Система управления группой боевых роботов

Система управления
группой боевых роботов
Студенческие инженерные соревнования по
робототехнике
05 октября – 14 декабря 2010 года
2
1. Название проекта.
«Система управления группой военных роботов»
Руководители проекта:
Данил Кусмаев (22 года).
Студент Уральского федерального
университета факультета непрерывных технологий в образовании
специальности
««Электропривод
и
автоматика
промышленных
установок и технологических комплексов»». Контактная информация:
danil_kusm@mail.ru, тел. +7 904 54 17 363
Новикова Надежда Викторовна (22 года). Высшее образование:
Уральский федеральный университет, металлургический факультет,
инженер по специальности «Информационные системы и технологии».
Аспирант
Уральского
федерального
университета
специальности
«Математическое моделирование и численные методы». Место работы:
Федеральное космическое агентство «НПО Автоматики», инженерпрограммист. Контактная информация: na_shi@mail.ru, тел. +7 922 14 75 624
Куратор проекта:
Леонид Васильевич Хабаров - начальник института военнотехнического
образования
и
безопасности
УРФУ,
кандидат
философских наук, полковник запаса, почетный работник высшего
образования. Контактная информация: L. Khabarov@mail.ustu.ru,
тел. 375-95-58.
Эксперты проекта:
Яковлев Владимир Станиславович – руководитель Екатеринбургского суворовского
военного училища, полковник.
Евгений Евгеньевич Баженов – заведующий кафедрой «Автомобили и тракторы»
УРФУ, кандидат технических наук, доцент.
Леонид Григорьевич Ивашов – президент Академии геополитических проблем, генералполковник.
3
2. Аннотация.
На сегодняшний день в мире в военной сфере существует множество различных
технологий, в том числе и роботизированные технологии. Ведущие мировые державы
создали фундаментальную базу для внедрения боевых машин, оснащенных искусственным
интеллектом в сферу военных действий.
Уже сегодня в США, Японии, Китае, Израиле и других странах созданы уникальные
образцы роботов, которые наделены широким спектром возможностей. Некоторые из них
уже применяются в современных боевых условиях (например, в Афганистане и Ираке). Это
беспилотная авиация, роботизированные танки, беспилотные военные субмарины, и другие
военные роботизированные машины различного назначения.
В России на сегодняшний день не наблюдается массовой роботизации военной
сферы. Разработки в области военной робототехники ведутся (например, в МГТУ имени
Баумана), но серийного выпуска военных роботизированных устройств пока нет.
Суть проблемы: военная безопасность России находится под угрозой, вследствие
изменения военной доктрины США и других стран и ориентации на роботизацию военной
сферы. Существующая геополитическая ситуация показывает, что развитие
этого
направления в России необходимо.
Для преодоления существующего дисбаланса сил в мире в области военной
робототехники, в России необходимо развернуть массовую разработку и производство
военных роботов. Базой для этого должны стать отечественные технологии. Роботизация
армии должна проводиться комплексно и параллельно с разработкой новой военной
доктрины РФ.
При этом необходимо учесть и преодолеть основные недостатки существующих
роботизированных технологий: высокую стоимость, сложность реализации, сложность
управления. Кроме того, недостатком роботизированной армии является ее жесткая
централизация,
зависимость
от
лиц,
принимающих
решения.
Российская
роботизированная армия должна быть наименее централизованной, наиболее легко
управляемой. Для обеспечения военной безопасности страны, каждый военнослужащий
или офицер запаса должен иметь необходимые компетенции для управления военным
роботом.
Основные принципы роботизации Российской армии:

распределенность;

удаленность;

простота управления;

использование отечественных технологий;
4

массовость.
Результатом реализации данного проекта будет являться обеспечение военной
безопасности страны, выход России на новый технологический уровень.
3. Информация о заявителе.
Новикова Надежда Викторовна, 22 года, высшее образование: Уральский
федеральный университет, металлургический факультет, инженер по специальности
«Информационные системы и технологии».
Аспирант Уральского федерального
университета специальности «Математическое моделирование и численные методы»
Место работы: Федеральное космическое агентство «НПО Автоматики»,
инженер-программист.
Адрес: 620078, г. Екатеринбург, ул. Малышева 132/34, кВ. 52, +7-922-14-75-624,
na_shi@mail.ru.
4. Современное состояние исследований и разработок в области реализации
проекта. Новизна предлагаемого подхода по сравнению с известными.
На сегодняшний день безопасность любой страны обеспечивается множеством
систем: военная авиация, пехота, боевой флот, разведка и т.д. Роботизация такой системы
является сложной задачей.
Однако существующие в мире решения по роботизации военной техники
доказывают, что технологических ограничений на роботизацию армии на сегодняшний день
не существует. Мировым лидером по темпам роботизации армии является США.
На Рисунке 1 приведен фрагмент современной системы обеспечения национальной
безопасности США. По мнению профессора В.К.Батоврина (заведующего кафедрой
информационных
систем
в
Московском
институте
радиотехники,
электроники
и
автоматики), если такая система систем в полном объеме заработает, то ядерное оружие для
обеспечения безопасности страны в принципе не будет нужно.
Данная система проектируется в соответствии с рекомендациями стандартов
системной инженерии: а) стандарт ISO 15288 управления жизненными циклами сложных
инженерных объектов, б) стандарт ISO 15926 архитектура данных. Системная инженерия
(System Engineering) является самой современной методологией проектирования и
реализации сложных систем, которая использует междисциплинарный подход и методы,
охватывающие весь спектр усилий по обеспечению и развитию комплексного и
сбалансированного в рамках жизненного цикла набора системных решений, включая людей,
продукцию и процессы, которые удовлетворяют нуждам потребителя.
5
Рисунок 1 - Фрагмент системы обеспечения национальной безопасности США
Существующие решения по роботизации в военной области:
1.
Роботизированные вертолеты
Роботизированный вертолет AutoCopter, фирмы Neural
Robotics оснащен автоматическим дробовиком. Вертолет
может действовать по командам оператора с земли или
совершать полет в автоматическом режиме по заданной
программе.
2.
Роботизированные разведчики
Беспилотный самолет Zephyr компании Qinetiq работает на
солнечных
батареях.
Zephyr
может
нести
на
себе
различную аппаратуру – видеокамеры, систему GPRS,
датчики для исследований атмосферы, оборудование для
разведки.
6
3.
Роботизированная боевая авиация
Боевой беспилотный летательный аппарат X-47B фирмы
Northrop
оснащен
Grumman
разведывательной
реактивным
аппаратурой,
двигателем,
средствами
радиоэлектронной борьбы, а также может быть оснащен
управляемыми ракетами, корректируемыми авиабомбами, а
также лазерным и микроволновым оружием.
4.
Роботизированная пехота
Разработка СТКБ прикладной робототехники МГТУ им.
Н.Э.БАУМАНА. Робот вооружён двумя реактивными
огнеметами «Шмель», двумя гранатометами, пулеметом
«Печенег» с боезапасом в 100 патронов и шестью
дымовыми гранатами.
5.
Роботизированный флот
Дистанционно управляемый катер ASW USV фирмы
General Dynamics Robotic Systems длиной 11 метров
применяется для ведения борьбы с минами, малошумными
дизельными подводными лодками и быстроходными
катерами противника.
6.
Роботизированные подводные лодки
Роботизированная
боевая
подводная
лодка
может
выполнять манёвр уклонения, зарываться и прятаться в
тине и водорослях на дне водоёмов. На неё может быть
установлено разнообразное оборудование, она способна
передвигаться по дну, регенерировать или накапливать
энергию, «засыпать» на продолжительные периоды.
7.
Роботизированные танки
Современные
технологии
позволяют
полностью
роботизировать танк. Робот может ориентироваться на
местности, находить цель, стрелять, выполнять тактические
маневры.
7
Все вышеперечисленные технологии разработаны и реализованы. Возможно
создание системы, включающей в себя все существующие мировые решения в области
военной робототехнике, и разработка системы управления этой системой.
5. Сущность предлагаемой разработки.
Целью данного проекта является разработка системы управления группой
военных роботизированных устройств. Предлагаемая технология позволяет реализовать
идею распределенного управления боевыми устройствами. Система представляет собой
среду
для
создания
тактических
алгоритмов
и
непосредственного
управления
роботизированными устройствами с помощью этих алгоритмов.
Данная технология должна использоваться как для обучения специалистов в
военной сфере, так и для решения реальных боевых задач. Технология позволяет
осуществлять удаленное управление как одним, так и несколькими устройствами.
Позволяет посылать команды на роботизированные боевые танки или задавать алгоритмы
их самостоятельного функционирования.
Главными преимуществами данной технологии могут стать функциональность,
простота, невысокая стоимость и универсальность, а также возможность постоянного
развития, модификации.
Данную работу предлагается начать с создания полигона, на котором будет
возможность имитировать стратегическую игру «Захват флага». На полигоне будут
представлены команды двух противников, состоящие из моделей танков, штаба, флага
команды и дирижабля, с установленными на нем системами картографирования и
навигации, для координации действий.
Суть стратегической игры «Захват флага»: в игре участвуют две команды. Для
каждой команды выбираются база, где устанавливается флаг. Цель игры состоит в том,
чтобы захватить флаг противника (захватив базу противника) и сохранить свой флаг.
Для создания алгоритмов управления группой боевых роботов предполагается
использовать удаленной управление.
8
Для достижения цели проекта ставятся следующие задачи:
Объект
Роботизированные
танки
Роботизированный
дирижабль
Система
управления
группой боевых
роботов
Штаб
Документация
проекта
Задачи
стрельба по цели
движение и маневрирование
картографирование местности
предоставление изображения поля боя в режиме реального
времени
получение данных с системы навигации (дирижабля)
обработка изображений с вэб-камер танков
реализация алгоритма ведения боевых действий
определение цели и расчет расстояния до цели
управление двигателями танков через контроллер
разработка тактик ведения боевых действий
разработка алгоритма работы системы согласно выбранной
тактике
разработка 3D-модели макета
разработка ПСД
разработка ТЭО
разработка справочной информации и открытого кода
системы
Ожидаемыми результатами проекта являются:

