Фото робота Мобот-Ч-ХВ

Российское соревнование юных исследователей
«Шаг в будущее»
«Роботы, предназначенные для работы в условиях
повышенной радиации»
Работу выполнил Конелец И.
Ученик МОБУСОШ №4
города Лабинска 9 «В» класс
Научный руководитель
Кузнецова Г.Н.
г.Лабинск 2012
2
«Роботы, предназначенные для работы в условиях повышенной радиации»
Конелец Иван Евгеньевич
Россия Краснодарский край город Лабинск
Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №4 9 «Б» класс
Аннотация.
В данной работе рассмотрены вопросы развития робототехники в России .Пожалуй,
единственным положительным последствием радиационной катастрофы наЧАЭС 1986
года является то, что авария послужила мощным импульсом развития гражданской
робототехники в СССР. На момент аварии оказалось, что в стране первой запустившей
человека в космос, обладающей мощнейшей научной базой по разработке автоматических
аппаратов для покорения Луны и Марса, отсутствовали роботы и роботизированные
средства способные помочь человеку в чрезвычайных ситуациях на земле. Роботы –
способные войти в горящее здание или обследовать участки с высоким радиационным
фоном не разрабатывались и не производились. Чернобыльская авария открыла глаза и на
эту проблему. Оказалось, что часть работы по очистке (дезактивации) зданий
Чернобыльской АЭС просто невозможно выполнить без автоматических, дистанционноуправляемых систем – уровни радиационного загрязнения исключали присутствие
человека. Также роботы требовались и после эпохального строительства укрытия над
разрушенным реактором.К сожалению, за прошедшее время после аварии не проводилась
систематизация и обобщение всех типов роботов разработанных за 20-ти летний период
существования Саркофага, отсутствует исторический анализ выполняемых ими работ в
Саркофаге.
Цели и задачи работы:
1. Рассмотреть проблему робототехники ;
2. Ознакомиться с имеющимися на сегодняшний день роботами работающими в
экстремальных условиях;
3. Познакомить с данной
темой обучающихся своей школы.
3
«Роботы, предназначенные для работы
в условиях повышенной радиации»
Конелец Иван Евгеньевич
Россия Краснодарский край город Лабинск
Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №4 9 «Б» класс
План исследований.
Исходные проблемы для исследовательской деятельности по данному проекту:
1. Выбор будующей профессии.
2. Низкий уровень практических занятий во внеурочное время для исследовательской
работы по физике .
Цели проекта:
- Стимулирование своей познавательной активности;
- Возможность познакомиться с робототехникой.
- провести систематизацию робототехники принимавшей участие в ликвидации
последствий аварии на Чернобыльской АС.
Объектом исследования в данном проекте является техническое устройстворобот.
Проектированием и испытанием роботов для Чернобыля занималось большое количество
ученых, институтов и конструкторских бюро. Над созданием роботизированных
комплексов
объединялись
коллективы
многих
институтов.
В
реальных
условиях Саркофага испытывались как отечественные, так и зарубежные роботы
(изготовленные в Германии, Японии, США). За послеаварийный период у многих был
накоплен значительный опыт разработки роботов для применения при возникновении ЧП
радиационного характера. Сегодня значительная часть разработок забыто, часть
роботостроительных коллективов прекратили свое существование, а их богатый опыт
утерян. Но часть институтов, особенно в России и сегодня занимаются созданием
многоцелевых роботов для работы в чрезвычайной обстановке.
4
Перечень основных институтов занимавшихся разработкой роботов и
робототехнических комплексов для Чернобыльской АЭС в 1986 году:
ВНИИ «Трансмаш»;
ВНИИАЭС;
НПО «Энергия»;
МГТУ имени Н.Э. Баумана;
Государственный институт физико-технических проблем;
ЦНИИ робототехники и технической кибернетики;
ИФТП;
“Пролетарский завод”;
НПО “Источник”;
НПО “Электронмаш”;
ГОИ;
НИИ телевидения;
Киевский институт автоматики
