Kaj Je Avtonomni Robot?

Ker je robotika vedno boljša, postaja ideja o avtonomnem robotu vse pomembnejša.

Ti stroji lahko zaznavajo okolico in se nanjo odzivajo, sami sprejemajo odločitve in se premikajo brez človeške pomoči.

V tem blogu bom govoril o delih in tehnologijah, ki robotom omogočajo, da delajo sami.

Govoril bom tudi o programskih jezikih in veščinah, ki so potrebne za njihovo izdelavo, pa tudi o etičnih in varnostnih vprašanjih, ki izhajajo iz njihove uporabe.

Ne glede na to, ali ste izkušen inženir ali šele začnete, bo svet samovozečih robotov zagotovo pritegnil vašo pozornost in vas spodbudil, da boste želeli izvedeti več o vseh načinih uporabe te razburljive tehnologije.

Uvod v avtonomne robote

Formalna opredelitev:

Robot, ki ne samo, da lahko ohranja lastno stabilnost med premikanjem, ampak lahko svoje gibanje tudi načrtuje.

Nasin K10 (Avtonomija in robotika):

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

Avtonomni roboti so pametni stroji, ki lahko delajo sami, ugotavljajo, kaj se dogaja okoli njih, sprejemajo odločitve in delujejo brez pomoči osebe.

Avtonomni robot je vrsta robota, ki ima veliko svobode in lahko stvari počne sam brez pomoči osebe.

To je mogoče, ker ima robot senzorje, kot so kamere, LiDAR in sonar, ki mu omogočajo, da vidi in sliši, kaj se dogaja okoli njega.

Robot nato vzame te informacije in jih uporabi za sprejemanje odločitev. To mu daje možnost, da deluje samostojno.

Vrste robotov

Obstaja veliko različnih vrst robotov in vsak ima svoje prednosti in slabosti. Nekateri od teh so:

• Avtonomni roboti: Kot smo že govorili, lahko avtonomni roboti delajo sami brez človeške pomoči.
• Nadzorovani roboti: Za delo potrebujejo nadzorovani roboti informacije ljudi. Lahko jih programiramo za opravljanje določenih nalog, vendar nimajo toliko svobode kot roboti, ki lahko stvari opravijo sami.
• Polavtonomni roboti: Ti roboti imajo dele tako avtonomnih kot nadzorovanih robotov, tako da lahko nekatere naloge opravijo sami, vendar še vedno potrebujejo pomoč ljudi.
• Avtomatizirani roboti: Ti roboti so nastavljeni tako, da delajo stvari sami.

Vendar morda niso tako neodvisni kot roboti, ki lahko delajo stvari sami.

Razlike med avtonomnimi roboti in drugimi vrstami

Avtonomni roboti se razlikujejo od drugih vrst robotov, ker lahko sami sprejemajo odločitve in delujejo na podlagi tega, kar vidijo v svojem okolju, ne da bi potrebovali stalno človeško posredovanje.

Čeprav lahko druge vrste robotov opravljajo določena dela, nimajo toliko svobode kot avtonomni roboti.

Avtonomni roboti v tehniki

Nasvet: Vklopite gumb za napise, če ga potrebujete. V gumbu z nastavitvami izberite »samodejno prevajanje«, če niste seznanjeni z angleškim jezikom. Morda boste morali najprej klikniti jezik videoposnetka, preden postane vaš najljubši jezik na voljo za prevod.

Komponente in tehnologije za avtonomne robote

Avtonomni roboti so pametni stroji, ki lahko delajo sami, zaznavajo okolico, sprejemajo odločitve in delujejo brez pomoči osebe.

Za izdelavo robota, ki lahko deluje sam, je pomembno vedeti, kateri deli in tehnologije so potrebni.

Komponente strojne opreme

Komponente strojne opreme so pomemben del izdelave robota, ki lahko dela stvari sam. Med njimi so:

Aktuatorji, kot so motorji, zavore in solenoidi, omogočajo robotu premikanje in interakcijo z okolico.

• Senzorji: senzorji so potrebni, da robot razume svojo okolico.

Nekateri primeri senzorjev vključujejo kamere, LiDAR in inercialne merilne enote (IMU).

• Viri energije: Za delovanje potrebujejo avtonomni roboti zanesljiv vir energije, kot so baterije ali gorivne celice.
• Računalniška strojna oprema: Da robot obdeluje podatke senzorjev, izvaja algoritme in krmili aktuatorje, potrebuje mikrokrmilnik ali računalnik z eno ploščo.

