Беспилотное наземное транспортное средство ( БТС ) — это транспортное средство , которое работает при контакте с землей без присутствия человека на борту. БТС могут использоваться во многих случаях, когда неудобно, опасно, дорого или невозможно использовать бортового оператора-человека. Обычно транспортное средство имеет датчики для наблюдения за окружающей средой и автономно управляет своим поведением или использует удаленного оператора-человека для управления транспортным средством с помощью телеуправления .
UGV — это наземный аналог беспилотных летательных аппаратов , беспилотных подводных аппаратов и беспилотных надводных аппаратов . Беспилотная робототехника активно разрабатывается как для гражданского, так и для военного использования.
В 1904 году испанский инженер Леонардо Торрес Кеведо разрабатывал систему радиоуправления, которую он назвал Telekino . Он решил провести первоначальное испытание в виде трехколесного наземного транспортного средства ( трицикла ), который имел эффективную дальность действия от 20 до 30 метров, первого известного примера беспилотного наземного транспортного средства. [1] [2]
Первыми прототипами взрывных роботизированных беспилотников были «наземные торпеды» Обрио-Габе, изобретенные во Франции в 1915 году [3] и «Крокодил » Шнайдера-Крезо , 20 экземпляров которых были приняты на вооружение 2-й французской армии в июле 1915 года. [4]
Работающая машина с дистанционным управлением была опубликована в выпуске журнала World Wide Wireless компании RCA за октябрь 1921 года . Машина управлялась по радио; считалось, что эту технологию можно адаптировать к танкам. [5] В 1930-х годах СССР разработал « Телетанк» — небольшой танк, вооруженный пулеметом. Он управлялся дистанционно по радио с другого танка. «Телетанки» использовались в Зимней войне (1939–1940) между Финляндией и СССР и в начале германо-советской войны после вторжения Германии в СССР в 1941 году. Во время Второй мировой войны британцы разработали радиоуправляемую версию своего пехотного танка «Матильда II» в 1941 году. Известный как «Черный принц», он должен был использоваться для отвлечения огня скрытых противотанковых орудий или для подрывных работ. Из-за затрат на переоборудование трансмиссионной системы танка на коробки передач типа «Уилсон» заказ на 60 танков был отменен. [6]
С 1942 года немецкий вермахт использовал гусеничный минный минный комплекс «Голиаф» для дистанционно управляемых подрывных работ. «Голиаф» был гусеничным транспортным средством, перевозившим 60 кг взрывчатого вещества, направляемого через кабель управления. Он моделировал миниатюрный французский гусеничный транспорт, найденный после немецкого поражения Франции в 1940 году. Сочетание стоимости, низкой скорости, зависимости от кабеля для управления и слабой защиты от оружия означало, что «Голиаф» не был признан успешным.
