Машина для грязной работы

В Томске делают робота для атомной отрасли

Обследование трубопроводов и помещений с высоким радиационным фоном — это задача, которую человеку лучше не выполнять. Команда Томского политехнического университета (ТПУ) два года разрабатывает роботизированный комплекс, который возьмет эту работу на себя и поможет безопасно выводить атомные объекты из эксплуатации. Гусеничная машина из нержавейки и свинца с тремя видеокамерами уже готова к первым испытаниям на реакторе ТПУ. О том, как шла разработка и где предстоит работать роботу, рассказал один из разработчиков, инженер университетского Регионального центра аттестации, контроля и диагностики Артем Жуйков.

Великолепная пятерка

— Артем, сколько вы уже занимаетесь этим проектом? Как вообще появилась такая идея?

— Чуть больше двух лет. Начинали с узкоспециализированной задачи: хотели сделать кроулер (робот, предназначенный для внутреннего неразрушающего контроля качества кольцевых сварных соединений. — Примеч. ред.) для круглых трубопроводов — канализации, вентиляции. Потом поняли, что это слишком ограниченно, и замахнулись на универсальную машину. Чтобы она могла работать и в трубах квадратного сечения, и на открытых площадках. Вот так и пришли к нынешней версии.

— Кто работает над проектом?

— Постоянная команда — пять человек: схемотехник, программист, инженер-конструктор и специалисты по радиационной стойкости компонентов. Часть задач решается в рамках студенческих работ — это полезно и для проекта, и для ребят.

— Что было самым сложным в разработке?

— Тупиков как таковых не было — были задачи, которые нужно было решить по очереди. Первым делом определились с измерительным оборудованием: выбрали дозиметр и спектрометр, которые отвечали требованиям заказчика. Как только стало понятно, сколько все это весит и какое питание нужно, смогли двигаться дальше — считать механику и электронику.

Отдельный вопрос — радиационная стойкость компонентов. Здесь нам оказали содействие коллеги из специализированной лаборатории — буквально соседи по корпусу. Они помогли подобрать защиту, которая и электронику сохранит, и механику не перегрузит. В итоге остановились на нержавеющей стали с тонким слоем свинца и свинцовых стеклах для видеокамер.

После первой версии пришлось принципиально переделать шасси. Когда решили, что машина должна работать и на открытых площадках, и в квадратных трубах, стало ясно: нужен гусеничный движитель. А раз гусеничный — значит, сразу надо думать о том, как его дезактивировать и какие из деталей придется утилизировать.

Питание и навигация

— Как долго робот может работать в реальном радиационном поле? Когда электроника начинает сдавать?

— Зависит от интенсивности излучения. При мощности дозы до 10 мЗв/ч ресурс — не менее 30 Зв накопленной дозы. В более жестких полях — порядка 10 000 Зв.

Для контроля мы отслеживаем накопленную дозу по показаниям электронного дозиметра, плюс внутри корпуса стоит индивидуальный дозиметр на 10 рентген — его нужно проверять после работы в сильных полях. На тот случай, если что-то начинает сбоить, вся электроника выполнена по модульному принципу: неисправный блок просто меняется. Компоненты намеренно выбраны из общепромышленных решений — чтобы в любой момент можно было быстро восстановить работоспособность.

— Робот работает от аккумулятора или от кабеля?

— Основной источник питания — два литий-железо-фосфатных аккумулятора. Они дублируют друг друга: система сама переключается на тот, в котором еще есть заряд. Для особых случаев предусмотрено и кабельное питание, но это запасной вариант, не основной.

— Внутри трубопровода нет GPS, нет привычных ориентиров. Как оператор понимает, где находится машина?

— Комплекс изначально проектировался для ограниченных пространств — трубопроводов, канализации, вентиляционных шахт. Там навигация по GPS просто не нужна. Оператор постоянно видит картинку с видеокамер и визуально контролирует положение машины. Этого достаточно.

— А если машина застряла внутри трубы в загрязненной зоне?

— Для таких случаев предусмотрен эвакуатор. Это отдельное шасси — такое же, как основной комплекс, только без дорогостоящего измерительного оборудования. Зато с захватами, которые могут зацепить и вытащить застрявшую машину. Решение позаимствовано из практики кроулеров для неразрушающего контроля — там это уже отработано.

Простые решения

— ПО — собственная разработка или адаптация готового?

— Полностью собственная. Основная программа работает на микроконтроллере внутри комплекса в реальном времени. Данные сохраняются так: видеозапись с наложенной телеметрией — потом ее расшифровывают и привязывают к карте объекта.

— А сам интерфейс управления — насколько он понятен человеку без опыта работы с роботами?

— Старались сделать максимально просто. На 10-дюймовый экран выводится изображение с активной камеры: передней, задней или инструментальной. Переключаешь их с пульта. Поверх картинки — телеметрия: показания дозиметров, наклон машины в двух плоскостях, заряд аккумулятора. Управление — через пульт, похожий на тот, что используется для радиоуправляемых моделей. Ничего экзотического.

 Вопрос выживания

— Как корпус справляется с жесткими условиями внутри трубопроводов — влажностью, перепадами температур, химическими отложениями?

— Степень защиты — IP64, то есть пыле- и влагозащита. Материалы — нержавеющая сталь и анодированный алюминий. Этого достаточно для объектов атомной отрасли при подготовке их к выводу из эксплуатации.

— После работы в загрязненной зоне что происходит с роботом? Его можно использовать повторно?

— Это один из ключевых вопросов, который мы прорабатывали с самого начала. Решение такое: ядро системы — модуль управления, аккумуляторы, дозиметр — перед работой упаковывается в тонкую полиэтиленовую пленку. После — снимаешь пленку, и электроника чистая.

Механическая часть — привод, цепная передача гусеничного движителя — выполнена герметичной, ее можно дезактивировать. А вот колеса и гусеницы сделаны из недорогих материалов намеренно: скорее всего, они станут расходником. Это заложено в концепцию.

В ожидании испытаний

— Кто в отрасли уже проявил интерес к роботу?

— Интерес к данной машине проявили дочерние предприятия госкорпорации «Росатом». О более широком масштабировании, в том числе на зарубежные объекты, пока говорить рано. Сначала нужно пройти опытную эксплуатацию, собрать отзывы российских предприятий и понять, что дорабатывать.

— Летом первые испытания на реакторе ТПУ. Что именно планируете проверить?

— Главное — устойчивость связи, управляющего канала и видеопотока. Второе — отработать процедуру дезактивации и понять, удастся ли сохранить систему для дальнейшей работы. По результатам и определимся, что нужно доработать.

— Искусственный интеллект для анализа данных рассматриваете?

— Пока не планируем, но возможность такая есть. В теории ИИ мог бы анализировать видеозапись обследования, строить карту радиационных полей и выдавать готовый отчет без ручной расшифровки. Надеюсь, этим займемся в будущем.