Какво Е Автономен Робот?

Тъй като роботиката става все по-добра, идеята за автономен робот става все по-важна.

Тези машини могат да усещат и реагират на заобикалящата ги среда, да вземат решения сами и да се движат без човешка помощ.

В тази публикация в блога ще говоря за частите и технологиите, които позволяват на роботите да работят сами.

Ще говоря също за езиците за програмиране и уменията, които са необходими за създаването им, както и за етичните проблеми и опасенията за безопасност, които идват с използването им.

Независимо дали сте опитен инженер или тепърва започвате, светът на самоуправляващите се роботи със сигурност ще привлече вниманието ви и ще ви накара да искате да научите повече за всички начини, по които тази вълнуваща технология може да се използва.

Въведение в автономните роботи

Официална дефиниция:

Робот, който не само може да поддържа собствената си стабилност, докато се движи, но и може да планира движенията си.

К10 на НАСА (автономия и роботика):

https://www.nasa.gov/centers/ames/research/area-autonomy-and-robotics.html

Автономните роботи са умни машини, които могат да работят сами, да разберат какво се случва около тях, да вземат решения и да действат без помощта на човек.

Автономният робот е вид робот, който има много свобода и може да прави нещата сам без помощ от човек.

Това е възможно, защото роботът има сензори като камери, LiDAR и сонар, които му позволяват да вижда и чува какво се случва около него.

След това роботът взема тази информация и я използва, за да взема решения. Това му дава възможност да действа самостоятелно.

Видове роботи

Има много различни видове роботи и всеки има своите силни и слаби страни. Някои от тях са:

• Автономни роботи: Както вече говорихме, автономните роботи могат да работят сами без човешка помощ.
• Контролирани роботи: За да работят, контролираните роботи се нуждаят от информация от хора. Те могат да бъдат програмирани да изпълняват конкретни задачи, но нямат толкова свобода, колкото роботите, които могат да вършат нещата сами.
• Полуавтономни роботи: Тези роботи имат части както от автономни, така и от контролирани роботи, така че могат да изпълняват някои задачи сами, но все пак се нуждаят от помощ от хора.
• Автоматизирани роботи: Тези роботи са настроени да правят нещата сами.

Но те може да не са толкова независими, колкото роботите, които могат да правят нещата сами.

Разлики между автономни роботи и други видове

Автономните роботи се различават от другите видове роботи, защото могат да вземат решения и да действат сами въз основа на това, което виждат в своята среда, без да се нуждаят от постоянна човешка намеса.

Въпреки че други видове роботи могат да вършат определени задачи, те нямат толкова свобода, колкото автономните роботи.

Автономни роботи в инженерството

Съвет: Включете бутона за надписи, ако имате нужда от него. Изберете „автоматичен превод“ в бутона за настройки, ако не сте запознати с английския език. Може да се наложи първо да щракнете върху езика на видеоклипа, преди любимият ви език да стане достъпен за превод.

Компоненти и технологии за автономни роботи

Автономните роботи са интелигентни машини, които могат да работят сами, да усещат заобикалящата ги среда, да вземат решения и да действат без помощта на човек.

За да направите робот, който може да работи сам, е важно да знаете какви части и технологии са необходими.

Хардуерни компоненти

Хардуерните компоненти са важна част от създаването на робот, който може да прави нещата сам. Сред тях са:

Задвижващите механизми, като двигатели, спирачки и соленоиди, позволяват на робота да се движи и да взаимодейства със заобикалящата го среда.

• Сензори: Сензорите са необходими на робота, за да разбере заобикалящата го среда.

Някои примери за сензори включват камери, LiDAR и инерционни измервателни единици (IMU).

• Източници на енергия: За да работят, автономните роботи се нуждаят от надежден източник на енергия, като батерии или горивни клетки.
• Компютърен хардуер: За да може роботът да обработва данни от сензори, да изпълнява алгоритми и да управлява изпълнителни механизми, той се нуждае от микроконтролер или едноплатков компютър.

Софтуер

При създаването на автономен робот софтуерът е също толкова важен, колкото и хардуерът. Сред тях са:

• Алгоритми за възприемане: Алгоритмите за възприятие позволяват на робота да интерпретира данни от своите сензори и да разбере какво се случва около него.
• Алгоритмите за локализиране помагат на робота да разбере къде се намира и накъде е обърнат в своята среда.
• Алгоритмите за картографиране правят модел на околната среда, който роботът може да използва, за да планира движенията си.
• Алгоритми за планиране и контрол: Алгоритмите за планиране и контрол позволяват на робота да се движи и да взаимодейства с нещата в своята среда.

Комуникация

За да работи добре роботът, той трябва да може да говори със заобикалящата го среда. Това включва разговор с други устройства и системи, безжично или чрез кабели.

