Můj kamarád robot
11. 5. 2012
Tentokrát zavítáme na soutěž robotů, kteří mají najít v bludišti ztraceného medvěda, ukážeme ale také, jak se vyvíjejí průmyslové roboty.
Filip – ROBOT: Mám zvláštní
pocit. Jsem dvě patra pod úrovní Malostranského náměstí. Toto sklepení kdysi
patřilo klášteru, později zemskému soudu. Před osmdesáti lety byl ve zdejších
trezorech dokonce zlatý poklad Československé republiky.
Nyní je tu podzemní laboratoř. V ní sídlí moji kamarádi roboti. Jsou ovšem mnohem primitivnější než jsem já, nejnovější model společnosti Tricolour Robotics. Tohle ještě zdaleka nejsou bytosti, jako já. Tyto jednoduché stroje vymysleli a sestavili mladí lidé, studenti Matematicko-fyzikální fakulty slavné Karlovy univerzity v Praze.
Docela zajímavé myšlenky. Jednoduchá a přitom účinná řešení …
Je sobotní dopoledne 28. dubna 2012. Sportovní hala Sparty v Praze Libni se zaplnila netradičně roboty nejrůznějších podob, jejich konstruktéry i příznivci všech věkových skupin. Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy spolu s občanským sdružením Robonika tu pořádají už podeváté Robotický den za účasti českých i zahraničních týmů.
Budova Matematicko-fyzikální fakulty na Malostranském náměstí. Stejně jako android Filip, sestupujeme i my s kamerou do zdejší podzemní robotické základy. Právě zde sestavují studenti katedry softwarového inženýrství své roboty.
Ondřej Staněk, student MFF UK: Ten robot teď bude jezdit po hladkých křivkách. Já mu na počítači zadám body, kterými má projet. Těmi body se proloží křivka a ten robot po křivce plynule pojede. Můžu ty body libovolně posouvat a pak spustím pohyb robota. Akorát teď zrovna vypadlo spojení. To je pech.
RNDr. David Obdržálek, katedra softwarového inženýrství, MFF UK: Ten základní princip u tohohle pohybu je, že se zadají souřadnice jen několika málo kontrolních bodů. Nemusí se zadávat celá cesta a pak se velice jednoduše spočítá, kudy ten robot má jet a jak se má zatočit tak, aby průjezd kontrolními body byl hladký.
Ondřej Staněk, student MFF UK: On takhle bude jezdit dokola. Potom na soutěži budeme sbírat míče, takže ty body budou vlastně pozice míčů a robot se bude snažit projet těmi body tak, aby ty míče sebral. Můžu mu tady posunout jeden bod. Teď si všimne, že se jeden míč se mu posunul – jeho pozice se upravila a on jede tak, aby ho projel.
Vlevo na obrazovce sledujete skutečnou robotovu trasu, napravo je trasa plánovaná.
Filip – ROBOT: Podmanivá barva jahodové zmrzliny. Jsem tu správně. Robotický den. Zvláštní program: záchrana medvědů, minisumo, sledovač linek, robotický vozík.
Docela dost lidí. A taky robotů. Jsem zvědav, jak si poradí s úkoly, které jim pořadatelé připravili.
Tak vypadá výkonný Line Follower – česky něco jako Jízda po čáře. Roboty vybavené různými senzory na sledování černé linky mají daný okruh projet v nejkratším možném čase. Háček je v tom, že nestačí být rychlý. Robot se musí umět i v rychlé jízdě udržet na dráze. Tedy stabilita a dobrý kontakt s jejím povrchem. Ke sledování okolí robota používají konstruktéři různé prostředky. Také laserový paprsek.
Ondřej Staněk, student MFF UK: Laserový skener je tady to modré.
RNDr. David Obdržálek, katedra softwarového inženýrství, MFF UK: A ten paprsek se promítá pomocí otáčecího zrcátka tady v této oblasti a zabírá to 270 °. Tohle je prostředek, v tomto směru. Dává nám to informaci o vzdálenosti od tohoto bodu ke každé překážce. Tady mám skener – to je toto místo, a toto je úplně levý bok, a když přiblížím ruku, bude vidět, jak ta překážka vzniká. Anebo když strčím ruku doprostřed, uvidíte ty tři moje prsty.
Filip – ROBOT: U stolu F začíná kategorie mini-sumo. Pokud vyjdu z tradičního japonského sportu, mělo by jít o přetlačování soupeře z kruhu. Uvidíme. Jdu se podívat blíž.
Pět sekund po odstartování jsou roboti v klidu. Pak vyrazí. Účinná taktika momentu překvapení. Okamžitý, bleskurychlý útok. Základem úspěchu je ovšem robustní konstrukce, dostatečná hmotnost, vícekolový podvozek se silným pohonem, vhodný klínovitý tvar přídě a co nejnižší těžiště. Konstruktéři však musejí pamatovat i na dobré brzdy podvozku. Jinak i jejich bojovníka čeká osud poraženého.
