Разработка программного обеспечения сенсорной системы мобильной платформы iRobot Create (стр. 4 из 13)

В последние годы во многих странах повысился интерес к малогабаритным ДПЛА, обладающим вертикальным взлетом и посадкой. выполненным по вертолетной схеме (рис. 1.4). Подобные МДПЛА характеризуются существенно малой массой (до 50 кг) и габаритами, что позволяет осуществлять их перевозку неспециализированным транспортом и быстрое развертывание на месте применения.

Круг задач, решаемых МДПЛА вертолетного типа, весьма обширен:

– визуальный и технический контроль обширных труднодоступных территорий;

– профилактический контроль местности и объектов;

– поиск людей и объектов;

– доставка медикаментов и грузов.

Рисунок 1.4 – Дистанционно управляемый вертолет

С середины 90-х гг. в США ведутся разработки миниатюрных летательных аппаратов - микроДПЛА (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 – МикроДПЛА (AeroVironment Inc., США)

МикроДПЛА представляют собой дистанционно пилотируемых устройства с габаритами не более 15 см, дальностью полета около 10 км, скоростью 10-20 м/с и временем полета до 1 ч.

В качестве полезной нагрузки используются миниатюрные цифровые камеры, датчики, специальные технические средства.

1.4 Боевые роботы

Боевой мобильный робот (или военный робот) - автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях для сохранения человеческой жизни или для работы в условиях несовместимых с возможностями человека в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т.п.

Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли). Устройство может быть электромеханическим, пневматическим, гидравлическим или комбинированным.

В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора [11].

Существуют следующие виды боевых роботов:

– воздушные (БПЛА);

– мобильные робототехнические комплексы;

– морские (надводные или подводные).

В общем случае боевые БПЛА используются для ведения разведки, нанесения ударов по наземным целям, корректировки огня и т.д. Существуют следующие модели БПЛА: Ка-37; Ка-137; ПС-01 «Комар»; Шмель-1 – прототип беспилотного летательного аппарата Пчела-1Т; Пчела-1Т; ВР-2; ВР-3; Ту-123 «Ястреб» (ДБР-1) – cверхзвуковой дальний беспилотный разведчик; Ту-130; Ту-141 «Стриж»; Ту-143 «Рейс»; Ту-243 «Рейс-Д» – дозвуковой разведчик; Ту-300 «Коршун»; «Скат» – дозвуковой ударный; ZALA 421-08; Эльф-Д. Рассмотрим подробнее некоторые из боевых воздушных роботов.

БПЛА «Скат» (рис. 1.6) – разведывательный и ударный беспилотный летательный аппарат. Впервые был представлен на авиасалоне МАКС-2007 в качестве полноразмерного макета, предназначенного для отработки конструкторско-компоновочных решений.

Рисунок 1.6 – БПЛА «Скат»

Этот летательный аппарат выполняет ведение разведки, нанесение ударов по наземным целям авиабомбами и управляемыми ракетами Х-59, уничтожение радиолокационных систем ракетами Х-31.

ZALA 421-08 – сверхмалый беспилотный летательный аппарат. Этот робот предназначен для наблюдения, целеуказания, корректировки огня, оценки ущерба.

Весь комплекс состоит из системы управления и двух аппаратов. Полевая комплектация предусматривает компактный ручной электрогенератор для зарядки аккумуляторов. В качестве сменной полезной нагрузки в стандартном варианте на борту установлены две цветные камеры: одна смотрит вниз и вперёд, вторая поворотная по крену смотрит вниз-вбок. В качестве дополнительных полезных нагрузок выступает тепловизор и фотокамера. Маршрут БПЛА можно изменять в реальном времени. Если оператора интересует какой-то объект более подробно, он просто нажимает пальцем на сенсорный экран ноутбука, и выбирает например фигуру «круг влево» и ZALA 421-08, закладывая левый вираж, начинает делать «воронку», непрерывно удерживая цель в объективе бортовой камеры. Запускается ZALA 421-08 с рук. Метод посадки - автоматически с парашютом.

Следующий вид боевых роботов, которые необходимо рассмотреть – это мобильные робототехнические комплексы. Ознакомимся более подробно с некоторыми из моделей современных боевых МРК.

