Современная робототехника для работы в условиях радиации: факторы развития Заместитель главного конструктора, к.т.н. А.А. Градовцев Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики Доклад был представлен на стратегической сессии кластера радиационных технологий Санкт-Петербурга и Ленинградской области (12-13 августа 2013)

1. Россия, 194064, г. Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21
тел.: (812) 552-0110 (812) 552-1325 факс: (812) 556-3692 http://www.rtc.ru e-mail: rtc@rtc.ru
Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й Н А У Ч Н Ы Й Ц Е Н Т Р Р О С С И И
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ
ИНСТИТУТ РОБОТОТЕХНИКИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ
Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й Н А У Ч Н Ы Й Ц Е Н Т Р Р О С С И И
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ
ИНСТИТУТ РОБОТОТЕХНИКИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ
Заместитель главного конструктора, к.т.н.
А.А. Градовцев
Современная робототехника для работы в условиях радиации:
факторы развития

2.  Области применения
 Научно-технические заделы
 Материалы и комплектующие для разработки
Робототехника для работы в условиях радиации
Факторы развития

3. Рыночный сегмент
Классификация РТС
Промышленные РТС Сервисные РТС РТС для экстремальных условий
Технологические
Вспомогательные
Медицинские и
реабилитационные
Логистические
Бытовые
Инспекционные
и охранные
Очистные
и уборочные
Военного
назначения
Для атомной
промышленности
Подводные
Космические
Ликвидация
последствий
чрезвычайных
ситуаций
Специального
назначения
Индустрия
развлечений

4. очистка
разведка
Чернобыльская авария 1986 г.

5. Использование РТК-03 "Разведчик"
в спецоперации МЧС России
Международные учения
BARENZ RESQUE
Мобильный робототехнический комплекс РТК-03
"Разведчик"
Грозный, Чеченская республика, Июль 2000 г. Швеция, 2001 г.

6.  Радиационная и химическая
разведка
 Поиск локальных источников
гамма-излучения на
труднодоступных участках
местности, в промышленных и
жилых помещениях
Назначение
Дистанционно управляемое робототехническое средство
радиационной и химической разведки ДР РХР
Принят на снабжение МО РФ. ГО.1.25.10

7. Технические характеристики
Назначение
Особенности
Поиск и эвакуация локальных
источников гамма-излучения в
«горячих камерах» и промышленных
помещениях
* в зависимости от модификации МРК
Мобильный робототехнический комплекс РТК-07
легкий мобильный робот
гусеничное шасси
четырехстепенной манипулятор
управление по кабелю
доставка фургоном на базе легкового а/м
транспортировка силами 1-2 чел.
Вес мобильного робота, кг 35 (20)*
Габаритные размеры мобильного робота, мм 800 x 500 x 500
Максимальная скорость движения, м/с 0,2 (0,4)*
Длина кабеля управления, м 50
Число степеней подвижности манипулятора 4
Радиус зоны обслуживания манипулятора, м 1,2
Максимальная грузоподъемность манипулятора, кг 5,0

8.  Радиационная и химическая разведка
 Поиск локальных источников гамма-излучения на
труднодоступных участках местности, в
промышленных и жилых помещениях
Робототехнический комплекс легкого класса для ведения радиационной
разведки и проведения технологических операций в условиях
радиационного воздействия для МЧС
Назначение
 робототехническое средство радиационной разведки
(РТС-РР)
 робототехническое средство проведения
технологических операций (РТС-ТО)
 средство доставки и управления на базе автомобиля
Mersedes – Benz VARIO 815D.
Состав

9. Робототехническое средство радиационной разведки (РТС-РР)
в составе комплекса МЧС
Мобильный робот РТС-РР оснащён манипулятором
и приборами радиационной разведки и предназначен
для замены людей при работе в зонах повышенной
опасности и выполнения следующих задач:
 визуальной разведки местности, промышленных и
жилых помещений, объектов транспорта при
любой освещенности;
 дистанционного исследования радиологической
обстановки;
 поиска источников ионизирующего излучения;
 перемещения и укладки в контейнер опасных
предметов.
Назначение
Технические характеристики
 Габаритные размеры, мм 1410х650х1200
 Масса, кг 270
 Максимальная скорость движения, м/с 0,5
 Грузоподъемность манипулятора, кг 10
 Дальность управления:
 по радиоканалу, м 500
 по кабельной линии, м 100
 Время автономной работы, ч 2
Средства радиационной разведки
 Энергетический диапазон гамма-излучения, МэВ 0,08 ... 2,6
 Рабочий диапазон по мощности дозы гамма-излучения:
 при поиске источника, Р/ч 3*10-5 … 103
 при наведении захватного устройства на источник, Р/ч 2*10-3 … 104
 Основная погрешность измерения мощности дозы, % ±30
 Угол зрения системы гамма-поиска, град. 0 ... 360

