Первый российский робот-гуманоид (2003 г.)

Автор: Пётр Соболев. Статья для журнала "Компьютерра
21 сентября 2003

Все мы хоть раз видели в теленовостях короткий сюжет об очередном прорыве какой-нибудь японской фирмы в разработке похожих на человека роботов — роботов гуманоидов. И полной неожиданностью стало сообщение,что такой же робот создается и в России,более того — это не "бумажная" разработка, а вполне реальное устройство.

Эта новость и послужила поводом для моего визита на петербургское предприятие "Новая Эра", сотрудники которого — начальник отдела робототехники Александр Яковлев и программист Владимир Тихомиров — охотно согласились ответить на вопросы и показать свое детище.

Отдел робототехники разместился большой комнате,заставленной столами, на которых помимо компьютеров в "рабочем беспорядке " лежали провода, печатные платы, модули, двигатели, механизмы и чертежи. В центре комнаты — аппарат, напоминающий пропорциями человека.На плече робота написано его имя — ARNEO (ARNE — Anthropomorphic Robot of New Era). Чуть поодаль скромно стоит ARNEA — его подруга, аналогичнойконструкции. Для страховки от падений оба робота прицеплены поводком к стойке на колесиках.

Первый вопрос, возникший при виде ARNEО, почему бы не сделать его повыше, для большего сходства с людьми? 123 см при 54 кг веса это, согласитесь, очень немного. Выяснилось,что таков общий подход при создании роботов гуманоидов. Небольшой рост не пугает людей,а чем меньше вес, тем ниже вероятность нанести травму.Однако совсем маленьким робота тоже не сделаешь — начинку нужно где-то разместить, да и до ручки двери (в перспективе)он должен суметь дотянуться.

Демонстрируя свои способности, ARNEО сделал несколько шагов, несколько раз присел,покачался из стороны в сторону. Ничего другого он пока, увы, не может — над частью узлов и систем работа продолжается. Из подруги же вообще торчали провода.

Впрочем, оценить возможности техники можно не только по внешнему эффекту. Что же находится внутри роботов?

Основная начинка:приводы рук, ног, головы, датчики ускорения и давления, электроника, аккумуляторы. На каждой ступне — четыре датчика, позволяющие оценить, как распределяется давление, дабы робот мог контролировать свое положение в пространстве и не терял устойчивость. Каждая нога имеет шесть степеней свободы. Повороты частей ног осуществляются электромоторами с редукторами (с гидравликой было бы слишком много проблем). Кстати, электромоторы (вентильные, бесконтактные, постоянного тока, мощность 60 Вт) были сконструированы на "Новой Эре". По словам разработчиков, существующие отечественные и зарубежные варианты их не устроили. Моторы же собственной разработки имеют высокие удельные характеристики, они должны развивать довольно большую мощность, учитывая нагрузку на ноги. Волновые редукторы, напротив, японские. Важное требование к ним — минимальный люфт.Даже небольшая "разболтанность" в каждом "суставе" в сумме может привести к нежелательным последствиям.
Угол поворота вала определяется потенциометрическим датчиком (переменным резистором). С руками и головой в плане нагрузок попроще — там электромоторы фирмы FaulHaber (16 Вт). Кисти рук фактически представляют собой захват: одна его часть — большой палец, другая — все остальные пальцы. По нагрузке на двигатель определяется, что объект захвачен.

Пара слов о корпусе. Основа — "скелет" робота — алюминиевый сплав. А вот то,что вы видите снаружи, — пластмассовое, причем все детали изготовлены здесь же, на заводе, с помощью специального станка, который методом спекания порошка лазерным лучом может изготавливать детали сложной формы по трехмерной компьютерной модели. В спине робота — отсек с двенадцатью литиевыми аккумуляторами, которых хватает на 2–8 часов (следует учесть, что даже когда робот стоит, его двигатели находятся под нагрузкой).

