w7062c (w7062c) wrote in engineering_ru,
w7062c
w7062c
engineering_ru

Робосезон 2013: из-под воды в небо

Для интересующихся робототехникой - итоги робосезона 2013:
АвтономныеПодводныеРоботы.Сингапур.Март.2013 = 1 место; // The Singapore AUV Challenge – 2013
ТелеуправляемыеПодводныеРоботы.Сиэтл.Июнь.2013 = 7 место; // 12th Annual MATE International ROV Competition – 2013
АвтономныеПодводныеРоботы.Сан-Диего.Июль.2013 = 3 место; // AUVSI Foundation and ONR's 16th International RoboSub Competition – 2013
АвтономныеЛетающиеРоботы.Москва.Август.2013 = диплом финалиста :) // КРОК – летающие роботы – 2013
kdpf_robot
Небольшое количество организационно-технической информации находится под катом.

Сингапур
Singapore AUV Challenge впервые проводился в этом году (результаты).
Задания были несложные, но большинство участников не очень хорошо к ним подготовилось. Среди фаворитов была команда ДВФУ (потому что в 2012 году она заняла 5-ое место на Robosub, и об этом все знали) и одна из Сингапурских команд (они собирались принять участие в Robosub в этом, 2013, году и в июле получили приз на Robosub 2013 за лучший дебют).
Задание примерно можно описать так: нужно идти над чёрной полоской на дне бассейна и в определённый момент всплыть. То есть, такой line-following robot. Правила, правда, несколько мутновато описывают всё это дело. Там есть какие-то ворота, через которые надо пройти. Но если хорошо идти над полоской, то через них пройдёшь автоматически. Еще там есть стойка, на которой стоит шарик, и его надо пнуть. Опять же, если идти хорошо над полоской и на правильной высоте, то при очередном повороте шарик пнёшь автоматически. И всплыть нужно в правильном месте - когда закончится чёрная полоска. В общем, всё соревнование крутилось вокруг чёрной полоски на дне :-).
В этих соревнованиях есть ограничение на стоимость аппарата (не более 10000 сингапурских долларов) и на его вес (не более 20 кг). Аппарат для Сингапура команда изготовила из прошлогоднего робосабовского аппарата выкидыванием доплеровского лага. Получился, может быть, слегка уродливый, но рабочий аппарат.
Как всегда тест-дайвы аппарата проходили в ночное время (в этот раз свой бассейн любезно предоставил морской университет):



Реальная скорость робота не очень высокая:


Результаты оказались очень хорошими.
SingaporeAUV_1

На этих соревнованиях команда ДВФУ заняла 1 место. Сингапурцы заняли второе место (их робот растерялся, после того, как уронил шарик с подставки). Российский робот аккуратно выполнил все задания, благодаря хорошей программной проработке логики следования по линии и переключения в точках её излома. На видео это хорошо видно:
Несмотря на то, что соревнования были достаточно простые, они были полезные и интересные. Во-первых, были налажены контакты с Сингапурской командой. Люди там гостеприимные и открытые. Во-вторых, удалось отладить многие вещи в аппарате на разных уровнях системы управления. Например, сократили задержки в системе управления на нижнем уровне и стали точнее привязывать навигационную информацию к кадрам с камеры, что в итоге сказалось в лучшую сторону на качестве управления.

Сиэтл
В 2013 году чемпионат по телеуправляемым подводным аппаратам MATE ROV International Competition проходил в 12 раз. Команда ДВФУ считалась фаворитом, т.к. в 2012 году заняла на этих соревнованиях первое место. За техническими подробностями отсылаю к техническому докладу и постеру команды.
В этом году команда принимала участие в следующем составе:
Ангелина Боровская - дизайн, проектирование, сборка;
Антон Толстоногов - ведущий программист, второй пилот;
Ярослав Волков - ведущий электронщик;
Максим Капшитер - сборка и мехатроника;
Максим Фурсов - конструктор механизмов;
Роман Бабаев - электроника;
Виталий Нечаев - электроника;
Виталий Стороженко - электроника;
Владислав Болотов - разработка ПО, мультимедийная часть, первый пилот.
Сергей Мун - наставник и тренер.

Alien3fd
Когда команда ДВФУ прилетела к месту соревнований, и собрала аппарат, то он полностью был в рабочем состоянии, только при перелете сломалась одна плавучесть. Но её в течение двух дней починили. Выглядела она как новая.
В первый день соревнований во время 20 минутной практики, аппарат отлично работал. Но прямо на презентации аппарат перестал работать. К счастью, жюри этого не заметило.
Alien3fd_team
По приезду в гостиницу, долго выясняли причину поломки, оказалось, что флешка на бортовом компьютере сломалась. Что-то случилось буквально с парой байтов, и ОС на ней не грузилась. Остаток ночи команда провела, подготавливая новую флешку, закончили примерно в 9 утра, а первая попытка в 11. Никто не выспался, потому что максимум удалось поспать по 2 часа, а кто-то вообще не спал всю ночь. Но, тем не менее, все системы проверили, всё работало перед началом первой попытки.
Однако, из-за переутомления или волнения при подключении к источнику питания во время развертывания, ребята перепутали клеммы и спалили в блоке коммутации преобразователь напряжения для роутера, связь была потеряна и команда так и не смогла начать выполнять миссию. В результате получили только 35 баллов (за прохождение контроля безопасности и разработку трансмиссометра).
Следующая попытка была назначена на следующий день, и опять все системы починили к этой попытке. Всё починили уже до 10 вечера. Несколько раз отрепетировали выполнение миссии, чтобы еще раз синхронизировать работу команды, так как задач очень много, а также надо было проверить аппарат на работоустойчивость. Закончили в 12 ночи и разошлись спать, чтобы утром быть бодрыми. Судя по тренировкам, команда готова была выполнить все задачи и набрать баллов 300, чтобы обойти лучший результат, который показали другие команды.
С утра все было готово, все работало. Попытка началась в 9:00. Ребята спокойно развернулись в 5-минутное время, но вдруг не запустилась STM-плата, они один раз перезагрузили аппарат, второй раз, третий раз, и только на 4-й раз плата заработала. До этого никогда такого не было. Потеряли 6 минут от времени выполнения миссии. Начали выполнять миссию, пропуская дешевые задачи, останавливаясь только на дорогих (высокобальных), но во время миссии еще раз пришлось перезапускать STM, и в итоге ребята смоги набрать лишь 130 баллов (7 место).
Команда МГТУ им. Баумана набрала 125 баллов (8 место).
Максимальный результат показали Sea-tech 4-h club, 260 баллов.
Иезуиты (Jesuit High School) и канадцы набрали примерно по 225 баллов.
И еще примерно 4-5 команд набрали около 200 баллов.
В итоге, на награждении главный дизайнер команды Ангелина получила индивидуальный приз (За креативность и изобретательность) за лучший дизайн конструкции и оформление постера.
Третье место заняла команда Sea-tech 4-h club, хотя все ожидали, что они победят, но видимо, у них были недостаточно хорошие тех. доклад и постер.
Второе место заняла канадская команда, а победили опять Иезуиты (Jesuit High School).
Вот так прошли соревнования. Аппарат был слишком сложный и недостаточно надежный, несмотря на то, что все системы в процессе тренировок и испытаний отладили (в течение тренировок и поездки сломалось всё, что могло сломаться, но всё было починено), всё равно было много тонких мест в электронике и программном обеспечении.

После тяжёлой работы на соревнованиях часть команды вместе с роботом 2013 года Alien 3fd и роботом 2008 года Junior-1 отправилась в круиз к Новосибирским островам по Северному ледовитому океану на научно-исследовательском судне "Профессор Хлюстин":
Alien3fd_junior_to_ArcticOcean

Сан-Диего
В 2013 году International RoboSub Competition проходил в 16 раз. В 2012 году команда ДВФУ была дебютантом на этих соревнованиях и получила приз за лучший дебют (The Best New Entry) и заняла итоговое 5 место.
Robosub гораздо сложнее, чем Сингапурские соревнования по автономным роботам. В Robusub гораздо больше всего. Ограничения на вес и размер аппарата есть, но их не так-то просто нарушить. Ограничения по стоимости аппарата нет, поэтому команды стараются использовать максимум из того, что могут (у многих команд, и команды ДВФУ в том числе, есть доплеровский лаг, а это нифига не дешёвая штука: от 0,5 до 2 млн. рублей). Нет ограничений и на количество участников от одной команды. Достаточно сказать, что победители (Cornel University) имеют команду из 43 человек, 14 из которых приехали в Сан Диего. Говорят, они как-то внедрили это соревнование в учебный процесс и люди получают academic credit за участие.
Интересующиеся техническими подробностями могут посмотреть описание миссий и технический доклад команды.

Robosub2013_2
Подготовка к Робосабу началась в марте, после возвращения из Сингапура. Медленно она выходила на финишную прямую. Сначала дебажили логику миссии на модели, а распознавалки - на прошлогодних изображениях. Всё это происходило, так сказать, в свободное от основной работы время. У студентов был учебный процесс, наставникам надо было работать над диссертациями.
Кстати, о составе команды:
Robosub2013_3
Александр Щербатюк - наш руководитель (член корр. РАН).
Денис Михайлов - "технический наставник", разработал многое из электроники на этом аппарате
Андрей Кушнерик - ещё в прошлом году разработал механику аппарата.
Влад Гой - работал над деталями аппарата (бросалками, стрелялками, плавучестью, изменениями в механике) и над макетами (в этом году нужны были нетривиально работающие меняющие цвет светодиодные буи).
Коля Сергеенко - работал вместе с Владом над механикой и электроникой, и фактически осуществлял сопровождение аппарата: перепаивал и переделывал что-то в случае необходимости, менял батареи и т.д. Этот человек был буквально "приписан к аппарату" и должен был всегда находиться рядом, когда аппарат в воде.
Ярослав Волков - присоединился к нам в конце июня т.к. участвовал в ROVах. Он набирался мудрости у Коляна.
Фёдор Дубровин - гидроакустика и навигация. Кроме того, Фёдор в этом году занимался почти всем орг. вопросами.
Игорь Туфанов - был капитаном команды и кем-то типа тим-лида по программированию. Изредка писал код (утилита для визуализации логов, задание с корзинами), но в основном координировал деятельность программистов, формализовал задачи, определял направление движения, так сказать.
Максим Спорышев - главный по модулю видео. В начале июля отпочковался и уехал в Яндекс на стажировку.
Андрей Гаценко - стал главным по модулю видео после того как Макс уехал. Также занимался пультом оператора, и оказывал помощь в настройке регуляторов.
Антон Толстоногов - занимался доработкой видео. Он написал функцию классификации чисел в корзинах.
Андрей Сахаров - нижний уровень системы управления. Писал некоторые задания и на верхнем уровне (стрельба торпедами).
Глеб Шестопалов - верхний уровень управления (шары, буи, ворота).
Марк Гуляев - верхний уровень управления (хождение по дорожкам).
В Сингапуре также принимали участие (на Робосабе уже нет):
Антон Зеленеев (администрирование, настройка бортового Linux),
Дмитрий Черкасов (механика, электрика).
В общем, к началу июля был готовый аппарат и Андрей Сахаров с Андреем Гаценко во всю дебажили нижний уровень управления в маленьком бассейнике в ИПМТ.

Robosub2013_8
5 июля робот был привезён в плавательный бассейн в кампусе на о. Русский. Забрали робота для проведения таможенных процедур оттуда 15-ого июля.
Robosub2013_7
Члены команды возвращались домой с острова по ночам (ночевали у бассейна только один раз), но это были дни, целиком посвящённые подготовке. А потом ещё был один день и одна ночь в бассейне МГУ им. адмирала Г.И. Невельского, потому что бассейн ДВФУ закрыли на чистку.

Robosub2013_9
Итого, имеется 12 дней интенсивной подготовки. Это где-то 150 часов тест-дайвов в бассейне (это не много; например, в прошлом году команда ETS провела в бассейне, по их словам, 500 часов). За это время робот был обучен: тыкаться в шары и буи, проходить ворота, фиксировать оранжевые дорожки на дне, бросать грузы в нужные корзины, попадать торпедами в маленькие шестиугольники и выходить на пингер. Правда, некоторые элементы время от времени сбоили и компьютер технического зрения иногда перезагружался.
Robosub2013_4
На соревнования поехали не все. Андрею Гаценко, Марку Гуляеву и Глебу Шестопалову не дали визу. Вернее в генконсульстве США во Владивостоке сказали, что будет дополнительная проверка, и она затянулась больше чем на месяц. Так что на соревнования поехали 7 человек - те, кто уже имел американские визы раньше. А трое парней остались дома.
Robosub2013_5
По приезду в Сан Диего не досчитались одной сумки с доплеровским лагом (самая дорогая часть аппарата) и с главным контейнером с электроникой. В Сан-Франциско она была. Значит, границу пересекла и осталась где-то в Сан-Франциско. Обращались в авиакомпанию, в аэропорт и т.д. В общем, где сумка - неизвестно. Обратились и к организаторам соревнований. Они оказались отзывчивы - специальный человек несколько раз в день контактировал с аэропортом по поводу пропавшей сумки.

Robosub2013_6
Соревнования Robosub традиционно проходят в огромном бассейне под открытым небом. Это специальный овальный бассейн для акустических испытаний - его можно найти на карте Сан Диего на базе ВМФ в Point Loma. Бассейн огромный и с двух его сторон симметрично расположены макеты. Первые три дня проходят в формате тренировочных заплывов. По прибытии в бассейн команда может записаться в очередь на любую из двух сторон бассейна. Когда приходит очередь команды, их аппарат погружают в воду, и они вольны делать всё что угодно, в том числе и ходить по телеуправлению. Если они проходят через ворота, самый первый макет, то они считаются прошедшими квалификацию. Обычно команды проходят квалификацию и после этого собирают данные о примерном расположении макетов, снимают много видео, чтобы потом прогнать на распознавалках и дебажат отдельные элементы миссии. Запуск длится 20 минут. Всё это время команде помогает военный дайвер. Он указывает местоположение аппарата, и может сделать с ним всё что угодно по просьбе команды: выключить, освободить от макета, оттащить в другое место бассейна, борясь с работающими движками, и направить на нужный объект. Дайверы также ищут и подбирают грузики и торпедки, сброшенные аппаратом. Когда пробный заплыв окончен, команда может опять встать в очередь пробных заплывов. Поскольку команд много, то больше всего практики получает тот, кто приезжает к бассейну в 5-6 часов утра. Они успевают сделать 3-4 заплыва за день. Приехав в 8, обычно успеваешь сделать 2 заплыва. После трёх дней в таком режиме далее следует два дня полуфиналов (у каждой команды две попытки) и в последний день - финал (в нём участвуют команды, показавшие хорошие результаты в полуфиналах).
Robosub2013_0
Всё это было не про команду ДВФУ в этом году. Ребята собрали раму аппарата, прикрутили движки и просто сидели под тентом возле бассейна, и ждали, когда найдётся пропавшая сумка с электроникой. Кушали бурито, играли в ЧГК, в общем скучали...
Сумка нашлась неожиданно на третий день. Её действительно потеряли какие-то службы аэропорта в Сан-Франциско. Сумку тут же доставили к бассейну, ребята на месте собрали аппарат, и успели провести один практиковочный заплыв в третий день. Потом был полуфинал, который в первый раз провалили из-за плохо настроенных распознавалок. Во втором полуфинале уже делали вразумительные вещи и вышли в финал.


В финале ребятам очень хотелось пострелять торпедами, но где-то возникли сбои в работе алгоритма распознавания, и аппарат в процессе выполнения миссии потерял доску, по которой надо было стрелять. В итоге всё равно получился неплохой запуск и как итог - третье место.

Москва
Для участия в конкурсе компании КРОК в ДВФУ самоорганизовалась следующая команда:
Борис Ноткин – главный идеолог и генератор идей, инерциальная навигационная система, алгоритмы стабилизации, регуляторы, планирование траектории, режиссер видеопрезентации и монтаж видеороликов;
Дмитрий Егоров – воплощение безумных идей главного идеолога в железе (электроника, программирование, перевод алгоритмов из MATLAB в С++), работа с километровыми проводами;
Андрей Вара – конструкция, изготовление 3D-модели и воплощение в железе, обработка видеосигналов, каркасные модели полигонов;
Максим Невмержицкий – математическая модель движения вертолёта, помощь в 3D-моделировании, изготовление конструкции, работа инструментами, каркасные модели полигонов, фото- и видеооператор;
Костя Борисов – видеооператор, постановщик, весельчак и вдохновитель;
Юля Гензе – алгоритмы стабилизации, каркасные модели полигонов.
dron-2
Решение об участии в соревнованиях было принято окончательно где-то к началу января, хотя с духом ребята собирались ещё с осени. Изначально был приобретён AR.Drone 1.0, но быстро стало понятно, что его возможностей для выполнения миссий не хватит. Было принято решение строить дрон с нуля.
Общая идея была следующей:
Решили делать "бутерброд" из двух четырёхядерных одноплатных компьютеров на Android (Один одноплатник полностью планировалось загрузить обработкой видеосигнала, распознаванием полигона и коррекцией положения по данным с камеры. Второй одноплатник должен был обрабатывать данные, непрерывно поступающие с инерциальной системы стабилизации, выполнять пилотную программу и обеспечивать предельно возможные ускорения на желаемой траектории), Multi Wii (планировалось использовать для сбора данных систем телеметрии и передачи информации в одноплатники) и четырёх регуляторов (должны были предоставлять обратную связь и управлять двигателями).
В марте месяце исходя из замысла была заказана в интернет-магазинах электроника, которая приехала только к концу первой недели августа (т.е. за 3 недели до финала).
dron-1
Но даже без необходимой электроники удалось выполнить все отборочные задания и пройти в 28 команд-финалистов.

В итоге финальное выступление 25 августа ребята описывают следующим образом:
"Команда собрались рано утром. Последние новости были неутешительными: чтобы запустить в коптере пилотную программу, необходимо было оба одноплатника – полушария нашего дрона. Но увы. Кабель, соединяющий их, был утерян при перелёте из Владивостока в Москву. Беспроводное соединение, уже как 7 часов над которым бился Дима, не создавалось. Оба компа работали на кривых китайских драйверах, и не могли стабильно проработать вместе и 2х минут. Объединение их через Wi-Fi-роутер не увенчалось успехом – они оба так же конфликтовали и с ним. Но пришли свежие головы. Начался усиленный траблшутинг за 4 часа до начала 2го дня соревнований. Решение нашлось достаточно быстро. Мы попробовали создать точку доступа в локальную сеть Wi-Fi для полушарий через смартфон. Так просто! И оно заработало… Спустя 7 часов безуспешной потери времени.
Через 20 минут Дима соединил всё железо с одноплатниками и синхронизировал их работу. Но к большому, пребольшому сожалению у нас не дописана, не испытана и не отлажена пилотная программа :("
dron-3
Ребята до последней минуты перед финальным выступлением пытались доделать алгоритмы, отладить работу программ, но чуда не случилось. В итоге, чтобы не доломать робота окончательно, было принято решение пожужжать пропеллерами и разойтись...


Как итоги конкурса летающих роботов:
получен диплом финалиста;
получен опыт выступления в соревнованиях по летающим роботам;
есть готовое железо и алгоритмические основы для участия в следующем конкурсе через год.

