ГОСТ Р 60.6.3.7-2023 Роботы и робототехнические устройства. Методы испытаний сервисных мобильных роботов для работы в экстремальных условиях. Проходимость. Преодоление разнонаправленных подъемов и спусков.

        ГОСТ Р 60.6.3.7-2023

 

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

 Роботы и робототехнические устройства

 

 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ СЕРВИСНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ ДЛЯ РАБОТЫ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

 

 Проходимость. Преодоление разнонаправленных подъемов и спусков

 

 Robots and robotic devices. Test methods for service mobile emergency response robots. Mobility. Passing crossing pitch/roll ramps

Дата введения 2024-01-01

ОКС 13.200

         25.040.30

 

 Предисловие

     

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным автономным научным учреждением "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 141 "Робототехника"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 августа 2023 г. N 778-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ Е2827/Е2827М-20* "Стандартный метод испытаний для оценки проходимости роботов для работы в экстремальных условиях на поверхности с разнонаправленными подъемами и спусками" (ASTM Е2827/Е2827М-20 "Standard Test Method for Evaluating Response Robot Mobility Using Crossing Pitch/Roll Ramp Terrains", MOD) путем внесения технических отклонений, объяснение которых приведено во введении к настоящему стандарту.

 

 

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5) и для увязки с наименованиями, принятыми в существующем комплексе национальных стандартов Российской Федерации

5 ВЗАМЕН ГОСТ Р 60.6.3.7-2019

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

 

 Введение

Требования стандартов комплекса ГОСТ Р 60 распространяются на роботы и робототехнические устройства. Целью стандартов является повышение интероперабельности роботов и их компонентов, а также снижение затрат на их разработку, производство и обслуживание за счет стандартизации и унификации процессов, интерфейсов, узлов и параметров.

Стандарты комплекса ГОСТ Р 60 представляют собой совокупность отдельно издаваемых стандартов. Стандарты данного комплекса относятся к одной из следующих тематических групп: "Общие положения, основные понятия, термины и определения", "Технические и эксплуатационные характеристики", "Безопасность", "Виды и методы испытаний", "Механические интерфейсы", "Электрические интерфейсы", "Коммуникационные интерфейсы", "Методы моделирования и программирования", "Методы построения траектории движения (навигация)", "Конструктивные элементы". Стандарты любой тематической группы могут относиться как ко всем роботам и робототехническим устройствам, так и к отдельным группам объектов стандартизации: промышленным роботам в целом, промышленным манипуляционным роботам, промышленным транспортным роботам, сервисным роботам в целом, сервисным манипуляционным роботам, сервисным мобильным роботам, а также к морским робототехническим комплексам.

Настоящий стандарт относится к тематической группе "Виды и методы испытаний" и распространяется на сервисные мобильные роботы, предназначенные для работы в экстремальных условиях. Настоящий стандарт определяет метод испытаний проходимости роботов при движении по сложной поверхности с разнонаправленными подъемами и спусками. Данный метод испытаний по преодолению разнонаправленных подъемов и спусков в ограниченном пространстве является частью комплекса испытаний роботов по проходимости.

Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к АСТМ Е2827/Е2827М-20, разработанному Техническим комитетом E54 ASTM International "Прикладные системы для национальной безопасности" согласно принципам стандартизации, установленным в Решении о принципах разработки международных стандартов, руководств и рекомендаций Комитета по техническим барьерам в торговле Всемирной торговой организации, для приведения его в соответствие с требованиями основополагающих национальных и межгосударственных стандартов.

