-
19 марта 2022
-
0 комментарии
Недавняя пандемия COVID-19 стимулировала возобновление интереса инженерного сообщества к системам виртуальной реальности и расширение применения цифровых и виртуальных систем в различных сферах жизни
Итальянские инженеры Итальянского технологического института (Istituto Italiano di Tecnologia- IIT) разработали андроидоподобного робота-аватара — iCub3.
Для проведения демонтарации робота-аватара разместили в помещении 17-й Международной архитектурной выставки в Венеции.
Оператором выступил сотрудник IIT Даниэле Пуччи, который находился в Генуе на расстоянии более чем 290 километров от аватара.
Связь робота и человек происходила напрямую при помощи оптоволнокнного кабеля. Благодаря этому задержка при передаче была всего 25 миллисекунд.
Данная платформа iCub развивалась в нескольких направлениях в течение последних 15 лет и на сегодняшний день(по заявлению авторов) является первой полной системой оператора и на человекоподобном роботе с ногами, позволяющем осуществлять иммерсивное и дистанционное вербальное, невербальное и физическое взаимодействие.
Тест аватара включал в себя:
- виртуальное управление;
- способность перемещаться в пространстве;
- возможность манипулирования предметами;
- воспринимать раздражители;
- взаимодействовать вербально и физически с людьми и окружающей средой.
Во время проведения эксперимента iCub3 ходит по итальянскому павильону в Венеции и воспроизводит команды, которые оператор дает ему из Генуи.
Система аватара состоит из трех компонентов, которые часто являются составляющими систем телексистенции:
- физический аватар — робот с определенной степенью свободы;
- оператор, который отвечает за переориентацию и действие на расстоянии;
- линии связи, которые обеспечивают связь между аватаром и оператором.
Рассмотрим более подробно два основных этих компонента: аватара и оператора.
Особенности аватара
iCub3 является человекоподобным прямоходящим роботом, имеющим черты подростка.
Его механическая часть состоит из алюминиевого сплава. Внешняя часть, закрывающая каркас и электронику сделана из пластика.
Он на 25 см выше и на 19 кг тяжелее предыдущих версий iCub, и его высота составляет 1,25 метра, а вес немногим больше 52 кг.
Длина каждой ноги робота составляет примерно 63 см, а длина рук — 56 см от плеча до кончиков пальцев. С руками вдоль тела робот имеет ширину 43 см.
iCub3 имеет 54 степени свободы включая те, что находятся в руках и в глазах – семь в каждой руке, девять в каждой руке, шесть в голове, три в туловище / талии и шесть в каждой ноге.
Они распределяются следующим образом:
- 4 сустава в голове, контролирующие веки и глаза,
- 3 сустава на шее,
- 7 суставов в каждой руке,
- 9 суставов в каждой руке,
- 3 сустава в туловище,
- 6 суставов в каждой ноге.
Вес распределяется следующим образом:
- около 45% веса приходится на ноги,
- 20% — на руки
- 35% — на туловище и голову.
На руках (манипуляторах) находятся искусственная кожа в качестве тактильных датчиков.
На предплечье и кистях также располагаются датчики, которые предоставляют информацию как о местоположении, так и об интенсивности контактного взаимодействия.
Руки аватара оснащены суставами с приводом от сухожилий, приводимыми в движение 9 двигателями, что позволяет управлять раздельно большим, указательным и средним пальцами, в то время как безымянный и мизинец движутся совместно.
Механические системы iCub3 приводятся в движение двигателями постоянного тока.
Суставы, управляющие глазами, веками, шеей, запястьями и кистями рук приводятся в действие двигателями постоянного тока, оснащенные коробкой передач с волновым редуктором с передаточным числом 1/100.
Двигатели туловища, рук и тог также используют волновую передачу, но являются боле мощными и трехфазными. Их номинальная мощность составляет 110 Вт, номинальный крутящий момент -0,18 Нм, а крутящий момент при непрерывном торможении -0,22 Нм.
Тазобедренные, коленные и голеностопные суставы приводятся в движение более крупными и мощными. Их номинальная мощность составляет 179 Вт, номинальном крутящий момент 0,43Нм, постоянный момент остановки 0,48 Нм.
Голова робота оснащена камерами вместо глаз. Микрофоны находятся, «как положено», в ушах, а динамик – за «ртом».
«Глаза» могут передавать изображение со скоростью 15 кадров в секунду и разрешением 1024х768. Они расположены внутри глазной лампы и могут управляться с заданной точностью, версией и углом наклона. Оба глаза снабжены веками, управляемыми совместно одним двигателем постоянного тока.
В качестве мозгов (центрального блока) iCub3 использует связку: процессор Intel 4-го поколения с ядром i7 и частотой 1.7GHz, 8 ГБ оперативной памяти, оперативная система Ubuntu.
Центральный блок представляет собой интерфейс между роботом и другими системами робота. Он поддерживает связь с другими платами, распределенными по корпусу робота через шину Ethernet.
Встроенное ПО позволяет разделить на высокоприоритетные и низкоприоритетные. Высокоприоритетные задачи предназначены для отслеживания траекторий для центра масс, высоты связующих звеньев.
Задачи с низким приоритетом предназначены для поддержания туловища в желаемой ориентации, контролируя при этом положение суставов.
Интерфейсы обратной связи сообщают оператору об измерениях датчиков робота.
В системе дистанционного управления iCub3 имеются следующие интерфейсы обратной связи:
- визуальный,
- слуховой,
- тактильный,
- прикосновение.
Передача данных ведется через стандартную сеть Wi-Fi 5 ГГц, но может производится и при помощи кабеля Ethernet.
Для приведения в движение всей этой системы у аватара имеется аккумулятор, встроенный в каркас. Он обеспечивает около часа автономной работы
Особенности оператора
Оператор использует ряд устройств:
- шлем виртуальной реальности HTC Vive PRO eye;
- устройство для отслеживания мимики VIVE;
- сенсорно-тактильный костюм iFeel;
- тактильную перчатку SenseGlove DK1;
- всенаправленную беговую дорожку Cyberith Virtualizer Elite 2.
Чтобы управление роботом было как можно более точным, оператор носит специальный костюм с обратной связью «iFeel».
Данный костюм выполняет две главные функции: «читать» положение частей тела оператора и его движения и обеспечивать оператора комплексом тактильных ощущений от движений аватара и его прикосновений к окружающим объектам.
Для движения робота оператор идет по специальной платформе, которая позволяет ему перемещать как нижнюю часть тела – ноги, ток и верхнюю – голову и руки.
Кроме этого, датчики, расположенные на операторе, позволяют отслеживать его мимику и «передавать» ее аватару.
Например, когда оператор кивает, робот тоже кивает, когда оператор закрывает глаза или двигает бровями, робот повторяет его действия, делая их похожими на мимику оператора с помощью светодиодов
Кроме того, робот также может общаться в устной форме с теми, с кем он встречается во время посещения.
Сам процесс тестирования можно увидеть на видео ниже.
Поделитесь в соцсетях