Какие колеса лучше всего подходят для наземных роботов: эксперт сравнил пять вариантов

Военный эксперт, кандидат технических наук Александр Костур в материале, предоставленном "Милитари24", сравнил пять основных конструкций колес, которые могут применяться на наземных роботизированных платформах. До этого эксперт выявил основные угрозы для наземного робота на поле боя, определил оптимальный тип ходовой части, а также количество и расположение камер на НРК.

Различные подходы уже можно увидеть в украинских разработках. Например, "Милитари24" рассказывал о колесном НРК VARKHAN, конструкция которого создана для работы на сложном рельефе.

Обычная шина хорошо едет, но плохо переносит повреждения

Самый очевидный вариант для колесного НРК – традиционная пневматическая шина с воздухом.

Ее преимущества хорошо известны. По оценке Костура, такие колеса обеспечивают высокую проходимость и скорость, хорошо сцепляются с различными типами поверхности и создают сравнительно мало шума.

Эластичная шина также частично поглощает неровности. Это особенно полезно на простых НРП без сложной подвески.

Однако есть существенный недостаток – низкая долговечность. Прокол, разрыв боковины или другое серьезное повреждение может резко ухудшить мобильность платформы. Для автомобиля это обычно означает необходимость остановиться и заменить колесо. Для НПР, работающего в опасной зоне, такой возможности может не быть.

"Правильно выбранный рисунок протектора имеет большое значение для проходимости", – подчеркивает Александр Костур.

Впрочем, даже правильный протектор не решает проблему самого повреждения шины.

Металлическое колесо трудно уничтожить, но у него есть другие проблемы

На другом конце шкалы находятся цельнометаллические колеса. Их главное преимущество очевидно – высокая живучесть. Проколоть такое колесо невозможно, оно также долговечно и не зависит от давления воздуха.

Но Костур обращает внимание на серьезные компромиссы. Металлические колеса обладают посредственной проходимостью, не обеспечивают эластичности и могут быть скользкими на твердых и обледенелых поверхностях. К тому же при движении на них НПР создает больше шума.

Типы колес по материалу и структуре. Рисунок О. Костура

Отсутствие эластичности означает и более высокие ударные нагрузки на саму платформу. Поэтому решение, которое кажется максимально выживаемым с точки зрения одного колеса, не обязательно делает более выживаемым весь робот.

Это особенно заметно на боевых НРП, где шасси несет не только собственную массу, но и вооружение, и боекомплект. "Милитари24" ранее писал о Tanchik Droid 12.7 с крупнокалиберным пулеметом Browning M2. Для таких платформ характеристики колес напрямую влияют на маневренность всей системы.

Цельная резина – компромисс между металлом и пневматикой

Еще один вариант – колесо с шиной из цельной резины или нескольких резиновых секторов. Оно значительно менее уязвимо к проколам, чем обычная пневматическая шина. Костур оценивает его проходимость по грунтам выше среднего, а живучесть – как высокую.

Однако такая конструкция менее эластична. На твердых и мерзлых покрытиях сцепление ухудшается, а уровень шума увеличивается.

То есть инженеры вновь сталкиваются с компромиссом между одной характеристикой и другой: повышение устойчивости к повреждениям ухудшает поведение машины на некоторых поверхностях.

Для НРП, который преимущественно движется по грунту с небольшой скоростью, такой компромисс может быть приемлемым. Для более быстрой универсальной платформы требования уже будут другими.

RunFlat позволяет продолжать движение после повреждения

Ближе к автомобильному подходу находится пневматическая шина с внутренней вставкой типа RunFlat.

В нормальном состоянии такое колесо сохраняет основные преимущества обычной шины: высокую проходимость, скорость, хорошее сцепление и относительно низкий уровень шума.

После потери давления внутренняя конструкция позволяет колесу в течение определенного времени не проваливаться полностью.

Эксперт оценивает живучесть такого решения как среднюю. После повреждения шины платформа все еще может двигаться, однако ее скорость и проходимость снижаются. Для военного НРП даже такое ограничение может быть достаточным.

Наземному роботу не обязательно продолжать выполнять задачу с исходной скоростью. Гораздо важнее, чтобы он смог самостоятельно покинуть опасную зону.

Цель наземной роботизации как раз заключается в сокращении необходимости отправлять людей туда, где высок риск поражения. "Милитари24" рассказывал, как НРК используют для эвакуации и других опасных задач. Если поврежденного робота приходится забирать вручную, часть этого преимущества теряется.

Безвоздушная шина сочетает в себе большинство преимуществ

Самым интересным решением, по мнению Александра Костура, является безвоздушная резиновая шина.

Она не имеет традиционной герметичной полости с воздухом. Нагрузку принимает на себя эластичная внутренняя структура, поэтому обычный прокол не приводит к потере давления.

По оценке эксперта, такие колеса обеспечивают высокую проходимость, скорость и сцепление на различных поверхностях. В то же время их долговечность также высока. На бумаге это почти оптимальная комбинация для НРП.

Но есть два ограничения. Безвоздушные шины дороже, а выбор доступных типоразмеров пока меньше, поскольку сама технология продолжает развиваться.

Для массового военного роботостроения эти факторы важны не меньше, чем характеристики самой шины. Даже очень эффективное техническое решение сложно масштабировать, если его дорого производить или невозможно быстро поставлять в нужном количестве.

Для робота важно даже направление протектора

Материал колеса – лишь часть вопроса. Не менее важен рисунок протектора.

Костур выделяет два основных варианта для шин и резиновых гусениц с высокой проходимостью: направленный рисунок типа "елочка" и ненаправленный Offroad-протектор.

"Елочка" прекрасно работает при движении в основном направлении. Подобный рисунок широко используется на сельскохозяйственной и другой технике, работающей на мягком грунте.

Для наземного робота здесь возникает проблема: ему нередко приходится возвращаться по тому же маршруту задним ходом.

Направленный протектор в обратном направлении работает хуже. Костур также отмечает более низкий уровень бокового сцепления при движении по склону.

Ненаправленный рисунок, напротив, обеспечивает высокую проходимость в обоих направлениях и лучшее боковое сцепление. По суммарной эффективности для внедорожного применения эксперт отдает предпочтение именно такому варианту.

Для внедорожного движения это существенно, ведь задний ход является полноценным режимом работы, а не вспомогательным маневром.

Направленный протектор типа "елочка" и ненаправленный рисунок. Рисунок О. Костура

Идеального колеса пока нет

Сравнение пяти конструкций показывает ту же закономерность, что и выбор между колесами и гусеницами: каждое решение является компромиссом.

Обычная пневматическая шина хорошо едет, но уязвима к повреждениям. Металлическое колесо очень долговечно, однако уступает в комфорте движения и сцеплении. Цельная резина находится между этими крайностями. RunFlat позволяет сохранить подвижность после повреждения, хотя и со значительными ограничениями.

Безвоздушная шина наиболее близка к сочетанию высокой проходимости и живучести, но пока проигрывает по цене и доступности.

Для украинского НРП правильным решением будет не самое дорогое или технологически самое сложное колесо, а то, которое соответствует конкретному сценарию применения машины.

Одна платформа должна дешево и массово перевозить грузы. Другая будет работать на тяжелом грунте. Третья будет перевозить дорогостоящее оборудование или вооружение. А система дистанционного управления, как показывает пример украинской платформы BUREVII, может объединять управление, телеметрию и видео в единый комплекс.

Однако для каждого из этих роботов остается одно общее требование: повреждение одного колеса не должно автоматически означать потерю всей машины.