Programska oprema

Pri izdelavi avtonomnega robota je programska oprema prav tako pomembna kot strojna oprema. Med njimi so:

• Algoritmi zaznavanja: Algoritmi zaznavanja omogočajo robotu interpretacijo podatkov iz svojih senzorjev in ugotavljanje, kaj se dogaja okoli njega.
• Lokalizacijski algoritmi pomagajo robotu ugotoviti, kje je in v katero smer je obrnjen v svojem okolju.
• Algoritmi za preslikavo naredijo model okolja, ki ga robot lahko uporabi za načrtovanje svojih gibanj.
• Algoritmi načrtovanja in nadzora: algoritmi načrtovanja in nadzora omogočajo robotu premikanje in interakcijo s stvarmi v okolju.

Komunikacija

Da bi robot dobro deloval, se mora znati pogovarjati z okolico. To vključuje pogovor z drugimi napravami in sistemi, bodisi brezžično ali prek žic.

Vključene discipline

Če želite izdelati robota, ki dela sam, morate vedeti veliko o strojništvu, elektrotehniki, računalništvu in robotiki.

Pomen senzorjev pri avtonomnih robotih

Senzorji so pomemben del samovozečih robotov, saj omogočajo robotu, da spozna svojo okolico in sprejema odločitve na podlagi tega, kar se nauči.

Zakaj so senzorji pomembni za robote, ki lahko delujejo sami?

Senzorji so zelo pomemben del avtonomnih robotov, saj omogočajo robotu, da vidi in razume svojo okolico.

Robot se lahko odloča in spreminja svoja dejanja na podlagi informacij, ki jih dobi od senzorjev. To mu omogoča varno premikanje in opravljanje nalog z malo pomoči ljudi.

Vrste senzorjev za samovozeče robote

Avtonomni roboti uporabljajo različne vrste senzorjev za učenje o svoji okolici. V robotiki so nekatere najpogostejše vrste senzorjev:

• Senzorji bližine/razdalje: ti senzorji, tako kot ultrazvočni ali infrardeči senzorji, omogočajo robotom, da najdejo predmete in merijo razdalje, ne da bi se jih dotaknili.
• Kamere in senzorji lidar: Kamere in senzorji lidar se lahko uporabljajo za izdelavo podrobnega 3D zemljevida okolja robota, ki mu lahko pomaga pri izogibanju oviram in načrtovanju poti.
• Navigacijski senzorji: Navigacijski senzorji, kot so GPS ali kodirniki, vam omogočajo, da ugotovite, kje je robot, in spremenite njegovo hitrost, smer in smer. Senzorji sile merijo sile, ki jih na robota deluje njegovo telo ali stvari zunaj njega. To je pomembno pri opravilih, kot je prijemanje ali dvigovanje stvari.
• Inercialne merske enote (IMU): IMU merijo pospešek in kotno hitrost robotovega telesa ali zunanjih predmetov, kar je pomembno za naloge, kot sta uravnoteženje ali stabilizacija.

Vsak tip senzorja ima svoje prednosti in slabosti.

Avtonomni roboti lahko izboljšajo svojo sposobnost videnja in sprejemanja odločitev z uporabo več kot enega senzorja.

Kombinacija lidarskih senzorjev s kamerami lahko na primer robotu da popolnejšo sliko okolice

Uporaba več navigacijskih senzorjev lahko izboljša natančnost lokalizacije.

Navigacija in izogibanje oviram za avtonomne robote

Avtonomni roboti uporabljajo sisteme, ki jim pomagajo najti pot in se izogniti udarcem, tako da se lahko varno in učinkovito premikajo.

Metode za robote, ki se lahko premikajo sami

• Zemljevidi okolja: Avtonomni roboti lahko načrtujejo svoje gibanje in se izogibajo oviram s pomočjo zemljevidov okolja.
• Senzorji, kot so kamere za zaznavanje ovir s stereo vidom ali LiDAR: Ti senzorji omogočajo robotu 360-stopinjski pogled na okolico, kar mu omogoča, da vidi ovire in načrtuje varno pot.
• Avtomatizirano vodena vozila, daljinsko vodena vozila in avtonomni mobilni roboti, ki bolje delujejo s sistemi 3D vida s širokim vidnim poljem: ti sistemi robotu olajšajo premikanje in izogibanje oviram.

