Сделано в Зеленограде: «СМП Роботикс» — робот-охранник на визуальной одометрии

Недавно по многим СМИ прошла информация, что зеленоградские роботы начнут патрулировать парк Сокольники — там запустят тестирование автоматических систем наблюдения, способных вести видеосъёмку и передавать изображение на пульт дежурного, самостоятельно ориентироваться на местности при помощи алгоритмов видеоаналитики, а также регировать на движения объектов и их поведение.

В студии Zelenograd.ru Алексей Полубояринов, директор зеленоградской компании «СМП Роботикс» — разработчика и производителя роботов-охранников.

— Поскольку у нас есть такой яркий информационный повод — начнём прямо с него. Расскажите о вашем проекте в парке Сокольники. Это первый московский парк, который вы осваиваете?

— На самом деле проект запуска охранного робота в Сокольниках начался достаточно спонтанно и во многом был подогрет средствами массовой информации. Кстати, именно с их подачи и появилась идея этого проекта: корреспондент газеты «Известия» брал у нас интервью, и разговор завершился так — «А не хотели бы вы поставить своего робота в парк Сокольники?», на что, конечно же, мы ответили утвердительно. В итоге через 15 минут корреспондент перезванивает и говорит: «А я договорилась с директором парка в Сокольниках, что...»

— Как в анекдоте про челночную дипломатию и женитьбу русского парня на дочке Рокфеллера.

— Да-да, это именно из этой серии. И на самом деле с Сокольниками мы сейчас ведем переговоры. Думаю, что как только выпадет снег, мы поставим туда пару роботов на опытную эксплуатацию. Есть определенные бюрократические препоны, но нам идут навстречу, так что да, вероятно, наши роботы будут там ездить. Но вообще глобально это не единственный проект и не единственное место, где наши роботы сейчас проходят опытную эксплуатацию.

— Значит, в Сокольниках ваши роботы появятся всё-таки не с сентября, а позже?

— Да, ближе к первому снегу. Обосновывается это тем, что нам было бы интересно протестировать свой проект охранного робота и наших платформ для автономной навигации. Сейчас он находится в стадии предсерийного выпуска — мы изготовили некоторое количество платформ, каждая из которых выполняет свои задачи, и теперь ищем места, куда их можно поставить, чтобы посмотреть, как они будут себя вести вживую. У нас есть и свой полигон, но на полигоне, сделанном собственными руками, как вы можете понимать, не всегда будет стопроцентно объективная информация. Поэтому помимо Сокольников наши роботы также ездят, например, на стройке в Сочи...

— Вы имеете в виду олимпиадную стройку?

— Да, там они выполняют охранные функции. Это достаточно большой объект, одна из строек. Есть еще один проект: наш робот охраняет тепловую электростанцию, и это как раз, в принципе, идеальная для нас площадка для наблюдения. Ведь наша задача какая, для чего мы сделали охранного робота? Чтобы он частично заменил физическую охрану. Например, существует типовой объект — завод или гидроэлектростанция, и там есть смена охранников, которая обычно варьируется от 10 до 30 человек, в зависимости от размера объекта. Наша задача применительно к охранному роботу — частично заменить этих охранников. Они обычно ходят по каким-то тропинкам и смотрят по сторонам, и мы говорим, что есть платформа, которая может самостоятельно, без участия операторов перемещаться по этим же тропинкам. На платформу установлена так называемая следящая камера-патруль, которая умеет видеть на 360 градусов. Когда в её поле зрения появляется человек или крупное животное, например, медведь, вставший на задние лапы — камера наводится на него, сохраняет его лицо и передает тревожный сигнал оператору. Фактически, мы таким образом заменяем людей-охранников, а оператор, который сидит в своей теплой будке и пьет чай, может принять решение, высылать ли на место группу захвата или нет.

фото smprobotics.ru

— Мечта любой службы безопасности.

— Этот же оператор сам может указать роботу точки, куда он должен передвигаться.

— А сколько стоит ваш робот?

