Беспилотный наземный транспорт (UGV) — это транспортное средство, которое работает при контакте с землей и без присутствия человека на борту. UGV могут использоваться для многих приложений, где может быть неудобно, опасно или невозможно иметь присутствующего человека. Как правило, автомобиль будет иметь набор датчиков для наблюдения за окружающей средой и будет либо самостоятельно принимать решения о своем поведении, либо передавать информацию оператору-человеку в другом месте, который будет управлять транспортным средством посредством телеоперации.

UGV является наземным аналогом беспилотных летательных аппаратов и дистанционно управляемых подводных транспортных средств. Беспилотная робототехника активно развивается как для гражданского, так и для военного использования, для выполнения различных унылых, грязных и опасных видов деятельности.

история
Работая автомобиль с дистанционным управлением был зарегистрирован в выпуске журнала World Wide Wireless в октябре 1921 года. Автомобиль был беспилотным и управлялся беспроводным способом по радио; считалось, что технология может когда-нибудь быть адаптирована к танкам. В 1930-х годах СССР разработал «Телетанкс», пулеметный танк, дистанционно управляемый радио из другого танка. Они использовались в Зимней войне (1939-1940) против Финляндии и в начале Восточного фронта после того, как Германия вторглась в СССР в 1941 году. Во время Второй мировой войны британцы разработали версию радиоуправления их пехоты Матильды II в 1941 году Известный как «Черный принц», он был бы использован для рисования огня скрытых противотанковых орудий или для миссий по сносу. Из-за затрат на преобразование системы трансмиссии цистерны в редукторы типа Wilson, заказ на 60 танков был отменен.

С 1942 года немцы использовали гуляционную шахту Голиафа для удаленной работы по сносу. Голиаф был небольшим гусеничным транспортным средством, перевозящим 60 кг взрывчатого заряда, направляемого через контрольный кабель. Их вдохновение было миниатюрным французским гусеничным транспортным средством, найденным после победы Франции в 1940 году. Сочетание стоимости, низкой скорости, зависимости от кабеля для контроля и плохой защиты от оружия означало, что это не считается успешным.

Первое крупное развитие мобильных роботов Shakey было создано в 1960-х годах в качестве исследования для Агентства перспективных исследований обороны (DARPA). Shakey была платформой с колесами, в которой была телекамера, датчики и компьютер, которые помогали направлять свои навигационные задачи по сборке деревянных блоков и размещению их в определенных областях на основе команд. Затем DARPA разработала серию автономных и полуавтономных наземных роботов, часто в сочетании с армией США. В рамках Стратегической вычислительной инициативы DARPA продемонстрировала Автономное наземное транспортное средство, первое UGV, которое могло полностью и автономно перемещаться по дорогам и с дороги с полезной скоростью.

сегодня
Россия и Китай оперативно становятся командиром в развитии беспилотного наземного транспорта. В России имеется широкий круг полномасштабных вооруженных роботов. Китай смотрит не только на то, чтобы обойти американское господство в военной робототехнике, но и укрепить региональное преимущество. Серия горячих территориальных споров между Китаем и его соседями стимулирует военные инвестиции в Токио, Сеул и Сингапур.

дизайн
Основываясь на своем применении, беспилотные наземные транспортные средства обычно включают в себя следующие компоненты: платформу, датчики, системы управления, интерфейс управления, линии связи и функции интеграции систем.

Платформа
Платформа может быть основана на конструкции внедорожника и включает в себя локомотивное устройство, датчики и источник питания. Треки, колеса и ноги являются распространенными формами передвижения. Кроме того, платформа может включать в себя шарнирный корпус, а некоторые из них предназначены для соединения с другими устройствами.

датчиков
Основной целью датчиков UGV является навигация, другой — обнаружение окружающей среды. Датчики могут включать компасы, одометры, инклинометры, гироскопы, камеры для триангуляции, лазерные и ультразвуковые дальномеры и инфракрасные технологии.

