Особенности изучения технологии робоавтомобилей для бакалавров транспорта

 

В статье рассматривается основы технологии беспилотных автомобилей для бакалавров транспорта.

Ключевые слова: робот, роботизация транспорта, робоавтомобиль.

 

Транспорт играет чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности человека. Современное общество просто не может представить жизнь без средств передвижения. И поэтому стремится с каждым днем развивать эту отрасль, как с научной, так и с практической стороны. Быстрый темп жизни и стремительный рост населения привели к тому, что количество личных автомобилей во всем мире увеличилось с 1980 по сегодняшний день на 84 %.

Трудно представить, что первый беспилотник был спроектирован еще древнегреческим философом и полководцем Архитом Тарентским в 350 году до н. э. А работы Герона Александрийского, жившего в I веке н. э. стали серьезным вкладом в общую механику и автоматику. Это и автоматические ворота в храм, и вендинговый аппарат, который продавал святую воду, и устройство, превращающее обычную воду в вино.

Значительный вклад в развитие робототехники сделал Аль-Джазари. Этот арабский ученый, живший в начале XIII века, создал первых андроидов, которые стали популярны лишь в XVIII столетии. [5]

По данным Международной федерации робототехники, в прошлом году мировой рынок промышленной робототехники составил 9,5 млрд., а если учитывать программное обеспечение и периферийные устройства, то эта цифра достигнет 29 млрд. долларов. Основными потребителями данного рынка называют автомобилестроительные компании и производителей электроники.

Эксперты также утверждают, что наиболее прибыльным направлением робототехники сможет стать роботизация транспорта.

Робототехника — область науки и техники, связанная с созданием, исследованием и применением роботов. Робототехника охватывает вопросы проектирования, программного обеспечения, очувствления роботов, управления ими, а также роботизации промышленности и непромышленной сферы. [3]

Управление автомобилем требует повышенной внимательности, бдительности и осторожности. Из-за невнимательных водителей случаются различные аварии, каждый день на дорогах погибают тысячи людей по собственной глупости и для улучшения ситуации дорожного движения, инженеры приступили к разработке автономных автомобилей, способных передвигаться без участия человека. «Роботизированный транспорт» — это технология автономного передвижения транспортных средств.

Рис.1. Беспилотный автомобиль

 

На сегодняшний день существуют прототипы практически любого вида беспилотного транспорта. Активно внедряются в жизнь и заменяют людей военные и промышленные роботизированные транспортные устройства, как например — беспилотные легковые автомобили, грузовики, роботизированная авиация, водные транспортные средства, мотоциклы и даже велосипеды.

Машина на автопилоте сможет самостоятельно передвигаться в пробках уже в течение ближайшего года. Мировые автопроизводители вплотную подошли к серийному производству беспилотных автомобилей, и испытания этих систем проходят успешно.

Система помощи в пробках. Traffic Jam Assist («Система помощи в пробках») — недавно была представлена инженерами компании Форд в европейском исследовательском центре в Аахене, Германия. Функция Traffic Jam Assist работает при скорости до 50–60 км/ч, а полная остановка будет происходить на расстоянии трех метров до впереди идущего транспорта.

Система Temporary Auto Pilot («Временный автопилот») от компании Фольксваген. «Временный автопилот» работает по тому же принципу, что и Traffic Jam Assist, но функционировать способна на скорости до 130 км/ч. В дополнение к системам автопилота, производители хотят подключить спутниковую навигацию для более точной ориентировки автомобиля.

Рис. 2. Автопилот компании Bosh, Traffic Jam Assist

 

Сотферный гигант Google разработал Google-машина на автопилоте, способной передвигаться по дорогам самостоятельно, с использованием навигационных карт, радаров и камер наблюдения.

Система слежения за дорогой. Их работа основана на слежении за впереди идущим автомобилем. Недавно Вольво заявила об успешном испытании на дорогах системы SARTRE (Safe Road Trains for the Environment — «Экологически чистые автоколонны»).

Суть работы этого автопилота в ориентации на впереди идущую машину — водитель приближается к впереди идущему автомобилю, ждет активации системы, которая сцепляется с автомобилем и точно следует его траектории движения.

Система коммуникации между машинами. Последний, и наверное самый эффективный тип систем управления машиной без водителя построен на коммуникации между всеми машинами на трассе, анализом, и взаимодействии с дорожной инфраструктурой.

Над такими системами, называющимися vehicle-to-vehicle («машина-к-машине») или vehicle-to-infrastructure («машина-к-инфраструктуре») работают почти все ведущие мировые автоконцерны.

