Робот «Бабочка» — как сделать робота ловким

Конструкторы для обучения детей робототехнике

Share Button

Еще пять лет назад у нас только местами знали конструктор Lego Mindstorms, а в этом году уже производится как минимум пять отечественных разработок для школьников на универсальных или своих платформах. Это конструкторы для юных робототехников АмперкаРоботрекScratchDuinoТРИК и новинка для робототехников из выпускных классов физматшкол и студентов политехнических университетов – Робот «Бабочка» из Петербурга. 

mmco2016-m4

Робот «Бабочка» на ММСО 2016. Фото Занимательная робототехника

Робот «Бабочка» не похож на насекомое. Он выглядит подозрительно просто — на столе в прозрачном пластиковом «аквариуме» под прицелом видеокамеры и лампы по направляющим в форме «восьмерки» вращается и не падает рыжий шарик. Контур, который его поддерживает, по форме напоминает крылья бабочки. Именно поэтому задача, которую 18 лет назад поставил один из ведущих робототехников мира, так и была названа — задачей про «Робота Бабочку». Но за этой простотой и скрыто решение многих практических задач по управлению неполноприводными системами в робототехнике – а неполноприводными бывают не только автомобили, но и другие механические системы. И это «грозит» решением амбициозных задач от создания безлюдных производств – роботизированных фабрик будущего – и посадки космических кораблей в режиме автопилотирования наподобие корабля Элона Маска.

Решить задачу про «Робота Бабочку» и продемонстрировать реальную установку до прошлого года не мог никто в мире, несмотря на то, что это пыталось сделать несколько ведущих групп ученых и инженеров из Италии, США, Норвегии и Швеции.

Кто более ловкий – человек или робот?

Как оказалось, у роботов есть проблемы с точностью движений. Вы наверняка видели, как смешно падают шагающие роботы, которые в прошлом году на DARPA Robotics Challenge пытались открывать двери, подойдя к ним на своих двоих. Оказывается, проблема в том, что у этих роботов нет нужной чувствительности. То есть глаза есть, руки с пальцами есть, ходить могут, значит, у них есть зрение, осязание и чувство равновесия. Но человеку в точности они проигрывают. На видео очевидно, что даже если такой робот смог повернуть дверную ручку, удержаться на ногах ему крайне тяжело. У человека слегка дрожат руки, движения неточные, но он открывает двери и не падает.

Человек может перекатывать по телу гирю – вспомните знаменитых силачей – или прозрачный шар диаметром 10-15 сантиметров, не роняя его, но не подбрасывая. Это называется «контактным жонглированием».

Но человек уже не может жонглировать маленьким шариком для пинг-понга – не хватает точности движений, тут нужна точность движений не в миллиметр-два, а в десятые доли миллиметра. Выходит, нашему роботу «Бабочка» нужно было научиться двигаться точнее, чем даже человеку. Реально ли это? Оказалось, что да.

Робот "Бабочка". Фото автора

Робот «Бабочка». Фото автора

Есть ли решение?

Ученые из Петербурга, которые давно работают с промышленной робототехникой, примерно пять лет назад впервые подобрались к решению этой задачи, когда они разработали новые математические методы. Эти методы позволяют сделать движения роботов гораздо точнее, чем даже у человека. Новая «математика» учитывает обратную связь от «органов чувств» робота – от компьютерного зрения через видеокамеры или компьютерного «осязания» через специальные датчики давления.

Как же обучить жонглированию робота? Робот «Бабочка» за счет видеокамеры следит за положением шарика и уточняет 170 раз в секунду при помощи уникальных алгоритмов скорость вращения электромотора. Человек же видит 25 кадров в секунду и двигает рукой за пару десятых секунды. Поэтому робот и получается «выше на голову» человека – он точнее в десять раз.

А ведь та самая «математика», которая работает внутри «Робота Бабочка», годится и для управления движением промышленных роботов, у которых точность движений сейчас как у человека. У современного промышленного робота в среднем погрешность движений 0,5-2 миллиметра, а нужно – в десять раз точнее! Не правда ли, похоже на проигрыш человека в точности движений при «жонглировании» шариком?

