«Папочка» на ринге: интервью с робототехником о том, как проходят битвы умных машин

О том, что такие соревнования начали проводиться в России, я узнал лет пять-шесть назад. Посмотрел на них и понял, что меня это все не впечатляет. Я тогда решил, что если уж выступать, то за рубежом – там, где сражаются сильнейшие. Но в 2023 году, когда к чемпионату подключилось государство, стало ясно, что и у нас все переходит на новый уровень. И отказываться от участия нельзя, потому что это шанс показать себя и свои идеи.

Жена (она в нашей команде единственный человек без технического образования) меня поддержала. У нас всего год назад родился ребенок, а я понимал, что создание робота потребует много времени. Но супруга сказала: «Ты же мечтал об этом всю жизнь, давай!». После этого я собрал команду из друзей, коллег, единомышленников – и мы начали работать.

Кому-то из нас раньше доводилось вытачивать детали, кто-то умел ремонтировать автомобили, но с робототехникой или машиностроением не был связан никто. Зато мы видели много зарубежных боев, знали тенденции и горели энтузиазмом. Помогал и опыт работы с техникой: мы интуитивно чувствовали, что можно использовать при строительстве машины, работающей с огромными нагрузками, а что нет.

В современном роботостроении около 70% времени уходит на компьютерное проектирование и моделирование. Поскольку изучать программы 3D-моделирования мне пришлось с нуля, этот этап длился целых четыре месяца.

Кроме того, отчаянно не хватало вводных. Например, мы понимали, что есть аккумуляторы литий-ионные и литий-полимерные. Но какие токи они одномоментно выдают, сколько времени смогут выдержать при максимальной загрузке? Расчеты позволяют получить лишь очень приблизительные цифры, а производители не делятся такого рода данными.

Кроме того, никто не знал, какую мощность можно снять с моторов, каков предел прочности подшипников при экстремальных нагрузках. Этой информации просто нет. Все вместе – проектирование, изготовление деталей, сборка робота и тесты – заняло восемь месяцев. После этого мы выступали в разных боях, каждый раз дорабатывая машину. С начала проекта до участия в международном чемпионате на «Играх будущего» прошло 10 месяцев.

Свои секреты есть у всех. Но кое-чем не только можно, но и нужно делиться с новичками. Например, подсказать, что для машин годятся только литий-полимерные аккумуляторы: именно они обеспечивают максимальную отдачу тока при компактных размерах. Одна только эта информация уменьшит срок проектирования на десятки дней. А вот нюансы, дающие конкурентные преимущества, большинство робототехников стараются скрывать.

Однако конструкция нашего «Папочки» не секрет: это симметричная двусторонняя машина, которая способна продолжать бой даже после переворота.

Такой подход накладывает серьезные ограничения, в первую очередь, на диаметр оружия. Боевая машина получается довольно высокой, а это ведет к увеличению ее массы.

Некоторые команды выбирают двустороннюю конструкцию с подпорками, добавляя маленькие колесики на том конце, где оружие. Но это не полная симметрия, как у нас, а компромиссное решение, помогающее, пока робот не перевернулся обратно. Основным материалом для нашего «Папочки» стал распространенный алюминиевый сплав Д16т, он достаточно жесткий. Внешние элементы – из стали марки Hardox, высокопрочной, износо- и ударостойкой. Ее, в частности, используют при изготовлении ковшей карьерных экскаваторов. Мы бы с удовольствием сделали стальными все детали, но на соревнованиях есть ограничения по массе машины.

Моторов у робота четыре. Два по 15 кВт – на оружие, они произведены на заказ. Еще два – мотор-колеса от электросамокатов. Это очень простое решение, но и подводных камнейу него множество. Мы понимали, что не успеем спроектировать полноценную ходовую, именно поэтому взяли колеса от самокатов – и они нас действительно выручили. Но с каждым боем, с каждым тестом становилось очевидно, что это решение надо снова и снова дорабатывать. И другие элементы конструкции тоже. В итоге ни один готовый узел не сохранил свой первозданный вид.

