«Команда мечты» – проект Молодёжного медиахолдинга «Есть talk!». Наши герои – студенты опорного Тольяттинского государственного университета (ТГУ), которые делают первые шаги в науку. Кто-то из них совершит в будущем невероятное открытие, кто-то, возможно, получит Нобелевскую премию, а кто-то на основе студенческого проекта создаст инновационное предприятие, разработки которого будут востребованы во всём мире. Герои проекта очень разные: технари и гуманитарии, первокурсники бакалавриата и выпускники магистратуры самых разных направлений подготовки. Объединяет их всех одно: живой интерес к науке и инновационной деятельности.

Участники студенческого научного объединения «Робототехника» Тольяттинского госуниверситета создают робота-спасателя, который будет помогать людям в чрезвычайных ситуациях. В этом материале они рассказывают о том, чем их привлекает робототехника и какие знания и навыки необходимы при работе над роботами.

Интерес к роботам

«Робототехника» – это студенческое научное объединение (СНО), которое функционирует на базе кафедры «Промышленная электроника» Тольяттинского государственного университета. Руководит объединением доцент кафедры, кандидат технических наук Дмитрий Токарев.

– В 1988 году появились первые промышленные роботы. В комплект роботов не входили захватные устройства, поэтому студенты занялись их проектированием, – рассказывает Дмитрий Токарев. – Мне тоже это было интересно, были умные и интересующиеся студенты, и я руководил дипломными проектами. Поэтому мои дипломники организовались в студенческий проектный коллектив, в его состав входили 6-7 студентов. Естественно, состав проектной группы обновлялся: выпускники заканчивали вуз, студенты младших курсов приходили. Со временем роботы начали стареть: пришлось проектировать для них новые системы управления. Новый толчок развитию проектной деятельности дало появление на кафедре – впервые в городе – проектных робототехнических платформ Lego Mindstorms в 2006 году. Студенты стали моделировать не только различные робототехнические устройства, но и целые комплексы взаимодействующих между собой роботов.

К сегодняшнему дню набор робототехнических платформ для реализации проектных идей у СНО значительно расширился: Tetrix/Matrix, Arduino/Raspberry Pi, fischertechnik. Для создания робототехнических устройств студенты используют электроприводы, пневматические приводы, различные датчики, которые позволяют роботу оценивать себя в окружающей среде.

Студенты СНО «Робототехника» – участники многих городских и всероссийских конкурсов. В рамках таких мероприятий, как День открытых дверей ТГУ, Студенческая весна, фестивали «Мехатроник», «Роботека», NAUKA 0+, Stand Up Science, команда презентовала роботов, которых студенты создают в рамках выполнения курсовых и дипломных работ.

Первое знакомство

Всех участников СНО объединяет желание создавать «железные машины». Занятия робототехникой помогают приобретать новые знания и умения, так как для работы студентам необходимы физика, математика, информатика, логика.

Работа в команде

Все функциональные обязанности студенты СНО распределяют сами. Для участников важно заниматься конструированием, электроникой и программированием.

– Студенческий проектный коллектив встречается «на базе» в любое свободное от учёбы и культурно-массовых мероприятий время. Работа планируется, но иногда появляются и спонтанные решения (чаще всего нестандартные), которые позволяют по-новому взглянуть на творческий процесс и объект проектирования, – рассказывает Дмитрий Токарев.

Команде важнее точная разработка робота, нежели его сборка. Основная задача – разработать все детали так, чтобы они сошлись с первого раза – времени на ошибку нет. И когда первый робот собран и готов к презентации, команда уже точно знает, над чем будет работать дальше.

– Это на картинках и видеороликах всё понятно. Что-то отпилил, прикрутил, соединил с другими деталями, запрограммировал в какой-то программе код. На самом деле всё не так. Нужно всё делать очень точно и в жёсткой последовательности. Потому что только самый настойчивый робототехник добивается хороших результатов, – отмечает Александр Скоробогатов.

– Чтобы разобраться в том, как устроен робот, нужно найти неординарный подход к созданию алгоритма – блок-схемы. Они представляют собой графические изображения, которые составлены из последовательных действий. Эти же действия выполняет программа, оснащённая универсальным языком, который помогает запрограммировать робота делать то, что от него требуется, – поясняет Владислав Дудник.

– Мы используем различные визуальные редакторы, которые состоят из базовых элементов. Все элементы можно использовать для составления собственных алгоритмов в виде блок-схем, и понять, как с ними работать, совсем не сложно, – утверждает Анастасия Остроухова.

