Kas Ir Autonoms Robots?

Robotikai kļūstot arvien labākai, ideja par autonomu robotu kļūst arvien svarīgāka.

Šīs mašīnas var sajust un reaģēt uz apkārtni, pašas pieņemt lēmumus un pārvietoties bez cilvēka palīdzības.

Šajā emuāra ierakstā es runāšu par detaļām un tehnoloģijām, kas ļauj robotiem darboties pašiem.

Es runāšu arī par programmēšanas valodām un prasmēm, kas ir nepieciešamas, lai tās izveidotu, kā arī par ētikas un drošības apsvērumiem, kas rodas, izmantojot tos.

Neatkarīgi no tā, vai esat pieredzējis inženieris vai tikai sāc savu darbu, pašbraucošo robotu pasaule noteikti piesaistīs jūsu uzmanību un radīs vēlmi uzzināt vairāk par visiem veidiem, kā var izmantot šo aizraujošo tehnoloģiju.

Ievads autonomajos robotos

Formālā definīcija:

Robots, kas ne tikai spēj saglabāt savu stabilitāti kustībā, bet arī var plānot savas kustības.

NASA K10 (autonomija un robotika):

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

Autonomie roboti ir gudras mašīnas, kas var darboties pašas, saprast, kas notiek apkārt, pieņemt lēmumus un rīkoties bez cilvēka palīdzības.

Autonomais robots ir tāda veida robots, kuram ir liela brīvība un kas var darīt lietas pats bez cilvēka palīdzības.

Tas ir iespējams, jo robotam ir sensori, piemēram, kameras, LiDAR un hidrolokators, kas ļauj tam redzēt un dzirdēt apkārt notiekošo.

Pēc tam robots ņem šo informāciju un izmanto to lēmumu pieņemšanai. Tas dod tai spēju rīkoties pašam.

Robotu veidi

Ir daudz dažādu robotu veidu, un katram no tiem ir savas stiprās un vājās puses. Daži no tiem ir:

• Autonomie roboti: kā mēs jau runājām, autonomie roboti var darboties paši bez cilvēka palīdzības.
• Kontrolēti roboti: lai strādātu, kontrolētiem robotiem ir nepieciešams cilvēku ieguldījums. Tos var ieprogrammēt, lai veiktu konkrētus uzdevumus, taču tiem nav tik lielas brīvības kā robotiem, kas spēj paveikt lietas paši.
• Daļēji autonomi roboti: šiem robotiem ir gan autonomu, gan kontrolētu robotu daļas, tāpēc viņi var veikt dažus uzdevumus paši, taču tiem joprojām ir nepieciešama cilvēku palīdzība.
• Automatizēti roboti: šie roboti ir iestatīti, lai veiktu lietas paši.

Bet tie var nebūt tik neatkarīgi kā roboti, kas var darīt lietas paši.

Atšķirības starp autonomiem robotiem un citiem robotiem

Autonomie roboti atšķiras no cita veida robotiem, jo ​​tie var pieņemt lēmumus un rīkoties paši, pamatojoties uz to, ko viņi redz savā vidē, bez pastāvīgas cilvēka iejaukšanās.

Lai gan cita veida roboti var veikt noteiktus darbus, tiem nav tik daudz brīvības kā autonomiem robotiem.

Autonomi roboti inženierzinātnēs

Padoms. Ja nepieciešams, ieslēdziet parakstu pogu. Iestatījumu pogā izvēlieties “automātiskais tulkojums”, ja nezināt angļu valodu. Iespējams, vispirms būs jānoklikšķina uz videoklipa valodas, pirms jūsu iecienītākā valoda kļūst pieejama tulkošanai.

Autonomo robotu sastāvdaļas un tehnoloģijas

Autonomie roboti ir viedas mašīnas, kas var darboties pašas, sajust apkārtni, pieņemt lēmumus un rīkoties bez cilvēka palīdzības.

Lai izveidotu robotu, kas var darboties pats, ir svarīgi zināt, kādas detaļas un tehnoloģijas ir nepieciešamas.

