Безпілотний наземний транспортний засіб

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку

Безпілотний наземний транспортний засіб (БНТЗ) (англ. UGV - unmanned ground vehicle) — це наземний транспортний засіб, який функціонує без наявності на борту людини. БНТЗ можуть бути використані для багатьох застосувань, якщо це може бути незручним, небезпечним або неможливим для присутності оператора-людини. Як правило, транспортний засіб має набір датчиків для спостереження за навколишнім середовищем і буде або самостійно приймати рішення щодо своєї поведінки, або передавати інформацію оператору-людині, яка керує ним по радіоканалу[1].

БНТЗ є наземним аналогом безпілотних літальних апаратів та дистанційно керованих підводних транспортних засобів. Безпілотна робототехніка активно розробляється як для цивільного, так і для військового використання, щоб виконувати різноманітні нудні, брудні та небезпечні завдання.

Історія[ред. | ред. код]

Радіокерований автомобіль. Дейтон, штат Огайо, 1921 рік
Безпілотний робот-танк

Робоча машина з дистанційним управлінням була зареєстрована в жовтні 1921 року в журналі World Wide Wireless RCA. Автомобіль був безпілотний і керований бездротовим способом через радіо; припускали, що технологія може коли-небудь адаптуватися до танків.[2] У 1930-х роках СРСР розробив телетанк - танк з автоматичним рухом, дистанційно керований через радіостанцію з іншого танка. Вони використовувались у Радянсько-фінській війні (1939-1940 рр.) проти Фінляндії та на початку Східного фронту після того, як Німеччина вторглася в СРСР у 1941 р. Під час Другої світової війни британці розробили радіоконтрольну версію свого піхотного танку Матильди II в 1941 р. Відомий як "чорний принц", він був би використаний для вогню з прихованих протитанкових гармат або для місій знесення. Через витрати на перетворення системи трансмісії бака в коробки передач типу Вільсона було скасовано замовлення на 60 цистерн.[3]

З 1942 року німці використовували гусеничні самохідні міни Голіят. Ґоліят - це невеликий гусеничний транспортний засіб, що містив 60 кг вибухонебезпечного заряду, яким керувава оператор через кабельну лінію зв'язку. Їх прототип - мініатюрний французький гусеничний транспорт, який був знайдений після того, як Франція була розбита в 1940 році. Комбінація вартості, низької швидкості, залежність від кабелю для контролю та слабкий захист від зброї зумовили недостатню ефективність Голіяту.

Перші великі зусилля з розробки мобільних роботів беруть початок у 1960-х роках. Тоді був створений рухомий апарат Shakey як результат досліджень, проведенеих в Агентстві передових дослідницьких проектів (DARPA). Shakey була колісною платформою, яка мала телекамеру, датчики та бортовий обчислювач, що забезпечували керування навігаційними завданнями, дозволяли підбирати дерев'яні блоки і розміщувати їх у певних областях за командами оператора.

Дизайн[ред. | ред. код]

Безпілотні наземні транспортні засоби, як правило, включають в себе наступні компоненти: платформу, датчики, системи керування, інтерфейс наведення, комунікаційні зв'язки [1] та функції системної інтеграції.

Платформа[ред. | ред. код]

Платформа може бути заснована на конструкції всесезонного автомобіля та включає в себе апарат рушія, датчики та джерело живлення. Треки, колеса та ноги - це загальні форми пересування. Крім того, платформа може включати шарнірне тіло, а деякі з них з'єднані з іншими блоками.[4]

Датчики[ред. | ред. код]

Основною метою датчиків БНТЗ є навігація, інша - виявлення середовища. Датчики можуть включати компаси, одометри, інклінометри, гіроскопи, камери для триангуляції, лазерні та ультразвукові далекоміри та інфрачервоні технології.[5]

Системи управління[ред. | ред. код]

Безпілотні наземні транспортні засоби, як правило, вважаються віддаленими та автономними, хоча наглядовий контроль також використовується для позначення ситуацій, коли існує комбінація прийняття рішень від внутрішніх систем БНТЗ та віддаленого оператора-людини.

