육상 이동 로봇 시스템의 이론과 실습
특히 도시 적대 행위와 비대칭 충돌에 대한 새로운 작전 교리의 개발은 군대와 민간인 간의 손실을 줄이는 새로운 시스템과 기술 도구를 필요로 할 것입니다. 이것은 SMRC의 개발, 정보 모니터링 및 수집을위한 첨단 기술의 사용은 물론 지능 및 표적 탐지, 보호 및 정밀 파업을 통해 구현할 수 있습니다. SMRC는 비행 로봇과 마찬가지로 최첨단 로봇 기술을 광범위하게 사용하기 때문에 인간 조작원이 탑승하지 않습니다.
이러한 시스템은 오염 된 환경에서 작업하거나 기타 "지루하고 더럽고 위험한"작업에 필수적입니다. 고급 SMRK를 개발할 필요성은 무인 시스템을 사용하여 전장에서 직접 지원해야 할 필요성과 관련됩니다. 일부 군사 전문가에 따르면 무인 차량은 자율 수준이 지속적으로 증가 할 것이며 현대 지상군 구조에서 가장 중요한 전술 요소 중 하나가 될 것이라고한다.
TERRAMAX M-ATV 장갑차 기반 무인 차량 호송 탑
SMRK의 운영 필요성 및 개발
2003이 끝날 무렵, 미국 중앙 사령부는 즉석 폭발 장치 (IED)의 위협에 대처하기위한 시급한 요청을 발표했습니다. JGRE (Joint Ground Robotics Enterprise) 지상 로봇 시스템기구 (Ground Robotic Systems Organization)는 소형 로봇 기계를 사용하여 기능을 크게 향상시킬 수있는 계획을 개발했습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 기술은 진화하고 시스템 수가 늘어나고 사용자는 평가를위한 고급 프로토 타입을 받았습니다. 결과적으로 고급 로봇 시스템을 운용하는 것을 배운 내부 보안 분야에 종사하는 군인 및 부대원 수가 증가했습니다.
Advanced Defense Research Directorate DARPA는 현재 인공 지능 분야의 발전과 그에 따른 이미지 인식을 바탕으로 로봇 기계 학습 기술에 대한 연구를 수행하고 있습니다. UPI 프로그램 (무인 지각 통합 - 자동 지각 포함)의 일부로 개발 된 이러한 모든 기술은 우수한 이동성을 갖춘 차량으로 환경 / 지형에 대한 더 나은 이해를 제공 할 수 있습니다. 이 연구의 결과는 CRUSHER 라 불리는 기계 였는데, 2009 년에 운영 평가가 시작되었습니다. 그 이후로 몇 가지 프로토 타입이 만들어졌습니다.
MPRS(Man-Portable Robotic System) 프로그램은 현재 소규모의 자율 항법 및 충돌 방지 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다. 로봇. 또한 로봇 시스템의 자율성과 기능성 수준을 높이도록 설계된 기술을 정의, 연구 및 최적화합니다. RACS(Robotic for Agile Combat Support) 프로그램은 현재의 위협과 운영 요구 사항은 물론 미래의 요구와 기능을 충족하기 위해 다양한 로봇 기술을 개발합니다. RACS 프로그램은 또한 공통 아키텍처 개념과 여러 차량의 이동성, 속도, 제어 및 상호 작용과 같은 기본 특성을 기반으로 다양한 전투 임무 및 다양한 플랫폼을 위한 자동화 기술을 개발하고 통합합니다.
현대 전투 작전에 로봇이 참여함으로써 군대는 작전에서 귀중한 경험을 얻을 수 있습니다. 한 무인 항공기에서 무인 공중 차량 (UAV)과 SMRK의 사용과 관련하여 몇 가지 흥미로운 지침이 등장했으며 군사 계획기구는 여러 플랫폼의 일반적인 관리, UAV와 UAV 모두에 설치할 수있는 상호 교환 가능한 온보드 시스템의 개발을 포함하여 신중하게 계획하려고합니다. SMRK는 세계적인 역량을 확대하고 유망한 전투 무인 시스템을위한 신기술을 확장하고자합니다.
