Kas Yra Autonominis Robotas?

Robotikai tobulėjant, savarankiško roboto idėja tampa vis svarbesnė.

Šios mašinos gali jausti ir reaguoti į aplinką, pačios priimti sprendimus ir judėti be žmogaus pagalbos.

Šiame tinklaraščio įraše kalbėsiu apie dalis ir technologijas, kurios leidžia robotams dirbti savarankiškai.

Taip pat kalbėsiu apie programavimo kalbas ir įgūdžius, kurių reikia joms sukurti, taip pat apie etinius ir saugumo klausimus, susijusius su jų naudojimu.

Nesvarbu, ar esate patyręs inžinierius, ar tik pradedate savo veiklą, savarankiškai vairuojančių robotų pasaulis neabejotinai patrauks jūsų dėmesį ir norės sužinoti daugiau apie visus šios įdomios technologijos panaudojimo būdus.

Įvadas į autonominius robotus

Oficialus apibrėžimas:

Robotas, kuris ne tik gali išlaikyti savo stabilumą judėdamas, bet ir gali planuoti savo judesius.

NASA K10 (autonomija ir robotika):

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

Autonominiai robotai yra išmanios mašinos, kurios gali dirbti pačios, suprasti, kas vyksta aplinkui, priimti sprendimus ir veikti be žmogaus pagalbos.

Autonominis robotas – tai daug laisvės turintis robotas, galintis viską atlikti pats be žmogaus pagalbos.

Tai įmanoma, nes robotas turi jutiklius, tokius kaip fotoaparatai, LiDAR ir sonaras, kurie leidžia matyti ir girdėti, kas vyksta aplinkui.

Tada robotas paima šią informaciją ir naudoja ją priimdamas sprendimus. Tai suteikia jam galimybę veikti savarankiškai.

Robotų tipai

Yra daugybė skirtingų robotų rūšių, ir kiekvienas iš jų turi savo stipriąsias ir silpnąsias puses. Kai kurie iš jų yra:

• Autonominiai robotai: Kaip jau kalbėjome, autonominiai robotai gali dirbti patys be žmogaus pagalbos.
• Valdomi robotai: kad valdomi robotai veiktų, jiems reikia žmonių indėlio. Jie gali būti užprogramuoti atlikti konkrečias užduotis, tačiau jie neturi tiek laisvės, kiek robotai, galintys atlikti darbus patys.
• Pusiau autonominiai robotai: šiuose robotuose yra tiek autonominių, tiek valdomų robotų dalių, todėl jie gali atlikti kai kurias užduotis patys, tačiau jiems vis tiek reikia žmonių pagalbos.
• Automatizuoti robotai: šie robotai yra sukonfigūruoti atlikti veiksmus patys.

Tačiau jie gali būti ne tokie nepriklausomi kaip robotai, galintys ką nors padaryti patys.

Skirtumai tarp autonominių robotų ir kitų rūšių

Savarankiški robotai skiriasi nuo kitų tipų robotų, nes jie gali priimti sprendimus ir veikti patys pagal tai, ką mato savo aplinkoje, nereikalaujant nuolatinio žmogaus indėlio.

Nors kitų rūšių robotai gali atlikti tam tikrus darbus, jie neturi tiek laisvės kaip autonominiai robotai.

Autonominiai robotai inžinerijoje

Patarimas: jei reikia, įjunkite antraštės mygtuką. Jei nesate susipažinę su anglų kalba, nustatymų mygtuke pasirinkite „automatinis vertimas“. Gali tekti pirmiausia spustelėti vaizdo įrašo kalbą, kad jūsų mėgstamiausia kalba taptų prieinama versti.

Autonominių robotų komponentai ir technologijos

Autonominiai robotai yra išmanios mašinos, galinčios dirbti savarankiškai, jausti aplinką, priimti sprendimus ir veikti be žmogaus pagalbos.

Norint sukurti robotą, kuris gali veikti savarankiškai, svarbu žinoti, kokių dalių ir technologijų reikia.

