`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Жить, балансируя

0 
 

Вспомнить сегодня компанию Segway уже не просто. А ведь сколько было обещаний, какие картины рисовались буквально год-полтора назад: фантастические гигаполисы, по улицам которых бесшумно проносятся на "кибернетических метлах-колесницах" озабоченные бизнесмены, торопливые домохозяйки и беспечная молодежь. Приведем только одну фразу как совершенно замечательный образчик восторженного стиля подачи такой картины: "Для по-настоящему мобильных людей использование балансирующей машины открывает неограниченные возможности". Вот уж поистине неисповедимы пути маркетинговой мысли...

Жить, балансируя
Человек будущего (версия Segway)
Правда, в бурном начале истории Segway как-то затерялись (или, точнее, остались за кадром) несколько фактов, к которым неизбежно прибегнул бы любой здравомыслящий человек (не говоря уж о холодном скептике). Главный факт -- новизна идеи заключалась не столько в ее воплощении, сколько в применении самого воплощения. Впрочем, давайте по порядку.

Итак, компания Segway, располагающая талантом известного разработчика Дина Кэмина (Dean Kamen), правообладателя весьма внушительного патентного пакета в области медицинской техники, предложила совершенно новое экологически чистое транспортное средство -- этакий балансирующий двухколесный самокат с поперечным расположением колес и электроприводом ("самокат" -- условно, но совершенно незачем в данном случае выдумывать специальные названия). С технической точки зрения главная идея "революционной" машины ой как не нова -- в незапамятные времена на одной из японских выставок была представлена управляемая микроконтроллером тележка, которая балансировала прикрепленным на шарнире шестом (главный смысл демонстрации заключался не в принципиальной возможности такого балансирования, а в достоинствах программных механизмов управления, основанных на "нечеткой логике"). Но, по-видимому, падкие на разнообразные электронные гэджеты японцы оказались в этой истории более чем консервативными и о чудесных перспективах своего изобретения забыли. Прошло немало лет (на самом деле необходимых -- для создания и промышленного освоения "балансирующего самоката" Segway Human Transporter требовались недоступные в те времена серийные электронные компоненты, мощные аккумуляторы и, наконец, смещение интересов потребительской аудитории, о котором лучше всего сказали авторы культовой книги "Бизнес в стиле фанк"), прежде чем потешная японская тележка трансформировалась в средство передвижения "по-настоящему мобильного человека".

Что же такого привлекательного было и есть в "транспортном недоразумении" Human Transporter? Возможно, явная технологическая избыточность. Заменить в транспортном средстве минимально достаточные для создания устойчивой конструкции три колеса двумя и успешно побороть возникшие в результате проблемы -- не новость. По крайней мере, в 60-х годах прошлого века во Франции даже малосерийно выпускался двухколесный автомобиль "Гирон", удерживаемый в равновесии супермаховиком-гироскопом. Но компоновка "Гирон" была, если так можно выразиться, классической "самокатной" -- с продольным расположением колес. Вдобавок -- габариты и вес супермаховика... А вот разместить колеса поперечно и "утрамбовать" в по-настоящему самокатный размер источники питания, приводы, управляющую электронику -- это действительно что-то новенькое. И кроме того, условие, предопределившее упомянутую технологическую избыточность, -- статически неустойчивый "самокат" для сохранения равновесия должен постоянно находиться под управлением бортового компьютера. Это уже просто какой-то истребитель последнего поколения, только не хватает технологии Stealth для защиты от полицейских радаров при превышении скорости.

В общем, сразу скажем -- Segway Human Transporter не стал революционным решением. "Самокаты" эти выпускаются (и даже отзываются с рынка для доработок, как это бывает практически у всех уважающих себя и своих покупателей производителей традиционных транспортных средств), есть пара-тройка клубов "фанатов", объединяющих владельцев сего чуда, и на этом весь "революционный запал" Segway, похоже, исчерпывается. Но ничто не проходит бесследно: мы уже располагаем достаточным объемом информации, чтобы воплотить идеи "балансирующего поперечного самоката", например в самостоятельно изготовленной модели. А заодно выяснить, что далеко не все благополучно у модного транспорта современного мобильного человека.


