В Университете ИТМО на базе кафедры систем управления и информатики (СУиИ) открыта лаборатория робототехники. Расскажем о проектах, над которыми трудятся в её стенах, и покажем инструментарий: промышленных роботов-манипуляторов, робототехнические захватные устройства, а также установку для проведения испытаний систем динамического позиционирования с использованием роботизированной модели надводного судна.
![](https://habrastorage.org/webt/rp/0w/hq/rp0whqrwfz3vrhxnflcgel-rass.jpeg)
Лаборатория робототехники относится к старейшей кафедре Университета ИТМО, которая называется «Системы управления и информатика». Она появилась в 1945 году. Сама лаборатория была запущена в 1955 году — тогда в ней занимались вопросами автоматизации измерений и расчетами параметров надводных судов. Позже спектр направлений был расширен: добавили кибернетику, САПР, а также робототехнику.
Сегодня в лаборатории занимаются совершенствованием промышленных роботов. Сотрудники решают вопросы, связанные со взаимодействием человека и машины — разрабатывают безопасные алгоритмы управления с контролем силы робота, а также работают над коллаборативными роботами, которые могут выполнять задачи бок о бок с людьми.
Также в лаборатории разрабатывают альтернативные методы дистанционного управления группами роботов и создают программные алгоритмы, которые можно перенастраивать на выполнение новых задач в режиме онлайн.
Ряд робототехнических систем лаборатории приобретен у крупных компаний и предназначен для исследовательских или промышленных целей. Часть оборудования изготовлена сотрудниками в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Из последних можно выделить робототехническую платформу Стюарта с двумя степенями свободы. Академическая установка предназначена для апробации алгоритмов управления по удержанию шара в центре площадки (на систему в действии можно посмотреть в этом видео).
![](https://habrastorage.org/webt/pp/qs/qo/ppqsqoebkth63rrtzpljgw0zs3i.jpeg)
Робототехнический комплекс состоит из прямоугольной платформы с резистивной сенсорной подложкой, определяющей координаты шара. К ней с помощью шарнирного соединения прикреплены валы приводов. Эти приводы меняют угол наклона платформы согласно управляющим сигналам, поступающим с компьютера через USB, и не дают шару укатиться.
![](https://habrastorage.org/webt/tp/ue/lw/tpuelwdhq_b1odz4fhlu79bxfjq.jpeg)
Комплекс имеет дополнительные сервоприводы, которые отвечают за компенсацию возмущений. Для работы этих приводов сотрудники лаборатории разработали специальные алгоритмы, «сглаживающие» разного рода помехи, например вибрации или ветер.
Кроме того, в парке роботов лаборатории имеется исследовательская установка KUKA youBot, представляющая из себя пятизвенный робот-манипулятор, закрепленный на мобильной платформе со всенаправленными колесами.
![](https://habrastorage.org/webt/of/1z/ak/of1zakrimsl-h5nzf_sf6n_fc24.jpeg)
На роботе KUKA youBot испытывались алгоритмы адаптивного управления для слежения за подвижной целью. Они используют систему технического зрения на базе цифровой камеры и процедуры обработки видеоизображения. Основу этого проекта составляют исследования в области адаптивного управления нелинейными системами, проводимые сотрудниками лаборатории.
Алгоритмы управления используются для компенсации внешних воздействий, действующих на звенья робота. В результате машина получает возможность удерживать рабочий инструмент в фиксированной точке пространства и устойчиво перемещать его вдоль заданной траектории.
Примером проекта, реализованного на базе робота KUKA youBot, является бездатчиковое силомоментное очувствление. Совместно с британской компанией TRA Robotics мы разработали алгоритм, позволяющий оценивать силу взаимодействия рабочего инструмента с окружающей средой без дорогостоящих силомоментных датчиков. Это позволило роботу выполнять более сложные операции, не прибегая к помощи внешних систем.
![](https://habrastorage.org/webt/ig/sf/5l/igsf5l2d3scy1prtstyqijfpwgk.jpeg)
Другим примером робототехнической установки в лаборатории является ячейка FESTO Robot Vision Cell. Этот комплекс используется для имитации технологических операций на производстве, например сварки. Для реализации такого сценария ставится задача планирования движения: имитационный сварочный инструмент обходит по контуру металлической детали.
