17.06.2019 РЕФЕРАТ. Мехатронные системы для систем вооружения

• Название: Мехатронные системы для систем вооружения
• Дата: 23.11.2021
• Размер: 1.76 Mb.
• Имя файла: 17.06.2019 РЕФЕРАТ.docx
• Тип: Реферат; #279713

Реферат
на тему:

«Мехатронные системы для систем вооружения»


2019

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Мехатроника уже вошла не только в профессиональную, но и в повседневную жизнь современного человека. Ведь и домашние бытовые машины, и трансмиссии новых автомобилей, и цифровые видеокамеры, и дисководы компьютеров построены на мехатронных принципах.

Задача мехатроники для систем вооружения как науки состоит в интеграции знаний из таких ранее обособленных областей, как прецизионная механика и компьютерное управление, информационные технологии и микроэлектроника. На стыках этих наук и возникают новые идеи мехатроники. Научно-техническое решение можно считать ’’истинно мехатронным”, если компоненты не просто взаимодействуют друг с другом, но при этом образованная система обладает новыми свойствами, которые не были присущи составляющим ее частям.

Актуальность проблемы заключается в том, что мехатроника стремится решать поставленные задачи путем внедрения цифровых электронных блоков и управляющих компьютеров непосредственно в механические узлы и системы. Эффективная реализация данного подхода стала возможна в последние годы благодаря появлению новейших информационных и производственных технологий. Именно эти технологические и экономические факторы дали импульс к созданию оригинальных мехатронных систем: реконфигурируемого технологического оборудования и интеллектуальных роботов, нового поколения авиационной и военной техники, микросистем и медицинского оборудования.

Мехатроника является молодой областью науки и техники, которая выделилась в самостоятельное направление совсем недавно. Об этом можно судить, например, по возрасту специальных периодических изданий: так, первый выпуск международного журнала "IEEE/ASME TransactionsonMechatronics" вышел в свет в марте 1996 г., а российский журнал "Мехатроника" стал выходить с января 2000 г.

Слово «робот» как термин появилось впервые в 1921 г. и по своему смысловому наполнению означало человекоподобие. Причем предполагалось и внешнее, и интеллектуальное подобие. Со временем по мере развития робототехники внешнее человекоподобие стало лишь частным проявлением, а интеллектуальное не только сохраняется, но и постоянно углубляется. Исходя из этого, зарубежные специалисты формулируют термин «робот» как абстрактную (по принципам построения) многофункциональную машину, в определенных условиях аналогичную по действию и поведению человеку. При этом он должен иметь ярко выраженное материальное тело (любой конфигурации), необходимые средства очувствления, перепрограммируемую и адаптивную системы управления.

Достижение такого уровня человекоподобия сопряжено с необходимостью решения ряда взаимосвязанных и сложных проблем, что требует времени и этапности в работе.

В настоящее время машин (в том числе и военного назначения), в полной мере соответствующих приведенному выше определению, не существует. Поэтому в зарубежной печати термин «военный робот», начиная с 1980 г., употребляется редко. Более часто применяются выражения «робототехнические устройства» (т. е. подсистемы, синтезированные по методологии робототехники) и «средства искусственного интеллекта» (т. е. подсистемы принятия решений по совокупности информации, поступающей со средств очувствления).

Специфической особенностью военной робототехники специалисты за рубежом считают то, что она включает в свой состав: автоматические (неперепрограммируемые) средства; безэкипажные машинные средства (БЭМСы); военные роботизированные средства (PC); военные роботы (Р).

1. Понятие мехатроники. Определение мехатронного устройства

Мехатроника - это новое направление современной науки и техники, которое стремительно развивается в последнее десятилетие во всем мире. Цель мехатроники состоит в создании интеллектуальных машин и движущихся систем, обладающих качественно новыми функциями и свойствами. Именно принципиальная новизна мехатронных систем вызывает быстро растущий интерес к мехатронике во всем мире и стимулирует высокую активность специалистов внаучно-исследовательской, образовательной, производственной сферахи, несомненно, мехатронные системы для систем вооружения представляют особый интерес.

Обратимся к определению мехатроники, которое утверждено в действующем Государственном образовательном стандарте РФ по направлению "Мехатроника и робототехника"¹ [14]: "Мехатроника - это область науки и техники, основанная на синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающая проектирование и производство качественно новых модулей, систем и машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями".

Цель мехатроники как области науки и техники заключается в создании качественно новых модулей движения, а на их основе - движущихся интеллектуальных машин и систем.

Предметом мехатроники являются процессы проектирования и производства модулей, машин и систем для реализации заданных функциональных движений.

