены следующие результаты:

разработан технический облик комплекса ведения АСР в условиях повышенного риска для жизни спасателей с использованием АРТК;

доработаны демонстрационные образцы, созданные в рамках реализации проекта «Спасатель», до уровня, обеспечивающего их применение в реальных условиях, возникающих при ликвидации ЧС;

разработан и создан мобильный модуль управления антропоморфными робототехническими системами, их транспортировки и обеспечения применения;

разработан и создан стационарный пункт управления антропоморфными робототехническими системами, обеспечивающими возможность трехмерного моделирования обстановки в районе их применения;

разработан программно-аппаратный комплекс по управлению группой роботов одним оператором-спасателем.

Предполагается, что данный комплекс будет включать в себя:

стационарный пункт управления РТК с системой трехмерной визуализации обстановки в зоне ЧС, обладающий возможностью его использования в качестве учебного средства операторов;

мобильный пункт управления с модулями управления РТК и образцы АРТК, способные выполнять спасательные операции.

Стационарный пункт управления антропоморфными робототехническими системами (рис. 3)—сооружение, расположенное на повседневно используемой территории МЧС России (спасательный центр, научно-исследовательский институт, центр управления кризисной ситуацией или испытательный полигон). Он предназначен для дистанционного управления АРТК, задействованного в спасательной операции. Данные, получаемые с ро-бототехнического комплекса, проецируются (моделируются) в трехмерное изображение. Это позволит операторам и экспертам центра поддержки принятия решений, а также руководителю операции, осуществлять контроль за проведением спасательных работ в реальном масштабе времени, вырабатывать

Рис. 2. Аварийно-спасательный робототехнический мобильный комплекс

Рис. 3. Стационарный пункт управления антропоморфными робототехническими системами

рекомендации по их ведению. В случае необходимости, возможности стационарного пункта позволят оперативно переключать управление АРТК на его операторов при проведении особо сложных технологических операций. Для этого пункт будет оснащен штатным аварийно-спасательным оборудованием, которое позволит оператору АРТК, работая в копирующем костюме, максимально точно выполнять операции со штатным инструментом.

Вторая составляющая комплекса—мобильный модуль управления антропоморфными робототех-ническими системами (рис. 4). Модуль планируется установить на автомобиль повышенной проходимости и двухосный прицеп, при этом его массогабарит-ные показатели должны обеспечивать возможность транспортировки самолетами Ил-76.

На кузове основной машины будет располагаться пункт управления, обеспечивающий связь, позиционирование и ретрансляцию видеосигнала, а также пункт управления БЛА. Кроме того, там же будет располагаться транспортный отсек для перевозки АРТК, БЛА и аварийно-спасательного инструмента. В прицепной части комплекса планируется расположить пункт управления АРТК и необходимое оборудование, позволяющее имитировать работу в зоне ЧС.

Третья составляющая комплекса—это доработанный и адаптированный образец АРТК, способный выполнять ряд следующих работ:

прибытие к месту ЧС;

ограждение рабочей площадки; расчистка рабочей площадки; определение опасных веществ в воздухе и воде; поиск, оценка состояния, деблокирование и эвакуация пострадавших;

фиксация элементов и разбор завалов; стабилизация поврежденных транспортных средств;

перемещение в замкнутом пространстве; работа с гидравлическим инструментом (кусачки, ножницы, расширители, цилиндры, пилы); локализация и ликвидация пожара; частичное оказание первой помощи. В результате реализации проекта планируется создать робототехнический комплекс, обладающий такими качествами, как универсальность, инте-грированность в инфраструктурную среду обитания человека, вариативность систем управления в зависимости от решаемых задач и условий их выполнения; с функциональными возможностями, сравнимыми с человеческими, прежде всего, по силовым, динамическим и массогабаритным показателям.

Это позволит МЧС России создать целую серию антропоморфных комплексов, предназначенных для проведения аварийно-спасательных работ.

Опыт, полученный в ходе выполнения данного проекта, позволит создать предпосылки для широкого внедрения антропоморфных технологий в практику силовых структур.

Рис. 4. Мобильный модуль управления антропоморфными робототехническими системами

Литература

1. ГОСТ Р 54344-2011 Мобильные робототехнические комплексы для проведения аварийно-спасательных работ и пожаротушения. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2012.

2. ГОСТ Р 51542-2000. Инструмент аварийно-спасательный переносной. Классификация. М.: Издательство стандартов, 2000.

3. ГОСТ Р 51543-2000 Инструмент аварийно-спасательный переносной с гидроприводом. Установка насосная с электроприводом. Основные параметры и размеры. Требования безопасности. Методы испытаний и контроля. М.: Издательство стандартов, 2000.

4. Государственная программа вооружения на 2007-2015 годы (в части МЧС России). М.: ВНИИ ГОЧС, 2006.

5. Одинцов Л. Г., Парамонов В.В. Технология и технические средства ведения поисково-спасательных и аварийно-спасательных работ. Справочное пособие. М.: НЦ ЭНАС, 2004. 232 с.

6. Справочное пособие по ведению спасательных работ. М.: ВНИИ ГОЧС, 1993.

Сведения об авторах

Качанов Сергей Алексеевич: д. т. н., проф., ФГБУ ВНИИ ГОЧС(ФЦ), зам. нач. ин-та. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail: skachanov@inbox.ru

Мошков Владимир Борисович: к. э. н., доц., ФГБУ ВНИИ

ГОЧС(ФЦ), нач. НИЦ.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.

E-mail: agzmchs@mail.ru

SPIN-код — 7792-2243.

Баранник Александр Юрьевич: к. т. н., с. н. с., ФГБУ ВНИИ ГОЧС(ФЦ), зам. нач. НИЦ. , спец. I категории.

111250, г. Москва, ул. Авиамоторная, д. 53, E-mail: auba@yandex.ru

Якутов Александр Викторович: к. т. н., ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), вед. н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. E-mail: Yakutoff@yandex.ru

Information about authors:

Kachanov Sergey A.: Doctor of Technical Sciences, prof., Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and High Technology), Deputy Head of the Institute. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: skachanov@inbox.ru

Vladimir Borisovich Moshkov.: Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and High Technology), Head of the Research Center. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: agzmchs@mail.ru SPIN-scientific — 7792-2243.

Barannik Alexander Y.: Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies" (Federal Center of Science and High Technology), Deputy Head of the Research Cente. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: auba@yandex.ru

Yakutov Aleksandr V.: Candidate of Technical Sciences, Federal Government Budget Institution "All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emer-gencies" (Federal Center of Science and High Technology), Leading Researcher. 121352, Moscow, str. Davydkovskaya, 7. E-mail: Yakutoff@yandex.ru