BEZZAŁOGOWY POJAZD DO WYKONYWANIA ZADAŃ SPECJALNYCH W STREFACH ZAGROśENIA

Transkrypt

1 Andrzej TYPIAK poziomy mobilności pojazdów, pojazd bezzałogowy, sprzęg hydrauliczny BEZZAŁOGOWY POJAZD DO WYKONYWANIA ZADAŃ SPECJALNYCH W STREFACH ZAGROśENIA W referacie przedstawiono wymagania dla bezzałogowych pojazdów do prowadzenia akcji ratowniczych. Ponadto opisano opracowany i zbudowany pojazd do wykonywania zadań specjalnych w strefach zagroŝenia. Jego prekursorska konstrukcja i nowatorskie rozwiązania osprzętów roboczych czynią go wysoce predysponowanym do sił zbrojnych i szeroko pojętych słuŝb ratowniczych. UNMANNED VEHICLE TO CARRIED OUT SPECIFIC MISSIONS IN HAZARDOUS AERAS In this paper the requirements for an unmanned vehicles to conducting rescue operations are presented. Also a vehicle, developed and executed to perform specific tasks in hazardous areas is described. Its precursor design and innovative working attachments make it highly predisposed to the armed forces and the widely understood emergency services. 1. POZIOMY MOBILNOŚCI POJAZDÓW Prowadzenie działań na obszarach o ograniczonym dostępie dla sprzętu przeznaczonego do poruszania się po drogach utwardzonych zawsze stanowiło wyzwanie dla słuŝb ratowniczych. Brak moŝliwości bezpośredniego dotarcia z wyspecjalizowanym sprzętem do rejonu działania powoduje obniŝenie tempa prowadzenia akcji, jej efektywności oraz skuteczności wymagając przy tym znacznie większego wysiłku i zaangaŝowania od uczestników akcji. Z tych względów obserwuje się tendencję wyposaŝania wyspecjalizowanych pododdziałów w sprzęt wysokiej mobilności, umoŝliwiający im skuteczne działania w szczególnie trudnych warunkach. Jego przeznaczeniem jest udzielenie szeroko rozumianego wsparcia logistycznego na stosunkowo krótkim dystansie (zwykle odległość rejonu akcji od dróg utwardzonych nie przekracza 0,5-3 km). Najczęściej wykorzystywane są do tego celu lekkie pojazdy wojskowe jak Gamma Goat, Supacat czy Heglund Bv-206 (rys. 1) [1]. Cechują się one stosunkowo niską ładownością (od 1000 kg do 3000 kg), ale bardzo wysoką mobilnością terenową (wzrost masy pojazdu i ładowności ogranicza jego

2 3848 Andrzej TYPIAK mobilność). W Polsce nie opracowano dotychczas norm pozwalających na jednoznaczne określenie poziomu mobilności pojazdu i istnieje w tym zakresie pełna dowolność. a) b) c) Rys. 1. Pojazdy adaptowane do prowadzenia akcji ratowniczych: a - Gamma Goat (USA) w wersji poŝarniczej; b - Supacat (Wielka Brytania) w akcji; c - Heglund Bv-206 (Szwecja) z zestawem wyposaŝenia [1] W międzynarodowych opracowaniach pojęcie wysokiej mobilności jest jednak dość jednoznaczne (określa je m.in. Nato Mobility Reference Model), a dobrym przykładem wymagań w tym zakresie jest brytyjska norma obronna, której wybrane kryteria oceny przedstawiono w tabeli 1. Za kryterium podstawowe zdolności poruszania się w terenie uznano naciski układu jezdnego na podłoŝe wyznaczone metodą MMP, natomiast inne kryteria pełnią rolę pomocniczą, umoŝliwiającą ocenę zdolności pokonywania przeszkód.