Функциональное движение мехатронной системы предусматривает ее целенаправленное механическое перемещение, которое координируется с параллельно управляемыми технологическими и информационными процессами. Таким образом, понятие "движение” трактуется в данном определении мехатроники расширительно. Древнегреческие философы понимали под движением тела всякое его изменение вообще: от изменения размеров, цвета и температуры до возникновения и уничтожения. Но все-таки основой функциональных движений в мехатронике служит механическое перемещение системы в пространстве и во времени. Требования к показателям качества исполнения функциональных движений (по точности, скорости и т.д.) определяются служебным назначением машины.

Метод мехатроники основан на системном сочетании таких ранее обособленных естественнонаучных и инженерных направлений, как точная механика, микроэлектроника, электротехника, компьютерное управление и информатика. Основой метода мехатроники является синергетическая интеграция структурных элементов, технологий, энергетических и информационных процессов на всех этапах жизненного цикла изделия, начиная со стадии его концептуального проектирования и заканчивая производством и эксплуатацией.

Мехатронные технологии включают в себя маркетинговые, проектно-конструкторские, производственные, технологические и информационные процессы, которые обеспечивают полный жизненный цикл мехатронных изделий. Раскрытие связей и закономерностей, характерных для этих процессов, позволяет создавать мехатронные модули, машины и системы, которые способны наиболее эффективно выполнять заданные требования.

Сегодня мехатронные модули и системы находят широкое применение в следующих областях:

- станкостроение и оборудование для автоматизации, технологических процессов в машиностроении;

- промышленная и специальная робототехника;

- авиационная и космическая техника;

- военная техника, машины для полиции и спецслужб;

- электронное машиностроение и оборудование для быстрогопрототипирования;

- автомобилестроение (приводные модули "мотор-колесо", антиблокировочные устройства тормозов, автоматические коробки передач, системы автоматической парковки);

- нетрадиционные транспортные средства (электромобили, электровелосипеды, инвалидные коляски);

- офисная техника (например, копировальные и факсимильные аппараты);

- периферийные устройства компьютеров (например, принтеры, плоттеры, дисководы CD-ROM);

- медицинское и спортивное оборудование (биоэлектрические и экзоскелетные протезы для инвалидов, тонусные тренажеры, управляемые диагностические капсулы, массажеры и вибраторы и т.д.);

- бытовая техника (стиральные, швейные, посудомоечные машины, автономные пылесосы);

- микромашины (для медицины, биотехнологии, средств связи и телекоммуникации);

- контрольно-измерительные устройства и машины; лифтовое и складское оборудование, автоматические двери в отелях и аэропортах;

- фото- и видеотехника (проигрыватели видеодисков, устройства фокусировки видеокамер);

- тренажеры для подготовки операторов сложных технических систем и пилотов;

- железнодорожный транспорт (системы контроля и стабилизации движения поездов);

- интеллектуальные машины для пищевой и мясомолочной промышленности;

- полиграфические машины;

- интеллектуальные устройства для шоу-индустрии, аттракционы.

1.1 Признаки и состав мехатронных систем

Мехатронные устройства – это выделившийся в последние десятилетия класс машин, или узлов этих машин, базирующийся на использовании в них точной механики, электропривода, электроники, компьютерного управления.

Мехатронная система – множество механических, процессорных, электронных и электротехнических компонентов, находящихся в связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Мехатронный объект – предмет (изделие), представляющий собой машину с компьютерным управлением как мехатронную систему устройств, самостоятельно функционирующую в соответствии с целевым назначением.

Мехатронный модуль – мехатронный узел (устройство), состоящее из интегрированного сочетания нескольких элементов, оформленный конструктивно как самостоятельное изделие и выполняющий определенную функцию в различных мехатронных объектах.

Исполнительный орган – функциональная часть мехатронного устройства, предназначенная для выполнения действий по сигналам от системы управления.

Рабочий орган – устройство, предназначенное для реализации технологического назначения объекта.

Мехатронный комплекс – совокупность связанных между собой мехатронных объектов, предназначенная для осуществления действий, определяемых общим целевым назначением.

2. Примеры мехатронных систем в военной технике для систем вооружения

Современное поколение мехатронных машин и систем, предназначенных для выполнения новых служебных и функциональных задач, отличается рядом характерных особенностей. К ним относятся: нелинейность кинематической структуры, выполнение движений по криволинейным траекториям в пространстве и сложные законы перемещения во времени, функционирование в изменяющихся и неопределенных внешних средах.

Проблематика построения математических моделей мехатронных машин определяется следующими основными положениями.