Включени дисциплини

За да направите робот, който работи сам, трябва да знаете много за машинното инженерство, електротехниката, компютърните науки и роботиката.

Значението на сензорите в автономните роботи

Сензорите са важна част от самоуправляващите се роботи, защото позволяват на робота да учи за заобикалящата го среда и да взема решения въз основа на наученото.

Защо сензорите са важни за роботите, които могат да действат сами?

Сензорите са много важна част от автономните роботи, защото позволяват на робота да вижда и разбира заобикалящата го среда.

Роботът може да взема решения и да променя действията си въз основа на информацията, която получава от сензорите. Това му позволява да се движи безопасно и да изпълнява задачи с малко помощ от хора.

Видове сензори за самоуправляващи се роботи

Автономните роботи използват различни видове сензори, за да научат за заобикалящата ги среда. В роботиката някои от най-често срещаните видове сензори са:

• Сензори за близост/разстояние: Тези сензори, като ултразвукови или инфрачервени сензори, позволяват на роботите да намират обекти и да измерват разстояния, без да ги докосват.
• Камери и лидарни сензори: Камерите и лидарните сензори могат да се използват за създаване на подробна 3D карта на средата на робота, която може да му помогне да избягва препятствията и да планира пътя си.
• Навигационни сензори: Навигационните сензори, като GPS или енкодери, ви позволяват да разберете къде се намира роботът и да правите промени в неговата скорост, посока и курс. Сензорите за сила измерват силите, приложени върху робот от собственото му тяло или от неща извън него. Това е важно за задачи като хващане или повдигане на неща.
• Инерционни измервателни единици (IMU): IMU измерват ускорението и ъгловата скорост на тялото на робота или външни обекти, което е важно за задачи като балансиране или стабилизиране.

Всеки вид сензор има своите предимства и недостатъци.

Автономните роботи могат да подобрят способността си да виждат и вземат решения, като използват повече от един сензор.

Например, комбинирането на лидарни сензори с камери може да даде на робота по-пълна картина на заобикалящата го среда

Използването на множество навигационни сензори може да подобри точността на локализацията.

Навигация и избягване на препятствия за автономни роботи

Автономните роботи използват системи, които им помагат да се ориентират и да избягват да удрят предмети, за да могат да се движат безопасно и ефективно.

Методи за роботи, които могат да се придвижват сами

• Карти на околната среда: Автономните роботи могат да планират своите движения и да избягват препятствията с помощта на карти на околната среда.
• Сензори като камери за откриване на препятствия със стереовизия или LiDAR: Тези сензори дават на робота 360-градусов изглед на заобикалящата го среда, позволявайки му да вижда препятствията и да планира безопасен маршрут.
• Автоматизирани управлявани превозни средства, дистанционно управлявани превозни средства и автономни мобилни роботи, които работят по-добре със системи за 3D визуализация с широко зрително поле: Тези системи улесняват придвижването на робота и избягването на препятствия.

Автономните роботи трябва да могат да избягват препятствията

Автономните роботи трябва да могат да избягват препятствията, за да могат да се движат безопасно и ефективно в своята среда.

За да могат роботите да избягват препятствията, те трябва да могат надеждно да ги намират и да предвиждат как ще се движат.

Формата на робота също може да повлияе на това как се движи около препятствията. Кръговите роботи са често срещани, защото могат да се въртят на място, без да удрят нищо.

Свикване с обкръжението

Не на последно място, за да работят методите за избягване на препятствия, роботите трябва да могат да се адаптират добре към заобикалящата ги среда.

Това означава, че роботът трябва да може да променя движенията си и да заобикаля препятствията, дори в динамична среда, където препятствията могат да се движат или променят без предупреждение.

Програмиране на автономни роботи

Програмирането е важна част от създаването на роботи, които могат да работят сами, и има много различни езици за програмиране, които могат да се използват за създаване и тестване на роботи.

Езиците, използвани за програмиране на роботи Python и C++ са най-разпространените езици за програмиране за създаване на роботи, които могат да работят сами, но могат да се използват и други езици в зависимост от нуждите на проекта.

Java, MATLAB и PHP са някои други езици за програмиране, които често се използват за роботика.

Всеки език има своите предимства и недостатъци и най-добрият език за даден проект ще зависи от това какво трябва да направи.

Необходими умения за програмиране на роботи

За да направите робот, който може да работи сам, трябва да знаете как да кодирате на езици като Python и C++.

Също така е важно да имате опит с приложно програмиране и създаване на софтуер за хардуерни системи.

Също така е важно да знаете неща за роботиката като теория на управлението, планиране на движението и компютърно зрение.

