Kova su daugiafunkciniu robotų kompleksu „Uran-9“
Pažvelkite į sausumos mobiliųjų robotų sistemų (SMRK) technologijas, pokyčius, dabartinę padėtį ir perspektyvas
Norint sukurti naujas operatyvines doktrinas, ypač skirtas miesto karui ir asimetriniams konfliktams, reikės naujų sistemų ir technologijų, kad būtų sumažintos karių ir civilių aukos. Tai galima pasiekti įgyvendinant SMRK srities pokyčius, naudojant pažangias stebėjimo ir informacijos rinkimo technologijas, taip pat žvalgybos ir taikinio aptikimo, apsaugos ir didelio tikslumo smūgius. SMRK, kaip ir jų skraidantys kolegos, dėl plačiai naudojamų itin modernių robotų technologijų neturi laive žmogaus operatoriaus.
Šios sistemos taip pat yra būtinos dirbant užterštoje aplinkoje arba atliekant kitas „kvailas, purvinas ir pavojingas“užduotis. Išplėstinio SMRK kūrimo poreikis yra susijęs su poreikiu naudoti nepilotuojamas sistemas tiesioginei paramai mūšio lauke. Kai kurių karinių ekspertų teigimu, negyvenamos transporto priemonės, kurių autonomijos lygis bus palaipsniui didinamas, taps vienu svarbiausių taktinių elementų šiuolaikinių sausumos pajėgų struktūroje.
Robotų kompleksas, paremtas šarvuota transporto priemone TERRAMAX M-ATV, veda nepilotuojamų transporto priemonių koloną
SMRK veiklos poreikiai ir plėtra
2003 m. Pabaigoje JAV centrinė vadovybė paskelbė skubius ir skubius prašymus dėl sistemų, skirtų kovoti su savadarbių sprogstamųjų įtaisų (IED) grėsme. Jungtinė žemės robotų įmonė (JGRE) sukūrė planą, kuris, naudojant mažas robotų mašinas, galėtų greitai žymiai padidinti pajėgumus. Laikui bėgant šios technologijos vystėsi, buvo įdiegta daugiau sistemų, o vartotojai gavo pažangių prototipų vertinimui. Dėl to padaugėjo vidaus saugumo srityje dalyvaujančių kariškių ir padalinių, išmokusių valdyti pažangias robotų sistemas.
Išplėstinė gynybos tyrimų projektų agentūra (DARPA) šiuo metu tiria mašinų mokymosi robotų technologijas, remdamasi dirbtinio intelekto ir vaizdo atpažinimo pokyčiais. Visos šios technologijos, sukurtos pagal UPI (nepilotuojamo suvokimo integracijos) programą, gali geriau suprasti aplinką / reljefą gerai judančiai transporto priemonei. Šio tyrimo rezultatas buvo mašina, vadinama „CRUSHER“, kuri veiklos įvertinimą pradėjo dar 2009 m. nuo to laiko buvo pagaminti dar keli prototipai.
MPRS („Man-Portable Robotic System“) programa šiuo metu orientuota į mažų robotų autonominės navigacijos ir susidūrimo išvengimo sistemų kūrimą. Taip pat nustatomos, tiriamos ir optimizuojamos technologijos, sukurtos siekiant padidinti robotų sistemų autonomiškumą ir funkcionalumą. RACS (Robotic for Agile Combat Support) programa kuria įvairias robotų technologijas, kad atitiktų dabartines grėsmes ir veiklos reikalavimus, taip pat būsimus poreikius ir galimybes. RACS programa taip pat kuria ir integruoja įvairių kovinių misijų ir įvairių platformų automatizavimo technologijas, pagrįstas bendros architektūros koncepcija ir tokiomis pagrindinėmis savybėmis kaip kelių mašinų mobilumas, greitis, valdymas ir sąveika.
Robotų dalyvavimas šiuolaikinėse kovinėse operacijose leidžia ginkluotosioms pajėgoms įgyti neįkainojamos savo veiklos patirties. Atsirado keletas įdomių sričių, susijusių su nepilotuojamų orlaivių (UAV) ir SMRK naudojimu vienoje operacinėje patalpoje, o kariniai planuotojai ketina juos atidžiai ištirti, įskaitant bendrą kelių platformų valdymą, keičiamų borto sistemų, kurias galima įdiegti, kūrimą UAV ir SMRK, siekiant išplėsti pasaulinius pajėgumus, taip pat naujas technologijas, skirtas perspektyvioms kovinėms negyvenamoms sistemoms.
