Робототехника в ВУЗах и проектная работа на базе ROBOTIS-OP

Конструкторы для обучения детей робототехнике

Share Button

Продолжаем знакомиться с конструкторами ROBOTIS. Сегодня обзор робота Darwin-OP, который стал стандартной платформой, широко используемой ведущими техническими университетами мира.

darwin-op-op2

За последние годы уровень развития науки и техники шагнул далеко вперед. Не исключение и робототехника, развитие которой неразрывно связано с любыми изменениями в различных технических отраслях, а так же с постоянным желанием человека упростить собственное существование. Еще недавно роботы воспринимались как плод фантазий писателей и кинематографистов, либо в качестве каких-либо промышленных устройств, абсолютно непонятных простому обывателю. С течением времени ситуация изменилась, и сегодня различные робототехнические устройства можно встретить на каждом шагу — роботы для уборки и охраны помещений, роботы для удаленного присутствия и презентационных целей, сервисные и коллаборативные роботы для выполнения рабочих операций в повседневной жизни человека и множество других.

Существенные изменения коснулись робототехники и в сфере образования. Вследствие резкого развития отрасли в целом, возникла потребность в соответствующих кадрах. Менее чем за 10 лет студенческие проекты по робототехнике, ранее имевшие уровень достойный ведущих технических ВУЗов, стали доступны для повторения школьникам и моделистам. Снижение возрастного порога вхождения в робототехнику связано с появлением множества средств макетирования роботов, готовых к использованию программно-аппаратных комплексов с открытой документацией и свободно распространяемого алгоритмического программного обеспечения. Благодаря этому, учащиеся, начиная с начальной школы, могут успешно макетировать модели роботов на базе разнообразных робототехнических конструкторов и любой доступной элементной базы. Соревнования по робототехнике и конкурсы творческих проектов подогревают интерес учащихся к этой сфере деятельности, но чаще всего увлечение робототехникой не переходит во что-то более серьезное, чем увлекательная внеурочная деятельность или какая-либо творческая активность.

В отличие от школы, изучение робототехники в ВУЗе требует принципиально другого подхода, выраженного в четко структурированном учебном плане, отражающем большинство необходимых компетенций приобретаемых учащимися, а так же в учебном оборудовании, позволяющем демонстрировать и изучать передовые достижения отрасли. Организация учебного процесса в ВУЗе в большей степени носит исследовательский характер, поэтому задачи макетирования и конструирования чего-либо отходят на второй план по причине того, что затрачивают слишком много времени. Поэтому в ВУЗах чаще всего применяются готовые к эксплуатации модели роботов или лабораторные установки.

FESTO-KUKA-NEXUS-robotics-for-students

С момента основания и по сегодняшний день компания ROBOTIS работает в тесной связи с передовыми техническими ВУЗами, а большая часть продуктовой линейки компании ориентирована на применение в научно-исследовательской деятельности, либо при профессиональном проектировании и производстве роботов. Наиболее известным решением является образовательный робототехнический комплект ROBOTIS-OP2, ранее известный как Darwin-OP и часто упоминаемый именно с этим именем.

Человекоподобный робот Дарвин

Darwin-OP представляет собой модель человекоподобного робота небольшого роста, а его название расшифровывается как «Dynamic Anthropomorphic Robot with Intelligence – Open Platform». Разработан Darwin-OP научно-техническим консорциумом, включающим авторов проекта со стороны компании ROBOTIS и ученых из университетов Virginia Tech, Purdue University,а так же University Pennsylvania.

Антропоморфный робот Darwin-OP (по новому ROBOTIS-OP) представляет собой человекоподобную модель высотой чуть более 45 см, включающую в себя 20 степеней подвижности суставов на базе сервомодулей Dynamixel MX-28T. Как и предшественник, обновленная модель ROBOTIS-OP2 обладает идентичной конструкцией, но все же имеет ряд аппаратных отличий.

robotis-op

Robotis-op-op2-back

Сравнение двух моделей робота не выявляет существенных различий. Новая модель отличается от предшествующей улучшенными параметрами бортового компьютера, измененным расположением внешних портов , а также типом и емкостью аккумуляторной батареи. Столь небольшие отличия нивелируют разницу между двумя поколениями робота, но в свою очередь делают новую модель более приспособленной к автономной работе, а значит применимой в робототехнических соревнованиях и исследовательской деятельности.

robotis-darwin-sostav

Поставляется ROBOTIS-OP2 в специальном кейсе в составе комплекта, включающего все необходимое для эксплуатации, хранения и оперативного ремонта. Простота и возможность быстрого ремонта, долговечность и доступность модернизации, пожалуй, являются важнейшими особенностями робота, позволяющими на протяжении долгого времени осуществлять эксплуатацию, не опасаясь за сохранность конструкции или какие-либо ошибки, способные привести к поломке робота. Все это делает ROBOTIS-OP2 одним из лучших решений для применения в технических ВУЗах, в образовательном процессе и научно-исследовательской деятельности студентов.

Проекты с использованием ROBOTIS-OP

Популярность робототехнической платформы ROBOTIS-OP в мире позволила появиться на свет множеству интересных проектов.