Наиболее известные марки роботов применявшиеся на ЧАЭС в 1986 году:
 Клин-1
 Специализированный транспортный робот (СТР-1) — Клин-2
 Мобот-Ч-ХВ и Мобот-Ч-ХВ-2
 MF-2 и MF-3 — тяжелые радиоуправляемые роботы (производство Германии –
роботы сразу вышли из строя под действием ионизирующего излучения)
 БАЭР («Белоярец»)
 МВТУ-2
5
 ТР-Б1
 РТК «Авангард»
 РР-Г1 (робот разведчик)
Заключение.
В ходе исследования я получил много новой интересной информации. Увидел важность
знаний по данному вопросу. Необходимость создания роботов в России для работы в
чрезвычайной обстановке.
Сегодня «экстремальная робототехника» охватывает ряд важных областей человеческой
деятельности – роботы применяются для ликвидации чрезвычайных ситуаций природного
и техногенного характера. Роботы изучают труднопроходимые и опасные участки,
используются для проведения спасательных работ, выполняют сложные технологические
операции, а также используются для работы под водой.
6
Оглавление
Чернобыль и Роботы ........................................................................................................................ 7
Чернобыльская робототехника 1986 года ........................................................................................ 9
Робот СТР-1 ..........................................................................................................................................12
Специализированный транспортный робот на ЧАЭС ............................................................12
Техническая характеристика и компоненты робота ...................................................................15
Мобильный робот — Мобот-Ч-ХВ...................................................................................................18
Мобот-Ч-ХВ-2.......................................................................................................................................20
Современные модели Мобот .............................................................................................................20
Проблемы робототехники и роботов ...........................................................................................22
Интернет ресурсы используемые в работе : ..............................................................................23
7
Робот и робототехника на ликвидации аварии
Чернобыль и Роботы
Робот - ДУА
Робот магнитоход на ЧАЭС
Проектированием и испытанием роботов дляЧернобыля занималось большое количество
ученых, институтов и конструкторских бюро. Над созданием роботизированных
комплексов
объединялись
коллективы
многих
институтов.
В
реальных
условиях Саркофага испытывались как отечественные, так и зарубежные роботы
(изготовленные в Германии, Японии, США). За послеаварийный период у многих был
8
накоплен значительный опыт разработки роботов для применения при возникновении ЧП
радиационного характера. Сегодня значительная часть разработок забыто, часть
роботостроительных коллективов прекратили свое существование, а их богатый опыт
утерян. Но часть институтов, особенно в России и сегодня занимаются созданием
многоцелевых роботов для работы в чрезвычайной обстановке.
Робот "Пионер"
Как правило, такие роботы берутся на вооружение МЧС России (но об этом поговорим в
отдельной статье).
Для потребностей ликвидации аварии создавались разные роботы – в зависимости
от вида поставленной задачи (радиационная разведка, теле- и фотосъемка, отбор образцов
радиоактивных материалов и много другое) условий работы (открытое пространство,
коридоры и коммуникации в объекте «Укрытие») и т.д. Перечень
Роботы проектировались, как на этапе острой фазы аварии (первые месяцы после аварии),
так и в «мирное» время. В связи с этим, в развитии чернобыльского роботостроение
можно выделить несколько этапов – этап использования роботов в острый период
ликвидации аварии, этап развития робототехники для разведки и изучения Саркофага и
