Лаборатория реактивного движения НАСА адаптировала схему марсианского вездехода для того, чтобы вы смогли создать нечто подобное у себя в гараже
У меня особенно отношение к марсоходам от Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL). Мне очень нравилось изучать фотографии "Соджорнера", тыкающегося носом в камни, и мне всё ещё интересно, сумел ли он объехать посадочный модуль Mars Pathfinder после того, как связь с ним была потеряна. Моё сердце разбилось после того, как замолчал "Спирит", а "Оппортьюнити" продолжает вдохновлять меня, так долго проработав после запланированного окончания миссии, даже когда пыльная буря угрожает заморить его голодом. В особенности хорошо я помню, насколько безумной казалась идея сбросить «Кьюриосити» на поверхность с роботизированного небесного крана, и как я был поражён, наблюдая за беспроблемным ходом операции из комнаты для прессы в лаборатории.
Не я один считаю, что вездеходы от JPL невероятно хороши, и многие другие любители вездеходов донимали лабораторию просьбами создать небольшой и милый вездеходик, который можно было бы построить в домашних условиях. JPL работала над этим довольно давно, и только что объявила о создании конечного продукта в рамках проекта "вездеход с открытым кодом" и его лозунга «космические роботы для всех!»
Вездеход с открытым кодом (ВОК) от JPL
Вездеход с открытым кодом в JPL разрабатывала очень небольшая команда – два студента-интерна и глава проекта. Они получали помощь опытных инженеров-робототехников лаборатории. Целью было сделать что-то доступное и недорогое, поскольку предыдущий образовательный проект лаборатории, получивший название ROV-E, был не только безумно популярным, но и крайне дорогим – он стоил более $30 000. Целью проекта ВОК был уменьшить стоимость хотя бы на порядок, сохранить полезность устройства, сделать его привлекательным и несложным в создании – всё это всего за 10 недель.
Им это удалось – они разработали схему, по которой можно собрать робота из доступных и готовых, продающихся в магазинах запчастей, всего за $2500. Приводная система ВОК создана по образу «Кьюриосити», когда шесть независимых колёс с возможностью поворота закреплены на качающейся подвеске, способной преодолевать препятствия. Лазерный бур впереди заменили на программируемый экран – жаль, но таковы требования безопасности. И хотя у робота нет встроенной автономности, лаборатория агитирует энтузиастов к совместному творчеству по созданию дополнительных функций робота, как с точки зрения оборудования, так и с точки зрения ПО.
JPL оценивает, что на постройку робота должно уходить порядка 200 человеко-часов, и, хотя электроинструменты всегда пригодятся, по минимуму вам нужны будут только дрель, дремель, паяльник, несколько других простых инструментов, базовое знакомство с Linux и Python, и, возможно, друг, разбирающийся в безопасности – если вы никогда не занимались чем-то подобным ранее. Документация, выложенная на GitHub, кажется довольно всеобъемлющей, и даже организован форум, на котором парни из JPL отвечают на вопросы. Нам удалось взять интервью у одного из них – это был Мик Кокс, руководитель команды «интернет вещей» в JPL, руководивший и созданием ВОК.
IEEE Spectrum: Что привело вас к разработке ВОК? Откуда взялся проект, чем занимаются в JPL люди, в нём участвовавшие?
Мик Кокс: ВОК частично основан на образовательном проекте JPL, известном, как ROV-E (образовательное средство передвижения с удалённым управлением), разошедшийся по музеям, школам и разным событиям с целью поднять интерес людей к робототехнике и изучению космоса. Люди постоянно спрашивали нас, можем ли мы раздать схемы для самостоятельной сборки робота, но ROV-E был сложноват и дороговат. Мы захотели выпустить новый вездеход, который команда старшеклассников сможет собрать не более, чем за $2500. Этот проект и есть вездеход с открытым кодом.
