Рекомендуем к прочтению подробную статью о роботе Spot от Boston Dynamics, опубликованную блогером Santry. Как робот устроен, как им управлять и как под него разрабатывать. Зачем покупать четвероногих роботов по 75000 долларов за штуку.
Длина Spot — 110 см, а в холке робот достигает 84 см. Формально у Spot есть «перед» — там расположены светодиодные индикаторы состояния. Сзади находится набор разъемов. Однако, робот одинаково быстро движется и вперед, и назад. Максимальная скорость достигает 5,76 км/ч.
В лапы встроено 12 электрических приводов — по два в бедренных суставах, и по одному в каждом колене. На конце каждой конечности расположены протекторы, отдаленно напоминающие автомобильные покрышки. Такая конструкция позволяет Spot двигаться приставным шагом, разворачиваться на месте, приседать, ложиться на землю, уверенно взбираться по склонам с уклоном до 30 градусов, подниматься по лестницам и вставать после падений.
Пока мало известно о том, как именно робот поддерживает равновесие. В своих ранних машинах Boston Dynamics использовала акселерометры, твердотельные гироскопы и гиростабилизаторы. Распределение веса контролировалось при помощи тензодатчиков и датчиков крутящего момента в суставах. Все вычисления, необходимые для работы Spot, выполняются «на борту», но, опять же, неясно, какая электроника за них отвечает.
Spot не боится дождя, строительной пыли и может работать при температуре от -20С до +45С.
К каждому Spot прилагается пара сменных литий-ионных аккумуляторов и зарядное устройство. На зарядку аккумулятора требуется 2 часа. Батареи вставляются в брюхо робота и обеспечивает 90 минут активной работы.
Spot видит все вокруг, но недалеко. Инженеры снабдили его пятью стереокамерами, обеспечивающими 360-градусный обзор. Сенсоры выдают черно-белую картинку и позволяют построить карту глубины, но дальность обзора составляет всего 4 метра.
Чтобы ориентироваться на местности и избегать препятствий, Spot использует не только камеры, но и одометрию — данные о движении приводов. Они формируют машинный аналог человеческой проприоцепции — ощущения положения тела в пространстве. При помощи камер и одометрии Spot поддерживает и обновляет модель, которая описывает позу робота и положение относительно других объектов.
Все приложения связываются с компьютером Spot через сетевое соединение по протоколу TLS 1.2 или 1.3. Хотя у робота есть разъем RJ-45, для управления обычно используют встроенный модуль Wi-Fi 802.11. При прямом подключении к роботу можно рассчитывать на максимальную дальность управления в 50 метров.
Обычно для управления Spot используют контроллер Spot Explorer. Это 7-дюймовый планшет, который выглядит как помесь Nintendo Switch с геймпадом Xbox. Чтобы освоиться с управлением, нужны считаные минуты. Дело в том, что большую часть работы Spot берет на себя. Робот самостоятельно избегает столкновений, переступает через препятствия и адаптируется к неровностям местности.
Это работает удивительно хорошо, но не идеально. Spot все еще теряет равновесие на скользких поверхностях и спотыкается о кабели и веревки. Он может наступать на банки с краской, ведра и другие предметы ниже 30 см, плохо распознает зеркальные и очень яркие препятствия.
Spot может запомнить дорогу и самостоятельно пройти по сохраненному маршруту. Эта функция делает из игрушки с радиоуправлением инструмент для автоматизации повторяющихся задач.
На спине робота расположена пара алюминиевых рельсов, отдаленно напоминающих автомобильный багажник. К ним можно прикрепить до 14 кг — функциональные модули, которые подключаются к роботу через пару портов DB25.
Spot понимает, какой модуль к нему подключен, учитывает вес и габариты груза при ходьбе. Цель Boston Dynamics — превратить Spot в «мобильную платформу», так что компания уже разработала набор аксессуаров. Они продаются по негуманным ценам на официальном сайте компании.
Аксессуары
Spot Cam — панорамная камера из пяти сенсоров Sony IMX290. Их дополняет пара динамиков и микрофоны для двусторонней связи.
