1

PODSTAWY ROBOTYKI

JW. 14.5.1

Roboty w wojsku i policji -

EXPERT

oraz

INSPECTOR

2

Spis treści:

1. Historia robotów wykorzystanych w Policji. ..................................................3
2. Polskie roboty antyterrorystyczne – PIAP. .....................................................3
3. Robot interwencyjno – inspekcyjny INSPEKTOR SR-11. ..............................4

3.1. Cechy urządzenia. ..............................................................................4

3.2. Typowe zastosowania. .......................................................................4

3.3. Opis ogólny. .......................................................................................5

3.4. Gąsienicowa platforma mobilna. .......................................................5

3.5. Manipulator i chwytak. ......................................................................6

3.6. Stanowisko operatorskie. ...................................................................7

3.7. Kamery robota. ..................................................................................8

4. Robot neutralizująco – wspomagający EXPERT SMR-100. ..........................9

4.1. Cechy robota. ...................................................................................10

4.2. Budowa robota. ................................................................................10

4.3. Gąsienicowa platforma mobilna. .....................................................10

4.4. Manipulator robota. .........................................................................10

4.5. Stanowisko operatorskie. .................................................................11

4.6 System napędowy. ...........................................................................11

4.7. Cechy charakterystyczne. ................................................................11

4.8. Kamery robota. ................................................................................12

5. Nagrody i wyróżnienia. ................................................................................12
Bibliografia........................................................................................................13

3

1. Historia robotów wykorzystanych w Policji

Rozwój robotów antyterrorystycznych (działających w służbach specjalnych) zaczął

się w latach osiemdziesiątych. Wcześniej konstruowano pewne maszyny lecz nie spełniały
one pożądanych założeń. Dopiero lata dziewięćdziesiąte to gwałtowny rozwój w tej branży. Z
roku na rok powstawały coraz to lepsze konstrukcje, które zaczęto już wdrażać w
wyposażenie służb specjalnych. W dobie nasilającej się fali terroryzmu robot neutralizujący
śmiercionośne ładunki stał się nieodzownym sprzętem policji. Dużym zainteresowaniem
cieszy się robotyka w środowiskach wojskowych. Nie można, co prawda, jeszcze całej
brudnej roboty zwalić na maszyny, ale niektóre zadania są już powierzane robotom.
Najbardziej typowym zajęciem robotów w wojsku lub policji, które dziś właściwie nikogo już
nie dziwi, jest rozbrajanie bomb lub prowadzenie rozpoznania w zagrożonym rejonie.

2. Polskie roboty antyterrorystyczne – PIAP

Budowę polskiego robota antyterrorystycznego zainspirowali eksperci z Komendy

Głównej Policji. W wizytowanym przez nich w 1996 r. Przemysłowym Instytucie
Automatyki i Pomiarów w Warszawie budowano mobilne roboty tylko do celów
badawczych (platformy jezdne, czujniki odległości, sieci neuronowe), co nie wzbudziło
większego zainteresowania policji. Jednak potrzeby służb antyterrorystycznych 4-osobowy
wówczas zespół konstruktorów potraktował jak wyzwanie i w trzy miesiące przygotował
wniosek o projekt celowy do KBN. Projekt ten został ustanowiony na lata 1997-2000.
Sukces rynkowy robota interwencyjno-inspekcyjnego „Inspector” SR-11 zachęcił twórców
do dalszej pracy. W marcu ub.r. zakończono część badawczo-rozwojową , a w marcu tego
roku zakończono część wdrożeniową następnego projektu celowego pn. „Kompaktowy robot
neutralizująco-wspomagający „Expert”SMR-100. Ćwierć wieku doświadczeń PIAP w
dziedzinie budowy robotów przemysłowych, sterowania napędów elektrycznych, sensoryki i
układów wizyjnych oraz wieloletnia współpraca naukowa z partnerami zagranicznymi w tym
zakresie umożliwiły opracowanie robota mobilnego do celów interwencyjno - inspekcyjnych.
Prace nad projektem zostały częściowo sfinansowane przez Komitet Badań Naukowych w
trybie tzw. projektu celowego. Policyjni specjaliści - pirotechnicy opiniowali zastosowanie
rozwiązania na wszystkich etapach ich tworzenia. Z kolei robot przeszedł wielotygodniowe
testy w trzech jednostkach Policji. W ten sposób nadano ostateczny kształt produkowanej
seryjnie konstrukcji .

