Техническое извещение 16

В настоящем техническом извещении представлена краткая информация о практическом создании и использовании узкополосной технологической радиосети обмена данными УКВ диапазона в интересах организации командно-управляющей радиосети для мобильных (подвижных) радиотехнических комплексов1 различного назначения на примере изделий российской компании «СМП роботикс» (г. Зеленоград). В статье использованы данные, полученные в результате натурных испытаний технологической радиосети для удаленного управления автономным подвижным колесным роботом, проведенных на заводском полигоне компании летом 2023 года. Материал предназначен для специалистов, занимающихся созданием интегрированных информационно-управляющих систем в промышленности и на транспорте, предусматривающих применение в их составе наземных подвижных роботов.

1. Общая информация

В ходе испытаний была проверена и оценена возможность применения узкополосных радиомодемов УКВ диапазона в интересах организации командно-управляющей радиосети для удаленного управления одним или группой автономных подвижных роботов ООО «СМП роботикс» различного назначения.

C:\Инструкции\Презентация\РЖД\СБОРКА Робот SRX2 (РЖД).jpg

Автономный наземный подвижный робот ООО «СМП Роботикс».

Испытания были проведены в статическом состоянии и при движении по пересеченной местности с использованием робота «Инспектор», входящего в состав платформы Т7.

Основные виды информации, передаваемой в командно-управляющей радиосети между оператором/пунктом управления (ПУ) и автономным подвижным наземным роботом, включают в себя:

  • сигналы управления движением «ПУ-борт»);

  • доклады о действиях робота, включая навигационную информацию («борт-ПУ»);

  • сигналы управления полезной нагрузкой («ПУ-борт»);

  • доклады об использовании полезной нагрузки («борт-ПУ»);

  • запросы о техническом состоянии подсистем и агрегатов робота («ПУ-борт»);

  • доклады о техническом состоянии подсистем и агрегатов робота («борт-ПУ»);

  • запросы о техническом состоянии полезной нагрузки («ПУ-борт»)

  • доклады о техническом состоянии полезной нагрузки («борт-ПУ»).

Краткая информация о роботах, входящих в состав вышеуказанной платформы, представлена в Таблице 1.

  1. Перечень и назначение автономных подвижных наземных роботов платформы Т7 ООО «СМП Роботикс».

Т7 «Инспектор» Т7 «Атмосфера»
C:\Инструкции\Презентация\Сургут\DSC_1748 - белый фон.jpg C:\Инструкции\Презентация\Казахстан\GANG 2.jpg
На поворотной платформе робота установлены тепловизионная и обычная камеры, соосно с ними закреплен дистанционный лазерный детектор метана. Робот автоматически наводит камеры на объект с целью обнаружения утечек. Изображение с камер и показания газового детектора передаются оператору по беспроводным каналам связи и сохраняются на борту. При отсутствии возможности передачи данных в процессе движения они скачиваются на сервер информационной системы во время зарядки робота по широкополосному беспроводному каналу связи IEEE 802.11 WiFi. Реализованный алгоритм работы предполагает, что робот в автоматическом режиме перемещается по заданному маршруту, объезжая препятствия, а по завершению выполнения задачи встает на автоматическую зарядку аккумуляторных батарей. Оператор может оперативно просматривать поступающие от робота мультимедийные данные и вносить изменения в его действия.

Станция контроля качества воздуха, установленная на борту мобильного робота, позволяет контролировать состав атмосферы на заданной территории по маршруту движения робота и передавать ее оператору по беспроводному каналу обмена данными. Автономные мобильные роботы, оснащенные станциями мониторинга воздуха, позволяют в оперативном режиме и с высокой детализацией получать достоверную информацию об антропогенных выбросах парниковых газов и измерять концентрации следующих веществ: кислород, озон, оксид углерода

(угарный газ), диоксид углерода (углекислый газ), метан, формальдегид, оксид азота, диоксид азота, аммиак, диоксид серы, сероводород, фосфин, хлор, цианистый водород.

  1. Перечень и назначение автономных подвижных наземных роботов платформы Т7. (продолжение)

Т7 «Курьер» Т7 «Патруль»
C:\Инструкции\Презентация\Кузбас\SRX2 трансортный 2-4.jpg C:\Инструкции\Презентация\Норникель\Faro focus 3D 6.jpg

Робот предназначен для транспортировки небольших грузов, включая жидкости (например, емкости с пробами) на закрытой территории. Он обладает проходимостью, достаточной для надежного движения по заснеженным дорогам и слабо пересеченной местности. Энерговооруженность робота позволяет ему преодолевать расстояния до 15 км при температуре воздуха до ‒40°С и перевозить груз массой до 30 кг.

Отличительной особенностью робота является простота управления. Открытие транспортного отсека и назначение места доставки производятся с установленной на борту клавиатуры.

 На мачте мобильного робота установлена управляемая камера высокого разрешения. Благодаря мощному увеличению оптической системы, камера позволяет рассматривать удаленные объекты на расстоянии до 500 метров. Изображение с камеры транслируется по беспроводным каналам связи и сохраняются на борту. Робот дополнительно оснащен рупорным громкоговорителем для звукового оповещения персонала и может перемещаться как в автоматическом режиме, так и под управлением оператора.

1. Испытания на борту робота Т7 «Инспектор»

Испытания были разбиты на два этапа — лабораторные, которые были проведены в закрытом помещении (цеху) и натурные, организованные и проведенные на открытом полигоне.