Avtonomni roboti se morajo znati izogibati oviram

Avtonomni roboti se morajo znati izogniti oviram, da se lahko varno in učinkovito premikajo v svojem okolju.

Da se roboti lahko izognejo oviram, jih morajo znati zanesljivo najti in predvideti, kako se bodo premikale.

Oblika robota lahko vpliva tudi na to, kako se premika okoli ovir. Krožni roboti so pogosti, ker se lahko vrtijo na mestu, ne da bi kar koli udarili.

Navajanje na okolico

Nenazadnje, da lahko metode izogibanja oviram delujejo, se morajo roboti dobro prilagajati svoji okolici.

To pomeni, da mora biti robot sposoben spreminjati svoja gibanja in se premikati okoli ovir, tudi v dinamičnih okoljih, kjer se lahko ovire premaknejo ali spremenijo brez opozorila.

Programiranje avtonomnih robotov

Programiranje je pomemben del izdelave robotov, ki lahko delajo sami, in obstaja veliko različnih programskih jezikov, ki jih je mogoče uporabiti za izdelavo in testiranje robotov.

Jezika, ki se uporabljata za programiranje robotov Python in C++ sta najpogostejša programska jezika za izdelavo robotov, ki lahko delajo sami, lahko pa se uporabljajo tudi drugi jeziki, odvisno od potreb projekta.

Java, MATLAB in PHP so nekateri drugi programski jeziki, ki se pogosto uporabljajo za robotiko.

Vsak jezik ima svoje prednosti in slabosti in najboljši jezik za projekt bo odvisen od tega, kaj mora narediti.

Spretnosti, potrebne za programiranje robotov

Če želite narediti robota, ki lahko deluje sam, morate znati kodirati v jezikih, kot sta Python in C++.

Pomembne so tudi izkušnje z aplikativnim programiranjem in izdelavo programske opreme za strojne sisteme.

Prav tako je pomembno vedeti stvari o robotiki, kot so teorija nadzora, načrtovanje gibanja in računalniški vid.

Viri za učenje programiranja robotov

Obstaja veliko načinov, kako se naučiti veščin, ki jih potrebujete za programiranje robotov, ki lahko delajo stvari sami. Nekateri od teh so:

• Tečaji na univerzah: številne univerze ponujajo spletne in osebne tečaje robotike in programiranja.
• Spletni tečaji in delavnice: Univerze, podjetja in poklicne skupine ponujajo veliko spletnih tečajev in delavnic. Na teh tečajih se lahko naučite česar koli, od osnov robotike do naprednih načinov programiranja robotov.
• Vadnice in vodniki za programiranje: Na spletu lahko najdete veliko vadnic in vodnikov za programiranje, ki vam pokažejo, kako zgraditi osnovne avtonomne mobilne robote ali vas naučijo, kako robote programirati na določen način.

Stroški, povezani z avtonomnimi roboti

Avtonomni roboti postajajo vse pogostejši v številnih panogah, saj lahko izboljšajo varnost delavcev, povečajo produktivnost in znižajo stroške dela.

Toda stroški izdelave in uporabe avtonomnih robotov se lahko zelo razlikujejo glede na to, za kaj se uporabljajo, kako zapleteni so in kateri deli se uporabljajo.

Stroški začetne naložbe

Začetni stroški naložbe v avtonomnega robota so lahko sestavljeni iz delov, kot so strojna oprema, programska oprema in senzorji.

Tukaj je nekaj primerov stroškov, ki jih prinašajo različne vrste robotov:

• Avtomatsko vodena vozila (AGV) lahko stanejo od 14.000 USD za preprost AGC do 60.000 USD za bolj zapleten vlečni traktor.
• Stroški samovozečih viličarjev se lahko spreminjajo tudi glede na številne dejavnike.
• Roboti, ki se uporabljajo v gradbeništvu, so lahko dragi, ker jih je težko izdelati in okolje, v katerem delajo, je treba standardizirati.

Robot, ki izvaja operacijo, lahko stane do 2,5 milijona dolarjev.

Tekoči stroški

Stroški uporabe avtonomnih robotov lahko poleg začetne naložbe vključujejo tudi tekoče stroške vzdrževanja, popravil in nadgradenj.

Da bo robot še naprej pravilno in varno deloval, ga bo morda treba redno servisirati in popravljati.

Poleg tega je tehnologija vedno boljša, zato bo robota morda treba posodobiti, da bo sledil najnovejšim spremembam.