В настоящий стандарт внесены следующие технические отклонения по отношению к стандарту АСТМ Е2827/Е2827М-20:

- исключены примечания и сноски примененного стандарта, которые нецелесообразно применять в российской национальной стандартизации в связи с их содержанием, имеющим справочный характер и относящимся к системе стандартизации США;

- значения физических величин указаны только в Международной системе единиц (СИ), используемой в российской национальной стандартизации в соответствии с требованиями ГОСТ 8.417, в то время как в примененном стандарте значения измерений указаны как в системе единиц СИ, так и в американских единицах (дюйм-фут); в связи с чем пункт 1.5 примененного стандарта об использовании двух систем единиц измерения не включен в настоящий стандарт;

- исключен пункт 1.7 примененного стандарта, т.к. его содержание приведено во введении;

- исключен раздел 2 "Нормативные ссылки" с последующим изменением нумерации разделов, т.к. ссылки на единственный стандарт из раздела 2.1 примененного стандарта присутствуют только в разделе "Термины и определения" и согласно ГОСТ 1.5 не считаются нормативными, а подраздел 2.2 примененного стандарта содержит ссылки на документы системы стандартизации США, которые нецелесообразно применять в национальной стандартизации;

- в соответствии с ГОСТ Р 1.7, ГОСТ 1.3, ГОСТ Р 1.5 и ГОСТ 1.5 включен раздел 3 "Термины и определения", в котором приведены определения терминов, примененных в настоящем стандарте, вместо простого перечисления терминов в пунктах 3.1-3.3 раздела 3 "Терминология" примененного стандарта;

- терминологические статьи расположены в алфавитном порядке букв русского языка для обеспечения соответствия требованиям ГОСТ 1.5;

- в раздел 6 добавлен рисунок 7, поясняющий размещение наклонных элементов на испытательном стенде, соответственно нумерация последующих рисунков увеличена на единицу;

исключена нумерация пунктов 10.1 и 11.1 примененного стандарта в соответствии с требованиями ГОСТ 1.5-2001, пункт 4.2.3;

- ключевые слова приведены в библиографических данных в соответствии с ГОСТ 1.5 вместо раздела 12 "Ключевые слова" в примененном стандарте;

- изменены отдельные фразы (слова, значения показателей, ссылок). Все дополнения и изменения в тексте стандарта выделены курсивом.

 

      1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на дистанционно управляемых наземных роботов, работающих в сложных, неструктурированных и часто опасных условиях, устанавливает метод испытаний и определяет испытательное оборудование, порядок проведения испытаний и показатели для количественной оценки возможностей робота по преодолению сложной поверхности с разнонаправленными подъемами и спусками. Данный метод испытаний является одним из ряда испытаний, характеризующих такое эксплуатационное качество мобильных роботов, как проходимость.

1.2 Робототехнический комплекс для работы в экстремальных условиях предусматривает присутствие удаленно расположенного оператора, управляющего выполнением большинства функций, поэтому в состав комплекса следует включить бортовую камеру на роботе и дисплей у оператора. Данный метод испытаний может быть использован для оценки дистанционно управляемых или автономных действий роботов, обеспечивающих повышение эффективности или производительности мобильных роботов с дистанционным управлением.

1.3 Разные категории пользователей могут устанавливать собственные количественные значения параметров, определенных в настоящем стандарте, в зависимости от конкретных условий, в которых будет эксплуатироваться робот.

1.4 Испытания согласно данному методу допускается проводить в любом месте, где можно воспроизвести необходимые условия внешней среды и установить испытательное оборудование.

1.5 Требования настоящего стандарта не распространяются на весь спектр проблем безопасности, связанных с его применением, при их наличии. Пользователи настоящего стандарта отвечают за разработку необходимых мер безопасности и охраны здоровья, а также за определение применимости законодательных ограничений до использования настоящего стандарта.

 

      2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1

 

автономный режим работы: Режим работы, при котором мобильный робот получает задание от оператора или внешней системы управления, с которой взаимодействует, и выполняет его без дальнейшего взаимодействия с оператором или внешней системой.

 

 

[ГОСТ Р 60.6.0.1-2021, статья 2]

 

 

2.2

 

 

(испытательная) попытка [(test) repetition)]: Цикл от начала до завершения выполнения роботом задания, установленного в методе испытаний.