Aparatūras komponenti

Aparatūras komponenti ir svarīga sastāvdaļa, lai izveidotu robotu, kas var darīt lietas pats. Starp tiem ir:

Izpildmehānismi, piemēram, motori, bremzes un solenoīdi, ļauj robotam pārvietoties un mijiedarboties ar apkārtni.

• Sensori: sensori ir nepieciešami, lai robots saprastu savu apkārtni.

Daži sensoru piemēri ir kameras, LiDAR un inerciālās mērvienības (IMU).

• Barošanas avoti: lai autonomie roboti darbotos, ir nepieciešams uzticams enerģijas avots, piemēram, akumulatori vai kurināmā elementi.
• Skaitļošanas aparatūra: lai robots varētu apstrādāt sensoru datus, palaist algoritmus un vadīt izpildmehānismus, tam ir nepieciešams mikrokontrolleris vai viena plates dators.

Programmatūra

Izgatavojot autonomu robotu, programmatūra ir tikpat svarīga kā aparatūra. Starp tiem ir:

• Uztveres algoritmi: uztveres algoritmi ļauj robotam interpretēt datus no saviem sensoriem un noskaidrot, kas notiek apkārt.
• Lokalizācijas algoritmi palīdz robotam noskaidrot, kur tas atrodas un uz kuru pusi tas atrodas savā vidē.
• Kartēšanas algoritmi veido vides modeli, ko robots var izmantot, lai plānotu savas kustības.
• Plānošanas un kontroles algoritmi: plānošanas un kontroles algoritmi ļauj robotam pārvietoties un mijiedarboties ar lietām savā vidē.

Komunikācija

Lai robots darbotos labi, tam ir jāspēj sarunāties ar apkārtējo vidi. Tas ietver sarunas ar citām ierīcēm un sistēmām vai nu bezvadu režīmā, vai izmantojot vadus.

Iekļautās disciplīnas

Lai izveidotu robotu, kas darbojas pats par sevi, jums daudz jāzina par mašīnbūvi, elektrotehniku, datorzinātnēm un robotiku.

Sensoru nozīme autonomos robotos

Sensori ir svarīga pašbraucošo robotu sastāvdaļa, jo tie ļauj robotam uzzināt par apkārtni un pieņemt lēmumus, pamatojoties uz apgūto.

Kāpēc sensori ir svarīgi robotiem, kas var darboties paši?

Sensori ir ļoti svarīga autonomo robotu sastāvdaļa, jo tie ļauj robotam redzēt un izprast savu apkārtni.

Robots var pieņemt lēmumus un mainīt savas darbības, pamatojoties uz informāciju, ko tas iegūst no sensoriem. Tas ļauj tai droši pārvietoties un veikt uzdevumus ar nelielu cilvēku palīdzību.

Sensoru veidi pašbraucošajiem robotiem

Autonomie roboti izmanto dažāda veida sensorus, lai uzzinātu par savu apkārtni. Robotikā daži no visizplatītākajiem sensoru veidiem ir:

• Tuvuma/attāluma sensori: šie sensori, piemēram, ultraskaņas vai infrasarkanie sensori, ļauj robotiem atrast objektus un izmērīt attālumus tiem nepieskaroties.
• Kameras un lidara sensori: kameras un lidara sensorus var izmantot, lai izveidotu detalizētu robota vides 3D karti, kas var palīdzēt izvairīties no šķēršļiem un plānot savu ceļu.
• Navigācijas sensori: navigācijas sensori, piemēram, GPS vai kodētāji, ļauj noskaidrot, kur atrodas robots, un mainīt tā ātrumu, virzienu un kursu. Spēka sensori mēra spēkus, ko robotam rada tā ķermenis vai lietas, kas atrodas ārpus tā. Tas ir svarīgi, veicot tādus uzdevumus kā lietu satveršana vai pacelšana.
• Inerciālās mērvienības (IMU): IMU mēra robota ķermeņa vai ārējo objektu paātrinājumu un leņķisko ātrumu, kas ir svarīgi tādiem uzdevumiem kā balansēšana vai stabilizēšana.

