Студенческой командой, представившей университет на международном этапе RoboCup-2017, стала команда обучающихся Университета ИТМО разных курсов. Алексей Овчаров, Николай Дема и Кирилл Артемов под руководством ассистента кафедры систем управления и информатики Университета ИТМО Александра Капитонова приняли участие в соревнованиях RoboCup@Work.
На турнире команда представила автономного робота-манипулятора под названием «Hello, Work». 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.
Для выполнения задач турнира команда использовала мобильную платформу с манипулятором youBot немецкого производителя промышленных роботов KUKA. На этапе подготовки к соревнованиям робот был серьезно модифицирован: был заменен компьютер, установлена камера, лидар и другие датчики. Арена, на которой проходили соревнования, представляла собой огороженный участок площадью примерно в 60 кв. метров, где были установлены стены, препятствия, столики с объектами, конвейер и прочие детали интерьера соревновательного полигона.
Перед началом соревнований у команд было два дня на настройку робота, которая включает в себя построение карты арены, отметку точек-целей, по которым робот ориентируется на местности (например, знает, где старт и финиш, где необходимый стол и т.д.), настройку технического зрения, тестирование взаимосвязи с компьютером жюри и прочее.
Главная задача робота – это быстрое и аккуратное движение в зоне со стенами и временными препятствиями (их расположение судьи могут изменять), а также перемещение объектов между столами. С помощью систем алгоритмов SLAM (одновременное картирование и локализация) аппарат, объезжая препятствия, перемещается по арене по точкам-целям. Например, если нужно перевезти некоторую деталь с одного стола на другой, робот должен подъехать к столу, при помощи технического зрения распознать объекты на столе, выбрать нужный, загрузить его к себе в качестве багажа, подъехать к другому столику и выложить на него деталь.
Для того чтобы попасть на состязание, команды проходили предварительный отбор. Для этого нужно было подготовить описание своего робота с перечислением технических и научных нюансов проекта, а также создать веб-сайт и выложить на нем видео с демонстрацией работы робота. После этого технический комитет решает, проходит ли команда в финальный международный этап или нет.
«Суть соревнования – создать симуляцию реального производственного цикла. На реальном производстве есть детали, которые необходимо доставить из пункта А в пункт Б. Классический способ это сделать – использовать конвейер. Однако у него есть свои недостатки, поэтому в последнее время многие работают над разработкой иных методов. Один из главных минусов конвейера – его нельзя перенаправить. Сегодня аналог классическому конвейеру – мобильные роботы, с помощью которых можно решать те же самые задачи, более целенаправленно: робота можно перевести в любую точку и быстро переконфигурировать, просто задав ему новое направление», – рассказал участник команды Николай Дема.
На соревнованиях роботу предлагают решить несколько задач. Состязания проходят в шесть этапов, каждый из которых длится в среднем 5-7 минут. При выполнении каждого из этапов перед роботом ставится новая задача, которую он должен выполнить (езда по меткам, транспортировка объектов и пр.).
Всего в категории RoboCup@work (одна из подкатегорий соревнований индустриальных роботов) состязалось девять команд, в одинаковых условиях. Почти все участники используют для своих роботов платформу KUKA YouBot, которая способна поддержать любого робота, чьи характеристики удовлетворяют требованиям платформы. Однако некоторые участники использовали полностью самодельного робота.
«Это одни из тех соревнований, которые являются, на мой взгляд, самыми сложными, потому что предложенные задачи максимально приближены к реальной индустрии, и, соответственно, они задают определенный тренд в этой области. Ребята приняли участие в состязаниях в области индустриальной робототехники. Задачи напоминали то, что делают на складах Amazon. Соревнования Amazon Robotics Challenge проходят по похожему сценарию и тоже реализуются в рамках RoboCup. Это одно из направлений, которое интересно ребятам в будущем», – поделился руководитель команды Александр Капитонов.