Самодельщики

Жить, балансируя
Балансирующий Lego
Как-то так получилось, что в бурные 90-е годы, когда за открывшийся железный занавес хлынул поток всего, чего угодно, в том числе и невиданных ранее у нас технологических "извращений" конструкторской мысли, слово "самодельщик" забылось. Некогда массово-популярные журналы для "самодельщиков" превратились почти что в клубные издания, и это понятно -- нужно было время, чтобы просто усвоить и "переварить" обрушившееся. Правда, "те, кто выжил в катаклизме", "пребывали в пессимизме" относительно недолго -- интерес к "самоделию" постепенно возвращается. Ну а там, где катаклизмы отсутствовали, равно как и не было необходимости полуподпольно приобретать у смутных личностей "страшно военные", явно "левого" происхождения комплектующие, "умельцы" смело бросают вызов технологическим революционерам. Разработки в области балансирующих роботов (а к ним относится и "самокат" Segway) -- не исключение в обширном списке микрокомпьютерного творчества.

Начнем же мы наше знакомство с конструкции, отличающейся от Segway Human Transporter разве что масштабами и некоторыми нюансами. Зато для ее повторения нужно затратить весьма скромную сумму, которая не испугает, например, настоящих любителей спортивной рыбалки. Стивен Хассенплаг (Steve Hassenplug) создал вполне работоспособный балансирующий самодвижущийся механизм из стандартных частей конструктора Lego (серия Lego Mindstorms для построения примитивных роботов) и игрушечного оптического датчика расстояния компании HiTechnic (кстати, выполненного в конструктиве "кубика" Lego). Особую ценность представляет открытый характер разработки Хассенплага LegWay, отмеченной престижной среди роботостроителей-самодельщиков номинацией NASA "Крутой робот недели" ("Cool robot of the week"). Исходные тексты управляющей программы и даже операционной системы этого "микросамоката" доступны всем желающим. Собственно управляющая программа -- по адресу home1.gte.net/res1g289/legway.c (слабонервным следует к первому посещению этой страницы приготовиться, потренировавшись хотя бы на изучении работ победителей "Международного конкурса по затуманиванию мозгов на языке С"; на самом деле все не так страшно, и текст нуждается только в удобоваримом форматировании, например бесплатной утилитой WinDent), ОС -- по адресу brickos.sourceforge.net.

В принципе, для повторения LegWay совершенно не требуется конструктор Lego -- достаточно идей, воплощенных в скромной управляющей программе, да знаний об архитектуре бортового вычислителя, входящего в состав Mindstorms (которые можно почерпнуть, например, на странице graphics.stanford.edu/~kekoa/rcx/). В нашем случае "обсуждения из чистого интереса" важна не столько алгоритмика LegWay, сколько... неудача, с которой столкнулся Хассенплаг при первых попытках реализации своего робота. Кажется, что она вызвана неочевидной проблемой -- дело в том, что при создании подобных устройств использование столь "аппетитных" на первый взгляд дешевых интегральных акселерометров (о такой разновидности продукции нанотехнологий мы уже не раз рассказывали) совершенно бесперспективно. Управляющая электроника "самоката" может вынуждать его для поддержания балансировки совершать рывки с ускорением 9,8 м/с2, на которые интегральный акселерометр уже не реагирует (фундаментальное ограничение, связанное с принципом действия таких устройств). Именно по этой причине Хассенплаг использовал неприемлемый в промышленных изделиях транспортного назначения оптический датчик (неприемлемый хотя бы потому, что такие датчики практически невозможно "изолировать" от воздействий окружающей среды, прежде всего от загрязнения наружных оптических систем). С "микрокомпьютерной" точки зрения, LegWay демонстрирует неприхотливость управляющих алгоритмов -- им вполне достаточно 8-битного контроллера с 32 килобайтами ОЗУ (которые еще и задействованы весьма серьезной ОС).

Жить, балансируя
nBot -- красивая инженерия
Более совершенный балансирующий робот nBot создан Дэвидом Андерсоном (David P. Anderson), по специальности -- системным аналитиком в области геологии. nBot также удостоен номинации "Cool robot of the week". Хотя если сравнивать его с LegWay, титулу явно недостает приставки "Super". Система стабилизации nBot основана сразу на трех источниках информации, да еще на каких -- цифровой инклинометр FAS-G компании MicroStrain комбинирует гироскоп и два интегральных акселерометра. Проблема с последними решена элегантно: информация с них задействуется в управляющем контуре nBot только тогда, когда робот не ускоряется. Программная составляющая микрокомпьютера nBot превращает использованную ранее шутливую аэрокосмическую аналогию в весьма точную характеристику -- так, цифровые фильтры, устраняющие вредную для процессов управления информацию, базируются на алгоритмике, создававшейся в рамках проекта автономного вертолета в Центре архитектуры компьютерных систем (Халмштадт, Швеция). К слову, в ПО nBot не последнее место занимают и алгоритмы авиационного автопилота -- они позволяют, применяя в качестве датчиков обычные тахометрические счетчики оборота колес, реализовать полную автономность -- в nBot записывается путевая программа, и в дальнейшем робот следует ей безо всякого вмешательства человека-оператора. Для решения всех этих задач также потребовался весьма скромный бортовой компьютер, основанный на 8-битном микроконтроллере легендарного семейства Motorola HC11.