Системы управления
Беспилотные наземные транспортные средства обычно считаются дистанционно управляемыми и автономными, хотя надзорный контроль также используется для обозначения ситуаций, когда существует комбинация принятия решений от внутренних систем UGV и удаленного оператора.

Дистанционное управление
UGV с дистанционным управлением — это транспортное средство, которое управляется человеческим оператором через интерфейс. Все действия определяются оператором, основанным на прямом визуальном наблюдении или удаленном использовании датчиков, таких как цифровые видеокамеры. Основным примером принципов дистанционного управления будет дистанционно управляемая игрушечная машина.

Некоторые примеры технологии UGV с дистанционным управлением:

Беспилотный рывок Land Rover.
Frontline Robotics Teleoperated UGV (TUGV)
Тактический беспилотный наземный аппарат гладиатора (используемый морским корпусом Соединенных Штатов)
iRobot PackBot
Беспилотный наземный транспорт Милош, используемый сербскими вооруженными силами
Фостер-Миллер ТАЛОН
Remotec ANDROS F6A
Автономные решения
Mesa Associates Tactical Integrated Light-Force Deployment Assembly (MATILDA)
Vecna ​​Robotics Battlefield Extraction-Assist Robot (BEAR)
Автономные беспилотные наземные транспортные средства G-NIUS (совместное предприятие Aerospace Industries / Elbit Systems) Guardium
Robowatch ASENDRO
Ripsaw MS1
DRDO Daksh
гадюка
Добыча полезных ископаемых DOK-ING, пожаротушение и подземные разработки UGV
MacroUSA Armadillo V2 Micro UGV (MUGV) и Scorpion SUGV
Нова 5
Крымский БТР

автономный
Автономный UGV — по существу автономный робот, который работает без потребности в человеческом контроллере. Транспортное средство использует свои датчики для разработки некоторого ограниченного понимания окружающей среды, которое затем используется алгоритмами управления для определения следующего действия, которое необходимо предпринять в контексте поставленной человеком цели миссии. Это полностью устраняет необходимость того, чтобы любой человек следил за тем, какие задачи выполняются UGV.

Полностью автономный робот может иметь возможность:

Собирать информацию об окружающей среде, например, строить карты внутренних помещений.
Обнаружение объектов, представляющих интерес, таких как люди и транспортные средства.
Путешествие между путевыми точками без помощи навигации по земле.
Работайте в течение длительного времени без вмешательства человека.
Избегайте ситуаций, вредных для людей, имущества или самого себя, если они не являются частью его технических требований
Разоружение или удаление взрывчатых веществ.
Ремонт самостоятельно без внешней помощи.

Робот также может учиться автономно. Автономное обучение включает в себя возможность:

Изучайте или приобретайте новые возможности без внешней помощи.
Настройте стратегии, основанные на окружении.
Приспосабливаться к окружающей среде без посторонней помощи.
Развивайте чувство этики в отношении целей миссии.

Автономные роботы по-прежнему требуют регулярного обслуживания, как и для всех машин.

Одним из наиболее важных аспектов, которые следует учитывать при разработке вооруженных автономных машин, является различие между комбатантами и гражданскими лицами. Если это сделано неправильно, развертывание роботов может быть вредным. Это особенно актуально в современную эпоху, когда комбатанты часто намеренно маскируют себя, как гражданские лица, чтобы избежать обнаружения. Даже если робот поддерживает точность 99%, количество погибших гражданских лиц может быть катастрофическим. В связи с этим маловероятно, что любые полностью автономные машины будут отправлены в боевое вооружение, по крайней мере, до тех пор, пока не будет разработано удовлетворительное решение.

Некоторые примеры автономной технологии UGV:

Автомобили, разработанные для DARPA Grand Challenge
Автономный автомобиль
Многофункциональная утилита / Логистика и оборудование
Дробилка, разработанная CMU для DARPA

Интерфейс управления
В зависимости от типа системы управления, интерфейс между машиной и человеческим оператором может включать в себя джойстик, компьютерные программы или голосовую команду.