 

[ГОСТ Р 60.6.3.1-2019, статья 2.8]

 

 

2.3

 

 

испытательный комплект (test suite): Разработанная совокупность методов и технических средств испытаний, которые совместно используются для оценки рабочих характеристик или определения соответствия техническим требованиям конкретной подсистемы или функциональных возможностей робота для работы в экстремальных условиях.

 

[ГОСТ Р 60.6.3.1-2019, статья 2.9]

 

 

2.4 комплекс испытаний (trial): Совокупность попыток, которые должен выполнить испытуемый робот в соответствии с конкретным методом испытаний, чтобы получить результаты, соответствующие требуемой статистической достоверности.

 

2.5

 

 

оператор [operator]: Лицо, уполномоченное запускать, контролировать и останавливать выполнение заданной операции.

 

[ГОСТ Р 60.0.0.4-2023, статья 3.11]

 

 

2.6

 

 

операторский пульт управления; ОПУ (operator control unit; OCU): Устройство, используемое оператором для телеуправления роботом.

 

[ГОСТ Р 60.6.3.10-2019, статья 3.7]

 

 

2.7

 

 

протокол испытаний (test form): Документ, содержащий необходимые сведения об объекте испытаний, применяемых методах, средствах и условиях испытаний, результаты испытаний, а также заключение по результатам испытаний, оформленный в установленном порядке.

 

[ГОСТ 16504-81, статья 24]

 

 

2.8

 

 

робот (robot): Программируемый исполнительный механизм, обладающий определенным уровнем автономности и предназначенный для выполнения перемещения, манипулирования или позиционирования.

 

Примечание 1 - В состав робота входит система управления.

 

Примечание 2 - Примерами конструктивных разновидностей роботов являются манипулятор, мобильная платформа и носимый робот.

 

 

[ГОСТ Р 60.0.0.4-2023, статья 3.1]

 

 

2.9

 

 

робот для работы в экстремальных условиях (робот для аварийных работ) [emergency response robot (response robot)]: Робот, предназначенный для выполнения оперативных задач в различных рабочих режимах с целью оказания помощи оператору при выполнении работ в экстремальных условиях и опасных средах.

 

Примечание - К некоторым основным характеристикам таких роботов относятся: дистанционное управление с безопасного удаленного расстояния, эксплуатация на рабочих скоростях, способность работать в сложных условиях, достаточная защищенность от опасной среды, надежность и возможность обслуживания в полевых условиях, долговечность и экономическая эффективность, а также оснащенность средствами обеспечения безопасности.

 

 

[ГОСТ Р 60.6.3.1-2019, статья 2.33]

 

 

2.10

 

 

руководитель (испытаний) [(test) administrator]: Лицо, осуществляющее непосредственное руководство проведением испытаний.

 

[ГОСТ Р 60.6.3.1-2019, статья 2.34]

 

 

2.11

 

 

(тестовое) задание [(testing) task]: Последовательность действий, вполне определенных и конкретизированных в соответствии с заданным показателем или набором показателей по отношению к испытуемым роботам и операторам и предназначенных для оценки возможностей робота.

 

[ГОСТ Р 60.6.3.1-2019, статья 2.38]

 

 

2.12 четвертной элемент наклонной поверхности (quarter-ramp terrain element)]: Элемент с поверхностью, расположенной с наклоном под углом 15°, горизонтальная проекция которого имеет форму квадрата со стороной, равной 1/4 ширины испытательного стенда.

 

      3 Краткое описание метода испытаний

3.1 Испытания согласно данному методу выполняет оператор, находящийся на удаленном рабочем месте вне визуального и звукового контактов с испытательным стендом и роботом. Необходимо, чтобы робот перемещался по испытательному стенду, следуя по одному из двух установленных маршрутов на поверхности с разнонаправленными подъемами и спусками. В процессе движения робот должен преодолевать подъемы и спуски при переменном сцеплении с поверхностью и осуществлять повороты на неровной поверхности при наличии или отсутствии ограничивающих конструкций.

