Одна из важнейших задач современной робототехники – разработка самоадаптивных систем, позволяющих роботам действовать автономно в незнакомых условиях. Особенно это востребовано при проведении поисково-спасательных работ и обследовании аварийных участков, где возможности дистанционного управления сильно ограничены. Для решения этой задачи в частном университете UCSI (Куала-Лумпур, Малайзия) был создан интеллектуальный робот-паук, который самостоятельно прокладывает маршрут в обход препятствий без взаимодействия с оператором.
Обычно в конструкции робопауков используется шесть ног, но на этот раз авторы решили ограничиться четырьмя для упрощения алгоритма передвижения. Каждая из четырёх ног имеет три степени свободы и управляется независимо контроллером NI sbRIO-9642XT (в нём распаян процессор реального времени с частотой 266 МГц, 64 МБ DRAM и 128 МБ флэш-памяти). Для обработки сигналов от датчиков в контроллере используются блоки умножения-суммирования встроенной ПЛИС (1M FPGA).
Чтобы научить своего робота самостоятельно обходить препятствия, авторы не стали использовать навороченный ИИ с многослойными нейросетями, а задали простой генетический алгоритм. Этот эвристический метод перебирает возможные решения до тех пор, пока не найдёт приемлемое. В дальнейшем выбранный ранее набор действий станет первым кандидатом в подобной ситуации.
Учитывая малую вариативность возможных действий, много времени на раздумывания роботу не требуется. Он может двигаться только вперёд, назад, влево или вправо, причём движение вперёд сразу исключается при обнаружении препятствия, а назад – считается наименее оптимальным и проверяется в последнюю очередь. Поэтому фактически робопаук каждый раз решает, обойти ли ему препятствие справа или слева, возвращаясь в случае невозможности выбрать из этих двух вариантов.
На практике такой примитивизм оказался весьма выигрышной стратегией. Робот был протестирован и показал эффективность системы выше 95% во всех предложенных тестах, что лишний раз подтверждает жизнеспособность простых алгоритмов и принципа KISS.
Четырехногий робот из UCSI оснащён тремя типами датчиков, встроенных в его корпус. Для обнаружения препятствий на расстоянии от 2 до 300 сантиметров используются ультразвуковые сенсоры GH-311. Измерение температуры окружающего воздуха в диапазоне -55 … +150 °C выполняется при помощи прецизионного интегрального датчика LM35. За определение дыма, паров спирта, утечек водорода, метана, пропана и бутана отвечает универсальный газосигнализатор GH-312.
Продвигаясь по приблизительно заложенному маршруту, робот самостоятельно корректирует его и отправляет собранную информацию на станцию мониторинга. Для этого в нём используется модуль связи, реализованный на базе карманного беспроводного маршрутизатора TP Link TL-MR3420. Он работает на чипе Atheros AR7241 с открытыми спецификациями, поэтому для MR3420 есть альтернативные прошивки (OpenWrt и DD-WRT) с богатыми возможностями расширения функционала.
Конструкция робота была спроектирована и протестирована с использованием LabVIEW от National Instrument – среды разработки на графическом языке G. Предлагая графический подход к программированию, эта платформа помогает нагляднее представить алгоритм и отладочные данные.
Прототип робопаука был представлен в 2013 году на конференции Института инженеров электротехники и электроники в Куала-Лумпуре (IEEE Conference on Systems, Process & Control 2013). Препринт научной статьи появился в открытом доступе только спустя пять лет – 10 июня 2018 года.
Источник: http://arxiv.org/abs/1806.03707