Студенты Computational Intelligence and Robotics Lab, Department of Electrical Engineering, National Taiwan Normal University научили робота преодолевать полосу препятствий в полуавтономном режиме. Управление роботом осуществлялось на уровне задач, большинство из которых он выполнял автономно, а переход между задачами осуществлялся по команде оператора. В процессе прохождения полосы препятствий робот ползком преодолел преграды на пути, взобрался по лестнице, перешел плоскости с разным наклоном и несколько уступов. В дополнение робот был оснащен захватным устройством для каждой из рук, с помощью которых он мог манипулировать объектами и передвигаться на руках по подвесной перекладине.

ROBOTIS-robot-na-perekladine

Разработчики UNLV (Университет Невады) специально для своего робота разработали модель паллетоукладчика, который управлялся роботом в полностью автономном режиме. Паллетоукладчик представлял собой мобильное шасси дифференциального типа, у которого каждый из двух ведущих приводов управлялся с помощью рычага, приводимого в движение роботом. Робот Darwin, практически как человек, усаживался в кабину паллетоукладчика и своими руками с помощью двух рычагов управлял движением мобильного шасси. Ориентация в пространстве и управление работой паллетоукладчика осуществлялось полностью в автономном режиме. Информацию об окружающей обстановке робот получал посредством системы технического зрения и самостоятельно принимал решения для выполнения поставленной задачи. Так же данная команда разработчиков научила робота передвигаться с переменной нагрузкой, перенося в каждой из рук по ведерку с водой, сохраняя стабильное положение и уверенную походку.

robot-Robotis-palleta

Инженер из University of Manitoba (Канада) разработал робота Jennifer и научил его играть в хоккей и кататься на лыжах. Робот Jennifer, ловко управляясь с хоккейной клюшкой, может вести мяч, отдавать пасы и поражать ворота шайбой, при этом балансируя и передвигаясь на коньках. Встав на лыжи, робот ловко спускает по заснеженным склонам, преодолевает уклоны и подъемы, автоматически осуществляет повороты при прохождении трассы.

Robot-Jennifer

Команда разработчиков из Drexel University научили своего робота управлять движением транспорта с рулевым управлением. Для этого была сконструирована мобильная платформа на базе IRobot Create, оснащенная рулевым колесом и двумя педалями для регулирования скорости движения. Осуществляя управление с помощью рулевого колеса, и регулируя скорость движения, робот автономно проехал по трассе , представляющей собой извилистую широкую черную полосу, опираясь исключительно на данные собственной системы технического зрения.

ROBOTIS-na-IROBOT

Коллектив из Purdue University разработал систему управления робота для автономной игры в гольф. Робот самостоятельно может выйти на игровое поле, обнаружить мяч и лунку, выбрать оптимальное положение и нанести удар с помощью клюшки.

ROBOTIS-klushka

Конструктор ROBOTIS-OP в образовании

На первый взгляд может показаться, что продемонстрированные проекты так же просты, как и зрелищные танцы человекоподобных роботов, чрезвычайно популярные среди учащихся школы и организаторов различных соревнований. Но это далеко не так и уровень сложности каждого из представленных проектов настолько превосходит любой из проектов на базе робототехнических конструкторов, насколько робототехнические соревнования DARPA могут отличаться от традиционных соревнований по школьной образовательной робототехнике. К слову, в последние годы тематика разработок и соревнований, проводимых при поддержке DARPA, сосредоточилась на решении практических повседневных задач с помощью антропоморфных роботов. Поэтому каждый из описанных выше проектов можно воспринимать в качестве первых этапов становления профессиональных разработчиков в наиболее перспективных областях робототехники. Быть может, через несколько лет, созданные новым поколением разработчиков роботы, выполняя задачи на очередных соревнованиях DARPA, перестанут падать, а в случае неудачного падения, смогут подняться и продолжить выполнение поставленных задач, перестав вызывать улыбки и насмешки зрителей.

Продемонстрированные выше функциональные возможности робота Darwin-OP (все же, до сих пор тяжело называть его по-новому ROBOTIS-OP2) открывают безграничные возможности для образовательного процесса в области робототехники. Среди основных направлений подготовки — изучение следующих тем:

  • автоматизированный электропривод и ТАУ,
  • кинематика робототехнических систем,
  • динамика робототехнических систем со сложной кинематикой,
  • методы управления манипуляционными роботами,
  • инерциальные навигационные системы,
  • методы сбора, обработки и анализа информации,
  • архитектура систем управления робототехническими комплексами,
  • алгоритмы автономной навигации, техническое зрение, распознавание и селекция объектов,
  • методы управления, принятия решения, контроля выполнения задач.

Поскольку интерес разработчиков и пользователей сервисной робототехники растет в сторону антропоморфной робототехники, робототехническая платформа ROBOTIS-OP с каждым годом становится все более востребованной среди ученых и инженеров-разработчиков сервисных роботов.

К сожалению, в силу достаточно высокой стоимости, робототехническая платформа ROBOTIS-OP не так сильно распространена в российских ВУЗах. Несмотря на это, существует ряд коллективов в Москве, Казани, Томске, Санкт-Петербурге, успешно использующих данных роботов в образовательном процессе, исследовательской деятельности и для участия в международных робототехнических соревнованиях. Остается надеяться, что успехи данных коллективов будут развиваться, а число подобных команд будет расти.

Автор статьи — Алексей Пономаренко, инженер компании Прикладная робототехника.

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