Мы надеемся, что, опубликовал планы вездехода, сможем вдохновить новое поколение инженеров, робототехников и учёных постройкой собственного марсианского вездехода! Я руководил этим проектом, а вообще я работаю в JPL в качестве специалиста по обработке данных и руковожу проектом интернета вещей. 10 недель мы с двумя студентами разрабатывали, строили и документировали вездеход. Одного из них (Эрик Джанкинс) взяли в штат лаборатории, и сейчас он помогает в нашей группе прототипов робототехники. Другая (Оливия Лофаро) пока ещё учится, и сейчас работает интерном в Google X.
Опишите, как шла разработка схемы вездехода. Каковы были приоритеты, насколько отличается итоговый вариант от концепции?
Жёстких требований было очень мало:
- Качающаяся подвеска, похожая на те, что используются на марсианских вездеходах.
- 6-колёсный привод и угловое руление [corner steering], похожее на то, что используется на марсианских вездеходах.
- Полностью собирается из готовых деталей, продающихся в магазинах, или таких, что можно распечатать на 3D-принтере.
- Стоимость менее $2500.
- Привлекательный внешний вид.
Самый первый вариант схемы был основан на пластиковых трубах и распечатанных на 3D-принтере сочленениях. Мы его вычеркнули после того, как инженеры высказали сомнения о надёжности робота, созданного из таких материалов. Вторая схема перешла к алюминиевым профилям с отверстиями для монтажа, но геометрии ног не хватало для карабкания на препятствия. Третья, окончательная схема, опустила тело и оптимизировала геометрию ног, что позволяет вездеходу покорять более агрессивные препятствия. Все три итерации прошли примерно за 6 недель.
Относительно других проектов роботов, ориентированных на школьников, этот выглядит довольно устрашающе. Как представлять его студентам без какого бы то ни было опыта в робототехнике, чтобы убедить их, что они смогут с ним справиться?
Наш проект всегда предназначался для старшеклассников и выше, и мы помнили об этом, создавая очень подробную инструкцию. Там подробно описан каждый шаг сборки, и не только то, как собирать робота, но и то, почему было принято именно такое инженерное решение. Перечислено каждое из умений, необходимых для его сборки (пайка, базовые навыки сборки, поиск ошибок в электронике), и мы собрали ссылки на обучающие материалы в интернете, которые, по нашему мнению, будут полезными для приобретения этих навыков. Кроме того, мы протестировали нашу документацию, собрав робота совместно с несколькими командами школьников, не имевших ранее опыта в робототехнике. Все команды справились со сборкой. Этот вездеход должен научить множеству критически важных аспектов робототехники: машиностроение, автоматизированное проектирование, производство, электротехника, разработка программ. Комбинация может звучать страшновато, но многие из уже существовавших проектов в области робототехники не дадут такого опыта во всех этих областях сразу.
Как вы думаете, что люди будут делать с вездеходами после постройки? Какие интересные апгрейды можно для него придумать?
Мы надеемся, что люди будут расширять возможности робота и передавать их сообществу! Мы бы с интересом посмотрели за улучшениями, уменьшающими стоимость робота, но сохраняющими ту же подвеску и те же приводные возможности. Кроме того, мы надеемся на увеличение возможностей через установку камер, акселерометров, датчиков и научных приборов, роботизированных рук, солнечных панелей, новых способов управления, и всего остального, что ещё можно придумать!
Что вы порекомендуете школьникам, которые после сборки такого робота захотят работать, допустим, в JPL?
Самое лучшее, что можно сделать – продолжать заниматься этим, практиковаться, создавая хорошие вещи! Нам очень нравится смотреть, как по всему миру возникает всё больше команд, интересующихся робототехникой, и здорово, что порог входа в эту область так сильно уменьшился. У JPL есть много программ по учебной практике, особенно летом. Мы постоянно находимся в поисках нового поколения исследователей и строителей.
Автор: Вячеслав Голованов