Автопилот этой системы самостоятельного передвижения автомобиля построен на уже известных системах — активный круиз-контроль и система слежения за дорожной разметкой. Все объекты на дороге, от светофоров до пешеходов, получат специальные датчики, которые будут оперативно обмениваться сведениями. В этом случае автопилоты могут самостоятельно затормозить при фиксировании приближения другого автомобиля. Также машина будет сама решать, успеет ли она пересечь перекресток перед тем как загорится красный свет.

Рис. 3. Система коммуникации между автомобилями

 

Разработка самодвижущихся автомобилей ускорит развитие робототехники. Автономные автомобили и роботы используют средства искусственного интеллекта, распознавания изображений, GPS и процессоры. Оборудование, применяемое в самодвижущихся автомобилях, появиться и в роботах, что приведет к снижению стоимости производства и цен для конечных потребителей.

Наличие общих компонентов упростит механикам ремонт роботов. Возможно и совместное использование общей инфраструктуры, например, сетей, обеспечивающих взаимодействие машин друг с другом.

Автоматизированные автомобили — это интеллектуальные роботы с программным обеспечением, которые приводятся в движение благодаря системе приводов, датчиков и различных электронных приложений. В 2010 году компании Nissan и Renault создали автомобиль Pivo 2. Управляет автомобилем искусственный интеллект, с помощью которого машина может с равным успехом двигаться задом и даже боком. Роботизированное управление делает данную машину уникальным механизмом, и открывает большие перспективы для любого водителя, особенно в дорожных условиях больших городов.

На дороги Германии выпущен автоматизированный автомобиль Volkswagen Passat, разработанный компанией MadeInGermany. Робот оснащен современными технологиями и искусственным интеллектом, цветные видеокамеры и датчики автомобиля реагируют на светофоры, машины, пешеходов, здания и деревья значительно быстрее человека-водителя. Данный робоавтомобиль показывает высокую степень достижений в области робототехники.

Роботизированные грузовые автомобили: Робот-грузовик компании General Dynamics Robotic Systems Т2 или ТАС-С может достигать скорости до 50 км\ч, контролируя окружающую обстановку на дороге, как в сельской местности, так и в сложных городских обстоятельствах дорожного движения. Робот определяет объекты в неподвижном и движущиеся положении, понимая, в какую сторону они направляются. Это достижимо с помощью ряда элементов восприятия изображений: камер, инфракрасных сенсоров, лазерных и радарных технологий. Автомобиль может служить для перевозки людей и различного груза весом до 300 кг.

Двухколесный роботранспорт: Первый в мире роботизированный гоночный мотоцикл был создан в 2005 году Энтони Левандовски (Anthony Lewandowski), разработчиком программного обеспечения для устройств DARPA. Мотоцикл успешно принял участие в пробеге DARPA Grand Challenge, отлично справившись с силой тяжести и удерживанием равновесия во время движения.

Японский ученый Ютака Игараси (Yutaka Igarashi) также сконструировал автоматизированный спортивный байк. Устройство приводится в движение с помощью системы противовесов и электродвигателя и работает практически бесшумно, в отличие от традиционных пилотируемых мотоциклов.

Концепции роботизированных велосипедов существуют уже давно, но только в конце 20 века ученым удалось воплотить в жизнь свои идеи. Так был создан велосипед, управляемый роботом по имени Джоуль. Механизм приводится в действие с помощью электромотора в 14 л. с. Движение робота передается через систему рычагов. Максимальная частота вращения педалей составляет 2400 об/мин. Но для безопасной езды на устройстве установлен ограничитель в 90 оборотов. Даже с этим ограничителем велоробот может разогнаться до максимальной скорости около 50 км/ч.

Дроны — это небольшие автономные транспортные роботы. В зависимости от величины груза, их число может увеличиваться, тем самым образуя транспортную группу доставки.

Рис. 4. Транспортный робот — дрон Transwheel

 

Его основой служит одноколёсный робот-уницикл, оснащённый самобалансирующейся гироскопической системой, парой механических рук, сигнальными светодиодными огнями, системой распознавания лиц, приёмником спутниковой навигационной системы GPS и системой связи.

Пассажирский роботизированный транспорт: Идея создания пассажирского транспорта, который бы перевозил пассажиров без водителя, привлекала конструкторов ещё с 90-ых годов 20-го века. Французская компания Robosoft представила в мае 2010 года первый в мире городской роботизированный автобус Robosoft RobuRIDE. Он вмещает 30 пассажиров и движется со скоростью 24 км/ч. Собственный вес автобуса — 3 тонны, в груженном состоянии — до 5 тонн.