Новый мир близок

Студенты СНО «Робототехника» учатся находить нестандартные и оригинальные решения в любой ситуации.

– Сейчас мы готовимся к новым соревнованиям. Главной задачей фестиваля «Мехатроник» является выявление способностей роботов проходить через запутанные неоднородные препятствия, то есть через лабиринты. Поэтому с командой мы решили применить для нашего робота более сложные элементы и модули. Посмотрим, что из этого выйдет, — говорит Александр Скоробогатов.

– СНО «Робототехника» учит нас дисциплине и работе в команде, даёт возможность личностного роста. Хоть мы и занимаемся каждый своей задачей, но, когда объединяем наши труды, – получается отличный результат, – поделилась Анастасия Остроухова.

– Для нас важно, чтобы процесс разработки и работы с роботами не был бессмысленным. Преподаватели хотят, чтобы мы не просто научились делать что-то по инструкции, но и применяли логику для решения более сложных задач. Ведь мы создаём не просто «железные машины» – мы создаём будущее, – комментирует Владислав Дудник.

Сегодня уже сложно найти сферу деятельности, которая бы не подверглась роботизации. И связано это с огромным разнообразием выпускаемых роботов, которые применяются в различных технических решениях. Робототехника – это прикладная наука, в которой некогда скучать, именно она общается с роботом на «ты».

– Наука ‒ это не скучно, тем более практическая наука. Благодаря ей появляются различные исследования студентов, а затем и новые проектные решения. Так, на кафедре появляются новые лабораторные стенды, созданные командой СНО, – рассказывает Дмитрий Токарев.

Илья Паначёв о том, как идёт работа над созданием нового робота

Мистер Робот

Анастасия Остроухова и Илья Паначёв вместе с руководителем Дмитрием Токаревым спроектировали нового автономного робота-спасателя для участия в региональном открытом робототехническом фестивале «Мехатроник» в Самаре. Задача робота – пройти лабиринт и найти в нём автоматическую идентификацию объектов (RFID), вывести полученное с неё значение на дисплей, а также возвратиться в начальную позицию по кратчайшему пути.

– В начале своей работы робот двигается вперёд, пока не упрётся в преграду. После этого он начинает передвигаться в соответствии с правилом «правой руки». Двигаясь вдоль стены, робот следит, есть ли проход справа. Если проход есть, робот идёт по нему, чтобы не оторваться от стены справа. Если прохода нет и впереди стена – робот поворачивает налево. Если прохода снова нет, он ещё раз поворачивает налево, таким образом разворачиваясь на 180 градусов, и идёт в обратном направлении, – комментирует Анастасия Остроухова.

– В качестве платформы для установки компонентов был использован образовательный набор «Амперка». Для ориентации в пространстве используются два ультразвуковых датчика HC-SR04, один из которых направлен в сторону движения, а другой расположен на правой боковой грани. Такое размещение датчиков позволяет роботу определять дистанцию до стен лабиринта. Так обеспечивается цифровое зрение, – уточняет Илья Паначёв.

– Движение робота осуществляется при помощи колёс, которые присоединены к двигателям постоянного тока. Питание и контроль направления движения осуществляется за счёт платы расширения Motor Shield с предустановленными силовыми транзисторами, обеспечивающими необходимый ток для работы двигателей. При достижении контрольной метки происходит считывание кода посредством RFID-модуля. Данный код выводится на дисплей, расположенный на верхней части робота, – рассказывает Дмитрий Токарев.

Все модули робота команда подключала поочерёдно. Отладка программы проходила все этапы доработки. В первую очередь студенты подключили двигатели, затем установили и прописали коды программы ультразвуковых датчиков. После этого был настроен алгоритм движения робота, установлены оставшиеся периферийные устройства.

Работа такого робота направлена на спасение жизни и сохранение здоровья людей в чрезвычайных ситуациях. Команда надеется, что их новый робот-спасатель выйдет на более серьёзный уровень и сможет оказывать помощь пострадавшим при завалах, крушениях и в других ЧС.

Школа робототехники

Роботы студенческого научного объединения «Робототехника» выставляются в Центре развития молодёжи в сфере электроники и робототехники ТГУ. Именно там ученики тольяттинских школ могут узнать всю историю создания роботов, увидеть, как проектируются промышленные роботы и что они умеют делать. В Центр робототехники могут поступить ученики 5–11-х классов. Оставить заявку можно на сайте Центра, а также на странице во «ВКонтакте».

Никто точно не знает, что может быть популярно через 5–10 лет. Но команда СНО уверена, что профессия робототехника будет востребованной и высокооплачиваемой.