3. Robot Interwencyjno - Inspekcyjny INSPECTOR SR – 11

Robot ten jest pierwszą jednostką PAIP-u. Ćwierć wieku doświadczeń PIAP w

dziedzinie budowy robotów przemysłowych, sterowania napędów elektrycznych,
sensoryki i układów wizyjnych umożliwiły opracowanie robota mobilnego do celów
interwencyjno-inspekcyjnych. Prace nad projektem zostały częściowo sfinansowane przez
Komitet Badań Naukowych w trybie tzw. projektu celowego. Policyjni specjaliści -
pirotechnicy opiniowali zastosowane rozwiązania na wszystkich etapach ich tworzenia.
Robot przeszedł wielotygodniowe testy w trzech jednostkach Policji. W ten sposób nadano
ostateczny kształt produkowanej seryjnie konstrukcji. Obecnie robot jest używany
zarówno przez Policję w Polsce jak i zagranicą. W celu bliższego zapoznania się z

4

możliwościami robota INSPECTOR SR-12 istnieje możliwość przyjazdu na dwa dni na
nasz koszt (zapewniamy hotel i wyżywienie) dwóch ekspertów pirotechników lub osób
reprezentujących służby bezpiecze

ństwa

publicznego.

3.1. Cechy urządzenia

Możliwość jednoczesnego sterowania wszystkimi stopniami swobody manipulatora
robota za pomocą joysticka i klawiszy

Dodatkowa przednia gąsienica umożliwiająca płynne pokonywanie przeszkód i
nierówności terenu np. schodów

Inteligentne funkcje zabezpieczające manipulator przed samouszkodzeniem

Zachowanie stałej orientacji przestrzennej obiektu umieszczonego w chwytaku,
niezależnie od ruchu pozostałych ramion manipulatora

Wizualizacja konfiguracji ramion robota na monitorach stanowiska operatorskiego

Wyposażenie robota w cztery kolorowe kamery, w tym jedną umieszczoną na szybkiej
głowicy o polu widzenia 360°

Szeroki asortyment wyposażenia dodatkowego, dostosowany do indywidualnych
potrzeb klienta

Możliwość wyposażenia robota w inne urządzenia wskazane przez klienta lub
opracowane na jego zlecenie

3.2. Typowe zastosowania

rozbrajanie i usuwanie ładunków wybuchowych

inspekcja obszarów skażonych substancjami chemicznymi lub zagrożonych
skażeniem

zastąpienie człowieka w sytuacjach tam, gdzie zagrożone jest zdrowie lub życie
człowieka

3.3. Opis ogólny

Robot składa się z: gąsienicowej platformy mobilnej, zamontowanego na niej

manipulatora z chwytakiem oraz stanowiska operatora. Robot może być zdalnie sterowany
przez operatora (teleoperowany) z użyciem komunikacji radiowej lub kablowej.
Odległość, na jaką jest możliwa komunikacja radiowa, zależy od rodzaju i ilości przeszkód
znajdujących się pomiędzy robotem a stanowiskiem operatora. Robot jest napędzany
dwoma silnikami prądu stałego, zasilanymi z akumulatorów umieszczonych wewnątrz
platformy mobilnej lub przez kabel z sieci 220V. W zasilanie akumulatorowe jest
wyposażone również stanowisko operatora i niezależnie od niego przenośna konsola
sterownicza. W czasie zasilania zewnętrznego (przez kabel) wszystkie akumulatory są
automatycznie doładowywane

.

5

Rys. 1. Robot interwencyjno- inspekcyjny SR-11

3.4. Gąsienicowa platforma mobilna

Platforma mobilna jest wyposażona w napęd gąsienicowy o zmiennej strukturze

geometrycznej, dzięki czemu jest możliwe pokonywanie nierówności terenu oraz stromych
wzniesień. Dwie gąsienice przednie mają możliwość zmiany kąta nachylenia o ±30 stopni, co
zapewnia stabilność robota przy pokonywaniu wysokich przeszkód oraz schodów. Platforma
mobilna ma elastyczne zawieszenie dopasowujące kształt gąsienicy do podłoża i
zapewniające równomierny rozkład nacisków. Maksymalna prędkość robota mobilnego
wynosi ~0,5 m/s.