Ещё в середине 20 века американские ученые придумали концепцию автоматизированного транспорта для районов с низкой и средней плотностью населения. Так, на основе этой концепции был создан PRT — персональный пассажирский транспорт. На сегодняшний день PRT в городах многих развитых стран мира устанавливает организация The Advanced Transit Association. Усовершенствованные устройства PRT данной компании представляют пассажирам ряд достоинств для безопасного передвижения по городу за счет четко продуманной системы действия.

Кроме авто и железнодорожного роботизированного транспорта уже давно существуют беспилотные наводные и летательные аппараты, которые служат в основном для выполнения военных миссий.

Большинству обывателей автомобиль будущего представляется обтекаемой формы, с солнечными батареями и желательно с лётными возможностям. Подразделение Future Robotics Technology Centre из японского технологического института Chiba разрабатывает робот Halluc IIx.

Рис. 5. Транспорт будущего (Япония) робот-краб

 

Автомобили будущего должны максимально использовать ограниченное пространство в переполненных городах. Halluc IIx представляет из себя нечто похожее на краба с восемью лапами, которые способны поворачиваться и направлять робота в любом направлении. Благодаря этой особенности конструкции прототип способен перемещаться по неровной поверхности, а наличие колёс помогает использовать его в качестве привычного автомобиля.

Компания Freightliner Trucks создала роботизированный грузовик (седельный тягач), способный автономно ехать по шоссе, который был официально лицензирован для работы на общественных дорогах в Неваде.

Рис. 6. Грузовик компании Freightliner

 

Грузовик компании Freightliner может ездить сам полностью автономно по шоссе в дневное время и в хорошую погоду и только в некоторых ситуациях, водитель берет на себя управление. Штат Невада предоставил лицензию для использования грузовика для работы на общественных шоссе в пределах штата. Это не временное разрешение или разрешение на тестирование. Это — лицензия. Чтобы её получить, компания Freightliner выполнила тестирование грузовика, который проехал по шоссейным дорогам расстояние порядка 16000 километров. Freightliner прогнозирует, что к 2050 году объем глобальных перевозок грузов грузовиками утроится. И уже ощущается нехватка квалифицированных водителей.

Согласно данным Международной федерации Робототехники (International Federation of Robotics) Китай является сегодня крупнейшим в мире рынком промышленной робототехники, в 2013 году в Китае было продано 36.5 тысяч роботов, что составляет 20 процентов от общего мирового объема продаж этой техники. К 2017 году в Китае будет работать самое большое количество роботов в мире, но соотношение количества роботов к количеству людей рабочих в Ките сейчас достаточно низко, приблизительно 30 роботов на 10 тысяч людей-рабочих. Первой в мире по этому показателю является Южная Корея, где на 10 тысяч рабочих приходится 396 роботов, а на втором месте находится Япония, где на 10 тысяч людей приходится 332 робота.

Роль роботранспорта в жизни людей пока ограничена, но в будущем этот вид транспорта станет неотъемлемой частью жизни человечества, так как в значительной степени облегчит их способы передвижения. К 2030 году роботизированные автомобили станут обычным явлением на дорогах наших городов. Скоро машины с искусственным интеллектом станут самым безопасным транспортным средством.

Одной из острых проблем современного технологического образования является внедрение новых производственных технологий в учебные дисциплины вуза, которое, с одной стороны, создает возможности получения современной профессиональной подготовки уже в вузе, с другой стороны — ставит определенные задачи в совершенствовании теории и методики преподавания этих дисциплин, создания условий быстрого, качественного усвоения отдельных профессиональных компетенций.

Поэтому будущие выпускники, сегодня нуждаются в обучении основам робототехники на том или ином уровне в зависимости от компетентностной модели выпускника. Поэтому проблема разработки учебных курсов для будущих инженеров по основам робототехники для студентов не терпит отлагательства. [1]

 

Литература:

 

1. Абдулгалимов Г.Л, Казагачев В.Н, Гулюта А. А. Всеобщее обучение будущих инженеров робототехнике — вложение в конкурентоспособное будущее нашей страны// Высшее образование сегодня. -2015. -№ 6. — С. 9–11.
2. Роботы за рулем! — http://ichip.ru/roboty-za-rulem.html
3. Казагачев В.Н, Гулюта А. А. Введение понятия «робот» и «робототехника» в образовании // Аспирант и соискатель. -2015. -№ 4. — С. 45–47.
4. Пассажирский роботизированный транспорт http://robotics.com.ua/shows/series_business/1515-modernconstruction_how_to_automate_the_process_of_construction_of_buildings
5. Мир и робототехника. // Шелезяка. -2015. — № 2. –С.5–7