РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Рука для Терминатора: как создаются манипуляторы для российских андроидов

Терминатор срезает кожу с руки, демонстрируя металлический скелет. Эту запоминающуюся сцену из популярного фильма помнят даже те, кто не смотрел сам фильм. За зрелищностью момента не видно главного: механическая рука мало приспособлена для реальных действий и, скорее всего, весьма недолговечна. Впрочем, заметно это только специалистам, вроде промышленного дизайнера компании «Промобот» Андрея Васькова. В статье он рассказал, как происходит разработка рук для российских андроидов.
Тэги:
Рука для Терминатора: как создаются манипуляторы для российских андроидов

В 2019 году на робототехническом форуме в Сколково компания «Промобот» представила своего первого робота-компаньона Алекса. Этот робототехнический комплекс новой серии Robo-C обладал красноречивой внешностью, которая наглядно демонстрировала как его достоинства, так и недостатки. В числе последних, несомненно, первое место занимали руки.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Откуда руки растут

Robo-C представляет собой антропоморфный торс, способный взаимодействовать с человеком. Вербальное взаимодействие представить не сложно: робот может говорить самостоятельно и реагировать на реплики собеседника. Но в живом общении значительную роль играют и невербальные способы взаимодействия, жесты и прикосновения. Чтобы повысить антропоморфизм и улучшить восприятие образа робота в качестве живого собеседника, мы должны были оснастить конструкцию функциональными манипуляторами. Проще говоря, стояла задача сделать роботу человеческие руки.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Постоянно имея перед глазами пример, команда инженеров «Промобота» сформулировала для манипулятора перечень функций, параметров и ограничений. Мы решили создавать руку как самонесущую активную конструкцию в корпусе из алюминия, полимерных материалов, АБС и АБС-подобных пластмасс, силикона и полиуретана. Будущую разработку разделили на 5 блоков: плечо, предплечье, локоть, запястье и кисть. Каждая часть должна удовлетворять собственным требованиям к кинематике, например, плечо должно поворачиваться с углом до 90 градусов относительно нормали.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На этой стадии мы не уделяли большого внимания мелкой моторике. Так, план разработки предполагал независимое сгибание только большого пальца, остальные 4 пальца мы решили делать подвижными, но созависимыми.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Помимо технических требований, обрисовался и список требований субъективных. В его формировании принимала участие вся команда компании, включая маркетологов, психологов и дизайнеров. К примеру, специалисты просили выполнить разработку так, чтобы работа конструкции не сопровождалась шумами, а люфты в сочленениях были минимизированы во избежание эффекта тремора. Действительно, андроид с болезнью Паркинсона вряд ли придётся по вкусу пользователю.

Первая кисть кулаком

Действуя по намеченному плану, мы создали прототип манипулятора, имеющий в основе две конструкции: дифференциал в качестве приводного элемента плеча и локтя и прямые передачи на тросах в качестве приводных элементов запястья и кисти. Это было эффектное, но весьма сложное решение, требующее большого количества нестандартных изделий в составе функциональных узлов. Но большое количество уникальных деталей — лишь полбеды. Главной проблемой стала невозможность демонтажа отдельных механических подсборок, из-за чего ремонту конструкция практически не подлежала. Чтобы заменить одну деталь, пришлось бы полностью разбирать весь манипулятор. В будущем, когда роботы будут чинить роботов, это перестанет быть проблемой, но сегодня рядовой пользователь не должен испытывать проблем с заменой отдельных деталей.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

А к конструктивным деталям прототип отнёсся, будто к простым расходникам. То, что на чертежах, планах и схемах выглядело надёжным, на практике оказалось подвержено повышенным рискам и нагрузкам. Вопреки расчётам, стальной трос и система роликов испытывали повышенные нагрузки. Из-за износа тросов приводные элементы стали совершать неконтролируемые движения. Из-за них стали изнашиваться конические шестерни, стал появляться люфт в конструкциях. В свою очередь, из-за этого возникли большие сложности с управлением манипулятором в целом. Чтобы просто переместить руку в трёх осях, приходилось учитывать десяток незапланированных дефектов, каждый из которых для автоматизации процессов требовал отдельного набора датчиков и анализаторов.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Прототип оказался настолько грубым, что максимальный промежуток работы конструкции без отказов или поломок составил не более 8 рабочих часов, тогда как техническое задание требовало 3000 часов. Однако «краш-тест» новой руки позволил нам зафиксировать каждый недостаток, чтобы зайти на новую итерацию разработки.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Здравствуй, товарищ андроид

Летом 2021 года инженеры завершили очередную итерацию разработки манипулятора для андроида. Мы переработали практически все конструктивные решения роботизированной руки и внедрили дополнительные требования к конструкции, приводным элементам, сервоприводам и допускаемым к использованию наборам стандартных и нестандартных деталей.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Сегодня тот самый прототип манипулятора можно сравнивать с имеющимися у Алекса руками так же, как можно сравнивать клешню человечка из набора Lego с рукой киношного Терминатора. Мы сменили моторы, моторы-редукторы, сервоприводы. В части аппаратных решений переработали системы размерностей и возможностей на низком уровне. Переписали программные решения и модели управления. Мы создали то, что изначально прописывали в техническом задании.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Что стало ключом к успеху? Как сотрудник компании, скажу: командная работа. Привлекая к работе инженеров специалистов из других отделов и подразделений, мы получали возможность взглянуть на своего робота-компаньона под другим углом, прочувствовать на себе роль рядового пользователя, «выгулять» и опробовать конструкцию до того, как мы её сделаем. Как инженер, могу добавить: ключом к успеху стали итерации. Мы не отгородились от мира расчётами на бумаге. Мы раз за разом разрабатывали новое или обновлённое изделие, совершенствуя достигнутое и обретая новое. Именно готовность к бесконечным итерациям отличает успешную команду от посредственной.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Остановимся ли мы на этом? Ответ, пожалуй, уже дан выше. Мы будем продолжать совершенствовать манипулятор, лицо, кожу, отдельно взятый глаз – всё, что можно улучшить. Потому что это – истинный путь разработчика робототехники. Кстати, сами итерации – вещь не постоянная. Работая над манипулятором, мы получили опыт, который позволил сократить время проработки следующей итерации конструкции с 10 до 4 рабочих недель. Текущий результат такой деятельности уже позволяет при необходимости применять манипулятор в любом другом модельном ряду наших роботов.

youtube
Нажми и смотри
Нажми и смотри

Автор: Андрей Васьков

Загрузка статьи...