Wszystkie systemy robota są sterowane przez komputer pokładowy znajdujący się

wewnątrz platformy mobilnej, zintegrowany z podsystemami: oczujnikowania, sterowania i
wizji. W przedziale platformy mobilnej, umieszczone są dwa akumulatory żelowe zasilające
robota. Stan naładowania akumulatorów jest prezentowany na monitorze pulpitu operatora,
oraz na przenośnej konsoli sterowniczej. Komunikacja radiowa odbywa się dwoma
niezależnymi kanałami: wizji oraz sterowania. Gdy łączność między robotem a stanowiskiem
operatora zostanie zerwana, robot zatrzymuje się automatycznie. Zabezpieczenie
komunikacji radiowej przed niepowołanym dostępem lub przechwyceniem sterowania robota
jest realizowane na drodze sprzętowej i programowej (kodowanie danych).

Na monitorach stanowiska operatora prezentowana jest również graficzna

interpretacja kąta nachylenia gąsienic przednich, oraz wizualizacja konfiguracji manipulatora
na podstawie sygnałów z odpowiednich czujników.

W celu zwiększenia bezpieczeństwa sterowania robotem wprowadzono dwa zakresy

prędkości gąsienic: od 0 do prędkości maksymalnej (tryb pracy stosowany w czasie dojazdu
do miejsca akcji) oraz od 0 do prędkości zaprogramowanej, np. do 20% prędkości
maksymalnej (tryb pracy stosowany w czasie wykonywania czynności operacyjnych, gdy
wymagana jest duża precyzja ruchu).

3.5. Manipulator i chwytak

6

Manipulator o 5 stopniach swobody, zaopatrzony w chwytak, jest osadzony w

przedniej części platformy mobilnej. Manipulator składa się z obrotowej podstawy, dwóch
niezależnych ramion (dolne i górne) oraz niezależnej osi nadgarstka zaopatrzonej w
mechaniczne gniazdo uniwersalne. Służy ono do szybkiej i łatwej wymiany elementów
wyposażenia takich jak: dalsze stopnie swobody (np. niezależna szósta oś, ramię wysuwane,
chwytak), osprzęt dodatkowy (wiertarki, X-Ray, czujniki) i uzbrojenie (strzelba).
Mechanizm chwytaka napędzany jest dwoma silnikami prądu stałego. Mechaniczna struktura
chwytaka umożliwia realizację nieskończonego obrotu szczęk wokół osi oraz równoległy
ruch końcówek chwytnych.

System

napędowy manipulatora został zabezpieczony sprzęgłami przeciążeniowymi,

które minimalizują skutek odrzutu podczas wystrzału z destruktora lub strzelby oraz
zmniejszają skutki wybuchu ładunku umieszczonego w chwytaku lub w jego pobliżu.
Struktura kinematyczna manipulatora zapewnia stałą orientację przestrzenną obiektu
umieszczonego w chwytaku, niezależnie od ruchu pozostałych ramion manipulatora.
Ze względu na złożoną strukturę kinematyczną manipulatora oraz w celu ułatwienia
operatorowi teleoperacji, na ekranie monitora jest prezentowana graficzna interpretacja
aktualnej konfiguracji ramion manipulatora. W robocie zostały zaimplementowane funkcje
autonomiczne, które przeciwdziałają samozniszczeniu elementów manipulatora w wyniku
błędnego sterowania wykonanego przez operatora. Siła zacisku szczęk chwytaka jest
przedstawiana graficznie na pulpicie operatora.

Rys. 2. Chwytak robota

3.6. Stanowisko operatorskie

Stanowisko operatorskie składa się z:

Komputera bazowego,

Monitora wizyjnego LCD 15" do wyświetlania obrazu z kamer, (możliwość pracy w
szerokim zakresie temperatur),

2 monitorów pomocniczych LCD do graficznej interpretacji danych otrzymanych z
czujników,

przenośnej konsoli sterowniczej.

