РОБОТЫ
Увидев его на выставке Innovation’97, я сразу вспомнил слова из одного рассказа Генри Каттнера: “Джо выпятил глаза на шарнирах, установил их один против другого и углубился в самосозерцание”. Нет, Арнольд не такой, он не только умный, но и полезный. Он может принести и подержать для вас чашечку кофе или, если вы спешите, а ваши траектории пересеклись, мгновенно остановиться и вежливо пропустить. А создала Арнольда, или, как его называют по-научному, мобильного автономного служебного робота с рукой, имеющей семь степеней свободы, и головой со сдвоенной стереокамерой, команда разработчиков из Института нейроинформатики при Ruhr-Universitat (Бохум, Германия). По их словам, Арнольд ростом с восьмилетнего ребенка (1,35 м) специально сделан похожим на человека, чтобы он мог лучше адаптироваться в человеческом окружении и решать сложные задачи, которые по плечу пока только людям.
Арнольд готов служить людям
Робот предназначен для выполнения служебных функций, таких, как обнаружение, распознавание и захват объектов, в совершенно новом для себя окружении. Он может, в частности, свободно передвигаться в небольших помещениях с подвижными и неподвижными препятствиями (например, повернув ручку, открыть дверь, пройти в нее и не забыть закрыть за собой).
Поведенческая модель робота основана на подходе Брайтенберга (1984 г.), описывающем сложное поведение при решении комплексной задачи в виде совокупности нескольких простых шагов. Управление каждым таким шагом предполагает наличие средств, обеспечивающих реализацию стадий восприятия (осознания), планирования и выполнения конкретной задачи. Результирующая поведения робота складывается из нескольких простых одновременных поступков.
Для создания служебного офисного/домашнего робота разработчики выбрали антропоморфный дизайн. Главными элементами “анатомии” Арнольда являются голова, рука и движущаяся платформа. Чтобы осуществлять безошибочную навигацию, робот должен иметь возможность “разглядеть” мелкие объекты в ближайшем окружении. Поэтому его тело имеет пирамидальную форму, а голова оснащена сдвоенной стереосистемой, состоящей из двух широкоугольных “периферийных” монохромных камер Sanyo VPC-465 (разрешение 500х582 пиксела) и двух цветных “впередсмотрящих” камер Sony XC-999P (752х582 пиксела). Видеосистема, расположенная на высоте 1,285 м, имеет три степени свободы, размер стереобазы - 300 мм. Частота горизонтальной синхронизации камер составляет 15,625 кГц, а вертикальной - 50 Гц. Они могут работать при минимальной освещенности около 5 люкс. Видеосигналы с камер попадают на модуль усилителя и затем на две платы захвата кадров фирмы Imaging Technology, оснащенные 2 Мб видеоОЗУ и интерфейсом PCI и обеспечивающие скорость передачи 80 Мб/с.
Чтобы достичь времени отклика около 1 мс, робота оснастили мощными вычислительными возможностями и быстрыми каналами передачи данных. В основе компьютерной подсистемы Арнольда лежит сеть из двух ПК с 166 МГц процессорами Pentium, работающими под управлением ОС реального времени QNX. По словам разработчиков, пока используется 10 Мбит/с сеть Ethernet, которая в ближайшее время будет заменена на Fast Ethernet. Главным элементом служит мастер-ПК, при включении робота активизирующийся в первую очередь. Этот компьютер содержит 1 Гб жесткий диск с интерфейсом EIDE и контролирует все остальные компоненты Арнольда, получая информацию через плату ввода-вывода. Его можно подключить и к внешней ЛВС. Состояние мастер-компьютера и внутренних подсистем отслеживается на небольшом индикаторном дисплее. Архитектура вычислительной внутренней сети с четырехпортовым концентратором позволяет подключить три подчиненных компьютера, однако в настоящее время используется лишь одна бездисковая машина.
Для управления роботом используется разработанное в этом же институте ПО Planet, специально адаптированное для согласования асинхронных модулей. Пакет содержит три модуля, обеспечивающих управление мобильной платформой, рукой и головой с камерами, а для оптимизации процессорной мощности и связи между подсистемами использует общую разделяемую память и сетевые каналы связи.
Арнольд может функционировать как в автономном режиме, так и при подключении к внешней электросети. В последнем случае трехфазный ток напряжением 400 В преобразуется в постоянный 24 В/40 А. При автономном режиме питания встроенных аккумуляторов достаточно примерно на час работы.
Четырехколесная мобильная платформа размером 750х750 мм приводится в движение двумя двигателями, управляемыми мастер-ПК. Рука робота создана фирмой Amtec и имеет семь степеней свободы. Каждый ее модуль снабжен микроконтроллером с интерфейсом CAN, для связи с которым служит ISA-плата, установленная на мастер-ПК. Одна степень свободы является избыточной, но она может пригодиться, например, для уклонения от препятствия при захвате предмета.
Немаловажно, что робот снабжен средствами безопасности. Если робот или его рука начнут делать что-либо недозволенное, беду можно быстро предотвратить, выдернув аварийные соединительные разъемы.
Дополнительную информацию можно получить по адресу: www.neuroinformatik.ruhr-
uni-bochum.de. 4
Алексей Максимов
