随着机器人技术不断进步，自主机器人的想法变得越来越重要。
这些机器可以感知周围环境并做出反应，自行做出决定，并在没有人类帮助的情况下四处移动。
在这篇博文中，我将讨论使机器人能够独立工作的部件和技术。
我还将讨论制作它们所需的编程语言和技能，以及使用它们所带来的道德和安全问题。
无论您是一位经验丰富的工程师还是刚刚起步，自动驾驶机器人的世界一定会吸引您的注意力，并让您想要了解更多关于这项激动人心的技术的所有使用方式。
自主机器人简介
正式定义：
一种机器人，它不仅可以在移动时保持自身的稳定性，还可以规划自己的动作。
美国宇航局的 K10（自治和机器人）：
https://www.nasa.gov/centers/ames/research/area-autonomy-and-robotics.html
自主机器人是可以独立工作的智能机器，可以在没有人帮助的情况下弄清楚周围发生的事情、做出决定和行动。
自主机器人是一种机器人，它具有很大的自由度，可以在没有人帮助的情况下自己做事。
这是可能的，因为机器人有摄像头、激光雷达和声纳等传感器，可以让它看到和听到周围发生的事情。
然后机器人获取这些信息并使用它来做出决定。这使它能够独立行动。
机器人的种类
机器人有很多种，每一种都有自己的长处和短处。其中一些是：
- 自主机器人：正如我们已经谈到的，自主机器人可以在没有人类帮助的情况下自行工作。
- 受控机器人：要工作，受控机器人需要人的输入。它们可以被编程来完成特定的任务，但它们没有像可以自己做事的机器人那样自由。
- 半自主机器人：这些机器人既有自主机器人的部分，也有受控机器人的部分，所以它们可以自己完成一些任务，但仍然需要人类的一些帮助。
- 自动化机器人：这些机器人被设置为自己做事。
但它们可能不像可以自己做事的机器人那样独立。
自主机器人与其他机器人的区别
自主机器人不同于其他类型的机器人，因为它们可以根据在环境中看到的情况自行做出决定并采取行动，而无需持续的人工输入。
尽管其他种类的机器人可以完成某些工作，但它们的自由度不如自主机器人。
工程中的自主机器人
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自主机器人的组件和技术
自主机器人是一种智能机器，可以独立工作、感知周围环境、做出决定并在没有人帮助的情况下采取行动。
要制造一个可以独立工作的机器人，了解需要哪些零件和技术非常重要。
硬件组件
硬件组件是制造可以自行完成任务的机器人的重要组成部分。其中包括：执行器，如电机、制动器和螺线管，使机器人能够移动并与周围环境互动。
- 传感器：传感器是机器人了解周围环境所必需的。
传感器的一些示例包括相机、LiDAR 和惯性测量单元 (IMU)。
- 电源：为了工作，自主机器人需要可靠的电源，如电池或燃料电池。
- 计算硬件：机器人要处理传感器数据、运行算法和控制执行器，就需要微控制器或单板计算机。
软件
在制造自主机器人时，软件与硬件一样重要。其中包括：
- 感知算法：感知算法让机器人解释来自其传感器的数据并弄清楚周围发生的事情。
- 定位算法帮助机器人弄清楚它在哪里以及它在环境中面对的方向。
- 映射算法创建了一个环境模型，机器人可以使用该模型来规划其运动。
- 规划和控制算法：规划和控制算法让机器人四处移动并与其环境中的事物交互。
沟通
为了让机器人正常工作，它需要能够与周围环境对话。这包括通过无线方式或有线方式与其他设备和系统通信。
包括学科
要制造独立工作的机器人，您需要了解很多有关机械工程、电气工程、计算机科学和机器人技术的知识。
传感器在自主机器人中的重要性
传感器是自动驾驶机器人的重要组成部分，因为它们让机器人了解周围环境，并根据所了解的内容做出决策。
为什么传感器对于可以自行行动的机器人很重要？
传感器是自主机器人的一个非常重要的部分，因为它们让机器人看到并了解周围的环境。
机器人可以根据从传感器获得的信息做出决定并改变其动作。这让它可以安全地四处走动，并在几乎不需要人类帮助的情况下完成任务。
自动驾驶机器人的传感器类型
自主机器人使用不同种类的传感器来了解周围环境。在机器人技术中，一些最常见的传感器类型是：
- 接近/距离传感器：这些传感器，如超声波或红外传感器，可以让机器人在不接触物体的情况下找到物体并测量距离。
- 摄像头和激光雷达传感器：摄像头和激光雷达传感器可用于制作机器人所处环境的详细 3D 地图，帮助机器人避开障碍物和规划路径。
- 导航传感器：导航传感器，如 GPS 或编码器，可让您确定机器人的位置并更改其速度、方向和路线。力传感器测量机器人自身或外部物体施加在机器人上的力。这对于抓取或举起东西等任务很重要。
- 惯性测量单元 (IMU)：IMU 测量机器人身体或外部物体的加速度和角速度，这对于平衡或稳定等任务很重要。
每种传感器都有自己的优点和缺点。
自主机器人可以通过使用多个传感器来提高其观察和决策的能力。
例如，将激光雷达传感器与摄像头相结合，可以让机器人更全面地了解周围环境
使用多个导航传感器可以提高定位的准确性。
自主机器人的导航和避障
自主机器人使用的系统可以帮助他们找到周围的路并避免撞到东西，这样他们就可以安全有效地四处移动。
可以自行四处走动的机器人的方法
- 环境地图：自主机器人可以在环境地图的帮助下规划自己的行动并避开障碍物。
- 立体视觉障碍物检测相机或 LiDAR 等传感器：这些传感器为机器人提供 360 度的周围环境视图，让它看到障碍物并规划安全路线。
- 与具有宽视野的 3D 视觉系统配合使用效果更好的自动导引车、远程遥控车和自主移动机器人：这些系统使机器人可以轻松地四处移动并避开障碍物。
自主机器人需要能够避开障碍物
自主机器人需要能够避开障碍物，这样它们才能在其环境中安全有效地移动。
机器人要想避开障碍物，就必须能够可靠地找到它们并预测它们的移动方式。
机器人的形状也会影响它绕过障碍物的方式。圆形机器人很常见，因为它们可以原地旋转而不会撞到任何东西。
习惯周围的环境
最后但同样重要的是，要使避障方法发挥作用，机器人必须能够很好地适应周围环境。
这意味着机器人必须能够改变其动作并绕过障碍物，即使在障碍物可能在没有警告的情况下移动或变化的动态环境中也是如此。
编程自主机器人
编程是制造可以独立工作的机器人的重要部分，有许多不同的编程语言可用于制造和测试机器人。
用于机器人编程的语言 Python 和 C++ 是制造可独立工作的机器人最常用的编程语言，但也可以根据项目需要使用其他语言。
Java、MATLAB 和 PHP 是其他一些常用于机器人技术的编程语言。
每种语言都有自己的优点和缺点，项目的最佳语言将取决于它需要做什么。
机器人编程所需的技能
要制造一个可以独立工作的机器人，您需要知道如何使用 Python 和 C++ 等语言进行编码。
拥有应用编程和为硬件系统制作软件的经验也很重要。
了解有关机器人技术的知识也很重要，例如控制理论、运动规划和计算机视觉。
学习机器人编程的资源
有很多方法可以学习您需要的技能，以便为可以自己做事的机器人编程。其中一些是：
- 大学课程：许多大学提供机器人和编程方面的在线和面授课程。
- 在线课程和研讨会：大学、公司和专业团体提供大量在线课程和研讨会。这些课程可以教授从机器人技术基础知识到高级机器人编程方法的任何内容。
- 编程教程和指南：您可以在网上找到很多编程教程和指南，向您展示如何构建基本的自主移动机器人或教您如何以某种方式对机器人进行编程。
与自主机器人相关的成本
自主机器人在许多行业中变得越来越普遍，因为它们可以提高工人的安全性、提高生产率并降低劳动力成本。
但建造和使用自主机器人的成本可能会有很大差异，具体取决于它们的用途、复杂程度以及使用的部件。
初始投资成本
自主机器人的初始投资成本可以由硬件、软件和传感器等部分组成。
以下是不同类型机器人带来的一些成本示例：
- 自动导引车 (AGV) 的成本从简单 AGC 的 14,000 美元到更复杂的牵引车的 60,000 美元不等。
- 自动驾驶叉车的成本也会根据多种因素而变化。
- 用于建筑的机器人可能很昂贵，因为它们很难制造，而且它们工作的环境需要标准化。
一台做手术的机器人成本高达 250 万美元。
持续成本
除了初始投资外，使用自主机器人的成本还包括维护、修理和升级的持续成本。
为确保机器人持续正确、安全地工作，可能需要定期对其进行维修和修理。
此外，技术总是越来越好，因此机器人可能需要更新以跟上最新的变化。
自主机器人的好处
尽管自主机器人的初始投资成本可能很高，但降低劳动力成本和提高生产率的长期收益可能非常显着，这使得自主机器人在某些应用中成为一项值得的投资。
通过使用可以独立工作的机器人，企业可以节省人工成本、提高效率并让工人更安全。
例如，机器人可以在几乎没有监督的情况下全天候工作，这有助于进一步降低成本。
此外，机器人可以完成人类无法完成的无聊、危险或肮脏的工作。这可以让人们腾出时间去做更重要的工作。
自主机器人的应用
自主机器人在电子商务、数据中心、医疗保健、制造、军事和公共安全、农业等领域越来越受欢迎。
使用自主机器人有很多好处，例如降低劳动力成本、提高生产率、使工作场所更安全以及减少错误。
电子商务应用
自主移动机器人 (AMR) 现在常用于电子商务行业，以执行移动购物车和操纵移动设备等操作。
这些机器人可以自行将产品从仓库中的一个地方移动到另一个地方，从而加快订单履行过程。
自动驾驶机器人还可以帮助向客户送货，从而缩短送货时间并让客户更满意。
制造业
自主机器人也经常用于制造业。机器人有很多用途，例如弧焊、点焊和移动物体。
当机器人用于制造时，可以提高安全性并可以更快、更高效地完成生产。
随着工业 4.0 的到来，机器人技术、人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 的结合正在改变制造的方式。
军事和公共安全
机器人技术用于军事和公共安全领域，其中不需要人来控制的无人机和机器人用于监视。
这些机器人可以进入危险的地方并收集信息，让人们在那里更安全。机器人还被用来清除炸弹、寻找化学品和放射性物质以及巡逻边界。
医疗保健应用
自主机器人在医疗保健环境中用于做一些事情，比如照顾病人、运送药物、检查生命体征和提供情感支持。
自主移动机器人 (AMR) 通常用于帮助完成重要任务，例如清洁、远程呈现以及为需要它们的人提供药品和医疗用品。
机器人还可以观察患者如何锻炼，测量他们的运动范围，并跟踪他们的进展。
此外，带有可以识别药物的人工智能软件的机器人可以减少找到合适药物的时间。
尽管这项技术仍处于早期阶段，但研究人员正在研究如何使用机器人来完成更复杂的任务，例如提供有针对性的药物、帮助患者解决小问题以及与患者交谈。
农业产业
自主机器人也被用于农业，特别是用于作物管理。机器人无人机可用于观察田地并发现作物问题
这告诉农民关于他们作物的重要信息。自动驾驶机器人还可以监视石油和天然气管道，发现泄漏，并阻止对环境的破坏。
https://www.naio-technologies.com/en/home/
未来的应用
随着技术的进步，自动驾驶机器人将能够完成更复杂的工作，例如客户服务和物流。
随着自动驾驶汽车的发展，汽车行业可能会发生巨大变化，比如拥有汽车的人会减少。
一些预测称，自动驾驶机器人在工业中的使用可能会对就业产生重大影响，高达 50% 的工作岗位可能会流失。
但关于人工智能和机器人将如何影响就业市场，仍然存在很多不确定性和激烈的争论。
自主机器人的道德和安全考虑
自动驾驶机器人的使用会带来许多需要回答的道德和安全问题，以确保以安全和负责任的方式使用它们。
以下是一些需要考虑的最重要的事情：
| 道德问题： | 描述： |
|---|---|
| 偏见 | 使用机器学习算法的自主机器人可能会有偏见，导致对人或群体的不公平对待。这可以通过仔细设计和测试算法来解决，以确保它们没有任何隐藏的偏见。 |
| 欺骗 | 如果让机器人谎报他们是谁或他们能做什么，可能会导致危险或意外情况。为避免这种情况，制造机器人的人应该公开他们的制造方式并告诉用户他们可以做什么。当机器人在工作场所使用时，人类工人可能会失业。公司应该考虑自动化将如何影响他们的员工队伍，并提供培训计划和其他方式来帮助失业的工人。 |
| 不透明度 | 很难理解自主机器人是如何做出决定的，因此很难弄清楚它们为什么会犯错。制造机器人的人应该尽量开放和清楚机器人如何决定做什么。 |
| 安全 | 自主机器人需要以确保用户安全的方式制造。公司应该负责确保他们的机器人是安全的，并且在向公众出售之前对它们进行了良好的测试。 |
| 监督 | 政策制定者和监管团体应密切关注自动驾驶机器人的创造和使用，以确保安全和负责任地使用它们。 |
| 隐私 | 收集个人信息的机器人会让人们担心他们的隐私。为了保护人们的隐私，应该制定正确的公开规则和措施。用户必须能够相信自动驾驶机器人将以安全可靠的方式工作。为了建立信任，机器人设计师应该将安全、开放和责任放在首位。 |
结论
正如我们在这篇博文中看到的那样，可以独立工作的机器人可以改变我们生活的世界。这项技术有很多用途，从提高制造效率到帮助人们获得更好的护理。
但是，与任何新技术一样，存在需要仔细考虑和处理的道德和安全问题。
自主机器人似乎可以解决我们的许多问题，但我们必须记住，它们不能替代人类互动和决策。
相反，我们应该将它们视为可以帮助我们实现目标并让我们的生活更美好的工具。当我们将自动驾驶机器人的力量与人类的创造力和独创性结合起来时，我们就可以做出曾经被认为不可能的惊人事情。
作为机器人工程师和学生，我们有机会帮助塑造这项技术的未来，并使其造福社会。
让我们继续研究自主机器人能做什么，但我们也应该牢记伴随这项激动人心的新技术而来的伦理和安全问题。
只有这样，我们才能真正发挥机器人自主工作的力量，让世界变得更美好。
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