Aparatūros komponentai

Aparatūros komponentai yra svarbi roboto, galinčio atlikti veiksmus pats, kūrimo dalis. Tarp jų yra:

Pavaros, tokios kaip varikliai, stabdžiai ir solenoidai, leidžia robotui judėti ir sąveikauti su aplinka.

• Jutikliai: jutikliai yra būtini, kad robotas suprastų savo aplinką.

Kai kurie jutiklių pavyzdžiai yra kameros, LiDAR ir inerciniai matavimo vienetai (IMU).

• Maitinimo šaltiniai: kad autonominiai robotai veiktų, jiems reikia patikimo maitinimo šaltinio, pvz., baterijų ar kuro elementų.
• Skaičiavimo įranga: kad robotas galėtų apdoroti jutiklių duomenis, vykdyti algoritmus ir valdyti pavaras, jam reikia mikrovaldiklio arba vienos plokštės kompiuterio.

Programinė įranga

Kuriant autonominį robotą, programinė įranga yra tokia pat svarbi kaip ir techninė įranga. Tarp jų yra:

• Suvokimo algoritmai: Suvokimo algoritmai leidžia robotui interpretuoti savo jutiklių duomenis ir išsiaiškinti, kas vyksta aplink jį.
• Lokalizacijos algoritmai padeda robotui išsiaiškinti, kur jis yra ir į kurią pusę jis atsuktas savo aplinkoje.
• Žemėlapių sudarymo algoritmai sukuria aplinkos modelį, kurį robotas gali naudoti planuodamas savo judesius.
• Planavimo ir valdymo algoritmai: planavimo ir valdymo algoritmai leidžia robotui judėti ir sąveikauti su savo aplinkos daiktais.

Bendravimas

Kad robotas gerai veiktų, jis turi mokėti kalbėtis su aplinka. Tai apima pokalbį su kitais įrenginiais ir sistemomis belaidžiu būdu arba naudojant laidus.

Įtrauktos disciplinos

Norėdami sukurti robotą, kuris veiktų savarankiškai, turite daug žinoti apie mechaninę inžineriją, elektrotechniką, informatiką ir robotiką.

Jutiklių svarba autonominiuose robotuose

Jutikliai yra svarbi savarankiškai vairuojančių robotų dalis, nes jie leidžia robotui sužinoti apie jį supančią aplinką ir priimti sprendimus pagal tai, ką išmoksta.

Kodėl jutikliai svarbūs robotams, kurie gali veikti patys?

Jutikliai yra labai svarbi autonominių robotų dalis, nes jie leidžia robotui matyti ir suprasti aplinką.

Robotas gali priimti sprendimus ir keisti savo veiksmus pagal informaciją, kurią gauna iš jutiklių. Tai leidžia saugiai judėti ir atlikti užduotis, mažai padedant žmonėms.

Savarankiškų robotų jutiklių tipai

Autonominiai robotai naudoja įvairių tipų jutiklius, kad sužinotų apie savo aplinką. Robotikoje kai kurie dažniausiai pasitaikantys jutiklių tipai yra šie:

• Artumo / atstumo jutikliai: šie jutikliai, kaip ultragarsiniai ar infraraudonieji jutikliai, leidžia robotams rasti objektus ir matuoti atstumus jų neliesdami.
• Kameros ir lidaro jutikliai: naudojant fotoaparatus ir lidar jutiklius galima sudaryti išsamų 3D roboto aplinkos žemėlapį, kuris gali padėti išvengti kliūčių ir planuoti savo kelią.
• Navigacijos jutikliai: navigacijos jutikliai, pvz., GPS arba kodavimo įrenginiai, leidžia išsiaiškinti, kur yra robotas, ir keisti jo greitį, kryptį ir kursą. Jėgos jutikliai matuoja jėgas, kurias robotui veikia jo kūnas arba už jo ribų esantys daiktai. Tai svarbu atliekant tokias užduotis kaip daiktų griebimas ar kėlimas.
• Inerciniai matavimo vienetai (IMU): IMU matuoja roboto kūno ar išorinių objektų pagreitį ir kampinį greitį, o tai svarbu atliekant tokias užduotis kaip balansavimas ar stabilizavimas.