3 BEZZAŁOGOWY POJAZD DO WYKONYWANIA ZADAŃ Tabela 1. Wybrane brytyjskie wojskowe wymagania w zakresie mobilności pojazdów transportowych w zaleŝności od ładowności (rozpatrywany przedział t) [2] Wymaganie Wymagania dodatkowe główne Poziom mobilności Uśrednione Stateczność Minimalny Prześwit naciski maksymalne MMP, kpa poprzecznakąt wywrotu promień skrętu kół, m głębokość brodzenia, mm (nachylenie %) Pojazdy niskiej mobilności (LMLC - Low Mobility Load Carriers) pojazdy komercyjne, przeznaczone do poruszania się > (53-49%) 6,5-12, po drogach publicznych, uŝywane w terenie tylko w szczególnie sprzyjających warunkach Pojazdy niskiej mobilności ulepszone (ILMLC -Improved Low Mobility Load Carriers) pojazdy o wyŝszej mobilności od (53-49%) 6,5-12, LMLC, lecz nie spełniające wymagań MMLC Pojazdy średniej mobilności (MMLC - Medium Mobility Load Carriers) zdolne do poruszania się po zniszczonych drogach i (58-53%) 6,5-9, objazdach przy asyście wojsk inŝynieryjnych (wzmacnianie dróg, odwadnianie itp.), rzadko poruszające się poza drogami, nie wymagane zdolności pokonywania przeszkód Pojazdy średniej mobilności ulepszone (MMLC - Improved Medium Mobility Load Carriers) pojazdy o wyŝszej mobilności od (65-58%) 6-8, MMLC, lecz nie spełniające wymagań HMLC Pojazdy wysokiej mobilności (HMLC - High Mobility Load Carriers) wymagana zdolność dotarcia do pozycji zajmowanych przez wozy bojowe w terenie, bez wsparcia ze strony wojsk inŝynieryjnych (70-65%) 5, Porównując parametry i moŝliwości poruszania się pojazdów będących na wyposaŝeniu polskich pododdziałów ratownictwa z przytoczonymi kryteriami, moŝna stwierdzić, Ŝe najlepsze z nich mogą być zaliczone zaledwie do kategorii średniej

4 3850 Andrzej TYPIAK mobilności i efektywne ich uŝycie poza drogami utwardzonymi jest moŝliwe tylko w sprzyjających warunkach terenowych. Poruszanie się po drogach gruntowych lub bezdroŝach, zwłaszcza po opadach - obarczone jest wysokim ryzykiem ugrzęźnięcia i nie wykonania zadań. 2. WYMAGANIA DLA POJAZDU DO PROWADZENIA AKCJI RATOWNICZYCH Dla sprawnego prowadzenia akcji ratowniczych niezbędne jest szybkie wdroŝenie systemów zmniejszających zagroŝenie załóg poprzez wykorzystanie teleoperacji. Rozwiązania autonomiczne lub półautonomiczne są na obecnym poziomie technologicznym zbyt niedoskonałe i zawodne oraz nie rokują moŝliwości wdroŝenia w horyzoncie czasowym poniŝej lat [1]. Z uwagi na specyfikę działań ratowniczych, koncentrujących się na terenach zurbanizowanych, priorytetem jest zapewnienie wsparcia logistycznego w obszarze prowadzenia akcji, oraz na bezpośrednich podejściach w terenie otwartym. Efektywność działania wymaga : teleoperacji na dystansie do 3 km (min.1,5 km) sterowanie spoza strefy bezpośredniego zagroŝenia; transportowania ładunku o masie od 1500 do 3500 kg (1-3 europalety); zdolności do samo załadunku i samo rozładunku wskazana zdolność do podejmowania ładunków niestandardowych; poruszania się po bezdroŝach oraz pokonywania przeszkód terenowych i urbanistycznych na poziomie lepszym od samochodów terenowych. Wymagania wysokiej mobilności terenowej, wynikają bezpośrednio z koncepcji uŝycia systemu w strefie zniszczonej, w której naleŝy załoŝyć brak moŝliwości wykorzystania istniejących dróg spowodowany: brakiem funkcjonalnych połączeń komunikacyjnych; celową lub przypadkową blokadą dróg komunikacyjnych; koniecznością ominięcia stref bezpośredniego zniszczenia; poŝądanym skróceniem czasu trwania akcji. PowyŜsze warunki implikują niezbędne wysokie zdolności poruszania się pojazdu w trudnym terenie, które obejmują zdolności: pokonywania terenu o niskiej nośności - poŝądana jest zdolność do poruszania się z ładunkiem po terenie o nośności rzędu CI = 200 kpa (standardowe cięŝarowe samochody terenowe mogą poruszać się po podłoŝach o nośności ok. 400 kpa); pokonywania pochyleń wzdłuŝnych rzędu 60% (31 0 ) i poprzecznych powyŝej 40% (23 0 ) z zapasem stateczności rzędu 20% (oznacza to poŝądane statyczne pochylenie wzdłuŝne min 80%, a poprzeczne min. 60%); pokonywania relatywnie duŝych przeszkód terenowych jak wały ziemne, rowy, ścianki, gruzowiska na poziomie nie gorszym od samochodów cięŝarowoterenowych. NaleŜy zauwaŝyć, Ŝe maksymalna prędkość przejazdowa w takiej aplikacji nie jest priorytetem (waŝniejsza jest zdolność dotarcia do celu) i wystarczające jest osiąganie km/h. Zapewnienie moŝliwości spełnienia tak sformułowanych oczekiwań wymaga :