Первая крупная разработка мобильного робота, названного «Шейки» , была проведена в 1960-х годах в качестве исследовательского проекта для Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Шейки представлял собой колесную платформу с телевизионной камерой, датчиками и компьютером, которые помогали ей выполнять задачи по сбору деревянных блоков и размещению их в определенных областях на основе команд. Впоследствии DARPA разработало серию автономных и полуавтономных наземных роботов, часто совместно с армией США . В рамках Стратегической вычислительной инициативы 1983–1993 годов DARPA в 1985 году продемонстрировало Автономное наземное транспортное средство [7] (ALV), первое UGV, которое могло полностью автономно перемещаться по дорогам и бездорожью на полезных скоростях. [8] [ для проверки нужна цитата ]
29 марта 2024 года в рамках Восточноукраинской кампании в ходе украинской войны взвод российских беспилотных наземных транспортных средств, оснащенных автоматическими гранатометами АГС-17, был развернут для атаки в районе города Бердичи на Украине, что стало первым в истории применением беспилотных наземных транспортных средств для прямых атак на передовую. [ необходима цитата ]
UGV обычно включают в себя: платформу транспортного средства, датчики, системы управления, интерфейс наведения, каналы связи и функции системной интеграции. [9]
Платформа может быть автомобилем, грузовиком, вездеходом и т. д. и включает в себя локомотивный аппарат, датчики и источник питания. Гусеницы, колеса и ноги являются обычными формами передвижения. Платформа может включать в себя сочлененный корпус и может соединяться с другими блоками. [9] [10] Источниками питания могут быть двигатели внутреннего сгорания, батареи или водород. [11]
Датчики создают модель окружающей среды, показывая другие транспортные средства, пешеходов и препятствия. Они также определяют местоположение транспортного средства на навигационном пути. Датчики могут включать компасы, одометры, инклинометры, гироскопы, камеры, лазерные и ультразвуковые дальномеры, GPS-радио и инфракрасную технологию. [9] [12]
Беспилотные наземные транспортные средства обычно считаются дистанционно управляемыми или автономными, хотя контрольно-диспетчерское управление представляет собой комбинацию автономного и дистанционного управления. [13]
Дистанционно управляемый UGV управляется оператором-человеком. Оператор принимает решения на основе либо прямого визуального наблюдения, либо датчиков, таких как камеры. Простейшим примером дистанционного управления может служить игрушечная машинка с дистанционным управлением.
Примеры:
Автономный UGV (AGV) — это автономный робот , который заменяет человека-контроллера технологиями искусственного интеллекта . Транспортное средство использует датчики для подачи модели окружающей среды, которая поддерживает систему управления, определяющую следующее действие. Это устраняет необходимость в контроле за транспортным средством со стороны человека.
Автономное транспортное средство должно обладать способностью:
Робот также может обучаться автономно. Автономное обучение включает в себя способность:
Вооруженные автономные машины должны различать комбатантов и гражданских лиц. Это особенно актуально в конфликтах, где комбатанты намеренно маскируются под гражданских лиц, чтобы избежать обнаружения. Даже высокоточные, но несовершенные системы могут привести к неприемлемым потерям среди гражданского населения.
Интерфейс между машиной и человеком-оператором может включать джойстик, автономное программное обеспечение или голосовые команды. [9]
Связь между UGV и станцией управления может осуществляться по радио или оптоволокну. Она может включать связь с другими машинами и роботами. [9]
Различные элементы аппаратного и программного обеспечения должны работать вместе, чтобы получить желаемые результаты. [9] [18]
По состоянию на 2024 год использовалось большое количество UGV. Обычно они заменяют людей в опасных ситуациях, таких как работа со взрывчатыми веществами и обезвреживание транспортных средств с бомбами , где требуется дополнительная сила или меньший размер, или где люди не могут безопасно перемещаться. Военные применения включают наблюдение, разведку и обнаружение целей. [13] Они используются в таких отраслях, как сельское хозяйство, горнодобывающая промышленность и строительство. [19] UGV эффективны в военно-морских операциях, а для Корпуса морской пехоты в бою; они могут помочь в логистических операциях на суше и на море. [20]