— На текущий момент наша платформа стоит около 2 миллионов рублей, с камерами и всем прочим. Но эта цифра по предсерийному производству. В начале января 2014 мы начнем мелкосерийное производство, тогда стоимость одной единицы будет около 1,5 миллионов. Когда мы дойдем до выпуска 100 единиц, стоимость приблизится к 1 миллиону, что как раз является экономическим обоснованием для применения наших роботов. Расчет такой: охранник на типовой ТЭЦ или ГЭС стоит примерно 900 тысяч рублей в год — это его белая зарплата, НДФЛ, отпускные и какие-то микропремии. Соответственно, наша задача — чтобы за год эксплуатации робот окупал этого охранника и начинал приносить прибыль предприятию. Обслуживание робота достаточно тривиальное, оно не стоит каких-то значительных денег в масштабе проекта.

— Где будете производить — в Зеленограде, на своих мощностях или где-то еще?

— Производить роботов мы будем на базе дружественной компании в Твери. В Зеленограде находится наш «мозговой центр», здесь у нас сидят программисты, разработчики, схемотехники, наиболее дорогостоящие интеллектуальные сотрудники. Здесь же расположено наше опытное производство. А вообще «СМП» — это группа компаний, и помимо нашей «СМП Роботикс» в ней есть подразделение, которое занимается электронными компонентами, подразделение, занимающееся производством охранных систем, и есть дружественное предприятие, которое занимается пайкой микроэлектроники. Как раз на его базе мы планируем вести производство.

— Парк Сокольники сейчас как-то готовится к введению роботов? Ваш робот рассчитан как охранник на более-менее пустынные объекты вроде ТЭЦ, насколько я понимаю, а парк — это все-таки людное место... Это как-то меняет условия использования роботов?

— В парке наш робот будет охранять в первую очередь лесную зону. Там все-таки не так много людей, как на центральной площади. Робот будет ездить по лесным дорожкам и смотреть, чтобы никто не упал и не замерз, никто ни на кого не напал. Но он вполне может ездить и в толпе, это не принципиально — он никого не задавит, он абсолютно безопасен.

— Лишь бы его не задавили.

— Он достаточно тяжелый, весит более 120 килограммов.

— Значит, он будет ездить по лесным дорожкам и следить за теми, кто там изредка пробегает?

— Да, алгоритм его работы какой: мы задаем ему весь его ареал обитания, строим карту местности и по этой карте задаем реперные точки, где он должен вставать и начинать смотреть по сторонам. И в Сокольниках будет реализована такая же схема. У следящей камеры робота дальность обнаружения человека — около 80 метров при не самых хороших погодных условиях. Если установить на нее тепловизор, она будет достаточно неплохо себя показывать ночью — мы сможем до 50 метров распознавать человека.

Относительно Сокольников и подобных проектов возникает ключевой вопрос в канале связи. Робот сам по себе автономен и ему не нужно обеспечивать дополнительные каналы связи кроме того, что у него есть, но вопрос в том, как передавать видеопоток и тревожные сообщения оператору, когда что-то происходит. В Сокольниках, скорее всего, необходимо будет протянуть wi-fi либо обеспечить какие-то другие точки связи. Может быть, это будет даже банальный GPRS, потому что внутри робота стоит наш видеорегистратор «Трал», который производит охранное подразделение.

— GPRS достаточен для передачи видеоизображения?

— Нет, но там алгоритм такой, что робот сохраняет видео в хорошем качестве, а транслирует его в низком качестве. Как правило, этого низкого качества (с разрешением 320и240) достаточно для того чтобы оператору понять, что все хорошо или надо срочно подрываться и идти всех спасать.

— А насколько ваши роботы антивандальны? Я представляю себе, как машинка едет по парку — и мне кажется, у любого подростка первым делом возникнет желание его пнуть или кинуть в него чем-нибудь, проверить его, так сказать, на жесткость.

— Во-первых, корпус робота изготовлен из стеклопластика, и он, кстати, производится на предприятии НПО «Стеклопластик» недалеко от Зеленограда, в Андреевке. Этот материал используют для изготовления обтекателей для ракет, так что прочность его достаточно высока, и если на робота упадет какая-нибудь ветка, то с ним, в общем-то, ничего не произойдет. Это было изначально рассчитано при проектировании корпуса робота.

По поводу вандалов: к сожалению, а может быть, и к счастью, пока наше законодательство не позволяет ставить какие-то автоматические системы защиты, поэтому на робота можно прикрепить, допустим, шумовую электрическую гранату, или какой-нибудь перцовый баллончик, или электрошокер, или даже сетку. И если оператор увидит, что робота кто-то пытается поломать, он нажмет специальную красную кнопку — и сработает отпугивающее средство.

— А если его попытаются украсть?

— Он достаточно тяжелый. И опять же, на нем стоит следящая камера, она видит за 80 метров, что происходит вокруг. Понятно, что фото того человека, который пытается его украсть, будет сохранен и передан оператору.

— Я видела в одном из комментариев к новости о Сокольниках: «А как же безопасность личных данных, вдруг кто-то не захочет, чтобы его снимали в парке?» Не нарушает ли частная территория человека?

— Насколько мне известно, парк оснащен системами видеонаблюдения; вообще, хотим мы того или нет, но во время перемещения по городу нас снимают сотни камер. Робот в данном случае — это такая же передвижная камера, которая просто перемещается самостоятельно.

— Давайте обратимся к его техническим свойствам. Вы сказали, что собираетесь запустить его зимой — то есть сугробы ему нипочем?

— На самом деле в сугробе он, вероятно, застрянет. Мы говорим о проезде по тропинкам, высота снега на которых не должна превышать 10-12 сантиметров. Это то, что мы реально получили на прошлогодних испытаниях — такой снег робот легко проходит. Длина его проезда — около 40 километров при температуре −10 градусов. Соответственно, в режиме «5 минут едем, 10 минут стоим и смотрим по сторонам» он может автономно работать около 16 часов, что составляет типовую смену работы охранника. Относительно его проходимости: робот может ехать не только по асфальтовой дорожке, но и, допустим, по дорожке с корнями, по газону и так далее. Сейчас мы готовим вторую платформу, которая будет абсолютно вездеходной, она будет построена на шинах низкого давления, и ее основной задачей будет контролировать нефте- и газопроводы, где абсолютно нет хорошей дороги, только грунтовки, и те размытые. И как раз там робот будет проезжать.

— Я прочитала, что у вас в конструкции шасси еще реализована беспроводная зарядка аккумуляторной батареи.

— Мы работаем над этим — она реализована, но до того, чтобы это выпускать серийно, мы еще не дошли. Во-первых, у беспроводной зарядки достаточно высокая стоимость, а для некоторых клиентов она не нужна: если покупается парк из 5-10 роботов, то проще иметь одного охранника, который просто подойдёт и подключит их к сети, когда у них кончится батарейка и они самостоятельно вернутся на пункт для подзарядки. Беспроводная зарядка заточена под те объекты, где робот должен быть полностью автономен. Например, какая-нибудь газо-насосная станция или дизель-генераторы рядом с вышками связи. В тех случаях, когда человеку трудно туда добраться, мы предполагаем, использовать беспроводную зарядку и да, это будет экономически эффективно. А для тех мест, где все-таки люди рядом, беспроводная зарядка, может быть, и не очень нужна.

— Как работает ваша беспроводная зарядка?

— За счет индукции: подается напряжение и действуют два элемента — один установлен, грубо говоря, на полу или на платформе, где реализована зарядка, а второй непосредственно в роботе, возникает индукция, и таким образом мы заряжаем. Эта зарядка в сравнении с обычной проводной не столь эффективна и не очень быстро заряжает аккумуляторы. Аккумуляторы — тоже очень важная и тонкая тема. Сейчас мы используем железофосфатные; они обладают достаточно высокой емкостью сравнительно со свинцовыми, быстрее заряжаются и они легче, что самое главное, потому что о нашем роботе можно говорить не только в плане охранного применения, но и как о платформе, которая может нести какую-то полезную нагрузку. И скорее всего, это гораздо более обширный рынок для применения робота, нежели просто охрана — то есть, на него можно прикрутить какие-нибудь рекламные плакаты, вендинговую машину, какие-то геодезические датчики или датчики измерения уровня полотна, или даже камеру, которая будет мерить скорость автомобилей, и тогда мы избавимся от коррупции на дорогах.