A. Многомерность системы. В мехатронных системах нового поколения наиболее распространены универсальные механизмы, которые обеспечивают управляемое перемещение по шести степеням подвижности. Однако все чаще находят применение кинематические структуры с избыточностью для выполнения операций в средах с препятствиями либо в реконфигурируемых системах.

Б. Взаимосвязанность движений звеньев. Многосвязность системы означает, что движение каждого звена кинематически и динамически влияет на движение остальных звеньев. Данное взаимовлияние происходит через механическое устройство, объект работ и источник энергии. К тому же для многих технологических задач параметры внешних воздействий, приложенных к рабочему органу, заранее не определены.

B. Нелинейность координатного базиса. Опыт применения производственных и специальных машин с гибридной и параллельной кинематикой выявил существенные трудности, которые возникают у инженерно-технического персонала при их установке, программировании и обслуживании. Переменность параметров в нелинейных уравнениях может приводить к потере управляемости системой в особых (сингулярных) конфигурациях. С точки зрения пользователя, наибольшую проблему представляют трансформациидвижений рабочего органа из обобщенной системы координат в декартовую систему. Задача управления машиной состоит в исполнении желаемого движения рабочего органа, который целенаправленно действует на объект работ, испытывая при этом со стороны внешней среды возмущающее воздействие. Движение рабочего органа как конечного звена мехатронной машины обеспечивается взаимосвязанными перемещениями исполнительных приводов и звеньев механического устройства.

Г. Неоднородность и анизотропия свойств машины.Мехатронные машины с нелинейным координатным базисом отличаются неоднородностью характеристик (кинематических, скоростных, динамических, упругих) в рабочей зоне. Это означает, что, например, желаемая скорость рабочего органа может быть достигнута только в ограниченной области рабочего пространства. Если объект работ расположен вне этой области, то машина не может выполнить заданную технологическую операцию. Различие свойств может проявляться не только в разных точках рабочей зоны, но и в разных направлениях (анизотропия свойств). Анизотропия накладывает существенные ограничения на взаимное расположение рабочего органа и объекта работ, например на сборочных операциях, где требуется приложить вектор силы в заданном направлении.

Д. Необходимость решения задачи управления в пространстве и во времени. Программа движения мехатронных систем предусматривает выполнение функциональных движений машиной в пространстве и во времени. Необходимо рассчитать и оптимизировать траектории движения всех звеньев в обобщенных координатах и рабочего органа - в декартовом пространстве. Для выполнения программы движения во времени должны быть определены и реализованы желаемые скорости, ускорения и развиваемые усилия для всех исполнительных приводов системы.

Характерной особенностью мехатронных систем является возможность разделения задач управления движением на пространственную и временную. Это означает, что траектория перемещения рабочего органа в пространстве и его контурная скорость могут планироваться раздельно и с использованием различных критериев оптимизации. Например, для робото-технологического комплекса механообработки, программа перемещения и ориентации инструмента в пространстве определяется по геометрической модели обрабатываемой детали. Скорость движения рабочего органа робота вдоль траектории должна быть выбрана с учетом специфики рабочего процесса: размеров и твердости материала заготовки, типа инструмента, а также технических возможностей приводов инструментальной головки и манипулятора.

­Перечисленные особенности мехатронных машин обусловливают сложность построения их адекватных и при этом наглядных и удобных для синтеза управления математических моделей.

2.1 Робот-разведчик Минатома РФ

Особенное значение имеют мехатронные системы, функционирующие в условиях, несовместимых с жизнью человека либо опасных для его здоровья. К их числу следует отнести робототехнические комплексы (РТК), предназначенные для работы в средах радиоактивного загрязнения. Необходимость выполнения роботами операций в таких средах возникает при проведении аварийно-восстановительных и ремонтномонтажных работ на АЭС, перевозках отработанного топлива, возникновении нештатных и аварийных ситуаций.

Сегодня, наверное, уже нет необходимости доказывать, что альтернативы робототехническим системам при выполнении таких задач нет.Однако в дни Чернобыльской катастрофы 1986 года при выборе способа расчистки кровли зданий от радиоактивных обломков столкнулись две идеологии: дистанционный метод очистки по "безлюдной" технологии и сбор радиоактивных отходов вручную силами военнослужащих и гражданских лиц.

Трагедия на Чернобыльской АЭС остро поставила задачу разработки отечественных робототехнических систем, способных действовать в условиях высокой радиации. Так был представлен робот-разведчик Минатома России. Этот мобильный робот предназначен для проведенияразведки радиационной обстановки в зараженной зоне, поиска источников радиации, дезактивации помещений и оборудования, а также подавления радиоактивной пыли.