В рамках испытаний на борту робота Т7 «Инспектор» был установлен и подключен к бортовому вычислительному комплексу узкополосный радиомодем Guardian-400 производства американской компании NextGen RF Design (www.nextgenrf.com) в диапазоне 406-470 МГц. Данный выбор был обусловлен необходимостью доработки технического решения для партии роботов, поставляемых компанией «СМП роботикс» в США. Следует отметить, что данное устройство представляет собой «прозрачное»2 устройство, работающее по последовательному интерфейсу, не позволяющее производить удаленную настройку радиосети, в связи с чем все настройки были выполнены заранее. Удаленная настройка полезной нагрузки программой испытаний не предусматривалась и на практике не производилась. Общий вид радиомодема Guardian представлен на Рис. 1 и 2.

  1. Общий вид радиомодема Guardian.

  1. Радиомодем Guardian-400 на борту робота Т7 «Инспектор» в ходе лабораторного этапа испытаний.

Основные технические характеристики радиомодема Guardian представлены в Таблице 2.

  1. Основные технические характеристики радиомодема Guardian.

Общие характеристики Радиомодем Guardian
NextGen RF Guardian WEB
ОВЧ УВЧ 900 МГц
Диапазон частот, МГц 136–174 406–470, 450–512 928-960
Шаг сетки частот, кГц 25 или 12,5 (настраивается программно)
Тип излучения 9K55F1D, 9K35F1D, 11K6F1D, 14K6F1D, 16K4F1D
Потребляемый ток:  
- приём, мА 360 (10 В); 200 (20 В); 150 (30 В)
- передача 40 дБм (10 Вт), А 4,6 (10 В); 2,04 (20 В); 1,37 (30 В)
- передача 30 дБм (1 Вт), А 1,2–3,6 (10 В); 0,6–1,8 (20 В); 0,4–1,2 (30 В)
Номинальная задержка при холодном старте, с 20
Рабочее напряжение, В 10–30, постоянный ток
Рабочая температура, °C от -30 до 60
Температура хранения, °C от -45 до 85
Влажность, % 5–95 (без образования конденсата)
Габаритные размеры, см 13,97 (Ш) х 10,80 (Г) x 5,40 (В)
Масса (в упаковке), кг 1,1
Рабочий режим Симплекс, полудуплекс, дуплекс Симплекс, полудуплекс
Приемник
Чувствительность (вероятность ошибки 1х10-6), дБм:  
- 25 кГц -100 (19,2 кбит/с), -107 (9,6 кбит/с), -110 (4,8 кбит/с)
- 12,5 кГц -107 (9,6 кбит/с), -110 (4,8 кбит/с)
Подавление помех по соседнему каналу, дБ 60/12,5 кГц; 70/25 кГц
Интермодуляция, дБ >75
Избирательность, дБ >70/25 кГц; >60/12,5 кГц
Передатчик
Полоса пропускания без подстройки, МГц 38

64

(406,1–470)

 32

62

(450–512)
Выходная мощность при напряжении 13,6 В, Вт 1-10 1-8
Время атаки, мс <1
Время переключения между каналами, мс <15
Импеданс, Ом 50
Цикл работы на передачу, % 100
Стабильность частоты, ppm 1,0
Интерфейсы RS-232 (DB9)
Антенна TNC (мама) – приём/передача, SMA (мама) – приём (для дуплексных моделей)
Модем
Скорость, кбит/с 4,8; 9,6; 19,2
Индикация Питание, состояние, подключение к ЛВС, работа ЛВС, приём/передача
Вид модуляции 2FSK

Натурные испытания были проведены с использованием типовой схемы коммутации оборудования с задействованием одного автономного подвижного робота Т7 «Инспектор». Базовый радиомодем Guardian-400 был подключен к пульту управления оператора, имеющего встроенные средства спутниковой навигации и удаленный доступ к опорной навигационной станции ГЛОНАСС/GPS, позволяющий повысить точность навигации робота при движении по маршруту и выполнении служебных операций, включая самостоятельное подключение к зарядной станции с целью подзарядки бортового аккумулятора. Второй радиомодем был установлен на борту робота и подключен к программируемому контроллеру по последовательному интерфейсу. Использование последовательного интерфейса в данном случае позволило максимально сократить задержки при обмене данными по командно-управляющей радиосети и оценить ее пропускную способность в части возможности одновременного обслуживания нескольких роботов. Собранная от бортовой полезной нагрузки тестовая информация передавалась на пульт оператора в процессе подзарядки бортовой аккумуляторной батареи по широкополосному каналу WiFi. Общая схема испытаний представлена на Рис. 2.

  1. Типовая схема коммутации оборудования для проведения натурных испытаний узкополосной технологической радиосети управления и обмена данными автономного подвижного робота Т7 «Инспектор».

Натурные испытания проводились в упрощенных условиях на слабо пересеченной местности. Основной задачей была проверка работы системы управления роботом и контроля его местоположения. Задача определения максимальной дальности связи в процессе испытаний не ставилась, поэтому базовый радиомодем работал с уровня земли с подъемом приемопередающей антенны на 1,5 метра, что обеспечило устойчивую и надежную работу на всем маршруте, наиболее удаленная от базовой станции точка которого находилась на расстоянии более трех километров. В ходе работ была обеспечена надёжная связь с роботом на всех участках маршрута его движения. По радиосети было передано 20 тыс. сообщений, доведение 19976 из которых было подтверждено инструментальными средствами объективного контроля. Задержки в доставке данных оказались более чем приемлемыми и не оказали отрицательного влияния на работу системы управления, пропускная способность радиоканала за счет малого времени доступа оказалась приемлемой при работе даже на пониженных скоростях.

Таким образом, испытания прошли успешно и подтвердили возможность использования технологической радиосети обмена данными в интересах удаленного управления автономными подвижными наземными робототехническими комплексами.