Оружие «Папочки» – вертикальный спиннер в форме асимметричной рамки, выточенный из цельного куска стали Hardox. Масса заготовки составляла 100 кг. Спиннер работает на скорости 5000 об/мин, и такая форма обеспечивает ему больший момент инерции при меньшей массе. На данный момент это самая эффективная конструкция. В боковой проекции она симметрична, так что запустить вращение можно в любую сторону. Кроме того, она широкая, что увеличивает зону поражения.

Есть несколько уровней погружения в тему. В первом приближении спиннер – самый простой вариант: для него достаточно передать крутящий момент на рабочую часть – вертикальную стальную болванку. У нас вместо такой болванки рамка, и даже это сразу вызвало массу сложностей при проектировании. А если вырезать лазером две плоские болванки, получится недорогой и мощный ударный элемент. Есть еще барабанные спиннеры – они лучше, но и цена вопроса выше.

Что касается других типов оружия для роботов, то в России пока не научились делать их эффективными. Например, некоторые зарубежные флипперы вполне способны победить спиннер. Российские флипперы подкидывают противника максимум на 1,5 м, а надо на 5 м. Что касается молота, то нынешний мировой чемпион вооружен именно им. Но конструкция там хитрая: вместо ударной части установлен спиннер. В результате векторы сил складываются, так что удар идет и за счет движения молота, и за счет вращения. Но это невероятно сложный вариант. Даже с обычным молотом придется повозиться, чтобы робот выдерживал отдачу от своих же ударов. Так что эффективными могут быть разные орудия, главное – довести их до нужного уровня. Кстати, горизонтальные спиннеры тоже отличная вещь: они хорошо себя проявляют в весовой категории до 1,5 кг, выигрывая у моделей с вертикальным спиннером.

Для начала подчеркну, что вся «начинка» в битвах роботов работает на пределе возможностей. Температура аккумуляторов – максимально допустимая. На контроллеры тоже приходится огромная нагрузка, они постоянно находятся на грани перегрева. Настройки подбираются опытным путем. Потому что победить можно, только добившись от техники сверхусилия.

Во время финального боя «Папочки» с индийским роботом Godspeed уже через 20 с после начала произошел удар оружием в оружие (у Godspeed тоже вертикальный спиннер, а его скорость составляет 8000 об/мин). В результате у обеих машин оно оказалось повреждено. У индийского робота погнулась ось спиннера, и его заклинило. У нашего ось деформировалась не так сильно, и спиннер мог продолжать вращаться. Однако контроллер, отвечающий за оружие, от столкновения перегрузился и по слаботочной сети «убил» себя и своего напарника, хотя они и были разведены по питанию. Как следствие, машина утратила контроль над оружием.

Ну а потом, когда Godspeed толкнул «Папочку» на шнекоротор – элемент арены, добавленный для зрелищности, – от удара загорелся сначала один аккумулятор, а за ним и все остальные, связанные с оружейной частью. При этом ходовая у нас изолирована и функционирует независимо. Поэтому мы уверенно продолжали бой, набирая очки за агрессию, за управление. А когда я понял, как действует Godspeed, я начал переигрывать индусов.

Наша машина оказалась быстрее за счет мотор-колес, но на ее сопернике установлены редукторы, цепная передача – конечно, его было не перетолкать, там тяга выше. Мы могли брать только хитростью: я наносил удар, быстро отъезжал назад, чтобы индийская команда не успела ответить, потом повторял атаку – и получал очки. Возможно, мы даже стояли вровень по очкам за агрессию и управление, но по урону они нас опередили.

По итогам боев наша команда получила сертификат «Новичок года» и право на участие в следующих «Играх будущего», поэтому нам есть к чему готовиться. Первое, над чем придется поработать, – ходовая часть. Будем уходить от мотор-колес к редукторной схеме. Но в целом конструкция останется той же. Хотя плоский, как у индийской команды, робот почти во всем лучше, наша форма позволяет сделать больший размах оружия и наносить гораздо более сильные удары.