Человек с амфибией
МАИ планирует начать внедрение в производство новой разработки – робота с автономным управлением на гусеничной платформе «Пелец».
Робопробегом по бездорожью
После завершения серии испытаний созданный десятком студентов и преподавателей аппарат имеет большие перспективы для использования силовыми структурами, геологами, охотниками и даже в сельском хозяйстве. Это будет, по сути, «мечта эмчеэсовца»: машине подвластны все стихии. Она снабжена парашютом, плавает, передвигается по пересеченной местности на гусеничном ходу и даже тушит огонь.
В прошлом большую часть своего свободного времени проректор по учебной работе МАИ, доцент седьмого факультета Дмитрий Козорез и ведущий инженер 704-й кафедры Илья Постоев посвящали экстремальным видам спорта: поездкам на внедорожниках, походам, путешествиям на снегоходах по зимней Камчатке. Поэтому когда около пяти лет назад в МАИ обратилась компания «Северный вездеход» с предложением превратить отечественный снегоболотоход в полностью автономную беспилотную систему, к просьбе предпринимателей отнеслись с энтузиазмом.
Созданная в Вологодской области компания «Северный технопарк» производит отечественные амфибии. Металл поставляется с соседнего завода «Северсталь». Продукцию– до 400 машин ежегодно– охотно раскупают охотники, геологи и рыбаки в России, Финляндии, Канаде и даже США. «Сказываются в разы более низкая по сравнению с международными конкурентами цена и наличие спецверсий аппаратов», – поясняет директор по развитию «Северного технопарка» Максим Егоренков. Например, среди последних хитов продаж – строительная сваебойная установка на болотоходном шасси для забивания железобетонных свай: машину охотно используют при строительстве частных домов и небольших коммерческих строений. Егоренков говорит, что для охотников, МЧС и силовых структур предприниматели хотят создать беспилотный автономный вездеход, а серийное производство таких машин нигде в мире не осуществляется. Между тем амфибии со встроенным модулем роботизированного (беспилотного) управления могли бы сформировать значительную долю продаж отечественных амфибий для МЧС, армии и даже охотников и рыболовов. «Мы не слышали, чтобы в России действовали автономные беспилотные системы для наших реалий: бездорожья, отсутствия полноценных 3D-карт, с отечественным программным обеспечением и элементной базой, а также адекватной ценой. Создание нашей альтернативы «экзотическим» аппаратам с системой управления, например, «Тесле» и «гугломобилю», да еще силами студентов и молодых ученых 704-й кафедры, было настоящим вызовом», – вспоминает Илья Постоев, старший инженер 704-й кафедры.
Легкий вездеход серии «Пелец» (назван в честь изобретателя Владимира Пелецкого) в зависимости от модификации способен перевозить до 800 кг груза (до 600 кг на воде) и буксировать за собой прицеп массой до 1100 кг. При этом скорость движения на суше составляет до 70 км/ч, на воде – до 6 км/ч (за счет вращения гусениц). Аппарат может даже защищаться броней по пятому классу бронирования.
– В мире пока не производятся серийно доступные вездеходы для гражданского использования с полностью автономным управлением. По крайней мере, мне об этом ничего не известно. Между тем здесь есть большие возможности для продаж силовым структурам, буровикам или геологам – для доставки грузов в труднопроходимой местности. В самом начале проекта мы обратились к крупным отраслевым НИИ робототехники. В одном месте с нас запросили неподъемную для компании сумму 500 млн (видимо, с мотивацией у людей, как и с созданием платформ, все нормально). Затем мы обзвонили все ведущие вузы: Физтех, Бауманку, МАИ. Здесь дело пошло очень споро, отдали вездеход, «комплектуху». Ребята очень быстро показали классный результат, – говорит директор по развитию «Северного технопарка» Максим Егоренков.
Электроника с учетом местности
Амфибия с хорошими техническими данными нуждалась в собственной системе бортовой электроники. Инженеры из Череповца спросили у маевцев, смогут ли они оснастить машину автономной системой навигации и управления, чтобы сам аппарат мог принимать решения в полностью российских условиях: передвигаться по местности, производить манипуляции (например, тушить пожар или отбирать пробы почв), автономно взаимодействовать с другими образцами техники, не обращаясь к 3D-картам (в Америке и Европе виртуальные карты местности давно не редкость, но машины, не приспособленные к нашим условиям, могут стать оторванными от реальности).
Предложение попало к заведующему кафедрой «Информационно-управляющие комплексы» Михаилу Красильщикову. За почти полвека работы кафедры здесь созданы информационно-управляющие системы для многих типов ракет и беспилотных комплексов, сотрудники кафедры являлись даже одними из якорных разработчиков отечественной системы навигации «Ураган». Позднее она получила гораздо более мирное название ГЛОНАСС.
Красильщиков сформировал ядро группы разработчиков, куда вошли Дмитрий Козорез, Илья Постоев, Андрей Войсковский, Вячеслав Якименко и студенты 704-й кафедры.
В конце концов, если созданные на кафедре интегрированные системы навигации и управления помогают передвигаться ракетам, самолетам или спутникам, то аналогичной системой можно оснастить и амфибию. Череповецкие машиностроители передали в МАИ опытный образец машины, помогли с комплектующими, и проект начали доводить до ума.
