Уважаемые читатели! Сайт отображается в мобильной версии. Для отображения полной версии сайта необходимо открыть сайт в окне шириною не менее 1024 пикселей.

Роботы уфимских ученых работают в виртуальной реальности

Роботы уфимских ученых работают в виртуальной реальности
18.05.2015 16:22:32

Институт механики Уфимского научного центра РАН организован Рыфатом Рахматулловичем Мавлютовым в 1992 году, основное направление исследований — различные проблемы механики, в том числе, и робототехника. Лаборатория робототехники и управления в технических системах существует практически с первых дней образования института. Ранее лаборатория занималась еще и управлением газотурбинными двигателями, энергетическими установками. Сейчас же большая часть работ связана именно с робототехникой. Работы ведутся как в рамках бюджетного финансирования, так и по различным грантам, программам и хоздоговорам.

Одно из направлений нашей деятельности — разработка манипуляторов, новых микророботов, способных выполнять работы с очень высокой точностью. Особое внимание уделяется разработке информационных систем, также ведутся работы по интеллектуальным системам управления, виртуальным системам и системам расширенной реальности.

Одна из тем, которыми занимается наша лаборатория, это создание новых перспективных образцов манипуляционной техники. К сожалению, можно констатировать факт, что современные промышленные роботы достигли пика своей формы. То есть сейчас улучшение их эксплуатационных характеристик, увеличение их функциональных возможностей идет только за счет использования более совершенных приводов, применения новых конструкционных материалов, новых алгоритмов или новых систем управления. Кардинально новых манипуляционных возможностей современные промышленные роботы не показывают из-за жесткости их конструктивных элементов.

В нашей лаборатории этот вопрос достаточно долго обсуждался. Результатом стала идея создать гибкий манипулятор, способный изменять свою форму в достаточно широких пределах, тем самым обеспечивая высокие коэффициенты сервиса и манипулятивности в заданном направлении. Сейчас на промышленных производствах для роботов специально организуют рабочее место, чтобы им ничего не мешало. Предлагаемый нами манипулятор может работать практически в любой обстановке, ему не страшно ни заклинивание, ни «посторонние» предметы в рабочей зоне, и сломать что-то он не способен.

Принцип работы манипулятора очень прост — он основан на применении элементов со сферической поверхностью. Они абсолютно свободны, никак друг с другом не связаны в отличие от близких по конструкции роботов, у которых обязательно есть шарниры, которые обеспечивают жесткость конструкции. Здесь же жесткость конструкции обеспечивается за счет четырех тросов, которые пропускаются через соответствующие отверстия, и посредством натяжения или отпускания которых в определенной комбинации мы можем получить движение практически в любую сторону.

Звено составлено у нас из 12 сферических элементов и предоставляет возможность движения по двум степеням свободы. У обычных классических роботов каждое звено имеет, чаще всего, только одну степень свободы. Объединение большего количества таких звеньев дает возможность получить уникальные манипуляционные возможности. Такой манипулятор сможет не только захватывать какие-то объекты и доставлять их в нужную точку, но и использовать принцип захвата, который использует в животном мире слон. Такие системы часто называют хоботоподобными. Но известные конструкции, например манипулятор-ассистент фирмы Festo, основан на пневматических исполнительных механизмах и не управляется программой, он является всего лишь копирующим механизмом.

Наша задача — управлять роботом с помощью программных средств. Конструкция вроде бы проста. Но большую сложность составила разработка информационной системы. Только для того, чтобы определить положение одного звена манипулятора в пространстве, изготовлено специальное механическое устройство с восемью датчиками. Благодаря ему информацию нужно получать одновременно со всех восьми датчиков. Из-за сложных взаимосвязей в механической части манипулятора много времени заняла разработка системы управления, в которой были применены современные информационные схемы и решения.

