Diplomová práce v programech, specializacích Informatika a její specializace - Zpracování přirozeného jazyka, Softwarové a informační systémy - Softwarové inženýrství.
Zadání předpokládá, že humanoidní roboti Unitree G1 a H1 budou fyzicky k dispozici od externího dodavatele. Pokud tomu tak nebude, práce bude upraveno pouze pro řešení formou simulace.
1. Seznamte se s humanoidními roboty Unitree G1 a H1 a jejich oficiálními vývojářskými zdroji (včetně SDK pro C++ a Python, dokumentace). Proveďte rešerši relevantních open-source a třetích knihoven (ROS/ROS2, OpenCV, Point-LIO, MoveIt2, RL frameworky) a simulačních nástrojů, zejména Nvidia Isaac Sim a Isaac Lab. Prozkoumejte koncept a potenciál platformy Nvidia GR00T pro humanoidní roboty.
2. Navrhněte a implementujte postupy pro programování a základní adaptaci robotů G1 a H1 s využitím oficiálního Unitree SDK. Zaměřte se na získávání a zpracování senzorických dat (IMU, síla v končetinách, LiDAR, hloubkové kamery) a na implementaci nízkoúrovňového (řízení motorů) i vysokoúrovňového (pohybové módy, chůze) řízení. Vytvořte a otestujte simulační prostředí pro roboty G1/H1 v Nvidia Isaac Sim, včetně importu modelů, nastavení fyziky, simulace senzorů a propojení s ROS/ROS2 pomocí Isaac ROS Bridge.
3. Vyhodnoťte funkčnost implementovaných řídicích algoritmů a simulačních scénářů. Posuďte přesnost a efektivitu simulace v Nvidia Isaac Sim ve srovnání s potenciálním nasazením na reálném robotu (za předpokladu, že bude robot fyzicky dostupný). Analyzujte možnosti a výzvy integrace s platformou Nvidia GR00T na základě dostupných informací a potenciálních experimentů v simulaci.
4. Diskutujte získané výsledky s ohledem na praktické využití robotů G1 a H1 ve výzkumu a vývoji. Zhodnoťte roli a přínos simulačních nástrojů (Isaac Sim) a potenciálních základových modelů (GR00T) v procesu vývoje. Posuďte význam komunitních zdrojů, open-source knihoven a platforem (GitHub, fóra) pro práci s těmito roboty. Kriticky zhodnoťte dosažené výsledky, identifikujte omezení a navrhněte možné směry budoucí práce.
Podklady pro zadání:
Souhrn poznání pro diplomovou práci: Programování, Adaptace a Simulace Humanoidních Robotů Unitree G1 a H1
Tento dokument shrnuje klíčové informace z výzkumu týkajícího se programování, adaptace a simulace humanoidních robotů Unitree G1 a H1, relevantní pro zadané úkoly diplomové práce.
1. Roboti, zdroje, knihovny a technologie
Roboti Unitree G1 a H1: Jsou prezentováni jako pokročilé humanoidní platformy s komplexními schopnostmi lokomoce, manipulace (G1 má pokročilou ruku Dex3-1) a interakce s prostředím. Jsou vybaveny řadou senzorů (IMU, síla v končetinách, LiDAR, hloubkové kamery). Některé konfigurace obsahují výkonné onboard jednotky (např. NVIDIA Jetson Orin NX).
Oficiální Zdroje Unitree:
Web a Dokumentace: Poskytují základní příručky (SDK Development Guides), manuály a specifikace. Detailní API reference mohou být součástí SDK nebo specifických online průvodců.
GitHub (unitreerobotics): Klíčový hub pro SDK (unitree_sdk2), ROS/ROS2 balíčky (unitree_ros, unitree_ros2), příklady (unitree_guide) a Python rozhraní (unitree_sdk2_python). Zdůrazňuje se open-source přístup.
Unitree SDK (unitree_sdk2): Podporuje G1, H1 (a další modely). Nabízí rozhraní v C++ (pro výkon) a Pythonu (pro rychlé prototypování, AI/ML).
Klíčové Funkce SDK:
Řízení: Nízkoúrovňové (přímé řízení motorů - krouticí moment, pozice, rychlost) i vysokoúrovňové (předdefinované módy - stání, chůze, běh; typy chůze).
Senzorická Data: Přístup k IMU, senzorům síly v končetinách, LiDARu, hloubkovým kamerám.