Изначально работу решили распределить между несколькими студентами. Предполагалось, что каждый сможет реализовать какую-либо свою часть, а общие решения потом можно будет интегрировать. Кто-то писал программу, которая позволяла производить десантирование амфибии в заданный пункт на обычном парашюте типа «летающее крыло», кто-то «учил» машину определять препятствия...
Но одно дело – написать в уютной аудитории программу, другое– заставить ее работать на вездеходе, да еще в заданных условиях эксплуатации: в сугробе, на болоте или в лесу.
– За десятилетия работы кафедры мы накопили большой опыт в создании интегрированных систем навигации и управления. И для студентов и молодых ученых создать «мозг» для нового вездехода не составило большого труда,– вспоминает Дмитрий Козорез.
Пару лет назад МАИ решил выставить «Пельца» на соревнованиях среди лучших разработчиков роботов – «РобоКроссе». Вездеход вел себя отлично – на гусеницу опережал в гонках по пересеченной местности машины конкурентов – других вузов и крупных промышленных компаний. Но облегченно выдохнуть программисты и инженеры МАИ так и не смогли.
Буквально в 20 метрах от финишной прямой случился казус. Череповецкий вездеход встал как вкопанный и позволил себя обойти менее «сознательным» конкурентам, хотя все механические системы, как показал потом разбор полетов, работали безупречно. Досадная поломка заставила полностью пересмотреть интеллектуальный блок управления. Детальный анализ показал, что аппаратная часть не выдержала вибронагрузок. Череповецкие инженеры разрабатывали первый вариант машины в расчете на передвижение по болотистой местности, поэтому ходовая часть создавалась практически без упругих элементов подвески.
Как вспоминает Андрей Войсковский, в результате маевцам пришлось заново создать аппаратную часть блока навигации и управления. Вибрация была побеждена.
Новый вездеход и отдельные системы к нему периодически испытывались. Например, как вспоминает Войсковский, прошлой осенью отрабатывали систему парашютирования – задача была приспособить вездеход к системам управления парашютами. Специальные приводы робота самостоятельно управляют рулевыми стропами парашюта и наводят его на цель. Во время одного из таких испытаний в Одинцовском районе Подмосковья отказал привод управления стропами и ветер унес автоматизированную систему. Студентам и ученым пришлось мобилизоваться на поисково-спасательную операцию для поиска парашюта с системой навигации и управления.
А в 2016 году «Пелец» получил первый приз на одном из российских робототехнических соревнований – «РобоКроссе».
– К нам часто приходят студенты, просят дать какую-то работу. Почти всегда находим для них задание: создать какуюлибо программу, доработать идею. Настоящих энтузиастов определить очень легко: они берут и делают, приносят результат даже быстрее оговоренных сроков. Из них потом вырастают очень хорошие и перспективные инженеры, – говорит Михаил Красильщиков.
Мечта эмчеэсовца
Сегодня рассматривается несколько направлений использования амфибии. Один из перспективных сегментов рынка– пожарные команды и структуры по чрезвычайным ситуациям. «Пелец» незаменим на тех участках работы, где условия особенно опасны для жизни и здоровья человека, например, при локализации лесных пожаров, локализации последствия аварий на вредных (химических или радиационных) производствах.
Автономность позволяет роботу самостоятельно выбираться в заданную точку, например, по воде или через завалы и грязь, а затем производить ряд операций, например, тушить огонь или разбирать остатки разрушенных стен. Алгоритмы взаимодействия с другими роботизированными системами позволяют давать точные команды для работ с другими роботами или, например, десантирования пожарных расчетов. «Пелец» отлично подходит для транспортировки мишеней на военных полигонах, для локальной доставки военных и спасательных (гуманитарных) грузов.
По словам Максима Егоренкова, сегодня в рамках совместной работы компании «РобоПРОБ» и МАИ ведутся переговоры с рядом сельскохозяйственных предприятий. Для фермеров в автоматическом режиме робот на базе вездехода «Пелец» будет проводить анализ химического состава почв– заниматься отбором проб с точным позиционированием на поле. В финансировании одного из таких проектов заинтересован фонд «Сколково».
Рой, стройся!
Разработка автономного комплекса нового поколения– одна из самых ярких, но далеко не единственных разработок 704-й кафедры. «Ценность проекта в том, что нам удалось привлечь к участию в нем множество студентов и будущих специалистов. Они прошли путь от идеи до ее реализации в железе, что архиважно для молодых специалистов»,– говорит Андрей Войсковский.
Подобных работ на кафедре несколько. Это и проект управления роем дронов (автоматизированные системы на земле и в воздухе). Недавно с ГосНИИ авиационных систем и компанией Thales начата работа по созданию электронного паспорта «почерка» летчика. Проект позволит удешевить эксплуатацию воздушных судов с учетом особенностей индивидуального пилотирования.
Сегодня на кафедре работают 10 кандидатов технических наук в возрасте до 35 лет. Большая часть специалистов выращена как раз благодаря таким небольшим проектам. Знания и навыки молодых специалистов МАИ помогут создать новый сегмент беспилотной техники в стране.
Марк Полов