Kiekvienas jutiklio tipas turi savo privalumų ir trūkumų.

Autonominiai robotai gali pagerinti savo gebėjimą matyti ir priimti sprendimus naudodami daugiau nei vieną jutiklį.

Pavyzdžiui, sujungus lidaro jutiklius su kameromis, robotas gali susidaryti išsamesnį jo aplinkos vaizdą

Naudojant kelis navigacijos jutiklius galima pagerinti lokalizacijos tikslumą.

Navigacija ir kliūčių vengimas autonominiams robotams

Savarankiški robotai naudoja sistemas, padedančias jiems orientuotis ir išvengti smūgio į daiktus, kad galėtų saugiai ir efektyviai judėti.

Metodai robotams, kurie gali apeiti patys

• Aplinkos žemėlapiai: Aplinkos žemėlapių pagalba autonominiai robotai gali planuoti savo judesius ir išvengti kliūčių.
• Jutikliai, pavyzdžiui, stereovizinio vaizdo kliūčių aptikimo kameros arba LiDAR: šie jutikliai suteikia robotui aplinkos vaizdą 360 laipsnių kampu, leidžiant matyti kliūtis ir planuoti saugų maršrutą.
• Automatiškai valdomos transporto priemonės, nuotoliniu būdu valdomos transporto priemonės ir autonominiai mobilūs robotai, kurie geriau veikia su 3D matymo sistemomis, turinčiomis platų matymo lauką: šios sistemos leidžia robotui lengvai judėti ir išvengti kliūčių.

Autonominiai robotai turi sugebėti išvengti kliūčių

Autonominiai robotai turi sugebėti išvengti kliūčių, kad galėtų saugiai ir efektyviai judėti savo aplinkoje.

Kad robotai galėtų išvengti kliūčių, jie turi mokėti jas patikimai rasti ir numatyti, kaip jie judės.

Roboto forma taip pat gali turėti įtakos jo judėjimui aplink kliūtis. Apvalūs robotai yra įprasti, nes jie gali suktis vietoje nieko neatsitrenkdami.

Pripratimas prie aplinkos

Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas – kad kliūčių išvengimo metodai veiktų, robotai turi sugebėti gerai prisitaikyti prie aplinkos.

Tai reiškia, kad robotas turi sugebėti keisti savo judesius ir apeiti kliūtis net ir dinamiškoje aplinkoje, kur kliūtys gali judėti arba keistis be įspėjimo.

Autonominių robotų programavimas

Programavimas yra svarbi robotų, kurie gali dirbti patys, kūrimo dalis, be to, yra daug įvairių programavimo kalbų, kurias galima naudoti kuriant ir išbandant robotus.

Kalbos, naudojamos robotams programuoti Python ir C++ yra labiausiai paplitusios programavimo kalbos, skirtos robotams, galintiems dirbti savarankiškai, gaminti, tačiau priklausomai nuo projekto poreikių galima naudoti ir kitas kalbas.

Java, MATLAB ir PHP yra kai kurios kitos programavimo kalbos, kurios dažnai naudojamos robotikoje.

Kiekviena kalba turi savų privalumų ir trūkumų, o geriausia projekto kalba priklausys nuo to, ką jai reikia daryti.

Įgūdžiai, reikalingi programuojant robotus

Norėdami sukurti robotą, kuris galėtų veikti savarankiškai, turite žinoti, kaip koduoti tokiomis kalbomis kaip Python ir C++.

Taip pat svarbu turėti taikomojo programavimo ir programinės įrangos kūrimo aparatinės įrangos sistemoms patirties.

Taip pat svarbu žinoti dalykų apie robotiką, pvz., valdymo teoriją, judesių planavimą ir kompiuterinį regėjimą.

