Программно - аппаратный робототехнический комплекс с возможностью автоматического режима движения

16. Литвиненко В. Системы управления огнем танков (состояние и перспективы развития) // Зарубежное военное обозрение. 1990. №4. С.28-32.

17. Спасибухов Ю. М1 АБРАМС - основной боевой танк США. М.: Техника-Молодежи, 2000. 64 с.

A.D. Eliseev

DEVELOPMENT MAIN TRENDS OF MODERN TANK WEAPONS STABILIZERS Development main trends of modern tank weapons stabilizers are considered. It is shown that the tank firepower and immunity increase is due to the implementation of electrical drives equipped with solid-state power amplifiers with overvoltage section in weapons stabilizers.

Key words: weapons stabilizers, electrical drive, transforming technology, tank fire control systems.

Получено 17.10.12

УДК 004.896

Д.А. Варабин, инженер-исследователь,

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С ВОЗМОЖНОСТЬЮ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ

Предложен вариант программно-аппаратного робототехнического комплекса, способного двигаться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Представлена концепция построения робототехнического комплекса, обобщенная структурная схема предлагаемого решения и его преимущества.

Ключевые слова: робототехническая платформа, программно-аппаратный комплекс, автомобиль-робот.

Цель - создание универсальной робототехнической платформы (программно-аппаратного комплекса), способной двигаться в ручном и автоматическом режимах. Задачи:

- исследование существующих решений;

- разработка концепции универсальной робототехнической платформы;

- создание структурной схемы предлагаемого решения. Существующие решения:

беспилотные автомобили от мировых фирм:

- TTS Pikes Peak - спорткар-робот фирмы «Ауди» (Германия);

- автомобиль-робот, разрабатываемый «Гугл» (США);

- SARTRE - беспилотный автомобиль фирмы «Вольво» (Швеция), передвигающийся исключительно в автоколонне;

автомобили-роботы, созданные для участия в соревнованиях:

- Mojavaton Car - беспилотный автомобиль-робот, построенный на базе автомобиля «Nissan Xterra SUV» [1];

- Stanley - беспилотный автомобиль-робот, построенный на базе полноприводного автомобиля «Volkswagen Touareg R5 Diesel» [2];

- Junior - беспилотный автомобиль-робот, построенный на базе автомобиля «Volkswagen Passat» [3];

- Oshkosh TerraMax - беспилотный робот-грузовик [4] и др.

Проведя исследование их программных и аппаратных составляющих, были выявлены следующие недостатки:

- низкая универсальность - разработаны под конкретную узконаправленную задачу.

- все системы платформы образуют с шасси единое

целое.

- высокая стоимость продукта.

Платформа должна иметь 2 вида управления движением: ручное и автоматическое.

В ручном режиме движения оператор может удаленно управлять робототехнической платформой, руководствуясь данными, получаемыми от нее по радиоканалу (в режиме реального времени): телеметрией (скорость движения, обороты двигателя и др.), текущими координатами и видеоизображением с камер.

В автоматическом режиме движения робототехническая платформа способна самостоятельно двигаться к заданной точке и при необходимости возвращаться обратно. При движении в данном режиме предусмотрен объезд препятствий, находящихся на пути движения платформы. Данные, передаваемые на пост оператора, аналогичны данным, передаваемым в ручном режиме движения.

По конструкции робототехническая платформа представляет собой транспортное средство с установленными на нем системой приводов, системой управления, устройствами получения информации, устройствами связи и т.д. При этом электропитание всех систем платформы осуществляется от электрогенератора, механически соединенного с валом двигателя шасси. В систему электропитания также включены аккумуляторная батарея и dc/dc-преобразователи. Для наилучшей помехозащищенности всех систем платформы ее электросеть не связана с бортовой сетью шасси.

В качестве основного радиоканала связи с платформой предлагается использовать Wi-Fi (2.4/5 ГГц) соединение, т.к. оно обеспечивает необходимые скоростные характеристики для передачи данных (видеоизображения в реальном времени, телеметрической информации, текущих коор-

динат платформы). При невозможности использования Wi-Fi (радиопомехи, плохое прохождение сигнала) передача данных может осуществляться по более медленному радиоканалу (160/300/400 МГц) с использованием радиомодемов. Такой вид связи имеет лучшие характеристики прохождения сигнала по сравнению с Wi-Fi, но более медленную скорость передачи данных (вместо передачи видеопотока будет использоваться передача отдельных изображений). Также предусмотрена замена основного радиоканала связи проводным или волоконно-оптическим.

Для получения данных от шасси (скорость, обороты и температура двигателя и др.) и управления его устройствами (оптическая и звуковая сигнализация, включение/отключение двигателя и пр.) предлагается использовать гальванически развязанное устройство согласования сигналов.