Связь
Связь между UGV и станцией управления может осуществляться через радиоуправление или волоконную оптика. Он также может включать связь с другими машинами и роботами, участвующими в операции.

Системная интеграция
Архитектура систем объединяет взаимодействие между аппаратным и программным обеспечением и определяет успех и автономность UGV.

Пользы
Сегодня используется большое количество UGV. Преимущественно эти транспортные средства используются для замены людей в опасных ситуациях, таких как обращение с взрывчатыми веществами и в транспортных средствах с отключением бомб, где требуется дополнительная сила или меньший размер, или когда люди не могут легко уйти. Военные приложения включают в себя наблюдение, разведку и целевое приобретение. Они также используются в таких отраслях, как сельское хозяйство, горнодобывающая промышленность и строительство. UGVs очень эффективны в морских операциях, они имеют большое значение в борьбе с морским корпусом; они могут дополнительно использовать логистические операции на земле и на плаву.

UGV также разрабатываются для операций по поддержанию мира, наземного наблюдения, операций привратника / контрольно-пропускного пункта, уличного присутствия в городах и для усиления полицейских и военных набегов в городских условиях. UGVs могут «нарисовать первый огонь» от повстанцев — сокращение военных и полицейских потерь. Кроме того, UGV в настоящее время используются в миссии спасения и восстановления и были впервые использованы для поиска выживших после 9/11 в Ground Zero.

Космические приложения
Проект NASA Mars Exploration Rover включает в себя два UGV, Spirit и Opportunity, которые по-прежнему выходят за рамки исходных параметров дизайна. Это объясняется избыточными системами, тщательной обработкой и долгосрочным интерфейсом. В июле 2003 года была запущена возможность (rover) и ее близнец, вертолет с шестью колесами, с шестью колесами, с солнечной энергией, и приземлились на противоположных сторонах Марса в январе 2004 года. «Ройвер» Spirit действовал номинально, пока он не оказался в ловушке в глубоком песке в апреле 2009 года, длятся более чем в 20 раз дольше, чем ожидалось. Возможность, для сравнения, работает более 12 лет после предполагаемого срока службы в три месяца. Любопытство (ровер) высадилось на Марсе в сентябре 2011 года, и его первоначальная двухлетняя миссия с тех пор была расширена на неопределенный срок.

Гражданские и коммерческие применения
В автоматические процессы в производственных и производственных средах внедряются многочисленные гражданские приложения UGV. Они также были разработаны как автономные гиды для Музея естественной истории Карнеги и Швейцарской национальной выставочной выставки.

сельское хозяйство
UGV — один из видов сельскохозяйственного робота. Беспилотные тракторы могут работать круглосуточно, что позволяет обрабатывать короткие окна для сбора урожая. UGV также используются для распыления и разбавления. Они также могут использоваться для мониторинга здоровья сельскохозяйственных культур и домашнего скота.

производство
В производственной среде UGV используются для транспортировки материалов. Они часто автоматизированы и называются AGV. Аэрокосмические компании используют эти транспортные средства для точного позиционирования и транспортировки тяжелых, громоздких деталей между производственными станциями, которые занимают меньше времени, чем использование крупных кранов, и могут удерживать людей от опасных зон.

Добыча полезных ископаемых
UGV можно использовать для перемещения и отображения шахтных туннелей. Комбинируя радиолокационные, лазерные и визуальные датчики, разрабатываются UGV, чтобы отображать 3D поверхности скальных пород в карьерах.

Цепочка поставок
В системе управления складом UGV имеют многократное использование от передачи товаров с автономными погрузчиками и конвейерами для сканирования запасов и инвентаризации.

Реагирования на чрезвычайные ситуации
UGV используются во многих чрезвычайных ситуациях, включая поиск и спасение в городах, пожаротушение и ядерный ответ. После аварии на АЭС «Фукусима-Дайити» в 2011 году ПНВ использовались в Японии для картографирования и структурной оценки в районах с слишком большим количеством излучения, чтобы гарантировать присутствие человека.

