CC BY
10
Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. Т. 19, № 1. С. 135-143. ISSN 1999-5458 (print) Electrical and Data Processing Facilities and Systems. 2023. Vol. 19. No. 1. P. 135-143. ISSN 1999-5458 (print)
Научная статья УДК 004.582
doi: 10.17122/1999-5458-2023-19-1-135-143
УДАЛЕННЫЙ ДОСТУП К МОБИЛЬНОМУ РОБОТУ
Фанур Анурович Баязитов Fanur A. Bayazitov
магистрант кафедры «Вычислительная техника и инженерная кибернетика», Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа, Россия
Юлия Раилевна Юсупова Julia R. Yusupova
магистрант кафедры «Вычислительная техника и инженерная кибернетика», Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа, Россия
Владимир Николаевич Филиппов Vladimir N. Filippov
кандидат технических наук,
доцент кафедры «Вычислительная техника и инженерная кибернетика», Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа, Россия
Азат Ахатович Альмухаметов Azat A. Almukhametov
кандидат технических наук,
доцент кафедры «Вычислительная техника и инженерная кибернетика», Уфимский государственный нефтяной технический университет, Уфа, Россия
Актуальность
За счет постоянно меняющихся рыночных условий, высокой скорости принятия решений, многозадачности и необходимости уменьшения рисков требуются все более современные подходы к организационной деятельности предприятий. В настоящее время компании начали активно входить в цифровое пространство, создавая и развивая свои информационные системы с поддержкой удаленного доступа. По результатам опроса портала TAdviser 35 % компаний перевели более 50 % своих сотрудников на удаленный или гибридный формат работы. Еще 18 % опрошенных поделились, что в их компаниях на удаленной работе находятся от 25 % до 50 % сотрудников. Однако управление
© Баязитов Ф. А., Юсупова Ю. Р., Филиппов В. Н., Альмухаметов А. А., 2023
-135
Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 1, т. 19, 2023
Ключевые слова
разработка, чат-бот, робот, информационная система, автоматизация, удаленный доступ
Data PROCESSiNG FACiUTiES AND SYSTEMS
робототехническими комплексами требует периодического контроля. Для управления подобными платформами предприятиям необходимо создавать интерфейсы и обеспечивать их возможностью удаленного доступа. Поэтому использование чат-бота в качестве интерфейса для удаленного доступа к мобильным роботам может предоставить альтернативное решение данной проблемы. Применение чат-ботов обеспечивает обслуживание пользователя круглосуточно, что позволяет мгновенно получать необходимую информацию, собирать данные и автоматизировать процесс взаимодействия пользователя и робота.
Цель исследования
Исследовать возможность применения чат-бота для предоставления удаленного доступа к недоступным или труднодоступным для человека местам. Спроектировать и создать информационную систему для проведения исследования.
Методы исследования
Для достижения цели исследования было решено провести физическое моделирование. Был выбран определенный технический состав для мобильной платформы и написан чат-бот для взаимодействия с роботом.
Результаты
Разработан и изготовлен чат-бот, с помощью которого можно управлять движением робота и подключаться к его камере. В качестве основного языка программирования было решено использовать Python. Платформой для реализации информационного продукта выбран Telegram, который является мультиплатформенным, его версии доступны для iOS, Android, Windows, Linux. Кроме того, есть возможность использования мессенджера посредством веб-браузера.
Для цитирования: Баязитов Ф. А., Юсупова Ю. Р., Филиппов В. Н., Альмухаметов А. А. Удаленный доступ к мобильному роботу // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2023. № 1. Т. 19. С. 135-143. http://dx.doi. org/10.17122/1999-5458-2023-19-1-135-143.
Original article
REMOTE ACCESS TO MOBILE ROBOT
The relevance
Due to constantly changing market conditions, high decision-making speed, multitasking and the need to reduce risks, more and more modern approaches are required in the organizational activities of enterprises. Currently, companies have begun to actively migrate to the digital space, creating and developing their information systems with remote access support. According to the survey results of the TAdviser portal, 35 % of companies have transferred more than 50 % of their employees to a remote or hybrid work format. Another 18 % of respondents shared that in their companies 25 % to 50 % of employees work remotely. However, the control of robotic systems requires periodic monitoring. To manage such platforms, enterprises need to create interfaces and provide them with remote access. Therefore, using a chatbot as an interface for remote access to mobile robots can provide an alternative solution to this problem. The use of chatbots provides user service around the clock, which allows you to instantly receive the necessary information, collect data and automate the process of interaction between the user and the robot.
