Mis On Autonoomne Robot?

Kuna robootika läheb aina paremaks, muutub autonoomse roboti idee üha olulisemaks.

Need masinad suudavad tajuda ümbritsevat ja sellele reageerida, teha iseseisvalt otsuseid ja liikuda ilma inimese abita.

Selles blogipostituses räägin osadest ja tehnoloogiatest, mis võimaldavad robotitel iseseisvalt töötada.

Räägin ka programmeerimiskeeltest ja -oskustest, mida nende tegemiseks vaja läheb ning eetilistest ja ohutusprobleemidest, mis nende kasutamisega kaasnevad.

Olenemata sellest, kas olete kogenud insener või alles alustanud, köidab isejuhtivate robotite maailm kindlasti teie tähelepanu ja paneb teid tundma lisateavet kõigi selle põneva tehnoloogia kasutusviiside kohta.

Sissejuhatus autonoomsetesse robotitesse

Ametlik määratlus:

Robot, mis mitte ainult ei suuda säilitada oma stabiilsust liikumisel, vaid suudab ka oma liikumisi planeerida.

NASA K10 (autonoomia ja robootika):

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

Autonoomsed robotid on nutikad masinad, mis suudavad iseseisvalt töötada, mõistavad ümberringi toimuvat, langetavad otsuseid ja tegutsevad ilma inimese abita.

Autonoomne robot on selline robot, millel on palju vabadust ja mis saab ise asju teha ilma inimese abita.

See on võimalik, kuna robotil on andurid, nagu kaamerad, LiDAR ja sonar, mis lasevad tal näha ja kuulda, mis ümberringi toimub.

Seejärel võtab robot selle teabe ja kasutab seda otsuste tegemiseks. See annab talle võime iseseisvalt tegutseda.

Robotite tüübid

Roboteid on palju erinevaid ja igal neist on oma tugevad ja nõrgad küljed. Mõned neist on:

• Autonoomsed robotid: Nagu me juba rääkisime, saavad autonoomsed robotid töötada iseseisvalt ilma inimese abita.
• Kontrollitud robotid: töötamiseks vajavad juhitavad robotid inimeste panust. Neid saab programmeerida täitma konkreetseid ülesandeid, kuid neil ei ole nii palju vabadust kui robotitel, kes suudavad asju ise teha.
• Poolautonoomsed robotid: neil robotitel on nii autonoomsete kui ka juhitavate robotite osad, nii et nad saavad teatud ülesandeid ise teha, kuid vajavad siiski inimeste abi.
• Automatiseeritud robotid: need robotid on seadistatud asju ise tegema.

Kuid nad ei pruugi olla nii iseseisvad kui robotid, kes saavad asju ise teha.

Erinevused autonoomsete robotite ja muude robotite vahel

Autonoomsed robotid erinevad teist tüüpi robotitest, kuna nad saavad ise otsuseid langetada ja tegutseda selle põhjal, mida nad oma keskkonnas näevad, ilma et nad vajaksid pidevat inimese panust.

Kuigi teist tüüpi robotid saavad teatud töid teha, ei ole neil nii palju vabadust kui autonoomsetel robotitel.

Autonoomsed robotid inseneritöös

Nõuanne. Lülitage subtiitrite nupp sisse, kui seda vajate. Kui te ei tunne inglise keelt, valige seadete nupust "automaattõlge". Võimalik, et peate esmalt klõpsama video keelel, enne kui teie lemmikkeel muutub tõlkimiseks kättesaadavaks.

Autonoomsete robotite komponendid ja tehnoloogiad

Autonoomsed robotid on nutikad masinad, mis suudavad töötada iseseisvalt, tajuda ümbritsevat, teha otsuseid ja tegutseda ilma inimese abita.

Ise töötava roboti valmistamiseks on oluline teada, milliseid osi ja tehnoloogiaid on vaja.

