Гуманоїдний робот — на що насправді здатний сучасний гуманоїд?

*Дані стосуються стандартної моделі R1; R1 AIR важить приблизно 27 кг. Параметри можуть відрізнятися залежно від конфігурації.

Unitree R1 — хороший старт у світ гуманоїдів

Unitree R1 — найменший із описаних нами гуманоїдів. Його висота становить 123 см, а стандартна версія важить приблизно 29 кг. R1 має 26 ступенів свободи, тоді як R1 EDU може мати від 26 до 40 ступенів свободи залежно від конфігурації. Виробник заявляє, що час роботи від акумулятора становить приблизно одну годину.

Що ж насправді означають ступені свободи?

Простіше кажучи — вони вказують, скільки незалежних осей руху має робот. Твоє плече не виконує жодного руху. Рухаються плече, лікоть, зап’ястя, а потім пальці. Роботу потрібні відповідні приводи та шарніри, щоб виконати подібну послідовність дій. Тому більша кількість ступенів свободи дозволяє виконувати більш складні рухи, але водночас ускладнює керування.

R1 для нас — це насамперед цікава платформа для освіти, досліджень у галузі систем керування та штучного інтелекту, а також для демонстрації. Якщо ви тільки починаєте роботу над проектом з гуманоїдом, його невеликі розміри можуть стати значною перевагою.

Unitree G1 — коли ви хочете по-справжньому розвивати робототехніку

Unitree G1 має висоту близько 132 см і важить близько 35 кг. Стандартна модель G1 має 23 ступені свободи, а варіант G1 EDU — залежно від конфігурації — від 23 до 43. Значна відмінність від R1 проявляється у сприйнятті. G1 використовує камеру глибини та 3D-LiDAR, завдяки яким він може отримувати просторові відомості про оточення.

Його акумулятор має ємність 9000 мА·год, швидко замінюється, а заявлений час роботи становить приблизно дві години. Максимальне навантаження на одне плече становить приблизно 2 кг у моделі G1 та приблизно 3 кг у моделі G1 EDU, при цьому виробник чітко зазначає, що фактичне значення значною мірою залежить від положення плеча.

G1 EDU також забезпечує можливість подальшого розвитку платформи та використання додаткових обчислювальних модулів, зокрема рішень із сімейства NVIDIA Orin. На наш погляд, саме G1 є одним із найцікавіших варіантів між компактним освітнім гуманоїдом та великою платформою, призначеною для роботи в просторі людини.

Unitree H2 — повнорозмірний гуманоїдний робот

Unitree H2 має висоту 182 см і важить приблизно 70 кг. Це вже розміри, дуже близькі до розмірів дорослої людини.

Робот має 31 ступінь свободи: по 6 для кожної ноги, по 7 для кожного плеча, 3 для тулуба та 2 для голови. Максимальний крутний момент найпотужнішого суглоба ноги сягає 360 Н·м, а руки — 120 Н·м. Номінальна вантажопідйомність стріли, за даними виробника, становить приблизно 7 кг, а миттєва — приблизно 15 кг. Акумулятор має ємність 15 А·год, тобто 0,972 кВт·год, а заявлений час роботи становить приблизно 3 години.

Це вже платформа, яка не тільки виглядає як людина, але й має відповідний робочий діапазон та силу для більш складних експериментів з маніпуляцією. Проте варто звернути увагу на конфігурацію. Стандартна модель H2 не оснащена автоматично зручними маніпуляторами — виробник передбачає додаткові маніпулятори м.в. для варіантів EDU.

10 способів застосування гуманоїдного робота на заводі

Однак найголовніше питання звучить не так: «скільки ступенів свободи має робот»?», але що з ними можна зробити?

1. Pick & place — підбирання та розміщення деталей

Людина бере предмет зі столу практично не замислюючись. Робот спочатку повинен виявити об’єкт, визначити його положення, спланувати траєкторію руху маніпулятора, обрати спосіб захвату, підняти елемент і безпечно його покласти.

Гуманоїдів можна розвивати саме в цьому напрямку, особливо у поєднанні з системою візуального контролю та відповідним маніпулятором.

