Мехатронные системы для полиции и спецслужб.

Введение

История мехатроники и робототехники насчитывает много веков и включает эпохи изделий гениальных механиков – «чудесные машины», затем человекоподобные (антропоморфные) машины, промышленную робототехнику с программным управлением, с обратной связью через окружающую среду, бытовую технику и сферу досуга, медицинские манипуляторы. Прогресс науки и техники, потребность в новой технике для гражданского и военного применения привели к созданию сложных робототехнических систем (РТС) и комплексов (РТК). В середине прошлого века понятие РТС охватило мобильные безэкипажные (непилотируемые) системы, функционирующие в космосе и атмосфере, на земле, на воде и под водой, разработка и использование которых ведется многими странами.
настоящее время работы по созданию и использованию в Вооруженных Силах мехатронных роботизированных систем ведутся в соответствии с комплексной целевой программой «Роботизация – 2020» - «Объединенная программа создания комплексов с беспилотными летательными аппарата-ми, наземных робототехнических комплексов и морской роботизирован-ной системы для Вооруженных Сил Российской Федерации в 2011 - 2020 годы» и «Концепцией применения комплексов с беспилотными летательными аппаратами в Вооруженных Силах Российской Федерации на период до 2025 года» [1]. В Министерстве обороны РФ распоряжением правительства создан Главный научно-исследовательский испытательный центр мехатроники и робототехники – головная организация по проблемам создания и применения военной робототехники.


Мехатронные системы для полиции и спецслужб

работе ведущих специалистов РАРАН В.В. Панова и Р.А. Рябцева [1] отмечены основные факторы, обуславливающие необходимость создания и развития робототехнических систем и средств в интересах Вооруженных Сил Российской Федерации:
- возрастание ценности человеческой жизни, стоимости, подготовки содержания личного состава военнослужащих;
- возрастающие потребности в повышении уровня автоматизации перспективного вооружения, обусловленные неблагоприятным влиянием человеческого фактора в реальных боевых условиях за счет стрессовых ситуаций, усталости боевых расчетов (экипажей), невозможности оперативной обработки боевыми расчетами (экипажами) больших объемов информации, дефицита времени на принятие решений и исполнение действий, ограниченных физиологическими возможностями человека;
- наличие ряда военных задач, решение которых сопряжено со значительным риском для жизни и здоровья личного состава. К таким задачам относятся централизованный сбор и обработка информации о радиационном и химическом заражении местности и объектов, выявление и оценка масштабов и последствий применения противником ОМП и др.;
- появление ряда задач, решение которых невозможно без применения роботизированных технических средств, в том числе - подводные работы на большой глубине, проведение разведки на сильно зараженной местности или в труднодоступных местах и др.;
- возможность модернизации большого числа имеющихся на вооружении образцов ВВТ, которые при оснащении их навесным модульным бортовым оборудованием, созданным с использованием технологий военной робототехники, приобретают новые качества и могут быть эффективно использованы для решения боевых и обеспечивающих задач в ходе ведения боевых действий;
общность типовых задач робототехники, таких как радиационный, химический и бактериологический контроль, экологический мониторинг, сбор, обработка опасных отходов, дегазация, дезактивация, дезинфекция техники и местности, расчистка завалов в зонах разрушений, тушение пожаров, охрана объектов, выполнение различных инженерных и технических работ при решении военных и народнохозяйственных задач.
С 2011 года количество только БЛА в Вооруженных Силах РФ возросло в девять раз, наземных роботов – втрое, морских – вчетверо.
Новейшим российским мобильным сухопутным (наземным) робототехническим комплексом (МСРТК) разминирования является «Уран-6», который был создан ОАО «766 УПТК» (Управление производственно-технологической комплектации, Московская область). Данный саперный комплекс уже успел пройти приемо-сдаточные испытания в Чечне — в Сунженском районе. Здесь роботизированный комплекс «Уран-6» (рис.1) занимался сплошной очисткой лесных массивов и сельскохозяйственных угодий от разнообразных взрывоопасных предметов.
1091565192405


Рис. 1. «УРАН-6» - робототехнический комплекс разминирования

29 марта 2016 года в Сирию для разминирования освобожденного от боевиков г. Пальмира (город, подступы, исторические памятники) были направлены специалисты Противоминного центра МО РФ, в числе спецтехники саперов был и РТК «Уран-6».
Многофункциональный мобильный сухопутный (наземный) РТК «Уран-9» также создан в ОАО «766 УПТК». Комплекс предназначен для дистанционной разведки и огневой поддержки мотострелковых, разведывательных и антитеррористических подразделений. В состав комплекса входят две радиоуправляемые боевые машины, тягач для их транспортировки и подвижный пункт управления. Боевая машина оснащена 30-мм автоматической пушкой 2А72 (200 снарядов), 7,62-мм пулеметом Калашникова (1000 патронов), ПТУР 9М120 «Атака» (2 пусковые установки по 2 управляемые ракеты ), ПЗРК «Игла», возможно установить огнемет. Вооружением управляет оператор. В состав полезной нагрузки входит также система предупреждения о лазерном облучении, оборудование для обнаружения, распознавания и сопровождения целей. Снаряженная масса РТК – 10 т; максимальная скорость – 25 км/ч; дальность управления – 3 км; габариты: длина – 5200 см, ширина – 2500 см, высота – 2300 см. Мобильный наземный РТК «Уран-9» - первый боевой робот, принятый на вооружение, первые серийные РТК «Уран-9» (рис.2) отправлены в войска в 2016 году.
87757062865


Рис. 2. Многофункциональная радиоуправляемая боевая машина «Уран-9»

средствах массовой информации растет количество сведений о новых разработках РТК, новых применениях, использовании РТК в гражданской и военной областях, в досуговой и развлекательной деятельности, растет число фирм и стран, отдельных энтузиастов, молодежи, занимающихся проблемами РТК. Такая «распределенная» практика способствует популяризации тематики РТК, обмену опытом, созданию новых форм организации творческих коллективов (например, виртуальные профессиональные сообщества), появлению новых решений, внедрение РТК (в первую очередь. БЛА) в разные сферы.
Приведем, для примера, перечень некоторых программ, имеющих прямое отношение к направлению РТК, из сборника «DARPA. Программа 2015», [2].
Среди семи направлений «Прогноза технологических приоритетов DARPA до 2020 года» шесть в той или иной степени связаны с робототехникой:
-технологии робототехники (высокоэффективные транспортные средства доставки персонала и грузов; автономные операции роботов (подводные, наземные, воздушные); энергообеспечение длительных автономных действий; навигация в условиях радиоэлектронного противодействия; робототехнический транспорт для воздушного и водного пространства, пересеченной местности и дорог общего пользования;
- технологии интеграции возможностей человека и робота для действий в реальном мире;
-групповое управление «роем» роботов.
Среди программ на 2015 год, в частности:
-Программа Robotics Challenge, предусматривающая создание робототехнических средств для операций по ликвидации чрезвычайных ситуаций. Создаваемые средства должны свободно передвигаться по неровной поверхности и обломкам, использовать обычный и электрический инструмент, управлять транспортными средствами, перемещать небольшие грузы. Дистанционно-управляемый робот должен обладать определенной степенью автономности на случай помех и обрывов связь, а также в случае управления неподготовленным оператором.
-Программа Robotics Fast Track – направлена на коренное изменение технологии роботостроения с целью создания недорогих, практичных составных автоматизированных решений путем вовлечения новых сообществ разработчиков (профессионалов робототехники и энтузиастов).