Рис. 2.1.1 Робот-разведчик Минатома РФ
Манипулятор размещен на транспортном средстве, которое способно преодолевать лестничные пролеты, небольшие препятствия, траншеи, передвигаться по наклонным поверхностям. Манипулятор может быть оснащен различными схватами для переноса объектов либо рабочим органом для нанесения дезактивирующего полимера. Обнаружение источников радиации ведется с помощью гамма-локатора, который имеет в своем составе ТВ-камеру, дальномер, гамма-детектор и фоновый дозиметр. Управление транспортным средством, манипулятором и гамма локатором осуществляется оператором по радиоканалу с поста управления.

Представленный робот-разведчик по своей структуре и выполняемым функциям относится к мехатронным системам с дистанционно автоматическим управлением, принципы построения которых разработаны проф. В.С. Кулешовым¹. Радиоактивные зоны относятся к классу недетерминированных (неопределенных) сред, где невозможно заранее запрограммировать все функциональные движения робота. Поэтому здесь целесообразно сочетать режимы дистанционного управления, когда для принятия решений подключается интеллект человека оператора, с автоматическим управлением при выполнении типовых операций.

2.2 Специальные мобильные роботы "Вездеход ТМ-3" и "Варан"

В XXI в. возникла новая угроза для человечества - терроризм. Для проведения антитеррористических операций необходимы мехатронные мобильные системы, обладающие расширенными интеллектуальными свойствами. Так были представлены мобильные роботы, предназначенные для инспекционных проверок и обезвреживания взрывных устройств, разработанные в НИИ специального машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана².

В задачи этих специальных машин входит проведение аудио- и видео разведки объектов и территорий, осмотр днищ, салонов и багажных отделений автотранспортных средств, а также поиск, обнаружение, манипулирование и уничтожение взрывоопасных предметов.

Робот малого класса "Вездеход ТМ-3" способен действовать в помещениях, на открытых пространствах, двигаться по грунту, преодолевать препятствия высотой до 15 см. Оснащен двумя поворотными телекамерами и манипулятором. Команды подаются по кабелю (на расстоянии до 100 м) и по радиосети (до 1 км), которая содержит 20 каналов передачи сигналов управления и телевизионного изображения.



Рис. 2.2.1 Вездеход ТМ-3
Робот среднего класса ’’Варан” оснащен гусеничным шасси с двумя регулируемыми электроприводами, что позволяет ему передвигаться по пересеченной местности и снежному покрову, преодолевать небольшие водные преграды и лестничные пролеты. Грузоподъемность манипулятора составляет 20 кг, робот может также оснащаться дополнительным оборудованием.



Рис. 2.2.2 Варан

2.3 Мехатронный робот-станок "РОСТ 300"

Мехатронный робот-станок предназначен для финишной обработки: пера лопаток газовых и паровых турбин, энергетических станций и установок, газотурбинных двигателей, лопастей водяных турбин, гребных винтов различного назначения¹.

Создание этой мехатронной машины для систем вооружения вызвано необходимостью стабилизации геометрических параметров и качества поверхности лопаток, определяющих вибрационные и шумовые характеристики турбоагрегатов, а также автоматизировать тяжелые и вредные для здоровья человека технологические операции.

Машина имеет нелинейную компоновку, отличием которой является отсутствие традиционных прямолинейных направляющих. Все формообразующие движения реализуются мехатронными модулями вращательного типа. Мехатронные модули построены на базе высоко моментных двигателей серии ТМА швейцарской фирмы ETEL S.A., которые встроены в конструкцию машины. Станок оснащен цифровыми сервоприводами "Indramat DIAX04" и устройством числового программного управления серии PA8000NT фирмы PowerAutomation AG. Оптоэлектронная измерительная система позволяет осуществлять контроль обрабатываемой поверхности заготовки с целью привязки к базовым поверхностям станка и задания оптимальных режимов обработки.

Наряду с очевидными преимуществами опыт внедрения машин с параллельной и гибридной кинематикой в реальное производство выявил ряд актуальных научно-технических проблем. К ним в первую очередь следует отнести следующие вопросы:

• сложность системной интеграции, необходимость дополнительного времени для анализа и поиска неисправностей;

• большая трудоемкость обслуживания и программирования машины по сравнению с традиционным оборудованием;

• сложность и необработанность процедуры калибровки машины;

• необходимость знаний как в области станков с ЧПУ, так и промышленных роботов для обучения персонала методике программирования;

• неоднородность (анизотропия) характеристик машины в различных областях рабочей зоны, наличие особых конфигураций.

