Unbemanntes Bodenfahrzeug

Ein unbemanntes Bodenfahrzeug (UGV) ist ein Fahrzeug, das in Bodenkontakt und ohne Anwesenheit von Personen an Bord arbeitet. UGVs können für viele Anwendungen verwendet werden, bei denen es unpraktisch, gefährlich oder unmöglich ist, einen menschlichen Bediener anwesend zu haben. Im Allgemeinen wird das Fahrzeug über eine Reihe von Sensoren verfügen, um die Umgebung zu beobachten, und wird entweder autonom Entscheidungen über sein Verhalten treffen oder die Informationen an einen Bediener an einem anderen Ort weiterleiten, der das Fahrzeug durch Teleoperation steuert.

Der UGV ist das Gegenstück zu unbemannten Luftfahrzeugen und ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen an Land. Unbemannte Robotik wird sowohl für zivile als auch für militärische Zwecke entwickelt, um verschiedene langweilige, schmutzige und gefährliche Aktivitäten auszuführen.

Geschichte
Ein funktionsfähiges ferngesteuertes Fahrzeug wurde in der Oktober-Ausgabe des World Wide Wireless-Magazins von RCA berichtet. Das Auto wurde unbemannt und drahtlos per Funk gesteuert; Man dachte, die Technologie könnte eines Tages an Panzer angepasst werden. In den 1930er Jahren entwickelte die UdSSR Teletanks, einen mit Maschinengewehr bewaffneten Panzer, der per Funk von einem anderen Panzer aus gesteuert wird. Diese wurden im Winterkrieg (1939-1940) gegen Finnland und zu Beginn der Ostfront eingesetzt, nachdem Deutschland 1941 in die UdSSR eingedrungen war. Während des Zweiten Weltkrieges entwickelten die Briten 1941 eine Funksteuerungsversion ihres Infanteriepanzers Matilda II Bekannt als „Black Prince“, hätte man ihn für das Abfeuern verborgener Panzerabwehrgeschütze oder für Abbruchmissionen eingesetzt. Aufgrund der Kosten für die Umstellung des Getriebes des Tanks auf Wilson-Getriebe wurde die Bestellung von 60 Tanks storniert.

Ab 1942 nutzten die Deutschen die Goliath-Nachlaufmine für Abbrucharbeiten aus der Ferne. Der Goliath war ein kleines Raupenfahrzeug, das 60 kg Sprengladung trug, die durch ein Steuerkabel geleitet wurde. Ihre Inspiration war ein französisches Miniatur-Raupenfahrzeug, das nach der Niederlage Frankreichs im Jahr 1940 gefunden wurde. Die Kombination aus Kosten, niedriger Geschwindigkeit, der Verwendung eines Kabels zur Kontrolle und unzureichendem Schutz vor Waffen bedeutete, dass es nicht als Erfolg galt.

Das erste große Entwicklungsprojekt für mobile Roboter namens Shakey wurde in den 1960er Jahren als Forschungsstudie für die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) entwickelt. Shakey war eine Plattform mit Rädern, die über eine Fernsehkamera, Sensoren und einen Computer verfügte, um die Navigationsaufgaben beim Aufnehmen von Holzblöcken und deren Anordnung in bestimmten Bereichen anhand von Befehlen zu erleichtern. DARPA entwickelte daraufhin eine Reihe autonomer und halbautonomer Bodenroboter, häufig in Zusammenarbeit mit der US-Armee. Im Rahmen der Strategic Computing-Initiative demonstrierte DARPA das Autonome Landfahrzeug, das erste UGV, das mit nützlichen Geschwindigkeiten völlig autonom auf und abseits von Straßen navigieren konnte.

Heute
Russland und China entwickeln sich rasch zu einem Kommandanten in der Entwicklung unbemannter Bodenfahrzeuge. Russland verfügt über ein breites Spektrum von plenär bewaffneten Kriegsrobotern. China will nicht nur die amerikanische Dominanz in der Militärrobotik umgehen, sondern auch den regionalen Vorsprung festigen. Eine Reihe heißer territorialer Auseinandersetzungen zwischen China und seinen Nachbarn stimuliert militärische Investitionen in Tokio, Seoul und Singapur.