Для чего же это нужно старшеклассникам?

Сейчас есть проблема в востребованности умений и навыков, которые прививаются в кружках робототехники. В старших классах, в основном, собирают из конструкторов ходящих и ездящих роботов, начинают работать с готовыми беспилотниками и с автоматически движущимися подлодками. Но нужны ли эти умения в университетах и на промышленных предприятиях России? Оказывается, нужны немного другие.

Так вот, в России прямо сейчас очень не хватает специалистов, способных не собирать конструкторы, а работать с реальными компонентами реальных роботов. 600 специалистов по специальности «робототехника» выпускается в России, а сразу 300 специалистов в будущем году понадобится Объединенной Авиастроительной Корпорации, разработчику SuperJet КБ «Сухого», как заявил их представитель на ММСО… Где взять остальных на отличные зарплаты и перспективные проекты? Растить на задачах реальной промышленности.

То есть юным робототехникам, чтобы получить работу будущего через 5-7 лет, нужно уже сейчас программировать скорее, не конструктор или робот-пылесос, а ходить в кружок при промышленном предприятии. И учиться там – работать, к примеру, с большими робототехническими «руками»-манипуляторами или с медицинскими роботами, на лабораторном оборудовании.

robot-babochka

Робот «Бабочка». Фото автора

Тренироваться, к примеру, с «Роботом Бабочкой», внутри которого стоит высокоточный двигатель – такой же, как стоит внутри робота-хирурга Da Vinci. Этот двигатель способен делать до 5 тысяч оборотов в минуту! Технологии компьютерного зрения, которые придется использовать на предприятии, с «Бабочкой» освоить можно поэтапно, а потом перенести эти умения на робототехнические «руки» на предприятии. Специально для этого у «Робота Бабочка» есть целый цикл лабораторных работ в 3 частях – «Компьютерное зрение», «Технологии автоматического управления движением» и «Робототехника».

Куда идти учиться

Пока «Робот Бабочка» в России – редкость, т.к. он собирается под заказ. По одному экземпляру находится в Томском и в Санкт-Петербургском Политехнических Университетах, еще 3 будут собраны в мае в лаборатории Robotikum по заказам иностранного и российских университетов.

Эта история – совершенно свежая, т.к. только в конце осени 2015-го лабораторная установка была испытана в Петербургском Политехе, получив заключение профильной кафедры «Механика и процессы управления» об оригинальности, наглядности, безопасности в использовании. И уже в феврале 2016-го ТПУ закупил «Робота Бабочку» для включения в учебный процесс направления «Мехатроника и робототехника» с нового учебного года. В СПбПУ это направление «Прикладная механика», в авиационных и классических университетах – «Системы управления движением».

Старшеклассникам-робототехникам ведь предстоит становиться студентами. Там им нужно учиться решать задачи промышленности на компонентах реальных промышленных роботов, и «Робот Бабочка» поможет в этом, оказавшись в ведущих робототехнических лабораториях университетов России – например, университетов-участников программы 5-в-100, крайне заинтересованных в сотрудничестве с промышленными предприятиями, лидерами своих отраслей. И в будущие годы выпуск робототехников в России будет уже измеряться тысячами в год.

Робот "Бабочка" в Томском политехническом университете. Фото автора

Робот «Бабочка» в Томском политехническом университете. Фото автора

Об авторе:

yankoВиталий Янко — коммерческий директор Robotikum. Магистр физики, выпускник СПбГУ, закончил академическую карьеру с 12 научными публикациями. 10 лет назад пришел в ИТ-индустрию в качестве директора по маркетингу и продажам высокотехнологичных продуктов на мировых рынках. В 2015 году присоединился к команде Robotikum. Один из ведущих тематической Facebook-группы по задачам современной промышленной робототехники «Слава роботам!».

 

Share Button

Нет комментариев.

Оставить комментарий

© 2014-2017 Занимательная робототехника, Гагарина Д.А., Гагарин А.С., Гагарин А.А. All rights reserved / Все права защищены. Копирование и воспроизведение в любой форме запрещено.
Наверх