Filip – ROBOT: Tyhle soutěžní robůtky vyšší stupeň inteligence asi nedostaly. Záměr, nebo nedostatek znalostí?
RNDr. David Obdržálek, katedra softwarového inženýrství, MFF UK: Tak tenhle robot v tuhle chvíli toho moc inteligentního nemá. Je to v podstatě jen základ. Je to nízkoúrovňové ovládání hardwaru tak, aby pro nás ten podvozek spolehlivě jezdil. Abychom se pak už nemuseli zabývat tím, že chci, aby ten robot někam dojel takhle natočený takhle rychle, ale abych prostě jen řekl: chci, aby byl tamhle.
Filip – ROBOT: Tak přece jen záměr. I na malostranské základně robotů postupují v krocích. Nejvíc chytrosti potřebují nejspíše tito zachránci medvědů. O co jde?
Zachránit zraněného medvídka se pokoušeli soutěžící ve dvou kategoriích. První typ představují dálkově řízení roboti, vyslaní do nebezpečného terénu pro ohroženého medvěda.
Filip – ROBOT: Jak je vidět, ani ručně řízení roboti nebyli vždy dokonale ovladatelní. Ale na kluky ze základní školy docela dobrý výkon.
Tak tomu se to podařilo – a docela rychle a šetrně pro samotné zvíře. Horší by bylo, kdyby takový záchranář během zachraňování oběti stačil utrhnout třeba nohu …
To tenhle zásah se zdá mnohem dramatičtější …
Ale nakonec se i jemu podařilo nebohého medvěda dopravit až do cíle.
Probíhá druhé kolo, určené pro pokročilé, neboli autonomní roboty. Jejich tvůrci je mohou pouze odstartovat a roboti pak už samostatně vyrazí na trať do bludiště, musejí najít oběť, citlivě ji uchopit a najít cestu zase zpátky do cíle – samozřejmě v co nejkratším čase.
Časoměřič: Tak super. Minuta pět.
Pro soutěžící týmy byla cenná zkušenost z týmové práce. Nestačí jediný geniální konstruktér, pokud nedokáže spolupracovat s ostatními členy týmu. K užitku je také schopnost sehnat finanční prostředky pro stavbu robota. Cenné je poznání, že při tak složitých zadáních není dobré odkládat vše až na poslední noc před soutěží. Že je třeba ověřit předem všechny funkce robota. A platí: čím komplikovanější řešení, tím větší pravděpodobnost poruchy.
Filip – ROBOT: Červené tlačítko – generální STOP. Zastaví všechny pohony, ale robotův mozek o napájení nepřijde. To dobře znám.
RNDr. David Obdržálek, katedra softwarového inženýrství, MFF UK: Když se stane takhle něco špatného, zajímá nás, proč se to stalo. Snažíme se zjistit, v jakém stavu je v tu chvíli robot. Ale kdybychom ho tím tlačítkem úplně vypnuli, můžeme přijít o ten nejdůležitější úsek logů těsně před katastrofou, která nás zajímá.
Filip – ROBOT: Během Robotického dne jsem viděl nejeden tým, který jejich robot potrápil. Byla to většinou daň za nedbalost při montáži, nebo v horším případě chyba při návrhu, konstrukci. Před startem v kategorii pokročilých robotů měla potíže se svým strojem i tato dvojice soutěžících z Liberce. Nakonec se jim ale podařilo poruchu odstranit. V soutěži si vedli velice úspěšně. A už se méďa veze k cíli.
Síťové centrum robotiky s působností pro celou Českou republiku je na Fakultě mechatroniky Technické univerzity v Liberci. Zajeli jsme si prohlédnout jejich laboratoř robotiky, která tu vznikla v roce 2004.
Během jediného semestru se tu při výuce vystřídá na sto padesát studentů. K dispozici mají různé typy laboratorních i průmyslových robotů, s nimiž se mohou jako absolventi školy setkat v praxi v mnoha našich průmyslových podnicích.
U svého robota Krytona jsme našli i naše známé – dvojici finalistů Robotického dne. Ti zvítězili v kategorii pokročilých robotů – záchranářů. Marek Valšík se Zbyškem Zapadlíkem jsou studenty druhého ročníku bakalářského studia na zdejší fakultě.
Doc. Ing. Václav Záda, CSc., TU Liberec: Zajímají nás především pohony, různé senzory, jejich spojování a samozřejmě určité prvky umělé inteligence, kterými se snažíme naše roboty nějakým způsobem vybavovat. V současné době některé roboty v naší laboratoři jsou schopny s námi komunikovat v lidském hlase, čili naprosto přirozeně. Samozřejmě jsou vybaveny kamerami, takže jsou schopny rozpoznávat prostředí, a z toho důvodu se studenti musí učit i takové základní věci, jako je počítačové zpracování obrazu.
Jak obrazovou scénu zpracovává robot Kryton? Rozpoznat cílový objekt – papírový válec – podle jeho tvaru je pro řídicí počítač mnohem náročnější a také zdlouhavější procedura, než analýza barvy objektu. Proto oba konstruktéři zvolili jako prioritní informaci o barvě. Rozpoznání usnadňují navíc výrazně odlišné barevné tóny jednotlivých válců. Jakým směrem se robotická technika bude vyvíjet dál?
Doc. Ing. Václav Záda, CSc., TU Liberec: Dá se očekávat, že tady samozřejmě bude pozvolný vývoj směrem k umělé inteligenci a bude vývoj ke snižování hmotnosti robotů. Protože současné roboty, které pracují v průmyslu, jsou velmi těžké. Robot, který váží třeba dvě stě až tři sta kilogramů, je konstruován na běžnou nosnost dejme tomu deset až dvacet kilo, ne více. A to z toho důvodu, že pracuje v podstatě naslepo a musí mít velmi vysokou tuhost, aby dokázal překot polohování až dvě nebo jednu setinu milimetru.
Také v liberecké robotické laboratoři mají robota, který jezdí podél čar. V tomto případě však jeho konstruktéři zvolili pro sledování čáry před robotem oproti běžnému použití infračervených senzorů sledování pomocí kamery.
Doc. Ing. Václav Záda, CSc., TU Liberec: V současné době je snaha roboty nějakým způsobem odlehčovat a konstruovat je tak, aby byly lehké a dokázaly – podobně jako člověk – unést velice mnoho. Lidská ruka váží několik kilogramů – možná patnáct kilo, ale dokáže zdvihnout klidně dvaceti, třiceti i vícekilovou činku bez nějakých problémů. Ovšem nemá tu přesnost.
Filip – ROBOT: Mezi záplavou robotů mne na Robotickém dni zaujala nenápadná skupinka miniaturních robůtků. Je to skutečně originální konstruktérský nápad.
Ondřej Staněk, student MFF UK: Tohle je miniaturní robot, kterého jsem navrhl a zkonstruoval. Vejde se do krabičky od sirek a říkám mu PocketBot, protože se vejde akorát do kapsy. Ten robot, kromě toho, že je tak malinký, má i malinké vybavení. Nabíječka a programátor, který je potřeba k provozu toho robota, se vejde do druhé krabičky od sirek. Takže celá ta robotická platforma je opravdu miniaturní. A když to pak chci bezdrátově řídit, mám k tomu mobilní telefon. Takže všechno, co potřebuju, se mi vejde do kapsy. Je to druhá verze toho robota a je už navržená pro sériovou výrobu.
Filip – ROBOT: Jak se říká, mohli jsme na jejich šmejdění po dráze nechat bulvy. Nebo oči? Nejen lidé, ale i já.
Ondřej Staněk, student MFF UK: Víte, když máte robota, který je velký, tak se špatně transportuje – na soutěže, nebo když ho chcete někomu ukázat. Já jsem v té době měl velkého robota, tak mě napadlo, že zminiaturizuju všechno. Že se to pokusím zmenšit nejvíc, co to půjde.
Ondřej Staněk, student MFF UK: Ti roboti mezi sebou dokážou komunikovat a spolupracovat a já se zabývám programováním algoritmů pro vícero robotů. Svrchu robota je nabíjecí akumulátor. Na jedno nabití robot vydrží jezdit zhruba půl hodiny. Zde je spínač, kterým se robot zapíná, a nad ním je programovací konektor, který se tam nahrává nový program. Svrchu zde je Blue Tooth modul, ten slouží k bezdrátové komunikaci s mobilem nebo s počítačem. Toto je signalizační světýlko, které znázorňuje, že robot je zapnutý.
RNDr. David Obdržálek, katedra softwarového inženýrství, MFF UK: Už před pár lety někde v rámci robotického fotbalu říkali, že do padesáti let vnikne družstvo robotických fotbalistů, které porazí člověka. Tomu já docela věřím, že těch padesát let je tak dlouhá doba pro rozvoj robotiky, že tady to je klidně možné. Na druhou stranu to, co dnes vidíme ve sci-fi filmech, tak já doufám, že se toho v plné míře nedožiju.
Doc. Ing. Václav Záda, CSc., TU Liberec: Dříve nebo později, pokud se lidstvo nezničí samo,
samozřejmě dokážeme vyvinout takové bytosti, které nás nakonec překonají a
nakonec se budou samy vyvíjet, takže nám pravděpodobně velice brzo utečou.
Autor: Vladimír Kunz