Rozhovor s Ing. Ladislavom Tóthom z Technickej fakulty
V súčasnom svete, keď je už prakticky každodennou nevyhnutnou súčasťou človeka nejaké elektronické zariadenie, sa do popredia dostáva robotika. Jej nárast možno porovnávať s nástupom počítačovej éry. Vývojári v špecializovaných organizáciách, univerzitách, ale aj amatérski nadšenci robotiky, sa doslova predbiehajú vo vynálezoch. Zaujímavým dielom v tejto sfére - mobilným autonómnym robotom, sa môže pochváliť aj Ing. Ladislav Tóth, doktorand na Katedre elektrotechniky, automatizácie a informatiky Technickej fakulty SPU. V rozhovore nám priblížil vývoj a činnosť robota, ako aj svoje plány do budúcnosti.
Ako dlho sa venujete vývoju robotov a čo vás k tomu viedlo?
Vždy ma fascinovali elektronické zariadenia, ktoré boli schopné vykonávať činnosti s veľkou presnosťou pri vysokej rýchlosti bez náznaku únavy. Od detstva som mal doma možnosť pracovať na počítači, vyhotovovať a skúmať rôzne elektronické zapojenia. Ale až neskôr, s nadobudnutými poznatkami z automatizácie a informatiky, som sa začal venovať robotike. Po nástupe na druhý stupeň štúdia na Technickú fakultu SPU v Nitre som si vybral tému diplomovej práce Návrh riadiaceho algoritmu na vyhýbanie sa prekážkam v prostredí LabView, ktorá sa bezprostredne týkala robotiky. Vývojom autonómnych (samostatných) mobilných robotov sa zaoberám asi šesť rokov.
Takže nový robot nie je vaše prvé dielo.
Je už druhý v poradí.
Priblížite nám hneď na začiatku rozdiel medzi ním a jeho predchodcom?
Podstatný rozdiel medzi nimi spočíva v spôsobe snímania a získavania informácií z okolitého prostredia. Predchádzajúci model robota bol vytvorený hlavne s cieľom overiť použiteľnosť fuzzy riadiacej logiky pre vyhýbanie sa prekážkam, Použil som pri ňom len ultrazvukové senzory. Ultrazvukové senzory však neposkytujú dostatok informácií o dianí pred robotom. Práve z toho dôvodu aktuálne vyvíjaný mobilný robot je vylepšený dvomi kamerami (farebnou a hĺbkovou) pre získanie obrazovej informácie o prostredí a vzdialeností jednotlivých bodov v priestore. Robot získanú obrazovú informáciu spracováva pre navigáciu, obchádzanie prekážok a pre rozoznanie kostry človeka.
Na akú činnosť bude teda slúžiť? A aké sú možnosti jeho praktického využitia?
Skúmam, resp. hľadám optimálnu postupnosť krokov (algoritmy) pre rýchle zistenie jeho aktuálnej polohy a zrýchlenie pochopenia dejov prebiehajúcich pred ním na predchádzanie kolíznych stavov. Potrebujeme však zariadenie (systém), ktoré bude schopné pomocou kamier vopred určeným spôsobom riadiť poľnohospodárske mechanizmy. Robot slúži prednostne na odskúšanie nami vyhotovených a vyvíjaných programov (algoritmov) v reálnych podmienkach. Je schopný vykonávať základné úlohy a po spojení s poľnohospodárskymi strojmi bude vedieť vykonávať rôzne úlohy, napr. pohyb v riadku (postrekovanie, presné hnojenie, identifikácia zvädnutých rastlín), pohyb po mriežke (efektívne kosenie, hnojenie, upratovanie).
Koľko času ste venovali vývoju tohto robota?
Robot vyvíjam a algoritmy skúmam už štvrtý rok v rámci svojej dizertačnej práce. Spracovávanie obrazu pomocou počítača - počítačové videnie, je z matematického a programátorského hľadiska veľmi náročné. Potvrdzujú to celosvetovo aj vývojári, ktorí sa venujú vývoju „áut bez šoféra“. A hoci je táto práca náročná a venoval by som jej všetok voľný čas, moja rodina je na prvom mieste. Zvyčajne v prospech robota obetujem dve - tri hodiny spánku.