Katram sensora veidam ir savas priekšrocības un trūkumi.

Autonomie roboti var uzlabot savu spēju redzēt un pieņemt lēmumus, izmantojot vairāk nekā vienu sensoru.

Piemēram, apvienojot lidara sensorus ar kamerām, robots var iegūt pilnīgāku priekšstatu par apkārtni

Vairāku navigācijas sensoru izmantošana var uzlabot lokalizācijas precizitāti.

Navigācija un šķēršļu novēršana autonomiem robotiem

Autonomie roboti izmanto sistēmas, kas palīdz viņiem orientēties un izvairīties no triecieniem, lai viņi varētu pārvietoties droši un efektīvi.

Metodes robotiem, kas var pārvietoties paši

• Vides kartes: Autonomie roboti var plānot savas kustības un izvairīties no šķēršļiem, izmantojot vides kartes.
• Sensori, piemēram, stereoredzes šķēršļu noteikšanas kameras vai LiDAR: šie sensori sniedz robotam 360 grādu skatu uz apkārtni, ļaujot tam redzēt šķēršļus un plānot drošu maršrutu.
• Automātiski vadīti transportlīdzekļi, tālvadības transportlīdzekļi un autonomi mobilie roboti, kas labāk darbojas ar 3D redzes sistēmām ar plašu redzes lauku: šīs sistēmas atvieglo robota pārvietošanos un novērš šķēršļus.

Autonomiem robotiem jāspēj izvairīties no šķēršļiem

Autonomiem robotiem jāspēj izvairīties no šķēršļiem, lai tie varētu droši un efektīvi pārvietoties savā vidē.

Lai roboti varētu izvairīties no šķēršļiem, tiem jāspēj droši tos atrast un paredzēt, kā tie pārvietosies.

Robota forma var ietekmēt arī to, kā tas pārvietojas ap šķēršļiem. Apļveida roboti ir plaši izplatīti, jo tie var griezties savā vietā, nekam netrāpot.

Pierod pie apkārtnes

Visbeidzot, lai šķēršļu novēršanas metodes darbotos, robotiem ir jāspēj labi pielāgoties apkārtējai videi.

Tas nozīmē, ka robotam jāspēj mainīt kustības un pārvietoties ap šķēršļiem pat dinamiskā vidē, kur šķēršļi var pārvietoties vai mainīties bez brīdinājuma.

Autonomo robotu programmēšana

Programmēšana ir svarīga robotu izgatavošanas sastāvdaļa, kas var darboties paši, un ir daudz dažādu programmēšanas valodu, ko var izmantot, lai izveidotu un pārbaudītu robotus.

Robotu programmēšanai izmantotās valodas Python un C++ ir visizplatītākās programmēšanas valodas robotu izgatavošanai, kas var darboties paši, taču atkarībā no projekta vajadzībām var izmantot arī citas valodas.

Java, MATLAB un PHP ir dažas citas programmēšanas valodas, kuras bieži izmanto robotikā.

Katrai valodai ir savi plusi un mīnusi, un labākā valoda projektam būs atkarīga no tā, kas tai jādara.

Robotu programmēšanai nepieciešamās prasmes

Lai izveidotu robotu, kas var darboties pats, jums jāzina, kā kodēt tādās valodās kā Python un C++.

Svarīga ir arī pieredze lietišķajā programmēšanā un programmatūras veidošanā aparatūras sistēmām.

Ir arī svarīgi zināt tādas lietas par robotiku kā vadības teorija, kustības plānošana un datora redze.

Resursi, lai mācītos programmēt robotus

Ir daudzi veidi, kā apgūt prasmes, kas nepieciešamas, lai programmētu robotus, kas spēj paveikt lietas paši. Daži no tiem ir:

• Kursu darbs universitātēs: daudzas universitātes piedāvā tiešsaistes un klātienes kursus robotikas un programmēšanas jomā.
• Tiešsaistes kursi un semināri: universitātes, uzņēmumi un profesionālās grupas piedāvā daudz tiešsaistes kursu un semināru. Šajos kursos var mācīt jebko, sākot no robotikas pamatiem līdz progresīviem robotu programmēšanas veidiem.
• Programmēšanas apmācības un ceļveži: tiešsaistē varat atrast daudz programmēšanas pamācību un rokasgrāmatu, kas parāda, kā izveidot pamata autonomus mobilos robotus vai iemācīt programmēt robotus noteiktā veidā.