Однак це не означає, що будь-який предмет буде правильно піднято без попереднього налаштування. Тип захвату, геометрія об’єкта та спосіб його розміщення мають величезне значення.

2. Сортування товарів та комплектуючих

Система відеоспостереження може ідентифікувати предмети за формою, кольором, розміром, розташуванням або категорією товару, а робот згодом може переміщувати їх у відповідні місця.

Промисловий H2-D безпосередньо позиціонується компанією Unitree як платформа м.в. для швидкого сортування, автоматизації та складування.

3. Експлуатація машин

Одним із найцікавіших сценаріїв є «machine tending», тобто обслуговування інших машин.

Робот можна налаштувати на відкривання кришки, виймання готової деталі, завантаження нового напівфабрикату або керування простим панельним дисплеєм. Чому саме цей гуманоїд є тут цікавим? Оскільки машина вже була розроблена для людини.

Тож вам не доведеться з самого початку облаштовувати ціле робоче місце під класичний промисловий маніпулятор. Проте не сприймайте це як функцію «plug&play». Необхідні програмування, інтеграція з верстатом, процедури безпеки та ретельне тестування процесу.

4. Формування наборів

Гвинт, шайба, провід, прокладка та елемент корпусу — перед монтажем часто доводиться підготувати певний набір деталей.

Для людини це просто, але після тисяч повторень стає дуже монотонним.

Робот, оснащений системою машинного зору та відповідним захватом, може бути налаштований для підйому різних деталей та формування виробничих комплектів.

5. Транспортування деталей між робочими місцями

Класичний промисловий маніпулятор має один основний недолік: він працює саме там, де його встановлено.

Мобільний гуманоїд може змінювати своє місце розташування.

Ще далі заходить Unitree H2-D — платформа з двома семиосьовими маніпуляторами та мобільною основою. Мобільна версія може рухатися зі швидкістю до 1,5 м/с, обертатися на місці та працювати в просторі, що простягається від рівня підлоги до приблизно 2 метрів. Номінальна вантажопідйомність одного плеча становить приблизно 7 кг.

6. Контроль якості

Камери робота можуть використовуватися як частина мобільної системи відеоспостереження. Робот може підходити до виробу й оглядати його з кількох боків, замість того щоб встановлювати окремий набір камер у кожній точці перевірки.

Після застосування відповідної моделі візуального аналізу таку систему можна розширити, наприклад, для виявлення відсутніх компонентів, видимих пошкоджень або контролю використання певних елементів захисного спорядження.

Однак ключове слово — це: розвивається. Сама лише купівля гуманоїда не означає автоматичного створення готової системи контролю якості чи охорони праці.

7. Підйом предметів з різної висоти

Коробка може лежати на підлозі, частина — на столі, а наступний елемент — на високій полиці.

Для людини це звичне робоче середовище. Для класичної автоматики — значно складніші умови. H2-D демонструє тут цікавий напрямок. Регульована висота корпусу та кут нахилу до 115° дають змогу розширити робочий простір від підлоги до приблизно 2 м.

8. Кнопки, ручки, двері та прості інструменти

Панелі управління, ручки та кріплення розроблені з урахуванням анатомії людської руки.

Гуманоїд, оснащений відповідною рухомою рукою та належним кінцевим ефектором, може бути пристосований до використання такої інфраструктури без її повної перебудови. І саме тут гуманоїдна будова починає мати реальну перевагу над багатьма іншими типами роботів.

9. Монотонні та повторювані операції

Найціннішим роботом на заводі не завжди є той, який вміє робити сальто.

Набагато важливішим може виявитися робот, який у тисячний раз правильно перекладе один і той самий елемент із контейнера в тримач.

Саме повторювані та чітко визначені процеси, на нашу думку, є одним із найкращих напрямків для початку впровадження гуманоїда. Ви можете легко визначити правильний результат завдання та виявити помилку.

10. Навчання нових дій та втілена штучна інтелігенція

Це, ймовірно, найважливіший напрямок розвитку всієї галузі.