Система управления группой роботизированных танков (имеющая web-интерфейс,
реализующая заданную функциональность);

Макет, представляющий собой полигон с управляемыми танками и дирижаблем,
демонстрирующий работу системы управления группой роботизированных танков;

Несколько альтернативных алгоритмов, реализующих различные тактики ведения
игры «Захват флага»;

3D-модель установки в Solid Works 2010;

Проектно-сметная документация (согласно стандартам ISO 15288, ISO 15926);

Справка и открытый код системы;

Технико-экономическое обоснование.
Реализуемая технология должна в дальнейшем развиваться по принципу
открытого программного обеспечения, с возможностью постоянной его доработки.
Следующими шагами к реализации идеи проекта может стать разработка алгоритма
управления различными подразделениями армии: роботизированной авиацией, флотом,
подводными роботами и т.д. Разрабатываемая система может применяться как для
обучения специалистов и отработки тактических алгоритмов, так и для решения реальных
боевых задач.
9
6. Права на интеллектуальную собственность.
7. Конкурентные преимущества.
8. Рынок сбыта.
9. Порядок коммерциализации результатов разработки.
На данном этапе разработки коммерциализация результатов разработки не
предполагается.
10. Организация работ.
Участники проекта:

специалисты по тактике (суворовское училище, военная кафедра УРФУ) – 4 чел;

программисты (МатМех УРГУ, РТФ УРФУ и другие) – 4 чел;

электронщики (РТФ УРФУ и другие) – 2 чел;

специалисты по электроприводу (ЭТФ, ФДО УРФУ) – 2 чел;

инженеры-механики (ММФ УРФУ и другие) – 2 чел;

экономисты (УРГЭУ-СИНХ, ФЭУ УРФУ) – 2 чел;

историки (Истфак УРГУ) – 2 чел;

дизайнеры (УГАХА) – 2 чел.
Эксперты проекта:

военное дело (преподаватели из Суворовского училища);

геополитики (профессора Истфак УРГУ).
План работы:
11. Состояние и источники инвестирования в реализацию проекта.
Предполагается, что спонсором данного проекта выступит Уральский федеральный
университет (УРФУ).
12. Предстоящие затраты по проекту.
Затраты на реализацию проекта состоят из затрат на оборудование и материалы:

электропила по дереву и пластику (для макета) – 1 шт;

паяльная станция – 2 шт;

ноутбуки – 2 шт;

игрушечные танки – 4 шт; http://pilotage-rc.com/catalogue/10_/10_30/RC4799/!!!

фанера (1,5 м * 2 м * 10 мм) – 2 шт;

вэб-камеры – 4 шт;

контроллеры – 4 шт;

силовые драйверы – 4 шт;

провода;

двигатели (можно использовать имеющиеся в танках)

блоки питания (можно использовать имеющиеся в танках);

радиомодули – 4 шт;

доп. материалы для оформления макета (пластик, ткань и т.д.);
Смета проекта:
покупка
электропила по
дереву и пластику
паяльная станция
ноутбук
игрушечные
радиоуправляемые
танки
вэб-камеры
платы для
контроллеров
платы для силовых
драйверов
провода
описание, фирма
цена, руб
дисковая ДП 1500, 1500 Вт,
d=200 мм, СМС-УРАЛ
2160
LS DIGI-60, АТОН (ООО
ПКФ АТОН)
4680
12000
Танк 005671-D р/у+ак
(коробка) КНР, Планета
игрушек
1808
Espada WC-0064, МККомпьютер
430
кол-во,
шт
стоимость, руб
1
2160
2
2
9360
24000
4
7232
4
1720
Промэлектроника
300
4
1200
Промэлектроника
Промэлектроника
300
100
4
5 (м)
Итого:
1200
500
47372