Izmaksas, kas saistītas ar autonomiem robotiem

Autonomie roboti kļūst arvien izplatītāki daudzās nozarēs, jo tie var uzlabot darbinieku drošību, palielināt produktivitāti un samazināt darbaspēka izmaksas.

Taču autonomo robotu izveides un izmantošanas izmaksas var ievērojami atšķirties atkarībā no tā, kādam nolūkam tie tiek izmantoti, cik sarežģīti tie ir un kādas detaļas tiek izmantotas.

Sākotnējās investīciju izmaksas

Autonomā robota sākotnējās ieguldījumu izmaksas var veidot no tādām daļām kā aparatūra, programmatūra un sensori.

Šeit ir daži izmaksu piemēri, kas saistīti ar dažāda veida robotiem:

• Automātiski vadāmi transportlīdzekļi (AGV) var maksāt no USD 14 000 par vienkāršu AGC līdz USD 60 000 par sarežģītāku vilcēju.
• Pašpiedziņas autoiekrāvēju izmaksas var mainīties arī atkarībā no vairākiem faktoriem.
• Būvniecībā izmantotie roboti var būt dārgi, jo tos ir grūti izgatavot, un vide, kurā tie strādā, ir jāstandartizē.

Robots, kas veic operāciju, var maksāt līdz 2,5 miljoniem USD.

Pastāvīgās izmaksas

Papildus sākotnējām investīcijām autonomo robotu izmantošanas izmaksas var ietvert arī pastāvīgās uzturēšanas, remonta un jaunināšanas izmaksas.

Lai pārliecinātos, ka robots turpina darboties pareizi un droši, iespējams, tas regulāri jāapkopj un jālabo.

Turklāt tehnoloģija vienmēr kļūst labāka, tāpēc, iespējams, robots ir jāatjaunina, lai sekotu jaunākajām izmaiņām.

Autonomo robotu priekšrocības

Lai gan sākotnējās investīcijas autonomam robotam var būt augstas, samazinātu darbaspēka izmaksu un palielinātas produktivitātes ilgtermiņa ieguvumi var būt ievērojami, padarot autonomos robotus par vērtīgu ieguldījumu dažām lietojumprogrammām.

Izmantojot robotus, kas var strādāt paši, uzņēmumi var ietaupīt naudu uz darbaspēku, uzlabot efektivitāti un padarīt darbiniekus drošākus.

Piemēram, roboti var strādāt visu diennakti ar nelielu pārraudzību, kas var palīdzēt vēl vairāk samazināt izmaksas.

Turklāt roboti var veikt darbus, kas cilvēkiem ir pārāk garlaicīgi, bīstami vai netīri. Tas atbrīvo cilvēkus svarīgāku darbu veikšanai.

Autonomo robotu pielietojumi

Autonomie roboti kļūst arvien populārāki e-komercijā, datu centros, veselības aprūpē, ražošanā, militārajā un sabiedriskās drošības jomā, lauksaimniecībā un citās jomās.

Autonomo robotu izmantošana sniedz daudz priekšrocību, piemēram, samazina darbaspēka izmaksas, palielina produktivitāti, padara darba vietu drošāku un samazina kļūdu skaitu.

E-komercijas lietojumprogrammas

Autonomie mobilie roboti (AMR) tagad parasti tiek izmantoti e-komercijas nozarē, lai veiktu tādas darbības kā ratiņu pārvietošana un manipulācijas ar mobilajām ierīcēm.

Šie roboti var patstāvīgi pārvietot produktus no vienas noliktavas vietas uz citu, kas paātrina pasūtījuma izpildes procesu.