ARCD (Active Range Clearance Development) 실험 프로그램에 따르면, 능동 경로 라우팅의 개발은 여러 SMRC가 여러 UAV와 함께 작동하는 소위 "자동 수단에 의한 구역 보안 보증"시나리오를 개발할 것입니다. 또한 기술 솔루션은 무인 플랫폼에서의 레이더 스테이션 사용, 제어 및 모니터링 시스템의 통합 평가 및 시스템의 전반적인 효율성에 대해 평가 될 것입니다. ARCD 프로그램의 일환으로 미 공군은 SMRC와 UAV (항공기 및 헬리콥터 구성표)의 공동 작업 효율성을 높이기 위해 필요한 기술을 개발할 계획이며, 관련된 모든 플랫폼에서 센서를 완벽하게 작동시키기위한 알고리즘, 항법 데이터 및 데이터 교환 특정 장애물.
기계, 전기 및 전자 부품의 내부 레이아웃 SMRK SPINNER
육군 연구 실험실 ARL (Army Research Laboratory)은 기술 개발을 평가하기 위해 연구 프로그램의 일부로 실험을 수행합니다. 예를 들어 ARL은 차량 이동 및 사람 이동을 감지하고 피하기 위해 완전 자율적 SMRK의 기능을 평가하는 실험을 수행합니다. 또한 미국의 우주 및 해군 무기 시스템 센터 함대 자율 매핑, 장애물 회피, 고급 통신 시스템 및 SMRK 및 UAV 공동 임무를 포함한 새로운 로봇 기술 및 관련 주요 기술 솔루션에 대한 연구를 수행합니다.
여러 지상 및 항공 플랫폼이 동시에 참여하는 이러한 모든 실험은 복잡한 지형과 모든 구성 요소 및 시스템의 기능을 평가하는 현실적인 작업을 특징으로하는 현실적인 외부 조건에서 수행됩니다. 고급 SISM 개발 시범 프로그램 (및 해당 기술 전략)의 일환으로 향후 투자 수익을 극대화하기 위해 다음과 같은 분야가 확인되었습니다.
- 기술 개발은 하위 시스템 및 구성 요소에 대한 기술적 기반을 제공하고 성능 테스트를 위해 SMRC 프로토 타입에 상응하는 통합을 제공합니다.
-이 분야의 선도 기업들은 SMRK의 범위를 확대하고 커뮤니케이션 채널 범위를 확대하는 등 로봇 화의 범위를 확장하는 데 필요한 고급 기술을 개발할 것입니다. 및
- 위험 감소 프로그램은 특정 시스템에 대한 선진 기술의 개선을 제공하고 일부 기술적 인 문제를 극복 할 수 있습니다.
이러한 기술 개발 덕분에 SMRK는 잠재적으로 군사 영역에서 혁신적인 도약을 제공 할 수 있으므로 사상자를 줄이고 전투 효과를 높일 수 있습니다. 그러나이를 달성하기 위해서는 복잡한 작업의 구현을 포함하여 독립적으로 작업 할 수 있어야합니다.
무장 한 SMRK의 예. AVANTGUARD 이스라엘 회사 G-NIUS 무인 지상 시스템
고급 모듈 식 로봇 시스템 MAARS (Modular Advanced Armed Robotic System), 기관총 및 유탄 발사기로 무장
스노우 지형의 NASA SMRK GROVER가 디자인했습니다.
고급 SMRK에 대한 기술적 요구 사항
고급 SMRC는 군사 업무를 위해 설계 및 개발되었으며 주로 위험한 조건에서 작동합니다. 오늘날 많은 국가들이 거친 지형에서 대부분의 경우에 작업 할 수있는 로봇 무인 시스템 분야에서 연구 개발을 제공합니다. 현대의 SMRC는 운전자에게 비디오 신호, 장애물, 목표 및 전략적 관점에서 흥미로운 기타 변수에 대한 정보를 보내거나 최첨단 시스템의 경우 완전히 독립적 인 결정을 내릴 수 있습니다. 실제로 이러한 시스템은 네비게이션 데이터가 온보드 센서 및 원격 작업자의 명령을 사용하여 경로를 결정할 때 반자동 일 수 있습니다. 완전히 자율적 인 차량은 자체 코스를 결정하고, 선상 센서 만 사용하여 경로를 결정하지만 운전자는 항상 중요한 상황에서 또는 차가 손상되었을 때 필요한 구체적인 결정을 내리고 제어 할 수 있습니다.