И наконец, главный герой нашего повествования -- "высокоуровневый" балансирующий робот, "народный" аналог Segway Human Transporter, разработанный и созданный доктором компьютерных наук Гарвардского университета Тревором Блэквеллом (Trevor Blackwell). Не выдумывая новых терминов, Блэквелл назвал свое детище "балансирующим скутером" и посвященную "самоделке" страницу открывает фразой, которая вдохновляет множество талантливых "самодельщиков": "Самобалансирующий скутер, такой, как Segway Human Transporter, может показаться технологическим чудом, но в действительности не так уж и трудно создать его самостоятельно". В "самокате" Блэквелла применены только те компоненты, которые можно приобрести в обычных (западных) магазинах для радиолюбителей и желающих мастерить, -- совершенно заурядные электродвигатели, стабилизирующий гироскоп (используемый в бытовых видеокамерах), интегральные акселерометры Analog Devices, 8-битный микроконтроллер фирмы Atmel, популярный и среди отечественных "самодельщиков". В механической части -- совершенно тривиальная конструкция, состоящая буквально из нескольких металлических деталей простой формы (пластина, на которой стоит "самокатчик", штанга с рулем да пара кожухов из тонкого листового материала, закрывающих двигатели). Как стало ясно уже по предыдущим моделям, программное обеспечение "самоката будущего" объемом не впечатляет -- это всего около 500 строк на языке С для контроллера Atmel. Надо отдать должное Блэквеллу -- в нем "самодельщик" не победил профессионала: встраиваемое ПО разрабатывалось им по методу прототипирования -- сначала были созданы скрипты на языке Python, которые выполнялись на обычном ПК, соединенном со стабилизирующими датчиками "самоката", и только после построения эффективной алгоритмики управления программа была переписана на С для встраиваемого вычислителя.

В общем, "самокат" Блэквелла, являющийся полным функциональным аналогом Segway Human Transporter, работает, и причем неплохо. Но вот к обещанным маркетологами Segway "неограниченным возможностям" в "светлом самокатном будущем" сам Блэквелл, похоже, относится более чем скептически. Оказывается (!), при продолжительной "езде" на подобном транспортном средстве сильно устают ноги (забавное и трудно предсказуемое наблюдение, не правда ли?). Оказывается, что экстравагантный и несомненно талантливый доктор Гарвардского университета, даже сам себя признающий "умником из Силиконовой долины" (в оригинале эта фраза звучит как "Silicon Valley nerd" и благодаря многозначной лаконичности английского языка имеет далеко не всегда благожелательный характер), не хочет, чтобы окружающие думали о нем так же. Выяснилась и трудная адаптация самобалансирующих скутеров к существующей городской инфраструктуре: для тротуаров они слишком быстрые, для велосипедных дорожек -- слишком медленные, для проезжей части -- слишком опасные. Но это все, скажем красиво, -- урбанистические факторы, мешающие наступлению светлого будущего по модели Segway.

А вот сугубо технологический фактор, вскрытый Блэквеллом, куда менее приятен. Дело в очевидной (и потому обычно самой незаметной) вещи -- для постоянного балансирования подобным "самокатам" нужна энергия. Много энергии. Сколько именно ее понадобится в некоторый момент времени, предсказать принципиально невозможно. А аккумуляторы "самоката", естественно, обладают конечной емкостью. Из этих двух предпосылок следует один очень неприятный вывод -- в некое время "Ч" заряда аккумуляторов может просто не хватить на балансирующий "рывок" привода, и обещанное "щастье" по-настоящему мобильный "самокатчик" сможет рассмотреть разве что в рассыпавшихся от удара об асфальт искрах в глазах...
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT