CC BY
44
УДК 004.896
ПРОЕКТ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ДОМАШНЕГО ПОМОЩНИКА «РОБОТ МАТРЁНА»
Александр Андреевич Лисс
Новосибирский государственный университет экономики и управления, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Каменская, 52/1, начальник отдела по технической защите персональных данных, тел. (383)243-95-41, e-mail: a.a.liss@nsuem.ru
Анастасия Сергеевна Голдобина
Новосибирский государственный университет экономики и управления, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Каменская, 52/1, студент, тел. (383)243-95-28, e-mail: a.s.goldobina@nsuem.ru
Даниил Денисович Клипов
Новосибирский государственный университет экономики и управления, 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Каменская, 52/1, студент, тел. (383)243-95-28, e-mail: d.d.klipov@nsuem.ru
Андрей Геннадьевич Ханин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры прикладной информатики и информационных систем, тел. (383)343-18-53, e-mail: khanin@ngs.ru
Представлена краткая информация по проекту «Робот Матрёна», разработкой которого занимается рабочая группа из числа сотрудников и студентов НГУЭУ. Ключевой функцией робота Матрёны является осуществление мобильного контроля за жилыми и офисными помещениями. Отличительная особенность проекта - относительно небольшие затраты на его реализацию по сравнению с проектами стационарных систем «умный дом» и «умный офис».
Ключевые слова: бытовая робототехника, робот Матрёна, «умный дом», «умный офис», контроль помещений.
PROJECT OF INTELLECTUAL HOME ASSISTANT «ROBOT MATRYNA»
Alexander A. Liss
Novosibirsk State University of Economics and Management, 630099, Russia, Novosibirsk, 52/1 Kamensky, Head of Department of protection of personal data, tel. (383)243-95-41, e-mail: a.a.liss@nsuem.ru
Anastasia S. Goldobina
Novosibirsk State University of Economics and Management, 630099, Russia, Novosibirsk, 52/1 Kamensky, student, tel. (383)243-95-41, e-mail: a.s.goldobina@nsuem.ru
Daniil D. Klipov
Novosibirsk State University of Economics and Management, 630099, Russia, Novosibirsk, 52/1 Kamensky, student, tel. (383)243-95-41, e-mail: d.d.klipov@nsuem.ru
Andrey G. Khanin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Senior Lecturer at the Department of Department of Applied Informatics and Information Systems, tel. (383)343-18-53, e-mail: khanin@ngs.ru
The brief information on the project «Robot Matryona» is presented, which is developed by a working group of employees and students of NSUEM. The key function of the Matryona robot is the implementation of mobile control over residential and office premises. A distinctive feature of the project is the relatively low cost of its implementation in comparison with the projects of stationary systems «smart house» and «smart office».
Key words: household robotics, Robot Matryona, Smart home, Smart office, control of premises.
Введение
Популяризация робототехники в различных областях общественной жизни и деятельности весьма актуальна в настоящее время. По информации, публикуемой на авторитетных Интернет-порталах http://hizook.com и http://therobotreport.com, венчурные инвестиции в робототехнику за последние 6 лет выросли более чем в 10 раз, и вряд ли в ближайших перспективах динамика активного роста сменится резким снижением.
Согласно статистике, большая часть инвестиций фокусируется в области промышленной автоматики, автомобилестроении, логистики, автоматизации складов, медицине и сельском хозяйстве. При этом, по мнению экспертов, не стоит сбрасывать со счетов сферу бытовой робототехники, а именно роботизацию офисных и жилых помещений. Рост инвестиций в бытовую робототехнику будет во многом зависеть от числа качественных инновационных решений, представляющих на рынке относительно недорогих роботов с жизненно необходимым набором функциональных возможностей.
Как правило, системы «умный дом» или «умный офис» в классической реализации являются стационарными решения, сочетающими в себе множество функциональных возможностей (охранно-пожарную сигнализацию, управление микроклиматом, систему видеонаблюдения и т. д.). При этом, подобные решения не исключают факт ложных срабатываний или несрабатываний датчиков, наличие «мертвых» зон, в которых невозможно осуществить 100% контроль и т. п. К тому же, выход из строя блока управления в подобных системах делают их в большинстве случаев частично либо полностью неработоспособными.
В связи с этим у авторов публикации возникла идея создания относительно недорого бытового робота, способного обеспечить дополнение систем «умный дом» и «умный офис» мобильным и автономным контролем, а в определенных случаях способного полностью заменить стационарные системы.
В дальнейшем, идея переросла в проект интеллектуального домашнего помощника «Робот Матрёна», разработкой которого занимается группа из числа студентов и сотрудников Новосибирского государственного университета экономики и управления (НГУЭУ).
Проведенные исследования
Исследовательский опрос, проведенный участником рабочей группы студенткой А. С. Голдобиной на этапе подготовки ТЗ, выявил пять наиболее зна-
чимых с точки зрения респондентов функциональных возможностей домашнего робота, а именно:
1. Мобильный мониторинг помещения в отсутствии хозяина;
2. Оперативное информирование хозяина о нештатных ситуациях на контролируемом объекте;
3. Возможность непосредственного реагирования на нештатные ситуации помимо информирования (голосовой ответ на звонок в дверь, создание эффекта присутствия людей в помещении и т. п.)