Remiantis eksperimentine programa ARCD (Active Range Clearance Developments), bus sukurtas vadinamasis „zonos saugumo užtikrinimo automatinėmis priemonėmis“scenarijus, kuriame keli SMRK dirbs kartu su keliais UAV. Be to, bus vertinami technologiniai sprendimai, susiję su radarų stočių naudojimu nepilotuojamose platformose, valdymo ir stebėjimo sistemų integravimo ir bendro sistemų efektyvumo vertinimas. Vykdydamos ARCD programą, JAV karinės oro pajėgos planuoja sukurti technologijas, būtinas bendrų SMRK ir UAV veiksmų efektyvumui padidinti (tiek lėktuvų, tiek sraigtasparnių schemas), taip pat visų dalyvių jutiklių „sklandaus“veikimo algoritmus. platformos, keitimasis navigacijos duomenimis ir duomenimis apie tam tikras kliūtis.
Vidinis mechaninių, elektrinių ir elektroninių komponentų išdėstymas SMRK SPINNER
Amerikos armijos tyrimų laboratorija ARL (Army Research Laboratory) atlieka eksperimentus kaip dalį savo tyrimų programų, siekdama įvertinti technologijų brandą. Pavyzdžiui, ARL atlieka eksperimentus, kuriais įvertinamas visiškai autonominio SMRK gebėjimas aptikti ir išvengti judančių automobilių ir judančių žmonių. Be to, JAV karinio jūrų laivyno Kosmoso ir jūrų ginklų centras atlieka naujų robotų technologijų ir susijusių pagrindinių techninių sprendimų tyrimus, įskaitant autonominį žemėlapių sudarymą, kliūčių vengimą, pažangias ryšių sistemas ir bendras SMRK ir UAV misijas.
Visi šie eksperimentai, dalyvaujant kelioms antžeminėms ir oro platformoms, atliekami realiomis išorinėmis sąlygomis, pasižyminčiomis sudėtingu reljefu ir realių užduočių rinkiniu, kurio metu įvertinamos visų komponentų ir sistemų galimybės. Vykdant šias bandomąsias programas (ir susijusią technologijų strategiją), skirtą pažangiems SMRC plėtrai, buvo nustatytos šios kryptys, siekiant padidinti būsimų investicijų grąžą:
- technologijų plėtra suteiks posistemių ir komponentų technologinį pagrindą ir tinkamą integravimą į SMRK prototipus, skirtus našumo bandymams;
- pirmaujančios šios srities įmonės kurs pažangias technologijas, būtinas robotizavimo sričiai išplėsti, pavyzdžiui, didinant SMRK diapazoną ir didinant ryšio kanalų spektrą; ir
- rizikos mažinimo programa užtikrins pažangių technologijų kūrimą konkrečiai sistemai ir leis įveikti kai kurias technologines problemas.
Dėl šių technologijų plėtros SMRK potencialiai gali padaryti revoliucinį šuolį į priekį karinėje srityje, jų naudojimas sumažins žmonių nuostolius ir padidins kovos efektyvumą. Tačiau norėdami tai pasiekti, jie turi sugebėti dirbti savarankiškai, įskaitant sudėtingų užduočių atlikimą.
Ginkluoto SMRK pavyzdys. Izraelio kompanijos „G-NIUS Unmanned Ground Systems“AVANTGUARDAS
Išplėstinė modulinė robotų sistema MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), ginkluota kulkosvaidžiu ir granatsvaidžiais
Sukurta NASA SMRK GROVER ant snieguotos vietovės
Techniniai reikalavimai pažangiam SMRK
Išplėstiniai SMRK yra sukurti ir sukurti karinėms misijoms ir daugiausia naudojami pavojingomis sąlygomis. Šiandien daugelis šalių teikia mokslinius tyrimus ir plėtrą robotų nepilotuojamų sistemų, galinčių daugeliu atvejų dirbti nelygiu reljefu, srityje. Šiuolaikiniai SMRK gali siųsti operatoriui vaizdo signalus, informaciją apie kliūtis, taikinius ir kitus taktinius aspektus įdomius kintamuosius arba, pažangiausių sistemų atveju, priimti visiškai nepriklausomus sprendimus. Tiesą sakant, šios sistemos gali būti pusiau autonominės, kai maršrutui nustatyti naudojami navigacijos duomenys kartu su borto jutiklių duomenimis ir nuotolinio operatoriaus komandomis. Visiškai savarankiška transporto priemonė pati nustato savo maršrutą, kurdama maršrutą naudoja tik borto jutiklius, tačiau tuo pačiu metu operatorius visada turi galimybę priimti reikiamus konkrečius sprendimus ir perimti kontrolę kritinėse situacijose arba sugadinimo atveju prie mašinos.