136-
Electrical and data processing facilities and systems. № 1, v. 19, 2023
Ключевые слова
development, chatbot, robot, information system, automation, remote access
Aim of research
The main aim of the research is to explore the possibility of using a chatbot to provide remote access to inaccessible or hard-to-reach places for humans. Design and create an information system for research.
Research methods
To achieve the study aim, it was decided to conduct a physical simulation. A certain technical composition for the mobile platform was chosen and a chat bot was written to interact with the robot.
Results
A chatbot has been developed and manufactured with which you can control the movement of the robot and connect to its camera. It was decided to use Python as the main programming language. The platform for the implementation of the information product is Telegram, which is multiplatform, its versions are available for iOS, Android, Windows, Linux. In addition, it is possible to use the messenger through a web browser.
For citation: Bayazitov F. A., Yusupova J. R., Filippov V. N., Almukhametov A. A. Udalennyy dostup k mobil'nomu robotu [Remote Access to Mobile Robot]. Elektrotekhnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy — Electrical and Data Processing Facilities and Systems, 2023, No. 1,Vol. 19, pp. 135-143 [in Russian]. http://dx.doi.org/10.17122/1999-5458-2023-19-1-135-143.
Введение
В процессе деятельности как главы компании, так и рядового сотрудника очень часто может возникнуть проблема удаленного доступа к ресурсам предприятия. Данное препятствие может возникнуть в случае, если работники компании пребывают в другой части света или принадлежат к группе людей с ограниченными возможностями. Опыт пандемии коронавирусной инфекции в 2020 г. доказал, что есть значительная потребность организации рабочего процесса не только в стенах самой компании, но и в дистанционном режиме [1].
Предложен новый подход в использовании чат-бота для применения в управлении мобильным роботом. Уникальность заключается в исследовании способа применения чат-бота как интерфейса для управления мобильным роботом.
Практическая значимость заключается в обосновании возможности использования системы для контроля робото-технической платформы при помощи чат-бота, без разработки собственного интерфейса и резервирования для него
интернет-ресурсов, таких как выделенный ip-адрес, а также для удаленного доступа работников к ресурсам организации в случае, если они относятся к людям с ограниченными возможностями или являются внештатными сотрудниками, пребывающими в другой точке земного шара.
Обзор современных методов дистанционного управления роботами
тл «-» «-»
В настоящий момент устройствами удаленно можно управлять несколькими способами.
Во-первых, по локальной сети. Каждое устройство, подключающееся по сети, имеет свой уникальный 1Р-адрес в пределах данной сети. Использование данного способа позволяет быстро подключаться и обмениваться информацией между пользователями, однако необходимо, чтобы каждый из них был подключен к этой сети [2].
Во-вторых, через «белый» публичный 1Р-адрес. Наличие публичного 1Р-адреса на устройстве позволит организовать
Data PROCESSiNG FACILITIES AND SYSTEMS
собственный сервер, удаленный доступ к компьютеру, камерам видеонаблюдения и получить к ним доступ из любой точки глобальной сети. Однако обычно данный способ — платная услуга, так как количество подобных адресов ограничено.
В-третьих, использование web-сервера. Использование сервера позволяет обмениваться информацией между несколькими устройствами. Для этого необходимо создать структуру сервера на отдельном компьютере, чтобы не снижать скорость отклика робота на команды
[3].
Программное и техническое
содержание мобильного робота
Основой робота является микрокомпьютер NvidiaJetsonNano 2GB (рисунок 1). При маленьком размере 70 мм х 45 мм данный модуль позволяет обрабатывать видео с разрешением 4Кс частотой 60 кадров, параллельно управляя моторами
[4].
Рисунок 1. Микрокомпьютер Nvidia Jetson Nano
Figure1. NvidiaJetsonNano Microcomputer
Для управления моторами был использован Motorshield L293D, состоящий из двух H-Bridge и микросхемы 74HC595 (рисунок 2). Использование двух установленных микросхем L293D позволяет
управлять четырьмя двигателями. Управление четырьмя колесами обеспечивает большую маневренность и быстрый отклик при торможении, что необходимо в условиях удаленного управления.
