Беспилотный наземный автомобиль ( БНА ) — это транспортное средство , которое работает при контакте с землей и без присутствия человека на борту. UGV могут использоваться во многих случаях, когда присутствие человека-оператора может быть неудобным, опасным или невозможным. Как правило, транспортное средство будет иметь набор датчиков для наблюдения за окружающей средой и будет либо автономно принимать решения о своем поведении, либо передавать информацию человеку-оператору в другом месте, который будет управлять транспортным средством посредством телеуправления .
UGV является наземным аналогом беспилотных летательных аппаратов и беспилотных подводных аппаратов . Беспилотная робототехника активно разрабатывается как для гражданского, так и для военного использования для выполнения разнообразной скучной, грязной и опасной деятельности.
В 1904 году испанский инженер Леонардо Торрес Кеведо при разработке радиосистемы управления, которую он назвал « Телекино» , решил провести первоначальные испытания в виде трехколесного наземного транспортного средства (трицикла), имевшего эффективный радиус действия всего 20 миль. до 30 метров, что, по-видимому, является первым известным примером радиоуправляемого беспилотного наземного транспортного средства. [1] [2]
Первыми из них являются прототипы взрывных роботизированных дронов «сухопутных торпед» Обрио-Габе, изобретенных во Франции в 1915 году [3] и «Крокодил Шнайдер-Крезо» , 20 экземпляров были приняты на вооружение 2-й французской армии в июле 1915 года . [4]
О работающем автомобиле с дистанционным управлением сообщалось в октябрьском номере журнала RCA World Wide Wireless за 1921 год . Беспилотный автомобиль управлялся беспроводным способом по радио; Считалось, что когда-нибудь эту технологию можно будет адаптировать к танкам. [5] В 1930-х годах в СССР был разработан Телетанк — небольшой танк, вооруженный пулеметом и дистанционно управляемый по радио с другого танка. Телетанки действовали во время Зимней войны (1939–1940) против Финляндии и в начале советско-германской войны после вторжения держав Оси в СССР в 1941 году. Во время Второй мировой войны британцы разработали радиоуправляемую версию своей Матильды II. пехотный танк в 1941 году. Известный как «Черный принц», он использовался для отвлечения огня скрытых противотанковых орудий или для подрывных операций. Из-за затрат на переоборудование трансмиссионной системы танка на коробки передач типа Wilson заказ на 60 танков был отменен. [6]
С 1942 года немецкий Вермахт использовал гусеничную мину «Голиаф» для дистанционно управляемых подрывных работ. «Голиаф» — небольшая гусеничная машина, несущая 60 кг заряда взрывчатого вещества, управлялась посредством троса управления. Он моделировал миниатюрную французскую гусеничную машину, найденную после разгрома Франции Германией в 1940 году. Сочетание стоимости, низкой скорости, использования троса для управления и плохой защиты от оружия означало, что «Голиаф» не считался успешным.
Первая крупная попытка разработки мобильного робота, получившая название «Шейки» , была предпринята в 1960-х годах в рамках исследования Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Shakey представлял собой колесную платформу с телекамерой, датчиками и компьютером, помогавшими выполнять навигационные 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 Инициативы стратегических вычислений 1983–1993 годов DARPA c. В 1985 году был продемонстрирован Autonomous Land Vehicle [7] (ALV), первый UGV, который мог полностью автономно перемещаться по дорогам и бездорожью на полезных скоростях. [8] [ для проверки нужна расценка ]
В зависимости от области применения беспилотные наземные транспортные средства обычно будут включать в себя следующие компоненты: платформу, датчики, системы управления, интерфейс наведения, каналы связи и функции системной интеграции. [9]
Платформа может быть создана на основе конструкции вездехода и включать в себя локомотивную аппаратуру, датчики и источник питания. Гусеницы, колеса и ноги являются распространенными формами передвижения. Кроме того, платформа может включать в себя шарнирно-сочлененный корпус, а некоторые из них выполнены с возможностью соединения с другими агрегатами. [9] [10] Источники энергии могут быть топливными (например, двигатели внутреннего сгорания, реактивное топливо, пропан) или возобновляемыми, при этом батареи играют важную роль как в движении для небольших UGV, так и в поддержке электронных систем для более крупных UGV. [11]
Основная цель датчиков UGV — навигация, другая — обнаружение окружающей среды. Датчики могут включать компасы, одометры, инклинометры, гироскопы, камеры для триангуляции, лазерные и ультразвуковые дальномеры, а также инфракрасные технологии. [9] [12]
Беспилотные наземные транспортные средства обычно считаются автономными и дистанционно управляемыми, хотя диспетчерский контроль также используется для обозначения ситуаций, когда происходит сочетание принятия решений со стороны внутренних систем UGV и удаленного человека-оператора. [13]
UGV с дистанционным управлением — это транспортное средство, которым управляет человек-оператор через интерфейс. Все действия определяются оператором на основе либо прямого визуального наблюдения, либо дистанционного использования датчиков, например цифровых видеокамер. Базовым примером принципов дистанционного управления может служить игрушечная машинка с дистанционным управлением.
