Тяжелые машины ведут путь: беспилотное вождение уже реальность

Автономные технологии давно устоялись в горном деле и сельском хозяйстве

Главный текущий фокус автопромышленности — беспилотные автомобили. Устоявшиеся автопроизводители, также как технологические компании, такие как Apple Inc. и Alphabet Inc.'s Google, работают над разработкой автомобилей и легких грузовиков, которые либо помогают человеческим водителям, либо управляют самими собой.

Производители тяжелой техники уже достигли этого. Caterpillar Inc. (Пеория, штат Иллинойс), с помощью Национального центра робототехники Карнеги-Меллона (Питтсбург), продает автономные самосвалы для горного дела и других применений. John Deere от Deere & Co. (Молин, штат Иллинойс) был ранним разработчиком автономных транспортных средств, в данном случае тракторов и других сельхозмашин. На مر السنين он привлек помощь NASA.

Катализатором для таких продуктов была необходимость снизить затраты и повысить производительность. Самосвалы для горного дела, например, работают дольше, потому что у них нет водителей. Автономные тракторы могут сажать семена и распределять удобрения более точно, экономя деньги за счет уменьшения или устранения перекрытий.

Такие транспортные средства также движутся по обозначенным внедорожным маршрутам на шахтах и полях. Это проще, чем автомобилям самонавигироваться на открытых дорогах.

«Применение [сельхоз- и горная техника] определенно более ограничено, даже если оно все еще очень сложно», — сказал Херман Херман, директор Национального центра инженерии робототехники, часть Института робототехники Карнеги-Меллона. Центр работал как с Caterpillar, так и с Deere.

Недавние достижения в технологиях ускорили дальнейшее развитие автономных внедорожных транспортных средств, сказал Херман.

«С аппаратной стороны, есть много новых датчиков, которые не только более способны, но и дешевле, позволяя совершенно новый набор применений», — сказал он в электронном интервью. «С программной стороны, было много достижений в алгоритмах ИИ [искусственного интеллекта], которые также позволяют гораздо лучшие возможности».

Более того, Херман сказал: «По мере того как мы проектируем и строим больше роботов, было гораздо лучшее понимание с точки зрения системной инженерии о том, что требуется для построения автономных систем, таких как беспилотный грузовик».

Автоматизация горных операций

Автономные тяжелые транспортные средства восходят более чем к четверть века назад. Caterpillar и Карнеги-Меллон начали работать вместе в 1980-х на способах автоматизации наземного горного оборудования.

В конце 1990-х два партнера работали вместе над роботизированным экскаватором для автоматической погрузки самосвалов. Эта система использовала сканирующие дальномеры для распознавания погружаемого самосвала и обнаружения препятствий в рабочей зоне.

«Мы продемонстрировали автономную систему погрузки для экскаваторов, способную загружать самосвалы мягким материалом со скоростью экспертных человеческих операторов», — сказал институт робототехники в технической статье, опубликованной в 1998 году. «Система модифицирует как свои планы копания, так и сброса на основе оседания почвы, обнаруженной ее датчиками». Херман был частью команды, работавшей над проектом.

В 2000-х Карнеги-Меллон и Caterpillar работали вместе над соревнованиями DARPA по автономным транспортным средствам. После этого дуэт сотрудничал над Autonomous Haulage Solutions (AHS), или беспилотными шахтскими самосвалами, такими как Cat 793F.

Caterpillar начал с трех автономных шахтских самосвалов для тестирования и валидации в 2011 году, согласно фоновому материалу, предоставленному производителем тяжелой техники. Два года позже Caterpillar коммерчески развернул шесть автономных самосвалов. К концу этого года производитель тяжелой техники ожидает, что 100 таких самосвалов будут работать на трех континентах.

Самосвалы не имеют человеческих операторов. У них есть обозначенные маршруты, но они могут выбирать альтернативные маршруты для достижения назначенных пунктов назначения. Они развернуты на удаленных шахтных участках и надзираются центральной системой управления, управляемой человеческими супервизорами. Датчики и связанные технологии позволяют самосвалам избегать других транспортных средств и шахтного персонала. Самосвалы останавливаются, если объект или транспортное средство попадает на их путь. Они также предоставляют диагностические данные и оповещают центр управления, если требуются ремонты.

Caterpillar продолжает «активно работать» с центром робототехники Карнеги-Меллона, сказал Джо Форкаш, инженерный супервайзер в центре автоматизации Питтсбурга компании, в электронном письме.

«Есть много сложности и технологий, входящих в это решение», — сказал Херман.

На ферме

Поля ферм также являются местом для автономных транспортных средств, включая тракторы и комбайны. Транспортные средства John Deere не полностью автономны. Операторы все еще на борту. Они водят первый изогнутый ряд, фактически обучая систему наведения трактора. После этого система делает большую часть вождения, и оператор может убрать руки с руля.

Deere рассматривала технологию беспилотного вождения как способ для клиентов снизить затраты и работать на оборудовании дольше.

«Представьте, что вы едете по межштатной трассе и должны держать шину на белой линии», — сказал Терри Пикетт, менеджер по передовым инженерии для John Deere Integrated Solutions. «Каждый раз, когда вы съезжаете с белой линии, это стоит вам 3 доллара. Вы бы были почти с выгоревшими глазами».

«Мы действительно начали сфокусированный путь в 1996 году», — продолжил Пикетт. «Мы работали со Стэнфордским университетом над GPS-наведением». В конце 1990-х компания тесно работала со Стэнфордом над передовым GPS-системой наведения, а также системой Deere, спроектированной для надежности и стоимостной эффективности, сказал Пикетт: «Мы пытались решить в тот момент, насколько точно нам нужно быть для операций на поле».

