CC BY
20Анисимов В. И., Пшедромирский А. В., Апарина Ю. П.
МОБИЛЬНЫЙ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С УПРАВЛЕНИЕМ ПО ОПТОВОЛОКОННОЙ ЛИНИИ
В статье обосновывается применение волоконно-оптических линий связи для управления робототехническими комплексами, которые должны заменить человека в ситуациях, опасных для его жизни и здоровья. Указаны преимущества использования волоконно-оптических линий и способы их восстановления при повреждении.
Ключевые слова: гражданская оборона, роботы, волоконно-оптический кабель, дистанционное управление.
Anisimov V., Pshedromirskij A., Aparina J.
MOBILE ROBOT-TECHNICAL COMPLEX WITH THE FIBER-OPTICAL LINE OPERATION
The article deals with application of communications fiber-optic lines for robot-technical complexes operation that must replace a man in dangerous situation for his life and health. We show the advantages of fiber-optic line operation and reconstruction methods when damages.
Keywords: civil defence, fiber-optical lines, robot-technical complex, operation.
В последнее время при разработке инженерной техники большое внимание уделяется использованию робототехнических комплексов, которые должны заменить человека в ситуациях, связанных с опасностью для его жизни и здоровья. Это особенно важно при выполнении задач гражданской обороны в зонах чрезвычайных ситуаций. Так, например, с помощью робототехнических комплексов можно проверять участки местности на наличие невзорвавшихся боеприпасов, обезвреживать взрывоопасные предметы, вести видеонаблюдение в непосредственной близости от источника опасности, например, радиоактивной или химической.
Управление робототехническими комплексами может осуществляться дис-
танционно по проводным линиям связи или по радиоканалу. Использование проводных линий связи обеспечивает высокую надёжность управления, защищённость от помех и устойчивость к ним. Недостатками этого способа управления являются ограниченная манёвренность робототехни-ческих комплексов, возможность электромагнитных наводок в кабеле и ложных срабатываний исполнительных устройств [1].
Применение радиоканала управления позволяет увеличить дальность управления робототехническими комплексами, не сковывает их манёвр, но наличие непреднамеренных и организованных помех в канале связи требует принятия мер по обеспечению защиты от помех и устойчивости к ним.
С совершенствованием технологии изготовления волоконно-оптических кабелей (ВОК) перспективным направлением передачи команд управления становится использование волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). ВОЛС - это вид системы передачи, при котором информация передаётся по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно» [2].
Волоконно-оптические линии связи обладают рядом достоинств:
1. Как и для электрических кабелей, ВОЛС присуща высокая помехозащищённость, но такой канал связи невосприимчив к электромагнитным наводкам при грозовых разрядах, ядерном взрыве, поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала.
2. Малый вес, объём, возможность реализации высокой механической прочности ВОК.
3. Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле и малое затухание
Гражданская оборона: робототехника
светового сигнала, которые обеспечивают надёжное управление робототехнически-ми комплексами.
4. Отсутствие излучений ВОК при передаче информации.
5. Из-за отсутствия искрообразо-вания оптическое волокно обеспечивает безопасность сети при выполнении задач в зоне повышенного риска.
6. Длительный срок эксплуатации -примерно 25 лет.
При передаче кодированной информации в виде цифровых сигналов используются инфракрасные светоизлучающие или лазерные диоды. Светодиоды рассчитаны на большой диаметр сердцевины волокна, а лазерные диоды лучше использовать при передаче сигнала по одно-модовому волокну. Потребляемая мощность для светодиодов составляет около 10 мВт, а для лазерных диодов - 1 мВт. В качестве основного элемента оптического приемника используются pin диоды и лавинные фотодиоды, имеющие очень малую инерционность.
Волоконно-оптический кабель имеет строительную длину (длина непрерывного участка кабеля, поставляемого на одном барабане) от 2 до 10 км, что достаточно для управления робототехническими комплексами. По условиям прокладки и эксплуатации можно выделить несколько видов кабеля: в грунтах всех категорий (марки ОПС, ДПС); через глубоководные преграды (марка ДАО); по мостам, эстакадам и тоннелям (марка ДПЛ) и др.