5 BEZZAŁOGOWY POJAZD DO WYKONYWANIA ZADAŃ bardzo niskiego połoŝenia środka cięŝkości pojazdu i ładunku (warunek stateczności); wieloosiowego układu jezdnego (dla zapewnienia niskich nacisków jednostkowych na podłoŝe); bardzo dobrego kopiowania terenu (w celu wykorzystania siły przyczepności do pokonywania przeszkód terenowych); bardzo dobrego układu napędowego: odpornego na przeciąŝenia, pozwalającego rozwijać prędkości pełzające (niezbędne do pokonywania duŝych przeszkód) oraz umoŝliwiającego płynnie ruszanie i bezstopniową zmianę prędkości (diametralnie ułatwiające zdalne sterowanie). Biorąc pod uwagę, Ŝe wymagana ładowność jest porównywalna do ładowności samochodu Star 266 (w terenie 3500 kg), natomiast zdolności terenowe znacząco wyŝsze, naleŝy stwierdzić, Ŝe konwencjonalne pojazdy nie są w stanie spełnić tak zdefiniowanych oczekiwań [3]. 3. OPIS OPRACOWANEGO POJAZDU Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, Ŝe pojazd powinien mieć konstrukcję członową, która przy relatywnie małym skoku zawieszenia umoŝliwia świetne kopiowanie terenu. Pojazdy wieloosiowe (na podstawie analizy nacisków na podłoŝe oszacowano niezbędną liczbę osi na 5-6 szt.) przy duŝych nierównościach terenowych nie zapewniają właściwej współpracy kół z podłoŝem. Ponadto kontrolowany hydraulicznie sprzęg łączący człon przedni (napędowo-transportowy) i tylny (transportowy) oprócz wspomagania skrętu, pozwala na zwiększenie zdolności pokonywania przeszkód (rys. 2). Rys. 2. Widok bezzałogowego pojazdu dwuczłonowego Dla zapewnienia wymaganych zdolności zbudowany pojazd charakteryzuje się: nisko połoŝonym środkiem cięŝkości pojazdu (980 mm) i ładunku (720 mm); 5-cio osiowym układem jezdnym; bardzo dobrą zdolnością kopiowania terenu; hydrostatycznym układem napędowym.

