Антропоморфный робот на базе ПЛИС

Будущее наступает, и вскоре интеграция антропоморфных роботов в нашу повседневную жизнь не будет чем-то особенным. Роботы уже используются в различных социальных аспектах человеческой жизни, например, в качестве консультантов и лекторов в университетах.

В современной робототехнике существует огромное количество инструментов, плат и устройств для создания роботов. Их выбор зависит от задач создаваемого робота. Поэтому перед нами встал вопрос по поводу основной рабочей базы антропоморфного робота.Вариантов было несколько: микроконтроллер, ASIC, FPGA или FPGA плата со встроенным arm ядром.

FPGA плата позволяет распараллеливать вычисления и обработку данных достаточно для оптимальной работы нейронных сетей, также необходимость создания ПО для работы с нейронной сетью может занять огромное количество времени, поэтому мы пришли к гибридному решению между FPGA и микропроцессором - SoC FPGA. В этом решении сочетаются разнообразие ресурсов FPGA и производительность микропроцессора общего назначения, гибкость конфигурирования портов ввода-вывода и поддержка многопотоковых приложений, а так такие платформы хорошо подходят для таких систем, в которых требуется связующее ПО и полный стек протоколов обмена данными, а также синхронизирующие схемы[8], что и необходимо для нашего антропоморфного робота.  На гибридном решении FPGA с ARM ядром мы и остановились.

Цель проекта:
Целью нашей команды является разработка антропоморфного робота на основе FPGA, выполняющего разные типы задач, начиная с идентификации предметов окружающего мира и заканчивая функционалом робота помощника. Также нами разрабатывается мобильное приложение для управления роботом и перепрограммирования его команд.

Применение:

В наше время доля пожилых людей велика, многим из них не хватает компаньона, с которым можно общаться, наш робот может стать таким.С каждым годом увеличивается количество роботов в нашей жизни: роботы полицейские, администраторы и гиды. Наш робот будет способен на любую из этих задач, а благодаря перепрограммируемости пользователь сам сможет решить что должен будет делать робот.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения на планете около 1,3 млрд человек страдают от каких-либо проблем со зрением. Что касается зрения вдаль, легкие нарушения зрения отмечаются у 188,5 млн человек, от умеренных до тяжелых – у 217 млн, тогда как 36 млн человек поражены слепотой. Что касается зрения вблизи, с такого рода нарушениями зрения живут 826 млн человек. Ориентация нашего робота в пространстве может упростить им жизнь. Таким образом разработка данного робота подразумевает приближение к решению важной мировой проблемы.

Пользователь:
Создаваемый нами робот будет обладать рядом функций:

1. Обработка данных с камеры, микрофона и ультразвукового сенсора для взаимодействия робота с человеком и окружающим пространством при помощи нейронной сети
1. Нейронная сеть будет использовать FPGA в качестве ускорителя.
2. Реализация движения робота. Управление через android приложение
1. Все движения робота имеют как низкоуровневую, так и высокоуровневую реализацию. В первом случае происходит обработка и передача данных сервоприводам при помощи FPGA, а во втором происходит преобразование этих поворотов сервоприводов в нормальные движения наподобие шага, это реализуется при помощи API на ARM ядре
3. Взаимодействие с окружающим пространством
1. Для ориентации в пространстве робот использует ультразвуковой сенсор, камеру, а также кнопки на руках и ступнях для предупреждения столкновений с объектами, которые по какой-то причине не были замечены ранее.
4. Взаимодействие с пользователем
1. Для общения с пользователем наш робот использует встроенные микрофон и динамик, а так же он способен реагировать на прикосновения при помощи сенсорных кнопок на голове и теле.
5. Программирование робота пользователем
1. Пользователь, при помощи мобильного приложения, способен самостоятельно создавать алгоритмы поведения для нашего робота: будь то танец или же необычные движения из за специфики окружающей среды.

Задачи проекта:

Работу мы поделили на 5 частей:

1. 3д моделирование и печать корпуса.
2. Проектирование архитектуры ПЛИС.
3. Api для систем робота
4. Разработка нейронной сети для взаимодействия с окружающим пространством
5. Создание программного комплекса для программирования и управления роботом.