2

. Определения, классификационные признаки

Мобильный мехатронный робототехнический комплекс (МРТК) – подвижная платформа многократного применения, автоматическое или автоматизированное управление движением и рабочими функциями которой выполняется без присутствия экипажа на борту, оснащенная двигательной установкой, системой управления движением, имеющая полезную нагрузку, определяющую ее назначение и тактико-технические характеристики, позволяющие выполнять заданные миссии.
МРТК – эргатическая (человеко-машинная) система, включающая РТК, как системообразующую часть, внебортовые средства управления движением и выполнения задания, системы технического обслуживания, а также персонал (в т.ч. оператор управления мобильной платформой и опе-ратор управления полезной нагрузкой).
По западной классификации МРТК в зависимости от среды функционирования включает следующие классы:
- беспилотные летательные аппараты – UAV (Unmanned Aerial Ve-
hicle);
самоходные наземные аппараты – UGV (Unmanned Ground
Vehicle);
необитаемые подводные аппараты – UUV (Unmanned Underwater
Vehicle);
надводные безэкипажные суда – USV (Unmanned Survace Vehicle);
формируется класс гибридных транспортных средств – UHV (Un-manned Hybrid Vehicle).
Приведем изделия НПО «АТ» 2016 г.
Транспортная мобильная платформа MR-600
Предназначена для эффективного проведения транспортных и поисково-спасательных операций на пересечённой местности.
Основные технические характеристики:
Электроагрегат с автономностью более 24 часов;
Преодоление:
 порогов высотой до 500 мм;
 лестничных маршей промышленных зданий и сооружений с углом наклона до 30° и высотой ступени до 200 мм;
Изделие НПО «АТ» 2016 г.
 шириной рва до 500 мм;
 высотой стенки до 400 мм и шириной до 300 мм;
Скорость движения полностью оснащенного РТК с полезной нагрузкой:
до 15 км/ч при движении по равнинной местности;
 до 10 км/ч при движении по пересеченной местности.
Грузоподъемность до 200 кг.
 Автономная гусеничная платформа MR-800

Специализированная комбинированная мобильная робототехническая система с элементами антропоморфных конструкций для осуществления аварийно-спасательных и других неотложных работ по предотвращению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
ТТХ автономной гусеничной платформы:
Управление – дистанционное/супервизорное.
Специализированный экзоскелетный комплекс двойного назначения ЭК-400.
Применение:
Поддержка сотрудников оперативных подразделений МЧС и МО РФ при транспортировке грузов.


Принцип работы экзоскелетного комплекса основан на увеличении силы и скорости работы мышц человека за счет использования электроприводов. Приводы, используемые в экзоскелете, служат для компенсации веса самого экзоскелета, разгрузки оператора при переносе тяжестей и поддержании вертикального положения тела.
Платформы информационно-сервисных робототехнических комплексов
Предприятием создан действующий макетный образец коммуникационного сервисного робототехнического комплекса с интерактивным диалоговым интерфейсом.
Коммуникационный сервисный робот (КСР) с интерактивным диалоговым интерфейсом представляет собой автономную программно-аппаратную платформу, обеспечивающую реализацию следующих функциональных возможностей:
1) патрулирование территории:
- автономная навигация и построение карт помещений;
- движение под управлением оператора или программы;
- наблюдение и контроль за ситуацией в местах массового скопления людей:
- регистрация информации о поведении людей и состоянии окружающей среды в рабочей зоне робота;
- оценка потенциально опасных действий и ситуаций (например, возгорание);
- предупреждение оператора с целью предотвращения чрезвычайных ситуаций;
- реализация функции распознавания лиц для поиска потенциально опасных индивидов.
2) взаимодействие с окружающей средой и объектами:
- идентификация предметов и людей;
- слежение за объектом взаимодействия;
- организация эвакуации людей при ЧС.
3) оказание информационно-справочных и консультационных услуг, в том числе клиентам с ограниченными возможностями здоровья с помощью трансляции видеоизображения и звука пользователю;
4) использование в выставочно-ярмарочных и коммуникативных мероприятиях:
- создание уникального и запоминающегося образа представляемой компании;
- привлечение потока посетителей;
- повышение лояльности потенциальных клиентов;
- проведение телесовещаний с экспертами;