Prednosti avtonomnih robotov

Čeprav so začetni stroški naložbe v avtonomnega robota lahko visoki, so lahko dolgoročne koristi zmanjšanih stroškov dela in povečane produktivnosti pomembne, zaradi česar so avtonomni roboti vredna naložba za nekatere aplikacije.

Z uporabo robotov, ki lahko delajo sami, lahko podjetja prihranijo denar pri delu, izboljšajo učinkovitost in naredijo delavce varnejše.

Roboti lahko na primer delajo 24 ur na dan z malo nadzora, kar lahko pomaga še bolj zmanjšati stroške.

Poleg tega lahko roboti opravljajo dela, ki so za ljudi preveč dolgočasna, nevarna ali umazana. To sprosti ljudi za opravljanje pomembnejših del.

Uporaba avtonomnih robotov

Avtonomni roboti postajajo vse bolj priljubljeni v e-trgovini, podatkovnih centrih, zdravstvu, proizvodnji, vojski in javni varnosti, kmetijstvu in na drugih področjih.

Uporaba avtonomnih robotov ima veliko prednosti, kot so znižanje stroškov dela, povečanje produktivnosti, varnejše delovno mesto in zmanjšanje napak.

Aplikacije za e-trgovino

Avtonomni mobilni roboti (AMR) se zdaj pogosto uporabljajo v industriji e-trgovine za premikanje vozičkov in manipulacijo mobilnih naprav.

Ti roboti lahko sami premikajo izdelke z enega mesta v skladišču na drugega, kar pospeši proces izpolnjevanja naročil.

Samovozeči roboti lahko pomagajo tudi pri dostavi blaga strankam, kar lahko skrajša čas dostave in naredi stranke srečnejše.

Proizvodna industrija

Avtonomni roboti se pogosto uporabljajo tudi v predelovalni industriji. Roboti se uporabljajo za veliko stvari, kot je obločno varjenje, točkovno varjenje in premikanje stvari.

Z uporabo robotov v proizvodnji se lahko izboljša varnost, proizvodnja pa poteka hitreje in učinkoviteje.

S prihodom industrije 4.0 kombinacija robotike, umetne inteligence (AI) in strojnega učenja (ML) spreminja način proizvodnje.

Vojaška in javna varnost

Robotska tehnologija se uporablja v vojski in javni varnosti, kjer se za nadzor uporabljajo droni in roboti, ki ne potrebujejo osebe za nadzor.

Ti roboti lahko gredo na nevarna mesta in zbirajo informacije, zaradi česar so ljudje tam varnejši. Roboti se uporabljajo tudi za odstranjevanje bomb, iskanje kemikalij in radioaktivnih snovi ter patruljiranje meja.

Aplikacije za zdravstveno varstvo

Avtonomni roboti se uporabljajo v zdravstvenih ustanovah za oskrbo pacientov, dostavo zdravil, preverjanje vitalnih znakov in čustveno podporo.

Avtonomni mobilni roboti (AMR) se pogosto uporabljajo za pomoč pri pomembnih nalogah, kot so čiščenje, teleprisotnost in dostava zdravil in medicinskih pripomočkov ljudem, ki jih potrebujejo.

Roboti lahko tudi opazujejo, kako pacient vadi, merijo obseg njegovega gibanja in spremljajo njegov napredek.

Prav tako lahko roboti s programsko opremo, ki jo poganja umetna inteligenca in lahko prepoznajo zdravila, skrajšajo čas, potreben za iskanje pravega.

Čeprav je tehnologija še v zgodnjih fazah, raziskovalci iščejo, kako bi lahko robote uporabili za opravljanje bolj zapletenih nalog, kot je dajanje ciljnih zdravil, pomoč bolnikom z majhnimi težavami in pogovor z bolniki.

Kmetijska industrija

Avtonomni roboti se uporabljajo tudi v kmetijski industriji, predvsem za upravljanje pridelkov. Robotski droni se lahko uporabljajo za pregledovanje polj in iskanje težav s pridelki

To kmetom pove pomembne stvari o njihovih pridelkih. Samovozeči roboti lahko tudi pazijo na naftovode in plinovode, odkrivajo puščanja in preprečujejo škodo okolju.

Robot iz naio tehnologije:

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

Prihodnje aplikacije

Ko bo tehnologija postajala vse boljša, bodo lahko samovozeči roboti opravljali bolj zapletena dela, kot sta služba za stranke in logistika.

