प्रतियोगिता के लिए एक उड़ान रोबोट और इसके साथ रेक का एक गुच्छा

मंच

पिछले साल, हमने एक मिलियन रूबल के पुरस्कार के साथ एक उड़ान रोबोट प्रतियोगिता की घोषणा की। कार्य सरल प्रतीत होता है - उतारने के लिए, बाधा के चारों ओर जाएं और लैंडिंग मार्कर पर बैठें। बाधा और मार्कर कार्य से कार्य की ओर बढ़ते हैं। रोबोट जमीन से आदेशों के बिना ही उड़ता है (अधिक सटीक रूप से, यह केवल दो को स्वीकार करता है: "प्रारंभ" और "आपातकालीन शटडाउन")।

प्रतियोगिता के प्रारंभ में, सूचना प्रौद्योगिकी विभाग के इंजीनियरों और प्रोग्रामरों की हमारी टीम ड्रोन के विकास में कभी शामिल नहीं हुई थी। लेकिन हमने अपना रोबोट खरीदने और सभी के साथ एक समान आधार पर प्रतियोगिता में भाग लेने का फैसला किया। अधिक सटीक रूप से, समान स्तर पर नहीं - हम शर्तों के अनुसार पुरस्कार नहीं ले सकते हैं या पुरस्कार प्राप्त नहीं कर सकते हैं, अर्थात हम वर्गीकरण से परे हैं।

2012 की गर्मियों में पहली बार हमने रोबोट को उठाया था, जब पैकेज बेल्जियम के ऑनलाइन स्टोर से आया था। वैसे, हम भाग्यशाली थे - रोबोट केवल 3 सप्ताह तक चला। कुछ टीमों ने इस तथ्य के कारण प्रतियोगिता से वापस ले लिया कि उनके प्लेटफार्मों पर समय पर पहुंचने का समय नहीं था।

यह तैयारी में पहली और आखिरी किस्मत थी। इस क्षण से कुछ महीने पहले एक रेक की कहानी शुरू हुई।

पहले तो सब कुछ साधारण लग रहा था

बहुभुज लेआउट

तो, पहला काम बस एक बिंदु पर दूर और मँडरा रहा है। यही है, आपको कोशिश करने की ज़रूरत है ताकि रोबोट गिर न जाए, उड़ न जाए और परिमार्जन न करे। दूसरा, वास्तव में, भूलभुलैया के माध्यम से एक यात्रा है, ताकि दीवार में दुर्घटना न हो। तीसरी मान्यता है। ये सभी कार्य, एक तरह से या किसी अन्य, अलग-अलग हल किए जा सकते हैं। और सहायक कार्यों का एक गुच्छा जैसे सेंसर से डेटा को फ़िल्टर करना (उदाहरण के लिए, असंगत प्रकाश की स्थिति और फर्श को कवर करने के विभिन्न बनावटों के कारण)।

उसी समय, उच्च-स्तरीय रोबोट एल्गोरिदम हमारे लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं, इसलिए इसे कई तैयार पुस्तकालयों और प्लेटफार्मों का उपयोग करने की अनुमति दी गई थी: उदाहरण के लिए, खरोंच से पैटर्न मान्यता और अंतरिक्ष में एक मल्टी-रोटर प्लेटफ़ॉर्म को स्थिर करने के लिए सिस्टम को लिखने के लिए नहीं।

इसलिए, जिस क्षण से हमने पैकेज खोला, चालाक आर एंड डी शुरू हुआ । टीम में एक व्यक्ति है जिसे क्वाड्रोकोपर्स के प्रबंधन में समृद्ध अनुभव है, लेकिन किसी ने भी उन्हें प्रबंधित करने के लिए सॉफ्टवेयर नहीं लिखा। इसलिए, हमने खरोंच से सब कुछ अच्छी तरह से समझना शुरू कर दिया। मुझे कई किताबें और लेख पढ़ने पड़े। उड़ान के भौतिकी को समझने के लिए, विश्वविद्यालय में 10 साल पहले जो पढ़ाया गया था, उसे याद करने के लिए।

मुझे यह कहना होगा कि हमने जो मंच खरीदा है वह मूल रूप से "बेवकूफ" है, उदाहरण के लिए, यह नहीं पता है कि क्षैतिज रूप से खुद को कैसे स्थिर किया जाए। हमने अधिकांश एल्गोरिदम स्वयं तैयार किए। अब हम पहले से ही जानते हैं कि कैसे लटकाएं, स्थानांतरित करें, बाधाओं के आसपास उड़ें। लेकिन हम धीरे-धीरे और सटीक रूप से उड़ते हैं, लगभग 30 सेंटीमीटर प्रति सेकंड। हम इस पर काम कर रहे हैं, क्योंकि कम से कम समय में कार्य पूरा करने वाला रोबोट प्रतियोगिता जीतता है, इसलिए हमें अन्य प्रतिभागियों के लिए एक उदाहरण होना चाहिए।