3.2 Маршрут движения в форме восьмерки, который робот проходит прямым ходом, предусматривает перемещение по поверхности с разнонаправленными подъемами и спусками, делая правые и левые повороты для обхода препятствий. Данный маршрут позволяет испытывать робот при перемещении на большие расстояния на сравнительно небольшом испытательном стенде. Маршрут движения восьмеркой показан белыми линиями со стрелками на рисунках 1 и 2.

 

 

 

Примечание - Попытки начинаются и заканчиваются при пересечении какой-либо частью робота стартовой/финишной осевой линии. Начальная позиция может быть расположена на любом конце испытательного стенда.

     Рисунок 1 - Общий вид испытательного стенда с поверхностью в виде разнонаправленных подъемов и спусков

     

 

 

 

     Рисунок 2 - Вид сверху на маршрут движения восьмеркой (прямым ходом), определяемый препятствиями

3.3 Зигзагообразный маршрут движения, который робот проходит прямым и задним ходом, предусматривает перемещение робота по поверхности с разнонаправленными подъемами и спусками с выполнением правых и левых поворотов для обхода препятствий. Данный маршрут позволяет испытывать робот при движении в ограниченном пространстве. Движение по маршруту, обозначенному белой линией, робот выполняет прямым ходом, а по маршруту, обозначенному черной линией, - задним ходом (см. рисунки 1 и 3).

 

 

 

     Рисунок 3 - Вид сверху на зигзагообразный маршрут (прямым и задним ходом), определяемый препятствиями

3.4 Робот начинает движение с одного или другого конца испытательного стенда, представляющего собой искусственную местность с разнонаправленными подъемами и спусками заданного масштаба. Робот перемещается либо по маршруту движения восьмеркой (прямым ходом), либо по зигзагообразному маршруту (прямым и задним ходом), обходя два препятствия. Попытку прохода по маршруту движения восьмеркой (прямым ходом) считают выполненной, когда робот пересекает стартовую/финишную осевую линию испытательного стенда без ошибок, пройдя приблизительно по маршруту, обозначенному белой линией. Попытку прохода по зигзагообразному маршруту (прямым/задним ходом) считают выполненной, когда робот пересекает стартовую/финишную осевую линию испытательного стенда без ошибок, пройдя приблизительно по маршрутам, обозначенным белой и черной линиями.

3.5 В процессе проведения испытаний фиксируют приведенные в 3.5.1-3.5.3 виды ошибок, в результате которых попытку признают неудачной.

3.5.1 Любой контакт робота с испытательным стендом, после которого требуется наладка или ремонт для возврата испытательного стенда в исходное состояние.

3.5.2 Любое визуальное, звуковое или физическое взаимодействие, которое помогает роботу или удаленно расположенному оператору.

3.5.3 Выезд робота за пределы испытательного стенда во время выполнения попытки.

3.6 Для того чтобы продемонстрировать надежность робота или убедиться в квалификации оператора дистанционного управления, в ходе испытаний необходимо выполнить достаточное число результативных попыток. Продолжительность испытаний, состоящих из 10-30 попыток, составляет от 10 до 30 мин. При оценке показателей робота необходимо, чтобы было выделено достаточное количество времени для проведения полного объема испытаний с участием опытного оператора. При оценке квалификации оператора необходимо ограничить время проведения испытаний так, чтобы начинающие и опытные операторы испытывали одинаковую усталость.

3.7 При оценке результатов испытаний необходимо учитывать три показателя, которые рассматривают в следующем порядке значимости: оценка завершенности, статистическая надежность результатов и эффективность. Результаты прохождения маршрута движения восьмеркой (прямым ходом) и зигзагообразного маршрута (прямым/задним ходом) несопоставимы, поскольку они характеризуют разные возможности роботов. Результаты испытаний на испытательных стендах разного масштаба также являются несопоставимыми, так как роботы перемещаются по проходам разной ширины и на разные расстояния.

