Термины и определения основных понятий, описывающих робот телеприсутствия

Содержание

Скорость интернета, необходимая для видеосвязи

Требуемая полоса пропускания интернет-канала связи ("скорость интернета") зависит от размера видео, которое вы хотите получить от робота и частоты кадров (при частоте кадров более 10 в секунду видео кажется непрерывным). Грубо ее можно оценить по формуле (подробнее см. здесь):

[required bitrate] = [image width] x [image height] x [frame rate] x [motion rank] x 0.07,

где motion rank зависит от того, как быстро меняется сцена. Например если камера снимает пейзаж, на котором почти ничто не меняется, то motion rank = 1; если же камера снимает ринг с боксерами, то motion rank = 4. Если робот телеприсутствия стоит на месте и в кадре никого нет, то motion rank = 1. Если робот едет, то motion rank = 2, если робот разворачивается или опускает голову, то сцена меняется максимально быстро и motion rank = 4. К примеру, если вы используете камеру с разрешением 1280x720 и частота кадров равна 24  кадра в секунду, робот стоит на месте и снимает спокойную сцену, получим

1280 x 720 x 24 x 1 x 0,07 = 1,5 Мбит/с

Если же робот едет по ровному полу длинного коридора, когда меняется только вид на стены (motion rank = 2), получим 3 Мбит/с. Если робот разворачивается, когда сцена меняется очень быстро и существенно, motion rank = 4 и требуемая полоса равна 6 Мбит/с.

Эта оценка очень приблизительная, т.к. она не учитывает глубину цвета (8 бит или 24 бит), способ кодирование цвета, количество разностных кадров (B-frames) в видеопотоке и метод сжания (обычно это h.254 или VP8, VP9).

Робот телеприсутствия по принципу действия должен получать видео в реальном времени, т.е. применение буфера для сглаживания скачков в скорости передачи видео и провалов в пропускной способности канала связи невозможно. Точнее, буфер должен вносить задержку не более 0,2 с. При большей задержке рассогласование между моментом касания круга управления и началом движения робота делает процесс управления некомфортным. Поэтому в случае, если информация поступает быстрее, чем канал может пропустить, система видеосвязи должна автоматически снизить величину видеопотока, чтобы видео не прервалось.

Видеосвязь практически во всех роботах телеприсутствия основана на технологии WebRTC (Web Real-Time Communications), разработанной и стандартизованной фирмой Google и внедренной в ряд веб браузеров. WebRTC решает описанную выше проблему путем автоматического уменьшения размера кадров. Поэтому если вы установили разрешающую способность камеры, например, 1280 х 720 пикселей, а ваш интернет-канал имеет пропускную способность 5Мбит/с, то при развороте робота или во время его езды по неровной поверхности, когда камера робота трясется, [motion rank] резко возрастает, увеличивается требуемая пропускная способность и алгоритм WebRTC автоматически понижает размер кадра. Четкость видео заметно снижается. После остановки робота четкость автоматически восстанавливается в соответствии с фактической полосой пропускания.

Полоса пропускания интернет-канала является не единственным ограничением размера видео. Очень важно иметь на передающей и принимающей стороне процессоры достаточной производительности. Компьютер с емкостью оперативной памяти 3 Гб и 4-ядерным процессором с трудом обеспечит обработку видеопотока 6 Мбит/с. Поэтому, несмотря на то, что планшет может иметь камеру, например, 5 Мегапикселей, вы не сможете передать видео с таким разрешением из-за ограничений производительности процессора.

Производители роботов телеприсутствия в характеристиках обычно указывают требуемую скорость интернета. Эта характеристика, по нашему мнению, не содержит полезной информации и только вводит потребителя в заблуждение. На самом деле размер (разрешение) видео зависит только от производительности гаджетов на приемной стороне и в роботе и от пропускной способности интернет-канала и не зависит от особенностей программной реализации робота, если он использует технологию WebRTC и если в нем не допущено ошибок. Требуемая полоса или разрешение видео не зависят также от типа и производительности используемых серверов, для передачи видео всегда используется P2P канал, в котором сервер нужен только для получения IP-адресов и не участвует в передаче видео. В очень редких случаях WebRTC использует TURN-сервер и тогда разрешение видео зависит от его производительности.

Надо также иметь в виду, что мобильный интернет, как правило, имеет очень плохое качество интернет-канала и не позволяет передавать видео в высоком разрешении.

To Top

Соотношение сторон видекадра

Мониторы и матрицы видеокамеры редко бывают квадратными. Стандартное соотношение сторон - 4:3, 3:2, 16:9, 17:9 и т.д. Поэтому для отображения на мониторе видеокадра целиком соотношение сторон видеосенсора и видеомонитора должны быть одинаковыми. Посмотрите рисунки ниже.

