Разработка и исследование цифровых объектов робототехнических симуляторов, включая динамические модели человека

Номер государственного контракта по гранту: №24-29-00564
Руководитель проекта: Магид Евгений Аркадьевич

О проекте

Робототехнические системы (РТС) являются не только дорогостоящими объектами, которые взаимодействуют с людьми и окружающей средой, но и объектами, которые при неправильных действиях становятся опасными для своего окружения. Поэтому прежде, чем новые робототехнические протоколы взаимодействия и алгоритмы могут быть интегрированы в реальную РТС, они проходят тщательную проверку путем испытаний сначала в лабораторных условиях, а затем, по мере возможности, в реальной целевой среде. При проведении робототехнических тестов, помимо тестирования в реальной окружающей среде, активно используется виртуальное тестирование в симуляторах. В настоящее время виртуальное тестирование новых подходов в симуляторах стало неотъемлемой частью процесса создания новых технологий в области РТС, которое применяется на начальных этапах разработки и экономит огромное количество человеко-часов и финансовых затрат при создании первых прототипов программного и аппаратного обеспечения РТС.

Подавляющее большинство цифровых моделей реальных РТС создаются производителями этих РТС или ассоциированными с ними научными группами в вузах и научных организациях. Однако, при тестировании робототехнических проектов, особенно в области взаимодействия робота и человека, в симуляторе важно иметь не только качественные цифровые модели самих РТС, но и цифровые объекты окружающей среды и цифровые модели людей, выполняющих различные действия в данной среде. К сожалению, на сегодняшний день в виртуальных средах популярных симуляторов для РТС присутствует достаточно ограниченный по количеству и качеству объем цифровых объектов окружающей среды. И если для примитивных нефункциональных цифровых объектов (например, геометрические 3D фигуры или стационарная мебель), для которых достаточно простой программной реализации цифровой модели, количество и качество таких моделей в наиболее популярных симуляторах (например, Gazebo или Webots) является удовлетворительным, то более сложные модели для функциональных цифровых объектов или полностью отсутствуют, и пользователь должен каждый раз создавать их самостоятельно для своего конкретного проекта (например, функциональный цифровой объект «открывающиеся двери»), или он должен довольствоваться примитивными низкокачественными моделями (например, стандартная модель человека в Gazebo).

Проект направлен на качественные улучшения в сфере моделирования и виртуальной валидации прототипов РТС, которые позволят более реалистично и эффективно моделировать протоколы взаимодействия и алгоритмы для РТС в виртуальной среде популярных робототехнических симуляторов с открытым исходным кодом (open-source). В рамках заявляемого проекта будут оценены имеющиеся в наиболее популярных симуляторах цифровые объекты окружающей среды, включая модели человека. Будут определены наиболее остро необходимые для типовых виртуальных экспериментов сложные цифровые объекты и оценены возможности их создания в популярных симуляторах. Проект акцентирует внимание на исследовании двух типов цифровых объектов: примитивные функциональные цифровые объекты и типовые динамические функциональные цифровые объекты. Научная новизна заключается в: разработке конкретных требований к моделям предложенных цифровых объектов и их функционалу, которые обеспечат их реалистичность и эффективность; разработке критериев оценки качества модели; разработке методики экспериментов для оценки качества модели; моделировании цифровых объектов в соответствии с предложенными требованиями. Большое практическое значение имеют разрабатываемые в рамках проекта библиотеки цифровых объектов и графические интерфейсы пользователя, которые помогут пользователю создавать собственные новые объекты на базе создаваемых командой КФУ объектов, а также настраивать готовые объекты созданных библиотек.