Vehicul terestru fără pilot - Unmanned ground vehicle

Acest articol este despre clasa generală de vehicule. Pentru sistem, consultați Sistemul automat de conducere . Pentru aplicația la vehiculele rutiere, consultați Mașina cu conducere automată .
Un vehicul terestru fără pilot tactic Gladiator

Un vehicul terestru fără pilot ( UGV ) este un vehicul care funcționează în contact cu solul și fără prezența umană la bord. UGV-urile pot fi utilizate pentru multe aplicații în care poate fi incomod, periculos sau imposibil să ai un operator uman prezent. În general, vehiculul va avea un set de senzori pentru a observa mediul înconjurător și va lua în mod autonom decizii cu privire la comportamentul său sau va transmite informațiile unui operator uman dintr-o altă locație care va controla vehiculul prin teleoperare .

UGV este omologul terestru al vehiculelor aeriene fără pilot și al vehiculelor subacvatice fără pilot . Robotica fără pilot este în curs de dezvoltare activă atât pentru uz civil, cât și militar, pentru a efectua o varietate de activități plictisitoare, murdare și periculoase.

Istorie

Mașină radio controlată RCA. Dayton, Ohio 1921

O mașină de lucru controlat de la distanță a fost raportat in numarul din octombrie 1921 RCA e World Wide Wireless revista. Mașina era fără pilot și controlată fără fir prin radio; s-a crezut că tehnologia ar putea fi într-o zi adaptată tancurilor. În anii 1930, URSS a dezvoltat Teletanks , un tanc armat de mitralieră controlat de la distanță prin radio dintr-un alt tanc. Acestea au fost utilizate în războiul de iarnă (1939-1940) împotriva Finlandei și la începutul frontului de est după ce Germania a invadat URSS în 1941. În timpul celui de-al doilea război mondial, britanicii au dezvoltat o versiune de radiocontrol a tancului lor de infanterie Matilda II în 1941 Cunoscut sub numele de „Prințul Negru”, ar fi fost folosit pentru tragerea focului tunurilor antitanc ascunse sau pentru misiuni de demolare. Datorită costurilor de conversie a sistemului de transmisie al rezervorului la cutii de viteze de tip Wilson , a fost anulată o comandă pentru 60 de tancuri.

Din 1942, germanii au folosit mina urmărită Goliat pentru lucrări de demolare la distanță. Goliatul era un mic vehicul cu șenile care transporta 60 kg de încărcătură explozivă direcționată printr-un cablu de control. Inspirația lor a fost un vehicul cu șenile francez în miniatură găsit după înfrângerea Franței în 1940. Combinația dintre cost, viteză redusă, dependența de un cablu pentru control și protecția slabă împotriva armelor a însemnat că nu a fost considerat un succes.

Primul efort major de dezvoltare a robotului mobil numit Shakey a fost creat în anii 1960 ca studiu de cercetare pentru Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Shakey era o platformă pe roți care avea o cameră TV, senzori și un computer pentru a-și ghida sarcinile de navigație de a ridica blocuri de lemn și a le plasa în anumite zone pe baza comenzilor. DARPA a dezvoltat ulterior o serie de roboți de sol autonomi și semi-autonomi, adesea împreună cu armata SUA. Ca parte a Inițiativei de Calcul Strategic , DARPA a demonstrat Vehiculul Terestru Autonom, primul UGV care putea naviga complet autonom pe și în afara drumurilor la viteze utile.

Proiecta

Pe baza aplicației sale, vehiculele terestre fără pilot vor include în general următoarele componente: platformă, senzori, sisteme de control, interfață de ghidare, legături de comunicații și caracteristici de integrare a sistemelor.

Platformă

Platforma poate fi bazată pe un design de vehicul pentru toate terenurile și include aparatul de locomotivă, senzorii și sursa de alimentare. Șinele, roțile și picioarele sunt formele comune de locomoție. În plus, platforma poate include un corp articulat, iar unele sunt create pentru a se uni cu alte unități.

Senzori

Un scop principal al senzorilor UGV este navigarea, altul este detectarea mediului. Senzorii pot include busole, odometre, inclinometre, giroscop, camere pentru triangulare, telemetre cu laser și ultrasunete și tehnologie cu infraroșu.