Šiandien šiuolaikiniai SMRK gali greitai aptikti, nustatyti, lokalizuoti ir neutralizuoti daugelio rūšių grėsmes, įskaitant priešo veiklą radiacijos, cheminės ar biologinės taršos sąlygomis įvairiose vietovėse. Kuriant šiuolaikišką SMRK, pagrindinė problema yra funkcionaliai efektyvaus dizaino sukūrimas. Pagrindiniai dalykai yra mechaninis dizainas, borto jutiklių ir navigacijos sistemų rinkinys, žmogaus ir roboto sąveika, mobilumas, ryšiai ir energijos / energijos suvartojimas.
Roboto ir žmogaus sąveikos reikalavimai apima labai sudėtingas žmogaus ir mašinos sąsajas, todėl reikia sukurti daugiarūšius techninius sprendimus, kad būtų užtikrintos saugios ir draugiškos sąsajos. Šiuolaikinė roboto ir žmogaus sąveikos technologija yra labai sudėtinga ir, norint pasiekti gerą patikimumo lygį tiek žmogaus ir roboto sąveikoje, tiek roboto ir roboto sąveikoje, reikalauja daug bandymų ir įvertinimų realiomis darbo sąlygomis.
Ginkluotą SMRK sukūrė Estijos kompanija MILREM
Dizainerių tikslas yra sėkmingai sukurti SMRK, galintį atlikti savo užduotis dieną ir naktį sudėtingoje vietovėje. Kad kiekvienoje konkrečioje situacijoje būtų pasiektas didžiausias efektyvumas, SMRK turėtų sugebėti judėti visų tipų reljefuose su kliūtimis dideliu greičiu, dideliu manevringumu ir greitai pakeisti kryptį, žymiai nesumažindamas greičio. Su mobilumu susiję projektavimo parametrai taip pat apima kinematines charakteristikas (visų pirma galimybę palaikyti kontaktą su žeme bet kokiomis sąlygomis). Be pranašumo, kad SMRK neturi žmonėms būdingų apribojimų, taip pat yra trūkumas, kad reikia integruoti sudėtingus mechanizmus, galinčius pakeisti žmogaus judesius. Važiavimo efektyvumo projektavimo reikalavimai turi būti integruoti į jutimo technologiją, taip pat į jutiklių ir programinės įrangos kūrimą, kad būtų užtikrintas geras judumas ir galimybė išvengti įvairių kliūčių.
Vienas iš itin svarbių didelio judrumo reikalavimų yra galimybė naudoti informaciją apie natūralią aplinką (pakilimus, augmeniją, uolienas ar vandenį), žmogaus sukurtus objektus (tiltus, kelius ar pastatus), orą ir priešo kliūtis (minų laukus ar kliūtis).. Šiuo atveju tampa įmanoma nustatyti savo pozicijas ir priešo pozicijas, o žymiai pakeitus greitį ir kryptį, smarkiai padidėja SMRK šansai išgyventi priešo ugnyje. Tokios techninės charakteristikos leidžia sukurti ginkluotą žvalgybos SMRK, galintį atlikti žvalgybos, stebėjimo ir taikinio gavimo užduotis, ugnies misijas esant ginklų kompleksui, taip pat gebančias aptikti grėsmes savigynai (minos, priešo ginklų sistemos) ir kt.).
Visos šios kovos galimybės turi būti įgyvendinamos realiu laiku, kad būtų išvengta grėsmių ir neutralizuotas priešas, naudojant jų pačių ginklus arba ryšio kanalus su nuotolinėmis ginklų sistemomis. Didelis mobilumas ir gebėjimas lokalizuoti ir sekti priešo taikinius bei veiklą sunkiomis kovos sąlygomis yra nepaprastai svarbūs. Tam reikia sukurti protingą SMRK, galintį realiu laiku sekti priešo veiklą dėl integruotų sudėtingų judesių atpažinimo algoritmų.
Išplėstinės galimybės, įskaitant jutiklius, duomenų suliejimo algoritmus, aktyvią vizualizaciją ir duomenų apdorojimą, yra būtinos ir reikalauja modernios aparatinės ir programinės įrangos architektūros. Atliekant užduotį šiuolaikiniame SMRK, vietovei įvertinti naudojama GPS sistema, inercinis matavimo įrenginys ir inercinė navigacijos sistema.