 

      4 Значение и использование метода испытаний

4.1 Данный метод испытаний входит в комплекс связанных методов испытаний, обеспечивающих воспроизводимые оценки проходимости роботов и квалификации операторов дистанционного управления. Данный испытательный стенд с разнонаправленными подъемами и спусками позволяет оценить проходимость робота, его систему передвижения и подвеску, обеспечивающие надлежащую силу сцепления с поверхностью, тенденции к опрокидыванию робота, поддержание роботом равновесия при движении по сложной поверхности (при необходимости), вариабельность формы шасси (если применимо), а также ситуационную осведомленность оператора. Таким образом, данный испытательный стенд можно использовать для имитации рельефа умеренной сложности на открытых территориях или завалов в закрытых помещениях.

4.2 Масштаб испытательного стенда допускается изменять для имитации разных ограничений, характерных для предполагаемой среды применения робота по назначению. Например, испытательный стенд с ограничивающими стенами может иметь размеры, соответствующие ширине проходов в салонах автобусов, поездов или самолетов, жилым помещениям с коридорами и дверными проемами, относительно свободному пространству парковочных площадок с достаточно большими расстояниями между автомобилями, а также открытой местности.

4.3 Оборудование испытательного стенда является не только рентабельным, но и простым в изготовлении, что позволяет его широко тиражировать. Проведение испытаний согласно установленному методу также не представляет особых трудностей. Это облегчает сравнение результатов испытаний, проведенных в разных местах и в разное время для определения наиболее совершенных в своем классе роботов и операторов.

4.4 Данный метод испытаний используют для оценки основных возможностей роботов в контролируемых условиях окружающей среды. Движение по поверхности с разнонаправленными подъемами и спусками может быть включено в программу обучения операторов с целью оценки снижения показателей вследствие неконтролируемых изменений освещенности, погодных условий, радиосвязи, точности геопозиционирования и т.д.

4.5 Данный метод испытаний используют для формирования компромиссных оценок возможностей роботов, принятия обоснованных решений при закупках роботов и для проверки рабочих характеристик роботов при проведении приемочных испытаний. В результате спецификации требований ожидания пользователей будут приведены в соответствие с существующими ограничениями технических возможностей.

4.6 Данный метод испытаний используют для целенаправленного обучения операторов в качестве воспроизводимого практического задания или в качестве задания, включенного в программы обучения. Полученные в результате проведенных испытаний показатели квалификации операторов дистанционного управления позволяют отслеживать изменения навыков операторов с течением времени, а также сравнивать результаты работы в разных подразделениях, регионах или со средними показателями по стране.

4.7 Данный метод испытаний используют для разработки технических инноваций, демонстрации прорывных возможностей и оценки надежности роботов, выполняющих конкретные задания в рамках применения роботов по назначению. Объединение нескольких методов испытаний или их последовательное осуществление может помочь разработчикам и изготовителям реализовывать сочетание возможностей роботов, необходимое для их применения по назначению.

 

      5 Требования к оборудованию испытательного стенда

5.1 Оборудование испытательного стенда, необходимое для проведения испытаний, включает участок поверхности с чередующимися разнонаправленными четвертными элементами наклонной поверхности с подъемом и спуском под углом 15°, препятствия для задания маршрута движения робота, ограничивающую конструкцию (факультативно), хронограф и люксметр. Основным параметром испытательного стенда, который должен быть задан, является минимальная ширина проходов W для робота, расположенных по обеим сторонам от препятствий на всем протяжении установленного маршрута (см. рисунок 4).