Riistvara komponendid

Riistvarakomponendid on oluline osa roboti loomisel, mis suudab ise asju teha. Nende hulgas on:

Täiturmehhanismid, nagu mootorid, pidurid ja solenoidid, võimaldavad robotil liikuda ja ümbritsevaga suhelda.

• Andurid: andurid on vajalikud selleks, et robot saaks ümbritsevast aru.

Mõned andurite näited hõlmavad kaameraid, LiDAR-i ja inertsiaalseid mõõtühikuid (IMU).

• Toiteallikad: autonoomsed robotid vajavad töötamiseks usaldusväärset toiteallikat, nagu akud või kütuseelemendid.
• Arvutusriistvara: andurite andmete töötlemiseks, algoritmide käitamiseks ja täiturmehhanismide juhtimiseks vajab robot mikrokontrollerit või ühe pardaarvutit.

Tarkvara

Autonoomse roboti valmistamisel on tarkvara sama oluline kui riistvara. Nende hulgas on:

• Tajualgoritmid: Tajualgoritmid võimaldavad robotil tõlgendada oma andurite andmeid ja aru saada, mis ümberringi toimub.
• Lokaliseerimisalgoritmid aitavad robotil aru saada, kus ta asub ja millises suunas ta oma keskkonnas on.
• Kaardistamisalgoritmid teevad keskkonnast mudeli, mille abil robot saab oma liikumisi planeerida.
• Planeerimis- ja juhtimisalgoritmid: planeerimis- ja juhtimisalgoritmid võimaldavad robotil ringi liikuda ja oma keskkonnas olevate asjadega suhelda.

Suhtlemine

Selleks, et robot töötaks hästi, peab ta saama ümbritsevaga rääkida. See hõlmab teiste seadmete ja süsteemidega rääkimist kas juhtmevabalt või juhtmete abil.

Kaasatud distsipliinid

Ise töötava roboti valmistamiseks peate teadma palju masinaehitusest, elektrotehnikast, arvutiteadusest ja robootikast.

Andurite tähtsus autonoomsetes robotites

Andurid on isejuhtivate robotite oluline osa, sest need võimaldavad robotil ümbritsevat tundma õppida ja õpitu põhjal otsuseid teha.

Miks on andurid olulised robotite jaoks, mis suudavad iseseisvalt tegutseda?

Andurid on autonoomsete robotite väga oluline osa, sest need võimaldavad robotil ümbritsevat näha ja mõista.

Anduritelt saadava teabe põhjal saab robot teha otsuseid ja muuta oma tegevust. See võimaldab tal ohutult ringi liikuda ja ülesandeid vähese inimeste abiga täita.

Isejuhtivate robotite andurite tüübid

Autonoomsed robotid kasutavad oma ümbruse tundmaõppimiseks erinevaid andureid. Robootikas on mõned kõige levinumad andurite tüübid:

• Lähedus-/kaugusandurid: need andurid, nagu ultraheli- või infrapunaandurid, võimaldavad robotitel objekte leida ja kaugusi neid puudutamata mõõta.
• Kaamerad ja lidari andurid: kaamerate ja lidari andurite abil saab koostada üksikasjaliku 3D-kaardi roboti keskkonnast, mis aitab vältida takistusi ja planeerida oma teed.
• Navigatsiooniandurid: navigatsiooniandurid, nagu GPS või kodeerijad, võimaldavad teil aru saada, kus robot asub, ning muuta selle kiirust, suunda ja kurssi. Jõuandurid mõõdavad jõudu, mida robotile avaldavad tema enda keha või sellest väljaspool olevad asjad. See on oluline selliste ülesannete puhul nagu asjade haaramine või tõstmine.
• Inertsiaalsed mõõtühikud (IMU-d): IMU-d mõõdavad roboti keha või väliste objektide kiirendust ja nurkkiirust, mis on oluline selliste ülesannete jaoks nagu tasakaalustamine või stabiliseerimine.