Некоторые примеры технологии UGV с дистанционным управлением:
Автономный UGV (AGV) – это, по сути, автономный робот , работающий без необходимости участия человека-контролера на основе технологий искусственного интеллекта . Транспортное средство использует свои датчики для получения некоторого ограниченного понимания окружающей среды, которое затем используется алгоритмами управления для определения следующего действия, которое необходимо предпринять в контексте поставленной человеком цели миссии. Это полностью устраняет необходимость для человека следить за выполнением черных задач, которые выполняет AGV.
Полностью автономный робот может иметь возможность:
Робот также может обучаться автономно. Автономное обучение включает в себя способность:
Автономные роботы, как и все машины, по-прежнему требуют регулярного обслуживания.
Одним из наиболее важных аспектов, который следует учитывать при разработке вооруженных автономных машин, является различие между комбатантами и гражданскими лицами. Если все сделано неправильно, развертывание робота может нанести вред. Это особенно актуально в современную эпоху, когда комбатанты часто намеренно маскируются под гражданских лиц, чтобы избежать обнаружения. Даже если робот будет поддерживать точность 99%, число потерянных мирных жителей все равно может быть катастрофическим. В связи с этим маловероятно, что какие-либо полностью автономные машины будут отправлены в бой вооруженными, по крайней мере, до тех пор, пока не будет разработано удовлетворительное решение.
Некоторые примеры автономной технологии UGV:
В зависимости от типа системы управления интерфейс между машиной и человеком-оператором может включать джойстик, компьютерные программы или голосовые команды. [9]
Связь между UGV и станцией управления может осуществляться посредством радиоуправления или оптоволокна. Оно также может включать связь с другими машинами и роботами, участвующими в операции. [9]
Архитектура системы объединяет взаимодействие между аппаратным и программным обеспечением и определяет успех и автономность UGV. [9] [18]
Сегодня существует большое разнообразие UGV. Преимущественно эти транспортные средства используются для замены людей в опасных ситуациях, таких как обращение со взрывчатыми веществами и в транспортных средствах для обезвреживания бомб , где необходима дополнительная сила или меньший размер или где люди не могут легко передвигаться. Военные применения включают наблюдение, разведку и обнаружение целей. [13] Они также используются в таких отраслях, как сельское хозяйство, горнодобывающая промышленность и строительство. [19] БПЛА очень эффективны в военно-морских операциях, они имеют большое значение в бою морской пехоты; они также могут участвовать в логистических операциях на суше и на плаву. [20]
UGV также разрабатываются для миротворческих операций, наземного наблюдения, операций на привратниках/контрольно-пропускных пунктах, присутствия на городских улицах и для усиления полицейских и военных рейдов в городских условиях. БПЛА могут «вызвать на себя первый огонь» повстанцев, что снижает потери среди военных и полиции. [21] Кроме того, UGV в настоящее время используются в спасательных операциях и впервые были использованы для поиска выживших после событий 11 сентября в Ground Zero. [22]
Проект NASA Mars Exploration Rover включал два UGV, Spirit и Opportunity, характеристики которых превосходили первоначальные проектные параметры. Это связано с дублированием систем, тщательным обращением и долгосрочным принятием решений по интерфейсу. [9] Марсоход «Оппортьюнити» и его близнец, «Спирит» (ровер) , шестиколесные наземные транспортные средства, работающие на солнечной энергии, были запущены в июле 2003 года и приземлились на противоположных сторонах Марса в январе 2004 года. Ровер «Спирит» работал номинально, пока не оказался в ловушке. в глубоком песке в апреле 2009 года, продлившись более чем в 20 раз дольше, чем ожидалось. [23] Opportunity, для сравнения, проработал более 14 лет сверх запланированного срока службы в три месяца. Марсоход «Кьюриосити» приземлился на Марсе в сентябре 2011 года, и его первоначальная двухлетняя миссия с тех пор была продлена на неопределенный срок.