Design
Basierend auf ihrer Anwendung werden unbemannte Bodenfahrzeuge im Allgemeinen die folgenden Komponenten umfassen: Plattform, Sensoren, Steuersysteme, Führungsschnittstelle, Kommunikationsverbindungen und Systemintegrationsfunktionen.

Plattform
Die Plattform kann auf einem geländegängigen Fahrzeugdesign basieren und umfasst die Lokomotivenvorrichtung, die Sensoren und die Stromquelle. Gleise, Räder und Beine sind die üblichen Fortbewegungsformen. Darüber hinaus kann die Plattform einen gegliederten Körper aufweisen, und einige sind mit anderen Einheiten verbunden.

Sensoren
Ein Hauptzweck von UGV-Sensoren ist die Navigation, ein anderer ist die Umgebungserkennung. Zu den Sensoren zählen Kompasse, Kilometerzähler, Neigungssensoren, Gyroskope, Triangulationskameras, Laser- und Ultraschall-Entfernungsmesser sowie Infrarottechnologie.

Kontroll systeme
Unbemannte Bodenfahrzeuge werden im Allgemeinen als fernbedient und autonome Fahrzeuge betrachtet, obwohl mit der Überwachungskontrolle auch auf Situationen verwiesen wird, in denen die Entscheidungsfindung durch interne UGV-Systeme und den entfernten menschlichen Bediener erfolgt.

Ferngesteuert
Ein ferngesteuertes UGV ist ein Fahrzeug, das von einem menschlichen Bediener über eine Schnittstelle gesteuert wird. Alle Aktionen werden vom Bediener auf der Grundlage einer direkten visuellen Beobachtung oder der Fernverwendung von Sensoren wie digitalen Videokameras bestimmt. Ein grundlegendes Beispiel für die Prinzipien der Fernbedienung ist ein ferngesteuertes Spielzeugauto.

Beispiele für ferngesteuerte UGV-Technologie sind:

Unbemannter Snatch Land Rover.
Frontline Robotics Teleoperated UGV (TUGV)
Gladiator Tactical Unmanned Ground Vehicle (vom United States Marine Corps eingesetzt)
iRobot PackBot
Unbemanntes Bodenfahrzeug Miloš der serbischen Streitkräfte
Foster-Miller TALON
Remotec ANDROS F6A
Autonome Lösungen
Mesa Associates Tactical Integrierte Montageeinheit für leichte Kräfte (MATILDA)
Vecna ​​Robotics-Schlachtfeld-Extraktionshilfsroboter (BEAR)
G-NIUS Autonome unbemannte Bodenfahrzeuge (Joint Venture Israel Aerospace Industries / Elbit Systems) Guardium
Robowatch ASENDRO
Bandsäge MS1
DRDO Daksh
Viper
DOK-ING Minenräumung, Brandbekämpfung und UGVs im Untertagebergbau
MacroUSA Armadillo V2 Micro UGV (MUGV) und Scorpion SUGV
Nova 5
Krymsk APC

Autonome
Ein autonomer UGV ist im Wesentlichen ein autonomer Roboter, der ohne menschliche Steuerung auskommt. Das Fahrzeug verwendet seine Sensoren, um ein begrenztes Verständnis der Umgebung zu entwickeln, das dann von Steuerungsalgorithmen verwendet wird, um die nächste Aktion zu bestimmen, die im Kontext eines vom Menschen bereitgestellten Missionsziels zu ergreifen ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, dass ein Mensch die geringfügigen Aufgaben des UGV wahrnimmt.

Ein vollständig autonomer Roboter kann folgende Möglichkeiten haben:

Sammeln Sie Informationen über die Umgebung, z. B. das Erstellen von Karten von Gebäudeeinrichtungen.
Finden Sie interessante Objekte wie Personen und Fahrzeuge.
Reisen Sie zwischen Wegpunkten ohne menschliche Navigationshilfe.
Arbeiten Sie längere Zeit ohne menschliches Eingreifen.
Vermeiden Sie Situationen, die für Personen, Eigentum oder sich selbst schädlich sind, es sei denn, diese sind Teil der Konstruktionsspezifikationen
Entwaffnen Sie oder entfernen Sie Sprengstoffe.
Reparieren Sie sich ohne fremde Hilfe.