Naudodamasis šių sistemų dėka gautais navigacijos duomenimis, SMRK gali savarankiškai judėti pagal borto programos arba nuotolinio valdymo sistemos komandas. Tuo pačiu metu SMRK gali siųsti navigacijos duomenis į nuotolinio valdymo pultą trumpais intervalais, kad operatorius žinotų apie tikslią jo vietą. Visiškai savarankiški SMRK gali planuoti savo veiksmus, todėl būtina sukurti maršrutą, kuris neįtrauktų susidūrimų, kartu sumažinant tokius pagrindinius parametrus kaip laikas, energija ir atstumas. Navigacinis kompiuteris ir kompiuteris su informacija gali būti panaudoti optimaliam maršrutui nubraižyti ir pataisyti (efektyviai aptikti kliūtis galima lazeriniais nuotolio ieškikliais ir ultragarso jutikliais).
Indijos studentų sukurto ginkluoto SMRK prototipo komponentai
Navigacijos ir ryšių sistemų projektavimas
Kita svarbi problema kuriant veiksmingą SMRK yra navigacijos / ryšių sistemos dizainas. Skaitmeniniai fotoaparatai ir jutikliai yra sumontuoti vizualiam grįžtamam ryšiui, o infraraudonųjų spindulių sistemos - naktiniam darbui; operatorius gali matyti vaizdo įrašą savo kompiuteryje ir nusiųsti keletą pagrindinių navigacijos komandų į SMRK (dešinėn / kairėn, sustoti, pirmyn), kad ištaisytų navigacijos signalus.
Visiškai autonominio SMRK atveju vizualizacijos sistemos yra integruotos su navigacijos sistemomis, pagrįstomis skaitmeniniais žemėlapiais ir GPS duomenimis. Norint sukurti visiškai autonomišką SMRK tokioms pagrindinėms funkcijoms kaip navigacija, reikės integruoti išorinių sąlygų suvokimo, maršruto planavimo ir ryšio kanalų sistemas.
Nors vieno SMRK navigacijos sistemų integravimas yra pažengęs į priekį, algoritmai, skirti planuoti kelių SMRK veikimą vienu metu, ir bendros SMRK ir UAV užduotys yra ankstyvoje stadijoje, nes labai sunku užmegzti ryšį tarp kelias robotų sistemas vienu metu. Vykdomi eksperimentai padės nustatyti, kokių dažnių ir dažnių diapazonų reikia ir kaip reikalavimai skirsis konkrečiai programai. Nustačius šias charakteristikas, bus galima sukurti išplėstines funkcijas ir programinę įrangą kelioms robotizuotoms mašinoms.
Nepilotuojamas sraigtasparnis K-MAX perveža SMSS (Squad Mission Support System) robotizuotą transporto priemonę savarankiškumo bandymų metu; kol pilotas buvo K-MAX kabinoje, bet jos nekontroliavo
Ryšio priemonės yra labai svarbios SMRK veikimui, tačiau belaidžiai sprendimai turi gana didelių trūkumų, nes užmegztas ryšys gali būti prarastas dėl trukdžių, susijusių su reljefu, kliūtimis ar priešo elektroninės slopinimo sistemos veikla. Naujausi kompiuterių ir mašinų ryšio sistemų pokyčiai yra labai įdomūs, todėl šių tyrimų dėka galima sukurti prieinamą ir veiksmingą įrangą, skirtą bendrauti tarp robotų platformų. Ypatingo trumpojo nuotolio ryšio standartas DRSC (Dedicated Short-Range Communication) bus taikomas realiomis SMRK ir SMRK bei UAV komunikacijos sąlygomis. Šiuo metu daug dėmesio skiriama komunikacijos saugumo užtikrinimui atliekant į tinklą orientuotas operacijas, todėl būsimi projektai valdomų ir negyvenamų sistemų srityje turėtų būti grindžiami pažangiais sprendimais, atitinkančiais bendrus sąsajos standartus.
Šiandien trumpalaikių, mažai energijos naudojančių užduočių reikalavimai iš esmės yra įvykdyti, tačiau kyla problemų dėl platformų, atliekančių ilgalaikes užduotis, kai sunaudojama daug energijos, visų pirma, viena aktualiausių problemų yra vaizdo transliacija.