Рисунок 2. Motor shield для Arduino l293d Figure 2. Motor shield for Arduino l293d
Трансляция осуществляется с помощью камеры IMX219-160, подключенной к плате через интерфейс CSI (рисунок 3). Преимущество использования CSI-камеры состоит в низкой нагрузке на центральный процессор (ЦП), хорошем качестве съемки и в освобождении порта USB в отличие от использования USB-камеры. Для активации камеры применяются команды GStreamer, вводимые в консоль [5]. Применение данных команд создает отдельное окно, что позволяет ссылаться на него при подключении к конференции.
В качестве основного языка программирования было решено использовать Python, поскольку на сегодняшний день он является наиболее актуальным языком для разработки чат-ботов в силу простоты использования и удобства. Также среди основных преимуществ данного языка можно выделить:
— высокую производительность — благодаря простоте Python разработчики
Рисунок 3. Текущий вид робота Figure 3. The current form of the robot
могут сконцентрироваться на решении более сложных задач, не затрачивая большого объема времени на понимание синтаксиса и поведения языка программирования;
— бесплатное использование и открытый исходный код, что дает возможность загрузки исходного кода, его редактирования и распространения своей версии Python. Это полезно для организаций, которые желают изменить определенное поведение кода и использовать свою версию для разработки;
— поддержку обширных библиотек — стандартная библиотека вышеуказанного языка огромна, и пользователь может отыскать любую функцию для реализации собственной задачи, благодаря чему нет необходимости привязки к внешним библиотекам;
— кроссплатформенность — во многих языках, таких как C или C++, разработчику приходится неоднократно изменять код для запуска проекта на разных платформах. Тогда как на Python код можно написать один раз и запускать абсолютно, где угодно [6].
Система реализована без использования интегрированной среды разработки.
Это обосновано тем, что пользователь не имеет прямого доступа к роботу, поэтому нужно снизить нагрузку на центральный процессор, уменьшить энергопотребление и нагрев процессора. При реализации программного средства использовались следующие библиотеки:
— Selenium — представляет собой отличный инструмент для эмуляции действий браузера при использовании всего нескольких строк кода в проекте. Благодаря данной библиотеке также есть возможность имитации взаимодействия пользователя с ее элементами при учете характеристик человеческого пользования;
— Pyautogui — библиотека для имитации действий пользователя с клавиатурой (нажатие клавиш, ввод текста) и компьютерной мышью (нажатие на правую, левую кнопки) [7];
— Telebot — библиотека для реализации чат-бота в мессенджере Telegram при помощи языка Python [8];
— Pi74hc595 — библиотека подключения драйвера для мотора разрабатываемого робота.
Платформой для реализации информационного продукта выбран Telegram,
Data processing facilities and systems
так как он является популярным кросс-платформенным приложением для обмена сообщениями, которое широко используется по всему миру в связи с расширенным функционалом конфиденциальности и шифрования. Приложение является мультиплатформенным, его версии доступны для iOS, Android, Windows, Linux. Кроме того, есть возможность использования мессенджера посредством веб-браузера. При помощи Telegram можно совершать видео- и ауди-озвонки, организовывать конференции, многопользовательские группы и каналы. Также на базе данного продукта можно создавать и редактировать уникального чат-бота, что необходимо для дальнейшей работы [9].
Моделью управления аппаратным комплексом была выбрана клиент-серверная модель, где клиентская часть реализована средствами web-разработки.
Модель клиент-сервер или архитектура клиент-сервер представляют собой распределенную структуру приложений, распределяющую задачи между серверами и клиентами, которые либо находятся в одной системе, либо обмениваются данными через компьютерную сеть или Интернет. Клиент полагается на отправку запроса другой программе, чтобы получить доступ к услуге, предоставляемой сервером. Сервер запускает одну или несколько программ, которые
совместно используют ресурсы и распределяют работу между клиентами.
Отношения клиент-сервер взаимодействуют по шаблону обмена сообщениями запрос-ответ и должны соответствовать общему протоколу связи, который формально определяет используемые правила, язык и диалоговые шаблоны. Связь клиент-сервер обычно соответствует набору протоколов TCP/IP.
Данный способ дает возможность осуществлять управление аппаратного комплекса с использованием различных устройств. Ключевое требование для устройства — возможность поддержки http-протокола, наличие web-браузера для управления аппаратным комплексом и наличие интернет-соединения [10].