Ištekliai, skirti mokytis programuoti robotus

Yra daug būdų išmokti įgūdžių, kurių reikia norint programuoti robotus, kurie gali atlikti veiksmus patys. Kai kurie iš jų yra:

• Kursiniai darbai universitetuose: Daugelis universitetų siūlo internetinius ir asmeninius robotikos ir programavimo kursus.
• Internetiniai kursai ir seminarai: Universitetai, įmonės ir profesinės grupės siūlo daug internetinių kursų ir seminarų. Šiuose kursuose galima išmokyti visko – nuo ​​robotikos pagrindų iki pažangių robotų programavimo būdų.
• Programavimo pamokos ir vadovai: internete galite rasti daug programavimo pamokų ir vadovų, kuriuose parodyta, kaip sukurti pagrindinius autonominius mobiliuosius robotus arba išmokyti programuoti robotus tam tikru būdu.

Išlaidos, susijusios su autonominiais robotais

Savarankiški robotai vis labiau paplitę daugelyje pramonės šakų, nes jie gali pagerinti darbuotojų saugą, padidinti našumą ir sumažinti darbo sąnaudas.

Tačiau autonominių robotų kūrimo ir naudojimo kaina gali labai skirtis priklausomai nuo to, kam jie naudojami, kiek sudėtingi ir kokios dalys naudojamos.

Pradinės investicijos išlaidos

Pradinė savarankiško roboto investicijų kaina gali būti sudaryta iš tokių dalių kaip aparatinė įranga, programinė įranga ir jutikliai.

Štai keletas išlaidų, susijusių su įvairių tipų robotais, pavyzdžių:

• Automatizuotos valdomos transporto priemonės (AGV) gali kainuoti nuo 14 000 USD už paprastą AGC iki 60 000 USD už sudėtingesnį vilkiką.
• Savaeigių šakinių krautuvų kaina taip pat gali keistis priklausomai nuo daugelio veiksnių.
• Statybose naudojami robotai gali būti brangūs, nes juos sunku pagaminti, o aplinką, kurioje jie dirba, reikia standartizuoti.

Robotas, kuris atlieka operaciją, gali kainuoti iki 2,5 mln.

Einamosios išlaidos

Be pradinių investicijų, į autonominių robotų naudojimo išlaidas taip pat gali būti įtrauktos nuolatinės priežiūros, remonto ir atnaujinimo išlaidos.

Kad robotas veiktų tinkamai ir saugiai, jį gali tekti reguliariai prižiūrėti ir taisyti.

Be to, technologijos nuolat tobulėja, todėl gali tekti atnaujinti robotą, kad jis neatsiliktų nuo naujausių pokyčių.

Autonominių robotų pranašumai

Nors pradinės investicijos į savarankišką robotą gali būti didelės, ilgalaikė sumažėjusių darbo sąnaudų ir padidėjusio našumo nauda gali būti didelė, todėl į autonominius robotus kai kurioms programoms verta investuoti.

Naudodamos robotus, kurie gali dirbti patys, įmonės gali sutaupyti pinigų darbo jėgai, pagerinti efektyvumą ir užtikrinti darbuotojų saugumą.

Pavyzdžiui, robotai gali dirbti visą parą be jokios priežiūros, o tai gali padėti dar labiau sumažinti išlaidas.

Be to, robotai gali atlikti darbus, kurie žmonėms yra pernelyg nuobodūs, pavojingi ar nešvarūs. Tai išlaisvina žmones atlikti svarbesnius darbus.

Autonominių robotų taikymas

Autonominiai robotai tampa vis populiaresni elektroninėje prekyboje, duomenų centruose, sveikatos priežiūros, gamybos, kariuomenės ir visuomenės saugumo, žemės ūkio ir kitose srityse.

Autonominių robotų naudojimas turi daug privalumų, pavyzdžiui, sumažina darbo sąnaudas, padidina našumą, padaro darbo vietą saugesnę ir sumažina klaidų skaičių.

Elektroninės prekybos programos

Autonominiai mobilieji robotai (AMR) dabar dažniausiai naudojami elektroninės prekybos pramonėje, pavyzdžiui, pervežti vežimėlius ir valdyti mobiliuosius įrenginius.

Šie robotai gali savarankiškai perkelti produktus iš vienos sandėlio vietos į kitą, o tai pagreitina užsakymo įvykdymo procesą.