Первый случай: планшет (и его камера) в роботе расположены вертикально

Выше показан случай, когда планшет в роботе расположен вертикально. Ниже показано, что увидит опрератор на удаленном гаджете:
Если удаленный монитор расположен горизонтально, а по вертикали кадр полностью вписывается в монитор, вы увидите две пустые (черные) полосы с двух сторон изображения.	Если же вы хотите растянуть изображение на всю ширину монитора, то часть изображения по вертикали неизбежно выйдет за границы монитора и вы не увидите все изображение целиком.	И только в случае, если удаленный монитор расположен вертикально, а его соотношение сторон будет в точности такое же, как у камеры в роботе, вы увидете все изображение целиком, без потерь и без черных полос.

Второй случай: планшет в роботе установлен горизонтально

Рассмотрим теперь случай, когда планшет в роботе (и его камера) расположены горизонтально, см. выше. На этом рисунке показан пейзаж, который видит камера планшета. Ниже показан тот же пейзаж, но на приемной конце (на экране удаленного гаджета).
Если соотношения сторон камеры в роботе и экрана на приемной стороне не совпадают, например, у камеры соотношение 4:3, а на приемной стороне 16:9, а вы хотите увидеть все изображение по высоте, по краям неизбежно появятся черные полосы, поскольку в этом месте нет изображения.	Если же вы растянете изображение на всю ширину экрана, то часть изображение выйдет за его границы по высоте.	И только в случае, когда и соотношения сторон, и расположение обоих гаджетов совпадают, вы получите полное изображение без черных полос.

To Top

Тип аккумуляторов

Многие роботы телеприсутствия используют литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторы. Они имеют очень высокую удельную емкость и поэтому обеспечивают большое время работы робота при его малом весе. Однако, роботы с такими аккумуляторами запрещены к транспортировке воздушным транспортом из-за опасности самовоспламенения, смотрите, например, статью на эту тему на сайте федерального агентства авиаперевозок.

Поэтому роботы серии BotEyes используют безопасные непроливаемые свинцово-кислотные аккумуляторы, такие, как в источниках бесперебойного питания настольных компьютеров. Как следствие, такие роботы имеют больший вес, однако они безопасны по воспламенению и поэтому разрешены к транспортировке воздушным транспортом.

Вторым преимуществом свинцово-кислотных аккумуляторов является их большой вес, который обеспечивает устойчивость робота. Легкие роботы могут упасть при наезде на препятствие или при движении по наклонной поверхности.

To Top

Высота робота и его устойчивость

Для удобства общения с роботом он должен иметь высоту, равную среднему росту человека. Однако, из чисто геометрических рассмотрений следует, что если высокий робот наезжает одним колесом на препятствие, он наклоняется в сторону и величина отклонения тем больше, чем выше робот. Например, если расстояние между колесами равно 20 см и высота робота 140 см, (140/20 = 7), при неровностях на полу высотой 2 мм отклонение головы от средней позиции будет равно 2 * 7 = 1,4 см, а амплитуда колебаний будет равна 2,8 см, что очень заметно. По этой причине все без исключения робты телеприсутствия "качают головой" при движении и степень "раскачивания" зависит не от конструкции робота, а от неровности пола. Для уменьшения этого эффекта нужно увеличивать расстояние между колесами и уменьшать высоту робота. Существуют также стедикамы - специальные электромеханические устройства для стабилизации камеры и подавления вибраций, но их цена выше цены самого робота.

Идеальный робот имеет малый вес и высокий рост, однако чем легче база робота и чем он выше, тем проще он падает на пол. Такое случается, если во время движения робот задевает край стола или переезжает через препятствие. Как мы помним, все напольные лампы (торшеры) имею тяжелое основание. То же самое касается робота.

Некоторые роботы решают эту проблему с помощью двухколесной платформы типа сегвея, однако такой подход имеет свои недостатки:

• если во время движения одно из колес цепляется за препятствие, или робот задевает край стола, он мгновенно падает;
• робот не может переехать препятствие типа порожка в дверном проеме;
• в начале движения робот отклоняется назад, при остановке - вперед. Это связано с инерционностью автоматической системы поддержания равновесия;
• робот расходует энергию даже во время стоянки. Энергия расходуется на поддержание равновесия;
• для стоянки без расхода энергии робот выдвигает опору, однако площадь полученного треугольника очень мала и робот легко падает, если его нечаянно задевает проходящий мимо человек;
• стабилизация выполняется только по одной координате. Робот все равно раскачивается в стороны и вверх-вниз.
• роботы этого типа имеют более высокую стоимость, поскольку имеют дорогие бесколлекторные двигатели и дополнительный контроллер стабилизации.