G1 розробляється з використанням імітаційного навчання та навчання з підкріпленням, тобто, відповідно, навчання через демонстрацію та навчання через підкріплення. Ще краще це ілюструє G1-D. Unitree будує навколо цієї платформи процес, що охоплює збір даних, навчання, моделювання та подальше впровадження моделі на роботі.

Простіше кажучи, це означає, що замість того, щоб вручну визначати кожен сантиметр траєкторії руху, ми можемо збирати приклади правильного виконання дій і на їхній основі навчати модель. Це кардинальна зміна порівняно з традиційною автоматикою.

Однак це не означає, що достатньо один раз показати роботу завдання, і відтепер він виконуватиме його без помилок. Тобі все ще потрібні дані, тренування, тести та контроль поведінки в нетипових ситуаціях.

Що бачить робот і звідки він знає, де знаходиться предмет?

Механіка — це лише половина проблеми.

Робот ще має навчитися розуміти оточення. G1 використовує камеру глибини та 3D-LiDAR. H2 використовує ширококутну бінокулярну камеру, а більш промислова модель H2-D поєднує зображення з даними LiDAR, ультразвуковими датчиками, інформацією про силу та системою голосової взаємодії.

Ти можеш розглядати ці елементи як аналоги людських почуттів:

• камера – дозволяє спостерігати за навколишнім середовищем та розпізнавати об’єкти,
• LiDAR – вимірює геометрію простору та відстані,
• енкодери – повідомляють роботу про положення його власних шарнірів,
• датчики сили – дають змогу контролювати контакт із предметами,
• IMU – надає інформацію, необхідну для м.в. для контролю орієнтації та руху.

Лише поєднання сприйняття, керування рухами та відповідної моделі прийняття рішень дозволяє виконати те, що для людини виглядає банально: побачити коробку, підійти до неї та підняти її.

Найбільші обмеження сучасних гуманоїдів

Тут варто повернутися до реальності.

Термін дії залишається обмеженим

Приблизно одна година для R1, дві години для G1 чи три для H2 — це все одно значно менше, ніж повна виробнича зміна. Змінні акумулятори допомагають, але інфраструктура заряджання та спосіб організації роботи, як і раніше, мають значення.

Маніпулювати важче, ніж ходити

Ефектний відеоролик із гуманоїдом, що біжить, демонструє можливості керування рухами, але у виробництві часто ставляться ще складніші вимоги.

Щоб ухопити тонкий дріт, вставити деталь у вузьке гніздо або працювати з деформованим матеріалом, можуть знадобитися дуже гостра сприйнятливість, точні рухи рук і відповідна модель керування.

Гуманоїд — це не готовий працівник

Ви купуєте платформу, а не кваліфікованого оператора.

Ви повинні визначити процес, підібрати маніпулятор, підготувати програмне забезпечення, навчити робота необхідним діям та інтегрувати його в навколишнє середовище.

Безпеку потрібно враховувати ще на етапі проектування

70-кілограмовий робот із шарнірами, що генерують сотні ньютонометрів крутного моменту, — це не іграшка.

Сам Юнітрі наголошує на необхідності дотримуватися належної відстані та обережності під час використання гуманоїдів. Виробник також зазначає, що галузь все ще перебуває на відносно ранній стадії, а частина представлених функцій знаходиться на етапі розробки або тестування.

І саме тому у професійних сферах застосування ми воліємо починати з питання «який процес ви хочете виконати»?”, замість «який робот виглядає найкраще»?”.

Гуманоїдний робот — переваги та недоліки

Переваги

• може функціонувати у просторі, пристосованому для людини
• поєднує мобільність із можливістю маніпулювання предметами
• може потенційно обслуговувати кілька різних робочих місць
• забезпечує значну гнучкість у дослідницьких проєктах та у сфері штучного інтелекту
• дозволяє тестувати імітаційне навчання, навчання з підкріпленням та втілений штучний інтелект
• може зменшити необхідність переобладнання всього робочого місця під класичного промислового робота

Недоліки

• вимагає програмування та інтеграції
• час роботи від акумулятора, як і раніше, обмежений
• точне керування залишається серйозним викликом
• впровадження вимагає аналізу безпеки
• вартість самого робота не є повною вартістю проєкту
• ефектні демонстрації виробника не завжди безпосередньо перетворюються на готовий промисловий процес

Скільки коштує гуманоїдний робот?