Môžete nám priblížiť na akom princípe pracuje?
Základom je vyhľadanie a zapamätanie si význačných bodov v priestore. Môže to byť napríklad tvar, farba, hrany predmetov. Po dokončení bude vedieť identifikovať významné body v priestore a podľa nich zistiť aktuálnu polohu, natočenie, smer a rýchlosť pohybu. Kamerové senzory spolu s programom robota dokážu rozpoznať človeka a jeho základnú kostru. Túto informáciu môžeme využiť pre ovládanie robota, alebo pre nastavenie aktívnej úlohy pomocou gest. Keďže robot dokáže rozpoznať kostru, v praxi to znamená, že by mohol nasledovať osobu a po zväčšení nosnosti by mohol pomáhať ľudom nosiť ťažké veci - náklad.
A ako ho môžeme riadiť?
Keďže je v štádiu vývoja, dokáže už vykonávať základné úlohy, ako napríklad presný prechod zadanej vzdialenosti, otočenie o zadaný uhol, rozoznávanie gest človeka a reakciu na ne. Možno ho riadiť na diaľku pomocou počítača, ale zatiaľ nie je úplne samostatný.
Dôležitý je aj objem a jeho váha, aby nebol príliš ťažký a objemný. Aké komponenty ste použili?
Prvou podmienkou pri výbere podvozku bola šírka (rozteč kolies) 30 cm, kvôli dostatočnému voľnému priestoru v štandardnom riadku kukurice. Pri návrhu sme vybrali komponenty s najnižšou váhou a nechali sme rezervu pre budúce senzory. Výsledok stanovil druhú podmienku - nosnosť päť kilogramov. Robot má ideálnu hmotnosť, nie je ťažký, aj keď jeho hmotnosť prevyšuje sedem kilogramov. Vo vonkajšom klzkom prostredí je táto váha užitočná.
Ako dlho dokáže pracovať?
Dĺžka jeho aktívnej činnosti závisí od kapacity akumulátorov. Na jedno nabitie pri plnom zaťažení dokáže pracovať dve a pol hodiny. Keď ho prepojíme s reálnym poľnohospodárskym strojom, energiu pre prácu môže získavať z generátora. Tým by bola zabezpečená jeho nepretržitá prevádzka.
Je jeho zostrojenie finančne náročné?
Keď nepočítam čas strávený pri realizácii, v tom prípade celkové investície v porovnaní s ostanými komerčne predávanými robotmi sú veľmi nízke. Tento prototyp možno zostrojiť z dvoch priemerných mesačných miezd.
Plánujete ho ešte nejako zdokonaľovať?
V budúcnosti uvažujem nad doplnením robota dvomi ultrazvukovými senzormi pre zvýšenie spoľahlivosti pri detegovaní a obchádzaní prekážok s lesklým zrkadlovitým povrchom.
Na Katedre elektrotechniky, automatizácie a informatiky sa snažíte pracovať v tíme. Pomohli vám kolegovia nejakou dobrou radou?
Samozrejme, všetci sa zapojili do návrhu, realizácie a oživovania robota, či už dobrými radami, ale aj hotovými riešeniami. Môj školiteľ prof. Ing. Dušan Hrubý, PhD., ma nasmeroval a získal finančné zdroje na prototyp robota, Ing. Vladimír Cviklovič, PhD., navrhol a oživil napájacie moduly, Ing. Martin Olejár, PhD., pomohol pri automatizácii a regulácii pohonných jednotiek a logike robota. Ich prácu a podnety si veľmi vážim.
Určite máte ďalšie plány a ambície vo vývoji robotov. Prezradíte ich?
V súčasnosti je mojou prioritou dokončiť program robota pre obchádzanie prekážok. V ďalších rokoch plánujem vyhotoviť reálnu samostatnú kosačku s použitím riadených výstupov tohto robota. Asi najodvážnejším cieľom je vytvoriť program pre mobilné zariadenie, pomocou ktorého bude možné na displeji ohraničiť plochu, ktorú má samostatná kosačka pokosiť.
Renáta Chosraviová
Ing. Ladislav Tóth, doktorand na Katedre elektrotechniky, automatizácie a informatiky Technickej fakulty SPU, je tvorcom mobilného autonómneho robota.
Foto: Jánm Csillag