Кроме того, ячейка оборудована системой технического зрения и способна решать задачи сортировки деталей по цвету или форме.
![](https://habrastorage.org/webt/ox/07/oo/ox07ooveuwjqjqdutaugtn2lpsi.jpeg)
Проект, выполненный на базе робототехнической ячейки FESTO Robot Vision Cell с промышленным роботом Mitsubishi RV-3SDB, решает задачи планирования движений.
Он помогает упростить процесс взаимодействия оператора с контроллером робота при программировании сложных траекторий. Идея заключается в автоматическом программировании движений инструмента робота с помощью контуров, изображенных на растровом рисунке. Достаточно загрузить в систему файл, а алгоритм самостоятельно расставит необходимые опорные точки и составит код программы.
![](https://habrastorage.org/webt/4q/le/0x/4qle0xvt8eepbwpnbu3ckkq8_zs.jpeg)
На практике полученное решение можно применить для нанесения гравировки или рисования.
У нас на канале есть видео, в котором наш «робот-художник» изобразил портрет А. С. Пушкина. Также технологию можно использовать для сварки деталей сложной формы. По сути, это робототехнический комплекс, решающий промышленные задачи в лабораторных условиях.
![](https://habrastorage.org/webt/cn/0l/ur/cn0luru5quaia43dsrwai3r0oeo.jpeg)
В лаборатории также имеется трехпалое захватное устройство, оснащенное датчиками давления, расположенными на внутренней поверхности пальцев.
Такое устройство позволяет выполнять манипулирование хрупкими объектами, когда важно точно контролировать силу захвата во избежание повреждения.
![](https://habrastorage.org/webt/iz/fx/6w/izfx6wdp7wf-lzg-wvpia1zpj44.jpeg)
В лаборатории имеется роботизированная модель надводного судна, которая предназначена для проведения испытаний систем динамического позиционирования.
Модель оснащена несколькими исполнительными приводами, а также аппаратным обеспечением радиосвязи для передачи управляющих сигналов.
![](https://habrastorage.org/webt/tj/7e/rw/tj7erwapjho6tdvsseu0fyientm.jpeg)
В помещении лаборатории есть бассейн, на котором проверяется работоспособность алгоритмов управления по удержанию положения малой модели надводного судна с компенсацией продольных и поперечных смещений.
В настоящее время планируется организация крупного бассейна для проведения масштабных испытаний с усложненными сценариями.
![](https://habrastorage.org/webt/eh/cb/er/ehcberoljahg8e6xjm-ncptt4c0.jpeg)
Один из наших партнеров — британская компания TRA Robotics. Вместе мы работаем над совершенствованием алгоритмов управления промышленными роботами для предприятия цифрового производства. На таком предприятии весь производственный цикл: от разработки до изготовления промышленной продукции, будут выполнять роботы и системы ИИ.
Среди других партнеров — концерн «Электроприбор», совместно с которым мы разрабатываем мехатронные и робототехнические системы. Наши студенты помогают сотрудникам концерна в области приборостроения, разработки программного обеспечения и производственных задач.
Еще мы сотрудничаем с General Motors, развиваем робототехнику вместе с InfoWatch. Также сотрудники лаборатории плотно взаимодействуют с компанией АО «Навис», которая реализует проекты по разработке систем динамического позиционирования для надводных судов.
На базе Университета ИТМО работает Лаборатория молодежной робототехники, где школьники готовятся к состязаниям мирового уровня. К примеру, в 2017 году наша сборная выиграла World Robot Olympiad в Коста-Рике, а летом 2018 наши воспитанники взяли два призовых места на Всероссийской олимпиаде школьников.
Мы планируем привлекать больше отраслевых партнеров и воспитывать молодое поколение российских ученых. Возможно, именно они разработают таких роботов, которые органично дополнят мир людей и будут выполнять больше рутинных и опасных задач на предприятиях.