Igal anduritüübil on oma eelised ja puudused.

Autonoomsed robotid võivad parandada oma nägemis- ja otsustusvõimet, kasutades rohkem kui ühte andurit.

Näiteks lidari andurite kombineerimine kaameratega võib anda robotile ümbritsevast terviklikuma pildi

Mitme navigatsioonianduri kasutamine võib parandada lokaliseerimise täpsust.

Autonoomsete robotite navigeerimine ja takistuste vältimine

Autonoomsed robotid kasutavad süsteeme, mis aitavad neil orienteeruda ja vältida asjadele löömist, et nad saaksid ohutult ja tõhusalt liikuda.

Meetodid robotitele, mis saavad iseseisvalt ringi liikuda

• Keskkonnakaardid: Autonoomsed robotid saavad keskkonnakaartide abil oma liikumist planeerida ja takistusi vältida.
• Andurid nagu stereonägemise takistuste tuvastamise kaamerad või LiDAR: need andurid annavad robotile 360-kraadise ülevaate ümbritsevast, võimaldades tal näha takistusi ja planeerida ohutut marsruuti.
• Automatiseeritud juhitavad sõidukid, kaugjuhtimisega sõidukid ja autonoomsed mobiilsed robotid, mis töötavad paremini laia vaateväljaga 3D-nägemissüsteemidega: need süsteemid muudavad roboti liikumise ja takistuste vältimise lihtsaks.

Autonoomsed robotid peavad suutma takistusi vältida

Autonoomsed robotid peavad suutma takistusi vältida, et nad saaksid oma keskkonnas ohutult ja tõhusalt liikuda.

Et robotid saaksid takistusi vältida, peavad nad suutma need usaldusväärselt leida ja ennustama, kuidas nad liiguvad.

Roboti kuju võib mõjutada ka liikumist ümber takistuste. Ringikujulised robotid on tavalised, kuna nad suudavad paigal keerleda, ilma et midagi tabaks.

Ümbruskonnaga harjumine

Viimaseks, kuid mitte vähem tähtsaks, takistuste vältimise meetodite toimimiseks peavad robotid suutma ümbritsevaga hästi kohaneda.

See tähendab, et robot peab suutma muuta oma liigutusi ja liikuda ümber takistuste ka dünaamilistes keskkondades, kus takistused võivad ilma hoiatuseta liikuda või muutuda.

Autonoomsete robotite programmeerimine

Programmeerimine on oluline osa robotite valmistamisel, mis suudavad iseseisvalt töötada, samuti on palju erinevaid programmeerimiskeeli, mida saab kasutada robotite valmistamiseks ja testimiseks.

Robotite programmeerimiseks kasutatavad keeled Python ja C++ on enimlevinud programmeerimiskeeled robotite tegemiseks, mis suudavad iseseisvalt töötada, kuid olenevalt projekti vajadustest võib kasutada ka teisi keeli.

Java, MATLAB ja PHP on mõned teised programmeerimiskeeled, mida sageli kasutatakse robootikas.

Igal keelel on oma plussid ja miinused ning projekti jaoks parim keel sõltub sellest, mida see peab tegema.

Robotite programmeerimiseks vajalikud oskused

Ise töötava roboti loomiseks peate teadma, kuidas kodeerida sellistes keeltes nagu Python ja C++.

Samuti on oluline omada kogemusi rakendusprogrammeerimise ja riistvarasüsteemide tarkvara valmistamisega.

Samuti on oluline teada asju robootikast, nagu juhtimisteooria, liikumise planeerimine ja arvutinägemine.