этап проектирования роботов для превращения Саркофага в экологически безопасную
систему (по сути эти системы должны были разобрать и захоронить Саркофаг и
радиоактивные материлы). Хотя этапы выделены условно, но они отображают общую
тенденцию к изменению требований к роботам разрабатываемых и применявшихся для
Чернобыля.
9
Специалисты отмечают, что накопленный опыт использования роботов на ликвидации
аварии на ЧАЭС способствовал появлению нового направления в робототехнике, которое
получило
название
«экстремальная
робототехника».
Сегодня
«экстремальная
робототехника» охватывает ряд важных областей человеческой деятельности – роботы
применяются для ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного
характера. Роботы изучают труднопроходимые и опасные участки, используются для
проведения спасательных работ, выполняют сложные технологические операции, а также
используются для работы под водой.
Чернобыльская робототехника 1986 года
Основные задачи для роботов в 1986 году заключались в проведении радиационной
разведки, разборе завалов разрушенного реактора и захоронении радиоактивных
материалов. Такие работы выполнялись, как на кровле ЧАЭС, так и на прилегающих к
разрушенному блоку территориях, где в основном роботы привлекались для дезактивации
и
захоронения
радиоактивных
материалов.
Чернобыльский робот должен был способен работать в условиях высоких уровней
радиационных полей, должен был обладать способностью передвигаться по сложным
поверхностям (с наличием завалов и препятствий), а также должен был поддаваться
осмотру, ремонту и дезактивацией оборудования и систем робота. По данным Юревича
Е.И, на ликвидации аварии было задействовано около 15 типов модульных роботов,
которые имели разное назначение. Легкие роботы — роботы-разведчики использовались
для изучения радиационной обстановки в помещениях Саркофага, тяжелые роботы —
технологические роботы предназначавшиеся для уборки (дезактивации) территории
Далеко не все роботы, которые пытались привлечь к ликвидации аварии были
способны выполнить поставленные задачи и провести необходимые работы. Большинство
роботов
оказалось
непригодными
для
работы
в
условиях
ЧАЭС.
Например,
радиоуправляемый бульдозер амфибия «KOMATSU», который был способен работать
даже на морском дне – не выдержал радиационных нагрузок и быстро вышел из строя. По
существующей информации марка бульдозера «Komatsu D-355W». Непригодным для
работы в таких жестких радиационных условиях оказались и два немецких робота MF-2
MF-3.
10
Фото – Робот СТР-1 выполнявший работы на кровле ЧАЭС
Наиболее известные марки роботов применявшиеся на
ЧАЭС в 1986 году:
 Клин-1
 Специализированный транспортный робот (СТР-1) — Клин-2
 Мобот-Ч-ХВ и Мобот-Ч-ХВ-2
 MF-2 и MF-3 — тяжелые радиоуправляемые роботы (производство Германии –
роботы сразу вышли из строя под действием ионизирующего излучения)
 БАЭР («Белоярец»)
 МВТУ-2
 ТР-Б1
 РТК «Авангард»
 РР-Г1 (робот разведчик)
По некоторым данным, на ликвидации аварии был применен совмещенный тип
использования разных типов роботов. Легкий робот-разведчик обслуживал работу
выполняемую тяжелыми (технологическими) роботами. Обеспечивал динамическую
визуализацию рабочей площадки для оператора тяжелого робота, а также давал
возможность контроля за выполнением работ. Но в большинстве легкие роботы
использовались по своему прямому назначению – разведка и проведение видео, фото
и гамма- съемки в помещениях 4-го блока Чернобыльской АЭС.
11
Экспозиция роботов в городе
Чернобыль
Клин — робототехнический
комплекс на базе танка
СДУК — робот на ЧАЭС для
обращения с РАО
Клин вышибают клином
Наиболее эффективной роботизированной системой, которая выполнила огромный объем
работ по ликвидации аварии на ЧАЭС – является Инженерный роботизированный
комплекс «Клин-1».
Комплекс был создан в 1986 году на базе танка Т-72. В комплекс входило две машины –
робот на гусеничном ходу и машина оператора, который дистанционно осуществлял
