В далеком по IT-меркам 2013 году, в штаб-квартире ныне всемирно-признанного производителя квадрокоптеров DJI стали обсуждать идею проведения соревнований по робототехнике. Первоначально речь шла об автономной подвижной конструкции для стрельбы по мишеням, использующей технологии машинного зрения. 24 студента, проходящих практику в компании, в рамках летнего лагеря начали практическое воплощение идеи. В 2014 команда разрослась до 100 человек, разработки продолжались. Так начинался RoboМaster.
В 2015 DJI провела первые публичные соревнования, названные Robomasters. В них участвовало около 3000 студентов из материкового Китая. В 2016 году появилась роботизированная система судейства, а география команд расширилась за счет студентов из других китайскоговорящих регионов (Тайвань, Гонконг, Макао). 2017 принес ребрендинг, соревнования получили их сегодняшнее название RoboМaster. Изменились условия и добавились дисциплины, а количество роботов на команду выросло до семи.
В 2019 году общий призовой фонд составил $600 000, а команда-победитель получила $75 000. Аудитория прямой трансляции RoboМaster достигла 6 млн человек по всему миру.
Основатель и CEO DJI, миллиардер Ван Тао отметил, что RoboMaster это его любимый проект для инженеров, созданный чтобы дать им возможность соревноваться, демонстрировать свои способности, завоевывать поклонников, превращая студентов-ботанов в мировых суперзвезд. Спонсирующая чемпионаты DJI рассматривает потраченные средства как выгодную инвестицию. Несколько десятков самых талантливых студентов пришли на работу в компанию, да и почти все серьезные программы робототехники в китайских университетах теперь используют инфраструктуру DJI.
Летом 2019 года DJI анонсировала RoboMaster S1 – наземный робот, созданный в первую очередь для обучения. С одной стороны это классический «мерч», с другой – действительно полноценный продукт, позволяющий не только почувствовать сопричастность к соревнованиям, но и освоить азы программирования в робототехнике.
В марте этого года вышла вторая версия, причем сразу в двух вариантах поставки RoboMaster EP/EP Core. Различия между S1 и EP/EP Core в первую очередь касаются возможностей расширения (металлическая рама на шасси, контроллеры). RoboMaster EP/EP Core позиционируется как решение для системы образования, государственной и частной, поэтому вместе с роботом учебное заведение получает также методические материалы для процесса обучения, программы соревнований и т.п. RoboMaster S1 — вариант универсальный, учебные заведения могут закупать его для увеличения “парка” устройств, но это продукт и для конечного потребителя.
Кстати, специализированные продукты для обучения были в портфеле DJI и раньше. Разглядев огромный потенциал в идеях стартапа Ryze, DJI приняла активное участие в судьбе проекта, в результате осенью 2018 г. появился мини-дрон Tello EDU.
Комплект поставки
В объемной картонной коробке покупатель получает все, что необходимо для самостоятельной сборки робота.
В зависимости от выбранной модели, из множества мелких и не очень деталей получается либо робот с манипулятором (RoboMaster EP Core), либо робот с пушкой или с манипулятором (RoboMaster EP). Батарея и зарядное устройство тоже присутствуют, никаких пальчиковых аккумуляторов покупать не нужно.
Актуальные версии программного обеспечения загружаются из соответствующих магазинов приложений (для мобильных устройств) и с сайта производителя (для настольных ПК, Mac и Windows).
Сборка
Процесс сборки занимает примерно шесть часов и доступен даже подростку благодаря подробной пошаговой инструкции. В коробке есть отвертка со сменными шестигранными насадками и ключ, дополнительные инструменты на этом этапе не требуются.
Механическая часть состоит из стальных деталей, корпус и накладки сделаны из прочного пластика, колеса с обрезиненными деталями.
Электроника и сервоприводы смонтированы в отдельных блоках, их необходимо лишь закрепить на посадочных местах и соединить кабелями. Наиболее сложные электромеханические узлы – пушка на подвесе и клешня манипулятора поставляются в полностью собранном виде, таким образом соблюдается баланс между функциональными возможностями и требуемой для работы квалификацией сборщика.
Пайка потребуется лишь в том случае, если владелец захочет использовать детали сторонних производителей, но и в этом случае электронные компоненты робота разбирать или переделывать не нужно, все необходимые контакты выведены в стандартные разъемы.
Испортить робота практически невозможно, в случае неправильного подключения кабелей приложение просто укажет на ошибку.
При желании конструкция разбирается и может быть многократно собрана снова, большинство винтовых соединений имеют металлическую ответную часть. Если разборка входит в планы, лучше делать фотографии мест хранения деталей в поддонах, так их будет проще снова найти и идентифицировать.
Режим ручного управления
Даже без программирования DJI RoboMaster – интересная штука. Роботом можно управлять с мобильного устройства или с компьютера. Связь поддерживается через Wi-Fi, как непосредственно (робот создает собственную сеть), так и через роутер.
Каждое колесо Илона приводится в движение собственным мотором с крутящим моментом 250 мН/м., набранная из 12 пассивных вращающихся элементов «шина» позволяет роботу двигаться по четырем направлениям и подобно танку разворачиваться на месте. Впрочем, Илон Маск, подаривший миру Tesla и другие замечательные проекты, тут не причем. Конструкцию придумал другой Илон (это фамилия), швед Бенгт Илон в 1973 году. В англоязычном мире колесо также называют Mecanum wheel в честь компании Mecanum AB где работал Илон.