 

 

 

     Рисунок 4 - Масштабируемая ширина проходов для имитации разной внешней среды

Минимальную ширину прохода следует выбирать в соответствии с предполагаемой средой применения робота по назначению и/или с размерами робота. С целью эффективного использования доступных строительных материалов минимальную ширину прохода, как правило, устанавливают равной 30, 60, 120 или 240 см, хотя могут быть заданы и другие размеры. Все размеры испытательного стенда масштабируют пропорционально минимальной ширине прохода (см. рисунок 5). Например, общая ширина поверхности стенда равна 2W, а общая длина поверхности стенда составляет не менее 6W. Длина стенда может быть увеличена для роботов большего размера, которые требуют большего пространства для маневрирования вокруг препятствий, оставаясь при этом внутри стенда. При выборе конкретной минимальной ширины прохода для испытательного стенда следует отметить, что полученные на нем результаты будут несопоставимы с данными, полученными на испытательном стенде с другой минимальной шириной прохода.

 

 

 

     Рисунок 5 - Вид сверху на испытательный стенд с указанием размеров, пропорциональных минимальной ширине прохода W

5.2 Поверхность с разнонаправленными подъемами и спусками - это поверхность, составленная из четвертных элементов наклонной поверхности с подъемом и спуском под углом 15°, представляющая собой прерывистую поверхность с вершинами и впадинами. Все элементы наклонной поверхности имеют квадратное основание, чтобы их можно было поворачивать на месте для формирования более сложных поверхностей. Размеры квадратного основания устанавливают равными половине минимальной ширины прохода 1/2W, поэтому на испытательном оборудовании любого размера наклонные элементы соединены между собой вдоль осевой линии ограниченных участков маршрута робота (см. рисунок 6). Поверхность наклонного элемента может быть выполнена из ориентированно-стружечной плиты (ОСП), фанеры или аналогичного материала с относительно твердой поверхностью, обладающей низким коэффициентом трения. Опорная конструкция может быть собрана из деревянных столбиков и панелей ОСП. Все наклонные элементы изготавливают с учетом выбранной площади основания для обеспечения их взаимозаменяемости, поэтому длина поверхности элемента, расположенной под углом 15°, несколько больше, чем 1/2W в направлении вверх по склону. Ширина элемента неизменно равна 1/2W. Четыре столбика из бруса, срезанные под углом 15°, представляют собой опору для наружной поверхности наклонного элемента и соединяют три боковые панели, обеспечивающие дополнительную опору по периметру квадратного основания. Порядок укладки четвертных элементов наклонной поверхности на испытательном стенде показан на рисунке 7.

 

 

 

     Рисунок 6 - Детали элемента наклонной поверхности

 

 

 

Примечание - Стрелка указывает направление вверх по склону элемента.

     Рисунок 7 - Порядок укладки четвертных элементов наклонной поверхности на испытательном стенде

5.3 Препятствия, ограничивающие маршрут робота, - это препятствия, размещаемые на поверхности испытательного стенда, обеспечивающие визуальные ориентиры для оператора, дистанционно управляющего роботом при прохождении заданного маршрута восьмеркой (прямым ходом) или зигзагообразного маршрута (прямым и задним ходом). Препятствия изготавливают из любого твердого или пористого материала, обеспечивающего визуальный ориентир для оператора (см. рисунок 8). Они должны быть прочными и легко поддаваться ремонту или замене после столкновения с роботом. Общая толщина препятствия не должна превышать 5% от минимальной ширины прохода, а длина должна быть равна W.

 

 

     Рисунок 8 - Вид сбоку разных типов препятствий

5.4 Ограничивающая конструкция - это установленные на поверхности стенда четвертные наклонные элементы, которые фиксируют так, чтобы они не перемещались относительно друг друга. Простейшей ограничивающей конструкцией является опорная поверхность с деревянными бортами. Другой вариант ограничивающей конструкции - это стены, создающие дополнительный уровень сложности для работы робота (см. рисунок 9). Кроме того, стены способствуют обеспечению безопасности для персонала, находящегося поблизости в данном помещении.