Ressursid robotite programmeerimise õppimiseks

On mitmeid viise, kuidas õppida oskusi, mida vajate robotite programmeerimiseks, mis suudavad ise asju teha. Mõned neist on:

• Kursusetöö ülikoolides: Paljud ülikoolid pakuvad robootika ja programmeerimise online- ja isiklikud kursused.
• Veebikursused ja töötoad: Ülikoolid, ettevõtted ja erialarühmad pakuvad palju veebikursusi ja töötubasid. Nendel kursustel saab õpetada kõike alates robootika põhitõdedest kuni robotite programmeerimise täiustatud viisideni.
• Programmeerimisõpetused ja juhendid: Internetist leiate palju programmeerimisõpetusi ja -juhendeid, mis näitavad, kuidas ehitada põhilisi autonoomseid mobiilseid roboteid või õpetada roboteid teatud viisil programmeerima.

Autonoomsete robotitega seotud kulud

Autonoomsed robotid on paljudes tööstusharudes üha tavalisemad, kuna need võivad parandada töötajate ohutust, tõsta tootlikkust ja vähendada tööjõukulusid.

Kuid autonoomsete robotite ehitamise ja kasutamise maksumus võib oluliselt erineda sõltuvalt sellest, milleks neid kasutatakse, kui keerulised need on ja milliseid osi kasutatakse.

Esialgsed investeeringukulud

Autonoomse roboti alginvesteeringu maksumus võib koosneda sellistest osadest nagu riistvara, tarkvara ja andurid.

Siin on mõned näited eri tüüpi robotitega kaasnevatest kuludest:

• Automatiseeritud juhitavad sõidukid (AGV) võivad maksta 14 000 dollarist lihtsa AGC eest kuni 60 000 dollarini keerukama pukseerimistraktori eest.
• Isejuhtivate tõstukite maksumus võib samuti muutuda sõltuvalt mitmest tegurist.
• Ehituses kasutatavad robotid võivad olla kallid, kuna neid on raske valmistada ja nende töökeskkond vajab standardimist.

Operatsiooni tegev robot võib maksta kuni 2,5 miljonit dollarit.

Jooksvad kulud

Autonoomsete robotite kasutamise maksumus võib lisaks esialgsele investeeringule sisaldada ka jooksvaid hooldus-, remondi- ja täienduskulusid.

Roboti korrektse ja ohutu töötamise tagamiseks tuleb seda võib-olla regulaarselt hooldada ja parandada.

Samuti muutub tehnoloogia alati paremaks, seega võib viimaste muudatustega sammu pidamiseks vajada robotit värskendamist.

Autonoomsete robotite eelised

Kuigi autonoomse roboti esialgsed investeeringukulud võivad olla suured, võib tööjõukulude vähenemise ja tootlikkuse kasvu pikaajaline kasu olla märkimisväärne, muutes autonoomsed robotid mõne rakenduse jaoks kasulikuks investeeringuks.

Kasutades roboteid, mis suudavad iseseisvalt töötada, saavad ettevõtted säästa raha tööjõult, parandada tõhusust ja muuta töötajad ohutumaks.

Näiteks saavad robotid vähese järelevalvega töötada ööpäevaringselt, mis võib aidata kulusid veelgi vähendada.

Samuti saavad robotid teha töid, mis on inimeste jaoks liiga igavad, ohtlikud või määrdunud. See vabastab inimesed tähtsamate tööde tegemiseks.

Autonoomsete robotite rakendused

Autonoomsed robotid on muutumas üha populaarsemaks e-kaubanduses, andmekeskustes, tervishoius, tootmises, sõjaväes ja avalikus turvalisuses, põllumajanduses ja muudes valdkondades.

Autonoomsete robotite kasutamisel on palju eeliseid, näiteks tööjõukulude alandamine, tootlikkuse tõus, töökoha turvalisemaks muutmine ja vigade vähendamine.

E-kaubanduse rakendused

Autonoomseid mobiilseid roboteid (AMR-id) kasutatakse praegu e-kaubanduses laialdaselt näiteks kärude teisaldamiseks ja mobiilseadmetega manipuleerimiseks.