В начале 2000-х Deere представила свою первую систему AutoTrac. Цель в то время была иметь точность в пределах 40 сантиметров «и мы вошли в 25», — сказал Пикетт.

Также в это время Deere заключила соглашение с Лабораторией реактивного движения NASA по GPS-приемникам.

В 2004 году Deere модифицировала свои GPS-приемники StarFire, позволяя им подключаться к наземной сети станций NASA и использовать ПО NASA для коррекции GPS-сигналов. Лицензия компании с NASA закончилась в 2015 году после того, как Deere разработала свою систему.

Пакт с NASA «довез нас на рынок на три-четыре года раньше», — сказал Пикетт. «Он позволил нам сделать более сфокусированный и глубокий процесс мышления» во время разработки своей системы, сказал он.

«Он перевел нас от системы с точностью 25 см до системы 7 или 8 см», — сказал он. «Теперь это точность 3 см».

Помимо помощи операторам, системы Deere помогают направлять прицепы для вспашки, посева и удобрения. Системы Deere помогают трактору и прицепу следовать по одному и тому же точному пути. Трактор, тянущий тележку с зерном, может попасть в нужное место для загрузки зерна с комбайна, например.

Deere построила прототипы полностью беспилотных сельхозмашин, но не ожидает, что такие машины будут развернуты скоро, сказал Пикетт. «Это не столько сама технология», — сказал он. «Это как вы делаете всю работу».

Прототипы беспилотных тракторов

Другие компании смотрят в сторону полностью беспилотных тракторов. CNH Industrial (Лондон), который продает сельхозтехнику под брендами Case и New Holland, и Autonomous Solutions Inc. (Логан, штат Юта), в прошлом году представили два прототипа на Farm Progress Show 2016 в Буне, штат Айова.

«Сельхозтехника сейчас не может ездить без водителя», — сказал Мэтт Нильсен, директор по маркетингу Autonomous Solutions, который является технологическим партнером CNH. «Есть некоторые технологии, помогающие с поворотами, но ничего по-настоящему беспилотного».

В то же время, «Это направление, куда это идет», — сказал он. «Это очень легко взволноваться об этой технологии. Это великолепный скачок. Но все еще есть много чего сделать».

Прототипы оснащены камерами, радаром и LIDAR, который использует лазеры для обнаружения объектов. «Это дает машине глаза», — сказал Нильсен. Операторы могут программировать маршруты и мониторить транспортное средство с ноутбука или планшета. «У нас еще нет возможностей смартфона; это будет в будущем», — сказал он.

Технология на прототипах беспилотных тракторов помогла разработка для автономных автомобилей, снизившая стоимость датчиков, сказал Нильсен.

«Мы очень благодарны GM, Ford и Google мира», — сказал он. «Количества денег, вливаемых в технологию, определенно помогли нам».

Неизвестно, когда полностью беспилотные тракторы будут коммерчески развернуты. Как с автономными автомобилями, вероятно, будут правовые вопросы ответственности для решения. И есть вопрос стоимости.

«Технология в своем юном состоянии очень дорога», — сказал он. «Ранние адаптеры — это ваши крупномасштабные фермы».

Самопарковка полуприцепов

Другая область для автономных тяжелых транспортных средств — прямо у трассы — на погрузочных доках и других объектах.

Eaton Corp. (Дублин, Ирландия), компания по управлению энергией, разрабатывает устройства самопарковки для тяжелых коммерческих грузовиков. Компания называет это Advanced Driver Assist System (ADAS).

Существует две формы ADAS. С Dock Assist водитель заезжает задним ходом грузовик максимально близко к погрузочному доку. Водитель затем применяет служебной тормоз, останавливая транспортное средство на передаче. Переключатель на устройстве переключается, и грузовик медленно начинает двигаться назад. Dock Assist задействует управление трансмиссией.

Трансмиссия обнаруживает док на основе крутящего момента, приложенного при давлении на док. Грузовик останавливается и паркуется. Dock Assist известно как система «Уровень 2» и не может эксплуатироваться без кого-то на водительском сиденье.

Autonomous Self Docking более сложна. Она включает GPS и находит док, где грузовик запланирован припарковаться. Система посылает команды трансмиссии, которая регулирует скорость и сцепление. Система управляет рулем без прикосновения водителя.

«У нас нет жесткой даты запуска», — сказал Крис Нильсен, глобальный менеджер по стратегии продукта для коммерческой группы трансмиссий Eaton. «Безопасно сказать, что через пару лет вы увидите некоторые технологии от нас, помогающие припарковать грузовик».

Развитием движет стоимость. Грузовики часто повреждаются при парковке. «Можно повредить сцепления, инфраструктуру, прицепы», — сказал он. Также, «Одна из крупнейших проблем, которую мы имеем отраслей — водители. Есть большой дефицит.

«Мы играем с этим три-четыре года, чтобы разработать то, что у нас есть», — продолжил Нильсен. «Это немного ожидания, пока отрасль догонит. С волной интереса мы начинаем нарастать наши усилия».

Не только тяжелые транспортные средства становятся автономными в промышленных условиях. Seegrid (Кораополис, штат Пенсильвания) представляет свой самоподвижный паллетный грузовик GP8 Series 6 для погрузки и разгрузки паллет. Он размером с вилочный погрузчик и использует пять наборов видеокамер.

Херман Херман из Карнеги-Меллона ожидает, что автономные системы вождения наберут скорость в внедорожных условиях.

«Я ожидаю, что принятие технологии беспилотного вождения разгонится во многих промышленных применениях раньше, чем оно станет широко распространенным в потребительском/общественном использовании», — сказал он. «Мы бы хотели разработать похожие решения для других отраслей».