Многочисленные гражданские применения UGV внедряются в автоматизированные процессы на производстве и в производственной среде. [24] Они также были разработаны в качестве автономных гидов для Музея естественной истории Карнеги и Швейцарской национальной выставки Expo. [9]
UGV — это один из типов сельскохозяйственных роботов . Беспилотные уборочные тракторы могут работать круглосуточно, что позволяет обрабатывать короткие окна уборки урожая. UGV также используются для опрыскивания и прореживания. [25] Их также можно использовать для мониторинга состояния сельскохозяйственных культур и домашнего скота. [26]
В производственной среде UGV используются для транспортировки материалов. [27] Они часто автоматизированы и называются AGV. Аэрокосмические компании используют эти транспортные средства для точного позиционирования и транспортировки тяжелых и громоздких деталей между производственными станциями, что занимает меньше времени, чем использование больших кранов, и может уберечь людей от контакта с опасными зонами. [28]
UGV можно использовать для пересечения и картографирования шахтных туннелей. [29] В настоящее время разрабатываются беспилотные летательные аппараты, сочетающие радар, лазер и визуальные датчики для картирования 3D-поверхностей горных пород в открытых карьерах. [30]
В системе управления складом UGV 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, где хранятся товары, опасные для человека (например, коррозийные и легковоспламеняющиеся товары) или требующие особого обращения, например, прохождение через морозильные камеры. [33]
UGV используются во многих чрезвычайных ситуациях, включая городские поисково-спасательные операции , тушение пожаров и ядерное реагирование. [22] После аварии на атомной электростанции «Фукусима-дайити» в 2011 году UGV использовались в Японии для картографирования и структурной оценки в районах со слишком высоким уровнем радиации, чтобы гарантировать присутствие человека. [34]
Использование UGV военными спасло множество жизней. Приложения включают обезвреживание взрывоопасных боеприпасов (EOD), таких как наземные мины, погрузку тяжелых предметов и восстановление наземных условий под огнем противника. [13] Число роботов, используемых в Ираке, увеличилось со 150 в 2004 году до 5000 в 2005 году, и в конце 2005 года они обезвредили более 1000 придорожных мин в Ираке (Carafano & Gudgel, 2007). К 2013 году армия США закупила 7000 таких машин и 750 было уничтожено. [35] Военные используют технологию UGV для разработки роботов, оснащенных пулеметами и гранатометами, которые могут заменить солдат. [36] [37] [16]
SARGE основан на полноприводном вездеходе; рама Yamaha Breeze. В настоящее время цель состоит в том, чтобы обеспечить каждый пехотный батальон до восьми подразделений SARGE (Singer, 2009b). Робот SARGE в основном используется для дистанционного наблюдения; отправляется впереди пехоты для расследования потенциальных засад.
Многоцелевой тактический транспортный комплекс («MUTT»), созданный компанией General Dynamics Land Systems , выпускается в 4-, 6- и 8-колесном вариантах. В настоящее время он проходит испытания в армии США. [38]
X-2 — это гусеничный БПА среднего размера, созданный компанией Digital Concepts Engineering. Он основан на предыдущей автономной роботизированной системе, предназначенной для использования в EOD, поисково-спасательных операциях (SAR), патрулировании периметра, ретрансляции связи, обнаружении и разминировании мин, а также в качестве платформы для легкого вооружения. Его длина составляет 1,31 м, вес - 300 кг, а скорость - 5 км/ч. Он также может преодолевать склоны крутизной до 45 футов и глубокую грязь. Транспортное средство управляется с помощью системы Marionette, которая также используется на роботах Wheelbarrow EOD . [39] [40]
Также была выпущена новая модель PackBot , известная как Warrior. Он более чем в пять раз больше PackBot , может передвигаться со скоростью до 15 миль в час и является первой вариацией PackBot, способной нести оружие (Singer, 2009a). Как и Packbot, они играют ключевую роль в проверке на наличие взрывчатых веществ. Они способны перевозить 68 килограммов и двигаться со скоростью 8 миль в час. Стоимость Warrior составляет около 400 000 экземпляров, а по всему миру уже поставлено более 5000 единиц.