На эффективность решения эти задач, поставленных практикой производственного применения, необходимо обратить особое внимание при создании машин нового поколения.



Рис. 2.3.1Мехатронный робот-станок "РОСТ 300"
Технические характеристики робота-станка "РОСТ 300"

Число одновременно управляемых координат - 6

Масса машины, кг - 2500

Максимальные размеры обрабатываемого изделия, мм- 150 х 40 х 80

Диаметр шлифовального круга, мм - 30…80

Точность контурной обработки, мм - 0,025

Пределы рабочих подач по осям, мин^-1- 120.. .2000

Скорость быстрого перемещения, мм/мин - 24 000

Скорость вращения шлифовального электрошпинделя, мин^-1 - 6000...24 000

3. Перспективы дальнейшего применения мехатронных систем в рассматриваемой области

Всеохватывающая компьютеризация, пронизывающая все сферы современной жизни, и быстрый прогресс электроники подготавливают настоящую революцию ввоенной стратегии и тактике. Уже сейчас на полях войны широко используются разнообразные чувствительные элементы, транспортные устройства и некоторые виды оружия, обладающие полной автономией. В течение ближайшего десятилетия эти машины смогут, по мнению военных планировщиков, взять на себя самые опасные, тяжелые и трудоемкие обязанности, которые сегодня приходится выполнять людям.

 Уже существует привычка к автономным сторожевым устройствам, ведущим наблюдения за полем битвы на земле, в воздухе и с космических орбит с помощью радаров, видеокамер, микрофонов, инфракрасных датчиков и другой электронной аппаратуры. Эта аппаратура во многих случаях способна обнаруживать ложные цели и маскировку, эффективно работать в темноте и в плохих погодных условиях. 
В ближайшие годы, обнаруживаемые цели все чаще будутуничтожаться ракетами и бомбами с беспилотных устройств, как это уже случалось в Йемене и Афганистане с боевиками "Аль-Кайды", причем аппаратура будет автоматически опознавать врагов и отличать их от друзей. 

К 2020-му году или даже раньше, как говорят представители Министерства обороны США, беспилотные самолеты и автоматические танкетки смогут наводить телеуправляемые бомбардировщики на цель,беспилотные вертолеты смогут управлять караванами из автоматических грузовиков, а автоматические подводные лодки будут вылавливать, и обезвреживать мины и запускать крейсирующие ракеты. 
Несколько лет назад автономные прослушивающие аппараты, разбрасываемые по территории противника, весили по 15 килограммов. Сейчас они весят по полтора килограмма и их можно сбрасывать с самолетов. Эти аппараты засекают шумы ивибрации почвы. Используя компьютеризованную библиотеку шумов, издаваемых двигателями вражеских машин и гусеницами танков, аппараты сообщают, какая техника проходит по местности.

 Следующим этапом будет интеграция данных от автономных прослушивающих аппаратов с потоками информации, поступающей от беспилотных самолетов и спутников, говорит доктор Прадо, работающий в компании, которая выпускает этуакустическую аппаратуру. 

Синтез новых прецизионных, информационных и измерительных наукоемких технологий дает основу для проектирования и производства интеллектуальных мехатронных модулей и систем.

В дальнейшем мехатронные машины и системы будут объединяться в мехатронные комплексы на базе единых интеграционных платформ. Цель создания таких комплексов - добиться сочетания высокой производительности и одновременно гибкости технико-технологической среды за счет возможности ее реконфигурации, что позволит обеспечить конкурентоспособность и высокое качество выпускаемой продукции на рынках XXI века.

Планами МО США (Интегрированная Дорожная карта развития без экипажных систем на период 2009-2034 гг.) предусматривается создание и внедрение в войска к концу этого срока более 170 типов наземных роботов. Их разработка будет осуществляться в рамках новой программы «Модернизация боевых бригадных групп» (ArmyBrigadeCombatTeamModernization). При этом среднегодовой объем финансирования НИОКР и закупок наземных роботов в рамках данной программы будет составлять порядка $1,3-1,5 млрд.

В боевых подразделениях (на уровне бригады) планируется применение четырех типов без экипажных наземных машин:

— боевые безэкипажные наземные машины (ARV), оснащенные средствами разведки и поражения целей (оценочно 5-6-тонная боевая робототехническая машина);

— многоцелевые без экипажные наземные машины обеспечения боевых действий тактических подразделений (ARV-А (L)), оценочно 2-2,5-тонное многоцелевое шасси);

— портативные безэкипажные наземные машины (SUGV) поддержки боевых действий бойца (подразделения) в населенных пунктах (оценочно носимый мобильный робот массой 10-15 кг);

— безэкипажные наземные машины общего и специального назначения различной весовой категории.

