Источник информации: Русская Промышленная Компания

Олег Маслов, Андрей Пузанов, Константин Куванов, Олег Платов (ОАО "СКБ ПА", г. Ковров)Разум несомненно кажется слабым, когда мы думаем о стоящих перед ним задачах. (А. Эйнштейн) Среди многих видов деятельности, направленных на обеспечение безопасности и защиты общества, особо важное место занимают вопросы, связанные с предотвращением терактов с применением взрывных устройств (ВУ), направленных на уничтожение гражданского населения, а также на разрушение объектов человеческой деятельности. Специалисты во всем мире ищут эффективные пути борьбы и противодействия террору, одним из которых является разработка мобильных роботов (МР), предназначенных для выявления и уничтожения ВУ. Следует отметить, что задачи по проектированию и созданию таких роботов довольно успешно решаются зарубежными разработчиками, о чем свидетельствует широкий спектр предлагаемой ими специальной техники. Опережающее развитие роботизированных средств за рубежом обусловлено в первую очередь большим опытом ведения антитеррористической борьбы. Для современной России подобный опыт сравнительно невелик. Однако события последних лет заставили отечественных специалистов сосредоточить свои усилия в области проектирования и изготовления мобильных роботов специального назначения. За короткий период на свет появился ряд отечественных образцов роботизированной техники, различающихся по классу, назначению и составу исполнительного оборудования. "Вездеход-ТМ3" – один из таких образцов, относящийся к роботам сверхлегкого класса, основным назначением которых является визуальная и акустическая разведка местности, помещений, транспортных средств, осмотр труднодоступных мест, обнаружение и уничтожение взрывных устройств. Мобильный робот способен передвигаться по слабопересеченной местности, преодолевать пороговые препятствия, водные преграды, двигаться по снегу и траве. Для повышения маневренности при работе робота в стесненном пространстве (внутри зданий и сооружений) используется бортовой способ разворота. Рабочее оборудование робота включает в себя манипулятор, обладающий двумя степенями свободы, двухстепенные механизмы наведения видеокамер и гидродинамический разрушитель. Выдвижение телескопической штанги позволяет обследовать труднодоступные места (днище автомобиля, урны и т.п.), исследовать и уничтожать подозрительные объекты. Заказчиком МР выступал ЦСТ ФСБ России. Работа была поручена специалистам из НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва), отвечавшим за создание системы управления, а также специалистам ОАО "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" (ОАО "СКБ ПА", г.Ковров), отвечавшим за разработку конструкции МР и подготовку КД для последующего серийного изготовления изделия на ОАО "Ковровский электромеханический завод" (ОАО "КЭМЗ", г.Ковров). Перед коллективом ОАО "СКБ ПА" стояла задача в минимально сжатые сроки разработать конструкцию МР, отвечающую требованиям технического задания (ТЗ), разработать и выпустить конструкторскую документацию (КД) для серийного изготовления изделия. Очевидно, что разработка и изготовление изделия на высоком качественном уровне были бы невозможны без использования современных программных продуктов. Одним из важных этапов в формировании будущего облика МР явилась разработка его предварительной трехмерной модели в среде Autodesk Inventor Series (AIS) версий 5.3 и 9, как наиболее эффективной с точки зрения простоты проектирования сложных элементов робота, а также по возможностям экспорта 2D-чертежей в среду AutoCAD. С помощью AIS были выполнены работы по определению основных конструктивных особенностей узлов и механизмов будущего робота, проработаны вопросы, связанные с компоновкой и размещением исполнительных приводов, элементов бортовой системы дистанционного управления, основного и вспомогательного оборудования робота (рис. 1). Рис. 1. Трехмерная модель мобильного робота, разработанная в среде AIS9 В процессе проектирования манипулятора и механизмов наведения МР были использованы различные возможности AIS9, такие как адаптивное проектирование, позиционные представления сборки и гибкие узлы. Это позволило отработать наиболее важные положения исполнительного оборудования, получив полную картину пересечений узлов и деталей во время работы, и избежать их возможных столкновений, а также оценить габаритные размеры МР при работе исполнительного оборудования. Параллельно с разработкой основного варианта МР шел поиск альтернативных решений конструкции ходовой части робота, манипулятора и вспомогательного оборудования (рис. 2, 3). Рис. 2. Транспортное средство МР с изменяемой геометрией колесного движителя Рис. 3. Альтернативный вариант манипулятора МР В соответствии с требованиями, предъявляемыми заказчиком к транспортному модулю МР, это должно быть средство доставки исполнительного оборудования к месту проведения операции, обладающее малыми массогабаритными характеристиками, низкой энергоемкостью исполнительных приводов колесного движителя, высокой проходимостью и маневренностью, способное выдерживать ударные нагрузки. Выполнение этих требований потребовало от разработчиков целого комплекса расчетно-проектировочных работ. В основу легла собственная методика проектирования высокопроходимых колесных транспортных средств в сочетании с программной средой MSC.visualNastran.4D 2004. Разработанная методика позволила: • дополнить и уточнить существующие методы проектирования наземных транспортных средств (ТС), с учетом особенностей, присущих МР сверхлегкого и легкого классов; • определить геометрические параметры транспортного средства исходя из возможного рельефа опорной поверхности; • провести тягово-динамические расчеты транспортного средства с учетом вида и характеристик тяговых приводов, условий нагружения колес многоосной машины, условий среды в которой функционирует МР, определить энергозатраты транспортного средства на движение и маневрирование; • исследовать динамическую устойчивость будущего МР в процессе его взаимодействия с опорной поверхностью, оценить влияние параметров транспортного средства на его устойчивость; • обосновать выбор вида несущей конструкции ТМ исходя из объема размещаемых элементов СДУ, местоположения навесного оборудования, вида и типа приводов колесного движителя. Неотъемлемой частью методики являются математические модели, разработанные с использованием средств компьютерного моделирования (например, с использованием программ имитационного моделирования Matlab, Simulink), которые дали возможность не только быстро и эффективно провести расчетно-проектировочные работы по определению основных параметров транспортного средства МР, но и провести ряд научных исследований. При этом, требуемые исследования велись с учетом нелинейностей сил, действующих на колесах ТС, что позволило избежать искажения получаемых результатов вследствие упрощения моделей с целью получения их аналитического решения.

всего образца в целом, так и входящих в его состав узлов и механизмов (рис. 15, 16). В процессе испытаний были также практически подтверждены полученные расчетные результаты и, следовательно, правильность разработанных методик проектирования.

Рис.15. Уничтожение предмета, имитирующего ВУ

Рис.16. Мобильный робот"Вездеход-ТМ3"

В заключение надо сказать, что использование программного обеспечения компаний AutoDesk, InterMech, PathTrace, MSC позволило не только существенно сократить время разработки МР, исключить лишние материальные затраты на изготовление макета, разработку и внедрение в производство КД, но также реализовать системный подход в области проектирования мобильной робототехники специального назначения, провести весь спектр необходимых технических расчетов, выполнить научные исследования.