Kuras
Energijos šaltinių parinktys priklauso nuo sistemos tipo: mažiems SMRK energijos šaltinis gali būti pažangi įkraunama baterija, tačiau didesniems SMRK įprastas kuras gali generuoti reikiamą energiją, o tai leidžia įgyvendinti schemą su elektros variklis-generatorius arba naujos kartos hibridinė elektrinė varomoji sistema. Akivaizdžiausi veiksniai, turintys įtakos energijos tiekimui, yra aplinkos sąlygos, mašinos svoris ir matmenys bei užduoties vykdymo laikas. Kai kuriais atvejais maitinimo sistemą turi sudaryti degalų sistema kaip pagrindinis šaltinis ir įkraunama baterija (sumažėjęs matomumas). Tinkamos energijos rūšies pasirinkimas priklauso nuo visų veiksnių, turinčių įtakos užduoties atlikimui, o energijos šaltinis turi užtikrinti reikiamą mobilumą, nepertraukiamą ryšių sistemos, jutiklių komplekto ir ginklų komplekso (jei yra) veikimą.
Be to, būtina išspręsti technines problemas, susijusias su judumu sunkiu reljefu, kliūčių suvokimu ir klaidingų veiksmų savęs taisymu. Vykdant šiuolaikinius projektus buvo sukurtos naujos pažangios robotų technologijos, susijusios su borto jutiklių ir duomenų apdorojimo integravimu, maršruto parinkimu ir navigacija, aptikimu, klasifikavimu ir kliūčių išvengimu, taip pat klaidų, susijusių su ryšio praradimu ir platformos destabilizavimas. Autonominė navigacija bekele reikalauja, kad transporto priemonė atskirtų reljefą, apimantį 3D reljefo reljefą (vietovės aprašymą) ir kliūčių, tokių kaip uolos, medžiai, stovintys vandens telkiniai ir kt., Identifikavimą. Bendrosios galimybės nuolat didėja ir šiandien jau galime kalbėti apie pakankamai aukštą reljefo įvaizdžio apibrėžimą, tačiau tik dieną ir esant geram orui, tačiau robotų platformų galimybes nežinomoje erdvėje ir esant blogam orui. sąlygos vis dar nepakankamos. Šiuo atžvilgiu DARPA vykdo keletą eksperimentinių programų, kuriose robotų platformų galimybės yra tikrinamos nežinomoje vietovėje, bet kokiu oru, dieną ir naktį. DARPA programa, pavadinta „Applied Research in AI“(taikomieji dirbtinio intelekto tyrimai), tiria protingą sprendimų priėmimą ir kitus pažangius technologinius sprendimus, skirtus autonominėms sistemoms, skirtoms konkrečioms pažangių robotų sistemų programoms, taip pat kuria autonominius kelių robotų mokymosi algoritmus. bendros užduotys, kurios leis robotų grupėms automatiškai apdoroti naujas užduotis ir perskirstyti vaidmenis.
Kaip jau minėta, eksploatavimo sąlygos ir užduoties tipas lemia modernaus SMRK, kuris yra mobilioji platforma su maitinimo šaltiniu, jutikliais, kompiuteriais ir programinės įrangos architektūra, skirta suvokimui, naršymui, bendravimui, mokymuisi / pritaikymui, sąveikai. robotas ir žmogus. Ateityje jie bus labiau daugiašaliai, turės didesnį susivienijimo ir sąveikos lygį, taip pat bus veiksmingesni ekonominiu požiūriu. Ypač įdomios yra sistemos su modulinėmis apkrovomis, leidžiančiomis mašinas pritaikyti įvairioms užduotims. Kitą dešimtmetį atviroje architektūroje sukurtos robotizuotos transporto priemonės taps prieinamos taktinėms operacijoms ir bazių bei kitos infrastruktūros apsaugai. Jiems bus būdingas didelis vienodumo ir savarankiškumo lygis, didelis mobilumas ir modulinės borto sistemos.
SMRK technologija kariniams tikslams sparčiai tobulėja, o tai leis daugeliui ginkluotųjų pajėgų pašalinti karius iš pavojingų užduočių, įskaitant IED aptikimą ir sunaikinimą, žvalgybą, jų pajėgų apsaugą, išminavimą ir daug daugiau. Pavyzdžiui, JAV armijos brigados kovinių grupių koncepcija, naudojant pažangius kompiuterinius modeliavimus, kovinį mokymą ir realią kovos patirtį, parodė, kad robotizuotos transporto priemonės pagerino įgulos antžeminių transporto priemonių išgyvenamumą ir žymiai pagerino kovos efektyvumą. Plėtojant daug žadančias technologijas, tokias kaip mobilumas, savarankiškumas, aprūpinimas ginklais, žmogaus ir mašinos sąsajos, dirbtinis intelektas robotinėms sistemoms, integracija su kitomis SMRK ir pilotuojamomis sistemomis, padidės negyvenamų antžeminių sistemų pajėgumai ir jų lygis. autonomija.
Rusijos perkusijos robotų kompleksas „Platform-M“, sukurtas NITI „Progress“