10. Назначение
РТС-ТО лёгкого класса, оснащённое манипулятором,
предназначено для замены людей при работе в зонах
повышенной опасности и для:
 визуальной разведки местности, промышленных и
жилых помещений, объектов транспорта при любой
освещенности;
 проведения специальных высокоточных
технологичных операций;
 перемещения и укладки в контейнер опасных
предметов.
Робототехническое средство проведения технологических
операций (РТС-ТО) в составе комплекса МЧС
Технические характеристики
 Габаритные размеры, мм 650х430х400
 Масса, кг 30
 Максимальная скорость движения, м/с 0,5
 Режимы управления манипулятором командный, ручной,
автоматический
 Грузоподъемность манипулятора, кг: 5
 Число степеней свободы манипулятора 4
 Дальность управления, м:
 по радиоканалу 500
 по кабельной линии 100
 Частота передачи, МГц:
 радиоканала передачи данных 410 … 478
 канала передачи видеоизображения 1080 … 1240

11.  Поиск, обнаружение и определение параметров
источников гамма-излучения в условиях
промышленной инфраструктуры
 Габаритные размеры, мм 1500х800х1200
 Масса, кг 240
 Максимальная скорость перемещения, м/с 1
 Дальность управления:
 по радиоканалу, м 500
 по кабелю, м 100
 Время автономной работы, ч 2
Гамма-спектрометр
 Энергетический диапазон регистрируемого
гамма-излучения, МэВ 0,05... 3,0
 Число каналов энергетического преобразования 1024
 Диапазон измерения мощности дозы, Р/ч 10-3 ... 1
 Угол коллимации (обзора), град. 30
Гамма-локатор
 Рабочий энергетический диапазон
гамма-излучения, МэВ 0,08... 2,6
 Рабочий диапазон по мощности дозы
гамма-излучения, Р/ч 3*10-5 … 103
 Основная погрешность измерения
мощности дозы не более, % ±30
 Основная погрешность измерения
направления на источник не более, град. ±5
 Угол зрения системы гамма-поиска, град . 0 ... 360
Робототехнический комплекс радиационной разведки
с системой гамма-видения РТК-ГВР
Назначение
Технические характеристики
ГАММА-ЛОКАТОР
ГАММА-ВИЗОР
ГАММА-
СПЕКТРОМЕТР
БОРТОВЫЕ ПРИБОРЫ

12. Портативная комбинированная система совмещения видео-
и гамма-изображений источников излучения «Телегаммавизор»
 Составление двумерных карт распределения интенсивности гамма-излучения
исследуемого объекта
 Совмещение видео- и гамма-изображений источников излучения и отображение в
режиме реального времени
 Измерение мощности дозы гамма-излучения
 Передача информации на карманный персональный компьютер по беспроводному
каналу связи
Назначение системы
Примеры визуального изображения гамма-источников, совмещенного с
видеоизображением исследуемого объекта

13. Расфасовка проб производится с
использованием одноразовых сменных
наконечников, что исключает
загрязнение проб посторонними
веществами и продуктами предыдущих
фасовок.
Исполнительная часть устройства
расфасовки выполнена герметичной,
стойкой к воздействию кислотных и
щелочных сред.
Для автоматизации операций
дозированной фасовки в защитных
камерах и боксах аналитической
лаборатории
Предприятия
фармакологической
промышленности
Предприятия
атомной
промышленности
Высокоточная расфасовка жидких продуктов
без непосредственного участия человека
Робот-дозатор

14. Технические характеристики
Назначение
Автоматизация операций перемещения
различных видов технологической тары
(поддоны, кассеты, посуда и т.п.),
используемой при проведении работ в
«горячих камерах» и боксах.
Выполнения работ под управлением
оператора по устранению последствий
нештатных ситуаций, вызванных нарушением
технологического процесса в результате сбоя
автоматизированного оборудования «горячих
камер» и боксов.
Выполнения регламентных работ под
управлением оператора по очистке «горячих
камер» и боксов.
Число степеней подвижности 6(7)
Масса, кг 74
Грузоподъемность, кг 5
Радиус рабочей зоны, м 1
Габаритные размеры, мм 200х2055
Напряжение питания, В 27
Режимы управления: автоматический , ручной
Технологический манипулятор для работы
в условиях «горячих камер»

15. Космическая робототехника
Грузовые манипуляторыТранспортно-манипуляционная система
Напланетные
робототехнические средства
Специализированные робототехнические системы
Манипулятор-
перестыковщик
Манипулятор
в составе АКА-Р
Скафандр-
экзоскелет