Военные приложения
Использование УГВ военными спасло много жизней. Применения включают удаление взрывоопасных боеприпасов (EOD), таких как наземные мины, погрузка тяжелых предметов и ремонт наземных условий под огнем противника. Количество роботов, используемых в Ираке, увеличилось с 150 в 2004 году до 5000 в 2005 году, и в конце 2005 года они были разоружены более 1000 бомб на дороге в Ираке (Carafano & Gudgel, 2007). К 2013 году армия США купила 7 000 таких машин и 750 человек были уничтожены. Военные используют технологию UGV для разработки роботов, оснащенных пулеметами и гранатометами, которые могут заменить солдат.

Примеры

SARGE
SARGE базируется на четырехколесном вездеходе; кадр Yamaha Breeze. В настоящее время цель состоит в том, чтобы обеспечить каждому батальону пехоты до восьми единиц SARGE (Singer, 2009b). Робот SARGE в основном используется для дистанционного наблюдения; отправленный впереди пехоты для расследования возможных засад.

Мульти-утилитарный тактический транспорт
Построенный General Dynamics Land Systems, Mult-Utility Tactical Transport («MUTT») поставляется в 4-, 6- и 8-колесных вариантах. В настоящее время его судят американские военные.

Х-2
X-2 — это гусеничный UGV среднего размера, построенный Digital Concepts Engineering. Он основан на предыдущей автономной роботизированной системе, предназначенной для использования в EOD, поиске и спасении (SAR), патрулировании по периметру, реле связи, обнаружении и разминировании мин и в качестве платформы легкого оружия. Он измеряет длину 1,31 м, весит 300 кг и может достигать скорости 5 км / ч. Он также будет проходить по склонам до 45-ти крутой и глубокой грязи. Автомобиль управляется с использованием системы Marionette, которая также используется на роботах EOD для тачки.

Воин
Была также выпущена новая модель PackBot, известная как Warrior. Это более чем в пять раз больше размера PackBot, может путешествовать со скоростью до 15 миль / ч и является первой вариацией PackBot, способной нести оружие (Singer, 2009a). Как и Packbot, они играют ключевую роль в проверке на наличие взрывчатых веществ. Они способны перевозить 68 килограммов и путешествуют с 8 миль в час. Warrior оценивается почти в 400 000 и более 5000 единиц уже доставлены по всему миру.

TerraMax
Основная статья: TerraMax (транспортное средство)
Пакет TerraMax UVG предназначен для интеграции в любое тактическое колесное транспортное средство и полностью включен в тормоза, рулевое управление, двигатель и трансмиссию. Оборудованные транспортные средства сохраняют способность работать с водителем. Транспортные средства, изготовленные Oshkosh Defense и оснащенные пакетом, участвовали в грандиозных задачах DARPA 2004 и 2005 годов и DARPA Urban Challenge 2007 года. Лаборатория боевых действий морской пехоты выбрала MTVR для TerraMax для проекта Cargo CGG, начатого в 2010 году, кульминацией которого является в демонстрации технологической концепции для Управления военно-морских исследований в 2015 году. Демонстрированные виды использования модернизированных транспортных средств включают беспилотный маршрут (с рулоном) и сокращение персонала, необходимого для перевозки конвоев.

Коготь
Talon в основном используется для утилизации бомб и включается с возможностью водонепроницаемости на высоте 100 футов, чтобы он мог искать моря для взрывчатых веществ. Talon был впервые использован в 2000 году, и более 3000 единиц были распространены во всем мире. К 2004 году «Талон» использовался в более чем 20 000 отдельных миссий. Эти миссии в основном состояли из ситуаций, которые считались слишком опасными для человека (Carafano & Gudgel, 2007). Сюда могут входить подземные пещеры, поиски СВУ или просто разведка красной зоны боя. «Талон» — один из самых быстрых беспилотных наземных транспортных средств на рынке, легко уступающий бегущему солдату. Он может работать в течение 7 дней с одного заряда и даже способен подниматься по лестнице. Этот робот использовался в Ground Zero во время миссии восстановления. Как и его сверстники, Talon был спроектирован так, чтобы быть невероятно прочным. Согласно сообщениям, одна единица отвалилась от моста в реку, и солдаты просто включили блок управления и выгнали его из реки.

