Стр. 57 - СПЕЦИАЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ ДЛЯ СИЛОВЫХ СТРУКТУР

СБОРНИК ДОКЛАДОВ
57
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОНОМНЫХ МОБИЛЬНЫХ
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Бабакина Н.А., Колесников М.П., Шкодырев В.П.
В настоящее время разработка и построение автономных мобильных систем явля-
ется одним из наиболее актуальных вопросов современной робототехники. Это свя-
зано с потребностью в решении таких задач, как, например, разведка и сбор данных,
доставка грузов, автономное передвижение в условиях, когда присутствие человека
нежелательно.
В целом задачи создания робототехнических систем можно разделить на две ча-
сти:
- технологические задачи, связанные с созданием механизмов и электроники;
- задачи управления, связанные с заданием состояния робота, описанием его по-
ведения и взаимодействия с окружающей средой.
Если рассматривать экстремальные условия функционирования робота, то здесь
данные задачи решаются с переменным успехом. Есть как положительные, так и от-
рицательные результаты. Общую оценку ситуации с производством робототехниче-
ских систем, способных работать в особых условиях, можно проследить по примерам
создания роботов для космической отрасли, глубоководных исследований и для не-
которых особых наземных исследований.
Так, в космической отрасли есть положительные примеры современного марсо-
хода Curiosity, созданного в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского
технологического университета, работающего под эгидой NASA (США), а также Spirit
и Opportunity (NASA, США), а также других космических аппаратов (КА).
Есть также и неудачные примеры, такие как Beagle 2 (Евросоюз), Фобос-Грунт
(Россия) и т.д. Данные примеры характеризуют в большей степени технологический тип задач. Успешность производства
рабочего образца здесь может зависеть от условий производства, финансирования и т. п.
Второй же класс задач, если не учитывать подзадачи, связанные с созданием классических систем управления приво-
дами или манипуляторами, обычно сводится к строгим программам установки робота в заданное состояние или последо-
вательность состояний. Причём практически всегда программа действий задаётся оператором. Очевидно, что в этом случае
ни о какой полностью автономной работе речи идти не может.
Сильное отставание в области построения робототехнических систем для экстремальных условий, существующих на
земле (естественных либо созданных искусственно), хорошо проявляется при различных аварийных ситуациях, имеющих
характер технологической катастрофы. Из последних примеров можно выделить аварию, произошедшую 11 марта 2011
года на АЭС Фукусима-1 (Япония). На данный момент три реактора находятся в состоянии расплавления активной зоны.
Техническая оснащённость робототехническими системами, способными работать в экстремальных условиях, возникших
в результате аварии, оказалась фактически нулевой. В результате этого представители японской фирмы TEPCO и государ-
ственные службы были вынуждены закупить роботов у США (роботы Packbot и Warrior фирмы iRobot [1], [2]), Германии и
Франции. Данные роботы управляются оператором по проводному или беспроводному каналу связи и не могут работать
полностью автономно. В условиях же радиационного заражения присутствие людей в непосредственной близости от ава-
рийного блока недопустимо. К тому же операторное управление возможно в условиях, когда робот работает на открытых
площадках. В закрытых же сооружениях такой способ взаимодействия с роботом будет значительно осложнён. Данные
примеры демонстрируют сильное отставание в области задач по созданию систем управления автономными робототехни-
ческими комплексами (второй тип задач, по указанной выше классификации).
В связи с вышесказанным, при учёте достаточно хорошего развития технологической базы, одними из самых актуаль-
ных задач в робототехнике являются задачи по созданию математических моделей, методов и алгоритмов управления,
позволяющих реализовать режим автономной работы робота.
При разработке автономных мобильных робототехнических систем необходимо решить ряд задач. Во-первых, это за-
дача автоматического описания и оценки параметров окружающего пространства (окружающей среды). Мобильный робот
не имеет связи с оператором и взаимодействует только с той средой, которая его окружает. Очевидно, что наиболее до-
стоверное и подробное описание окружающей среды является необходимым условием для достижения поставленных (или
автоматически генерируемых роботом) целей. В частности, геометрическое представление окружающего пространства
(составление карты) и одновременная локализация относительно выделенных объектов, является одной из важнейших
задач, подлежащих решению в данном случае. Эта задача решается, например, с использованием методов, объединённых
в семейство SLAM (Simultaneous Localization and Mapping - англ. Одновременная локализация и составление карты). Но
даже наиболее совершенные методы данной группы (например, DP-SLAM, FastSLAM, EKF-based SLAM и т.д.) имеют ряд
недостатков. Самым серьёзным из них является требование к статичности окружающего пространства. Дополнительные
Шкодырев Вячеслав Петрович
Профессор. Директор НИИ
“Математическое моделирование
и интеллектуальные системы
управления” в составе
Объединённого Научно-
Технологического института
при Санкт-Петербургском
Государственном политехническом
университете (СПбГПУ).
Заведующий кафедры «Системы
и технологии управления» в
Институте информационных
технологий и управления СПбГПУ.