управлением машиной-роботом. Робот был собран на основе инженерной машины
разграждения — ИМР, которые также активно использовались для ликвидации аварии на
ЧАЭС. Машина управления не имела рабочих органов и использовалась исключительно в
качестве передвижного рабочего места оператора робота и была дополнительно усиленна
защитой от радиации. Экипаж машины управления состоял из двух человек – водителя и
оператора. Машина управления создана на базе ремонтно-эвакуационной машины БРЭМ-
Комплекс «Клин-1», разработанный ВНИИ «Трансмаш» (руководитель проекта
Осипов
А.В.)
применялся
для
работ
по
дезактивации
прилегающих
территорий ЧАЭС. С помощью комплекса «Клин-1» были выполнены работы по
удалению (захоронению) леса погибшего от радиации в ближней зоне ЧАЭС
(территория могильника Рыжий лес). Заводской индекс комплекса «объект 033».
Примечательно, что «Клин-1» был создан всего за несколько месяцев. Рабочий
12
робот был оборудован телекамерами, системами радиоуправления, грейфером,
манипулятором и бульдозером. Наличие таких рабочих органов позволяло
эффективно
проводить
работы
по
дезактивации
(снятии
верхнего,
высокорадиоактивного слоя почвы возле ЧАЭС, валке мертвых деревьев, разбор
завалов
из
строительных
конструкций)
и
радиационной
разведке.
По воспоминаниям ликвидаторов аварии на ЧАЭС, робот, выполняя работы в
жестких радиационный условиях, был сильно загрязнен и захоронен в одном из
могильников на территории Чернобыльской зоны отчуждения.
Робот СТР-1
Специализированный транспортный робот на ЧАЭС
Специализированный транспортный робот (СТР-1) это легендарный и общеизвестный (по
кадрам хроник ликвидации аварии) аппарат, принимавший активное участие в очистке
крыши ЧАЭС от завалов высокорадиоактивных элементов разрушенного реактора. Робот
эксплуатировался при уровнях гамма-фона до 3000 Рентген в час. В некоторых местах (у
основания вентиляционной трубы №2) уровни излучения доходили до 10000 Рентген в
час.
Опыт применения роботов на ЧАЭС для таких условий показал возможность проведения
дезактивации робототехническими средствами, что позволило снизить уровни фона на
несколько порядков и уберечь от облучения около 1000 человек, которые надо было бы
использовать для выполнения этой работы. СТР разрабатывался десятками научных
институтов — ВНИИ АЭС, ИФТП, ВНИИ «Трансмаш», “Пролетарский завод”, НПО
“Источник”, НПО “Электронмаш”, ГОИ, НИИ телевидения, Киевским институтом
13
автоматики и многими другими. Примечательно, что для создания концепции СТР были
использованы наработки ВНИИ «Трансмаш» по самоходному шасси лунохода. Именно
это позволило запустить робота на крышу ЧАЭС уже в конце августа 1986 года.
Фото: Специализированный транспортный робот дезактивирует кровлю ЧАЭС
Фото: робот СТР-1 на кровле ЧАЭС (блок В)
14
СТР-1 разрабатывался коллективом инженеров
под руководством Кемурджиана Александра Леоновича. Отметим, что коллектив
возглавляемый Кемурджианом А. Л. являлся автором создания и эксплуатации на Луне
самоходных шасси луноходов, по программе «Луноход-1», в 1970 году, и «Луноход-2» в
1973 году. Ими были созданы аппараты для исследования поверхности Луны, Марса и
Венеры.
СТР-1 вобрал в себя принципиальные решения от лунохода. В частности для создания
СТР использовали мотор-колеса имеющие индивидуальные приводы. В качестве
источника питания использовались аккумуляторы, которые необходимо было специально
подзаряжать от специальных устройств установленных на транспортной тележке.
Опыт этой команды инженеров был крайне важен создания робота для Чернобыля.
Непосредственная подготовка роботов к работе, наладка, регулировка систем проводилась
непосредственно в г Чернобыль. Для этих целей использовали брошенные цеха
Чернобыльской ремонтно-эксплуатационной базы флота.
15
Фото – Робот СТР-1 выполнявший работы на кровле ЧАЭС
Техническая характеристика и компоненты робота
Технические характеристики робота:

Общий вес робота – 1100 килограмм,

Скорость движения – до 1 км/час,

Электропитание от аккумуляторов. СТР-1 оборудовался двумя серебряно-цинковыми
батареями.
Контрукция
робота
содержит
три
основных
компонента,
которые,
кстати,
разрабатывались автономно друг от друга:
1. Радиотелевизионный комплекс. Разработан ИФТП и другими иститутами;
2. Самоходное шасси (СШ) в совокупности со всеми приборами обеспечивающими
движение робота. Разработано во ВНИИ «Трансмаш»;
3.
Рабочий орган — бульдозерный отвал с механизмом подъема-опускания. Разработан ВНИИ АЭС.
СТР-1 - принциальная схема робота
16
Робот создан из сплавов легких металлов (титан). Визуализация окружающего
пространства осуществлялась с помощью телевизионных камер установленных, как на
самом роботе, так и на мачтах установленных в месте выполнения работ (на кровле
ЧАЭС, возле ВТ-2 и т.д.). В литературе иногда встречается название робота СТР-1 —
«Клин-2». Такое название роботу дали конструкторы ВНИИ «ТРАНСМАШ», которые
одновременно с СТР-1 разрабатывали тяжелый роботизированный комплекс «Клин-1».
Управление роботом осуществлялось с помощью радиоканала, что существенно упрощало
использование робота на кровле ЧАЭС. Отсутствовала проблема обращения с кабелями,
которые бы загрязнялись радиоактивными веществами и снижали маневренность робота.
Кстати сказать, по существующей информации один из роботов-разведчиков, который
использовался для изучения реактора был утрачен, поскольку запутался в собственном
кабеле и его не удалось извлечь обратно. Робот и сейчас находится в одном из помещений
чернобыльского Саркофага. Хотя автономное энергоснабжение имеет и свои
существенные недостатки – аккумуляторные батареи имели небольшой ресурс, а работа в
местах с высоким радиационным фоном приводила к быстрому их разряду.
В комплект специализированного транспортного робота поставленного на ЧАЭС в 1986
году входило непосредственно два робота СТР-1, специальная люлька для доставки
робота на место проведения работ (для этого использовали вертолет Ми-8 и кран
“Libcher”), зарядно-разрядное устройство, пульт управления. Готовя робота к работе на
ЧАЭС, конструкторы разработали специальное технологическое оборудования для
дезактивации колес, которое также было поставлено в составе робототехнического
комплекса.
По опубликованным данным производительность СТР-1 была не высокой. Робот
проработал в общей сложности не более 10 часов и очистил около 20 кв. метров крыши.
По данным других источников СТР-1 позволил очистить кровлю ЧАЭС от 90 тон
высокоактивных материалов, благодаря чему уровни радиационного фона удалось
снизить в 20 раз.
17
Фото: Робототехнический комплекс на площадке хранения
Фото: СТР-1 на площадке хранения через 20 лет после аварии
18
Мобильный робот — Мобот-Ч-ХВ
Мобот, является первым опытным образцом робота, который был сконструирован МГТУ
имени Н.Э.Баумана на кафедре, которая сегодня имеет название «Многоцелевые
гусеничные машины и мобильные роботы» специально для ликвидации аварии на ЧАЭС.
Робот обладал рабочим оборудованием для очистки крыши Чернобыльской АЭС, а также
оборудованием для проведения радиационной разведки. Первый робот получил название
– Мобот-Ч-ХВ.
Аббревиатура
названия
означает
следующее:
слово
Мобот
–
мобильный робот, буква «Ч» — означает Чернобыль, а ХВ – химические войска.
Разработчиками робота Мобот-Ч-ХВ являются Шведов В.Н., Доротов В.В., Калинин А.В.,
Чумаков М.Р. Мобот-Ч-ХВ вместе с другими роботами сконструированными совесткими
инженерами,
такими
как робот
СТР-1,
и
робототехнический
комплекс
Клин-1
выполнилнили наибольший объем работ среди других робототехнических систем, которые
были привлечены на ликвидацию аварии на ЧАЭС.
19
Фото робота Мобот-Ч-ХВ
Фото – Мобот-Ч-ХВ в Чернобыль (фото РНЦ «Курчатовский институт»)
Коллективу инженеров удалось быстро создать робота благодаря уже имевшемуся опыту
по созданию робототехнических средств. За три года до аварии на ЧАЭС, в 1983 году,
ученые создали первый макет модели такого робота. По сути, работа над созданием
робота для ЧАЭС послужила основой для создания целого конструкторско-технического
бюро по мобильным роботам, которое существует и работает (разрабатывает роботы) и
сегодня.
Основные характеристики робота – Мобот-Ч-ХВ:

Общий вес робота составляет 430 кг;
20

Мобот оборудован гусеничным шасси;

Робот оборудован кабельным электропитанием (длина кабеля 200 метров).
Благодаря небольшому размеру и обладал высокую маневренность и мобильность, МоботЧ-ХВ имел хорошей производительности На ликвидации аварии наработал около 1000
часов, очистил более 11000 квадратных метров поверхностей.
Мобот-Ч-ХВ-2
Уже на следующий год, весной 1987 года, конструкторы подготовили вторую, более
усовершенствованную, модель робота. Она получила название Мобот-Ч-ХВ-2.
Робот - Мобот-Ч-ХВ2
Фото – Второе поколение Моботов
На ЧАЭС было поставлено два экземпляра Мобот-Ч-ХВ-2. Роботы использовались для
очистки кровли ЧАЭС от радиоактивных материалов, которые были заброшены туда во
время взрыва реактора. Кроме дезактивации крыши роботы применялись для выполнения
бетонирования кровли ЧАЭС. Мобот-Ч-ХВ-2 практически выполнил весь объем работ,
начиная с уборки (дезактивацией) и подготовки под бетонирование кровли фактически без
привлечения физического труда человека.
По некоторым источникам Мобот-Ч-ХВ-2 использовался в июне 1987 года для
проведения работ в машинном зале ЧАЭС.
Современные модели Мобот
21
Современный робот
Чернобыльские роботы МГТУ имени Н.Э.Баумана послужили началом создания целой
серии роботов. Для примера, расскажем о самой последней модели робота — Мобильном
Робототехническом
Комплексе МРК-61.
МРК-61 предназначен для выполнения аварийно-спасательных работ, инспекций, а также
для проведения погрузочно-разгрузочных работ. Робототехнический комплекс способен
провести видео наблюдение, оценить химическую и радиационную ситуацию. Может
привлекаться для удаления обнаруженных высокоактивных источников ионизирующего
излучения.
МРК-61 оборудован гусеничным шасси, манипулятором, четыре телекамеры, микрофон,
осветительными приборами, а также обладает системой для навесного оборудования.
22
Проблемы робототехники и роботов
Накопленные
знания
по
использованию
роботов
для
ликвидации
аварии
на ЧАЭС позволили понять и выявить проблемы стоящие перед экстремальной
робототехникой. В частности конструкторы роботов пришли к выводу, что для роботов,
которые применяются в экстремальных ситуациях необходимо улучшать качество
силовых систем. По сути, это главная проблема современной робототехники, требующей
разработки новых физических подходов к решению задач управляемого движения (новые
способы
передвижения
роботов)
и
новых
подходов
в
обеспечении
робота
электроэнергией.
Важной проблемой использования роботов на ЧАЭС являлось дистанционное управление.
Эта проблема требует развитие способов надежного дистанционного и телеуправления.
Также
необходимо
усовершенствование
интеллектуальных
возможностей
систем
автономного управления роботом, что напрямую связано с разработками по созданию
искусственного интеллекта
23
Интернет ресурсы используемые в работе :

http://www.sm.bmstu.ru/sm7.htm

http://voen-teh.my1.ru/publ/50-1-0-30

http://www.myrobot.ru/articles/hist_1980.php

http://apst.narod.ru/WebSiteSM7/CM7/kernel/Wc6105ea944083.htm

http://www.mobot.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=12&Itemid=5