Теперь немного о том, как все это управляется. Сам робот не принимает никаких решений — этим занимается обычный компьютер, стоящий неподалеку на столе, и его оператор. Связь между ARNEO и компьютером осуществляется по радио, через Bluetooth. Однако кое-что умеет и робот. Дело в том, что команды с компьютера подаются высокоуровневые. Например — "идти с такой-то длиной шага, такой то скоростью, таким-то поворотом при шаге" и еще десятком других параметров. Встроенная электроника преобразует эти команды в управляющие сигналы двигателей с учетом данных от датчиков. Этим занимаются несколько модулей контроллеров на базе Motorola DSP56F805, объединенных сетью CAN. По одному на каждые два привода (мотор+редуктор) и еще несколько центральных контроллеров.

В голове находится видеокамера, микрофон и динамик. Данные от видеокамеры и микрофона передаются на компьютер по отдельным радиоканалам.С распознаванием речи пока не все гладко — понимает робот только несколько простых команд, да и то лишь при очень благоприятных условиях (даже шум собственных двигателей мешает распознаванию). Обработка видеосигнала — в зачаточной стадии: робот может видеть специальные маркеры — цветные кубики, но пока эта возможность на практике не используется.

Программное обеспечение почти пол ностью собственное — написано на C (синтез речи — стандартный Windows ASPI, обработка видео — на базе OpenCV).

Что же в результате умеет ARNEO? Наверное, вы уже сами поняли — немного. Реализованы отдельные подсистемы. Робот может ходить, захватывать предметы, с трудом реагировать на десяток другой голосовых команд типа "вперед", "стой", "повернись" и сообщать голосом о своих проблемах и неполадках. Другое дело, что иностранные разработки не так сильно ушли вперед, как принято думать.

Параллельно с работой над ARNEO от дел робототехники "Новой Эры" разрабатывает программу для игры в футбол и даже неплохо выступил на чемпионате RoboCup 2003, где роботы-гуманоиды участвуют пока чисто условно. Программа больше стратегическая — визуально это просто точки, перемещающиеся по экрану. Впоследствии,когда робот станет совершеннее, она войдет в состав его программного обеспечения. А пока даже просто ударить по мячу — проблема.

В ближайших планах — распознавание образов непосредственно "на борту", слежение за объектами, манипулирование предметами, стереозрение, улучшение распознавания голосовых команд. А также реализация всего, что сейчас делает внешний компьютер, внутри робота. В далеком будущем (лет эдак через ..дцать) — игра в футбол.

Кстати, сайт RoboCup (www.robocup.org) предполагает, что к 2050 году команда роботов гуманоидов сможет сыграть в футбол с командой людей.

Закономерный вопрос: для чего такая дорогая игрушка (потраченное время, детали, зарплата сотрудникам) нужна предприятию? Ладно бы крупной иностранной компании — для них это мелочи. Но в современной России трудно найти богатую фирму, занимающуюся высокотехнологичным производством. Тем более что речь идет о фирме коммерческой, выпускающей электрооборудование.

С инициативой создания ARNEO два года назад выступил генеральный директор "Новой Эры" Геннадий Локотков. С практической точки зрения на предприятии считают важными следующие области:

  • Реклама. Уже очевидно,что робот заинтересовал многие печатные издания и телеканалы.
  • Кадры. Интерес к такому необычному проекту позволяет привлечь на предприятие квалифицированные кадры, в том числе выпускников технических вузов (основной партнер — СПБГТУ).
  • Отработка новых технологий. Некоторые узлы робота и применяемые технологии используются не только в ARNEO, но и в продукции предприятия.Это касается электроники на мотороловских микроконтролерах, электродвигателей, технологии изготовления деталей корпуса.

Однако практическое применение ARNEO — дело столь отдаленного будущего, что сегодня этот вопрос обсуждать преждевременно. За рубежом в разработке подобных систем заинтересованы военные. В перспективе роботы могут использоваться как прислуга, в том числе для ухода за инвалидами. Они могут быть полезны при разминировании и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и пр.

-eof-