Ресурси за обучение за програмиране на роботи

Има много начини да научите уменията, от които се нуждаете, за да програмирате роботи, които могат да правят нещата сами. Някои от тях са:

• Курсова работа в университетите: Много университети предлагат онлайн и присъствени курсове по роботика и програмиране.
• Онлайн курсове и семинари: Университети, компании и професионални групи предлагат много онлайн курсове и семинари. Тези курсове могат да преподават всичко - от основите на роботиката до усъвършенствани начини за програмиране на роботи.
• Уроци и ръководства по програмиране: Можете да намерите много уроци и ръководства по програмиране онлайн, които ви показват как да създавате основни автономни мобилни роботи или ви учат как да програмирате роботи по определен начин.

Разходи, свързани с автономни роботи

Автономните роботи стават все по-разпространени в много индустрии, защото могат да подобрят безопасността на работниците, да увеличат производителността и да намалят разходите за труд.

Но разходите за изграждане и използване на автономни роботи могат да варират много в зависимост от това за какво се използват, колко сложни са и какви части се използват.

Първоначални инвестиционни разходи

Първоначалната инвестиция на автономен робот може да бъде съставена от части като хардуер, софтуер и сензори.

Ето някои примери за разходи, които идват с различни видове роботи:

• Автоматизираните управлявани превозни средства (AGV) могат да струват от $14 000 за обикновен AGC до $60 000 за по-сложен теглещ трактор.
• Цената на самоуправляващите се мотокари също може да се промени в зависимост от редица фактори.
• Роботите, използвани в строителството, могат да бъдат скъпи, защото са трудни за производство и средата, в която работят, трябва да бъде стандартизирана.

Робот, който извършва операция, може да струва до 2,5 милиона долара.

Текущи разходи

В допълнение към първоначалната инвестиция, разходите за използване на автономни роботи могат да включват и текущи разходи за поддръжка, ремонти и надстройки.

За да сте сигурни, че роботът продължава да работи правилно и безопасно, може да се наложи да се обслужва и поправя редовно.

Освен това технологията винаги се подобрява, така че може да се наложи роботът да бъде актуализиран, за да бъде в крак с последните промени.

Предимства на автономните роботи

Въпреки че първоначалните инвестиционни разходи за автономен робот могат да бъдат високи, дългосрочните ползи от намалените разходи за труд и повишената производителност могат да бъдат значителни, правейки автономните роботи инвестиция, която си струва за някои приложения.

Използвайки роботи, които могат да работят сами, компаниите могат да спестят пари за труд, да подобрят ефективността и да направят работниците по-безопасни.

Например, роботите могат да работят денонощно с малко надзор, което може да помогне за намаляване на разходите още повече.

Освен това роботите могат да вършат работа, която е твърде скучна, опасна или мръсна за хората. Това освобождава хората да вършат по-важни задачи.

Приложения на автономни роботи

Автономните роботи стават все по-популярни в електронната търговия, центровете за данни, здравеопазването, производството, военните и обществената безопасност, селското стопанство и други области.

Използването на автономни роботи има много предимства, като намаляване на цената на труда, увеличаване на производителността, по-безопасно работно място и намаляване на грешките.

Приложения за електронна търговия

Автономните мобилни роботи (AMR) вече се използват често в индустрията за електронна търговия, за да правят неща като преместване на колички и манипулиране на мобилни устройства.

Тези роботи могат сами да местят продукти от едно място в склада на друго, което ускорява процеса на изпълнение на поръчката.

Самоуправляващите се роботи също могат да помогнат за доставката на стоки до клиентите, което може да намали времето за доставка и да направи клиентите по-щастливи.

Производствена индустрия

Автономните роботи често се използват и в производствената индустрия. Роботите се използват за много неща, като електродъгово заваряване, точково заваряване и преместване на неща.

Когато роботите се използват в производството, безопасността може да се подобри и производството може да се извършва по-бързо и по-ефективно.

С пристигането на Индустрия 4.0, комбинацията от роботика, изкуствен интелект (AI) и машинно обучение (ML) променя начина, по който се извършва производството.

Военна и обществена безопасност

Роботизираната технология се използва в армията и в обществената безопасност, където дронове и роботи, които не се нуждаят от човек, който да ги управлява, се използват за наблюдение.

Тези роботи могат да отидат на опасни места и да събират информация, което прави престоя на хората там по-безопасен. Роботите се използват и за премахване на бомби, намиране на химикали и радиоактивни материали и патрулиране на границите.

Приложения за здравеопазване

Автономните роботи се използват в здравни заведения за извършване на неща като грижа за пациенти, доставяне на лекарства, проверка на жизнените показатели и оказване на емоционална подкрепа.

Автономните мобилни роботи (AMR) често се използват за подпомагане на важни задачи като почистване, телеприсъствие и доставяне на лекарства и медицински консумативи на хора, които се нуждаят от тях.

Роботите могат също така да наблюдават как пациентът се упражнява, да измерват обхвата му на движение и да следят напредъка му.

