Роботы-огнеборцы

Наиболее частыми масштабными катастрофами природного характера являются лесные пожары, защита от которых – сложный, трудоемкий и дорогостоящий процесс.

ПОВЫШАЕМ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Лесной пожар  – сложное комплексное явление, эффективное тушение которого возможно только путем применения множества роботизированных машин, работающих одновременно, но выполняющих разные функции и взаимодополняющих друг друга. В ходе локализации и тушения лесных пожаров наиболее частыми и масштабными операциями являются тушение горящего леса, валка деревьев, создание противопожарных минерализованных полос.

Существующие пожарные комплексы представляют собой самоходные телеуправляемые устройства, оснащенные пожарным лафетом, отвалом, манипулятором, лебедкой и другими устройствами. При выполнении какой-либо одной операции все остальные рабочие органы бездействуют. Такой принцип построения комплексов приводит к потенциальному снижению эффективности оборудования и повышению стоимости комплекса.

НПП «Тензосенсор» при поддержке Минобрнауки России и во взаимодействии с ФБУ «Авиалесоохрана» разрабатывает мультиагентный роботизированный комплекс для тушения лесных пожаров. Основу комплекса составляют специализированные роботы, выполняющие только одну операцию: пожарный робот, роботизированный мини-харвестер и роботизированный траншеекопатель. Помимо роботов, в состав комплекса входят дрон наблюдения и подвижный пункт управления на базе автомобилей повышенной проходимости УАЗ «Патриот» с прицепами для перевозки роботов.

НА ВСЕХ ФРОНТАХ
Борьба с распространением лесного пожара осуществляется на двух рубежах. На первом  – выполняется тушение возгораний при помощи пожарного робота. На втором рубеже пожаротушения осуществляется создание огнезащитной полосы: валка деревьев с помощью мини-харвестера и откопка противопожарного рва с помощью траншеекопателя.

Наблюдение за распространением пожара и ходом работ по его тушению осуществляется при помощи беспилотного летательного аппарата (дрона) типа DJI Phantom 4 Pro, оборудованного видеокамерой или тепловизионной камерой.

Структурная схема роботизированного комплекса для тушения лесных пожаров показана на главном рисунке  - структурная схема роботизированного комплекса:

1 – дрон наблюдения;
2 – пожарный робот;
3 – роботизированный мини-харвестер;
4 – роботизированный траншеекопатель;
5 – подвижный пункт управления

В основе роботов (рис. 2–4) лежит универсальная роботизированная платформа (далее – УРП), построенная на гусеничном шасси размером 2400х1400 мм и весом не более 400 кг. Платформа приводится в действие бензиновым двигателем, позволяющим роботам работать до 8 часов без дозаправки.

УРП оборудована электронной системой управления, которая обеспечивает передвижение платформы с требуемой скоростью, изменение направления движения, управление работой двигателя, контроль за состоянием платформы и т.  д. Платформа оборудована двусторонним радиоканалом с дальностью связи до 2 км на открытой местности. Электронная система управления УРП получает по радиоканалу команды оператора; в обратном направлении производится отправка телеметрической информации о состоянии робота и его местоположении. Местоположение робота определяется по установленному на платформе модулю спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС.

Оператор осуществляет управление роботом, руководствуясь видеоизображением системы технического зрения робота. Эта система включает в себя поворотно-наклонную курсовую видеокамеру и систему кругового обзора с четырьмя видеокамерами по бортам робота. Видеокамеры оснащены системой огнепожарозащиты, которая обеспечивает охлаждение камер и очистку объективов от загрязнений.

На УРП устанавливается навесное рабочее оборудование, индивидуальное для каждого робота, – модуль пожаротушения, траншее-копателя или валочный (харвестерный).

Пожарный робот осуществляет тушение пожара на первом рубеже путем заливания возгораний водой или иной огнетушащей жидкостью.

Пожарный робот оборудован пожарным лафетом с дистанционным управлением наклоном, поворотом и формой струи. Подача воды в лафет осуществляется установленной в корпусе робота мотопомпой. По бортам робота смонтированы баки для хранения резервного запаса воды.

Пожарный робот оборудован системой переключения режимов подачи воды и может работать в режиме тушения пожара от буксируемого пожарного рукава и в режиме тушения пожара с использованием воды из возимых баков. В режиме заполнения баков производится закачка воды в баки из буксируемого рукава или из открытого источника.