Система обнаружения препятствий включает в себя лазерный сканер и дальномеры (лазерные или ультразвуковые). Лазерный сканер используется для построения двухмерной (в горизонтальной плоскости) карты препятствий, находящихся вокруг робототехнической платформы, а дальномеры необходимы для дополнения данных от лазерного сканера.

Система навигации включает в себя бесплатформенную инерци-альную навигационную систему (БИНС) и GPS/ГЛОНАСС приемник.

На платформе может быть установлена одна и более видеокамер (или тепловизоров). Данные, получаемые камерами, передаются оператору и обрабатываются системой технического зрения (СТЗ) непосредственно на платформе. СТЗ, в зависимости от назначения робототехнической платформы, может выполнять различные функции (автоматическое распознавание, определение координат, контроль внешнего вида объектов и т.д.).

Для управления движением используется система электроприводов, которые механически соединены с устройствами шасси (тормозом, дроссельной заслонкой и др.).

Расчет текущих координат, параметров движения (скорость, курсовой угол и т.д.), построение карты препятствий и основные алгоритмы движения рассчитываются на одном или нескольких промышленных компьютерах, входящих в состав платформы.

На основе технических особенностей предлагаемой платформы составлена обобщенная структурная схема (рис. 1).

Предлагаемое решение должно обеспечить универсальность в плане функционального назначения робототехнической платформы. Это означает использование платформы с незначительными доработками (установка дополнительной аппаратуры для наблюдения, разведки, разминирования, различных видов вооружения) в качестве:

- робота-разведчика;

- робота-погрузчика;

- робота-разминера;

- робота-снайпера и др.

Еще одной характеристикой универсальности комплекса является установка его с небольшими доработками на разные виды шасси (автомобиль, квадроцикл, вездеход и др.).

Рис. 1. Обобщенная структурная схема

Преимущества предлагаемой системы:

- модульность и реконфигурируемость конструкции;

- возможность установки дополнительного оборудования;

- дополнительные функции за счет смены программного обеспечения;

- переносимость узлов на другие виды шасси при минимальных затратах;

- универсальность конструкции.

Экспериментальный образец построен на базе шасси «Газель-Бизнес» (рис. 2), в котором реализованы следующие возможности:

- движение в автоматическом режиме с использованием глобальных систем навигации;

- движение в ручном режиме по радиоканалу;

- передача видеоизображения и текущих географических координат на пост оператора.

Рис. 2. Экспериментальный образец

Данная платформа успешно показала себя (получила первые места) на соревнованиях беспилотных автомобилей роботов в России - Робо-Кросс «Селигер-2010» и РобоКросс «Селигер-2011».

Таким образом, был проведен анализ существующих аналогов беспилотных автомобилей-роботов (робототехнических платформ) и выявлены их недостатки, разработана концепция робототехнической платформы, превосходящая существующие аналоги как по функциональным характеристикам, так и по универсальности.

Список литературы

1. Техническая информация. Команда Mojavaton. URL: http://archive.darpa.mil/grandchallenge/TechPapers/mojavaton.pdf (дата обращения 6.08.2012).

2. Техническая информация. Команда Thrun. URL: http://www-robotics.usc.edu/~maja/teaching/cs584/papers/thrun-stanley05.pdf (дата обращения 6.08.2012).

3. Техническая информация. Команда Stanford Racing Team. URL: http://robots.stanford.edu/papers/junior08.pdf (дата обращения 6.08.2012).

4. Техническая информация. Команда Stanford Racing Team. URL: http://archive.darpa.mil/grandchallenge05/TechPapers/TeamTerraMax.pdf (дата обращения 6.08.2012).

D.A. Varabin

ROBOTICS SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX WITH AUTOMATIC MOTION MODE.

A version of robotics software and hardware complex moving in both manual and automatic modes is proposed. The construction conception of robotics complex, the generalized structural design of proposed solution and its advantages are introduced.

Key words: robotic platform, software and hardware complex, automobile-robot.

Получено 17.10.12

УДК 004.896

Д.А. Варабин, инж.-исследователь, (49232)9-03-16, denvar@bk.ru (Россия, Ковров, ОАО «ВНИИ «Сигнал»).

СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО УГЛА ПОВОРОТА ПОДВИЖНОГО ОБЪЕКТА

Рассмотрен вариант построения программной и аппаратной частей системы определения относительного угла поворота мобильного робота. Рассмотрены методики и алгоритмы калибровки датчика угловой скорости.

Ключевые слова: мобильный робот, алгоритм калибровки, датчик угловой скорости.

Система определения относительного угла поворота подвижного объекта была применена в системе ориентации робота в пространстве на российских робототехнических соревнованиях «Робофест-2011» и «Робо-фест-2012». Одним из требований данных соревнований являлось использование в конструкции робота определенного, заранее оговоренного набора оборудования. Для решения данной задачи были использованы следующие устройства: аналоговый датчик угловой скорости CRS03 [1], плата обработки данных NI Single Board [2], миниатюрное поворотное устройство (авиамодельная рулевая машинка).