Swords Robot
Вскоре после освобождения Воина был разработан и развернут робот SWORDS. Это робот-талон с прикрепленной системой оружия. SWORDS способен монтировать любое оружие весом менее 300 фунтов. В считанные секунды пользователь может поместиться в оружие, такое как гранатомет, ракетный пусковой аппарат или пулемет размером 0,50 дюйма (12,7 мм). Более того, SWORDS могут использовать свое оружие с предельной точностью, попадая в бычьи глаза цели 70/70 раз. Эти роботы способны выдерживать много повреждений, включая несколько пушек 0,50 дюйма или падение с вертолета на бетон. Кроме того, робот SWORDS даже способен пробиваться через практически любой ландшафт, включая подводный. В 2004 году было всего четыре подразделения SWORDS, хотя 18 человек были запрошены для обслуживания за рубежом. Он был назван одним из самых удивительных изобретений в мире Time Magazine в 2004 году. Армия США разместила три в Ираке в 2007 году, но затем отменила поддержку проекта.

Технология повышения мобильности мобильного устройства (SUMET)
Система SUMET представляет собой платформенное и аппаратное независимое, недорогое электрооптическое восприятие, локализацию и пакет автономии, разработанные для преобразования традиционного транспортного средства в UGV. Он выполняет различные автономные логистические маневры в суровых / суровых условиях бездорожья, независимо от человека или оператора GPS. Система SUMET была развернута на нескольких различных тактических и коммерческих платформах и является открытой, модульной, масштабируемой и расширяемой.

Автономная малогабаритная строительная машина (ASSCM)
ASSCM является гражданским беспилотным наземным транспортным средством, разработанным в Университете Yuzuncu Yil по научному проекту, предоставленному TUBITAK (код проекта 110M396). Автомобиль представляет собой недорогую мелкомасштабную строительную машину, которая может обрабатывать мягкую почву. Машина способна автономно оценивать землю внутри полигона после определения границы полигона. Машина определяет свое положение посредством CP-DGPS и направления путем последовательных измерений положения. В настоящее время машина может автономно распределять простые полигоны. Разработаны алгоритм автономной градации и система управления машиной.

Тайфун-М
В апреле 2014 года российская армия представила Тайфун-М UGV как удаленный сторожевой корабль для охраны ярусов RS-24 и ракеты RT-2PM2 Topol-M. Taifun-M предлагает лазерный прицел и пушку для выполнения разведывательно-патрульных миссий, обнаружения и уничтожения неподвижных или движущихся целей и обеспечения огневой поддержки персонала службы безопасности на охраняемых объектах. В настоящее время они работают дистанционно, но планы на будущее включают автономную систему искусственного интеллекта.

Уран-9
В 2015 году «Ростек» представила беспилотный летательный аппарат «Уран-9». Согласно выпуску «Рособоронэкспорта», система будет предназначена для доставки комбинированных боевых, разведывательных и контртеррористических подразделений с дистанционной разведывательной и пожарной поддержкой. Вооружение включает в себя пулемет 7,62 мм и четыре противотанковые ракеты «Атака» 9М120.

Транспорт
Транспортные средства, которые несут, но не управляются человеком, не являются технически беспилотными наземными транспортными средствами, однако технология для разработки аналогична.

Велосипедный велосипед
Электрический велосипед coModule полностью контролируется с помощью смартфона, при этом пользователи могут ускорять, поворачивать и тормозить велосипед, наклоняя их устройство. Велосипед может также полностью управлять автономно в закрытой среде.