UGV разрабатываются для миротворческих операций, наземного наблюдения, операций на контрольно-пропускных пунктах, присутствия на городских улицах и для усиления полицейских и военных рейдов в городских условиях. UGV могут «отвлечь на себя первый огонь» от противников, что снижает потери среди военных и полиции. [21] Кроме того, UGV используются в спасательных и восстановительных миссиях и использовались для поиска выживших после 11 сентября в Ground Zero . [22]
Проект NASA Mars Exploration Rover включал два UGV, Spirit и Opportunity. Оба показали результаты, превышающие проектные параметры. Это объясняется избыточными системами, осторожным обращением и долгосрочным принятием решений по интерфейсу. [9] Opportunity и его близнец Spirit — это шестиколесные наземные транспортные средства на солнечных батареях. Они были запущены в июле 2003 года и приземлились на противоположных сторонах Марса в январе 2004 года. Spirit работал номинально, пока не застрял в глубоком песке в апреле 2009 года, проработав более чем в 20 раз дольше, чем ожидалось. [23] Opportunity проработал более 14 лет сверх предполагаемого срока службы в три месяца. Curiosity приземлился на Марсе в сентябре 2011 года, и его первоначальная двухлетняя миссия с тех пор была продлена на неопределенный срок. [ необходима ссылка ]
Гражданские приложения автоматизируют процессы в производственных средах. [24] Они работают как автономные экскурсоводы для Музея естественной истории Карнеги и Швейцарской национальной выставки Expo. [9]
UGV — один из типов сельскохозяйственных роботов . Беспилотные тракторы могут работать круглосуточно, чтобы уложиться в короткие окна для сбора урожая. UGV используются для опрыскивания и прореживания. [25] Их можно использовать для мониторинга состояния урожая и здоровья скота. [26]
В производственной среде беспилотные наземные транспортные средства используются для транспортировки материалов. [27] Аэрокосмические компании используют эти транспортные средства для точного позиционирования и транспортировки тяжелых, громоздких компонентов между производственными станциями, что быстрее, чем использование больших кранов, и позволяет держать людей вне опасных зон. [28]
UGV могут использоваться для пересечения и картирования шахтных туннелей. [29] UGV, сочетающие в себе радар, лазер и визуальные датчики, разрабатываются для картирования 3D-поверхностей горных пород в открытых карьерах. [30]
В системе управления складом беспилотные наземные транспортные средства имеют множество применений: от перемещения товаров с помощью автономных вилочных погрузчиков и конвейеров до сканирования запасов и инвентаризации. [31] [32] Автоматизированные управляемые транспортные средства широко используются на складах для работы с товарами, которые опасны для людей (например, едкие и легковоспламеняющиеся товары) или требуют особого обращения, например, при прохождении через морозильные камеры. [33]
UGV используются во многих чрезвычайных ситуациях, включая поисково-спасательные операции в городах , тушение пожаров и реагирование на ядерные инциденты. [22] После аварии на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году UGV использовались в Японии для картографирования и структурной оценки в районах со слишком высоким уровнем радиации, не позволяющим на них находиться человеку. [34]
Использование UGV военными спасло много жизней. Области применения включают обезвреживание взрывоопасных предметов (EOD), таких как мины, погрузку тяжелых предметов и восстановление наземных условий под огнем противника. [13] Количество роботов, используемых в Ираке, увеличилось со 150 в 2004 году до 5000 в 2005 году, где они обезвредили более 1000 придорожных бомб в Ираке в конце 2005 года. [35] К 2013 году армия США закупила 7000 таких машин, и 750 были уничтожены. [36] Американские военные строят UGV, чтобы действовать как вооруженные роботы, оснащенные пулеметами и гранатометами, которые могут заменить солдат в бою. Такое использование потенциально вызывает этические проблемы, исключая людей из цикла OODA . [37] [38] [16]
SARGE — это полноприводный вездеход, который использует раму Yamaha Breeze. Цель — обеспечить каждый пехотный батальон до восьми единиц SARGE. [39] SARGE в основном используется для дистанционного наблюдения; отправляется впереди пехоты для разведки потенциальных засад.