To Top

Автоответ

Практически все средства видеокоммуникации не имеют режима, когда во время звонка на втором конце автоматически "поднимается трубка". Это сделано для того, чтобы звонящий не мог застать человека, которому он звонит, в неудобном положении: раздетого, в туалете, кровати и проч. Однако при использовании робота телеприсутствия часто бывает ситуация, когда в помещении с роботом никого нет и некому "поднять трубку". Например, вы уехали отдыхать, оставив дома робота и хотите посмотреть, что творится в квартире в ваше отсутствие: не забыт ли утюг включенным, закрыт ли кран с водой, не завяли ли цветы, что делает ваша кошка и не открыто ли окно во время дождя. Или, например, если роботу звонит удаленный сотрудник фирмы, который не хочет никого просить, чтобы "подняли трубку" в планшете робота. Такое событие, когда после звонка робот отвечает сам, без посторонней помощи, называется автоответом.

To Top

Время работы от аккумулятора

Продолжительность работы от аккумуляторов является очень неопределенным параметром, который часто вводит потребителя в заблуждение. Дело в том, что основная часть энергии расходуется на передвижение робота. Поэтому время работы в первую очередь зависит от того, какую часть времени робот стоял на месте и какую - ехал. Корректное описание продолжительности работы от аккумулятора должно состоять из двух частей: времени при непрерывном движении робота и времени без движения.

To Top

Автоматическая подзарядка планшета

Робот может иметь или не иметь USB разъем для подзарядки планшета. Термин "автоматическая подзарядка" означает, что робот подзаряжается во время его использования и не требует для этого ручных манипуляций.

To Top

Автодокинг, автоматическая установка в док

Установка на зарядную станцию (в док) может быть ручной и автоматической. Ручная установка означает, что удаленный оператор, управляя роботом через интернет, заезжает на док-станцию, глядя на экран гаджета и управляя роботом. Автоматическая установка означает, что удаленный оператор нажимает кнопку "Autodocking" и робот сам отыскивает док-станцию и заезжает на нее. Роботы телеприсутствия крайне редко имеют эту функцию. Причина в том, что функция автодокинга повышает удобство робота совсем незначительно, но увеличивает его стоимость.

Автоматическая установка в док робота BotEyes основана на оптическом распознавании док-станции. Поэтому система работает только в условиях хорошего освещения и отсутствия посторонних предметов рядом с док-станцией. На видео ниже вы можете видеть, как робот ищет док-станцию и едет к ней в автоматическом режиме:

To Top

Избегание препятствий

Как правило, роботы с хорошей управляемостью, такие как BotEyes, легко обходят любые препятствия: офисные столы, стулья, стены и могут маневрировать даже среди предметов, находящих на расстоянии 1 см от шасси робота. Однако в случае, когда человек только начинает учиться управлять роботом, система предотвращения с препятствиями может быть полезной. Работает она следующим образом: в передней части робота установлены датчики, которые срабатывают, когда появляется препятствие на расстоянии 10-20 см от робота. Робот останавливается и в течение 5 сек не реагирует на команды, затем начинает работать как обычно. Пример поведения робота при наличии перпятствий показан на видео ниже. Обратите внимание на мигающее сообщение о препятствии вверху посредине экрана и на звуковое предупреждение.

To Top

Возможность наклона головы

Робот телеприсутствия может иметь наклоняемую голову, наклоняемую камеру или неподвижную камеру. Наклон камеры нужен, чтобы робот мог "смотреть под ноги", когда нужно объехать препятствие. В некоторых роботах для этого используется вторая камера, показывающая шасси и колеса. Недостаток этого подхода в том, что передача видео от двух камер требует большей полосы пропускания интернет-канала, кроме того, второе изображение занимает полезное место на экране, ухудшая обзор.

Наклон планшета полезен также тем, что позволяет "смотреть прямо в глаза" собеседнику и собеседник видит вас под удобным для него углом.

To Top

Совместимость с Android/iOS/Windows/MacOS

Только некоторые роботы телеприсутствия (в их числе BotEyes) позволяют использовать гаджет с любой операционной системой (Android, iOS, Windows, MacOS) как в голове робота, так и для управления им. Это обстоятельство очень важно, поскольку позволяет использовать либо привычную для вас ОС, либо выбрать гаджет, подходящий по цене и характеристикам для решения конкретно вашей задачи.

To Top

Мощность громкоговорителя

Если робот использует обычный планшет, мощность громкоговорителя в нем редко превышает 1 Вт. Этого вполне достаточно для общения "один на один" с собеседником. Однако, если робот находится в большом зале или шумном помещении (например, на выставке), громкость звука может быть недостаточна для свободного общения. В этом случае можно использовать внешний громкоговоритель, подключаемый к планшету через Bluetooth.

To Top

Управление скоростью перемещения

Как правило, роботы имеют фиксированную скорость перемещения. Только некоторые из них позволяют регулировать скорость во время движения. Такая регулировка необходима, когда робот находится в тесном помещении и нужно объехать близко расположенные препятствия. В роботе BotEyes скорость движения изменяется плавно, пропорционально расстоянию указателя на круге управления от его центра: чем дальше от центра, тем выше скорость.

To Top