Savarankiškai vairuojantys robotai taip pat gali padėti pristatyti prekes klientams, o tai gali sutrumpinti pristatymo laiką ir padaryti klientus laimingesnius.

Gamybos pramonė

Autonominiai robotai taip pat dažnai naudojami gamybinėje pramonėje. Robotai naudojami daugeliui dalykų, pavyzdžiui, lankiniam suvirinimui, taškiniam suvirinimui ir daiktų judėjimui.

Kai gamyboje naudojami robotai, galima pagerinti saugą, o gamybą atlikti greičiau ir efektyviau.

Atsiradus pramonei 4.0, robotikos, dirbtinio intelekto (AI) ir mašininio mokymosi (ML) derinys keičia gamybos būdą.

Karinis ir visuomenės saugumas

Robotinės technologijos naudojamos kariuomenėje ir visuomenės saugumui, kur stebėjimui naudojami dronai ir robotai, kuriems nereikia žmogaus.

Šie robotai gali patekti į pavojingas vietas ir rinkti informaciją, todėl žmonėms ten būti saugiau. Robotai taip pat naudojami bombų šalinimui, chemikalų ir radioaktyviųjų medžiagų paieškai bei sienų patruliavimui.

Sveikatos priežiūros programos

Autonominiai robotai naudojami sveikatos priežiūros įstaigose, pavyzdžiui, prižiūrėti pacientus, pristatyti vaistus, tikrinti gyvybinius požymius ir teikti emocinę paramą.

Autonominiai mobilieji robotai (AMR) dažnai naudojami atliekant tokias svarbias užduotis kaip valymas, nuotolinis dalyvavimas ir vaistų bei medicinos reikmenų tiekimas žmonėms, kuriems jų reikia.

Robotai taip pat gali stebėti, kaip pacientas mankštinasi, matuoti judesių diapazoną ir sekti progresą.

Be to, robotai su dirbtinio intelekto programine įranga, galinčia atpažinti vaistus, gali sutrumpinti laiką, reikalingą rasti tinkamą.

Nors technologija vis dar yra ankstyvoje stadijoje, mokslininkai tiria, kaip robotai galėtų būti naudojami sudėtingesnėms užduotims atlikti, pavyzdžiui, tiksliniams vaistams pristatyti, padėti pacientams, turintiems nedidelių problemų, ir kalbėtis su pacientais.

Žemės ūkio pramonė

Autonominiai robotai taip pat naudojami žemės ūkio pramonėje, ypač pasėlių valdymui. Robotiniai dronai gali būti naudojami norint apžiūrėti laukus ir rasti problemų su pasėliais

Tai ūkininkams pasakoja svarbius dalykus apie jų pasėlius. Savarankiškai valdantys robotai taip pat gali stebėti naftos ir dujotiekius, rasti nuotėkius ir sustabdyti žalą aplinkai.

Robotas iš naio technologijų:

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

Ateities programos

Tobulėjant technologijoms, savarankiškai vairuojantys robotai galės atlikti sudėtingesnius darbus, tokius kaip klientų aptarnavimas ir logistika.

Tobulėjant savarankiškai važiuojantiems automobiliams, automobilių pramonėje gali įvykti didelių pokyčių, pavyzdžiui, sumažės žmonių, turinčių automobilius.

Kai kuriose prognozėse teigiama, kad savarankiškai vairuojančių robotų naudojimas pramonės šakose gali turėti didelį poveikį darbo vietoms ir kad gali būti prarasta iki 50 proc.

Tačiau vis dar yra daug neaiškumų ir karštų diskusijų apie tai, kaip AI ir robotai paveiks darbo rinką.

Autonominių robotų etikos ir saugos nuostatos

Savarankiškų robotų naudojimas gali iškelti daugybę moralinių ir saugos klausimų, į kuriuos reikia atsakyti siekiant užtikrinti, kad jie būtų naudojami saugiai ir atsakingai.

