В России можно создавать технологии: как мы с нуля создали беспилотную поломоечную машину

Салют! Я Роберт, основатель YaCuAi и выпускник акселератора Sber500, хочу поделиться историей, как мы разработали беспилотную поломоечную машину для коммерческих помещений. Будет лонгрид.

Два года назад, немного поразмыслив о том, каким будет мир через 5-10 лет, я понял, что все будет максимально беспилотное. Уверовав, мы начали углубляться в океан новой информации. Плотно подумав, утвердили концепт в котором, главное, что мы делаем, – это универсальный программный водитель.

План максимум – управлять автомобилем на дорогах общего пользования. Но при этом мы прекрасно понимали емкость вложений, поэтому план минимум – продукт, который можно было продавать здесь и сейчас. Но тогда, мы его еще не придумали.

Спустя год усердных разработок, свет увидела наша система локализации в пространстве. Это как если бы вы всегда точно знали, как дойти от входной двери до стакана с водой ночью в пятницу. В этот момент встал вопрос: на чем тестировать. У нас была «Блоха» (китайская роботехническая машинка), но кинематика у нее была не та. Управлять же нашей Toyota Prius мы тогда еще не умели, сейчас умеем, но это в другой статье.

Достаточно быстро поняли, что идеальный вариант плана минимум – это заставить перемещаться поломоечную машину. Ту самую, которую вручную толкают по торговым центра. Мы являемся действующим фулфлимент оператором для маркетплейсов и интернет-магазинов и, кажется, что AGV робот будет максимально нам полезен. Но их уже достаточно много, да и интегрироваться в чужие складские процессы – тот еще квест. Беспилотный клининг робот для коммерческих помещений – явная выгода. Убрал человека-толкателя, получил экономию. Плюс мы хорошо понимали клиента: ритейл, склады, торговые центры, метрополитен. Дальше будет дневник прогресса, 8 месяцев создания.

Нам нужно было найти подрядчика на исполнение “железной” и инженерной части нашего робота. Не имея ни малейшего опыта, я стал как в игре Герои, исследовать карту. Подбирал резюме на hh, встречался с разными специалистами. В итоге сделал вывод, что ничего подобного никто не делал, а если и делал, то это явно не в промышленном исполнении. Поэтому я переключился на компании, которые можно найти по запросу “Промышленный дизайн”. Как правило они совмещают в себе исследования, инженерию, прототипирование и дизайн.

Вся эта концепция, что можно что-то с нуля придумать и создать так мне понравилась, что я даже захотел открыть свою студию. Но нет:)

Цены, которые заявляли московские бюро были такие:

• 7-10 млн с непромышленным прототипом
• около 5 млн за проектирование, без создания прототипа

После долгих поисков, мы выбрали компанию, которая запросила 2,5 млн для создания готового робота с нуля. Их нам посоветовали знакомые. Компания имела опыт создания сервисных роботов, и явно чувствовался системный подход и знание дела.

Напомню, что технология беспилотного перемещения уже была. Она базируется на системе RTLS (уменьшенная версия GPS, которую мы можем установить на любой местности). Преимущество здесь в том, что работая на торговых площадях, полагаться на мапинг только лишь от лидара и камеры весьма опасно, так как много стеклянных и отражающих поверхностей. Нам осталось сделать продукт под наши требования.

Мы начали с того, что провели анализ конкурентов, сделали сравнительную таблицу, разобрали подопытного, марки Karcher и сделали выводы о

• габаритах и весе
• мощности двигателей, пылесоса, скорости вращение валов
• площади уборки и размер баков
• емкости батареи

и по многим другим параметрам

На основании этих данных сделали 2 варианта эскиза: с задними ведущими колесами на мотор-редукторах и с передним ведущим и одновременно поворотным колесом, как у погрузчиков. Плюсами первого варианты было то, что танковый метод перемещения дает разворот на месте, появляется лучшая маневренность и возможность чистить углы, а еще меньшие габариты, проверенные моторы и щетка прижимается весом машины и не требует дополнительных механизмов для их подъема. Из минусов: задние колеса всегда в мокрой зоне и велик шанс проскальзывания. Колеса блокируются и это не дает возможности перемещения человеком. Еще были сомнения на счет постоянного, вредоносного момента щеток, которые будут смещаться траектории и требовать постоянного подруливания. В итоге мы нашли решение на низком уровне программирования Из плюсов второго варианта – привод перед щетками и хорошая тяга в сухой зоне. Из минусов: дороговизна и отсутствие опыта работ с такими колесами и проверенных поставщиков, недостаточная управляемость, длинная база, а еще потребуется подъемный механизм щеток

В итоге мы определились и выбрали первый вариант! Дальше второй этап – разработка дизайна и расположения навесного оборудования.

Большая часть работы прошла незаметно для меня и по сути была посвящена разработке технического проекта. Я же немного освоил опыт связанный с промышленным дизайном.