В полевых условиях важным фактором использования ВОЛС является возможность восстановления линии связи при повреждении. Существуют два способа соединений - разъёмное и сварное. Сварочные аппараты для ВОЛС весом от 3,5 кг подходят для полевых условий. Но, как правило, работы по сварке оптоволоконных кабелей осуществляются в передвижных лабораториях или «чистых» палатках, и это, конечно, затрудняет ситуацию [2].
Разъёмные соединения по конструкции бывают симметричными и не-
симметричными. При несимметричной конструкции для организации соединения требуется два элемента: гнездовой и штекерный соединители. Оптическое волокно в капиллярной трубке коннектора-штекера не доходит до конца капилляра, а в гнездовом соединителе выступает наружу. При соединении физический контакт волокон происходит внутри наконечника-капилляра, который обеспечивает соосность волокон. Открытое волокно и капиллярная полость являются основными недостатками этого соединения, что ограничивает его применение.
При симметричной конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка. Переходная розетка снабжается центрирующим элементом, выполненным в виде трубки с продольным разрезом. Центрирующий элемент плотно охватывает наконечники и обеспечивает их строгую соосность. Внешний диаметр наконечника 2,5 мм. Наиболее жёсткие требования предъявляются к параметрам отверстия(капилляра)наконечника. С одной стороны, необходимо, чтобы волокно могло войти в него, с другой стороны, люфт волокна должен быть небольшим. Для одномодового волокна диаметр отверстия составляет 126 мкм, и наконечник является самым прецизионным элементом соединителя. По исполнению они бывают металлические, керамические и пластиковые. С точки зрения надёжности соединители обычно рассчитаны на 5001 000 переподключений. При большом количестве разъёмных соединений возникает обратное отражение, что ухудшает качество связи.
Для управления робототехнически-ми комплексами также необходим ВОК с высокой стойкостью к раздавливающим и к статическим растягивающим усилиям. За рубежом выпускается кабель для полевого и военного использования массой 26 кг/км.
Пластиковое оптоволокно (Р1азН-сор^саШЬег или РОР) отличается
от традиционного оптоволокна используемым материалом, а также размерами сердцевины и оболочки. Сердцевина любого оптоволокна изготавливается из материала с высоким показателем преломления. У стандартного одномодового оптоволокна размер сердцевины составляет 9 мкм. Одномодовое оптоволокно может использоваться без ретрансляции сигнала на расстоянии до 100 километров. Пластиковое оптоволокно имеет диаметр порядка 1 000 мкм и сердцевину размером 980 мкм. Из-за этого скорость передачи данных в нём гораздо ниже (всего сотни мегабайт), а доступные расстояния без ретрансляции - меньше, но всё же достаточны для управления ро-бототехническими системами. Обычное оптоволокно изготавливается из кварцевого стекла с легирующими добавками. Основной материал для изготовления сердцевины РОР - полиметилметакрилат, а оболочку делают из фторполимеров, за счёт чего пластиковое волокно становится гораздо более устойчивым к изгибу.
В заключение следует отметить, что при разработке систем управления робототехническими системами
по волоконно-оптическим линиям связи необходимо учитывать сложности, связанные с технической реализацией, например, такие, как программирование контроллеров приёмопередающих устройств и конструкторские решения для обеспечения беспрепятственного передвижения систем, управляемых по волоконно-оптическим линиям.
Отмеченные недостатки проводных каналов и радиоканалов управления робототехническими системами военного назначения и совершенствование волоконно-оптических систем связи, электрических, оптических и механических характеристик волоконно-оптических кабелей определяют целесообразность дальнейшей разработки этого направления по дистанционному управлению роботами, в том числе при очистке местности от боеприпасов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов Е. П., Письменный Г. В. Основы робототехники. - М.: Высшая школа, 1990.
2. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. - М.: Эко-Трендз, 1998.
