Компьютерные тренажеры в робототехнике

Одним из перспективных направлений работ Инженерно-технического и учебного центра робототехники является разработка программного комплекса для создания электронных тренажеров, предназначенных для обучения операторов подвижных аппаратов робототехнических комплексов, состоящих на дежурстве в аварийно-технических центрах (АТЦ) и спасательных формированиях (АСФ) ГК «Росатом».

Разнообразие робототехники в аварийно-технических центрах, а также планируемое увеличение ее парка с одновременным развитием и модернизацией имеющихся подвижных аппаратов создают определенные сложности при подготовке обслуживающего персонала. Наиболее существенно это может отразиться на качестве обучения операторов, от  мастерства и  опыта которых зависит конечный результат применения робототехники при ликвидации инцидентов, связанных с радиационным фактором. Наряду с этим непредсказуемое многообразие возможных аварийных ситуаций не дает возможности заранее создать соответствующие им программы обучения и схемы тренировки операторов, а традиционные макеты и тренажеры на учебно-испытательных полигонах, как правило, не соответствуют топологии реальных помещений и площадок объектов, не говоря уже о ситуации, сложившейся за их пределами.

В случае повреждения в ходе тренировок, значительная стоимость ремонта робототехники и продолжительное время, затраченное на ее восстановление и ввод в строй, могут не только препятствовать полноценному процессу обучения, но и на какое-то время исключить аппарат из штатного расписания АТЦ и АСФ. Возможно, в результате совершенствования программного обеспечения постов управления и бортовых компьютеров будет достигнут некоторый уровень самозащиты техники от случайных или ошибочных действий операторов. Но даже при таких условиях вероятность повреждения роботов остается достаточно высокой, поскольку подвижные аппараты могут не выдержать интенсивного режима эксплуатации, характерного для любого процесса технического обучения.

IT-технологии в обучении персонала

При профессиональном обучении в настоящее время достаточно широко применяются электронные тренажеры, использующие системы виртуальной реальности, которые имитируют окружающую обстановку на экране монитора или шлема. Разумеется, применение таких тренажеров не заменяет традиционных способов подготовки, а лишь качественно дополняет их, существенно повышая при этом уровень обучения.

Компьютерные технологии являются не только наиболее современными и адаптивными для проработки процедур производства регламентных работ, но могут использоваться в качестве вспомогательного средства визуализации при планировании мероприятий в нештатных ситуациях. Поэтому руководство Департамента ядерной и радиационной безопасности, организации лицензионной и разрешительной деятельности ГК «Росатом» признало целесообразным применение таких методов для обучения операторов подвижных аппаратов робототехнических комплексов (РТК) и дистанционно управляемых систем, состоящих на дежурстве в АТЦ и АСФ ГК «Росатома», что и инициировало создание специализированных электронных тренажеров.

Электронный тренажер для РТК-100М (экран монитора)

В качестве основы для создания компьютеризированных технологий обучения используются базовые компоненты электронных тренажеров, разрабатываемых в настоящее время в ИТУЦР:

• электронные трехмерные модели (виртуальные сцены) условных или реальных объектов (ситуаций) с управляемыми динамическими элементами;
• электронные интерактивные трехмерные модели подвижных аппаратов РТК (виртуальные роботы), способные взаимодействовать с виртуальными сценами и динамическими элементами;
• имитаторы пультов управления, с помощью которых производится интерактивная анимация модели робота в режиме реального времени в условиях сцены, имитирующей учебную или реальную ситуацию;
• сетевое обеспечение взаимодействия нескольких РТК в единой, общей для всех участников, виртуальной сцене.

Совместно со специалистами РГГУ и ИПМ им. Келдыша РАН создана первая очередь опытного образца учебно-тренировочного класса для подготовки операторов подвижных аппаратов РТК, состоящих на дежурстве в АТЦ и АСФ ГК «Росатома».

Программный комплекс RobSim

ИТУЦР в сотрудничестве с кафедрой «Проблемы управления» МИРЭА разработал программный комплекс RobSim, используя который можно создавать электронные тренажеры, как для обучения операторов  спецтехники, так и для проверки возможности ее применения при проведении аварийно-спасательных работ.

Программный комплекс обладает следующими возможностями:

• автоматизированное формирование моделей спецтехники и виртуальной сцены;
• формирование системы управления моделью, включая пользовательский интерфейс;
• встраивание разработанной модели конструкции в виртуальную сцену (средства формирования виртуальной сцены в реальном времени рассчитывают динамическую модель всех помещенных в нее объектов, взаимодействие объектов между собой и отображают трехмерную динамическую модель на экране тренажера);
• поддержание режима групповой тренировки, при которой несколько пользователей с разных компьютеров, объединенных в локальную сеть, производят какие-либо совместные действия в единой виртуальной сцене;
• ведение записи тренировки с возможностью отмены действий, совершенных в виртуальной сцене.

Основной отличительной особенностью программного комплекса RobSim является простота создания моделей техники и внешней среды. Построение виртуальной модели не требует навыков в области программирования, что существенно упрощает процесс разработки, а также расширяет круг потенциальных разработчиков электронных тренажеров.

Разработчику предоставляется конструкторский набор параметрических компонентов, составляющих электронные модели реальных прототипов, в том числе:

• конструктор подвижных аппаратов, состоящий из набора готовых модулей (нет необходимости их программировать, так как все параметры конструкции робота, требуемые для управления моделями в виртуальной сцене, задаются в визуальном редакторе);
• конструктор виртуальных сцен, включающих в себя пассивные и активные элементы с возможностью их редактирования (в качестве фона можно использовать панорамные фото);
• конструктор пульта управления, позволяющий создавать виртуальный пульт, аналогичный прототипу;
• конструктор системы управления моделью робота, позволяющий из набора типовых блоков собрать любую структуру системы управления и на ее основе, в режиме реального времени, отрабатывать управляющие действия на исполнительных элементах модели.

Расчет динамической модели, а также модели взаимодействия с внешней средой программный комплекс производит автоматически.

Программистам предоставлен ряд возможностей как по написанию плагинов (независимых компилируемых модулей) для RobSim, так и по встраиванию электронного тренажера в другие приложения. Это позволяет создать интерфейс с реальными пультами управления, заменив ими виртуальные пульты.

Разработанный программный комплекс был использован для создания электронных тренажеров по отработке навыков дистанционного управления ряда робототехнических комплексов специального назначения (РТК-200М, РТК-100М, MF-3, MF-4, «Разведчик», МРК-27МА, МРК-35, РТК-Р), используемых в интересах ГК «Росатом».

Кроме того, в ИТУЦР разработан тренажерный комплекс для обучения операторов орбитальных сварочных автоматов.