Sistem de control

Vehiculele terestre fără pilot sunt, în general, considerate telecomandate și autonome, deși Controlul de supraveghere este, de asemenea, utilizat pentru a se referi la situații în care există o combinație de luare a deciziilor din sistemele UGV interne și operatorul uman la distanță.

Guardium folosit de Forțele de Apărare din Israel pentru a opera ca parte a operațiunilor de securitate a frontierei

Acționat de la distanță

Un UGV comandat de la distanță este un vehicul care este controlat de un operator uman prin intermediul interfeței. Toate acțiunile sunt determinate de operator pe baza observării vizuale directe sau a utilizării de la distanță a senzorilor, cum ar fi camerele video digitale. Un exemplu de bază al principiilor funcționării la distanță ar fi o mașină de jucărie controlată de la distanță.

Câteva exemple de tehnologie UGV cu telecomandă sunt:

Autonom

Un utilitar multifuncțional al armatei SUA / Logistică și echipamente (MULE)

Un UGV autonom (AGV) este în esență un robot autonom care funcționează fără a fi nevoie de un controler uman pe baza tehnologiilor de inteligență artificială . Vehiculul își folosește senzorii pentru a dezvolta o înțelegere limitată a mediului, care este apoi utilizat de algoritmi de control pentru a determina următoarea acțiune de întreprins în contextul obiectivului misiunii furnizate de om. Acest lucru elimină pe deplin nevoia oricărui om de a veghea asupra sarcinilor minore pe care AGV le îndeplinește.

Un robot complet autonom poate avea capacitatea de a:

  • Colectați informații despre mediu, cum ar fi construirea hărților interioare ale clădirilor.
  • Detectați obiecte de interes precum persoane și vehicule.
  • Călătoriți între puncte de referință fără asistență de navigație umană.
  • Lucrați pentru durate prelungite fără intervenția umană.
  • Evitați situațiile care sunt dăunătoare oamenilor, bunurilor sau propriei persoane, cu excepția cazului în care acestea fac parte din specificațiile sale de proiectare
  • Dezarmați sau îndepărtați explozivii.
  • Reparați-vă fără asistență externă.

Un robot poate fi, de asemenea, capabil să învețe autonom. Învățarea autonomă include abilitatea de a:

  • Învață sau câștigă noi capacități fără asistență externă.
  • Ajustați strategiile pe baza mediului înconjurător.
  • Adaptați-vă la împrejurimi fără asistență din exterior.
  • Dezvoltă un sentiment de etică în ceea ce privește obiectivele misiunii.

Roboții autonomi necesită în continuare o întreținere regulată, la fel ca la toate mașinile.

Unul dintre cele mai importante aspecte de luat în considerare atunci când se dezvoltă mașini autonome armate este distincția dintre combatanți și civili. Dacă se face incorect, instalarea robotului poate fi dăunătoare. Acest lucru este valabil mai ales în epoca modernă, când combatanții se deghizează adesea în mod intenționat ca civili pentru a evita detectarea. Chiar dacă un robot a menținut o precizie de 99%, numărul de vieți civile pierdute poate fi în continuare catastrofal. Din această cauză, este puțin probabil ca orice mașină complet autonomă să fie trimisă în luptă armat, cel puțin până când se poate dezvolta o soluție satisfăcătoare.

Câteva exemple de tehnologie UGV autonomă sunt:

Interfață de îndrumare

În funcție de tipul de sistem de control, interfața dintre mașină și operatorul uman poate include joystick, programe de calculator sau comenzi vocale.

Legături de comunicare

Comunicarea între UGV și stația de control se poate face prin radio control sau fibră optică. Poate include și comunicarea cu alte mașini și roboți implicați în operație.

Integrarea sistemelor

Arhitectura sistemelor integrează interacțiunea dintre hardware și software și determină succesul și autonomia UGV.