6 3852 Andrzej TYPIAK Efektywną realizację funkcji transportowych zapewnia widłowy system samo załadowczy wykorzystujący specjalnie zaprojektowany nowy standard palet o zwiększonych moŝliwościach transportowych zgodny z istniejącymi systemami. Dzięki wyposaŝeniu go w układ ryglowania umoŝliwi on zastosowanie (i szybką wymianę) wyspecjalizowanych platform roboczych (rys. 3). Rys. 3. Podejmowanie ładunku z platformy pojazdu za pomocą widłowego systemu samozaładowczego W celu zwiększenia elastyczności systemu transportowego pojazd został wyposaŝony w wielozadaniowy manipulator z wymiennymi chwytakami, o udźwigu do 300 kg. UmoŜliwia to podejmowanie nie tylko materiałów przygotowanych do transportu (paletyzowanych), ale takŝe innych przedmiotów np.: beczek wypełnionych róŝnorodnymi materiałami; bali drewnianych; butli z gazem itp.. Jego konstrukcja pozwala na złoŝenie go do rozmiarów nie wykraczających poza obrys pojazdu, ustawienie w pozycji dogodnej dla operatora przy manewrowaniu pojazdem i pełne rozwinięcie do realizacji załoŝonych zadań. UmoŜliwia on nie tylko podejmowanie ładunków, ale takŝe prowadzenie prac rozgrodzeniowych, usuwanie przeszkód terenowych, montaŝ specjalnego wyposaŝenia (działko wodne, kamera, czujniki). Opracowany specjalny chwytak umoŝliwia podejmowanie nie tylko materiałów przygotowanych do transportu (paletyzowanych), ale takŝe innych przedmiotów np.: beczek wypełnionych róŝnorodnymi materiałami; bali drewnianych; butli z gazem itp.. Pozwoli to na poszerzenie zakresu potencjalnych zastosowań, przy zwalczaniu skutków klęsk Ŝywiołowych, katastrof, oraz podejmowaniu materiałów niebezpiecznych (rys. 4).

7 BEZZAŁOGOWY POJAZD DO WYKONYWANIA ZADAŃ a) b) Rys. 4. Podnoszenie ładunków: a - załadunek na pojazd; b podejmowanie ładunku zza przeszkody Opracowany aktywny sprzęg hydrauliczny pełni potrójną rolę: - wspomaga układ skrętu pojazdu; - zwiększa zdolność pokonywania przeszkód; - stabilizuje pojazd podczas podnoszenia ładunków. System akumulatorów w sprzęgu elastycznie rozkłada obciąŝenia pomiędzy członami i usztywnia sprzęg na czas podnoszenia ładunków (rys. 5). Rys. 5. Widok aktywnego sprzęgu hydraulicznego

8 3854 Andrzej TYPIAK 4. PODSUMOWANIE Opracowana konstrukcja pojazdu, sprzęgu hydraulicznego, osprzętu samo załadowczego i manipulatora, zarówno pod względem wytrzymałościowym jak i kinematycznym spełnia stawiane oczekiwania. Przeprowadzone badania poligonowe potwierdziły wysoką wiarygodność wirtualnego prototypowania oraz słuszność przyjętych koncepcji pracy osprzętów. Kinematyka osprzętów roboczych pozwala na szybką realizację przewidywanych zadań zarówno w zakresie podejmowania ładunków jak i ich transportu. Pojazd rozwija przy tym załoŝone siły udźwigu i uciągu. PowyŜsze czynniki, oraz zdolność do realizacji zróŝnicowanych zadań poprzez dostosowanie pojazdu do szybkiego podejmowania i instalacji narzędzi i osprzętów specjalnych sprawiają, Ŝe powstała unikatowa w swoim rodzaju bezzałogowa platforma o szerokich moŝliwości jej zastosowań. 5. BIBLIOGRAFIA [1] M. Łopatka, A. Typiak: Koncepcja pojazdu transportowego o wysokiej mobilności. Logistyka Nr 3/2009. [2] Typiak, R. Typiak., T. Muszyński: Support robots for the polish armed forces, 5th IARP RISE 2011 Robotics for risky interventions and Environmental Surveillance- Maintenance Brussels - Leuven, BELGIUM June [3] Typiak i inni: Sprawozdanie z realizacji projektu rozwojowego pn.: Bezzałogowy pojazd do wykonywania zadań specjalnych w strefach zagroŝenia. Warszawa WAT 2011.