Вы здесь

Разработка концепта автопогрузчика

Разработка концепта автопогрузчика
Задача: 
Разработать устройство погрузки для беспилотного транспорта

Одна машина может сделать работу пяти обычных людей;
ни одна машина не сделает работу одного незаурядного человека. 

Элберт Хаббард.

 

В будущем автомобили смогут управляться без участия человека. В идеальном случае они будут полностью автономными, и человек будет лишь указывать направление движение, все остальное автомобиль будет делать сам – следить за дорогой, оценивать местность, опознавать другие транспортные средства, прохожих и многое другое. Данная концепция использования транспорта важна не только для гражданского применения, так для военных, спасателей и МЧС. Ведь благодаря ей можно будет избежать участия человека в ситуациях высокого риска и угрозы здоровью и даже жизни. Подобные устройства уже сейчас выделены в отдельный класс и носят название «беспилотное наземное транспортное средство» (Unmanned Ground Vehicle, UGV).

Беспилотное транспортное средство на службе военных.

Беспилотное транспортное средство на службе военных.

 

Во всем мире испытания автоматизированных и автоматических транспортных средств активно производятся с середины двухтысячных годов. Например, в 2004 году при поддержке организации DARPA проводился конкурс DARPA Grand Challenge, в рамках которого беспилотные транспортные средства должны были пройти определенный путь по местности без помощи человека. Тогда конкурс обернулся провалом – не одно из транспортных средств не смогло достигнуть цели. Однако, в последующие годы испытания проходили более успешно.

Финишные ворота соревнований DARPA.

Финишные ворота соревнований DARPA.

 

Один из победителей соревнований DARPA Grand Challenge 2005 года – транспортное средство Terramax производства Oshkosh Corporation, принятое в последствии на вооружение США. Это беспилотное транспортное средство используется для перевозки груза и в разведке в районах с высокой степенью риска. 

Разработки беспилотных транспортных средств активно ведутся во всем мире, как автоконцернами в инициативном порядке, так и по заказу государственных структур. В качестве одного из примеров стоит обратить внимание на устройства, которые с самого начала проектируются как беспилотные. Прилагается пример израильского беспилотного военного транспортного средства Guardium. С 2009 года стоит на вооружении армии Израиля и используется в качестве сопровождения колонн и разведывательных целях.

 

Израильское беспилотное транспортное средство Guardium.

Израильское беспилотное транспортное средство Guardium.

 

А здесь представлен один из самых известных на сегодняшний день проектов – от Google, имеющее несколько прототипов, первые из которых — автомобили, дооснащенные системами машинного зрения, последние прототипы – это автомобили, изначально спроектированные под беспилотное управление, не имеющие даже руля в салоне. В настоящее время автомобили проходят испытания. При эксплуатации возникают значительные сложности, связанные с невозможностью управления в условиях осадков и заснеженной местности.

 

Прототип транспортного средства Google с лидаром на крыше.

Прототип транспортного средства Google с лидаром на крыше.

 

Беспилотное транспортное средство должно обладать рядом устройств, от системы удаленного запуска двигателя (которые сейчас устанавливаются и в обычных автомобилях), системами поворота руля и прочих устройств, технически не представляющих на сегодняшний день особого интереса и сложности в связи с довольно простой конструкцией. Гораздо большую сложность представляют системы машинного зрения, позволяющие ориентироваться на местности в реальном времени. Это электронные глаза автомобиля, способные распознавать образы, оценивать обстановку и принимать решение о сигналах управления на исполнительные устройства. Для реализации подобного рода системы может быть использовано несколько различных типов устройств, работающих в связке. В настоящее время разработкой и внедрением систем машинного зрения занимаются многие компании в мире. Подобные работы ведутся и в России.

 


Система машинного зрения. Так беспилотный транспорт видит окружающий мир.