Need robotid suudavad tooteid ise laos ühest kohast teise teisaldada, mis kiirendab tellimuse täitmise protsessi.

Isejuhtivad robotid võivad aidata ka kaupu klientidele tarnida, mis võib lühendada tarneaegu ja muuta kliendid õnnelikumaks.

Tootmistööstus

Autonoomseid roboteid kasutatakse sageli ka töötlevas tööstuses. Roboteid kasutatakse paljude asjade jaoks, nagu kaarkeevitus, punktkeevitus ja asjade liigutamine.

Kui tootmises kasutatakse roboteid, saab ohutust parandada ning tootmist saab teha kiiremini ja tõhusamalt.

Tööstus 4.0 tulekuga muudab robootika, tehisintellekti (AI) ja masinõppe (ML) kombinatsioon tootmist.

Sõjaline ja avalik turvalisus

Robootikatehnoloogiat kasutatakse sõjaväes ja avalikus turvalisuses, kus jälgimiseks kasutatakse droone ja roboteid, mis ei vaja nende juhtimiseks inimest.

Need robotid võivad minna ohtlikesse kohtadesse ja koguda teavet, muutes inimeste seal viibimise turvalisemaks. Roboteid kasutatakse ka pommidest vabanemiseks, kemikaalide ja radioaktiivsete materjalide leidmiseks ning piiride patrullimiseks.

Tervishoiurakendused

Autonoomseid roboteid kasutatakse tervishoiuasutustes näiteks patsientide hooldamiseks, ravimite tarnimiseks, elutähtsate näitajate kontrollimiseks ja emotsionaalse toe pakkumiseks.

Autonoomseid mobiilseid roboteid (AMR) kasutatakse sageli selliste oluliste ülesannete täitmiseks nagu koristamine, kaugkohal viibimine ning ravimite ja meditsiinitarvete tarnimine inimestele, kes neid vajavad.

Robotid saavad ka jälgida, kuidas patsient treenib, mõõta tema liikumisulatust ja jälgida oma edusamme.

Samuti võivad AI-toega tarkvaraga robotid, mis suudavad ravimeid tuvastada, lühendada õigete ravimite leidmiseks kuluvat aega.

Kuigi tehnoloogia on alles algusjärgus, uurivad teadlased, kuidas saaks roboteid kasutada keerukamate ülesannete täitmiseks, nagu sihipäraste ravimite kohaletoimetamine, väikeste probleemidega patsientide abistamine ja patsientidega rääkimine.

Põllumajandus Tööstus

Autonoomsed robotid on kasutusel ka põllumajanduses, eriti põllukultuuride majandamisel. Robotdroone saab kasutada põldude vaatamiseks ja põllukultuuridega seotud probleemide leidmiseks

See räägib põllumeestele nende põllukultuuride kohta olulisi asju. Isejuhtivad robotid suudavad ka nafta- ja gaasitorustikel silma peal hoida, lekkeid leida ja keskkonnakahjustusi peatada.

Naio tehnoloogiate robot:

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

Tulevased rakendused

Tehnika paremaks muutudes suudavad isejuhtivad robotid teha ka keerulisemaid töid, nagu klienditeenindus ja logistika.

Isejuhtivate autode väljatöötamisega võivad autotööstuses toimuda suured muutused, näiteks autosid omavate inimeste arv väheneb.

Mõned ennustused ütlevad, et isejuhtivate robotite kasutamine tööstuses võib töökohtadele suurt mõju avaldada ja kuni 50% töökohtadest võib kaduda.

Kuid endiselt on palju ebakindlust ja tuliseid arutelusid selle üle, kuidas AI ja robotid tööturgu mõjutavad.

Autonoomsete robotite eetilised ja ohutuskaalutlused

Isejuhtivate robotite kasutamine võib tõstatada mitmeid moraalseid ja ohutusküsimusi, millele tuleb vastata, et tagada nende ohutu ja vastutustundlik kasutamine.

Siin on mõned kõige olulisemad asjad, millele mõelda.

Moraalne küsimus:	Kirjeldus:
Eelarvamus	Autonoomsed robotid, mis kasutavad masinõppe algoritme, võivad omada eelarvamusi, mis põhjustavad inimeste või rühmade ebaausat kohtlemist. Seda saab parandada, kavandades ja testides hoolikalt algoritme, veendumaks, et neil pole varjatud eelarvamusi.
Pettus	Kui robotid pannakse valetama selle kohta, kes nad on või mida nad teha saavad, võib see põhjustada ohtlikke või ootamatuid olukordi. Selle vältimiseks peaksid roboteid valmistavad inimesed olema avatud nende valmistamise kohta ja ütlema kasutajatele, mida nad saavad teha. Kui töökohal kasutatakse roboteid, võidakse inimtöölised töölt kõrvaldada. Ettevõtted peaksid mõtlema, kuidas automatiseerimine nende tööjõudu mõjutab, ning pakkuma koolitusprogramme ja muid võimalusi töö kaotanud töötajate abistamiseks.
Läbipaistmatus	Võib olla raske mõista, kuidas autonoomsed robotid otsuseid teevad, mistõttu on raske aru saada, miks nad vigu teevad. Inimesed, kes teevad roboteid, peaksid püüdma olla avatud ja selged, kuidas robot otsustab, mida teha.
Ohutus	Autonoomsed robotid tuleb teha nii, et nende kasutajad oleksid turvalised. Ettevõtted peaksid vastutama selle eest, et nende robotid oleksid ohutud ja et neid testitakse enne avalikkusele müümist.
Järelevalve	Poliitikakujundajad ja reguleerivad rühmad peaksid isejuhtivate robotite loomisel ja kasutamisel silma peal hoidma, et tagada nende ohutu ja vastutustundlik kasutamine.
Privaatsus	Isikuandmeid koguvad robotid võivad panna inimesed oma privaatsuse pärast muretsema. Inimeste privaatsuse kaitsmiseks tuleks kehtestada õiged avatuse reeglid ja meetmed. Kasutajad peavad saama usaldada, et isejuhtivad robotid töötavad ohutult ja usaldusväärselt. Usalduse suurendamiseks peaksid robotite disainerid seadma oma nimekirjade esikohale ohutuse, avatuse ja vastutuse.

Järeldus

Nagu sellest blogipostitusest nägime, võivad robotid, mis suudavad iseseisvalt töötada, muuta maailma, milles me elame. Sellel tehnoloogial on palju kasutusvõimalusi alates tootmise tõhustamisest kuni inimeste parema hoolduse saamiseni.

Kuid nagu iga uue tehnoloogia puhul, on siin ka eetilisi ja ohutusprobleeme, mis tuleb hoolikalt läbi mõelda ja nendega tegeleda.

Autonoomsed robotid võivad tunduda vastusena paljudele meie probleemidele, kuid me peame meeles pidama, et need ei asenda inimestevahelist suhtlust ja otsuste tegemist.

Selle asemel peaksime neid vaatama kui tööriistu, mis aitavad meil eesmärke saavutada ja oma elu paremaks muuta. Kui ühendame isejuhtivate robotite võimsuse inimese loovuse ja leidlikkusega, suudame teha hämmastavaid asju, mida kunagi peeti võimatuks.

Robootikainseneride ja üliõpilastena on meil võimalus aidata kujundada selle tehnoloogia tulevikku ja panna see ühiskonna hüvanguks tööle.

Uurigem jätkuvalt, mida autonoomsed robotid suudavad, kuid peaksime meeles pidama ka selle uue ja põneva tehnoloogiaga kaasnevaid eetilisi ja ohutusprobleeme.

Alles siis saame tõeliselt kasutada robotite jõudu, mis suudavad iseseisvalt töötada, et muuta maailm kõigi jaoks paremaks.