오늘날 현대 SMRC는 다양한 형태의 지형에 대한 방사선, 화학적 또는 생물학적 오염 상태에서의 적의 활동을 포함하여 다양한 유형의 위협을 신속하게 탐지, 식별 및 지역화하고 중화합니다. 현대적인 SMRK를 개발할 때 주요 문제는 기능적으로 효율적인 설계를 만드는 것입니다. 핵심 포인트에는 기계 설계, 온보드 센서 및 네비게이션 시스템 세트, 인간 - 로봇 상호 작용, 이동성, 통신 및 전력 / 전력 소비가 포함됩니다.
로봇과 인간 사이의 상호 작용을위한 요구 사항은 매우 복잡한 인간 - 기계 인터페이스를 포함하므로 안전하고 친숙한 인터페이스를 위해 다중 모드 기술 솔루션을 개발해야합니다. 로봇과 사람 사이의 상호 작용에 대한 현대 기술은 매우 복잡하며 인간과 로봇 간의 상호 작용과 로봇과 로봇의 상호 작용 모두에서 높은 수준의 신뢰성을 달성하기 위해 현실적인 작동 조건에서 많은 테스트와 평가가 필요합니다.
에스토니아 회사 인 MILREM의 SMRC 개발로 무장
설계자의 목표는 SMRC의 성공적인 개발로서 지형에서 복합 단지에서 밤낮으로 작업을 수행 할 수 있습니다. 각 특정 상황에서 최대한의 효율성을 달성하기 위해 SMRC는 장애물이있는 모든 유형의 지형을 높은 기동성과 빠른 속도로 크게 변경하지 않고 신속하게 방향을 전환 할 수 있어야합니다. 이동성 관련 설계 파라미터에는기구 학적 특성 (주로 모든 조건에서지면과의 접촉을 유지하는 능력)이 포함됩니다. SMRC에는 사람에게 내재 된 제한이 없으며 인간의 움직임을 대신 할 수있는 복잡한 메커니즘을 통합하는 단점도 있다는 이점 외에도 승차감 품질에 대한 설계 요구 사항은 다양한 이동 장애물을 우회 할 수있는 우수한 이동성과 능력을 얻기 위해 센서 및 소프트웨어의 개발뿐만 아니라 인식 기술과 통합되어야합니다.
높은 이동성을 결정하는 매우 중요한 요구 사항 중 하나는 자연 환경 (등반, 초목, 돌 또는 물), 인공물 (다리, 도로 또는 건물), 날씨 및 적의 장애물 (지뢰밭 또는 장벽)을 사용할 수있는 능력입니다. 이 경우 적의 위치와 위치를 결정할 수있게되고 속도와 방향의 현저한 변화로 인해 적의 포격에 대한 SMRK의 생존 확률이 크게 높아집니다. 이러한 기술적 특성은 정찰, 감시 및 표적 탐지 작업, 군무 복합 단지가있는 곳에서의 화재 임무 수행, 자체 방어 (광산, 적 무기 시스템 등)에 대한 위협 탐지를 수행 할 수있는 무장 정찰 시스템을 개발하는 것을 가능하게합니다.
위협을 피하고 적을 중립화하기 위해 이러한 모든 전투 능력을 실시간으로 구현해야합니다. оружие또는 원격 무기 시스템과의 통신 채널. 어려운 이동 상황에서 높은 이동성과 적의 목표와 활동을 현지화하고 추적하는 능력은 매우 중요합니다. 이를 위해 내장 된 모션 인식 알고리즘을 사용하여 적 활동을 실시간으로 추적 할 수있는 지능형 SMRK를 개발해야합니다.
센서, 데이터 결합 알고리즘, 활성 시각화 및 데이터 처리를 포함한 고급 기능은 매우 중요하며 최신 하드웨어 및 소프트웨어 아키텍처가 필요합니다. 현대의 SMRK에서 작업을 수행 할 때 GPS 시스템, 관성 측정 장치 및 관성 항법 시스템을 사용하여 위치를 추정합니다.