Pašbraucošie roboti var arī palīdzēt piegādāt preces klientiem, kas var samazināt piegādes laiku un padarīt klientus laimīgākus.

Ražošanas industrija

Autonomos robotus bieži izmanto arī apstrādes rūpniecībā. Roboti tiek izmantoti daudzām lietām, piemēram, loka metināšanai, punktmetināšanai un lietu pārvietošanai.

Ražošanā izmantojot robotus, var uzlabot drošību un ražošanu var veikt ātrāk un efektīvāk.

Līdz ar nozares 4.0 ienākšanu robotikas, mākslīgā intelekta (AI) un mašīnmācības (ML) kombinācija maina ražošanas procesu.

Militārā un sabiedriskā drošība

Robotikas tehnoloģijas tiek izmantotas militārajā un sabiedriskās drošības jomā, kur novērošanai tiek izmantoti droni un roboti, kuru vadīšanai nav nepieciešams cilvēks.

Šie roboti var nokļūt bīstamās vietās un ievākt informāciju, padarot cilvēku tur atrašanos drošāku. Roboti tiek izmantoti arī, lai atbrīvotos no bumbām, atrastu ķīmiskas vielas un radioaktīvus materiālus, kā arī patrulētu robežas.

Veselības aprūpes lietojumprogrammas

Autonomi roboti tiek izmantoti veselības aprūpes iestādēs, lai veiktu tādas darbības kā pacientu aprūpe, medikamentu piegāde, dzīvības pazīmju pārbaude un emocionāla atbalsta sniegšana.

Autonomie mobilie roboti (AMR) bieži tiek izmantoti, lai palīdzētu veikt svarīgus uzdevumus, piemēram, uzkopšanu, teleklātbūtni un piegādāt zāles un medicīnas preces cilvēkiem, kuriem tie ir nepieciešami.

Roboti var arī skatīties, kā pacients vingro, izmērīt savu kustību diapazonu un sekot līdzi savam progresam.

Turklāt roboti ar AI darbinātu programmatūru, kas var identificēt zāles, var samazināt laiku, kas nepieciešams, lai atrastu pareizo.

Lai gan tehnoloģija joprojām ir agrīnā stadijā, pētnieki pēta, kā robotus varētu izmantot, lai veiktu sarežģītākus uzdevumus, piemēram, piegādātu mērķtiecīgus medikamentus, palīdzētu pacientiem ar nelielām problēmām un runātu ar pacientiem.

Lauksaimniecības nozare

Autonomie roboti tiek izmantoti arī lauksaimniecības nozarē, īpaši ražas apsaimniekošanai. Ar robotizētiem droniem var aplūkot laukus un atrast problēmas ar labību

Tas lauksaimniekiem pastāsta svarīgas lietas par viņu kultūrām. Pašbraucošie roboti var arī sekot līdzi naftas un gāzes cauruļvadiem, atrast noplūdes un apturēt kaitējumu videi.

Robots no naio tehnoloģijām:

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

Nākotnes lietojumprogrammas

Tehnoloģijām uzlabojoties, pašbraucošie roboti varēs veikt sarežģītākus darbus, piemēram, klientu apkalpošanu un loģistiku.

Attīstoties pašbraucošām automašīnām, automobiļu rūpniecībā varētu būt lielas pārmaiņas, piemēram, mazāk cilvēku, kam pieder automašīnas.

Dažās prognozēs teikts, ka pašbraucošo robotu izmantošana nozarēs var būtiski ietekmēt darbavietas un var tikt zaudēti līdz pat 50% darba vietu.

Taču joprojām ir daudz neskaidrību un karstas diskusijas par to, kā AI un roboti ietekmēs darba tirgu.

Ētikas un drošības apsvērumi autonomiem robotiem

Pašbraucošu robotu izmantošana var radīt vairākus morālus un drošības jautājumus, uz kuriem ir jāatbild, lai pārliecinātos, ka tie tiek izmantoti droši un atbildīgi.

