Как работает конструкторское бюро
Сами студенты называют его не конструкторским бюро или лабораторией, а Robotics Engineering Department – сокращенно RED. Согласно названию, главное в RED – это не только конструирование как таковое, а скорее создание программных продуктов для внедрения роботов в повседневную жизнь человека. Иными словами, ребята делают «мозги» программируемых машин.
«В вузе сложилось три направления работы в области робототехники. Первое – это мехатроника, куда входит расчет конструкции машины, ее нагрузок, какие должны быть двигатели и другие составляющие робота, как это все должно вместе работать. Второе – это электроника, то есть работа по “соединению” частей робота, подключению его систем друг к другу, расчету необходимых мощностей для него. И третье – это высокоуровневое программирование, куда входят разработки по техническому зрению, позиционированию робота, по системам автоматизации и взаимодействию роботов между собой. И как раз этим мы занимаемся в RED, в перспективе мы будем работать с нейросетями, генетическими алгоритмами и большими данными для роботов», – пояснил руководитель подразделения, ассистент кафедры систем управления и информатики Университета ИТМО Александр Капитонов.
Основная платформа разработок в RED – это операционная система ROS (Robot Operating System). Эта программная платформа представляет собой набор пакетов и инфраструктуры для роботов, с помощью которой можно объединять разные программные компоненты. Плюс ROS в том, что она используется как для любительских и образовательных проектов, так и для создания промышленных роботов. Кроме того, благодаря большому количеству программных пакетов в ее составе отпадает необходимость с нуля писать различные драйверы для роботов.
Многие студенты пишут в лаборатории дипломные работы, кто-то участвует в международных конкурсах по робототехнике (RoboCup, World Robot Olympiad), третьи занимаются научной работой и публикуются в научных журналах. Также в RED ведутся образовательные проекты – например, летом 2015 года совместно с МатМех СПбГУ была организована серия лекций-практикумов по робототехнике «Летняя кибернетическая школа 2015». А накануне в лаборатории прошел образовательный курс «Управление мобильными роботами». В этих проектах участвуют и студенты из других стран.
Почему делать «мозги» для роботов – это работа будущего
В RED студентов ориентируют на проекты, перспективные с точки зрения их внедрения в реальную индустрию. Согласно отчету Международной федерации робототехники, в 2019 году более чем 2,6 миллиона промышленных роботов будут использоваться на производствах. В 2015 году их количество равнялось около 1,5 миллионам. Больше всего роботов используется в автомобильной, металлообрабатывающей индустриях, на производствах электроники и в машиностроении. В то же время на сайте ROS сообщается, что роботы недостаточно быстро эволюционируют, чтобы выполнять новые задачи. Проблема вызвана в том числе недостатком современных разработок в этой области. Таким образом, рынок для инновационных решений открыт.
«Мы нацелены на разработки для индустрии 4.0, которые станут основой четвертой промышленной революции. Наступает эпоха больших данных, Интернета вещей, общения машин между собой, автоматизации, когда роботы будут работать в том же пространстве, что и человек, взаимодействовать с ним», – отметил Иван Берман, студент кафедры систем управления и информатики.
Что такое четвертая промышленная революция? Что такое революция? Это когда полностью меняется существующий строй. По прогнозам экспертов, индустрия 4.0 изменит системы производства, при которых вещи будут общаться между собой, а все процессы синхронизироваться. Последнее по замыслу напоминает технологию Blockchain, когда каждый участник процесса всегда знает, что делает другой. В результате это должно привести к исчезновению ошибок и улучшению сервисного обслуживания. Например, ваши системы «умного» дома сами будут оповещать другие системы на разных заводах о том, что та или иная техника вышла из строя и ей нужна замена. Естественно, чтобы такие системы функционировали, нужны будут не только программы, но и продвинутые роботы, которые смогут общаться как автономно, так и во взаимодействии с человеком. При этом человек сможет управлять производствами дистанционно. По крайней мере, делаются такие прогнозы.
Проект RED: автономный робот-манипулятор
Для конкурса RoboCup, который состоится в Японии в июле, команда RED разрабатывает автономного робота-манипулятора. Особенность этой машины в том, что она может функционировать абсолютно на любой местности, располагая лишь картой территории. Главная задача робота – это движение в зоне с препятствиями и перемещение объектов. С помощью систем алгоритмов SLAM (одновременное картирование и навигация) аппарат распознает препятствия на своем пути, а предмет, который надо переместить, определяется техническим зрением. Место, куда надо поставить объект, отмечено таким же кодом. Кроме того, робот может складывать предметы разной формы в соответствующие по габаритам контейнеры, то есть круглые предметы – в круглые пазы, квадратные – в квадратные.
«На RoboCup есть промышленная лига, в которой представлены роботы с точными системами позиционирования и переноса предметов. Задача разработчиков – подготовить робота к движению в сложной местности. При этом машина заранее не знает, где будут располагаться препятствия и в каком порядке выложены предметы», – рассказал один из авторов проекта, студент кафедры систем управления и информатики Алексей Овчаров.
Проект RED: управление флотом дронов для бизнеса
Для управления дронами в RED решили использовать нестандартную в этой области технологию Blockchain. Это как раз тот случай, когда всем участникам процесса необходимо знать, что делают все остальные. Крупные логистические компании, например, Amazon, уже вовсю заявляют об использовании дронов для доставки товаров. Внедрение дронов в повсеместную бизнес-практику тормозит не только законодательство, но и отсутствие технологий управления флотом дронов. В Университете ИТМО уже разрабатывается такая технология. Согласно проекту, беспилотники сами будут регулировать распределение заданий между собой, регистрировать маршрут полета у диспетчерской станции. Если дрон вдруг «задумает» пролететь через запрещенную для полетов зону или его маршрут пересечется с траекторией движения другого дрона, диспетчер самостоятельно скорректирует маршрут и предложит другой путь. И все это без непосредственного участия человека.
Однако здесь можно пойти и дальше. Скоординировать работу дронов не только в воздухе, но и связать их с системами распределения товаров на складах. Такие системы смогут отслеживать, есть ли тот или иной товар в определенном месте, что еще больше упростит логистику беспилотников.
Эти и другие проекты выполняются студентами Университета ИТМО на существующем оборудовании. Прийти в RED можно в любой момент. Студенты всегда могут присоединиться к уже разрабатываемым проектам. Кроме того, каждый может предложить какой-то новый проект под новое оборудование, и если большинство решит, что проект того стоит, то из бюджета RED на него выделят средства.
Также в Университете ИТМО заниматься робототехникой могут и школьники. Подробнее о том, что ребята делают в Молодежном центре робототехники при мегафакультете компьютерных технологий и управления, читайте здесь.
