Проблемные вопросы развития наземных РТК МЧС России

ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ РАЗВИТИЯ НАЗЕМНЫХ РТК МЧС РОССИИ

А.В. Якутов, к.т.н., 3 НИЦ ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва

В соответствии с ГОСТ Р 54344-2011 робототехнические комплексы (РТК) МЧС России классифицируются по целям применения (ликвидация радиационных аварий; работы со взрывоопасными предметами и т.п.), по среде применения (наземные; воздушные; подводные), по способу применения (телеуправляемые, программные, супервизорные), по применимой транспортной базе (модули для наземных РТС; погружаемые управляемые платформы для подводных РТС; и беспилотные летательные аппараты).

Состоящие на оснащении подразделений МЧС России РТК, являются узкоспециализированными, что, на наш взгляд, существенно снижает эффективность их применения, 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. Исходя из этого, данные РТК практически исчерпали потенциал развития.

На сегодняшний день, наилучшим исполнителем аварийно-спасательных работ является квалифицированный спасатель, в связи с этим, на наш взгляд, именно его техника выполнения операций в ходе АСР должна стать основой для создания алгоритмов действий перспективных многофункциональных РТС. Следовательно, технические решения, которые должны лечь в основу конструкции разрабатываемых роботов, должны обеспечивать возможность реализации алгоритмов действий (движений) спасателя. На наш взгляд, реализация данного требования возможна только при создании антропоморфных робототехнических комплексов (АРТК).

Основными элементами АРТК являются: система передвижения; рабочие манипуляторы; системы технического зрения и ориентирования, система энергообеспечения и система управления.

Система передвижения АРТК чаще всего подразделяется на колесно-гусеничный, педипуляторный и комбинированный тип. Каждый из реализуемых способов имеет свои преимущества и недостатки. Колесно-гусеничный вариант наиболее простой и дешевый, он уже давно применяется в большинстве РТК, стоящих на оснащении подразделений МЧС России. Педипуляторный вариант стал разрабатываться с момента зарождения идеи об антропоморфном роботе. Его применение позволит выполнять различные операции, которые невозможны или сложны для РТС с колесно-гусенечным движителем (например: прыжки, переступания, перемещение по вертикальным лестницам и т.п.). Создание и применение данного типа движителя слабо отработанно из-за проблем, связанных с необходимостью балансирования, устойчивости, амортизации и т.п.

Комбинированный способ позволит включить в себя наилучшие свойства каждого из типов.

Второй рассматриваемый элемент АРТК - это рабочие манипуляторы. Разнообразие различного рода устройств варьируется в зависимости от решаемых задач. Они могут быть элементарные, 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. Именно применение этих манипуляторов обеспечит АРТК превосходящее преимущество над остальными узкопрофильными роботами.

Система управления АРТК классифицируется по типу систем управления: с копирующим режимом, автономным, комбинированным и супервизорным.

Система управления копирующего режима, при котором АРТК с помощью задающего органа в точности копирует движение оператора-спасателя. На наш взгляд, такая система управления наиболее применима для выполнения операций манипуляторами без перемещения платформы АРТК в условиях повышенной опасности.

Копирующий режим включает функцию обратной связи, при которой оператор-спасатель ощущает, с какой силой рабочий манипулятор взаимодействует с предметами и инструментом. Это является важной составляющей этого режима, позволяющей точно и надежно проводить высокоточные спасательные операции.

Автономный режим - режим, в котором АРТК имеют заранее заданную последовательность действий - программу. Режим основан на формировании управляющих сигналов посредством разработанных алгоритмов. Такой режим, с точки зрения решения задач, выполняемых подразделениями МЧС России, наиболее характерен для перемещения платформы, а также позволит с высокой скоростью, надежностью и эффективностью выполнять повторяющиеся действия, что в свою очередь снизит нагрузку на оператора-спасателя.

Комбинированный режим наиболее интересен и перспективен в контексте разработки спасательных роботов. Он обеспечивает возможность работы оператора-спасателя и робота в тесной кооперации, с постоянным диалогом между ними. За счет этого оператор-спасатель всегда имеет наиболее точные данные о деятельности робота, а робот - четкое планирование и выбор стратегии поведения, реализованное совместными усилиями ЭВМ и человека.

Супервизорный режим, как и комбинированный режим, основан на чередовании либо совместном использовании копирующего и автономного режимов управления.

Режим используется в задачах, требующих одновременного выполнения нескольких действий, для части из которых уже разработаны алгоритмы, обеспечивающие автономный режим работы. Автономная подсистема в этом случае должна обеспечивать возможность управлять подсистемой посредством команд, для которых не должны быть задействованы руки и ноги оператора-спасателя.

При этом режиме управления оператор-спасатель, наблюдающий визуализирующую информацию, получаемую с места проведения работ, подает лишь отдельные команды - целеуказания. По этим командам включаются те или иные программы автоматического управления роботом.

С 2014 г. МЧС России участвует к реализации проекта по созданию технологии антропоморфной робототехнической платформы (проект «Спасатель»). Работа в данном направлении осуществляется в рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований, НПО «Андроидная техника» и ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ).

В рамках данной работы определен перечень сценариев и функциональных действий, которыми должен обладать АРТК для проведения работ по ликвидации ЧС. В качестве основных функциональных действий мы рассматриваем: применение средств пожаротушения, в том числе огнетушители, пожарные рукава, шанцевый инструмент; использование средств механизации проведения аварийно-спасательных работ, в том числе: домкратов, кусачек, пил, ножниц для ведения спасательных работ; передвижение в условиях аварии в жилом секторе, на промышленных объектах.

На наш взгляд такие способности позволят применять АРТК для широкого спектра решаемых МЧС задач, связанных с повышенным риском для жизни спасателя.

В настоящее время работа находится на стадии испытаний демонстрационного образца, не приспособленного для работы в условиях повышенной влажности, жесткого температурного воздействия, а также в условиях радиационной и химической загрязненности, в условиях сильных внешних помех.

В целом в качестве итога проекта мы видим универсальную робототехническую платформу, обладающую такими качествами, как универсальность, интегрированность 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 роботов, предназначенных для проведения АСР с использованием штатных средств и инструментов.

Список использованной литературы

1. ГОСТ Р 54344-2013 «Техника пожарная. Мобильные робототехнические комплексы для проведения аварийно-спасательных работ и пожаротушения. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний».

2. С ГОСТ Р 55895-2013 «Системы управления робототехнических комплексов для проведения аварийно-спасательных работ и пожаротушения. Общие технические требования. Методы испытаний».

3. Качанов С.А., Мошков В.Б., Баранник А.Ю., Якутов А.В. Адаптация технологий, реализуемых при создании антропоморфных роботов и робототехнических комплексов в интересах решения задач МЧС России. Технологии гражданской безопасности, 2016, Т. 13, № 4 (50) - М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) - 14-18 с.

4. Д Справочное пособие по ведению спасательных работ. - Москва.: ВНИИ ГОЧС, 1993.