7

Rys. 3. Stanowisko operatorskie

Przenośna konsola sterownicza pełni funkcję interfejsu pomiędzy operatorem a

robotem mobilnym. Po odłączeniu od stanowiska operatora zapewnia sterowanie wszystkimi
funkcjami robota. W celu ułatwienia pracy w ciemności, klawiatura konsoli jest podświetlana
folią elektroluminescencyjną.

Konsola została podzielona na następujące sekcje:

Joystick (z przełącznikiem szybko / wolno), do sterowania prędkością platformy
mobilnej

Sekcja sterowania manipulatorem: ( po trzy przełączniki do każdego stopnia swobody
manipulatora) dwa do sterowania kierunkiem ruchu ze stałą prędkością ruchu, jeden
do włączania sterowania,

Joystick do sterowania manipulatorem, z przełącznikiem wyboru kamer ,

Sterowania uzbrojeniem (cztery przełączniki do czterech niezależnych typów broni
lub osprzętu, zabezpieczone dodatkowym przełącznikiem oraz stacyjką),

8 przełączników funkcyjnych konfigurowanych programowo.

Rys. 4. Konsola sterownicza

3.7. Kamery robota

8

Robot jest standardowo wyposażony w cztery kamery kolorowe, zintegrowane w

obudowach z podwójnymi reflektorami halogenowymi umożliwiającymi pracę przy
niedostatecznym oświetleniu lub w całkowitej ciemności.

Dwie szerokokątne kamery jezdne: jedna umieszczona jest z przodu platformy
mobilnej na siłowniku ruchomej gąsienicy przedniej. Dzięki temu pole widzenia
operatora zmienia się wraz z podnoszeniem lub opuszczaniem gąsienicy przedniej.
Druga skierowana do tyłu umieszczona jest na obrotowej podstawie manipulatora.
Pole widzenia operatora zmienia się wraz z obrotem podstawy manipulatora.

Szerokokątna kamera manipulacyjna umieszczona jest na chwytaku.

Kamera główna umieszczona jest na górnym ramieniu manipulatora. Jest ona
zainstalowana na głowicy obrotowej, pozwalającej na obrót kamery w płaszczyźnie
poziomej oraz pionowej.

Kamera jest wyposażona w obiektyw o zmiennej ogniskowej z możliwością

automatycznej regulacji przesłony oraz manualnej, zdalnej regulacji ostrości oraz ogniskowej
(zoom).

Rys. 5. Kamery robota

4. Robot neutralizująco- wspomagający EXPERT SMR-100

Expert SMR-100 jest nowoczesnym kompaktowym robotem neutralizująco-
wspomagającym przeznaczonym do rozpoznawania i neutralizacji ładunków
niebezpiecznych. To już druga jednostka wykonana przez Przemysłowy Instytut Automatyki i
Pomiarów. Pierwsza to - zdobywca wielu krajowych i międzynarodowych nagród - duży
robot interwencyjno-inspekcyjny INSPECTOR SR-11.

9

Rys. 6. Robot EXPERT SMR-100

4.1. Cechy robota

Expert SMR-100 może pracować w ciasnych pomieszczeniach (samoloty, autobusy,

pociągi), może też wspomagać pracę większego robota lub zastępować go w sytuacjach kiedy
jest on za duży. Jego cena jest konkurencyjna w stosunku do jednostek zagranicznych.

4.2. Budowa robota

Zestaw robota składa się z: gąsienicowej platformy mobilnej, zamontowanego na niej

manipulatora z chwytakiem oraz stanowiska operatora. Urządzenie jest napędzane silnikami
zasilanymi z akumulatorów umieszczonych wewnątrz platformy mobilnej lub przez kabel z
sieci 220V. Czas pracy przy zasilaniu z akumulatorów wynosi od dwóch do pięciu godzin
(zależnie od rodzaju wykonywanych czynności). W zasilanie akumulatorowe jest wyposażone
również stanowisko operatora. W czasie zasilania zewnętrznego (przez kabel) akumulatory są
automatycznie doładowywane. Robot jest zdalnie sterowany ze stanowiska drogą radiową lub
przez kabel.