Другая творческая группа нашей лаборатории занимается разработкой мобильных робототехнических приложений. С помощью лабораторных образцов отрабатывается алгоритм группового взаимодействия роботов. Построение бесконфликтных траекторий, исследование местности, прохождение заданных маршрутов, поиск препятствий и прочие задачи, которые могут возникнуть при функционировании коллективов в незнакомой обстановке. Этой проблемой сейчас занимаются многие исследовательские коллективы. Основное преимущество, которое мы видим в нашей разработке, это так называемый кроссплатформенный подход к созданию алгоритмов, то есть мы получаем решения, не зависящие ни от аппаратной, ни от программной базы. Плюс к этому, в нашей работе широко используются элементы виртуальной и расширенной реальности, которые позволяют значительно улучшить интерфейсные возможности систем управления такими коллективами и добавляют новые качества как системе управления, так и самим роботам.

Для этого на верхней плате робота расположен экран, на котором в процессе функционирования генерируется так называемый QR-код. QR код — яркий пример виртуальной реальности: получая этот код, система может воссоздать окружающую обстановку, получить информацию о состоянии робота, получить даже информацию о роботах, не обладающих такими способностями.

Направление исследований по использованию технологий расширенной и виртуальной реальности возникло потому, что в настоящее время мобильные роботы в основном работают с использованием радиоканалов или на беспроводных технологиях типа Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee. Но большинство применений таких беспроводных технологий основано на подключениях типа «точка-точка». Получается, что система управления в каждый момент времени может общаться только с каким-то одним роботом из коллектива. Если в коллективе 10-15 роботов, то такая ситуация не будет вызывать проблем при управлении, но если в коллективе несколько десятков или даже сотен роботов, тогда система управления будет заниматься только сопровождением и обработкой данных в каналах передачи информации между роботами и собой. На управление роботами и высокоуровневый анализ информации у нее уже не хватит времени, независимо даже от производительности системы. Использование предлагаемых нами маркеров позволяет создать оптическую систему передачи информации, и мы с помощью камеры хорошей разрешающей способности, которая охватывает большую часть рабочей зоны, можем получить информацию одновременно со всех роботов, находящихся в поле зрения этой камеры. То есть мы решаем проблемы своевременной передачи сервисной, служебной информации и управляющих кодов. Это одно из основных преимуществ использования технологий виртуальной и расширенной реальностей в робототехнике.

У нашей лаборатории достаточно широкий спектр задач. Но, к сожалению, из-за различных проблем в организации научных исследований, эти работы часто ведутся на голом энтузиазме. Можно сказать, что это — наше хобби. Институт механики — академическая структура, то есть по требованию устава Академии наук мы должны заниматься продвижением и получением новых фундаментальных знаний. А сейчас от нас требуют, чтобы знания были ориентированы на практику: в первую очередь нужны быстрые практические решения. Но, к сожалению, в связи с проведенными и проводимыми реформами, в последние 25-30 лет у нас пропало соединительное звено между фундаментальными исследованиями и промышленностью, где осуществлялось реальное применение наработок. Этим раньше занимались различные отраслевые НИИ, постоянно организовывались новые коллективы, способные превратить достижения классической теоретической науки в реальные образцы техники и технологий. Сейчас такого звена, за редким исключением в нефтяной и газовой отраслях, нет. У нас, в свою очередь, не хватает как финансовых возможностей, так времени и персонала. Потому что, во-первых, во главу угла в научных исследованиях ставится оптимизация, которая чаще всего заключается в сокращении штатов и увеличении нагрузки на сотрудников, а во-вторых, нельзя совместить несовместимое — заниматься теоретическими исследованиями и делать что-то практическое на высоком профессиональном уровне. Максимум, что можно сделать, и что мы делаем в нашей лаборатории, это изготовить хороший лабораторный макет, на котором можно показать базовые принципы работы, например, новых роботов, преимущества новых алгоритмов и программно-аппаратных комплексов. В настоящее время у нас даже нет необходимых инструментальных возможностей — станочного парка и технологий, чтобы наши теоретические наработки превратить в образцы, способные вызвать коммерческий интерес со стороны производителей и покупателей.


Назад в раздел Печать
Если вы заметили ошибку в статье, сообщите об этом в редакцию, выделив мышью слово с ошибкой и нажав Ctrl+Enter. Ваша помощь в улучшении материалов для нас неоценима!
Чтобы проголосовать за материал, необходимо авторизоваться на сайте
Голосов: 2, Баллов: 10




Авторизуйтесь или войдите через любой соц. сервис для комментирования и оценки материалов: