В Фонде перспективных исследований выделили ключевые уникальные характеристики антропоморфного робота Федора, созданного в рамках проекта Фонда в качестве робота-спасателя: это те качества, которые ставят российского робота в один ряд с лучшими мировыми разработками по уровню научной новизны и прорывному характеру технических решений.
Робот Фёдор, который умеет самостоятельно перемещаться в городе и по пересеченной местности, работать с инструментами и управлять транспортными средствами, представляет собой антропоморфную робототехническую платформу, управление которой может производиться как в автономном режиме, так и в комбинированном, когда часть функций выполняется роботом автоматически, а часть задается оператором, причем не только с классического пульта управления, но и посредством естественных движений и жестов.
«Сам робот Фёдор — это только видимая часть «айсберга», — комментирует Сергей Хурс, руководитель проекта Фонда перспективных исследований. – Сложность разработки антропоморфных роботов сегодня обусловлена высокими требованиями к техническим решениям как в области механики, так и в области алгоритмов управления.
Так, помимо робототехнической платформы в состав комплекса входит комбинированная система дистанционного управления с так называемым «управляющим костюмом». В основе этой системы лежит математическая модель комбинированного управления, не имеющая практических аналогов: её особенностью является согласование физических и математических моделей тела человека, «управляющего костюма» и конструкции робота. Если отдельные разработки подобного рода и существовали до этого, замкнутой математической модели для антропоморфного робота ранее не было». В рамках математической модели первое согласование обеспечивает пересчёт показаний сенсоров «управляющего костюма» на модель тела человека, так как его суставы и шарниры механизмов робота не совпадают. Второе согласование устраняет различие конструкций «управляющего костюма» и робота. Развитая сенсорная система робота включает силомоментные датчики, информацию от которых необходимо передать на тело оператора в виде внешних нагрузок, давая ему представление о силовом взаимодействии робота с окружающими предметами. В итоге появляется модель с прямыми и обратными сенсорными связями, которая позволяет оператору управлять роботом на основе собственных ощущений.
Еще одно уникальное качество робота Федора — система обратной сенсорной связи (обратная силомоментная связь). Система обратной сенсорной связи позволяет создать эффект погружения оператора в те физические обстоятельства, в которых находится робот. Когда речь идет о таком сложном устройстве, как антропоморфный робот с несколькими режимами управления, сенсорная система должна регулировать сложные механические движения, связанные, например, с равновесием и динамикой. Управляющий костюм обеспечивает связь оператора с роботом: в прямом направлении человек управляет приводами робота, в обратном — получает информацию о внешних нагрузках на робота. При этом приводы управляющего костюма вступают во взаимодействие с мышцами человека, так что оператор может чувствовать и управлять той силой, которую робот прилагает к выполняемым действиям. От сенсоров робота, которые измеряют скорость, угловое и линейное положение и многие другие данные, информация поступает на управляющий компьютер. Если робот упирается рукой в стену и не может продвинуться далее, то человек через приводы управляющего костюма получает сопротивление, эквивалентное усилию своей руки. Если добавить сюда данные, получаемые от “органов зрения” и “органов слуха” робота, то эффект присутствия оператора в месте действия робота будет практически полным. Зарубежных технологий такого уровня проработки на сегодняшний день не существует.
Кроме того, робот Федор обладает лучшей в мире кинематикой среди роботов-андроидов: он является единственным в мире антропоморфным роботом, способным сесть и на продольный, и на поперечный шпагаты. Механика других существующих в мире андроидов не обеспечивает такой свободы действия, в то время как гибкость конструкции робота-спасателя необходима для того, чтобы дать ему возможность преодолевать разнообразные препятствия, например, завалы. Кроме того, Федор — единственный в мире андроид, способный смотреть как вертикально вверх, так и строго вниз, опустив голову за счет её подвижности. Это не причуда разработчиков: высокая подвижность головного модуля позволяет ему смотреть вперёд даже тогда, когда робот передвигается «по-пластунски».
Видеоканалы стереоскопической системы технического зрения робота Федора могут работать как совместно, так и раздельно. Совместная работа каналов позволяет определять расстояние до объектов, а раздельная — решать не менее двух функциональных задач одновременно. К примеру, это позволяет роботу выполнять действия двумя разными инструментами одновременно: робот получает данные от правого и левого видеоканалов, анализирует информацию о нескольких объектах и об их движении, сопоставляет дальность и производит другие вычислительные операции.
Робота Федора отличает высокий уровень проработки автономных программ, связанных с управлением транспортным средством. Сегодня робот Федор способен самостоятельно сесть в автомобиль, снять транспортное средство со стояночного тормоза и управлять им через ручную коробку передач, рулевое колесо, педали газа, сцепления и тормоза, а также поворачивать рулевое колесо с перехватом. Все эти действия андроид выполняет автономно, без участия оператора. Управление автомобилем — это пример, демонстрирующий возможности робототехнической платформы и её системы управления. Механика робота позволяет воспроизвести практически любые движения человеческого тела, а программное обеспечение, включая пополняемые библиотеки, позволяет расширять профессиональные навыки робота. При этом самой трудоемкой задачей является обучение только первого робота: остальные экземпляры будут получать «знания» методом копирования.