4.3. Gąsienicowa platforma mobilna

Platforma mobilna umożliwia pokonywanie krawężników i niewielkich nierówności

terenu. Specjalnie zaprojektowana konstrukcja zapewnia stabilność robota przy pracy i przy
pokonywaniu przeszkód. Platforma mobilna ma elastyczne zawieszenie dopasowujące kształt
gąsienicy do podłoża i zapewniające równomierny rozkład nacisków. Rozkładane
stabilizatory boczne pozwalają na bezpieczną pracę urządzenia nawet przy maksymalnym
wysięgu i obciążeniu manipulatora.

Wewnątrz platformy mobilnej umieszczone są dwa akumulatory żelowe zasilające

robota. Stan naładowania akumulatorów jest przedstawiany na monitorze stanowiska
operatorskiego

4.4. Manipulator

Manipulator o sześciu stopniach swobody, zaopatrzony w chwytak, jest osadzony w

tylnej części platformy mobilnej. Składa się z obrotowej kolumny oraz dwóch niezależnych
ramion (dolne i górne wysuwane) oraz niezależnej osi nadgarstka zaopatrzonej w elektryczne

10

gniazdo uniwersalne. W osi nadgarstka znajduje się uniwersalny interfejs mechaniczny
służący do szybkiej i łatwej wymiany elementów wyposażenia.

4.5. Stanowisko operatorskie

Rozkładane stanowisko operatorskie skonstruowane jest w formie odpornej na

mechaniczne uszkodzenia walizki. Stanowisko to wyposażone jest w kolorowy ekran LCD,
który przekazuje widok z kamery, joysticki - manipulatora oraz samego robota, rozkładany
maszt antenowy oraz klawisze sterujące.

Rys. 7. Stanowisko operatorskie

4.6. System napędowy

System napędowy manipulatora został zabezpieczony sprzęgłami przeciążeniowymi,

które minimalizują skutek odrzutu podczas wystrzału bądź wybuchu ładunku umieszczonego
w chwytaku lub w jego pobliżu. Na ekranie monitora jest prezentowana graficzna
interpretacja aktualnej konfiguracji ramion manipulatora. Robot został wyposażony w
funkcje, które przeciwdziałają samozniszczeniu elementów manipulatora w wyniku błędnego
sterowania przez operatora. Siła zacisku szczęk chwytaka jest przedstawiana graficznie na
stanowisku operatorskim.

4.7. Cechy charakterystyczne

rozmiary umożliwiające poruszanie się w ciasnych pomieszczeniach, takich jak:

samoloty, autobusy, wagony kolejowe

ruchome stabilizatory boczne służące do blokowania robota pomiędzy rzędami foteli

np. w samolocie, oraz do podpierania robota o podłoże przy pracy na w pełni
wyciągniętym manipulatorze,

przednia gąsienica do stabilizacji wzdłużnej, podnoszona do pionu w celu

minimalizacji długości robota przy manewrach w ciasnych pomieszczeniach.

duży zasięg ramienia,

duża szerokość rozwarcia szczęk chwytaka,

długi wysuw górnego ramienia manipulatora,

11

bardzo ograniczone widoczne okablowanie.

4.8. Kamery robota

główna, kolorowa, na ruchomej zdalnie sterowanej głowicy, zdalna regulacja

powiększenia,

dwie boczne przednie, kolorowe, szerokokątne (do inspekcji przestrzeni po bokach

bazy mobilnej),

jezdna tylna, kolorowa, szerokokątna,

jezdna przednia, kolorowa, szerokokątna,

chwytaka, kolorowa, szerokokątna

5. Nagrody i wyróżnienia

Mobilny robot interwencyjno-inspekcyjny INSPECTOR SR 11 został

mianowany do godła Teraz Polska w ostatniej XII edycji tego konkursu.

Laureat BME/Safety 2001

II nagroda komendanta głównego policji za najlepszy wyrób prezentowany

na targach mających zastosowanie w policji.

Bursztynowe Medaliony Międzynarodowych Targów Gdańska.

Wiele innych krajowych oraz zagranicznych wyróżnień.

Bibliografia

• http://www.piap.waw.pl
• http://www.szczecin.kwp.gov.pl
• http://www.sprawynauki.waw.pl
• http://www.mtgsa.com.pl
• http://www.ibdim.edu.pl
• foldery z targów Automaticon 2004.