фото smprobotics.ru

— Да, это было бы чудесно. Скажите, вы ориентируетесь на какие-то конкретные зарубежные аналоги таких роботов? Насколько это ваше ноу-хау?

— Мы идем своим путем. На текущий момент основная масса зарубежных аналогов — например, автомобиль от Google — ездят по набору парктроников и с помощью лидара. Лидар — это лазер, который с быстрой скоростью сканирует пространство перед собой, создает карту местности и, основываясь на этом, принимает решение, куда ему ехать. У такого решения есть два недостатка. Первый — лидар достаточно дорогой, стоимость самого некачественного модуля около 10 тысяч долларов, а того, который можно применять в реальных условиях и быть уверенным, что он не сломается, от 30 тысяч долларов. И второй недостаток — когда появляется плотный туман, снег или дождь, лидар фактически встает в бетонную стену, и движение прекращается. Другой путь такого рода систем — это высокоточный GPS. У него тоже есть недостатки, допустим, если такой автомобиль попал в туннель, или под тень здания, или он едет по лесу, датчик GPS может потерять точность, и робот уедет куда-то в сторону.

Основа нашего алгоритма — использование визуальной одометрии. Это специальный алгоритм, который, получая видеосигнал от видеокамер, ставит определенные реперные точки на объектах в поле своего зрения. Допустим, мы увидели дерево, дом, на каждом из этих объектов наставили 10, 20, 30, 50 точек, и мы корректируем свое местоположение, основываясь на данных от видеокамер. Понятно, что у робота, конечно, есть и инерциальная система: датчик оборота колес, акселерометр, компас. Но это механические датчики, они накапливают ошибку. Мы сделали математическую модель со всех этих датчиков, свели ее воедино и корректируем эту модель данными от камеры. Таким образом наш робот может ездить и в лесопарковой зоне, и в условиях снега или дождя.

В общем-то, именно по этому пути развития, скорее всего, пойдёт вся автономная навигация в течение, наверное, ближайших 5-10 лет. Гораздо проще собрать один вычислитель в кремнии и просто добавить туда грамотную видеоаналитику, а не покупать дорогостоящие механические элементы или GPS, который в случае какой-нибудь непредвиденной ситуации может неожиданно выключиться.

Плюс мы используем стереозрение — алгоритм, который позволяет объезжать препятствия. У робота есть две камеры, которые разнесены друг на друга как два человеческих глаза. Сравнивая картинки, накладывая одну на другую, мы можем померить глубину расстояния до каждого объекта, который находится перед роботом, или его высоту. Таким образом робот осуществляет выбор пути движения, осуществляется автономная навигация — с помощью всего комплекса видеокамер, платформы, которая обладает определенной проходимостью, и набора датчиков.

Мы, конечно же, можем использовать GPS для тех ситуаций, когда есть неизвестная местность и роботу надо ехать из точки А в точку В. На самом деле для такого рода задач, например, для газонасосных станций, мы готовим большую платформу на шинах низкого давления, и там будет реализована гиростабилизированная платформа, на которой будет закреплен модуль с видеокамерами — таким образом робот всегда будет видеть линию горизонта и сможет корректно выбирать пути проезда.

— Такие серьезные модификации вызывают вопрос — военные еще не заинтересовались вашими разработками? Или космическая отрасль? Скажем, на Луну или на Марс запустить такого робота...