![](https://habrastorage.org/webt/rp/0w/hq/rp0whqrwfz3vrhxnflcgel-rass.jpeg)
Специализация
Лаборатория робототехники относится к старейшей кафедре Университета ИТМО, которая называется «Системы управления и информатика». Она появилась в 1945 году. Сама лаборатория была запущена в 1955 году — тогда в ней занимались вопросами автоматизации измерений и расчетами параметров надводных судов. Позже спектр направлений был расширен: добавили кибернетику, САПР, а также робототехнику.
Сегодня в лаборатории занимаются совершенствованием промышленных роботов. Сотрудники решают вопросы, связанные со взаимодействием человека и машины — разрабатывают безопасные алгоритмы управления с контролем силы робота, а также работают над коллаборативными роботами, которые могут выполнять задачи бок о бок с людьми.
Также в лаборатории разрабатывают альтернативные методы дистанционного управления группами роботов и создают программные алгоритмы, которые можно перенастраивать на выполнение новых задач в режиме онлайн.
Проекты
Ряд робототехнических систем лаборатории приобретен у крупных компаний и предназначен для исследовательских или промышленных целей. Часть оборудования изготовлена сотрудниками в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
Из последних можно выделить робототехническую платформу Стюарта с двумя степенями свободы. Академическая установка предназначена для апробации алгоритмов управления по удержанию шара в центре площадки (на систему в действии можно посмотреть в этом видео).
![](https://habrastorage.org/webt/pp/qs/qo/ppqsqoebkth63rrtzpljgw0zs3i.jpeg)
Робототехнический комплекс состоит из прямоугольной платформы с резистивной сенсорной подложкой, определяющей координаты шара. К ней с помощью шарнирного соединения прикреплены валы приводов. Эти приводы меняют угол наклона платформы согласно управляющим сигналам, поступающим с компьютера через USB, и не дают шару укатиться.
![](https://habrastorage.org/webt/tp/ue/lw/tpuelwdhq_b1odz4fhlu79bxfjq.jpeg)
Комплекс имеет дополнительные сервоприводы, которые отвечают за компенсацию возмущений. Для работы этих приводов сотрудники лаборатории разработали специальные алгоритмы, «сглаживающие» разного рода помехи, например вибрации или ветер.
Кроме того, в парке роботов лаборатории имеется исследовательская установка KUKA youBot, представляющая из себя пятизвенный робот-манипулятор, закрепленный на мобильной платформе со всенаправленными колесами.
![](https://habrastorage.org/webt/of/1z/ak/of1zakrimsl-h5nzf_sf6n_fc24.jpeg)
На роботе KUKA youBot испытывались алгоритмы адаптивного управления для слежения за подвижной целью. Они используют систему технического зрения на базе цифровой камеры и процедуры обработки видеоизображения. Основу этого проекта составляют исследования в области адаптивного управления нелинейными системами, проводимые сотрудниками лаборатории.
Алгоритмы управления используются для компенсации внешних воздействий, действующих на звенья робота. В результате машина получает возможность удерживать рабочий инструмент в фиксированной точке пространства и устойчиво перемещать его вдоль заданной траектории.
Примером проекта, реализованного на базе робота KUKA youBot, является бездатчиковое силомоментное очувствление. Совместно с британской компанией TRA Robotics мы разработали алгоритм, позволяющий оценивать силу взаимодействия рабочего инструмента с окружающей средой без дорогостоящих силомоментных датчиков. Это позволило роботу выполнять более сложные операции, не прибегая к помощи внешних систем.
![](https://habrastorage.org/webt/ig/sf/5l/igsf5l2d3scy1prtstyqijfpwgk.jpeg)
Другим примером робототехнической установки в лаборатории является ячейка FESTO Robot Vision Cell. Этот комплекс используется для имитации технологических операций на производстве, например сварки. Для реализации такого сценария ставится задача планирования движения: имитационный сварочный инструмент обходит по контуру металлической детали.
Кроме того, ячейка оборудована системой технического зрения и способна решать задачи сортировки деталей по цвету или форме.