Послесловие
Напоследок хочется поговорить об общих сложностях, возникающих в робототехнических проектах.
1. Расстояния
Всем известно, что Владивосток (обозначен на карте литерой A) далеко, но это город нашенский (В.И. Ленин).
Самый ближайших пункт, в который вылетали ребята - это Сингапур (около 5500 км - обозначен на картинке литерой B). Расстояние, которое пришлось преодолеть до Сиэтла (обозначен на карте литерой C) - порядка 12400 км. Чуть меньше пришлось добираться до Сан-Диего (обозначен на карте литерой D) - около 11200 км. Ну и до Москвы (литер E) всего-то 6400 км на самолёте.
Помимо расстояния есть ещё очень неприятная вещь под названием jetlag (синдром смены часовых поясов):
Влидивосток - UTC +11;
Сингапур - UTC +8;
Сиэтл - UTC -7;
Сан-Диего - UTC -7;
Москва - UTC +4.
Если при перелёте в Сингапур разница в 3 часа практически не ощущается, то 7-8 часов разницы во времени и короткий период адаптации перед соревнованиями в США и в Москве оказывает серьёзное влияние на самочувствие, а в конечном итоге и на результаты выступлений.
RoboMap2013

2. Логистика
Сложности с логистикой, проистекают из-за больших расстояний: начиная от заказа запчастей и заканчивая организацией перелёта через океан с прохождением таможни. Для прохождения государственной границы аппараты приходится разбирать, нумеровать, описывать и отдавать для прохождения таможенного оформления примерно за 7 дней до вылета (в то время, когда другие команды могут эти дни потратить на доводку своего аппарата).
Опять же все любят Почту России, которая посылки с запчастями из Гонконга отправляет сначала в Москву, а уже потом во Владивосток.
Ну и наш любимый 94 ФЗ и его младший брат 223 ФЗ работу с закупкой оборудования и запчастей также не упрощают.
Во всех аэропортах мира грузчики одинаково ласково относятся ко всему багажу. Могут повредить хрупкие детали роботов, а могут потерять где-нибудь сумку с электроникой  на 1.5 млн. рублей...

3. Финансы
Стоимость создания робота складывается из следующих составляющих: материалы (двигатели, электроника, каркас), доставка (за морем телушка - полушка, да рубль перевоз), работы по проектированию, монтажу, программированию, тестированию и отладке.
Телеуправляемый подводный робот стоил порядка 10000 USD. Автономный подводный робот стоил порядка 100000 USD. Летающий дрон был самым дешёвым - около 2000 USD. Стоимость получается приличная и нужна помощь спонсоров. Спонсором как правило выступает ДВФУ, но ввиду сильной забюрократизированности бизнес-процессов процедура получения необходимых сумм денег для закупки материалов и оплаты проезда на соревнования превращается в "увлекательнейший квест" по поиску нужных людей, получению нужных бумажек и подписей.
Ну а небольшие по стоимости материалы покупаются за счет команды. Каждый день тратя по 100-500 рублей за несколько месяцев набегает полтысячи долларов с каждого члена команды.

4. Люди
Как и в любой другой отрасли человеческой деятельности: народу много, а нужных людей днём с огнём не сыщешь.
Спасает то, что ещё можно собрать команду из 7-12 человек, которая способна показывать хорошие результаты в таких условиях. Но с каждым годом делать это становится сложнее. Приходящие в университет вчерашние школьники с каждым годом слабее подготовлены, а студенты, которые участвовали в соревнованиях в прошлые годы, к 4 курсу находят высокооплачиваемую работу и времени на подготовку к соревнованиям у них не остаётся совсем.
Очень мало кто из школьников выбирает ЕГЭ по физике и информатике в качестве экзаменов по выбору, а ведь помимо русского и математики именно эти дисциплины требуются для поступления на кафедры робототехники и дальнейшей работы над любым роботом.
Tags: проектирование & проекты, роботы
Subscribe
promo engineering_ru март 25, 2015 22:21 70
Buy for 200 tokens
Раньше я думал, что впервые на железной дороге скорость двести километров в час была достигнута паровозами, потому что случилось это аж в 1903-ем году. Тогда ведь ничего ещё не было кроме паровозов. Я думал, что был какой-нибудь обтекаемый паровоз вроде "Малларда". И именно на нём была…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 12 comments