МРК Guardium (рис. 1.7) - беспилотный военный автомобиль. Создан израильской фирмой G-NIUS, принадлежащей израильским оборонным компаниям «Эльбит Маарахот» и «Таасия Авирит». Предназначен для патрулирования, сопровождения автоколонн, ведения разведки и охраны. Guardium построен на базе четырехколесного багги, обеспечивающего повышенную проходимость на пересеченной местности. Поступил на вооружение Армии обороны Израиля в начале 2009 года.

МРК Swords (сокращение от Special Weapons Observation Reconnaissance Detection Systems) – специальная боевая система наблюдения и разведки.

Создан компанией Фостер-Миллер TALON Робот. По утверждению производителя робот предназначен для действий в городе, способен предолевать песок, воду и снег (до 30,48 м глубины), а также осуществлять подъем по лестнице.

Рисунок 1.7 – Беспилотный военный автомобиль Guardium

Он рассчитан на 8,5 часов работы от батарей в нормальном эксплуатационном режиме - ожидания до 7 суток. Контролируется оператором на расстоянии до 1000 метров. Он весит около 45,36 кг или 27,22 кг в версии для разведки.

Есть целый ряд различных видов оружия, которые могут быть размещены на SWORDS: винтовки M16, 5,56-мм SAW M249, 7,62 мм пулемет M240, винтовки Барретт M82.50, шестиствольный 40-мм гранатомет или четырехствольный 66 мм M202A1 FLASH.

1.5 Бытовые мобильные роботы

Изначально роботы появились в наших домах в виде роботов-игрушек. Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации роботов-игрушек стала собачка AIBO корпорации Sony (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 – Робот-собака AIBO

Она имеет множество модификаций, первая модель была выпущена в 1999 году. AIBO умеет ходить, «видеть» окружающие его предметы с помощью видеокамеры и инфракрасных датчиков расстояния, распознавать команды и лица. Робот является полностью автономным: он может учиться и развиваться, основываясь на побуждениях своего хозяина, обстановки, или другого AIBO. Несмотря на это, он поддаётся настройкам с помощью специальных программ. Существует программное обеспечение имитирующее «взрослую собаку», которая сразу использует все свои функции и программное обеспечение имитирующее «щенка», который раскрывает свои возможности постепенно.

Однако сейчас самыми распространенными бытовыми роботами являются роботы-пылесосы. Существуют такие модели этих устройств – Roomba (производитель – iRobot), Trilobite (производитель – Electrolux), Karcher RC3000 (производитель - Karcher).

Roomba - роботизированный пылесос, разработанный и продаваемый iRobot (рис. 1.9). Устройство представляет собой диск 34 см в диаметре и менее 9 см в высоту. Большой контактный сенсор установлен в передней части устройства, с инфракрасным датчиком по центру в верхней передней части. Для работы Roomba использует внутренние аккумуляторы и нуждается в регулярной подзарядке от настенного модуля. Новые модели третьего поколения имеют возможность поиска зарядного устройства, связываясь с ним через инфракрасный датчик. Roomba имеет небольшую высоту. Он достаточно низкий, чтобы пройти под кроватью или другой мебелью. Если он поймет, что застрял, он перестанет двигаться, и начнет подавать звуковые сигналы, помогающие владельцу его обнаружить.

Рисунок 1.9 – Робот-пылесос Roomba

Другой класс устройств – сторожевые или охранные роботы. iRobot Corporation представила универсального домашнего робота-тележку iRobot-LE, управлять которым можно из любой точки мира через любой web-браузер.

Для этого робот оборудован всем необходимым: видеокамерой, микрофонами, движителем, позволяющим даже самостоятельно подниматься по стандартным лестницам, бортовым компьютером класса Pentium II, беспроводным доступом в Интернет, датчиками и сенсорами, предотвращающими столкновения и даже позволяющими почувствовать запах гари. В качестве бортовой операционной системы используется Linux.

2. ДАТЧИКИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.1 Сенсорные системы

Сенсорные системы предназначены для получения информации о внешней среде и положении робота в ней. В отдельных системах роботов имеются также различные чувствительные устройства – датчики, необходимые для функционирования этих систем (например, датчики обратной связи в приводах, во вторичных источниках питания и т.п.) [12]. Эти устройства, ориентированные на внутренние параметры робота, не специфичны для него в целом и не относятся к сенсорным системам робота.

Но выявляемым свойствам и параметрам сенсорные системы можно разделить на следующие 3 группы:

– системы, дающие общую картину окружающей среды с последующим выделением отдельных объектов, значимых для выполнения роботом его функций;