Робот-инспектор труб с поддержкой ROS и искусственного интеллекта

Annotation.
This article discusses the project of the “Robosharing” team - a robotic pipe inspector that supports the robot operating system (ROS) and transmits video data to artificial intelligence for processing and recognizing objects.The goal of the project is to create a minimum budget prototype capable of solving practical problems of pipe inspection, such as determining the type of pipe defect, teleoperation/real-time image transmission, pipeline mapping, etc.

Бұл мақалада "Robosharing" командасының жобасы қарастырылған- роботтардың операциялық жүйесін (ROS) қолдайтын және объектілерді өңдеу және тану үшін жасанды интеллектке бейне деректерді жіберетін құбыр инспекторы.Жобаның мақсаты-құбырларды тексерудің практикалық мәселелерін шешуге қабілетті минималды бюджеттік прототип құру, мысалы, құбыр ақауларының түрін анықтау, нақты уақыттағы телеоперация/кескінді беру, Құбыр картасын құру және т. б.

В данной статье рассмотрен проект команды “Robosharing” - робот-инспектор труб, поддерживающий операционную систему роботов (ROS) и передающий видеоданные на искусственный интеллект для обработки и распознавания объектов.Цель проекта - создать минимальный бюджетный прототип, способный решать практические задачи инспекции труб, такие как определение типа дефекта труб, телеоперация/передача изображения в реальном времени, построение карты трубопровода и др.

Робот-инспектор труб.
Робот представляет собой четырехколесную платформу, состоящей из нескольких секций. На нижней секции располагаются энкодеры, моторы и драйвер двигателей. Средний отдел предназначен для установки питания микроконтроллера и драйвера, а также фонарей. На верхней секции расположен микрокомпьютер, микронотроллер, модуль IMU(акселерометр+гироскоп), портативная камера и лазерный датчик LiDAR (рис. 1).

Рисунок - 1 прототип робота-инспектора

Принцип работы прототипа - оператор управляет движением робота нажатием на соответствующие кнопки клавиатуры, ориентируясь на изображение с камеры. В это время робот строит карту, а искусственный интеллект распознает дефекты труб. В идеальном случае, когда карта будет полностью построена, робот сможет двигаться по ней автономно, самостоятельно обходя препятствия(рис .2).

Рисунок - 2 3D модель робота на карте местности

Искусственный интеллект способен обрабатывать как картинки, так и видео. После обнаружения дефекты обозначаются соответствующим типом поломок и заносятся в базу (рис. 3).

Рисунок - 3 результат работы искусственного интеллекта

Перспективы и прогнозы.

Использование роботов для инспекции труб может оказаться эффективным решением проблем, связанных с авариями и поломками трубопроводов.

Разработкой таковых роботов занимается британская компания “Pipebots”, идеи которых служат ориентиром для нашей команды (Pipebots Academic Team, 2019, 5). В своих проектах они активно используют наиболее актуальные в современной робототехнике технологии и приемы, например SLAM - одновременные картографирование и локализация.

Мы, как будущие специалисты в области робототехники, заинтересованы в практическом применении подобных методов. Платформой, предоставляющей средства и методы для достижения этой цели, служит ROS.

ROS (Robot Operating System) - операционная система роботов, представляет собой набор пакетов - специальных программ, служащих для выполнения задач робототехники. ROS имеет открытый исходный код и является мощным инструментом, ввиду чего часто используется в образовании, научных исследованиях, любительской, обслуживающей и промышленной робототехнике (Wyatt Newman, 2017, xix).

Пакеты ROS, которые применяются в нашем проекте, отвечают за построение карты, локализацию, управление роботом и автономное движение (S. Chitta, 2017, 1). Весь программный код можно легко адаптировать под любую платформу, ввиду гибкости системы ROS.

Проект можно развивать во многих направлениях, начиная от оптимизации алгоритмов управления, заканчивая разработкой новых технологий, например портативных аккумуляторов большой емкости или улучшенных средств связи, позволяющих бесперебойно управлять роботами под землей.

Для эффективной работы роботу необходимы будут дорогие, точные датчики и исполнительные устройства, а также оборудование, обладающее достаточной вычислительной мощностью для выполнения алгоритмов. Помимо этого, роботу необходима будет проработанная система питания, позволяющая держать его на ходу достаточное количество времени. И напоследок, робот должен принимать и посылать информацию по надежным каналам связи без задержек и сбоев.

При наличии вышеперечисленного робот способствует развитию инфраструктуры Казахстана. Широкое внедрение умных машин позволит предотвратить аварии и крупные потери, путем своевременного обнаружения их предпосылок. Вполне возможно, что будет построена карта всего трубопровода страны и его состояние будет отслеживаться в реальном времени. Это позволит сэкономить большие суммы, которые ежегодно тратятся на ремонтные работы. В идеальном варианте развития событий их будут производить не люди, а роботы.

Заключение

Инспекция труб - перспективная область применения робототехники, способная решить насущные проблемы инфраструктуры страны. Рассмотренный прототип выполняет базовые задачи инспекции труб и может послужить основой для дальнейших разработок.

Список литературы

1) Pipebots academic Team -” Intelligent Buried Pipe Infrastructure: Present and Future”, 2019, Engineering and Physical Sciences Research Council.

2) S. Chitta, E. Marder-Eppstein, W. Meeussen, V. Pradeep, A. Rodríguez Tsouroukdissian, J. Bohren, D. Coleman, B. Magyar, G. Raiola, M. Lüdtke and E. Fernandez Perdomo - “ros_control: A generic and simple control framework for ROS “, 2017, JOSS

3) Wyatt Newman - “A Systematic Approach to Learning Robot Programming with ROS”, 2017, CRC Press