Guardium що використовується силами ізраїльських сил оборони для участі в операціях з охорони кордонів

Дистанційне керування[ред. | ред. код]

Робот компанії Boston Dynamics розроблявся як мул, який може перетинати складну місцевість.
Підрозділи Foster-Miller TALON SWORDS (бойовий робот) обладнані різними видами зброї.
БНТЗ "Леопард Б" компанії EuroLink Systems

Дистанційно керований БНТЗ - це транспортний засіб, який управляється оператором людини через інтерфейс. Всі дії визначаються оператором на основі прямого візуального спостереження або віддаленого використання датчиків, таких як цифрові відеокамери. Основним прикладом принципів дистанційного керування буде дистанційно керований іграшковий автомобіль. Для дистанційного керування сучасними БНТЗ використовують засоби радіозв'язку [1]

Автономний БНТЗ[ред. | ред. код]

FCS-MULE-ARV-2007.jpg

Автономний БНТЗ є, по суті, автономним роботом, який працює без потреби в контролі людини, спираючись на технології штучного інтелекту. Автомобіль використовує свої датчики для розробки певного обмеженого розуміння навколишнього середовища, який потім використовується алгоритмами керування для визначення наступної дії, яку слід враховувати в контексті поставленої місією завдання. Це повністю виключає необхідність будь-якої людини спостерігати за тим, як БНТЗ виконує дії.

Повністю автономний робот має можливість:

  • Збирати інформацію про навколишнє середовище, наприклад, створення карт внутрішніх будівель.
  • Визначати цікаві об'єкти, такі як люди та транспортні засоби.
  • Подорожувати між точковими пунктами без допомоги навігації.
  • Роботати тривалий термін без втручання людини.
  • Уникайте ситуацій, які шкідливі для людей, власності чи себе, якщо вони не є частиною його технічних характеристик.
  • Зняття зброї або вилучення вибухових речовин.
  • Ремонт себе без сторонньої допомоги.

Робот також може навчитися самостійно. Автономне навчання включає в себе здатність:

  • Навчатися або отримувати нові можливості без зовнішньої допомоги.
  • Налаштовувати стратегію на основі оточення.
  • Адаптуватися до оточення без зовнішньої допомоги.
  • Розробити етичний погляд на цілі місії.

Одним з найбільш важливих аспектів, які слід враховувати при розробці збройних автономних машин, є відмінність між комбатантами та цивільними особами. Якщо  розгортання роботів неправильно виконано,це може бути шкідливим. Це особливо вірно в сучасну епоху, коли комбатанти часто навмисно маскують себе цивільними, щоб уникнути виявлення. Навіть якщо робот підтримує точність 99%, кількість втрачених цивільних людей може бути катастрофічною. Через це малоймовірно, що будь-які повністю автономні машини будуть спрямовані в бойове озброєння, принаймні, поки не може бути розроблено задовільне рішення.

Використання[ред. | ред. код]

В даний час існує велика кількість БНТЗ. Переважно вони використовуються для заміни людей у небезпечних ситуаціях, таких як знешкодження вибухових речовин та вибухових пристроїв, де потрібна додаткова сила чи малий розмір, або де люди не можуть легко рухатися. Військові програми включають спостереження, розвідку та вогневе ураження цілей. Вони також використовуються в таких галузях, як сільське господарство, видобування та будівництво.[6]

БНТЗ також розробляються для операцій з підтримання миру, наземного спостереження, проведення поліцейських та військових операцій у міських поселеннях [7]. Крім того, БНТЗ використовуються в рятувальних місіях, і вперше були задіяні для рятувальнинх робіт після терористичного акту 11 вересня 2001 року на Ground Zero.[8]

Космічні програми[ред. | ред. код]

Проект Mars Exploration Rover в NASA включає в себе два БНТЗ, «Спіріт» ї «Оппортьюніті», які як і раніше виходять за рамки оригінальних параметрів проектування. Це пов'язано з надлишковими системами, ретельним поводженням і прийняттям рішень на довгостроковій основі.[9] Марсохід «Оппортьюніті» і його близнюки, Марсохід «Спіріт», шестиколісні наземні апарати, що працюють на сонячній енергії, були запущені в липні 2003 року і вирушили на протилежні сторони Марса в січні 2004 року. Марсохід «Спіріт» працював номінально, поки він не потрапив у пастку глибокого піску в квітні 2009 року, що триває більш ніж  20 разів довше очікуваного.[10] Працював більше 12 років, ніж передбачуваний термін служби у три місяці. Марсохід «К'юріосіті» вирушив на Марс у вересні 2011 року, і його первісна дворічна місія з тих пір була продовжена на невизначений термін.

Цивільні та комерційні програми[ред. | ред. код]

Серед цивільних застосувань БНТЗ слід вказати автоматизацію процесів у виробничих середовищах.[11] Вони також були розроблені як автономні екскурсоводи для Музею природної історії Карнегі та Національної виставки Швейцарії.[9]

Сільське господарство[ред. | ред. код]

БНТЗ є одним з типів сільськогосподарських роботів. Збиральний трактор може працювати цілодобово, що дозволяє обробляти короткі ділянки для збору врожаю. БНТЗ також використовуються для обприскування та розрідження[12] Вони також можуть бути використані для моніторингу здоров'я сільськогосподарських культур та худоби.[13]

Виробництво[ред. | ред. код]

У виробничому середовищі БНТЗ використовуються для транспортування матеріалів.[14] Вони часто є автоматизовані . Аерокосмічні підприємства використовують ці машини для точного позиціонування та транспортування важких, великогабаритних деталей між виробничими станціями, що є менш трудомістким, ніж використання великих кранів, і дозволяє уникати залучення людей до небезпечних зон.[15]

Гірнича справа [ред. | ред. код]

БНТЗ можуть бути використані для проходження та картування тунелів.[16] Об'єднавши радарні, лазерні та візуальні датчики, БНТЗ здійснюють 3D-картування у відкритих шахтних рудниках.[17]

Поставки[ред. | ред. код]

В системі управління складами БНТЗ мають широкий спектр використання: перевезення та розкладання вантажів за допомогою автономних вантажопідйомних пристроїв, сканування та інвентаризація.[18][19]

Аварійне реагування[ред. | ред. код]

БНТЗ використовуються в багатьох надзвичайних ситуаціях, включаючи пошуково-рятувальні операції, пожежогасіння та реагування на ядерну зброю.[8] Після аварії 2011 року на Фукусімській АЕС-1 в Японії  БНТЗ використовувалися  для картографування та структурної оцінки в районах з надмірним випромінюванням, що підтверджують присутність людини.[20]

Військове використування[ред. | ред. код]

Використування військових БНТЗ врятувало безліч життів. Гаджети включають в себе знешкодження вибухонебезпечних предметів , таких як міни, навантаження важких предметів, ремонт техніки в умовах безперервної атаки супротивника. Кількість роботів, використовуваних в Іраку у 2004 році зросла з 150 одиниць, до 5000 в 2005 році, і вони знешкодили більше 1000 придорожніх вибухових пристроїв в Іраку в кінці 2005 року (Carafano & Gudgel, 2007). До 2013 року армія США закупила 7000 таких машин, 750 були знищені.[21] Військові, використають технологію БНТЗ для розробки роботів, оснащених кулеметами і гранатометами, які можуть замінити солдатів.[22]

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. а б в Слюсар, Вадим. (2014). Средства связи с наземными роботизированными системами: современное состояние и перспективы.. Электроника: наука, технология, бизнес. - № 7 (139). с. C. 66 – 79. 
  2. Radio Controlled Cars. World Wide Wireless 2: 18. October 1921. Процитовано May 20, 2016. 
  3. Fletcher Matilda Infantry Tank 1938–45 (New Vanguard 8). Oxford: Osprey Publishing p40
  4. Gerhart, Grant; Shoemaker, Chuck (2001). Unmanned Ground Vehicle Technology. SPIE-International Society for Optical Engine. с. 97. ISBN 978-0819440594. Процитовано 3 September 2016. 
  5. Demetriou, Georgios. A Survey of Sensors for Localization of Unmanned Ground Vehicles (UGVs). Frederick Institute of Technology. Процитовано 3 September 2016. 
  6. Hebert, Martial; Thorpe, Charles; Stentz, Anthony (2007). Intelligent Unmanned Ground Vehicles. Volume 388 of the series The Springer International Series in Engineering and Computer Science. Springer. с. 1–17. ISBN 978-1-4613-7904-1. Процитовано 3 September 2016. 
  7. Cry Havoc and Let Slip the Bots of War. QwikCOnnect. Glenair. Архів оригіналу за 24 липень 2015. Процитовано 3 September 2016. 
  8. а б Drones for Disaster Response and Relief Operations. Процитовано 3 September 2016. 
  9. а б Nguyen-Huu, Phuoc-Nguyen; Titus, Joshua. GRRC Technical Report 2009-01 Reliability and Failure in Unmanned Ground Vehicle (UGV). University of Michigan. Процитовано 3 September 2016. 
  10. Wolchover, Natalie. NASA Gives Up On Stuck Mars Rover Spirit. Space.com. Процитовано 12 September 2016. 
  11. Порожнє посилання на джерело‎ (довідка) 
  12. Tobe, Frank. Are ag robots ready? 27 companies profiled. The Robot Report. Архів оригіналу за 10 серпень 2016. Процитовано 12 September 2016. 
  13. Klein, Alice. Cattle-herding robot Swagbot makes debut on Australian farms. New Scientist. Процитовано 12 September 2016. 
  14. Borzemski, Leszek; Grzech, Adam; Świątek, Jerzy; Wilimowska, Zofia (2016). Information Systems Architecture and Technology: Proceedings of 36th International Conference on Information Systems Architecture and Technology – ISAT 2015. Springer. с. 31. ISBN 9783319285559. Процитовано 12 September 2016. 
  15. Порожнє посилання на джерело‎ (довідка) 
  16. Hatfield, Michael. Use of UAV and UGV for Emergency Response and Disaster Preparedness in Mining Applications. Архів оригіналу за 16 вересень 2016. Процитовано 3 September 2016. 
  17. Robots Explore Dangerous Mines with Novel Fusion Sensor Technology. Robotics Tomorrow. Процитовано 12 September 2016. 
  18. Automation and Computers. Процитовано 12 September 2016. 
  19. More robots, inside and outside the warehouse. Transport and Logistics News. Процитовано 12 September 2016. 
  20. Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (2016). Springer Handbook of Robotics. Springer. ISBN 9783319325521. Процитовано 3 September 2016. 
  21. Māris Andžāns, Ugis Romanovs. Digital Infantry Battlefield Solution. Concept of Operations. Part Two. - Riga Stradins University. – 2017. [1]

Список літератури[ред. | ред. код]

  • Carafano, J., & Gudgel, A. (2007). The Pentagon’s robots: Arming the future [Electronic version]. Backgrounder 2093, 1–6.
  • Gage, Douglas W. UGV History 101: A Brief History of Unmanned Ground Vehicle (UGV) Development Efforts. San Diego: Naval Ocean Systems Center, 1995. Print.
  • Singer, P. (2009a). Military robots and the laws of war [Electronic version]. The New Atlantis: A Journal of Technology and Society, 23, 25–45.
  • Singer, P. (2009b). Wired for war: The robotics revolution and conflict in the 21st century. New York: Penguin Group.

Зовнішні посилання [ред. | ред. код]