Пакет TerraMax UVG предназначен для интеграции в любую тактическую колесную машину и полностью интегрирован в тормоза, рулевое управление, двигатель и трансмиссию. Установленные автомобили сохраняют возможность управления водителем. Транспортные средства, произведенные Oshkosh Defense и оснащенные этим пакетом, участвовали в соревнованиях DARPA Grand Challenge в 2004 и 2005 годах, а также в DARPA Urban Challenge в 2007 году. Лаборатория боевых действий морской пехоты выбрала MTVR , оснащенные TerraMax, для проекта Cargo UGV, начатого в 2010 году и завершившегося в демонстрации технологической концепции для Управления военно-морских исследований в 2015 году. Продемонстрированные возможности использования модернизированных транспортных средств включают беспилотную разминирование маршрутов (с помощью минного катка) и сокращение персонала, необходимого для транспортных конвоев.
THeMIS (Гусеничная гибридная модульная пехотная система), беспилотная наземная машина (UGV), представляет собой вооруженный дрон наземного базирования, предназначенный в основном для военного применения и производимый компанией Milrem Robotics в Эстонии. Машина предназначена для оказания поддержки спешившимся войскам, выступая в качестве транспортной платформы, удаленного боевого модуля, устройства обнаружения и обезвреживания СВУ и т. д. Открытая архитектура машины придает ей возможность выполнять несколько задач. Основная цель THeMIS Transport — поддерживать логистику на базе и обеспечивать пополнение запасов на последней миле для боевых подразделений на линии фронта. Он поддерживает пехотные подразделения, снижая их физическую и когнитивную нагрузку, увеличивая дистанцию противостояния, защиту сил и живучесть. БПЛА THeMIS Combat обеспечивают непосредственную огневую поддержку маневренных сил, выступая в качестве усилителя силы. Благодаря встроенной самостабилизирующейся системе вооружения с дистанционным управлением они обеспечивают высокую точность на больших территориях днем и ночью, увеличивая дистанцию противостояния, защиту сил и живучесть. Боевые БПЛА могут быть оснащены ручными или крупнокалиберными пулеметами, 40-мм гранатометами, 30-мм автопушками и противотанковыми ракетными комплексами. БПЛА THeMIS ISR обладают расширенными возможностями сбора разведывательных данных с помощью нескольких датчиков. Их основная цель — повысить осведомленность об обстановке, обеспечить улучшенную разведку, наблюдение и рекогносцировку на обширных территориях, а также возможности оценки боевых повреждений. Система позволяет эффективно улучшить работу спешенных пехотных подразделений, пограничников и правоохранительных органов по сбору и обработке первичной информации, а также сократить время реакции командиров. THeMIS способна стрелять обычными пулеметными боеприпасами или ракетными снарядами.
Type-X — это 12-тонная гусеничная и бронированная боевая роботизированная машина, разработанная и произведенная компанией Milrem Robotics в Эстонии. Он может быть оснащен либо автоматическими пушечными турелями калибра до 50 мм, либо различными другими системами вооружения, такими как ПТУР, ЗРК, радары, минометы и т. д.
