Интеллектуальные робототехнические системы

Интеллектуальные робототехнические системы (ИРС) — это современные технологии, объединяющие в себе множество наук: робототехнику, искусственный интеллект, компьютерное зрение, механику, электронику и многое другое. Они используются для автоматизации производства, эксплуатации техники, управления транспортом, медицинской диагностики, а также для выполнения многих других задач.

Сегодня ИРС представлены различными типами роботов: манипуляторами, мобильными роботами, дронами, автономными транспортными средствами и т. д. Каждый тип имеет особенности и предназначен для выполнения определенных задач.

Одной из главных особенностей интеллектуальных робототехнических систем является возможность их автономной работы. Это означает, что роботы в состоянии самостоятельно определять свое местоположение, принимать решения и выполнять задачи без участия человека — для этого используются различные датчики и алгоритмы обработки информации.

Однако, несмотря на высокую степень автоматизации, ИРС все еще нуждаются в управлении и программировании. Человек может задавать роботу целевые задачи, контролировать его работу, а также управлять его движениями и действиями.

Знакомство с профилем Интеллектуальные робототехнические системы с «Урока НТО», который разработан для проведения в общеобразовательных учреждениях. Материалы для проведения урока находятся на сайте https://nto-lesson.ru/ и доступны после регистрации на платформе «Талант». Урок создан в виде командной игры, в которой учитель исполняет роль инвестора, планирующего вложить средства в современную робототехническую систему. Команды, основываясь на полученной в ходе урока информации, должны представить описание своего проекта такой системы и объяснить, какими преимуществами она обладает.

Первый отборочный этап (индивидуальный) состоит из двух туров — предметного и инженерного. Предметный тур определяет уровень подготовки школьников по предметам: математика и информатика.

Задачи по математике проверяют знания по алгебре, комбинаторике, геометрии. Решая задачи по программированию, школьники демонстрируют простейшие навыки составления и отладки программ, обрабатывающих массивы данных, и понимание таких тем, как комбинаторика, операции со строками, вычислительная геометрия, теория графов. В целом, на первом этапе проверяются знания, необходимые как для второго, так и для заключительного этапа.

Задачи второго отборочного этапа разработаны таким образом, что их сложно решить индивидуально, поэтому участники объединяются в команды. Они требуют погружения в такие робототехнические темы, как:

• планирование маршрутов перемещения;
• расчет допустимых конфигураций манипуляторов;
• расчет конфигурации и положения манипуляторов;
• анализ пространства;
• компьютерное зрение;
• переход из одной системы координат в другую.

Для получения дополнительной информации, необходимой для решения задач второго этапа, командам предлагаются образовательные материалы, опубликованные на странице профиля.

Заключительный этап включает два тура: инженерный и индивидуальный предметный.

Инженерный тур посвящен написанию программы для планирования движения и управления автономным такси (мобильным роботом) в условиях городской среды, где каждая дорога обладает двумя полосами (по одной для направления движения). При этом робот должен двигаться по заданным точкам/меткам в правильном порядке и без нарушения ПДД.

Выполнение командной задачи делится на три основных блока:

1. Базовое управление роботом и навигация: необходимо написать программу управления роботом, слежения за ним по камере и одометрии (робот должен двигаться по координатам с камеры и по собственной одометрии).
2. Движение по дороге без правил: требуется разработать программу планирования маршрута и обработки изображения для выделения проезжей части.
3. Движение по дороге в соответствии с правилами дорожного движения: требуется усовершенствовать решения, сделанные на прошлых этапах, для учета ПДД, где движение должно осуществляться по правой стороне проезжей части, а выезд на разделительную полосу или за пределы проезжей части запрещен. ПДД участникам регламентируются дополнительно.

Для решения поставленной задачи командам предоставляются:

• робототехнические наборы РОББО;
• несколько тестовых полей \(2 \times 2\) м для непрерывного тестирования алгоритмов навигации, компьютерного зрения и управления;
• основное поле \(4 \times 3\) м для проведения соревнований, содержащее проезжую часть, дорожную разметку и зоны парковки.

Поле рассчитано на работу 3–5 роботов в один промежуток времени для выполнения тестов алгоритмов навигации, компьютерного зрения и управления, а также для проведения раундов с оцениванием. С этой целью выделяются слоты времени, на которые капитаны должны записываться каждое утро в течение всех дней Олимпиады.

Таким образом, при решении задачи заключительного этапа участники могут опираться на те знания и наработки, которые они приобрели во время второго этапа. Несмотря на то, что задача заключительного этапа заранее неизвестна, ее элементы рассматриваются на предварительных этапах, что значительно упрощает реализацию алгоритма управления робототехническим устройством.

Важной частью заключительного этапа является индивидуальный предметный тур, в ходе которого участники решают задачи по математике и информатике (программированию). Баллы, набранные на предметом туре, влияют на их личные результаты.

Победители и призеры профиля Интеллектуальные робототехнические системы поступают в ведущие вузы России на специальности, связанные с робототехникой и искусственным интеллектом, принимают участие в научно-технологических проектных школах. Участие школьников в данном профиле позволяет повысить популярность этой тематики и осознанность выбора профессии в области информационных технологий и робототехники. Собственный реальный опыт в этой области дает возможность уже в школьном возрасте понять свое отношение и выбрать целевой профильный вуз, а значит, наметить эффективную образовательную траекторию.