![](https://habrastorage.org/webt/ox/07/oo/ox07ooveuwjqjqdutaugtn2lpsi.jpeg)
Проект, выполненный на базе робототехнической ячейки FESTO Robot Vision Cell с промышленным роботом Mitsubishi RV-3SDB, решает задачи планирования движений.
Он помогает упростить процесс взаимодействия оператора с контроллером робота при программировании сложных траекторий. Идея заключается в автоматическом программировании движений инструмента робота с помощью контуров, изображенных на растровом рисунке. Достаточно загрузить в систему файл, а алгоритм самостоятельно расставит необходимые опорные точки и составит код программы.
![](https://habrastorage.org/webt/4q/le/0x/4qle0xvt8eepbwpnbu3ckkq8_zs.jpeg)
На практике полученное решение можно применить для нанесения гравировки или рисования.
У нас на канале есть видео, в котором наш «робот-художник» изобразил портрет А. С. Пушкина. Также технологию можно использовать для сварки деталей сложной формы. По сути, это робототехнический комплекс, решающий промышленные задачи в лабораторных условиях.
![](https://habrastorage.org/webt/cn/0l/ur/cn0luru5quaia43dsrwai3r0oeo.jpeg)
В лаборатории также имеется трехпалое захватное устройство, оснащенное датчиками давления, расположенными на внутренней поверхности пальцев.
Такое устройство позволяет выполнять манипулирование хрупкими объектами, когда важно точно контролировать силу захвата во избежание повреждения.
![](https://habrastorage.org/webt/iz/fx/6w/izfx6wdp7wf-lzg-wvpia1zpj44.jpeg)
В лаборатории имеется роботизированная модель надводного судна, которая предназначена для проведения испытаний систем динамического позиционирования.
Модель оснащена несколькими исполнительными приводами, а также аппаратным обеспечением радиосвязи для передачи управляющих сигналов.
![](https://habrastorage.org/webt/tj/7e/rw/tj7erwapjho6tdvsseu0fyientm.jpeg)
В помещении лаборатории есть бассейн, на котором проверяется работоспособность алгоритмов управления по удержанию положения малой модели надводного судна с компенсацией продольных и поперечных смещений.
В настоящее время планируется организация крупного бассейна для проведения масштабных испытаний с усложненными сценариями.
![](https://habrastorage.org/webt/eh/cb/er/ehcberoljahg8e6xjm-ncptt4c0.jpeg)
Работа с партнерами и планы
Один из наших партнеров — британская компания TRA Robotics. Вместе мы работаем над совершенствованием алгоритмов управления промышленными роботами для предприятия цифрового производства. На таком предприятии весь производственный цикл: от разработки до изготовления промышленной продукции, будут выполнять роботы и системы ИИ.
Среди других партнеров — концерн «Электроприбор», совместно с которым мы разрабатываем мехатронные и робототехнические системы. Наши студенты помогают сотрудникам концерна в области приборостроения, разработки программного обеспечения и производственных задач.
Еще мы сотрудничаем с General Motors, развиваем робототехнику вместе с InfoWatch. Также сотрудники лаборатории плотно взаимодействуют с компанией АО «Навис», которая реализует проекты по разработке систем динамического позиционирования для надводных судов.
На базе Университета ИТМО работает Лаборатория молодежной робототехники, где школьники готовятся к состязаниям мирового уровня. К примеру, в 2017 году наша сборная выиграла World Robot Olympiad в Коста-Рике, а летом 2018 наши воспитанники взяли два призовых места на Всероссийской олимпиаде школьников.
Мы планируем привлекать больше отраслевых партнеров и воспитывать молодое поколение российских ученых. Возможно, именно они разработают таких роботов, которые органично дополнят мир людей и будут выполнять больше рутинных и опасных задач на предприятиях.
Фотоэкскурсии по другим лабораториям Университета ИТМО:
Комментарии (5)
senglory
24.02.2019 01:25+2Интересно, а есть какие-то подвижки в использовании не сервоприводов, а волоконных приводов?
Stepan555
Ну как-то видео с мячиком лучше было бы не выкладывать. Пионеры на ардуине лучше стабилизируют.