 

В нашей стране данному классу устройств еще предстоит развитие. В связи с этим мы в компании устроили мозговой штурм, представили все идеи на тему перспективного беспилотного грузового транспортного средства, которые пришли в голову, нарисовали несколько скетчей, и идея стала развиваться. Основной целью грузового транспорта является получение, транспортировка и передача груза. Для того, чтобы грузовое транспортное средство могло эффективно действовать максимально автономно, оно должно само уметь подбирать и выгружать груз. Для этого необходимо оснастить его системой автопогрузки.

 

Разработка концепта автопогрузчика. Изометрия.

Разработка концепта автопогрузчика. Изометрия.

 

Предлагаемое нами устройство автопогрузки — это вариация ковша, имеющего желоба для захвата груза и ролики для перемещения груза. Форма ковша разработана таким образом, чтобы обеспечить погрузку и выгрузку габаритной тары и контейнеров за счет вращающегося движения, исключая при этом переворачивание или опрокидывание груза. Во время перевозки груза датчики объема и трехмерные сканеры с датчиком глубины, типа Kinect 2.0, могут определять состояние груза и выдать сигналы предупреждения в случае возникновения вероятности опрокидывания. Для обеспечения доставки груза из одного комплекта должен по частям в различные точки местности, на подложке внутри кузова необходимо установить конвейер для исключения участия человека в процессе выгрузки. Это может быть реализовано с помощью нескольких вариантов, но наиболее эффективный (и технически сложный) – система микроконвейеров с шаровыми толкателями. Здесь каждый конвейер – это автономная подложка, способная перемещаться в четырех направлениях. Подобная система может обеспечить выгрузку отдельных элементов груза. В противном случае придется опорожнять весь кузов, а потом снова подбирать нужные элементы и вести их на следующую точку выгрузки.

 

Разработка концепта автопогрузчика. Два варианта конвейера на подложке кузова.

Разработка концепта автопогрузчика. Два варианта конвейера на подложке кузова.

 

Для обеспечения удобной погрузки и выгрузки предполагается использование транспортируемых кейсов типа «Корсар» и «Пеликан», которые рекомендуется дооснастить выступающими бобышками на равном расстоянии друг от друга для удобного захвата ковшом автопогрузчика.

 

Разработка концепта автопогрузчика. Облик транспортируемой тары.

Разработка концепта автопогрузчика. Облик транспортируемой тары.

 

Разработка концепта произведена в качестве инициативного предложения для определения перспективного облика функциональных частей беспилотных грузовых транспортных средств. В качестве основного шасси использована модель КАМАЗ как наиболее распространенного отечественного производителя грузовых автомобилей.

 

Разработка концепта автопогрузчика. Общий вид транспорта.

Разработка концепта автопогрузчика. Общий вид транспорта.

 

В нашей концепции для оценки обстановки и построения пространственной картины местности на дистанциях до 240 метров используются лидары (лазерные радары). Всего в концепте используется два данных устройства, устанавливаемые на крыше – один лидар на кабине и один в задней части кузова. Несмотря на высокие преимущества в дальности, точности, скорости сканирования, в применении радаров нельзя не отметить сложности, заключающиеся в наличии подвижных частей и высокой стоимости, а также высокой нагрузке на вычислительную систему для построения пространственной картины в реальном времени. Искренне надеемся, что в ближайшее время мы сможем увидеть первые образцы отечественных беспилотных автомобилей высокой грузоподъемности.

 

Разработка концепта автопогрузчика. Ковш.

Разработка концепта автопогрузчика. Мониторинг состояния груза внутри кузова.

Разработка концепта автопогрузчика. Транспортные контейнеры.

Разработка концепта автопогрузчика. Варианты исполнения конвейера.

Разработка концепта автопогрузчика. Общий вид. 

Разработка концепта автопогрузчика. Оранжевым цветом показаны дополнительные компоненты к базовой модели - ковш-автопогрузчик, лидары, датчики глубины.

Разработка концепта автопогрузчика. Оранжевым цветом показаны дополнительные компоненты к
базовой модели — ковш-автопогрузчик, лидары, датчики глубины.

Алексей Карфидов 40