Камера (Full HD) передает изображение от первого лица, соответственно, визуальный контакт не требуется, хотя он все же не помешает, поскольку камера смотрит вперед. Изображение далеко не игрушечное, даже в условиях слабой освещенности видно хорошо. Задержка минимальная и на большой скорости проблем не возникает.
Версия с пушкой дает больше интересных соревновательных возможностей. Режим слежения, почти как на квадрокоптерах и ручных стабилизаторах DJI, способен заставить робота следовать за объектом, причем робот будет перемещаться в пространстве по всем направлениям и не отпускает цель даже если ненадолго повернуться к нему спиной. Поскольку датчиков по бокам и сзади нет, следует соблюдать осторожность: робот в порыве преследования может въехать в препятствие.
Машинное зрение позволяет провести соревнование «кто быстрее отсканирует все цели» (в комплекте поставки есть карточки визуальных маркеров). Есть и другие сценарии, например, «защита базы».
Все, что видит камера, можно записать как видеоролик или фото на карту памяти Micro SD. Динамик воспроизводит не только «встроенные» звуки, но и предварительно записанные сообщения от оператора. К сожалению, голосовая связь «в прямом эфире» не предусмотрена.
Кроме «лучевого» инфракрасного оружия пушка RoboMaster стреляет и реальными гелевыми шариками. Одна упаковка есть в комплекте поставки, потом потребуется покупка расходного материала в официальном магазине. Использовать «сторонние» шарики не рекомендуется по двум причинам: во-первых, пластиковые «патроны» могут нанести вред детям, во-вторых, нужный калибр и массу трудно подобрать, а несоответствующие требованиям разработчика шарики способны повредить механизм пушки. Одиночные выстрелы и очереди при попадании в человека не наносят вреда, но лучше защитить глаза очками, тем более, что они есть в коробке. Емкость магазина – примерно 300 гелевых шариков, в упаковке их около 10 000.
Датчики на шасси робота фиксируют попадания, поэтому статистика соревнований получается честной и ее получение не вызывает затруднений.
Программирование
RoboMaster интересен прежде всего как платформа для изучения программирования в сфере робототехники и искусственного интеллекта.
Система поддерживает два языка, Scratch и Python, также доступен SDK. В Scratch код «спрятан» за графическим интерфейсом, процесс написания программы упрощен настолько, что даже ребенок запросто создаст последовательность тех или иных действий просто перетягивая блоки и выбирая параметры из выпадающих списков. Переход к коду на Python происходит буквально одним движением, позволяя заглянуть за кулисы блоков Scratch и понять, что одна-две строки кода способны заставить робота выполнить то или иное простое действие и в программировании нет ничего сложного или страшного.
Функция Custom Skills позволяет создавать мини-программы и запускать их из режима ручного управления, соответственно у обучающегося есть возможность получить удовлетворение от результатов своей работы не дожидаясь создания проекта целиком.
В полностью автономном режиме производитель искусственно ограничивает ряд параметров (скорость передвижения, пройденный путь), это убережет конструкцию от повреждений при испытаниях в условиях ограниченного пространства.
Отладка в Scratch подкреплена сообщениями о возникающих ошибках.
Написанные программы хранятся на соответствующем устройстве, ими можно обмениваться через облачное хранилище.
Приложение RoboMaster снабжено подробными инструкциями по программированию, но они касаются реализации, а вот вопросы алгоритмов и архитектуры целиком возложены на преподавателя.
Не стоит думать, что программирование RoboMaster ограничено примитивными действиями вроде смены цвета светодиодов или поворота пушки. Программа способна получать и использовать данные с датчиков, причем не только поставляемых в комплекте, но и добавляемых пользователем. В роли датчиков выступают даже колеса, наезд на препятствие можно отслеживать и использовать в качестве условия для ветвления программы.
Датчики RoboMaster имеют два порта, один из которых подключается к интеллектуальному контроллеру, «мозгам робота», а второй может питать датчики сторонних производителей и обеспечивать им соединение с контроллером по шине CAN. Внешние устройства подключаются также через USB (разъем USB есть на контроллере) и интерфейс UART. DJI SDK содержит подробное описание существующих компонентов и примеры исполняемого кода.
Конкуренты
Наборов для изучения основ робототехники на рынке мало, не сравнить с бытовыми гаджетами. Первое, что приходит на ум кроме RoboMaster – наборы LEGO MINDSTORMS. Впрочем, считать их прямыми конкурентами нельзя. Механически и в особенности пространственно LEGO позволяет собрать практически любую конструкцию, но универсальность имеет обратную сторону: пластиковые блоки не обеспечивают надежное крепление.
Дешевизна LEGO обманчива: стоимость базовых комплектов привлекательная, но, чтобы собрать нечто существенное, необходимо потратить сравнимую с ценой на RoboMaster сумму.
С точки зрения именно программирования возможности RoboMaster превосходят LEGO (даже с учетом наличия альтернативных прошивок, позволяющих запустить Java-приложения), поскольку он позволяет задействовать платформу NVIDIA Jetson Nano для проектов, связанных с машинным зрением, распознаванием образов, глубокого обучения и, в конце концов, искусственного интеллекта.