Ціна гуманоїдного робота залежить насамперед від розміру, конфігурації, типу маніпуляторів та можливостей розвитку програмного забезпечення.

На момент підготовки цього матеріалу в MEGADRON:

• Unitree R1 Basic – 49 000 злотих брутто
• Unitree G1 Basic — 99 000 злотих брутто
• Unitree H2 — 220 000 злотих брутто

Варіанти EDU, додаткові порти, обчислювальні модулі та інше обладнання можуть суттєво вплинути на вартість усього рішення. Тому орієнтуватися виключно на ціну самого робота — це помилка. У промисловому проєкті також слід врахувати інтеграцію, програмне забезпечення, підготовку робочого місця, обладнання, тестування та подальше обслуговування системи.

Статус доступності залежить від конкретної моделі. Частина роботів знаходиться на складі постачальника, інші поставляються на замовлення, тому перед покупкою варто проконсультуватися з нами щодо актуального терміну виконання замовлення.

Як вибрати гуманоїдного робота?

Не починай зі специфікації.

Почніть із завдання.

Якщо робот має стати платформою для навчання, презентацій та перших експериментів з гуманоїдами, R1 буде набагато раціональнішим вибором для початку, ніж повнорозмірний H2. Якщо ви розробляєте алгоритми сприйняття, маніпуляції чи втіленого штучного інтелекту (embodied AI) і вам потрібні LiDAR, камера глибини та розширені можливості програмування, зверніть увагу насамперед на G1 EDU.

Якщо вирішальне значення мають довжина рук, сила та робота в просторі, розрахованому на дорослу людину, H2 пропонує значно більші механічні можливості. А якщо робот взагалі не повинен мати рук, але має довго ходити, перевозити датчики та справлятися зі складним рельєфом — перевірте, чи чотириногий робот такий, як Unitree A2, просто не буде кращим інструментом.

Це набагато важливіше, ніж обирати робота, спираючись на найефектніший відеоролик в інтернеті.

Чи замінить гуманоїдний робот людину??

Ми б не очікували такого сценарію, за якого гуманоїди раптово замінять цілі колективи працівників. Набагато реалістичнішою є автоматизація окремих дій.

Спочатку ті, що є повторюваними, передбачуваними, легко перевіряються та вимагають фізичних дій. Натомість людина може відповідати за нагляд за процесом, обробку винятків, контроль якості та роботу декількох роботів одночасно. Це не настільки вражаюче, як уявлення про завод без людей, але, безперечно, набагато реалістичніше.

Якого робота вибрати? Наша рекомендація

Якщо ви тільки починаєте і хочете зануритися у світ гуманоїдів якомога розсудливіше — Unitree R1 є цікавою освітньою та науково-дослідною платформою.

Якщо тебе цікавить розробка власного програмного забезпечення, сприйняття, маніпуляції та проєкти у сфері штучного інтелекту — зверни увагу насамперед на Unitree G1 EDU а також налаштування, необхідні для виконання вашого конкретного завдання.

Якщо вам потрібна повнорозмірна конструкція, більша дальність та значно більша вантажопідйомність — Unitree H2 це платформа зовсім іншого класу.

Якщо ж твоє завдання полягає переважно в інспектуванні, патрулюванні або транспортуванні датчиків, ми б не наполягали на наявності двох ніг. Unitree A2 або інший чотириногий робот може виконати цю роботу простіше і довше.

У MEGADRON ми не хочемо підбирати для тебе робота, виходячи з того, яка модель найкраще виглядає у фільмі. Спочатку скажіть нам, що саме має робити робот, де він має працювати, що піднімати та як довго працювати. Лише тоді ми зможемо обґрунтовано підібрати платформу, конфігурацію та обладнання.

Якщо вас цікавить автоматизація перевірок також із використанням інших автономних платформ, ознайомтеся також із нашим матеріалом DJI Dock 3 через півроку експлуатації — що показав огляд системи?.