Štai keletas svarbiausių dalykų, apie kuriuos reikia pagalvoti:

Moralinis klausimas:	Apibūdinimas:
Šališkumas	Autonominiai robotai, naudojantys mašininio mokymosi algoritmus, gali turėti šališkumo, dėl kurio gali būti neteisingai elgiamasi su žmonėmis ar grupėmis. Tai galima išspręsti kruopščiai sukūrus ir išbandant algoritmus, kad įsitikintumėte, jog jie neturi paslėptų paklaidų.
Apgaulė	Jei robotai bus priversti meluoti apie tai, kas jie yra arba ką jie gali padaryti, tai gali sukelti pavojingų ar netikėtų situacijų. Norėdami to išvengti, žmonės, kurie kuria robotus, turėtų būti atviri, kaip jie gaminami, ir pasakyti vartotojams, ką jie gali padaryti. Kai darbo vietoje naudojami robotai, darbuotojai gali būti atleisti iš darbo. Įmonės turėtų pagalvoti, kaip automatizavimas paveiks jų darbo jėgą, ir pasiūlyti mokymo programas bei kitus būdus, kaip padėti darbo netekusiems darbuotojams.
Neskaidrumas	Gali būti sunku suprasti, kaip savarankiški robotai priima sprendimus, todėl sunku suprasti, kodėl jie daro klaidas. Žmonės, kurie kuria robotus, turėtų stengtis būti atviri ir aiškiai pasakyti, kaip robotas nusprendžia, ką daryti.
Saugumas	Savarankiški robotai turi būti sukurti taip, kad jų naudotojai būtų saugūs. Įmonės turėtų būti atsakingos už tai, kad jų robotai būtų saugūs ir kad jie būtų gerai išbandyti prieš parduodant juos visuomenei.
Priežiūra	Politikos formuotojai ir reguliavimo grupės turėtų stebėti savaeigių robotų kūrimą ir naudojimą, siekdami užtikrinti, kad jie būtų naudojami saugiai ir atsakingai.
Privatumas	Asmeninę informaciją renkantys robotai gali priversti žmones nerimauti dėl savo privatumo. Siekiant apsaugoti žmonių privatumą, turėtų būti nustatytos tinkamos atvirumo taisyklės ir priemonės. Vartotojai turi turėti galimybę pasitikėti, kad savarankiškai vairuojantys robotai veiks saugiai ir patikimai. Siekdami sukurti pasitikėjimą, robotų dizaineriai savo sąrašo viršuje turėtų nurodyti saugumą, atvirumą ir atsakomybę.

Išvada

Kaip matėme šiame tinklaraščio įraše, robotai, kurie gali dirbti patys, gali pakeisti pasaulį, kuriame gyvename. Ši technologija gali būti naudojama daug, nuo gamybos efektyvinimo iki padėti žmonėms gauti geresnę priežiūrą.

Tačiau, kaip ir bet kurios naujos technologijos atveju, yra etikos ir saugos problemų, kurias reikia kruopščiai apgalvoti ir spręsti.

Savarankiški robotai gali atrodyti kaip atsakymas į daugelį mūsų problemų, tačiau turime atsiminti, kad jie nepakeičia žmonių sąveikos ir sprendimų priėmimo.

Vietoj to turėtume žiūrėti į juos kaip į įrankius, kurie gali padėti mums pasiekti savo tikslus ir pagerinti mūsų gyvenimą. Kai sujungiame savarankiškai vairuojančių robotų galią su žmogaus kūrybiškumu ir išradingumu, galime padaryti nuostabių dalykų, kurie kažkada buvo manyti neįmanomi.

Kaip robotikos inžinieriai ir studentai, turime galimybę padėti formuoti šios technologijos ateitį ir priversti ją veikti visuomenės labui.

Toliau nagrinėkime, ką gali padaryti autonominiai robotai, bet taip pat turėtume nepamiršti etikos ir saugos problemų, kylančių dėl šios naujos ir įdomios technologijos.

Tik tada galime iš tikrųjų panaudoti robotų, kurie gali veikti patys, galią, kad pasaulis taptų geresne vieta visiems.