Метод управления мобильным
роботом посредством чат-бота
Концепция метода. Система представляет собой чат-бот в популярном мессенджере Telegram, состоящий из ряда функций управления передвижением роботом и соединения с сервисом для проведения видеоконференций, не требующим установки сторонних приложений и функционирующим в любом браузере (рисунок 4).
Принцип работы:
1. пользователь заходит через своё устройство (смартфон, ПК) в чат-бот и проходит процесс авторизации;
Устройство пользователя
Чат-йот Робот Proficonf
г w
1
Рисунок 4. Структура принципа работы информационной системы Figure 4. The operation principle structure of the information system
2. для контроля управления в чат-боте реализованы следующие функции: Вперед, Влево, Вправо, Камера. Первые три функции необходимы для возможности направления передвижения робота. При нажатии на кнопку «Камера» чат-бот высылает активную ссылку на видеоконференцию в сервис РгойсопГ (или любой аналогичный);
3. при нажатии на ссылку в браузере пользователя открывается сайт с вышеуказанным сервисом, где ему предоставляется доступ к просмотру трансляции через камеру робота.
Данный метод позволяет в краткие сроки без создания сервера или резервирования 1Р-адреса создать интерфейс для взаимодействия с роботом. Однако полученное программное решение не позволяет в удобном виде передавать сложные команды, к примеру, при движении впе-
ред невозможно передать точное время движения или расстояние.
При использовании зарезервированных функций в чат-боте передаются определенные значения, которые затем передаются в одноименные функции (рисунок 5).
Управление движением («Вперед», «Вправо», «Влево») передает определенный сигнал на моторы, после чего робот начинает движение.
Включение камеры «Камера» имеет следующий алгоритм: после нажатия кнопки на экран выводится сообщение с просьбой ожидания, во время этого через функции библиотек автоматического тестирования производится вход на сайт, создание комнаты конференции и включение камеры. После успешного включения камеры в чат передается ссылка, перейдя по которой, можно посмотреть видео (рисунок 6).
Рисунок 5. Результат работы чат-бота Figure 5. The result of the chatbots service
Камера Колеса
Рисунок 6. Алгоритм программы Figure 6. Program algorithm
Data processíng facílítíes and systems
Выводы
В ходе работы над проектом был реализован чат-бот на платформе Telegram и робот на базе Jetson nano с csi-камерой, позволяющей предоставлять доступ к видеоконференциям через веб-браузер. Данный метод был выбран благодаря возможности быстро спроектировать интерфейс с быстрым откликом без дополнительных затрат. Однако необходимо точно формулировать команды и предусмотреть отмену действия через повторное нажатие кнопки или через отдельно выделенную кнопку, также сложные последовательности действия с привязкой к расстоянию или времени
будет затруднительно описать одной командой, что может привести к перегрузке интерфейса.
Использование выбранных технических средств позволило проводить потоковую трансляцию и одновременно управлять роботом с минимальной задержкой.
В дальнейшем возможно улучшение аппаратного и программного комплексов в рамках задач, которые могут быть поставлены, к примеру управление заранее заданными действиями манипуляторами, так как программный код проекта полностью это допускает.
Список источников
1. Дубинина М.Г. Распространение услуг видеоконференцсвязи в период пандемии коро-навируса // Вестник ЦЭМИ РАН. 2021. № 2.
2. Поротиков А.А. Локальные сети. Принципы функционирования // Аллея науки. 2020. Т. 1. № 7. С. 900-902.
3. Шаветов С.В., Ведяков А.А., Пыркин А.А. Архитектура системы удаленного управления робототехническими объектами // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. № 2 (90). С. 161-163.
4.Suzen A.A., Duman B., §en B. Benchmark Analysis of Jetson tx2, Jetson Nano and Raspberry PI Using Deep-CNN // 2020 International Congress on Human-Computer Interaction, Optimization and Robotic Applications (HORA). IEEE. 2020. С. 1-5.
5. Лобойко А.В. Выбор оптимальной конфигурации системы для передачи видеосигнала на основе одноплатного микрокомпьютера // Актуальные проблемы авиации и космонавтики Сборник материалов V Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики: В 3 т. 2019. Т. 2. С. 143-145.
6. Van Rossum G. An Introduction to Python. Bristol: Network Theory Ltd., 2003. 115 p.
7. Jaganeshwari M.S.K., Djodilatchoumy D.R.S. An Automated Testing Tool Based on Graphical User Interface with Exploratory Behavioural Analysis // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. 2022. Vol. 100. No. 22.