이러한 시스템을 통해 얻은 내비게이션 데이터를 사용하여 SMRK는 온보드 프로그램 또는 원격 제어 시스템의 명령에 따라 독립적으로 이동할 수 있습니다. 동시에 SMRK는 운영자가 정확한 위치를 알고 있도록 짧은 시간 간격으로 원격 제어 스테이션에 내비게이션 데이터를 전송할 수 있습니다. 완전히 자율적 인 SMRK는 자신의 행동을 계획 할 수 있으며,이를 위해서는 시간, 에너지 및 거리와 같은 기본 매개 변수를 최소화하면서 충돌을 제거하는 경로를 개발하는 것이 절대적으로 필요합니다. 탐색 컴퓨터와 정보가있는 컴퓨터를 사용하여 최적의 경로를 만들고이를 수정할 수 있습니다 (레이저 거리계 및 초음파 센서를 사용하여 장애물을 효과적으로 감지 할 수 있음).
인도 학생이 개발 한 프로토 타입 무장 SMRC의 구성 요소
네비게이션 및 통신 시스템의 디자인
효과적인 SMRK를 개발하는 또 다른 중요한 문제는 네비게이션 / 통신 시스템의 설계입니다. 디지털 카메라와 센서는 시각적 피드백을 얻기 위해 설치되며 적외선 시스템은 야간에 작동하도록 설치됩니다. 운전자는 자신의 컴퓨터에서 비디오를 볼 수 있으며 네비게이션 신호를 조정하기 위해 SMRC (오른쪽 / 왼쪽, 정지, 앞으로)에 대한 몇 가지 기본 탐색 명령을 보낼 수 있습니다.
완전 자율 SMRK의 경우 시각화 시스템은 디지털지도와 GPS 데이터를 기반으로하는 네비게이션 시스템과 통합됩니다. 완전히 독립적 인 SMRK를 생성하려면 탐색, 외부 인식 시스템의 통합, 경로 계획 및 통신 채널과 같은 기본 기능이 필요합니다.
하나의 SMRK를위한 네비게이션 시스템의 통합은 진보 된 단계에 있지만 SMRC와 UAV의 공동 작업을 동시에 계획하는 알고리즘의 개발은 여러 단계의 로봇 시스템의 통신 상호 작용을 한 번에 구축하기가 매우 어렵 기 때문에 초기 단계에 있습니다. 진행중인 실험을 통해 필요한 주파수 및 주파수 범위와 특정 작업에 대한 요구 사항이 어떻게 달라지는 지 확인할 수 있습니다. 이러한 특성이 결정되면 여러 로봇 기계에 대한 고급 기능 및 소프트웨어를 개발할 수 있습니다.
무인 K-MAX 헬리콥터는 자율 테스트 중에 SMSS (Squad Mission Support System) 로봇 차량을 운반합니다. 조종사는 K-MAX 조종실에 있었지만 제어하지는 못했습니다.
통신 도구는 SMRK의 기능을 위해 매우 중요하지만, 무선 솔루션은 지형, 장애물 또는 적 전자 억압 시스템의 활동으로 인해 발생하는 간섭으로 인해 연결이 손실 될 수 있기 때문에 상당한 단점이 있습니다. 최근 기계 대 기계 통신 시스템의 발전은 매우 흥미 롭습니다.이 연구 덕분에 로봇 플랫폼 간의 통신을위한 저렴하고 효율적인 장비를 개발할 수 있습니다. DRSC (Dedicated Short-Range Communication) 특수 목적 통신 표준은 SMRC와 SMRC와 UAV 간의 통신을위한 실제 조건에서 적용될 것입니다. 현재 네트워크 중심의 운영에서 통신 보안을 보장하는 데 많은 관심이 기울여지고있어 거주 가능하거나 무인 시스템 분야의 향후 프로젝트는 공통 인터페이스의 표준을 충족하는 고급 솔루션을 기반으로해야합니다.
오늘날에는 저전력 소모의 단기 작업에 대한 요구 사항이 대부분 충족되지만 높은 전력 소비로 장기간 작업을 수행하는 플랫폼에 문제가 있으며 특히 스트리밍 비디오는 가장 시급한 문제 중 하나입니다.
연료
에너지 원 옵션은 시스템 유형에 따라 달라집니다. 소형 SMRK의 경우 에너지 원은 고급 충전식 배터리 일 수 있지만 더 큰 SMRC의 경우 필요한 에너지가 기존 연료로 생성 될 수 있으므로 차세대 전기 모터로 회로를 구현할 수 있습니다. 전력 공급에 영향을 미치는 가장 분명한 요인은 외부 조건, 기계의 질량 및 치수, 작업 시간입니다. 경우에 따라 전원 공급 시스템은 연료 시스템을 기본 소스로, 충전식 배터리 (가시성 감소)로 구성되어야합니다. 적절한 에너지 유형의 선택은 작업 실행에 영향을 미치는 모든 요소에 따라 달라지며 에너지 원은 필요한 이동성, 통신 시스템의 중단없는 작동, 센서 세트 및 무기 시스템 (사용 가능한 경우)을 제공해야합니다.