4. Возможность дистанционного управления при помощи смартфона и 2D-карты помещения;
5. Возможность голосового управления непосредственно и дистанционно.
Набор перечисленных выше функций был использован в ТЗ проекта «Робот Матрёна» как базовый.
Краткое описание функциональных возможностей робота
Проект «Робот Матрёна» преследует достижение ряда организационно-технических целей:
- контроль объекта на возможность возникновения экстренных ситуаций -проникновения посторонних лиц, пожара, протечки воды или газа;
- визуальный контроль помещения, при помощи встроенной веб-камеры;
- возможность взаимодействия со стационарной системой «умный дом» или «умный офис» с целью повышения уровня контроля помещения;
- информирование хозяина о наступлении нештатных ситуаций;
- возможность управления заданными устройствами в доме или офисе;
- возможность измерения телеметрической - температуры, влажности и атмосферного давления.
Экспериментальное оборудование
Робот Матрёна в экспериментальном варианте состоит из подвижной, измерительной, навигационной частей, а также программно-аппаратного блока управления.
В качестве подвижной части робота Матрёны взята четырёхколёсная зад-неприводная платформа игрушечной машины на дистанционном управлении. Управление робота осуществляется при помощи миникомпьютера PcDuino, док-станции и смартфона.
Измерительная часть стоит из микроконтроллера ATmega328, датчиков температуры, влажности, давления, звука, газа, дыма, инфракрасного излучателя и цифровой видеокамеры.
Навигационная часть состоит из Raspberry Pi, трёхосевого гироскопа; сенсор из оптического манипулятора «мышь», RFID датчика.
Принцип функционирования робота Матрёны
Функционирование робота Матрёны должна осуществляться в заранее подготовленном помещении. Подготовка заключается в составлении карты,
размещении на площади RFID меток, и занесении информации о них в память робота. При помощи связки оптического сенсора и гироскопа робот определяет своё примерное местоположение, а за счет RFID меток осуществляет корректировку погрешности. Построение маршрута до заданной точки осуществляется автоматически, методом обхода графа в глубину. В качестве вершин графа выступают RFID метки, начальная и конечная точки.
Управление роботом происходит на основе команд оператора, а также на основе сигналов от навигационной или измерительной частей. Сервер осуществляет сбор, обработку и хранение всех сигналов, посылаемых роботу, и приходящих от робота. Передача роботу сигналов управления и передача на сервер полученной роботом информации осуществляется посредством радиоканала и стандарта Wi-Fi.
Взаимодействие робота с пользователем происходит посредством веб-интерфейса или мобильного приложения, установленного на смартфон. Пользователь при помощи смартфона либо другого устройства связывается с сервером и ставит роботу задачу. Сервер передает задачу роботу через док-станцию. Робот выполняет поставленную задачу, отправляя информацию о процессе выполнения задачи обратно на сервер (рисунок).
Сервер Док-станция Робот
V/ Смартфон
Веб-интерфейс
£
Рис. Схематичный принцип управления роботом Матрёна
Функционально робот Матрёна способен решать следующие задачи:
- свободно перемещаться в пределах одноэтажного помещения посредством автономной навигации;
- измерять температуры, влажности и давления в помещении;
- идентифицировать звуки при помощи сенсора звука;
- осуществлять поиск и обнаружение возможных неполадок в помещении, при использовании таких функций как система контроля протечки воды и/или газа;
- осуществлять отправку инфракрасных команд на заданные устройства;
- осуществлять отправку уведомлений на смартфон владельца или на головной модуль стационарных систем контроля;
- передавать видеопоток с веб-камеры, встроенной в корпус робота, на сервер с возможностью сохранения и просмотра в режиме реального времени.
Заключение
Проект интеллектуального домашнего помощника «Робот Матрёна» в настоящее время находится на стадии активного развития: реализован модуль программного управления для серверной части системы, на 2017 год запланирована работа по интеграции в робота измерительной и навигационной частей.
При условии развития проекта предполагается, что в будущем робот Матрёна будет выполнять комплексный набор бытовых функций, сочетая при этом мобильность, автономность, а при необходимости и взаимодействие со стационарными системами контроля. При этом, разработчики проекта надеются, что их решение в потоковом производстве позволит конечным пользователям экономить средства на покупку дорогостоящих стационарных систем «умный дом» или «умный офис».
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Джон Дж. Крейг. Введение в робототехнику. Механика и управление. - М. : Институт компьютерных исследований, 2013. - 564 с.
2. Алексеев Г.П. Электромонтаж и наладка системы «Умный дом». Руководство по выполнению базовых экспериментов. ЭМНСУД.001 РБЭ (997). - Челябинск: ИПЦ «Учебная техника», 2012. - 223с.
3. Умный дом / Интересные публикации / Geektimes — [Электронный Ресурс] — Режим доступа — URL: https://geektimes.ru/hub/home_automation/.
© А. А. Лисс, А. С. Голдобина, Д. Д. Клипов, А. Г. Ханин, 2017