Технические характеристики:
- габариты – 83х32х46 см;
- вес – до 44 кг;
- количество степеней подвижности – не менее 4;
- время работы без подзарядки до 9 часов;
- зарядка: бытовая сеть (220 Вольт);
- условия использования: в помещении (обычная квартира или офис с незначительными неровностями пола);
- угол поворота головы робота – 360 градусов;
- скорость передвижения: 5 км/час.
- доступ в интернет по технологии Wi-fi.
В России появится принципиально новый способ борьбы с угонщиками и нарушителями правил дорожного движения: полицейские смогут дистанционно отключать двигатель у преследуемого автомобиля. Это станет возможным посредством внедрения системы ЭРА-ГЛОНАСС, которой с 2017 года в обязательном порядке оборудуют все новые автомобили, выпускающиеся на территории стран Таможенного союза.
Внедрение бортовых терминалов ЭРА-ГЛОНАСС из российских комплектующих даст возможность дистанционного управления машиной. Опция отключения зажигания реализуется с помощью сигнала, который может быть подан со спутника, или через сотовые сети.
С 2015 года тревожная кнопка, включающая систему экстренного реагирования при авариях ЭРА-ГЛОНАСС, стала обязательной для новых автомобилей в странах Таможенного союза. С 2017 года ее начнут устанавливать на пассажирский и грузовой транспорт.
Классификации МРТК посвящены, в частности работы [1, 3-7], обзору РТК работы [5-7], где приведены краткие описания и фотографии общего вида более 150 отечественных и 130 иностранных (с учетом дублирования) мобильных наземных РТК военного назначения разного статуса.
Телевизионным каналом Discovery названы 10 лучших робототехнических систем (см. видео «Запредельное оружие. Роботы-воины». 5 серий, Discovery):
1. - БЛА Х-47В, США. 2. - Мобильный сухопутный РТК CRUSHER, США. 3.- БЛА Predator-B, США. 4. - Автономная самоуправляемая мини-подводная лодка TALISMAN, Великобритания. 5. - БЛА вертолетного типа Fire Scout, США. 6. - Миниробот VIPeR, Израиль. 7. - БЛА Global Hawk, США. 8. - Многоцелевой безэкипажный дистанционно-управляемый катер (с боевым модулем Protector), Израиль. 9. - БЛА Skylark-1, Израиль. 10. -
Мобильный наземный РТК MULE, США.
Созданы мобильные роботы, которые могут перемещаться в нескольких средах (многосредные МРТК), например: в США в рамках программы Пентагона ведутся испытания гибридного аппарата Black Knight Transformer. Он представляет собой гибрид – «грузовая машина – беспилотный летательный аппарат вертолетного типа», предназначенный для дистанционного проведения медико-эвакуационных (спасательных) операций, как на земле, так и по воздуху без экипажа на борту. Трансформация осуществляется благодаря повороту двигателей с двухлопастным винтом. Сообщалось также, что разработаны и впервые прошли испытания РТК, которые могут быть попеременно применены в наземной, воздушной и морской среде для разведки, нанесения ударов с помощью огневого или электромагнитного заряда.
Отдельное место занимают антропоморфные и биотехнические роботы, экзоскелеты.
Антропоморфные (андроиды, человекоподобные РТК), например: робот-гонщик, фирма Yamaha, Япония, способный управлять спортбайком на треке на скорости до 200 км/ч для отработки систем безопасности; SAFFiR – РТК-андроид, предназначенный для тушения пожаров на кораб-ле, США; робот-андроид ЦНИИТОЧМАШ, Россия, способен управлять квадроциклом и вести стрельбу с ходу.
Под биотехническими (биоморфными) РТК будем понимать технические или комбинированные (живой организм – техника) системы, аппаратно и программно моделирующие функционирование живых организмов.

Цели создания биотехнических РТК:
- развитие фундаментальных и прикладных наук о движении, управлении и самоорганизации в живой природе и технике; развитие междисциплинарных исследований, появление новых компетенций (например, в технических науках складывается новое научное направление «мехабиотроника»;
-создание систем с новыми свойствами для гражданских целей (включая медицину и медицинскую технику, реабилитацию людей с ограниченными возможностями), для военных целей и научных исследований;
освоение новых сфер применения.
Биотехнические РТК: робот Cheetah, США – шагающий четырехногий транспортный робот; шагающий РТК Big Dog, фирма Boston Dinamics, США, считается самым совершенным четырехногим роботом современ-ност; в АО « ВНИИ «Сигнал» разрабатывается мобильный шагающий биотехнический комплекс; созданы биотехнические роботы-чайки, кенгуру, стрекозы компании Festo, Германия и многие другие.
Экзоскелет - cпециальный механизированный костюм, увеличивающий силовые возможности человека, позволяет военнослужащим поднимать и переносить тяжелые грузы на значительные расстояния, а также освободить руки при использовании тяжелого вооружения и средств индивидуальной защиты