Ein Roboter kann auch autonom lernen. Autonomes Lernen beinhaltet die Fähigkeit:

Lernen oder erlernen Sie neue Fähigkeiten ohne fremde Hilfe.
Passen Sie die Strategien an die Umgebung an.
Passen Sie sich der Umgebung ohne fremde Hilfe an.
Entwickeln Sie ein Gefühl für Ethik in Bezug auf die Missionsziele.

Autonome Roboter müssen wie alle Maschinen regelmäßig gewartet werden.

Ein entscheidender Aspekt bei der Entwicklung bewaffneter autonomer Maschinen ist die Unterscheidung zwischen Kombattanten und Zivilisten. Bei falscher Ausführung kann die Roboterausbringung nachteilig sein. Dies gilt insbesondere für die Neuzeit, wenn Kombattanten sich häufig absichtlich als Zivilisten verkleiden, um eine Entdeckung zu vermeiden. Selbst wenn ein Roboter eine Genauigkeit von 99% beibehielt, kann die Anzahl der verlorenen Zivilisten immer noch katastrophal sein. Aus diesem Grund ist es unwahrscheinlich, dass vollständig autonome Maschinen bewaffnet in die Schlacht geschickt werden, zumindest bis eine zufriedenstellende Lösung entwickelt werden kann.

Beispiele für autonome UGV-Technologie sind:

Für die DARPA Grand Challenge entwickelte Fahrzeuge
Autonomes Auto
Multifunktionales Nutzfahrzeug / Logistik- und Ausrüstungsfahrzeug
Brecher von CMU für DARPA entwickelt

Führungsschnittstelle
Abhängig von der Art des Steuersystems kann die Schnittstelle zwischen Maschine und Bediener einen Joystick, Computerprogramme oder einen Sprachbefehl enthalten.

Kommunikationsverbindungen
Die Kommunikation zwischen UGV und Kontrollstation kann über Funk oder Glasfaser erfolgen. Es kann auch die Kommunikation mit anderen an der Operation beteiligten Maschinen und Robotern umfassen.

System Einbindung
Die Systemarchitektur integriert das Zusammenspiel von Hardware und Software und bestimmt den Erfolg und die Autonomie der UGV.

Verwendet
Heutzutage gibt es eine Vielzahl von UGVs. Überwiegend werden diese Fahrzeuge verwendet, um den Menschen in gefährlichen Situationen zu ersetzen, z. B. beim Umgang mit Sprengstoffen und in Fahrzeugen mit Bombenschaden, bei denen zusätzliche Kraft oder eine geringere Größe erforderlich ist oder bei denen der Mensch nicht ohne weiteres hingehen kann. Militärische Anwendungen umfassen Überwachung, Aufklärung und Zielerfassung. Sie werden auch in Branchen wie Landwirtschaft, Bergbau und Bauwesen eingesetzt. UGVs sind sehr effektiv bei Marineoperationen, sie haben eine große Bedeutung für den Kampf des Marine Corps. Sie können zusätzlich in der Logistik auf dem Land und über Wasser fließen.

UGVs werden auch für friedenserhaltende Operationen, Bodenüberwachung, Gatekeeper / Checkpoint-Operationen, die Präsenz auf städtischen Straßen und für die Verstärkung von Polizei- und Militärangriffen in städtischen Umgebungen entwickelt. UGVs können von den Aufständischen „das erste Feuer ziehen“ – die Opfer von Militär und Polizei werden reduziert. Darüber hinaus werden UGVs jetzt in Rettungs- und Bergungsaufträgen eingesetzt und wurden nach 9/11 im Ground Zero zuerst zur Suche nach Überlebenden eingesetzt.

Raumfahrtanwendungen
Das Projekt Mars Exploration Rover der NASA umfasst zwei UGVs, Spirit und Opportunity, die immer noch über den ursprünglichen Konstruktionsparametern liegen. Dies ist auf redundante Systeme, sorgfältige Handhabung und langfristige Schnittstellenentscheidungen zurückzuführen. Opportunity (Rover) und sein Zwilling Spirit (Rover), solarbetriebene sechsrädrige Bodenfahrzeuge, wurden im Juli 2003 gestartet und landeten im Januar 2004 auf gegenüberliegenden Seiten des Mars. Der Spirit Rover funktionierte nominell, bis er in tiefem Sand eingeschlossen war im April 2009 mehr als 20-mal länger als erwartet. Zum Vergleich: Die Opportunity ist im Vergleich zu ihrer beabsichtigten Lebensdauer von drei Monaten seit mehr als 12 Jahren in Betrieb. Curiosity (Rover) ist im September 2011 auf dem Mars gelandet, und seine ursprüngliche zweijährige Mission wurde seitdem unbegrenzt verlängert.

Zivile und kommerzielle Anwendungen
Verschiedene zivile Anwendungen von UGVs werden für automatische Prozesse in Fertigungs- und Produktionsumgebungen implementiert. Sie wurden auch als autonome Reiseleiter für das Carnegie Museum of Natural History und die Schweizer National Exhibition Expo entwickelt.

Landwirtschaft
UGVs sind eine Art landwirtschaftlicher Roboter. Unbemannte Erntetraktoren können rund um die Uhr betrieben werden, wodurch kurze Fenster für die Ernte verarbeitet werden können. UGVs werden auch zum Spritzen und Verdünnen verwendet. Sie können auch zur Überwachung der Gesundheit von Getreide und Vieh verwendet werden.

Herstellung
In der Fertigungsumgebung werden UGVs für den Materialtransport eingesetzt. Sie sind oft automatisiert und werden als AGVs bezeichnet. Unternehmen der Luft- und Raumfahrt nutzen diese Fahrzeuge zur präzisen Positionierung und zum Transport schwerer, sperriger Teile zwischen Fertigungsstationen, die weniger Zeit in Anspruch nehmen als große Kräne und die Menschen vor gefährlichen Bereichen schützen können.

Bergbau
Mit UGVs können Minentunnel durchfahren und kartiert werden. UGVs, die Radar-, Laser- und visuelle Sensoren kombinieren, sind in der Entwicklung, um 3D-Gesteinsoberflächen in Tagebau-Minen abzubilden.

Lieferkette
Im Lagerverwaltungssystem haben UGVs vielfältige Verwendungsmöglichkeiten, vom Umladen von Gütern mit autonomen Gabelstaplern und Förderern bis hin zum Bestandsscannen und Inventarisieren.

Notfallmaßnahmen
UGVs werden in vielen Notfallsituationen eingesetzt, einschließlich Suche und Rettung in Städten, Brandbekämpfung und nuklearer Reaktion. Nach dem Unfall des Atomkraftwerks Fukushima Daiichi 2011 wurden in Japan UGVs zur Kartierung und Strukturbewertung in Gebieten mit zu hoher Strahlung eingesetzt, um eine Anwesenheit von Menschen zu gewährleisten.

Militärische Anwendungen
UGV-Einsatz durch das Militär hat viele Leben gerettet. Zu den Anwendungen zählen die Entsorgung von explosiven Munition (EOD) wie Landminen, das Laden schwerer Gegenstände und die Reparatur von Bodenbedingungen unter feindlichem Beschuss. Die Anzahl der im Irak eingesetzten Roboter stieg von 150 im Jahr 2004 auf 5000 im Jahr 2005 und Ende 2005 entwaffneten sie im Irak mehr als 1000 Bomben am Straßenrand (Carafano & Gudgel, 2007). Bis 2013 hatte die US-Armee 7.000 solcher Maschinen gekauft und 750 wurden zerstört. Das Militär setzt UGV-Technologie ein, um Roboter zu entwickeln, die mit Maschinengewehren und Granatwerfern ausgerüstet sind, die Soldaten ersetzen können.

Beispiele

SARGE
SARGE basiert auf einem Allradfahrzeug mit Allradantrieb; der Rahmen der Yamaha Breeze. Derzeit besteht das Ziel darin, jedes Infanteriebataillon mit bis zu acht SARGE-Einheiten auszustatten (Singer, 2009b). Der SARGE-Roboter wird hauptsächlich zur Fernüberwachung eingesetzt. vor der Infanterie geschickt, um mögliche Hinterhalte zu untersuchen.

Taktischer Transport mit mehreren Anwendungen
Der Multi-Utility Tactical Transport („MUTT“) wurde von General Dynamics Land Systems gebaut und ist in 4-, 6- und 8-Rad-Varianten erhältlich. Derzeit wird es vom US-Militär getestet.

X-2
X-2 ist ein mittelgroßes Tracking-UGV von Digital Concepts Engineering. Es basiert auf einem früheren autonomen Robotersystem, das für den Einsatz in EOD, Search and Rescue (SAR), Umkreispatrouille, Kommunikationsrelais, Minenerkennung und -räumung sowie als Plattform für leichte Waffen konzipiert wurde. Er ist 1,31 m lang, wiegt 300 kg und kann Geschwindigkeiten von 5 km / h erreichen. Es wird auch Steigungen bis zu 45 ’steil überqueren und tiefen Schlamm durchqueren. Das Fahrzeug wird mit dem Marionettensystem gesteuert, das auch bei Schubkarre-EOD-Robotern verwendet wird.

Der Krieger
Es wurde auch ein neues Modell des PackBot produziert, der als Warrior bekannt ist. Er ist mehr als fünfmal so groß wie ein PackBot, kann mit Geschwindigkeiten von bis zu 15 Meilen pro Stunde fahren und ist die erste Variante eines PackBot, der eine Waffe tragen kann (Singer, 2009a). Wie der Packbot spielen sie eine Schlüsselrolle bei der Suche nach Sprengstoffen. Sie sind in der Lage, 68 Kilogramm zu tragen und mit 8 km / h unterwegs zu sein. Der Warrior kostet fast 400.000 und weltweit wurden bereits mehr als 5000 Einheiten ausgeliefert.

TerraMax
Hauptartikel: TerraMax (Fahrzeug)
Das TerraMax UVG-Paket kann in jedes taktische Radfahrzeug integriert werden und ist vollständig in Bremsen, Lenkung, Motor und Getriebe integriert. Eingebaute Fahrzeuge behalten die Fähigkeit des Fahrers. Fahrzeuge, die von Oshkosh Defence hergestellt und mit dem Paket ausgestattet wurden, nahmen an den DARPA Grand Challenges 2004 und 2005 und an der DARPA Urban Challenge 2007 teil. Das Marine Corps Warfighting Lab wählte TerraMax-ausgerüstete MTVRs für das 2010 gestartete Projekt Cargo UGV aus, das seinen Höhepunkt erreichte in einer Technologiekonzeptdemonstration für das Office of Naval Research im Jahr 2015. Zu den nachgewiesenen Anwendungen der aufgerüsteten Fahrzeuge gehören die unbemannte Streckenfreigabe (mit einer Minenwalze) und der Personalbedarf für Transportkonvois.

Die Klaue
Der Talon wird hauptsächlich für die Bombenbeseitigung verwendet und wurde mit der Fähigkeit eingebaut, bei 100 ft wasserdicht zu sein, so dass er auch das Meer nach Sprengstoff durchsuchen kann. Der Talon wurde erstmals im Jahr 2000 eingesetzt und weltweit wurden bereits über 3.000 Einheiten vertrieben. Bis 2004 wurde The Talon in über 20.000 separaten Missionen eingesetzt. Diese Missionen bestanden größtenteils aus Situationen, die für den Menschen als zu gefährlich erachtet wurden (Carafano & Gudgel, 2007). Dazu können booby-eingeschlossene Höhlen betreten, nach IEDs gesucht werden oder einfach eine rote Kampfzone auskundschaften. Der Talon ist eines der schnellsten unbemannten Bodenfahrzeuge auf dem Markt und kann mit einem laufenden Soldaten problemlos Schritt halten. Es kann für 7 Tage ohne Gebühr betrieben werden und kann sogar Treppen steigen. Dieser Roboter wurde bei Ground Zero während der Bergungsmission eingesetzt. Wie seine Kollegen war der Talon so konstruiert, dass er unglaublich haltbar ist. Berichten zufolge fiel eine Einheit von einer Brücke in einen Fluss und die Soldaten schalteten einfach die Steuereinheit ein und trieben sie aus dem Fluss.