Выполнение программ разработки наземных робототехнических комплексов различного назначения, доля которых, согласно перспективным планам МО США, должна составить к 2020 г. не менее 30% от общего количества боевой техники, приведет, по оценкам американских специалистов, к существенному повышению боевых возможностей вооруженных сил при одновременном сокращении численности военнослужащих и техники, а также позволит существенно снизить потери личного состава.

В 2010 г. Объединенный совет ВС США по выработке требований к ТТХ ВВТ (JointRequirementsOversightCouncil – JROC) проанализировал использование РТК в ходе последних вооруженных конфликтов и определил возможные направления их совершенствования. JROC полагает сконцентрироваться на расширении развед-возможностей, увеличении времени автономной работы РТК (вплоть до суток), повышении ТТХ и ударного потенциала, оснащении их не летальным оружием, проведении унификации подсистем РТК.

В области развития базовых технологий и технических средств военной робототехники проводятся НИОКР, направленные на увеличение дальности действия, повышение автономности робототехнических комплексов, помехозащищенности каналов управления и связи, совершенствование систем технического зрения, решение проблем автоматического распознавания целей, анализа сцен и ситуаций, опознавания по принципу «свой-чужой», а также группового применения РТК – в том числе совместно со штатными экипажными образцами ВВТ.

В аналогичном направлении формируется перспективный облик вооруженных сил и других развитых зарубежных стран. Целеустремленно в этом направлении продвигается Китай, военное руководство которого внимательно следит за всеми шагами в области внедрения новых технологий в военной сфере.

Говоря о становлении и развитии военной робототехники в зарубежных армиях, уместно привести исследования американской Президентской комиссии по промышленной конкурентоспособности (President'sComissiononIndustrialCompetitivenes). Информативность результатов исследований по изучению темпов и перспектив использования промышленных роботов в США и Японии очень велика и убедительна. Ниже приводится только один из фрагментов сопоставительного анализа. Так, в США потребовалось на роботизацию автомобилестроения 15 лет, электротехники – 17 лет, бытовой техники – 19 лет, металлургии – 20 лет, сталелитейной промышленности – 3 года, станкостроения – 18 лет (в среднем – 12 лет). В Японии по сравнению с США этот процесс начался на 6 лет позже, то есть в 1967 г., роботизация автомобилестроения заняла 6 лет, электротехники – 2 года, металлургии – 9 лет, машиностроения – 15 лет (в среднем – 8 лет). Эти данные убедительно свидетельствуют о том, что даже при практически безупречной упорядоченности любого промышленного производства, при его абсолютной стационарности требуется не менее 15 лет на решение проблем роботизации.

В настоящее время исследованиями в области робототехники заняты ведущие институты и университеты США, ФРГ, Японии, Великобритании, Италии. Направления их исследований не ограничиваются рамками машиностроительного профиля. Так, в Технологическом институте штата Джорджия (США) исследовались способы навигации мобильных роботов, использующих стереотипные схемы движения. В основе этого подхода, работоспособность которого была показана' путем моделирования и в экспериментах с реальным мобильным роботом, лежат данные нейрофизиологии. Скорость робота и рулевое управление определяются ро методу потенциального поля. Распределенная архитектура системы управления автономным мобильным роботом обеспечивает работу ультразвукового и зрительного сенсоров, «лоцмана» (блока обхода препятствий) и модулей, реализующих стереотипные схемы движений. Краткосрочная память хранит информацию о модели мира, построенной блоком картографирования местности. Перепланирование действий осуществляется сравнительно редко – при обнаружении неподвижных препятствий. Этот подход предполагается распространить на случай трехмерного пространства для управления аэрокосмическими и подводными мобильными роботами.

Корпорация NEC (США) разработала систему наведения транспортных робокаров, использующих высокочувствительный магнитный сенсор и маршрутопроводы из мягкого ферримагнитного материала или ферритовой краски. Такиемаршрутопроводы очень дешевы, надежны, устойчивы к загрязнениям, могут быть легко проложены как внутри, так и вне помещений и позволяют гибко менять программу движений мобильного аппарата, управляемого от микропроцессора.

Наглядным примером стремительного развития военных роботов и робототехнических систем может служить программа работ Окриджской национальной лаборатории (США) в области робототехнических и интеллектуальных систем (РИС). Она осуществляет комплексные исследования в области робототехники, дистанционно управляемых манипуляторов, искусственного интеллекта, нейросетей, параллельных вычислений. Министерство обороны через организации армии и ВМС США, лабораторию аэронавтики ВВС США, НАСА субсидирует исследования по мобильным роботам, телеуправляемым БЭМСам, дистанционно управляемым манипуляционным системам. Лаборатория разрабатывает системы координации применения разнотипных Р и PC в условиях боевых действий.