Utilizări

Astăzi există o mare varietate de UGV-uri. În principal, aceste vehicule sunt folosite pentru a înlocui oamenii în situații periculoase, cum ar fi manipularea explozivilor și în vehiculele care dezactivează bombele , unde este necesară o rezistență suplimentară sau o dimensiune mai mică sau unde oamenii nu pot merge cu ușurință. Aplicațiile militare includ supravegherea, recunoașterea și achiziționarea țintelor. Ele sunt, de asemenea, utilizate în industrii precum agricultura, mineritul și construcțiile. UGV-urile sunt extrem de eficiente în operațiunile navale, au o mare importanță în ajutorul luptei Corpului Marin; pot utiliza în plus operațiuni logistice pe uscat și pe linia de plutire.

UGV-urile sunt, de asemenea, dezvoltate pentru operațiuni de menținere a păcii , supraveghere la sol, operațiuni de pază / punct de control, prezență pe stradă urbană și pentru a spori raidurile poliției și militare în mediul urban. UGV-urile pot „trage primul foc” de la insurgenți - reducând pierderile militare și de poliție. Mai mult, UGV-urile sunt folosite acum în misiunea de salvare și recuperare și au fost utilizate pentru prima dată pentru a găsi supraviețuitori după 11 septembrie la Ground Zero.

Aplicații spațiale

NASA e Mars Exploration Rover de proiect a inclus două UGVs, Spirit si Opportunity, care au efectuat dincolo de parametrii de proiectare originale. Acest lucru este atribuit sistemelor redundante, manipulării atente și luării deciziilor pe termen lung a interfeței. Opportunity (rover) și geamănul său, Spirit (rover) , vehicule solare cu șase roți, cu energie solară, au fost lansate în iulie 2003 și au aterizat pe laturile opuse ale lui Marte în ianuarie 2004. Spirit rover a funcționat nominal până a devenit prins în nisip adânc în aprilie 2009, cu o durată de peste 20 de ori mai mare decât se aștepta. Oportunitatea, prin comparație, a fost operațională pentru mai mult de 14 ani dincolo de durata de viață prevăzută de trei luni. Curiosity (rover) a aterizat pe Marte în septembrie 2011, iar misiunea sa inițială de doi ani a fost prelungită pe termen nelimitat.

Aplicații civile și comerciale

Mai multe aplicații civile ale UGV-urilor sunt implementate pentru procesele automate în mediile de producție și producție. De asemenea, au fost dezvoltate ca ghizi de turism autonome pentru Muzeul de Istorie Naturală Carnegie și Expoziția Națională Elvețiană.

Agricultură

UGV-urile sunt un tip de robot agricol . Tractoarele de recoltare fără pilot pot fi acționate non-stop, ceea ce face posibilă manipularea ferestrelor scurte pentru recoltare. UGV-urile sunt, de asemenea, utilizate pentru pulverizare și subțiere. Ele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a monitoriza starea de sănătate a culturilor și a animalelor.

de fabricație

În mediul de fabricație, UGV-urile sunt utilizate pentru transportul materialelor. Ele sunt adesea automatizate și denumite AGV. Companiile aerospațiale folosesc aceste vehicule pentru poziționarea de precizie și transportul pieselor grele și voluminoase între stațiile de producție, care consumă mai puțin timp decât utilizarea macaralelor mari și pot împiedica oamenii să se angajeze în zone periculoase.

Minerit

UGV-urile pot fi folosite pentru a traversa și a cartela tunelurile minelor. Combinând senzori radar, laser și vizuali, UGV-urile sunt în curs de dezvoltare pentru a mapa suprafețele 3D de roci în minele cu carieră deschisă.

Lanț de aprovizionare

În sistemul de gestionare a depozitelor, UGV-urile au multiple utilizări, de la transferul de mărfuri cu stivuitoare și transportoare autonome până la scanarea stocului și inventarierea.

Intervenții de urgență

UGV-urile sunt utilizate în multe situații de urgență, inclusiv în căutarea și salvarea urbană , stingerea incendiilor și răspunsul nuclear. În urma accidentului din 2011 al centralei nucleare Fukushima Daiichi , UGV-urile au fost utilizate în Japonia pentru cartografiere și evaluare structurală în zone cu radiații prea mari pentru a justifica prezența umană.