Talon в основном используется для обезвреживания бомб, и он обладает водонепроницаемостью на глубине 100 футов, что позволяет ему также искать взрывчатку в море. Впервые Talon был использован в 2000 году, и по всему миру было продано более 3000 единиц. К 2004 году «Коготь» использовался в более чем 20 000 отдельных миссиях. Эти миссии в основном состояли из ситуаций, которые считались слишком опасными для людей (Carafano & Gudgel, 2007). Это может включать в себя вход в заминированные пещеры, поиск СВУ или просто разведку красной зоны боевых действий. Talon — один из самых быстрых беспилотных наземных транспортных средств на рынке, легко идущий в ногу с бегущим солдатом. Он может работать без подзарядки 7 дней и даже способен подниматься по лестнице. Этот робот использовался в эпицентре терактов 11 сентября 2001 года во время миссии по восстановлению. Как и его коллеги, Talon был спроектирован невероятно прочным. По имеющимся данным, один агрегат упал с моста в реку, а солдаты просто включили блок управления и выгнали его из реки.
Вскоре после выпуска Warrior был спроектирован и развернут робот SWORDS. Это робот Talon с прикрепленной системой вооружения. SWORDS способен установить любое оружие весом менее 300 фунтов. [41] За считанные секунды пользователь может установить такое оружие, как гранатомет, ракетную установку или пулемет калибра 0,50 дюйма (12,7 мм). Более того, МЕЧИ могут использовать свое оружие с предельной точностью, попадая в яблочко цели 70/70 раз. [42] Эти роботы способны выдержать множество повреждений, в том числе несколько 0,50-дюймовых пуль или падение с вертолета на бетон. [43] Кроме того, робот SWORDS даже способен пробираться практически по любой местности, в том числе под водой. [41] В 2004 году существовало только четыре подразделения SWORDS, хотя 18 были запрошены для службы за границей. В 2004 году журнал Time Magazine назвал его одним из самых удивительных изобретений в мире. В 2007 году армия США направила три изобретения в Ирак, но затем прекратила поддержку проекта.
Система SUMET представляет собой независимый от платформы и аппаратного обеспечения недорогой электрооптический пакет восприятия, локализации и автономности, разработанный для преобразования традиционного транспортного средства в UGV. Он выполняет различные автономные логистические маневры в суровых условиях бездорожья, не завися от человека-оператора или GPS. Система SUMET развернута на нескольких различных тактических и коммерческих платформах и является открытой, модульной, масштабируемой и расширяемой.
ASSCM — это гражданский беспилотный наземный автомобиль, разработанный в Университете Юдзунку Йил в рамках научного проекта, предоставленного TUBITAK (код проекта 110M396). [44] Транспортное средство представляет собой недорогую небольшую строительную машину, которая может выравнивать мягкий грунт. Машина способна автономно планировать землю внутри многоугольника после определения границы многоугольника. Машина определяет свое положение с помощью CP-DGPS и направление путем последовательных измерений положения. В настоящее время машина может автономно выравнивать простые полигоны.
В апреле 2014 года российская армия представила БПЛА «Тайфун-М» в качестве дистанционного дозора для охраны ракетных комплексов РС-24 «Ярс» и РТ-2ПМ2 «Тополь-М ». «Тайфун-М» оснащен лазерным целеуказанием и пушкой для выполнения разведывательных и патрульных задач, обнаружения и поражения неподвижных и движущихся целей, а также огневой поддержки сотрудников службы безопасности на охраняемых объектах. В настоящее время они управляются удаленно, но в планах на будущее внедрение автономной системы искусственного интеллекта. [45] [46]
Турецкая беспилотная наземная боевая платформа (UKAP), разработанная оборонными подрядчиками Katmerciler и ASELSAN . Первый концепт машины оснащен 12,7-мм дистанционно управляемым стабилизированным комплексом вооружения SARP. [47] [48] [49]
Ripsaw — это экспериментальная беспилотная наземная боевая машина , разработанная и построенная компанией Howe & Howe Technologies для оценки армией США. [50]
Транспортные средства, которые перевозят, но не управляются человеком, технически не являются беспилотными наземными транспортными средствами, однако технологии разработки аналогичны. [13]
Электрический велосипед coModule полностью управляется через смартфон: пользователи могут ускорять, поворачивать и тормозить велосипед, наклоняя свое устройство. Велосипед также может ездить полностью автономно в закрытом помещении. [51]
Недавно ученые провели первую демонстрацию программы автономного наземного транспортного средства Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA). Поездка длиной в 1 километр со скоростью 5 километров в час стала первой в серии запланированных демонстраций.
СМИ, связанные с беспилотными наземными транспортными средствами, на Викискладе?