— С космосом... Достаточно большое количество предприятий ведет деятельность по навигации в космос, и все мы эпизодически читаем про марсоход, который сейчас ездит по Марсу... Военное применение наших роботов возможно, но пока мы стоим сугубо на коммерческом рынке. Безусловно, нам было бы интересно найти какие-то области, где мы могли бы послужить безопасности нашей Родины. Например, наш робот может ставить какие-нибудь радиолокационные станции или станции наведения помех, потому что сейчас, насколько мне известно, это делается вручную: идёт отряд солдат, они разворачивают антенну в какой-то точке и стоят рядом с ней, курят и т.д. В общем-то, можно этот процесс автоматизировать — по доставке определенных элементов этой РЛС в точки, где ведутся учения или боевые действия.

— Вы выходцы из МИЭТа? В МИЭТе же активно развивается направление робототехники...

— Костяк компании — выпускники Московского института электронной техники, я сам — выпускник кафедры Систем автоматики, управления и контроля. Около трех лет назад мы сделали следящую камеру, которая видит на 360 градусов и отслеживает людей в своем поле зрения. И к нам пришел заказчик, который сказал: «Ребята, у меня есть объект, где мы добываем алмазы, там большая воронка и вешать камеры там нам достаточно проблематично. Не могли бы вы сделать для нас камеру, которую мы бы сами устанавливали, где необходимо?» Это и явилось отправной точкой для начала проекта. Сначала мы сделали просто мобильную следящую камеру на треноге, потом мы поняли, что это не очень удобно — таскать аккумуляторы и эту треногу устанавливать. Тогда мы нашли платформу, погрузили на нее эту камеру и сделали ее на радиоуправлении. Ну а после этого, собственно, и возникло решение — а почему бы нам не сделать автономную платформу? На тот момент эта задача казалась достаточно тривиальной: а что, прикрутим GPS, и пусть она тут сама ездит. Таким образом и родился «СМП Роботикс», мы начали искать конструкторов, которые смогли бы разработать раму, начали искать специалистов, которые разбираются в визуальной одометрии... На текущий момент мы подошли к тому, что проект вот-вот выйдет в серию и это будет, вероятно, коммерчески успешным предприятием.

— Начинали вы как группа студентов, выпускников, аспирантов?

— Да, мы до сих пор являемся группой уже бывших студентов, основной возраст в нашем коллективе — 25 лет, максимум 30 лет. Конечно, мы постоянно консультируемся со старшими товарищами, которых в Зеленограде достаточно много — Зеленоград все-таки инженерный город и до сих пор им остается, выпускает подходящих специалистов. Мы молодая инженерная компания, которая разрабатывает роботов, и надеемся, что мы и дальше будем этим заниматься.

— А кадры вы какие-то ищете, набираете? Есть на эту тему сотрудничество с МИЭТом?

— С МИЭТом — да, конечно. Мы берем новых студентов, смотрим, что они могут делать. Ищем программистов и людей, которые могут справится с возникающими перед нами задачами... На нашем сайте smprobotics.ru есть раздел «Вакансии», который мы постоянно обновляем. С МИЭТом мы, безусловно, тесно взаимодействуем, до сих пор основная масса коллектива — это как раз выпускники МИЭТа. Достаточно много задач мы пытаемся решить на аутсорсе — например, я натыкаюсь в интернете на человека, который писал диссертацию или диплом на тему визуальной одометрии, нахожу его через социальные сети и пишу: «А не хочешь ли ты поучаствовать в проекте с такой-то конкретной задачей?» Он делает кусок своей работы, мы ее прикручиваем к своему проекту и адаптируем. Это получается дешевле, чем держать людей в штате, и при этом они специалисты.

— Значит у вас разветвленная сеть удалённых работников?

— По ряду задач — да, действительно, это так. Визуальную одометрию или стереозрение мы сами разрабатываем, сами; а раму и софт, пользовательский интерфейс мы сейчас, скорее всего, отдадим на подряд, потому что там достаточно большой пласт работы — мы хотим сделать так, чтобы оператор мог контактировать с роботом не только за компьютером, но и на планшете... Две ключевые задачи, которые стоят перед нами до конца второго квартала 2014 года — сделать достаточно дружелюбный софт и научиться мелкосерийно выпускать этих роботов в Твери.