Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.578.21.0264

Тема: «Разработка и исследование робототехнического комплекса для выполнения подводно-технических работ в условиях ограниченной видимости с использованием комплексной системы 3D зрения высокого разрешения»

Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы (ИТ)

Критическая технология: Технологии информационных, управляющих, навигационных систем

Период выполнения: 31.05.2018 – 31.12.2020

Индустриальный партнер: Акционерное общество «Научно-производственное объединение «Андроидная техника»

Цель проекта: создание робототехнического комплекса (РТК) для выполнения работ под водой в условиях ограниченной видимости на основе комплексной системы 3D зрения высокого разрешения. В ходе проекта будет разработана технология управления подводным РТК на базе технического 3D зрения, которая позволит:

– повысить точность выполняемых подводным РТК действий;

– создавать конкурентоспособные на мировом рынке отечественные образцы подводной робототехники, необходимые для эффективной эксплуатации морской инфраструктуры, исследований морского дна в целях геологоразведки или поиска артефактов и др.

Этап № 1: 31.05.2018 – 31.12.2018

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии № 14.578.21.0264 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на этапе № 1 в период с 31.05.2018 по 31.12.2018 выполнялись следующие работы:

- аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, проведение сравнительного анализа эффективности систем и алгоритмов построения 3D реконструкций объектов подводной обстановки на базе оптических (или других типов) камер и средств;

- проведение анализа существующих методов и алгоритмов комплексирования технического зрения;

- определение технических требований к комплексной системе 3D зрения высокого разрешения;

- разработка структурной схемы комплексной системы 3D зрения высокого разрешения;

- разработка структурной схемы исполнительной части ЭО РТК;

- определение технических требований к универсальному захвату с тремя исполнительными группами звеньев для работы с объектами массой до 5 кг;

- определение технических требований к манипуляторам с рабочим органом, обеспечивающим выполнение силовых и точных действий с внешними объектами;

- аналитический обзор требований, предъявляемых к оптическим камерам и другим средствам, обеспечивающим получение, обработку и передачу информации оператору;

- разработка схемы деления ЭО РТК;

- патентные исследования;

- анализ влияния податливости приводов и положения точки позиционирования на точность положения захвата;

- анализ тенденций развития и перспектив применения манипуляторов для осуществления действий с предметами в подводном пространстве, а также аналитический обзор научно-технической и методической литературы по способам управления манипуляторами;

- разработка кинематической схемы манипулятора с универсальным захватом для работы с объектами массой до 5 кг;

- разработка кинематической схемы манипулятора с рабочим органом, обеспечивающим выполнение силовых действий на внешние объекты с усилием до 200 Н.

При этом были получены следующие результаты:

  1. Выполнен обзор научно-технической и методической литературы по системам технического зрения (СТЗ), проведен анализ методов и алгоритмов 3D реконструкции подводных сцен и объектов. Также выполнен обзор существующих разработок РТК для выполнения подводно-технических работ, построенные с применением электрической, гидравлической и комбинированной (гибридной) энергетическими установками.
  2. Разработана архитектура СТЗ 3D высокого разрешения для осуществления действий РТК с предметами в подводном пространстве. Отличительными особенностями СТЗ являются:

– возможность нескольких вариантов построения 3D реконструкции подводных сцен и объектов в зависимости от характера решаемых задач (по перекрывающимся изображениям, поступающим с двух камер (стереопары), установленных на корпусе РТК; с помощью камер, расположенных на манипуляторах; с использованием стереопары и камер, установленных на манипуляторах, в режиме совмещения их изображений);

– возможность комплексирования датчиков различной физической природы (оптических камер с 3D звуковизором и/или инерциальной навигационной системы (ИНС), 3D звуковизора с ИНС), позволяющая повысить точность, робастность СТЗ;

– калибровка внутренних и внешних параметров камер в реальных подводных условиях.

  1. Разработаны кинематические схемы манипулятора с универсальным захватом и манипулятора с рабочим органом, обеспечивающим выполнение силовых действий на внешние объекты. Проведен кинематический анализ на предмет достижения ими всех крайних точек рабочего пространства РТК. Выполнен сравнительный анализ схем построения манипуляторных модулей по числу степеней подвижности; по усредненному показателю рабочего угла шарнира; по метрическим и объемным показателям.
  2. Разработаны два варианта универсальных захватных модулей (антропоморфного захватного модуля с зависимыми движениями звеньев исполнительных групп; универсального захватного модуля с независимыми движениями звеньев исполнительных групп).

Результаты проекта будут способствовать развитию отечественной подводной робототехники. Можно выделить следующие наиболее значимые сферы применения подводных РТК, построенных на базе результатов проекта:

– исследование океана, морской флоры и фауны;

– выполнение тонких манипуляции с биологическими и хрупкими объектами под водой;

– исследование морского дна в целях геологоразведки или поиска артефактов;

– обследование объектов подводной инфраструктуры.

Внедрение результатов проекта позволит:

– снизить риск для водолазов при выполнении опасных подводно-технических работ;

– повысить производительность труда при выполнении работ под водой за счет исключения непосредственного участия человека;

– получить базовую технологию для создания отечественных подводных робототехнических систем нового поколения, имеющих широкую функциональность и высокую автономность при выполнении работ под водой за счет внедрения комплексной системы оценки окружающей обстановки и интеллектуальной системы управления.