Роботизированные мини-харвестер (рис. 3) и траншеекопатель (рис.  4) предназначены для создания противопожарных и минерализованных полос на втором рубеже пожаротушения.

Роботизированный мини-харвестер оборудован валочным модулем в передней части корпуса и бензиновым генератором для питания валочного модуля внутри корпуса. Модуль подвешен на тросе лебедки, позволяющей поднимать его для перевода в транспортное положение и опускать  – для работы. Мини-харвестер позволяет валить деревья диаметром до 200 мм. Валочный модуль включает в себя захват, удерживающий дерево ниже уровня спиливания, цепную электропилу с приводом перемещения по направлению пиления и толкатель, давящий на спиливаемое дерево в направлении от мини-харвестера.

Роботизированный траншеекопатель оборудован навесным цепным траншеекопателем с бензиновым двигателем, смонтированным в передней части корпуса. Модуль траншее-копателя подвешен на тросе лебедки, позволяющей поднимать его для перевода в транспортное положение и опускать – для работы. Траншеекопатель позволяет прокладывать противопожарные полосы с глубиной траншеи до 0,5 м.

СЛУШАЙ МОЮ КОМАНДУ!
Управление элементами роботизированного комплекса осуществляется дистанционно из подвижного пункта управления (далее – ППУ), который включает в себя три автомобиля повышенной проходимости УАЗ «Патриот», оснащенных прицепами для перевозки роботов. Внутри автомобилей оборудуются автоматизированные рабочие места для управления роботами. Все автомобили ППУ связаны друг с другом беспроводной сетью для обеспечения управления и взаимодействия личного состава, контроля за состоянием машин и окружающей обстановкой.

Для управления роботизированным комплексом впервые используется мультиагентная система дистанционного управления (МСДУ), построенная по иерархическому принципу с возможностью контроля работы операторов на двух уровнях контроля  – супервайзера и бригадира.

Бригадир получает задания по тушению пожара посредством прямой связи с руководством через сеть Интернет. На основании полученного задания он ставит конкретные задачи операторам роботов. Бригадир имеет универсальный пульт управления и может вмешаться в процесс управления любым из роботов.

Супервайзер управляет дроном, занимается наблюдением за роботами и обстановкой в рабочей области, а при необходимости подменяет бригадира.

Операторы роботов получают от бригадира задания по тушению пожара и созданию противопожарных полос и выполняют их, используя роботы.

Для управления элементами роботизированного комплекса для тушения лесных пожаров используется новый унифицированный человеко-машинный интерфейс управления (УЧМИ), включающий в себя полиджойстики и видеокаску.

Полиджойстики (рис. 6) представляют собой две симметричные ручки, на каждой из которых установлено пять оптических министиков, выполняющих функции двухкоординатных джойстиков, тумблеров, кнопок, переключателей, регуляторов; функциональность каждого министика может изменяться программно во время работы. Полиджойстики обеспечивают надежное тактильное управление без зрительного контакта с манипуляторами. Применение полиджойстиков позволяет осуществлять управление любым элементом роботизированного комплекса.

Видеокаска (рис. 5) представляет собой шлем с креплением на голову, равномерно распределяющим нагрузку. В передней части видео- каски на уровне глаз оператора закреплена маска с дисплеем, на котором отображаются изображение от видеокамер, тактическая обстановка, а также различные приборы и переключатели, необходимые для управления.

Применение видеокаски позволяет избавиться от громоздких дисплеев, чувствительных к засветке, вибрациям и толчкам. Видеокаска оснащена наушниками и микрофоном для голосового общения бригадира, супервайзера и операторов друг с другом.

ОДИН – ЗА ВСЕХ!
Применение робототехнических комплексов для тушения лесных пожаров весьма результативно. По своей производительности и эффективности разрабатываемый комплекс способен заменить бригаду пожарных в количестве 40–60 человек. При этом пожарные смогут находиться на удалении до 2 км от очага пожара и не подвергать свою жизнь риску.

Исследования проводятся при финансовой поддержке государства в лице Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения Соглашения от 26 сентября 2017 года №  14.579.21.0151. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований и экспериментальных разработок  –RFMEFI57917X0151.

Владимир Никитин,
к. т. н., генеральный директор ООО «НПП «Тензосенсор»

Сергей Голубин,
к. т. н, начальник отдела электронных систем управления ООО «НПП «Тензосенсор»

Роман Белов,
заместитель генерального директора, главный конструктор ООО «НПП «Тензосенсор»