Программа РИС имеет междисциплинарную структуру: в ней используется опыт ученых и инженеров различных подразделений, лабораторий, а результаты работ передаются Министерству энергетики, Министерству обороны, НАСА и другим спонсорам и заказчикам.

Исследования по программе РИС направлены на реализацию интересов человека в агрессивных и полу структурированных средах, где необходимо обеспечивать навигацию, манипуляцию и инспекцию в реальном времени. В число изучаемых областей входят: машинный интеллект – построение машин, способных к логическим рассуждениям и самообучению при встрече с непредвиденными ситуациями; эффективные вычисления – разработка нейросетевых компьютеров, параллельных алгоритмов (в том числе реализуемых на последовательных машинах), мультипроцессорных систем; механика, динамика и управление гибко формируемыми манипуляционными операциями и локацией роботов; системы технического зрения (СТЗ) и другие сенсоры для эффективного построения модели трехмерного мира; развитие системы телеуправления для сложных дистанционных операций с максимальными эффективностью и устойчивостью к постепенному ухудшению характеристик аппаратуры (для этого требуется разработка систем передачи информации, отражения усилий, связи и т. д.); человеко-машинное взаимодействие при «совместном» выполнений заданий; интеграция системы в целом для проверки реализуемости предлагаемых концепций и синтеза результатов независимых исследований и разработок.

Работы по программе РИС организационно ведутся по двум направлениям: роботы и дистанционно управляемые манипуляторы (с группами специалистов по обеспечению мобильности и манипуляционных операций и по разработке сенсоров и электронных блоков роботов); искусственный интеллект и развитые вычислительные системы (с группами по планированию, логическим рассуждениям, решению задач и по нейросетям и объединению сенсорных данных). Еще одна область деятельности связана с общей интеграцией результатов программы и координацией проектов, включая распределение ресурсов, обеспечение качества и сроков выполнения работ.

В Центре перспективных исследований технических систем (CESAR) создан специальный интерфейс, позволяющий осуществлять связь человеку-оператору с боевыми роботами. Здесь имеется специальный стенд, предназначенный для испытаний Р и PC, а также для исследований применения роботов-солдат.

Одной из центральных проблем в области военной робототехники, по мнению зарубежных специалистов, является создание автономных (колесных или гусеничных) мобильных роботов, которые способны к самостоятельной навигации в заранее неизвестной рабочей среде. В одной из теоретических разработок в отличие от большинства известных алгоритмов, отвечающих схеме останов-осмотр-движение, предлагается алгоритм, позволяющий на основе сенсорной информации формировать несколько подцелей в процессе движения робота так, что гарантируется достижение цели за заданное время.Интерес в военной робототехнике всегда конкретен.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование Интернет-технологий в мехатронике и робототехнике открывает новые перспективы в развитии распределенных систем управления и сбора данных. Задачи дистанционного мониторинга экспериментов и контроля удаленных технических систем с помощью Интернета могут быть выполнены с минимальными затратами практически в любой точке мира за счет широкого распространения и доступности глобальной сети.

Дистанционное управление мехатронными объектами с использованием Интернета подразумевает не только сбор данных при помощи информационно-измерительной аппаратуры, но и подачу управляющих воздействий на исполнительные элементы различных типов. Эта задача для систем вооружения является, пожалуй, наиболее перспективной, но вместе с тем сложной для практической реализации. Анализ современных тенденций, а также ряда реально осуществленных проектов показывает, что Интернет является достаточно эффективным и удобным средством организации дистанционного управления техническими объектами, преимуществами которого являются:

- возможность организовать дистанционное управление реальными объектами и экспериментами практически из любой точки мира;

- снижение затрат на создание специализированных каналов связи;

- возможность организации доступа широкого круга специалистовэкспертов, территориально удаленных друг от друга, к уникальному оборудованию в режиме реального времени.

Перспективные области применения Интернет-робототехники прежде всего для систем вооружения включают:

- дистанционное управление в условиях агрессивной окружающей среды (мобильные роботы);

- астрономия (создание роботизированных автономных телескопов);

- дистанционное образование (создание виртуальных лабораторий удаленного доступа);

- удаленное управление роботизированными ячейками и системами;

- индустрия развлечений (виртуальные визиты в музеи, соревнования по управлению Интернет-роботом и т.п.).