Освен това роботи със софтуер, базиран на AI, който може да идентифицира лекарства, могат да намалят времето, необходимо за намиране на правилното.

Въпреки че технологията все още е в начален етап, изследователите търсят как роботите могат да бъдат използвани за извършване на по-сложни задачи като доставяне на целеви лекарства, подпомагане на пациенти с малки проблеми и разговори с пациенти.

Селскостопанска индустрия

Автономните роботи се използват и в селскостопанската индустрия, особено за управление на културите. Роботизираните дронове могат да се използват за разглеждане на ниви и откриване на проблеми с посевите

Това казва на фермерите важни неща за техните култури. Самоуправляващите се роботи също могат да следят нефтопроводите и газопроводите, да откриват течове и да спират щетите върху околната среда.

Робот от naio technology:

https://www.naio-technologies.com/en/home/

Бъдещи приложения

Тъй като технологиите се подобряват, самоуправляващите се роботи ще могат да вършат по-сложни задачи, като обслужване на клиенти и логистика.

С развитието на самоуправляващите се автомобили може да има големи промени в автомобилната индустрия, като например по-малко хора да притежават автомобили.

Някои прогнози казват, че използването на самоуправляващи се роботи в индустриите може да има голям ефект върху работните места и че до 50% от работните места могат да бъдат загубени.

Но все още има много несигурност и разгорещен дебат за това как AI и роботите ще повлияят на пазара на труда.

Съображения за етика и безопасност за автономни роботи

Използването на самоуправляващи се роботи може да повдигне редица морални и безопасни въпроси, на които трябва да се отговори, за да се гарантира, че се използват по безопасен и отговорен начин.

Ето някои от най-важните неща, за които да помислите:

Морален въпрос:	Описание:
Пристрастие	Автономните роботи, които използват алгоритми за машинно обучение, могат да имат пристрастия, които водят до несправедливо отношение към хора или групи. Това може да се поправи чрез внимателно проектиране и тестване на алгоритми, за да се уверите, че нямат скрити отклонения.
Измама	Ако роботите са накарани да лъжат за това кои са или какво могат да правят, това може да доведе до опасни или неочаквани ситуации. За да се избегне това, хората, които правят роботи, трябва да бъдат открити за това как са направени и да казват на потребителите какво могат да правят. Когато роботите се използват на работното място, човешките работници могат да бъдат оставени без работа. Компаниите трябва да помислят как автоматизацията ще се отрази на работната им сила и да предложат програми за обучение и други начини да помогнат на работниците, които загубят работата си.
Непрозрачност	Може да е трудно да се разбере как автономните роботи вземат решения, което прави трудно да се разбере защо правят грешки. Хората, които правят роботи, трябва да се опитат да бъдат открити и ясни за това как роботът решава какво да прави.
Безопасност	Автономните роботи трябва да бъдат направени по начин, който да пази потребителите в безопасност. Компаниите трябва да носят отговорност за това, че техните роботи са безопасни и че са тествани добре, преди да бъдат продадени на обществеността.
Надзор	Политиците и регулаторните групи трябва да следят създаването и използването на самоуправляващи се роботи, за да се уверят, че се използват безопасно и отговорно.
поверителност	Роботите, които събират лична информация, могат да накарат хората да се тревожат за поверителността си. За да се защити поверителността на хората, трябва да се въведат правилните правила и мерки за откритост. Потребителите трябва да могат да вярват, че самоуправляващите се роботи ще работят по безопасен и надежден начин. За да изградят доверие, дизайнерите на роботи трябва да поставят безопасността, откритостта и отговорността на първо място в списъците си.

Заключение

Както видяхме в тази публикация в блога, роботите, които могат да работят сами, могат да променят света, в който живеем. Тази технология има много приложения, от правене на производството по-ефективно до подпомагане на хората да получават по-добри грижи.

Но, както при всяка нова технология, има етични проблеми и въпроси, свързани с безопасността, които трябва да бъдат внимателно обмислени и разрешени.

Автономните роботи може да изглеждат като отговор на много от нашите проблеми, но трябва да помним, че те не са заместител на човешкото взаимодействие и вземане на решения.

Вместо това трябва да гледаме на тях като на инструменти, които могат да ни помогнат да постигнем целите си и да направим живота си по-добър. Когато комбинираме силата на самоуправляващите се роботи с човешката креативност и изобретателност, можем да правим невероятни неща, които някога са се смятали за невъзможни.

Като инженери по роботика и студенти, ние имаме шанса да помогнем за оформянето на бъдещето на тази технология и да я накараме да работи за доброто на обществото.

Нека продължим да разглеждаме какво могат да правят автономните роботи, но трябва също така да имаме предвид етичните проблеми и проблемите на безопасността, които идват с тази нова и вълнуваща технология.

Само тогава можем наистина да използваме силата на роботите, които могат да работят сами, за да направят света по-добро място за всички.