Schwerter Roboter
Kurz nach der Veröffentlichung des Warrior wurde der SWORDS-Roboter entwickelt und eingesetzt. Es ist ein Talon-Roboter mit einem angebrachten Waffensystem. SWORDS kann jede Waffe montieren, die weniger als 300 Pfund wiegt. Innerhalb weniger Sekunden kann der Benutzer Waffen wie einen Granatwerfer, einen Raketenwerfer oder ein 12,7 mm-Maschinengewehr montieren. Darüber hinaus können die SWORDS ihre Waffen mit äußerster Präzision einsetzen und treffen das Ziel 70/70 mal. Diese Roboter sind in der Lage, einer Vielzahl von Schäden standzuhalten, darunter mehrere 0,50-Zoll-Geschosse oder ein Sturz aus einem Hubschrauber auf Beton. Darüber hinaus ist der SWORDS-Roboter sogar in der Lage, nahezu jedes Gelände zu durchqueren, auch unter Wasser. Im Jahr 2004 gab es nur vier SWORDS-Einheiten, obwohl 18 für den Einsatz in Übersee beantragt wurden. Im Jahr 2004 wurde es vom Time Magazine als eine der erstaunlichsten Erfindungen der Welt bezeichnet. Die US-Armee setzte im Jahr 2007 drei in den Irak ab, stornierte jedoch die Unterstützung des Projekts.

Technologie zur Verbesserung der Mobilität kleiner Einheiten (SUMET)
Das SUMET-System ist ein plattform- und hardwareunabhängiges, kostengünstiges elektrooptisches Paket für Wahrnehmung, Lokalisierung und Autonomie, das entwickelt wurde, um ein herkömmliches Fahrzeug in ein UGV umzuwandeln. Es führt verschiedene autonome Logistikmanöver in rauen / rauen Offroad-Umgebungen durch, ohne von einem menschlichen Bediener oder vom GPS abhängig zu sein. Das SUMET-System wurde auf verschiedenen taktischen und kommerziellen Plattformen eingesetzt und ist offen, modular, skalierbar und erweiterbar.

Autonome Kleinbaumaschine (ASSCM)
Das ASSCM ist ein ziviles unbemanntes Bodenfahrzeug, das an der Yuzuncu Yil University durch ein wissenschaftliches Projekt entwickelt wurde, das von TUBITAK (Projektcode 110M396) vergeben wurde. Das Fahrzeug ist eine kostengünstige Kleinbaumaschine, die weiche Böden ausrichten kann. Die Maschine kann die Erde innerhalb eines Polygons autonom einstufen, sobald der Rand des Polygons definiert ist. Die Maschine bestimmt ihre Position durch CP-DGPS und die Richtung durch aufeinanderfolgende Positionsmessungen. Gegenwärtig kann die Maschine einfache Polygone autonom sortieren. Der autonome Grading-Algorithmus und das Steuersystem der Maschine werden entwickelt.

Taifun-M
Im April 2014 enthüllte die russische Armee den UGV Taifun-M als Fernwache zur Überwachung von RS-24 Yars- und RT-2PM2-Raketen von Topol-M. Das Taifun-M verfügt über ein Laser-Targeting und eine Kanone, um Aufklärungs- und Patrouillenmissionen durchzuführen, stationäre oder bewegte Ziele zu erkennen und zu zerstören sowie Sicherheitspersonal in bewachten Einrichtungen mit Feuer zu unterstützen. Sie werden derzeit aus der Ferne betrieben, künftige Pläne sehen jedoch ein autonomes künstliches Intelligenzsystem vor.

Uran-9
Im Jahr 2015 stellte Rostec das unbemannte Kampffahrzeug Uran-9 vor. Laut einer Veröffentlichung von Rosoboronexport soll das System kombinierte Kampf-, Aufklärungs- und Anti-Terror-Einheiten mit Fernaufklärung und Feuerunterstützung bereitstellen. Bewaffnung umfasst ein 7,62-mm-Maschinengewehr und vier Panzerabwehrraketen des Typs Ataka von Ataka.

Transport
Fahrzeuge, die zwar von einem Menschen befördert werden, aber nicht von Menschen bedient werden, sind keine technisch unbemannten Bodenfahrzeuge. Die Entwicklungstechnologie ist jedoch ähnlich.

Fahrerloses Fahrrad
Das coModule-Elektrofahrrad ist vollständig über ein Smartphone steuerbar. Benutzer können das Fahrrad durch Kippen des Geräts beschleunigen, drehen und bremsen. Das Fahrrad kann auch in einer geschlossenen Umgebung völlig autonom fahren.