8. Стрельцова А.С., Политковский Д.Б. Разработка чат-бота на Python // Актуальные вопросы науки и практики. 2022. С. 230-235.
9. Dargahi Nobari A., Reshadatmand N., Nes-hati M. Analysis of Telegram, an Instant Messaging Service // Proceedings of the 2017 ACM on Conference on Information and Knowledge Management. 2017. P. 2035-2038.
10. Некрасова Е.А. Принципиальные особенности и сравнительные характеристики файл-серверной, клиент-серверной и интранет-техно-логий распределения и обработки данных // Вестник Северо-Кавказского гуманитарного института. 2015. № 2 (14). С. 194-198.
References
1. Dubinina M.G. Rasprostranenie uslug videokonferentssvyazi v period pandemii koronavirusa [The Diffusion of Video Conferencing Services during the Coronavirus Pandemic]. Vestnik TsEMIRAN—Bulletin CEMIRAS, 2021, No. 2. [in Russian].
2. Porotikov A.A. Lokal'nye seti. Printsipy funktsionirovaniya [Local Networks. Functioning Principles]. Alleya nauki — Science Alley, 2020, Vol. 1, No. 7, pp. 900-902. [in Russian].
3. Shavetov S.V., Vedyakov A.A., Pyrkin A.A. Arkhitektura sistemy udalennogo upravleniya robototekhnicheskimi ob"ektami [The Architecture of the Remote Control System of Robotic Objects]. Nauchno-tekhnicheskii vestnik informatsionnykh tekhnologii, mekhaniki i optiki — Scientific and Technical Bulletin of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2014, No. 2 (90), pp. 161163. [in Russian].
4. Süzen A.A., Duman B., §en B. Benchmark Analysis of Jetson tx2, Jetson Nano and Raspberry PI Using Deep-CNN. 2020 International Congress
on Human-Computer Interaction, Optimization and Robotic Applications (HORA). IEEE, 2020, pp. 1-5.
5. Loboiko A.V. Vybor optimal'noi konfiguratsii sistemy dlya peredachi videosignala na osnove odnoplatnogo mikrokomp'yutera [Choosing the Optimal Configuration of a System for Transmitting a Video Signal Based on a Single-Board Microcomputer]. Sbornik materialov VMezhdu-narodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Aktual'nye problemy aviatsii i kosmonavtiki», posvyashchennoi Dnyu kosmonavtiki: V 3 t. [Collection of Materials of the V International Scientific and Practical Conference «Actual Problems of Aviation and Cosmonautics» Dedicated to the Day of Cosmonautics: In 3 vol.]. 2019, Vol. 2, pp. 143-145. [in Russian].
6. Van Rossum G. An Introduction to Python. Bristol, Network Theory Ltd., 2003. 115 p.
7. Jaganeshwari M.S.K., Djodilatchoumy D.R.S. An Automated Testing Tool Based on Graphical User Interface with Exploratory Behavioural
Analysis. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2022, Vol. 100, No. 22.
8. Strel'tsova A.S., Politkovskii D.B. Razrabotka chat-bota na Python [Development of a Chat-Bot on Python]. Aktual'nye voprosy nauki i praktiki — Actual Questions of Science and Practice, 2022, pp. 230-235. [in Russian].
9. Dargahi Nobari A., Reshadatmand N., Ne-shati M. Analysis of Telegram, an Instant Messaging Service. Proceedings of the 2017 ACM on Conference on Information and Knowledge Management, 2017, pp.2035-2038.
10. Nekrasova E.A. Printsipial'nye osobennosti i sravnitel'nye kharakteristiki fail-servernoi, klient-servernoi i intranet-tekhnologii raspredeleniya i obrabotki dannykh [Principal Features and Comparative Data File Server, Client-Server and Intranet Technology Distribution and Data]. Vestnik Severo-Kavkazskogo gumanitarnogo instituta — Bulletin of the North Caucasian Humanitarian Institute, 2015, No. 2 (14), pp. 194-198. [in Russian].
Статья поступила в редакцию 26.12.2022; одобрена после рецензирования 29.12.2022; принята к публикации 17.01.2023. The article was submitted 26.12.2022; approved after reviewing 29.12.2022; accepted for publication 17.01.2023.
