Первый российский робот-гуманоид

Все мы хоть раз видели в теленовостях короткий сюжет об очередном прорыве какой-нибудь японской фирмы в разработке похожих на человека роботов — роботов-гуманоидов.

Все мы хоть раз видели в теленовостях короткий сюжет об очередном прорыве какой-нибудь японской фирмы в разработке похожих на человека роботов — роботов-гуманоидов¹. 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 в 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, аналогичной конструкции. 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 каждый мотор плюс 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 полностью 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 отдел робототехники «Новой Эры» разрабатывает программу для игры в футбол и даже неплохо выступил на чемпионате RoboCup 2003, где роботы-гуманоиды участвуют пока чисто условно (www. uni-koblenz.de/%7Efruit/orga/rc03). Программа больше стратегическая — визуально это просто точки, перемещающиеся по экрану.² 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 микроконтроллерах, 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.

1 (назад) Нас, честно говоря, смутил термин «гуманоид», который сплошь и рядом употребляется, когда речь заходит о роботах, похожих на человека. При этом разработчики (и отечественные, и зарубежные) избегают употреблять слово «андроид». Единственное объяснение, которое приходит в голову, — частое упоминание андроидов в научной фантастике привело к тому, что в научной среде это слово приобрело нежелательные коннотации. Другими словами, роботы-гуманоиды на слух звучат солидней. — Прим. ред.
2 (назад) Интересно, что во время ее написания разработчики частенько консультировались с питерским футбольным клубом «Зенит».