Aplicații militare

BigDog , un robot patruped, a fost dezvoltat ca un catâr care poate traversa terenul dificil.
Testele armatei britanice cu X-2 cu sistemele existente în 2020
EuroLink Systems Leopardo B
Unități Foster-Miller TALON SWORDS echipate cu diverse arme.
Vehiculul terestru fără pilot UKAP din Turcia
Ripsaw , un UGV de luptă pentru dezvoltare proiectat și construit de Howe & Howe Technologies pentru evaluare de către armata Statelor Unite.
Robotul "tEODor" al armatei germane care distruge un IED fals

Utilizarea UGV de către militari a salvat multe vieți. Aplicațiile includ eliminarea materialelor explozive (EOD), cum ar fi minele terestre, încărcarea obiectelor grele și repararea condițiilor de sol sub focul inamicului. Numărul de roboți utilizați în Irak a crescut de la 150 în 2004 la 5000 în 2005 și au dezarmat peste 1000 de bombe de la marginea drumului în Irak la sfârșitul anului 2005 (Carafano & Gudgel, 2007). Până în 2013, armata SUA achiziționase 7.000 de astfel de mașini și 750 au fost distruse. Armata folosește tehnologia UGV pentru a dezvolta roboți echipați cu mitraliere și lansatoare de grenade care pot înlocui soldații.

Exemple

SARGE

SARGE se bazează pe un vehicul de teren cu tracțiune integrală; cadrul Yamaha Breeze . În prezent, obiectivul este de a oferi fiecărui batalion de infanterie până la opt unități SARGE (Singer, 2009b). Robotul SARGE este utilizat în principal pentru supravegherea de la distanță; trimise înaintea infanteriei pentru a investiga posibile pânde.

Transport tactic multi-utilitar

Construit de General Dynamics Land Systems , Transportul Tactic Mult-Utility („MUTT”) vine în variante cu 4, 6 și 8 roți. În prezent este judecat de armata SUA.

X-2

X-2 este un UGV urmărit de dimensiuni medii construit de Digital Concepts Engineering. Se bazează pe un sistem robot autonom anterior proiectat pentru utilizare în EOD, căutare și salvare (SAR), patrulare perimetrală, releu de comunicații, detectare și curățare a minelor și ca platformă de arme ușoare. Măsoară 1,31 m lungime, cântărește 300 kg și poate atinge viteze de 5 km / h. De asemenea, va traversa pante până la 45 'abrupte și va traversa noroi adânc. Vehiculul este controlat utilizând sistemul Marionette care este utilizat și la roboții EOD cu roabă .

Războinicul

De asemenea, a fost produs un nou model de PackBot , cunoscut sub numele de Warrior. Este de peste cinci ori mai mare decât un PackBot , poate călători cu viteze de până la 15 mph și este prima variantă a unui PackBot capabil să transporte o armă (Singer, 2009a). La fel ca Packbot, ei joacă un rol cheie în verificarea explozivilor. Sunt capabili să transporte 68 de kilograme și să călătorească la 8 MPH. Războinicul are un preț de aproape 400.000 și peste 5000 de unități au fost deja livrate în întreaga lume.

TerraMax

Articol principal: TerraMax (vehicul)

Pachetul TerraMax UVG este conceput pentru a fi integrat în orice vehicul tactic cu roți și este complet încorporat în frâne, direcție, motor și transmisie. Vehiculele echipate își păstrează capacitatea de a fi conduse de șofer. Vehiculele fabricate de Oshkosh Defense și echipate cu pachetul au concurat în marile provocări DARPA din 2004 și 2005 și în provocarea urbană DARPA din 2007. Laboratorul de luptă împotriva războiului Marine Corps a selectat MTVR echipate cu TerraMax pentru proiectul Cargo UGV inițiat în 2010, culminând într-o demonstrație a conceptului de tehnologie pentru Biroul de Cercetări Navale în 2015. Utilizările demonstrate pentru vehiculele modernizate includ autorizația rutieră fără pilot (cu o rolă de mină) și reducerea personalului necesar pentru convoaiele de transport.

TIMIS

Articol principal: THeMIS

THeMIS (Tracked Hybrid Modular Infantry System), vehicul terestru fără pilot (UGV), este un vehicul cu dronă armat la sol conceput în mare parte pentru aplicații militare și este construit de Milrem Robotics în Estonia. Vehiculul este destinat să ofere suport trupelor descălecate, servind drept platformă de transport, stație de arme la distanță, unitate de detecție și eliminare a IED etc. Arhitectura deschisă a vehiculului îi conferă capacitate de misiuni multiple. Scopul principal al transportului THeMIS este de a sprijini logistica de bază și de a furniza aprovizionarea ultimului kilometru pentru unitățile de luptă de pe prima linie. Susține unitățile de infanterie prin reducerea încărcăturii lor fizice și cognitive, mărind distanța de așteptare, protecția forței și supraviețuirea. UGV-urile de luptă THeMIS oferă sprijin direct la foc pentru forțele de manevră care acționează ca multiplicator de forță. Cu un sistem integrat de auto-stabilizare controlat de la distanță, oferă o precizie ridicată pe zone largi, zi și noapte, crescând distanța de stand-off, protecția forței și supraviețuirea. UGV-urile de luptă pot fi echipate cu mitraliere ușoare sau grele, lansatoare de grenade de 40 mm, tunuri automate de 30 mm și sisteme antirachetă. UGV-urile ISR THeMIS au capabilități avansate de colectare a informațiilor multi-senzori. Scopul lor principal este de a crește gradul de conștientizare a situației, de a oferi informații îmbunătățite, supraveghere și recunoaștere în zone largi și capacitatea de evaluare a daunelor de luptă. Sistemul poate îmbunătăți efectiv munca unităților de infanterie descălecate, a poliției de frontieră și a agențiilor de aplicare a legii pentru a colecta și prelucra informații brute și a reduce timpul de reacție pentru comandanți. THeMIS este capabil să tragă cu muniții mitraliere convenționale sau cu rachete.

Tipul X.

Articol principal: Type-X (vehicul terestru fără pilot)

Type-X este un vehicul de luptă robotizat de 12 tone urmărit și blindat proiectat și produs de Milrem Robotics în Estonia. Poate fi echipat fie cu turele cu cană automată de până la 50 mm, fie cu alte sisteme de arme, cum ar fi ATGM-uri, SAM-uri, radare, mortare etc.

Talon

Talon este utilizat în principal pentru eliminarea bombelor și a fost încorporat cu capacitatea de a fi rezistent la apă la 100 ft, astfel încât să poată căuta exploziv și în mări. Talon a fost folosit pentru prima dată în 2000 și peste 3.000 de unități au fost distribuite în întreaga lume. Până în 2004, The Talon fusese folosit în peste 20.000 de misiuni separate. Aceste misiuni constau în mare parte din situații considerate a fi prea periculoase pentru oameni (Carafano și Gudgel, 2007). Acestea pot include pătrunderea în peșterile prinse în capcană, căutarea de IED sau pur și simplu explorarea unei zone de luptă roșie. Talon este unul dintre cele mai rapide vehicule terestre fără pilot de pe piață, care ține pasul cu ușurință cu un soldat care aleargă. Poate funcționa timp de 7 zile libere dintr-o singură încărcare și este chiar capabil să urce scările. Acest robot a fost folosit la Ground Zero în timpul misiunii de recuperare. La fel ca colegii săi, Talon a fost conceput pentru a fi incredibil de durabil. Potrivit rapoartelor, o unitate a căzut dintr-un pod într-un râu, iar soldații au pornit pur și simplu unitatea de control și au alungat-o din râu.

Robot de săbii

Articol principal: Foster-Miller TALON

La scurt timp după lansarea Warrior, robotul SWORDS a fost proiectat și implementat. Este un robot Talon cu un sistem de arme atașat. SWORDS este capabil să monteze orice armă care cântărește mai puțin de 300 de lire sterline. În câteva secunde, utilizatorul poate monta arme precum un lansator de grenade, un lansator de rachete sau o mitralieră de 0,50 inci (12,7 mm). Mai mult decât atât, SABII își pot folosi armele cu o precizie extremă, lovind cu ochiul de țintă de 70/70 de ori. Acești roboți sunt capabili să reziste la multe daune, inclusiv la mai multe gloanțe de 0,50 inch sau la o cădere dintr-un elicopter pe beton. În plus, robotul SWORDS este chiar capabil să-și croiască drum prin practic orice teren, inclusiv subacvatic. În 2004, existau doar patru unități SWORDS, deși 18 au fost solicitate pentru servicii în străinătate. A fost numită una dintre cele mai uimitoare invenții din lume de către Time Magazine în 2004. Armata SUA a trimis trei în Irak în 2007, dar apoi a anulat sprijinul pentru proiect.

Tehnologie de îmbunătățire a mobilității pentru unități mici (SUMET)

Sistemul SUMET este un pachet de percepție, localizare și autonomie electro-optică independentă de platformă și hardware, localizat și autonom, dezvoltat pentru a converti un vehicul tradițional într-un UGV. Realizează diverse manevre logistice autonome în medii off-road austere / dure, fără dependență de un operator uman sau de GPS. Sistemul SUMET a fost implementat pe mai multe platforme tactice și comerciale diferite și este deschis, modular, scalabil și extensibil.

Mașină de construcție autonomă la scară mică (ASSCM)

ASSCM este un vehicul terestru civil fără pilot dezvoltat în Universitatea Yuzuncu Yil prin proiect științific acordat de TUBITAK (Cod proiect 110M396). Vehiculul este o mașină de construcție la scară mică, care poate clasifica solul moale. Mașina este capabilă să gradeze în mod autonom pământul într-un poligon după definirea marginii poligonului. Mașina își determină poziția prin CP-DGPS și direcția prin măsurători consecutive de poziție. În prezent, mașina poate clasifica autonom poligoane simple.

Taifun-M

În aprilie 2014, armata rusă a dezvăluit Taifun-M UGV ca o santinelă la distanță pentru paza RS-24 Yars și a siturilor de rachete Topol-M RT-2PM2 . Taifun-M dispune de direcționare cu laser și un tun pentru a efectua misiuni de recunoaștere și patrulare, pentru a detecta și distruge ținte staționare sau în mișcare și pentru a oferi suport de incendiu personalului de securitate din facilitățile păzite. În prezent, acestea sunt operate de la distanță, dar planurile viitoare includ un sistem autonom de inteligență artificială.

UKAP

Platforma de arme a vehiculelor terestre fără pilot din Turcia (UKAP), dezvoltată de contractorii de apărare Katmerciler și ASELSAN . Primul concept al vehiculului este echipat cu sisteme de arme stabilizate controlate de la distanță SARP de 12,7 mm.

Ripsaw

Ripsaw este o dezvoltare vehicul fără pilot de luptă la sol proiectat și construit de Howe & Howe Tehnologii de evaluare de către Armata Statelor Unite.

Transport

Un autobuz autonom NAVYA este încercat pe șosea în Australia de Vest în cursul anului 2016

Vehiculele care transportă, dar nu sunt operate de un om, nu sunt vehicule terestre fără pilot tehnic, cu toate acestea, tehnologia de dezvoltare este similară.

Bicicletă fără călăreți

CoModule biciclete electrice este complet controlabile prin intermediul smartphone, cu utilizatorii capabile să accelereze, rândul său , și frână bicicleta prin înclinarea dispozitivului lor. De asemenea, bicicleta poate conduce complet autonom într-un mediu închis.

Vezi si

Note

Referințe

  • Carafano, J. și Gudgel, A. (2007). Roboții Pentagonului: Armarea viitorului [Versiune electronică]. Backgrounder 2093, 1-6.
  • Gage, Douglas W. UGV History 101: O scurtă istorie a eforturilor de dezvoltare a vehiculelor terestre fără pilot (UGV). San Diego: Naval Ocean Systems Center, 1995. Print.
  • Singer, P. (2009a). Roboți militari și legile războiului [Versiune electronică]. The New Atlantis: A Journal of Technology and Society , 23, 25-45.
  • Singer, P. (2009b). Cablat pentru război: revoluția și conflictul roboticii din secolul XXI. New York: Penguin Group.

linkuri externe