16. Экспериментальная отработка модулей: КЭ «Захват-Э»
Цель — создание унифицированных мехатронных модулей для РТС КН и отработка
их функционирования в составе специализированной манипуляционной системы на
наружной поверхности РС МКС.
Задачи:
 отработка функционирования мехатронных модулей: шарниров с силомоментным
очувствлением, захватных устройств с силомоментным очувствлением, блоков
управления и связи;
 отработка захвата такелажных элементов РС МКС при помощи адаптивного
захватного устройства;
 отработка интерфейса «человек-машина» при выполнении типовых операций по
захвату объектов.
Цель и задачи КЭ

17. Радиационно стойкая компонентная база
• Работа в условиях радиации требует применения специальной
элементной базы, разработанной с учетом стойкости к накопленной
дозе и, при необходимости, к ТЗЧ.
Требуемые характеристики ЭРИ:
 стойкость к дозовым эффектам
 стойкость к тиристорному эффекту
• Применение импортных радиационно-стойких ЭРИ часто связано со
значительными трудностями административного и финансового
характера.
• Развивается отечественная радиационно-стойкая электроника.

18. Импортная радиационно стойкая компонентная база
Характеристики и вопросы применения
Импортная радиационно-стойкая элементная база (в основном - производства
США) обладает высокой стойкостью ко всем видам ИИ КП (стандартQML Class
V и аналоги).
Однако применение импортных ЭРИ влечет следующие сложности:
• Необходимость получения сертификата на партию (сроки, стоимость)
• Ограничения Гос. департамента (сроки, научный характер проекта)
• Требования Заказчика использовать ЭРИ из МОП 44 001.01-21 (особенно
актуально для проектов двойного назначения)
• Высокая цена.
Например, срок поставки радиационно-стойкой программируемой логики Actel
RTAX2000 составляет 9 месяцев, цена за одну микросхему 1.500.000 рублей.
Для РТСТЭМ из 15 шарниров один тип микросхемы обойдется в 22,5 млн руб.

19. Перспективная отечественная радиационно стойкая
компонентная база
Предприятия-производители, характеристики и показатели стойкости к СВВФ
Предприятие Наименование
ИМС, ОКР
Технология Стойкость
по дозовым
эффектам
Сечение
насыщения
Срок
окончания
ОКР
Описание
ООО “ДЦ “Союз” 5400БК1Т,2У КНИ 0,24 мкм 100кРад ? 2014 Аналого-
цифровой БМК
НИИ СИ РАН 1907ВМ1Т КНИ 0,24 мкм 200кРад >80
МэВ×см2/мг
2014 32-разрядный
процессор, 100
МГц
НИИ СИ РАН 5890Ве1, ВГ1 КНИ 0,5 мкм 200кРад нет 2009 32-разрядный
процессор, 33
МГц и
контроллер
интерфесный
ЗАО “ПКК
“Миландр”
- КНИ 0,18 мкм ? ? 2014 32-разрядный
двухядерный
процессор, 80
МГц
ОАО «НИИЭТ» Обработка-14 КНИ ? ? 2014 DSP для
электропривода
ОАО «НИИЭТ» Обработка-12 КНИ ? ? 2015 SPARCV8
процессор
НИИ СИ РАН 1900ВМ2Т КНИ 0,35 мкм 200кРад >80
МэВ×см2/мг
2011 32-разрядный
процессор, 66
МГц

20. Базовые матричные кристаллы (БМК) 5400БК1Т, 5400БК2У
Радиационно стойкие аналого-цифровые БМК
имеющие в своем составе цифровую логику и
аналоговые элементы.
Производство: «НИИМЭ и Микрон»
Характеристики БМК:
• Технология КНИ 0,24мкм
• Матрица цифровых элементов — 110 000 вентилей
• Согласованные аналоговые ячейки — более 25 000 пар.
• Встроенные функциональные блоки — более 100 шт.:
• компараторы (56 шт.)
• ЦАП 12 бит (2 шт.)
• РПП 12 бит(2 шт.), возможно построение SAR АЦП
• ИОН (1 шт.)
• ОУ (56 шт.).
Стоимость подготовки производства 3.5 млн руб
Стоимость партии из 500 кристаллов – 300 тыс. руб (600 руб. за кристалл)

21. Россия, 194064, г. Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21
тел.: (812) 552-0110 (812) 552-1325 факс: (812) 556-3692 http://www.rtc.ru e-mail: rtc@rtc.ru
Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й Н А У Ч Н Ы Й Ц Е Н Т Р Р О С С И И
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ
ИНСТИТУТ РОБОТОТЕХНИКИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ
Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й Н А У Ч Н Ы Й Ц Е Н Т Р Р О С С И И
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ
ИНСТИТУТ РОБОТОТЕХНИКИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ
Спасибо за внимание!