LIDAR позволяет Spot уверенно ориентироваться на больших открытых пространствах и картировать местность. По факту это лидар Velodyne VLP-16, который сканирует объекты в радиусе 100 метров с точностью до 3 см.
Чтобы обрабатывать данные с лидара в реальном времени, Spot нужна дополнительная вычислительная мощность.
CORE — обычный компьютер под управлением Ubuntu Desktop 18.04 LTS в компактном исполнении. Внутри находится процессор Intel Core i5 восьмого поколения, 16 ГБ оперативной памяти DDR4 и SSD диск на 512 ГБ. В отличие от компьютеров, управляющих Spot, эта система открыта для разработчиков.
Для машинного обучения предусмотрен отдельный модуль — Core AI. Это CPU Intel Xeon E3-1515M V5, 32 ГБ оперативной памяти, 480 ГБ SSD и видеокарта Nvidia Quatro P5000 в корпусе с защитой IP67.
Самый интересный официальный аксессуар для Spot — роборука. Spot Arm весит 8 кг и может поднять до 4 кг. Ее обещают выпустить в продажу лишь к началу 2021 года: мало сконструировать манипулятор, нужно научить Spot им пользоваться. У Spot Arm, как и у всего робота, должен быть «врожденный интеллект». Манипулятор должен захватывать предметы автоматически, повинуясь простым командам. Кроме того, Spot Arm должен слаженно работать с остальным телом Spot.
Применение
Spot — промышленный робот. Он сильно шумит, особенно в маленькой квартире. Главная причина держаться от Spot на расстоянии — он не соответствует трем законам робототехники, ни буквально ни метафорически. Робот не может предсказывать траектории движущихся объектов, и у него нет специальных навыков для контактов с людьми. Кроме того, его конструкция довольно опасна. Шарниры могут с легкостью прищемить пальцы.
Как и большинство современных роботов, Spot лучше всего подходит для грязной, скучной и опасной работы. Но даже инженеры Boston Dynamics поначалу не знали, где именно робот окажется наиболее полезен. Осенью 2019 года Boston Dynamics отправила 150 Spot различным компаниям и исследовательским центрам для тестирования. Роботов буквально отдавали со словами: «придумайте им наилучшее применение». И применения нашлись.
Spot оказались полезны на стройплощадках. Чтобы отслеживать ход строительства, необходимо обходить строительную площадку с фотокамерой в руках, делает сотни снимков в заранее выбранных точках и сравнивать с трехмерным планом. Spot справляется с этой задачей лучше людей.
Другая область, в которой роботы показали себя очень хорошо — мониторинг оборудования в опасных условиях, например, в море. Суровые условия и сложное оборудование делают такую работу очень опасной. К тому же, во время осмотров станции приходится отключать. Напротив, Spot может приближаться к работающему оборудованию.
Медики стали применять роботов для дистанционных консультаций и удаленной диагностики.
Разработка и открытый SDK
Boston Dynamics выпустила для Spot комплект разработчика. Он доступен на Github и снабжен подробным руководством.
SDK позволяет создавать приложения для управления роботом, получать информацию с датчиков для анализа и подключать к Spot новые модули полезной нагрузки. Чтобы сделать разработку проще и доступнее, в качестве основного языка для API Boston Dynamics выбрала Python.
Компания предлагает разработчикам арендовать роботов, но существуют и симуляции. Виртуальные модели Spot доступны в Webots и, с недавних пор, в Gazebo. Они не идеальны, зато бесплатны и позволяют вволю поэкспериментировать.
Ряд компаний запустили разработку приложений для Spot: например, выпущено приложение для навигации по строительным площадкам, представлена облачная платформа для управления целым парком роботов, и т.д.
Сейчас в мире работает больше двух сотен Spot. Boston Dynamics рассчитывала (до начала пандемии) выпустить в 2020 году еще тысячу роботов.
Источник: Santry’s blog, сентябрь 2020, Как это устроено: робот Spot от Boston Dynamics