Разработанный компанией General Dynamics Land Systems многоцелевой тактический транспорт («MUTT») выпускается в 4-, 6- и 8-колесных вариантах. По состоянию на 2013 год он находился на испытаниях. [40]
X-2 — это гусеничный UGV среднего размера, созданный Digital Concepts Engineering. Он основан на предыдущей автономной роботизированной системе, разработанной для использования в EOD, поисково-спасательных работах (SAR), патрулировании периметра, ретрансляции связи, обнаружении и разминировании мин, а также в качестве платформы для легкого оружия. Он имеет длину 1,31 м, весит 300 кг и может развивать скорость 5 км/ч. Он преодолевает склоны крутизной до 45 футов и пересекает глубокую грязь. Транспортное средство управляется с помощью системы Marionette, которая также используется на роботах Wheelbarrow EOD . [41] [42]
Warrior — это новая модель PackBot , но в пять раз больше. Он может передвигаться со скоростью до 15 миль в час и является первым PackBot, способным нести оружие. [43] Как и Packbot, он играет ключевую роль в проверке на наличие взрывчатых веществ. Они способны перевозить 68 килограммов и передвигаться со скоростью 8 миль в час. Стоимость Warrior составляет около 400 000. Более 5000 единиц уже были доставлены по всему миру. [ необходима цитата ]
TerraMax разработан для интеграции в любое тактическое колесное транспортное средство и полностью встроен в тормоза, рулевое управление, двигатель и трансмиссию. Установленные транспортные средства сохраняют возможность управления водителем. Транспортные средства, произведенные Oshkosh Defense и оснащенные пакетом, соревновались в DARPA Grand Challenges 2004 и 2005 годов, а также DARPA Urban Challenge 2007 года. Лаборатория боевых действий корпуса морской пехоты выбрала MTVR , оснащенные TerraMax, для проекта Cargo UGV, начатого в 2010 году и завершившегося демонстрацией технологической концепции для Управления военно-морских исследований в 2015 году. Продемонстрированные варианты использования модернизированных транспортных средств включают беспилотную расчистку маршрутов (с помощью минного катка) и сокращение персонала, необходимого для транспортных конвоев. [ необходима цитата ]
THeMIS (гусеничная гибридная модульная пехотная система) — это наземный вооруженный беспилотный летательный аппарат, разработанный в основном для военных целей. Он производится компанией Milrem Robotics в Эстонии. Открытая архитектура транспортного средства обеспечивает ему многоцелевые возможности. Его основная цель — повысить ситуационную осведомленность, обеспечить улучшенную разведку, наблюдение и разведку на больших территориях, поддерживать логистику на базе, обеспечивать пополнение запасов последней мили для передовых подразделений и помогать в оценке боевых повреждений . Транспортное средство служит транспортной платформой, дистанционной боевой станцией, блоком обнаружения и обезвреживания СВУ и т. д. Он снижает физическую и когнитивную нагрузку, увеличивает дистанцию противостояния, защиту сил и выживаемость. [ необходима цитата ]
THeMIS Combat UGV включает интегрированную самостабилизирующую дистанционно управляемую систему вооружения, которая обеспечивает прямую огневую поддержку маневренным силам. Система вооружения обеспечивает высокую точность на больших площадях, днем и ночью, увеличивая дистанцию, защиту сил и выживаемость. Они могут быть оснащены легкими или тяжелыми пулеметами, 40-мм гранатометами, 30-мм автоматическими пушками и противотанковыми ракетными комплексами.
Беспилотные наземные боевые машины THeMIS ISR обладают возможностями сбора разведданных с использованием нескольких датчиков. Система может помочь пехотным подразделениям, пограничной охране и правоохранительным органам собирать и обрабатывать сырую информацию, а также сократить время реакции командиров.
Type-X — это 12-тонная гусеничная и бронированная роботизированная боевая машина, разработанная и произведенная Milrem Robotics в Эстонии. Имея размеры 600 см в длину, 290 см в ширину и 220 см в высоту, эта тяжелая машина весит 12 000 кг и может нести максимальную полезную нагрузку 4 100 кг. [44] Она может быть оснащена как турелями с автопушками калибра до 50 мм, так и различными другими системами вооружения, такими как ПТУР, ЗРК, радары, минометы и т. д. [ необходима цитата ]
Talon в основном используется для обезвреживания бомб и является водонепроницаемым на глубине 100 футов, так что он может искать взрывчатые вещества под водой. Talon был впервые использован в 2000 году, и более 3000 единиц были распространены по всему миру. К 2004 году Talon использовался в более чем 20 000 отдельных миссий. Эти миссии в основном состояли из ситуаций, которые считались слишком опасными для людей. [35] Они могут включать вход в пещеры с минами-ловушками, поиск СВУ или разведку зоны боевых действий. Talon может идти в ногу с бегущим солдатом. Он может работать в течение 7 дней без подзарядки батареи и способен подниматься по лестнице. Он использовался в Ground Zero во время спасательной миссии. Прочность Talon подтверждается одним устройством, которое упало с моста в реку; операторы снова включили блок управления и вытащили его из реки. [ требуется ссылка ]
SWORDS — это робот Talon с прикрепленной системой оружия. Вскоре после выпуска Warrior был разработан и развернут робот SWORDS. SWORDS способен устанавливать любую систему оружия весом менее 300 фунтов. [43] За считанные секунды пользователь может установить оружие, такое как гранатомет, ракетную установку или пулемет 50 калибра. SWORDS стреляет с высокой точностью, попадая в яблочко цели 70/70 раз за один тест. [39] Они способны выдерживать повреждения, такие как множественные выстрелы 50 калибра или падение с вертолета на бетон. [39] Кроме того, робот SWORDS способен пробираться по сложной местности, в том числе под водой. [43] В 2004 году существовало всего четыре единицы SWORDS. Журнал Time в 2004 году назвал его одним из самых удивительных изобретений в мире. Армия США направила три единицы в Ирак в 2007 году, но затем отменила поддержку проекта. [ необходима ссылка ]
Система SUMET — это независимый от платформы и оборудования, недорогой электрооптический пакет восприятия, локализации и автономности, разработанный для преобразования традиционного транспортного средства в UGV. Он выполняет различные автономные маневры в суровых/жестких условиях бездорожья, без зависимости от человека-оператора или GPS . Система SUMET была развернута на различных тактических и коммерческих платформах и является открытой, модульной, масштабируемой и расширяемой. [45]
ASSCM — это гражданское беспилотное наземное транспортное средство, разработанное в Университете Юзунчу Йил с помощью гранта от TUBITAK (код проекта 110M396). [46] Транспортное средство представляет собой недорогую малогабаритную строительную машину, которая может сортировать мягкий грунт. Машина способна выполнять автономную сортировку в пределах полигона после определения границы полигона. Машина определяет свое положение с помощью CP-DGPS и направление с помощью последовательных измерений положения.
В апреле 2014 года российская армия представила БПЛА «Тайфун-М» в качестве дистанционного часового для охраны позиций ракет РС-24 «Ярс» и РТ-2ПМ2 «Тополь-М» . «Тайфун-М» оснащен лазерным наведением и пушкой для ведения разведки и патрулирования, обнаружения и уничтожения неподвижных или движущихся целей, а также огневой поддержки сотрудников службы безопасности. Они управляются дистанционно. [47] [48]
Беспилотная наземная платформа вооружения Турции (UKAP) была разработана оборонными подрядчиками Katmerciler и ASELSAN . Машина оснащена дистанционно управляемыми стабилизированными системами вооружения SARP калибра 12,7 мм. [49] [50] [51]
Ripsaw — это экспериментальная беспилотная наземная боевая машина, разработанная и построенная компанией Howe & Howe Technologies для оценки армией США. [52]
Электровелосипед coModule управляется дистанционно через смартфон, и пользователи могут ускорять, поворачивать и тормозить велосипед, наклоняя свое устройство. Велосипед может двигаться автономно в закрытом пространстве. [53]
Недавно ученые провели первую демонстрацию в рамках программы автономного наземного транспортного средства Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Поездка на расстояние в 1 км со скоростью 5 км в час стала первой в серии запланированных демонстраций.
Медиа, связанные с Беспилотные наземные транспортные средства на Wikimedia Commons