Участие студентов в международном этапе RoboCup стало дебютным. По словам участников, основные сложности заключались в выполнении нюансов, которые не оговариваются организаторами заранее. Так, ребята уже на площадке узнали о необходимости связать свое программное обеспечение с судейским. Другим «челленджем» стала настройка под программу, которая раздает задачи каждому роботу. Справиться с этой задачей было крайне важно, так как, если робот неправильно поймет задание, он его не сможет выполнить. На выполнение каждого задания у робота есть лишь одна попытка. Все этапы взаимосвязаны: если робот не выполняет задание, он не сможет перейти к следующему. В категории RoboCup@work участие принимают в основном научные коллективы от индустрии. В команде может быть до 20 участников. Так, некоторые команды в прошлом являлись идеологами соревнований и сейчас продолжают принимать в них участие наряду с другими командами.
Второй командой, представившей Университет ИТМО стала школьная сборная вуза по робототехнике, которая в мае заняла первое место на всероссийском этапе соревнования RoboCup Russia Open-2017, прошедшем в Томске. Команда ребят под руководством тренеров, сотрудников кафедры систем управления и информатики Игоря Лосицкого и Евгения Заварина, сконструировала и запрограммировала робота по имени Seldon, который играет на укулеле, поет песни Адель и машет толпе фанатов. Робот покорил жюри в номинации для юношеских сборных RoboCup OnStage, где роботы должны стать частью сценической постановки.
«Мы впервые участвовали в этом турнире на международном этапе, поэтому иногда не хватало опыта и знаний тонкостей, характерных конкретно для этого соревнования. Прежде всего, мы ориентировались на то, как состязания были проведены в Томске, однако в Японии нас ждали сюрпризы. Так, например, само поле, на котором роботу предстояло выступить, оказалось гораздо меньше, чем на российском этапе. В связи с этим нам пришлось вносить корректировку в выступление: уменьшать амплитуду движения в танце и следить, чтобы роботы друг друга не задели», – рассказывает тренер школьной сборной Университета ИТМО по робототехнике Игорь Лосицкий.
По словам руководителя проекта, танцующий и поющий робот Seldon претерпел значительные изменения, став надежнее. Вся модель робота стала более проработанной. От прежнего Seldona, поразившего экспертное жюри на этапе в Томске, осталась только голова: каркас стал жестче, а механика – продуманнее. Разработчики улучшили звук на роботе, разместив на нем большие колонки. Также прямо на теле робота закрепили микшерный пульт, а для эффекта объемного звука добавили возможность транслировать звук на колонки, находящиеся непосредственно в зале – звук исходил как от самого поющего робота, так и из общих колонок. Изменилась и система передачи сигнала от звука, который издается роботом и влияет на его мимику. Раньше эта система работала по датчику звука: робот сам себя слышал, и его мимика приходила в движение (открывался рот, зажигались глаза). Сейчас все работает через систему светодиодов и датчики освещенности, что сделало передачу сигнала более точным. Концептуально из прежнего номера осталась только песня Адель «Rolling in the deep», а вот танцевальные элементы были усовершенствованы.
На сцене вместе с Seldon выступали еще три робота и два разработчика из команды – на подтанцовке. Робот «Глазастик» отвечал за коммуникацию с Seldon, а два небольших робота Дарвина составили группу шоу-балета. Именно с этим номером команда Университета ИТМО заняла седьмое место в категории Junior league Robocup On Stage (среди 21 команды) и была названа «Лучшим новичком».
Так как главный в номере робот Seldon работает от автомобильного аккумулятора, первым делом выступающим пришлось отыскать в Японии этот незаменимый элемент (автомобильные аккумуляторы нельзя перевозить в самолете). Обнаружить недостающую часть ребята смогли на одной из японских автозаправок.
Всего в проекте приняли участие пять школьников-разработчиков: Левон Погосов, ученик ПФМЛ № 239, Андрей Лакомкин, ученик школы №139, Михаил Волков, учащийся школы № 495, Даниил Нечаев, учащийся ГФМЛ №30, и Глеб Загарских, представляющий гимназию №116.
В декабре 2017 года планируется проведение RoboCup азиатско-тихоокеанского региона в Таиланде, куда к участию пригласили и школьную сборную Университета ИТМО. Сейчас команда размышляет над возможностью отправиться зимой на турнир.
Всего на соревнованиях ребята провели пять полных дней, однако помимо самих состязаний организаторы приготовили участникам насыщенный культурный досуг. Так, в один из последних дней участники посетили симпозиум, который проходил в Aichi University. В рамках конференции команды обменялись опытом, накопленным в ходе подготовки к турниру.