Проблемы, которые на сегодняшний день являются ещё не разрешенными в системе вооружения. При использовании глобальной сети как канала связи следует учитывать следующие важные факторы:

- ограничения по пропускной способности сети: приложение может потребовать передачи таких объемов данных и с такой скоростью, которые невозможно обеспечить с помощью Интернета;

- временные задержки, верхняя граница которых непредсказуема и зависит от качества удаленного соединения;

- флуктуация времени задержки в широких пределах, связанной с изменением загрузки сети во времени;

- возможность потери отдельных пакетов передаваемых данных при переполнении входных буферов промежуточных серверов, через которые проходят данные.

По прогнозам американского института робототехники, до 2020 г. в армиях всех стран будут внедряться только роботизированные военные средства, но не военные роботы, притом наиболее предпочтительными направлениями роботизации являются средства разведки, минирования и разминирования, транспортные и различные самообучающие системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Новые методы управления сложными системами. М.: Наука, 2004.

2. Крайнев А.Ф. Механика машин: Фундаментальный словарь. М.: Машиностроение, 2000

3. Илюхин Ю.В. Создание высокоэффективных систем управления исполнительными движениями роботов и мехатронных устройств на основе технологически обусловленного метода синтеза: Диссертация д-ра техн. наук. М.: МГТУ "СТАНКИН", 2001.

4. Аршанский М.М. Мехатронные технологии обработки материалов резанием // Мехатроника. 2000. № 1.

5. Афонин В.Л. Обрабатывающее оборудование с элементами искусственного интеллекта // Приводная техника. 2003. № 4.

6. Разработка и освоение производства мехатронных модулей движения и других узлов для производственных машин. М.: НИЦ "Мехатроника" - НПО "ЭНИМС", 2000.

7. Руденко В.Н. Планетарные и волновые передачи. М.: Машиностроение, 1980.

8. Подураев Ю.В. Основы мехатроники: Учеб.пособие. М.: МГТУ "СТАНКИН", 2000.

9. Новые методы управления сложными системами. М: Наука, 2004.

10. Оре О. Теория графов. М.: Наука, 1980.

11. Ослэндер Д.М., Риджли Дж. Р., Ринггенберг Дж. Д. Управляющие программы для механических систем. М.: БИНОМ , 2004.

12. Основы проектирования следящих систем / Под ред. Н.А. Дакоты. М.: Машиностроение, 1978.

13. Парс Л.А. Аналитическая динамика. М.: Наука, 1971.

14. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки дипломированного специалиста 652000 - Мехатроника и робототехника / Министерство образования РФ. М ., 2000.

15. Демидов С.В., Зомба Г.А., Конюша В.П. Мехатронные обрабатывающие центры на базе мехатронных модулей вращения // Приводная техника. 2003. № 4 .

16. Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы / Под ред. В.С. Кулешова. М.: Машиностроение, 1986.

17. Егоров О.Д., Подураев Ю.В. Конструирование мехатронных модулей: Учебник. М.: МГТУ "СТАНКИН", 2004. 360 с.

18. Ермолов И.Л., Лысенко О.Н., Подураев Ю.В. Математические модели "робот-рабочий орган-инструмент-рабочий процесс" в системе автоматизированного программирования промышленных технологических роботов // Мехатроника. 2002. № 2.
Интернет ресурсы:

19.Мобильный робототехнический комплекс «Вездеход ТМ3»

http://niism.bmstu.ru/otdelyi-nii-sm/sm4-6/mrk-«tm3»

20. ВООРУЖЕНИЕ, ВОЕННАЯ ТЕХНИКА, БОЕПРИПАСЫ,

СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ОБОРУДОВАНИЕ

https://www.arms-expo.ru/armament/samples/1295/67543/

21. Модели. Оружие.

https://7lafa.com/pageweapons.php?id=699

22. Боевым роботам нужна программа

http://www.oborona.ru/includes/periodics/defense/2012/0801/20258963/detail.shtml

1^14. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Направление подготовки дипломированного специалиста 652000 - Мехатроника и робототехника / Министерство образования РФ. М ., 2000.

1^ 2.1.1. Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы / Под ред. В.С. Кулешова. М.: Машиностроение, 1986
3.1.2. Кулешов В.С., Лакота Н.А. Динамика систем управления манипуляторами. М.: Энергия, 1971.

2^2.2.1 Челышев В.А. " Вездеход” и "Варан" уже в серии // Военный парад. 2004. № 4.

1^ 2.3.1 . Афонин В.Л. Обрабатывающее оборудован и е с элементами искусственного интеллекта // Приводная техника. 2003. № 4.