Робототехника XXI века: распределенные системы, телеприсутствие и космическая разведка

Робототехника XXI века: распределенные системы, телеприсутствие и космическая разведка

Современная робототехника по своей природе распределена. Сложный робот состоит из смеси автономных, полуавтономных и человеком управляемых модулей, которые должны работать в тесной синхронизации. В телеробототехнике цель — дать оператору висцеральное чувство присутствия в месте нахождения робота, передавая видео и тактильную обратную связь обратно к нему.

Для Европейского космического агентства (ЕКА) эта способность критична для миссий на других планетах или в глубоком космосе. Операторы могут сидеть на космической станции — или даже на Земле — и удаленно управлять оборудованием в тысячах километров.

Телеприсутствие достигается через сочетание тактильной силовой обратной связи и видео дополненной реальности. Чем богатее сенсорная информация, тем естественнее восприятие оператора, что ведет к более высокой точности и безопасному удаленному управлению.

Одной из самых серьезных препятствий является канал связи. Контур управления в реальном времени в роботах полагается на потоки данных с низкой задержкой и высокой надежностью, но связь между оператором и далеким роботом часто подвержена высокой задержке, потерям пакетов и даже кратковременным разрывам — особенно при глубококосмических или широкополосных интернет-соединениях. Этот канал должен рассматриваться как неотъемлемая часть системы управления, при которой оба конца постоянно знают его состояние для поддержания безопасности и стабильности.

Многодисциплинарная команда ЕКА — специалисты по мехатронике, компьютерному зрению, теории управления и программной инженерии — приняла ориентированный на данные подход. Моделируя состояние системы, видеокадры и управляющие сигналы как данные, мы естественным образом интегрировали состояние канала в общее состояние системы. Это привело нас к оценке Data Distribution Service (DDS), уже используемого NASA для космических коммуникаций. Наше исследование показало, что DDS может поддерживать телеоперацию в реальном времени даже в самых сложных каналах, открывая новые горизонты в космической робототехнике.

Во время события TEDx RheinMain RocketMinds в мае 2014 года я удаленно управлял манипулятором Kuka, находившимся на расстоянии более 500 км, используя наш прототип экзоскелета EXO-1. Задача — вставить металлический штифт в отверстие с допуском <0.5 мм — выполнялась через интернет-канал 2G WAN, имитирующий задержку и потерю пакетов, типичные для космических каналов. Несмотря на 15-секундные задержки и значительную потерю данных, DDS обеспечил бесшовную связь для тактильной обратной связи, контуров управления и живого видео, демонстрируя, что точная телеробототехника достижима даже в экстремальных условиях.

В 2014 году астронавт NASA Барри Уилмор провел первый в истории эксперимент с тактильной обратной связью в космосе — Haptics-1 — на Международной космической станции. Этот веха подтвердила возможность тактической телеоперации за пределами атмосферы Земли.

First time #haptic feedback is used in space, ever! Today @Space_Station#haptics-1 is being successfully conducted! pic.twitter.com/30zD5GzGqs

— ESATelerobotics (@ESATelerobotics) December 30, 2014

Если у вас есть история об использовании Connext DDS, которую вы хотите поделиться, напишите нам на blogadmin@rti.com.