또한 복잡한 구호에서의 이동성, 장애물에 대한 인식 및 잘못된 행동에 대한 자기 교정과 관련된 기술적 인 문제를 해결할 필요가 있습니다. 현대 프로젝트의 틀 내에서 온보드 센서 및 데이터 처리, 경로 선택 및 탐색, 장애 탐지, 분류 및 회피, 플랫폼의 통신 및 불안정성과 관련된 오류 제거와 관련된 최신 고급 로봇 기술이 개발되었습니다. 자율적 인 오프로드 네비게이션의 경우 기계가 지형을 구별하는 것이 필요합니다. 여기에는 지형의 3D 지형 (지형 설명) 및 돌, 나무, 비 유역 수역 등과 같은 장애물 식별이 포함됩니다. 일반 기능은 끊임없이 증가하고 있으며, 오늘날 우리는 이미 낮과 날씨가 좋을 때에 만 지형의 이미지를 정의하는 데 상당히 높은 수준을 이야기 할 수 있지만 알 수없는 공간과 악천후 조건에서 로봇 플랫폼의 기능은 여전히 불충분합니다. 이와 관련하여 DARPA는 날씨, 주간 및 야간에 알 수없는 지형에서 로봇 플랫폼의 기능을 확인하는 몇 가지 실험 프로그램을 수행합니다. AI의 Applied Research라고 불리는 DARPA 프로그램은 인공 지능 분야에서 응용 연구를 수행하며 첨단 로봇 시스템의 특정 애플리케이션 및 자율 멀티 로봇 학습 알고리즘을 고려한 지능형 의사 결정 도구 및 기타 첨단 기술 솔루션에 대한 연구를 수행합니다 공동 작업을 수행하여 로봇 그룹이 새로운 작업을 자동으로 처리하고 역할을 자체간에 재분배 할 수있게합니다.
이미 언급했듯이, 작업 조건과 작업 유형은 로봇과 인간 사이의 인식, 탐색, 통신, 교육 / 적응, 상호 작용을위한 전원, 센서, 컴퓨터 및 소프트웨어 아키텍처를 갖춘 모바일 플랫폼 인 현대 SMRC의 디자인을 결정합니다. 앞으로는 다자간 협조 체제가 강화 될 것이며, 통일과 상호 교류의 수준이 향상 될 것이며 경제적 관점에서 볼 때보다 효과적 일 것입니다. 특히 모듈 페이로드가있는 시스템이 각기 다른 작업에 맞게 시스템을 조정할 수 있습니다. 다음 10 년 동안 로봇 차량은 전술적 인 작업을 수행하고 개방형 아키텍처를 기반으로하는 기반 시설 및 기타 인프라를 보호 할 수있게 될 것입니다. 상당한 수준의 통일성과 자율성, 높은 이동성 및 모듈 형 온보드 시스템이 특징입니다.
군용 SMRC 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 많은 군대가 IED의 탐지 및 파괴, 정찰, 군대의 보호, 철거 등의 위험한 작업에서 병사를 제거 할 수있게됩니다. 예를 들어, 고급 컴퓨터 모델링, 전투 훈련 및 실제 전투 작업 경험을 바탕으로 미국 군대의 여단 전투 그룹의 개념은 로봇 차량이 승무원과 지상 차량의 생존 가능성을 높이고 전투 효율성을 크게 향상시키는 데 기여한다는 것을 보여주었습니다. 이동성, 자율성, 무장, 인간 - 기계 인터페이스, 로봇 시스템을위한 인공 지능, 다른 SMRK 및 거주 가능 시스템과의 통합과 같은 유망한 기술의 개발은 무인 지형 시스템의 능력과 자율 수준을 향상시킬 것입니다.
러시아 충격 로봇 복합 플랫폼 - NI는 NITI Progress에서 개발했습니다.
사용 된 재료 :
www.defense-update.com
www.qinetiq.com
www.milrem.ee
www.darpa.mil
www.airforce.com
www.niti-progress.ru
www.wikipedia.org
en.wikipedia.org
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