आश्चर्यजनक रूप से, सबसे आसान हिस्सा बाधाओं से बचने और रोबोट के उड़ान पथ की साजिश रचने का गणित था। कम से कम अब तक यह हमें लगता है।

सेंसर के बारे में

अंतरिक्ष में अभिविन्यास के लिए, हमने जीपीएस सिग्नल के उपयोग की अनुमति दी, लेकिन हम खुद इस तथ्य से आगे बढ़े कि ड्रोन का उपयोग सीमित स्थानों में या जीपीएस सिग्नल की अनुपस्थिति में किया जा सकता है। इसलिए, हमारे रोबोट में अन्य सेंसर हैं। सौभाग्य से, हम, रूस में सबसे बड़ी आईटी कंपनियों में से एक के प्रतिनिधि के रूप में, इसे खरीद सकते हैं।

एक और सीमा जो हमने खुद के लिए पेश की है, वह यह है कि सभी कंप्यूटिंग शक्ति रोबोट पर ही होनी चाहिए (प्रतियोगिता की शर्तों के अनुसार, आप एक स्वायत्त कंप्यूटिंग इकाई का उपयोग कर सकते हैं जो कि मंच पर ही मुहिम नहीं की जाती है)। हमने Intel NUS का उपयोग किया, इसका वजन केवल 200 ग्राम है।


इंटेल एनयूसी

हमारा लेजर रेंज फाइंडर (अधिक सटीक, लिडार) पासपोर्ट के अनुसार 30 मीटर की दूरी पर है। यही है, अगर रोबोट प्रशिक्षण मैदान की शुरुआत में है, तो यह दूर की दीवार को अच्छी तरह से "देख" सकता है। इससे आप ठीक से समझ सकते हैं कि हम अभी कहाँ हैं। सिद्धांत रूप में। व्यवहार में, लिडार केवल 10 मीटर हिट करता है, क्योंकि पासपोर्ट का डेटा लगभग दीवारों से बीम के सही प्रतिबिंब की स्थितियों में लिखा गया था। वास्तव में, हमारे कोटिंग्स के साथ अब "अंधे धब्बे" हैं। इसलिए, इस तथ्य के साथ प्रारंभिक योजना कि हम हमेशा बहुभुज के पूरे "बॉक्स" को देखते हैं, अब काम नहीं करता है, और हमें किसी तरह वर्तमान गति को मापने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, ऑप्टिक फ्लो के सिद्धांत के अनुसार, जो कि फर्श पर नीचे (जैसे माउस में) सेंसर का उपयोग करता है।

नीचे और ऊपर से रोबोट की उपस्थिति विकास के बीच में कहीं है:




और यहाँ बेल्जियम ऑनलाइन माइक्रोकॉप्टर स्टोर की वेबसाइट पर प्लेटफॉर्म है:


नए सेंसर जोड़ना बहुत काम है । सबसे पहले, आपको फर्मवेयर देखना होगा। फिर फ़ील्ड परीक्षण करना आवश्यक है, जो अक्सर संरचनात्मक विफलता में समाप्त होता है। इसे ठीक होने में कई दिन लग सकते हैं। उदाहरण के लिए, जब हमने एक रोबोट में नीचे की ओर दिखने वाले अल्ट्रासोनिक सोनार का परीक्षण किया, तो जगह में मंडराने के लिए जिम्मेदार एल्गोरिथ्म विफल हो गया, और हमें एक फ्लाइंग प्लैफ्थॉर्म के बजाय तुला लोहे का एक गुच्छा मिला। क्यों? क्योंकि सोनार "बहरे" हो सकते हैं या अस्वीकार्य देरी के साथ डेटा वापस कर सकते हैं। सोनार हैं जो कार्यालय में अच्छा काम करते हैं, लेकिन डामर या अन्य फुटपाथ और इतने पर खराब काम करते हैं।

हम छह से अधिक सोनार गए। पहली बार हमने कार्यालय में अवधारण निर्णय का परीक्षण किया। तब उन्होंने बाहर जाकर महसूस किया कि सड़क पर सोनार को पृथ्वी दिखाई नहीं दी। फिर हमने ऑप्टिक फ्लो सेंसर पर शिकंजा कसना शुरू किया, और इसमें एक सोनार भी है। इसलिए, हमें पुराने सोनार को फेंकना होगा।

या यहाँ एक लैंडिंग है। गेट (बाधा) के माध्यम से हमारे रोबोट के उड़ने के बाद, लैंडिंग मार्कर की खोज के लिए कैमरे से छवि का विश्लेषण किया जाना शुरू हो जाता है। जैसे ही मार्कर चित्र में होता है, ज्यामितीय समस्या को हल करना और लैंडिंग के लिए रोबोट निर्देशांक देना आवश्यक होता है। और फिर - अधिक परीक्षण: कहीं न कहीं सेंसर की त्रुटि हस्तक्षेप करती है, कहीं हम गणित को गलत तरीके से लेते हैं, कहीं हार्डवेयर विफल होते हैं, तो कहीं और।

परीक्षण

एल्गोरिदम का परीक्षण करने के लिए, हम गज़ेबो सिम्युलेटर का उपयोग करते हैं, जिसमें हमने अपने कोप्टर और सेंसर का एक काफी सटीक मॉडल बनाया, और बहुभुज मॉडल को भी फिर से बनाया। असली परीक्षणों के लिए, पहले हमने एक कमरे में लगभग 10 मीटर की दूरी पर उड़ान भरी। ऐसा करने के लिए, सब कुछ सही और सटीक रूप से करना आवश्यक था, क्योंकि: इतने कम स्थान में एक उड़ने वाला रोबोट बहुत कुछ कर सकता है। वहां उन्होंने 10 सेंटीमीटर की सटीकता के साथ एक पद धारण किया।

उसके बाद, हमने सीआरओसी मुख्यालय की पार्किंग स्थल की छत पर प्रतिस्पर्धी प्रशिक्षण मैदान की एक प्रति बनाई, और हमने रोबोट का मुकाबला "परिस्थितियों" में करना शुरू कर दिया।

यदि हम सीखते हैं कि कैसे जल्दी से भूलभुलैया के माध्यम से जाना है - हम कम क्षमता वाले बैटरी को बदलकर और तदनुसार, हल्का करके रोबोट की सुविधा प्रदान कर सकते हैं। यह डिजाइन की सुविधा प्रदान करेगा - अब इसका वजन हमारे साथ 2.3 किलोग्राम है, और यह आरामदायक प्रबंधन के लिए सीमा है।

लोहे के बारे में

हमारा मंच मिक्रोकोपर क्वाड्रो एक्सएल है। यहाँ प्रारंभिक हार्डवेयर आरेख है:



योजना को मूल रूप से नियोजित से बदल दिया गया था। उदाहरण के लिए, हमने माना कि एक बैटरी वास्तव में, उड़ान संरचना पर ही (मोटर्स पर), और एक बैटरी होगी - सेंसर और कैलकुलेटर को शक्ति देने के लिए। अब इसे एक बैटरी में संयोजित किया गया है। साथ ही, जैसा कि मैंने कहा, सोनार मॉडल बदल गया है। बल्कि, एक सोनार के बजाय, एक और बोर्ड था, Px4flow, जिसमें पहले से ही एक सोनार शामिल है। जबकि हम उसके बारे में आशावादी हैं। शायद, एक एक्सेलेरोमीटर सर्किट में जोड़ा जाएगा।

पहली योजना में, हमने एआरएम प्रोसेसर के आधार पर एक कंप्यूटर की योजना बनाई। लेकिन फिर हम फ्रेमवर्क आरओएस (रोबोट ऑपरेटिंग सिस्टम) पर आधारित एक सॉफ्टवेयर आर्किटेक्चर पर बस गए। इस फ्रेमवर्क में ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए सख्त आवश्यकताएं हैं, वे केवल लिनक्स-आधारित उबंटू प्रणाली के कुछ संस्करणों पर कुछ कार्यों की गारंटी देते हैं। और सभी एआरएम कंप्यूटरों पर नहीं, यह सिस्टम क्लाउडलेस रूप से इंस्टॉल किया गया है, आइए बताते हैं एनयूसी का वजन अधिक होता है और अधिक भोजन करता है, लेकिन इस पर सब कुछ ठीक हो जाता है। इसने हमें बहुत समय बचाया। कुछ टीमों ने भी इसे आजमाया।

यहाँ सॉफ्टवेयर वास्तुकला ही है:

भूमि

कई समस्याएं इस तथ्य के साथ थीं कि सर्दियों में रोबोट के परीक्षणों का मुख्य शिखर गिर गया था। लेकिन हमारे लिए एक खुले मंच पर स्नोड्रिफ्ट में उतरना सबसे वांछनीय स्थिति नहीं है। यहां तक ​​कि फिल्म की रैपिंग भी।

जब हमने परीक्षण स्थल का निर्माण किया, तो हमारी दीवारें एक फिल्म (एक टुकड़े टुकड़े जैसी) के साथ प्लाईवुड से बनी थीं, और इस पर सब कुछ सुचारू रूप से चला गया। लेकिन एक बार जब वे चित्रित हो गए, तो सभी, सेंसर की सटीकता सामग्री की प्रतिबिंबितता में गिरावट के कारण तेजी से गिर गई।

कुछ दिन पहले, बेल्जियम से एक दूसरा रोबोट हमारे पास आया। हमें प्रतियोगिता के लिए रिजर्व के रूप में इसकी आवश्यकता होगी, अगर पहले कुछ होता है।

वीडियो

हम परीक्षण उड़ानों के दौरान होने वाली हर चीज का एक वीडियो शूट करते हैं और उसे YouTube पर अपलोड करते हैं।

यहां आप देख सकते हैं कि कैसे हम तेज हवाओं में रोबोट का परीक्षण करते हैं:


यहाँ उस समय का एक पुराना वीडियो है जब हमने एक छोटे से कमरे में उड़ान भरी थी:


और यहाँ सिम्युलेटर से एक छोटा स्केच है - एक गति सीमा परीक्षण:


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अन्य टीमें

प्रसव की समस्याओं के कारण पहली टीमों ने शुरुआत में ही गिरना शुरू कर दिया था। अगला महत्वपूर्ण ड्रॉपआउट अप्रैल-मई में था, जब टीमें अपने मॉडलों को विभाजित करती हैं। और यह बहुत ही निराशाजनक है जब पहले से ही उपलब्धियां हैं, समस्याओं को कैसे हल करना है, इसकी समझ है, लिखित कोड की दो हजार लाइनें हैं। उन्होंने लिखा कि यह सब फेंकने के लिए कितना दयनीय था।

ऐसी टीमें हैं जो मानक AR.Drone पर उड़ान भरती हैं। AR.Drone पर सोनार और दो कैमरे हैं: फ्रंट-फेसिंग एचडी और एक लो-रिज़ॉल्यूशन कैमरा जो लंबवत दिखता है। यही है, सिद्धांत रूप में, सब कुछ आवश्यकतानुसार किया जा सकता है, लेकिन कार्य एल्गोरिदम के बजाय जटिल होगा। आप निश्चित रूप से, रोबोट को अपनी नाक से लैंडिंग मार्कर तक डाल सकते हैं और मार्कर को सीधे उसके नीचे खोजने की समस्या को हल कर सकते हैं। लेकिन यह दखल देने लायक है और सब कुछ विफल हो जाएगा।

ऐसे लोग हैं जो किसी भी तैयार मंच का उपयोग नहीं करते हैं। यह संभव है कि उन्होंने कुछ योजनाओं को खुद ही जहर दे दिया हो।

ऐसी टीमें हैं जहां वे प्रोग्रामिंग से दूर हैं, लेकिन उन्हें विमान मॉडलिंग में 20 साल का अनुभव है, वे सोवियत संघ के दिनों से ऐसा कर रहे हैं। वे एक डेवलपर को खुद ले जाते हैं, कोशिश करते हैं।

हम अन्य टीमों की मदद करने की कोशिश करते हैं: हमारे पास अभी भी हार्डवेयर की अच्छी पहुंच है।

अब, हमारे परीक्षण स्थल पर, परीक्षण उड़ानों को प्रतियोगिता के हिस्से के रूप में पहले ही पूरा कर लिया गया है, और यूएवी डेवलपर्स जिन्होंने लड़ाई में भाग नहीं लिया था, वे आ सकते हैं: सीमा की जांच करें, उड़ान भरें। अब यह मॉस्को और क्षेत्र के निवासियों के बीच अंतिम नियंत्रण बिंदु (अंतिम दिन - 21 जुलाई) के भीतर उड़ान भर रहा है। यदि आप भाग लेते हैं, तो बस robots@croc.ru पर लिखें, हम पास कर देंगे। मैं आपको रिकॉर्डिंग के साथ जल्दी करने की सलाह देता हूं, गुरुवार से रविवार तक के दिनों में पहले से ही हलचल है।