Z razvojem samovozečih avtomobilov bi lahko prišlo do velikih sprememb v avtomobilski industriji, na primer manj ljudi, ki bi imeli avtomobile.

Nekatere napovedi pravijo, da bi uporaba samovozečih robotov v industriji lahko močno vplivala na delovna mesta in da bi lahko izgubili do 50 % delovnih mest.

Vendar je še vedno veliko negotovosti in burne razprave o tem, kako bodo umetna inteligenca in roboti vplivali na trg dela.

Etični in varnostni vidiki za avtonomne robote

Uporaba samovozečih robotov lahko sproži številna moralna in varnostna vprašanja, na katera je treba odgovoriti, da zagotovimo njihovo varno in odgovorno uporabo.

Tukaj je nekaj najpomembnejših stvari, o katerih morate razmišljati:

Moralno vprašanje:	Opis:
Pristranskost	Avtonomni roboti, ki uporabljajo algoritme strojnega učenja, imajo lahko pristranskosti, ki vodijo v nepošteno obravnavo ljudi ali skupin. To je mogoče popraviti tako, da skrbno oblikujete in testirate algoritme, da se prepričate, da nimajo skritih pristranskosti.
Prevara	Če so roboti narejeni tako, da lažejo o tem, kdo so ali kaj zmorejo, lahko to privede do nevarnih ali nepričakovanih situacij. Da bi se temu izognili, bi morali ljudje, ki izdelujejo robote, odkrito povedati, kako so narejeni, in uporabnikom povedati, kaj lahko naredijo. Ko se roboti uporabljajo na delovnem mestu, lahko delavci ostanejo brez dela. Podjetja bi morala razmisliti o tem, kako bo avtomatizacija vplivala na njihovo delovno silo, in ponuditi programe usposabljanja ter druge načine za pomoč delavcem, ki izgubijo službo.
Motnost	Težko je razumeti, kako avtonomni roboti sprejemajo odločitve, zaradi česar je težko ugotoviti, zakaj delajo napake. Ljudje, ki izdelujejo robote, bi morali poskušati biti odprti in jasni glede tega, kako se robot odloči, kaj bo naredil.
Varnost	Avtonomne robote je treba izdelati tako, da so njihovi uporabniki varni. Podjetja bi morala biti odgovorna za to, da so njihovi roboti varni in da so dobro testirani, preden se prodajo javnosti.
Nadzor	Oblikovalci politik in regulativne skupine bi morali paziti na ustvarjanje in uporabo samovozečih robotov, da zagotovijo njihovo varno in odgovorno uporabo.
Zasebnost	Roboti, ki zbirajo osebne podatke, lahko ljudi skrbijo za njihovo zasebnost. Da bi zaščitili zasebnost ljudi, je treba uvesti prava pravila in ukrepe odprtosti. Uporabniki morajo biti sposobni zaupati, da bodo samovozeči roboti delovali varno in zanesljivo. Da bi zgradili zaupanje, bi morali snovalci robotov postaviti varnost, odprtost in odgovornost na vrh svojih seznamov.

Zaključek

Kot smo videli v tej objavi v spletnem dnevniku, bi lahko roboti, ki lahko delajo sami, spremenili svet, v katerem živimo. Ta tehnologija ima veliko uporab, od povečanja učinkovitosti proizvodnje do pomoči ljudem pri boljši oskrbi.

Toda kot pri vsaki novi tehnologiji obstajajo etična in varnostna vprašanja, o katerih je treba skrbno razmisliti in se z njimi soočiti.

Avtonomni roboti se morda zdijo odgovor na številne naše težave, vendar se moramo zavedati, da niso nadomestilo za človeško interakcijo in odločanje.

Namesto tega bi morali nanje gledati kot na orodja, ki nam lahko pomagajo doseči naše cilje in izboljšati svoje življenje. Ko združimo moč samovozečih robotov s človeško ustvarjalnostjo in iznajdljivostjo, lahko naredimo neverjetne stvari, za katere smo včasih mislili, da so nemogoče.

Kot inženirji in študenti robotike imamo priložnost sooblikovati prihodnost te tehnologije in omogočiti, da deluje v dobro družbe.

Nadaljujmo z raziskovanjem, kaj zmorejo avtonomni roboti, vendar ne smemo pozabiti tudi na etična in varnostna vprašanja, ki jih prinaša ta nova in razburljiva tehnologija.

Šele takrat lahko resnično uporabimo moč robotov, ki lahko delajo sami, da naredijo svet boljši kraj za vse.