Komunikace: Podpora Ethernet, UDP, a zejména DDS (v SDKv2 a ROS2).
Develop Mode: Speciální režim pro nízkoúrovňový vývoj a debugování.
Simulace (Nvidia Isaac Sim):
Platforma postavená na Nvidia Omniverse pro fyzikálně přesnou simulaci.
Využívá PhysX engine pro realistickou dynamiku.
Obsahuje předpřipravené modely G1 (g1.usd) a H1 (h1.usd).
Podporuje realistickou simulaci senzorů (LiDAR, hloubkové kamery, IMU, kontakt).
Isaac ROS Bridge: Klíčový pro bezproblémovou integraci s ROS/ROS2 (obousměrná komunikace).
Nvidia Isaac Lab: Modulární framework nad Isaac Sim, zaměřený na robotické učení (RL, učení z demonstrací), s explicitní podporou pro Unitree roboty.
Relevantní Knihovny a Frameworky:
ROS/ROS2: Silná podpora přes oficiální balíčky (unitree_ros/unitree_ros2) obsahující URDF modely a Gazebo kontrolery. Umožňuje využití rozsáhlého ROS ekosystému.
Percepce: OpenCV (zpracování obrazu), point_lio_unilidar (příklad pokročilé LiDAR inerciální odometrie).
Plánování: MoveIt2 (plánování pohybu, inverzní kinematika, kolize).
Řízení/Učení: RL frameworky (např. rsl_rl s Isaac Gym, Stable-Baselines3 s Isaac Lab), PyBullet (alternativní fyzikální engine).
Nvidia GR00T: Prezentováno jako potenciální budoucí technologie – základový model (foundation model) pro humanoidní roboty. Jeho integrace je předmětem zkoumání, pravděpodobně s využitím Isaac Sim/Lab pro vývoj a trénink. Konkrétní detaily integrace nejsou v textu rozvedeny.
2. Implementace a Simulace
Programování pomocí SDK: Využití C++ nebo Pythonu pro přístup k senzorům a implementaci řízení (nízko- i vysokoúrovňového). Oficiální GitHub repozitáře obsahují praktické příklady kódu, které demonstrují základní i pokročilejší operace a slouží jako startovní bod.
Nastavení Simulace v Isaac Sim: Proces zahrnuje import .usd modelů G1/H1, konfiguraci fyzikálních parametrů (timestep, solver), nastavení simulovaných senzorů a využití Isaac ROS Bridge pro komunikaci a řízení robota pomocí ROS/ROS2 nodů. Existují specifické tutoriály a návody (např. pro H1 + Isaac Sim + ROS2).
3. Vyhodnocení a Analýza
Funkčnost Algoritmů: Lze testovat a vyhodnocovat v simulaci (Isaac Sim) před nasazením na hardware. SDK poskytuje nástroje pro implementaci různých strategií.
Přesnost a Efektivita Simulace: Isaac Sim s PhysX nabízí vysokou fyzikální věrnost a realistickou simulaci senzorů, což snižuje potřebu testování na reálném hardware v raných fázích vývoje. Srovnání s realitou je klíčové (pokud je robot dostupný), ale simulace poskytuje cenné prostředí pro validaci.
Analýza Integrace GR00T: Na základě dostupných informací je integrace GR00T explorativní. Výzvy mohou zahrnovat požadavky na data, výpočetní náročnost a přizpůsobení modelu specifickému hardwaru G1/H1. Experimenty v simulaci (Isaac Lab) mohou být klíčové pro posouzení proveditelnosti.
4. Diskuze a Praktické Aspekty
Praktické Využití: Roboti G1/H1 s podporou SDK a simulace jsou vhodné platformy pro výzkum v autonomní navigaci (využití LiDAR, Point-LIO), manipulaci (G1 ruka, MoveIt2), interakci člověk-robot a testování pokročilých řídicích algoritmů (včetně RL v Isaac Lab).
Role Simulace a GR00T: Isaac Sim výrazně urychluje vývojový cyklus a umožňuje bezpečné testování. GR00T (a podobné základové modely) představují potenciální skok ve schopnostech robotů, ale vyžadují další výzkum a integraci.
Téma vypsal: Ing. Miloslav Konopík, Ph.D. (UN 334)
Vypsáno pro akademický rok 2025/2026 dne: 2025-04-14
Toto téma je zatím volné. Pokud o téma máte vážný zájem, vyplňte prosím následující formulář, kterým si téma zamluvíte (všechny položky jsou povinné).