Šeit ir dažas no vissvarīgākajām lietām, par kurām vajadzētu padomāt:

Morāls jautājums:	Apraksts:
Aizspriedums	Autonomiem robotiem, kas izmanto mašīnmācīšanās algoritmus, var būt neobjektivitāte, kas izraisa netaisnīgu attieksmi pret cilvēkiem vai grupām. To var novērst, rūpīgi izstrādājot un testējot algoritmus, lai pārliecinātos, ka tiem nav slēptu aizspriedumu.
Maldināšana	Ja robotiem liek melot par to, kas viņi ir vai ko viņi var darīt, tas var izraisīt bīstamas vai negaidītas situācijas. Lai no tā izvairītos, cilvēkiem, kas ražo robotus, vajadzētu atklāti uzzināt, kā tie tiek izgatavoti, un pastāstīt lietotājiem, ko viņi var darīt. Ja darba vietā izmanto robotus, darbinieki var tikt atlaisti no darba. Uzņēmumiem vajadzētu padomāt par to, kā automatizācija ietekmēs viņu darbaspēku, un piedāvāt apmācību programmas un citus veidus, kā palīdzēt darbiniekiem, kuri zaudē darbu.
Necaurredzamība	Var būt grūti saprast, kā autonomi roboti pieņem lēmumus, tāpēc ir grūti saprast, kāpēc viņi pieļauj kļūdas. Cilvēkiem, kas ražo robotus, jācenšas būt atklātiem un skaidriem par to, kā robots izlemj, ko darīt.
Drošība	Autonomie roboti ir jāveido tā, lai nodrošinātu to lietotāju drošību. Uzņēmumiem vajadzētu būt atbildīgiem par to, lai pārliecinātos, ka viņu roboti ir droši un ka tie tiek pārbaudīti pirms to pārdošanas sabiedrībai.
Uzraudzība	Politikas veidotājiem un regulējošām grupām vajadzētu sekot līdzi pašbraucošu robotu izveidei un izmantošanai, lai pārliecinātos, ka tie tiek izmantoti droši un atbildīgi.
Privātums	Roboti, kas vāc personisko informāciju, var likt cilvēkiem uztraukties par savu privātumu. Lai aizsargātu cilvēku privātumu, ir jāievieš pareizi atklātības noteikumi un pasākumi. Lietotājiem jāspēj paļauties, ka pašbraucošie roboti darbosies drošā un uzticamā veidā. Lai vairotu uzticēšanos, robotu dizaineriem savu sarakstu augšgalā jāiekļauj drošība, atvērtība un atbildība.

Secinājums

Kā mēs redzējām šajā emuāra ziņojumā, roboti, kas var darboties paši, varētu mainīt pasauli, kurā dzīvojam. Šai tehnoloģijai ir daudz pielietojumu, sākot no ražošanas efektivitātes uzlabošanas līdz palīdzēšanai cilvēkiem iegūt labāku aprūpi.

Taču, tāpat kā jebkurai jaunai tehnoloģijai, ir ētikas un drošības jautājumi, kas ir rūpīgi jāpārdomā un jārisina.

Autonomie roboti var šķist atbilde uz daudzām mūsu problēmām, taču mums jāatceras, ka tie neaizstāj cilvēku mijiedarbību un lēmumu pieņemšanu.

Tā vietā mums tie būtu jāuzlūko kā instrumenti, kas var palīdzēt sasniegt mūsu mērķus un uzlabot mūsu dzīvi. Apvienojot pašbraucošo robotu spēku ar cilvēka radošumu un atjautību, mēs varam paveikt pārsteidzošas lietas, kas kādreiz tika uzskatītas par neiespējamām.

Kā robotikas inženieriem un studentiem mums ir iespēja palīdzēt veidot šīs tehnoloģijas nākotni un likt tai darboties sabiedrības labā.

Turpināsim izpētīt, ko var darīt autonomi roboti, taču mums jāpatur prātā arī ētiskie un drošības jautājumi, kas saistīti ar šo jauno un aizraujošo tehnoloģiju.

Tikai tad mēs patiešām varam izmantot robotu spēku, kas var darboties paši, lai padarītu pasauli labāku ikvienam.