Есть методология, по которой проходит отбор дизайнера. На первом этапе определяют 3 кандидатов. Им озвучивают, что будет 3 этапа и на каждом работа может быть прекращена, если заказчик посчитает дальнейшее участие нецелесообразным. Первая работа выполняется карандашом и каждый должен нафигачить минимум 10 эскизов функционального дизайна. Предмет должен быть удобным, понятны и выполнять ключевые функции. Срок исполнения такой работы – сутки, а на следующий день формируется критика и отсев.

На втором этапе вносят технические коррективы, наводится красота и детализация направлений. Все еще карандашом.

На третьем этапе, когда функционал весь подтянут как положено и отрезать уже нечего, дизайнеры начинают рисовать цвета, изломы, надписи, искусственную сложность.

И только после этого одного финалиста выводят на 3D для натягивания красоты на конструкцию рамы. Поскольку раму заказчик уже не меняет, то частенько приходится перерисовывать красивый 3D с текущими вводными и получается не очень. Тогда смотрят другие 3D. На каждый 3D дизайнер должен выдать 3 рендера.

Конкретно в моем случае я месяц рисовал разные формы, нашел подходящую, добавил цвета и отдал дизайнеру, который вывел ее в 3D и рендер.

Вообще, дизайн клининг-робота навеян трамвайно-вагонной областью. А значит, есть понимание, что это движущее средство. Должно быть понятно, где у него передняя часть и куда он должен двигаться.

Было много споров относительно расположения навесного оборудования, особенно лидара, так как: ему нужен максимальный угол обзора (в идеале 360 градусов) Его мы обыграли в виде «рта. Стереокамеру оформили в виде «носа», а светодиодные линии (они же «глазки» и поворотники) исполняют функцию коммуникации. То есть при смене траектории вправо мигает правый «глаз».

По разработке комплекта конструкторской документации стадии “Технический проект” выполнены следующие работы:

1. Проведён реверс-инжениринг и внедрение в модель уточнённых данных закупленных рискованных позиций.

2. Разработан технический проект поломоечной машины с отрисовкой всех важных и вспомогательных узлов, продуманы места установки и способы крепления.

3. Проведены окончательные расчеты:

а) силовых установок необходимых для приведения машины в движение;

б) мощность привода щеток;

в) расчёты на прочность рамы, исполнительных механизмов и ответственных деталей.

4. Разработаны необходимые чертежи-эскизы для заказа и изготовления уникальных деталей.

5. Получен дизайн внешнего вида и проработан корпус для изготовления методом вакуумного формования. Подготовлены 3Д модели для заказа изготовления мастер моделей и матриц.

6. Составлена спецификация БОМ со всеми необходимыми деталями механических узлов для закупки или изготовления.

7. Конструкторская разработка комплекта дооснащения: электронная схема, БОМ, трассировка платы, разработка ПО платы, изготовление платы срочным производством, сборка печатной платы образца.

Основной образец поломоечного робота первоначально задумывалось изготовить путем реверса и/или дооснащения широко используемых ручных машин. Но первые же движения в эту сторону выявили очевидную экономическую и техническую нецелесообразность. И мы решили сделать всё с нуля: потребовались разработка дизайна, механической и электрической частей и системы уборки.

Дизайн выполнили исходя из современных тенденций дружелюбности машин, эргономичности и удобства обслуживания. Мы оснастили робота всеми необходимыми органами обеспечения базовой безопасности: парктрониками, датчиками поверхности, чувствительными бамперами, кнопками аварийной остановки и т.п.

Шасси основали на дифференциальном приводе, обеспечивающем простоту и эффективность конструкции. Такой привод запрещает свободное вращение ведущих колес, и нам пришлось наделить робота отдельной системой ручной транспортировки.

Систему уборки оснастили стандартными узлами и механизмами ручных поломоечных машин, нацеливаясь на упрощение обслуживания продукта. Для реализации архитектуры управления и контроля разработали и изготовили собственную материнскую (печатную) плату, в которую интегрировали и часть силовой электроники. Саму систему питания базировали на типовых аккумуляторах и схемных решениях.

Кажется, что проделана большая работа, но 2/3 пути еще впереди. За ближайший год наша задача провести несколько пилотов и продать минимум 10 роботов. Мы умеем делать роботов на заказ и оборудовать сторонние тс нашим программным водителем для бесплотности. Обязательно напишу, как мы доставляем посылки беспилотным автомобилем.

На 2024 план продать 100 роботов в России и 50 в ОАЭ. Сейчас мы ведем переговоры с потенциальным дистрибьютором.

Предварительная арифметика: робот стоит 1,6 млн, а ежемесячная подписка 30к/мес. У каждой крупной торговой сети есть 40-50 подходящих магазинов с подходящей площадью. В таких условиях утилизация чистоты максимально эффективная. А есть еще склады, метро и аэропорты.

В современном мире можно за относительно небольшие деньги создать работающий продукт. Главный навык – это поиск информации и управление командами.