Оскільки робототехніка стає все кращою, ідея автономного робота стає все більш важливою.
Ці машини можуть відчувати оточення та реагувати на нього, приймати рішення самостійно та пересуватися без допомоги людини.
У цій публікації я розповім про частини та технології, які дозволяють роботам працювати самостійно.
Я також розповім про мови програмування та навички, необхідні для їх створення, а також про проблеми етики та безпеки, пов’язані з їх використанням.
Незалежно від того, чи ви досвідчений інженер, чи тільки починаєте, світ безпілотних роботів обов’язково приверне вашу увагу та викличе у вас бажання дізнатися більше про всі способи використання цієї захоплюючої технології.
Вступ до автономних роботів
Формальне визначення:
Робот, який не тільки може підтримувати власну стабільність під час руху, але також може планувати свої рухи.
NASA K10 (автономія та робототехніка):
https://www.nasa.gov/centers/ames/research/area-autonomy-and-robotics.html
Автономні роботи – це розумні машини, які можуть працювати самостійно, з’ясовуючи, що відбувається навколо них, приймати рішення та діяти без допомоги людини.
Автономний робот — це тип робота, який має велику свободу і може робити щось сам без допомоги людини.
Це можливо тому, що робот має такі датчики, як камери, LiDAR і сонар, які дозволяють йому бачити і чути, що відбувається навколо.
Потім робот отримує цю інформацію та використовує її для прийняття рішень. Це дає йому можливість діяти самостійно.
Види роботів
Існує багато різних видів роботів, і кожен має свої сильні та слабкі сторони. Деякі з них:
- Автономні роботи: як ми вже говорили, автономні роботи можуть працювати самостійно без допомоги людини.
- Керовані роботи: для роботи керованим роботам потрібен вхід від людей. Їх можна запрограмувати на виконання певних завдань, але вони не мають стільки свободи, як роботи, які можуть робити щось самостійно.
- Напівавтономні роботи: у цих роботів є частини як автономних, так і керованих роботів, тож вони можуть виконувати деякі завдання самостійно, але потребують допомоги від людей.
- Автоматизовані роботи: ці роботи налаштовані виконувати роботу самостійно.
Але вони можуть бути не такими незалежними, як роботи, які можуть робити щось самостійно.
Відмінності автономних роботів від інших видів
Автономні роботи відрізняються від інших типів роботів тим, що вони можуть приймати рішення та діяти самостійно на основі того, що вони бачать у своєму оточенні, не потребуючи постійного втручання людини.
Незважаючи на те, що інші види роботів можуть виконувати певну роботу, вони не мають стільки свободи, як автономні роботи.
Автономні роботи в техніці
Порада: увімкніть кнопку субтитрів, якщо вона вам потрібна. Виберіть «автоматичний переклад» у кнопці налаштувань, якщо ви не знайомі з англійською мовою. Можливо, вам доведеться спершу натиснути мову відео, перш ніж ваша улюблена мова стане доступною для перекладу.
Компоненти та технології для автономних роботів
Автономні роботи — це розумні машини, які можуть працювати самостійно, відчувати оточення, приймати рішення та діяти без допомоги людини.
Щоб зробити робота, який може працювати сам по собі, важливо знати, які частини та технології потрібні.
Апаратні компоненти
Апаратні компоненти є важливою частиною створення робота, який може робити щось самостійно. Серед них:Приводи, такі як двигуни, гальма та соленоїди, дозволяють роботі рухатися та взаємодіяти з навколишнім середовищем.
- Датчики: датчики необхідні, щоб робот розумів навколишнє середовище.
Деякі приклади датчиків включають камери, LiDAR та інерційні вимірювальні пристрої (IMU).
- Джерела живлення: для роботи автономним роботам потрібне надійне джерело живлення, як-от батареї або паливні елементи.
- Обчислювальне обладнання: щоб робот обробляв дані датчиків, запускав алгоритми та керував приводами, йому потрібен мікроконтролер або одноплатний комп’ютер.
програмне забезпечення
При створенні автономного робота програмне забезпечення так само важливе, як і апаратне забезпечення. Серед них:
- Алгоритми сприйняття: алгоритми сприйняття дозволяють роботу інтерпретувати дані від своїх датчиків і з’ясовувати, що відбувається навколо нього.
- Алгоритми локалізації допомагають роботу визначити, де він знаходиться та куди він дивиться в навколишньому середовищі.
- Алгоритми відображення створюють модель середовища, яку робот може використовувати для планування своїх рухів.
- Алгоритми планування та контролю: Алгоритми планування та контролю дозволяють роботу рухатися та взаємодіяти з речами в його оточенні.
спілкування
Щоб робот добре працював, він повинен мати можливість спілкуватися з навколишнім середовищем. Це включає в себе розмови з іншими пристроями та системами, як по бездротовій мережі, так і за допомогою проводів.
Включені дисципліни
Щоб створити робота, який працює сам по собі, потрібно багато знати про машинобудування, електротехніку, інформатику та робототехніку.
Важливість датчиків в автономних роботах
Датчики є важливою частиною самокерованих роботів, оскільки вони дозволяють роботу вивчати навколишнє середовище та приймати рішення на основі отриманих даних.
Чому датчики важливі для роботів, які можуть діяти самостійно?
Датчики є дуже важливою частиною автономних роботів, оскільки вони дозволяють роботу бачити та розуміти оточення.
Робот може приймати рішення та змінювати свої дії на основі інформації, яку він отримує від датчиків. Це дозволяє йому безпечно пересуватися та виконувати завдання без допомоги людей.
Типи датчиків для самокерованих роботів
Автономні роботи використовують різні типи датчиків, щоб дізнаватися про своє оточення. У робототехніці деякі з найпоширеніших типів датчиків:
- Датчики наближення/відстані: ці датчики, як ультразвукові або інфрачервоні датчики, дозволяють роботам знаходити об’єкти та вимірювати відстані, не торкаючись їх.
- Камери та лідарні датчики: Камери та лідарні датчики можна використовувати для створення детальної 3D-карти оточення робота, яка може допомогти йому уникати перешкод і планувати свій шлях.
- Навігаційні датчики. Навігаційні датчики, наприклад GPS або кодери, дозволяють визначити, де знаходиться робот, і змінити його швидкість, напрямок і курс. Датчики сили вимірюють силу, яку чинить на робота його власне тіло або предмети поза ним. Це важливо для таких завдань, як захоплення або підняття речей.
- Інерційні одиниці вимірювання (IMU): IMU вимірюють прискорення та кутову швидкість тіла робота або зовнішніх об’єктів, що важливо для таких завдань, як балансування чи стабілізація.
Кожен тип датчика має свої переваги та недоліки.
Автономні роботи можуть покращити свою здатність бачити та приймати рішення, використовуючи більше одного датчика.
Наприклад, поєднання лідарних датчиків із камерами може дати роботу більш повну картину навколишнього середовища
Використання кількох навігаційних датчиків може підвищити точність локалізації.
Навігація та уникнення перешкод для автономних роботів
Автономні роботи використовують системи, які допомагають їм орієнтуватися та уникати зіткнень з предметами, щоб вони могли безпечно та ефективно пересуватися.
Методи для роботів, які можуть пересуватися самостійно
- Карти навколишнього середовища: автономні роботи можуть планувати свої рухи та уникати перешкод за допомогою карт навколишнього середовища.
- Такі датчики, як стереокамери виявлення перешкод або LiDAR: ці датчики дають роботу 360-градусний огляд навколо, дозволяючи йому бачити перешкоди та планувати безпечний маршрут.
- Автоматизовані керовані транспортні засоби, дистанційні телекеровані транспортні засоби та автономні мобільні роботи, які краще працюють із системами тривимірного бачення з широким полем огляду: ці системи полегшують роботам пересування та уникання перешкод.
Автономні роботи повинні вміти уникати перешкод
Автономні роботи повинні мати можливість уникати перешкод, щоб вони могли безпечно та ефективно пересуватися в своєму середовищі.
Щоб роботи могли уникати перешкод, вони повинні мати можливість надійно їх знаходити та передбачати, як вони рухатимуться.
Форма робота також може впливати на те, як він пересувається навколо перешкод. Кругові роботи поширені, тому що вони можуть обертатися на місці, не вдаряючись ні про що.
Звикання до оточення
І останнє, але не менш важливе: щоб методи уникнення перешкод працювали, роботи повинні мати можливість добре адаптуватися до навколишнього середовища.
Це означає, що робот повинен мати можливість змінювати свої рухи та об’їжджати перешкоди, навіть у динамічному середовищі, де перешкоди можуть рухатися або змінюватися без попередження.
Програмування автономних роботів
Програмування є важливою частиною створення роботів, які можуть працювати самі по собі, і існує багато різних мов програмування, які можна використовувати для створення та тестування роботів.
Мови, які використовуються для програмування роботів, Python і C++ є найпоширенішими мовами програмування для створення роботів, які можуть працювати самі по собі, але інші мови також можуть використовуватися залежно від потреб проекту.
Java, MATLAB і PHP – це деякі інші мови програмування, які часто використовуються для робототехніки.
Кожна мова має свої плюси та мінуси, і найкраща мова для проекту залежатиме від того, що він має робити.
Навички, необхідні для програмування роботів
Щоб створити робота, який може працювати сам по собі, вам потрібно знати, як писати код на таких мовах, як Python і C++.
Також важливо мати досвід прикладного програмування та створення програмного забезпечення для апаратних систем.
Також важливо знати такі речі про робототехніку, як теорія керування, планування руху та комп’ютерне бачення.
Ресурси для навчання програмуванню роботів
Є багато способів навчитися навичкам, необхідним для програмування роботів, які можуть робити щось самостійно. Деякі з них:
- Курсова робота в університетах: багато університетів пропонують онлайн- та очні курси з робототехніки та програмування.
- Онлайн-курси та семінари: Університети, компанії та професійні групи пропонують багато онлайн-курсів та семінарів. На цих курсах можна навчити чого завгодно: від основ робототехніки до складних способів програмування роботів.
- Навчальні посібники та посібники з програмування: в Інтернеті можна знайти багато посібників із програмування та посібників, які покажуть вам, як створювати базові автономні мобільні роботи, або навчать, як програмувати роботів певним чином.
Витрати, пов’язані з автономними роботами
Автономні роботи стають все більш поширеними в багатьох галузях, оскільки вони можуть підвищити безпеку працівників, підвищити продуктивність і знизити вартість робочої сили.
Але вартість створення та використання автономних роботів може сильно відрізнятися залежно від того, для чого вони використовуються, наскільки вони складні та які частини використовуються.
Початкові інвестиційні витрати
Початкова інвестиційна вартість автономного робота може складатися з таких частин, як апаратне забезпечення, програмне забезпечення та датчики.
Ось кілька прикладів витрат, пов’язаних із різними типами роботів:
- Автоматизовані керовані транспортні засоби (AGV) можуть коштувати від 14 000 доларів США за простий AGC до 60 000 доларів США за складніший тягач.
- Вартість безпілотних навантажувачів також може змінюватися в залежності від ряду факторів.
- Роботи, які використовуються в будівництві, можуть бути дорогими, оскільки їх важко зробити, а середовище, в якому вони працюють, потребує стандартизації.
Робот, який виконує операції, може коштувати до 2,5 мільйонів доларів.
Поточні витрати
Крім початкових інвестицій, вартість використання автономних роботів також може включати поточні витрати на обслуговування, ремонт і оновлення.
Щоб переконатися, що робот продовжує працювати належним чином і безпечно, можливо, його потрібно буде регулярно обслуговувати та ремонтувати.
Крім того, технології постійно вдосконалюються, тому робота, можливо, потрібно буде оновити, щоб не відставати від останніх змін.
Переваги автономних роботів
Незважаючи на те, що початкова вартість інвестицій для автономного робота може бути високою, довгострокові переваги зниження витрат на робочу силу та підвищення продуктивності можуть бути значними, що робить автономних роботів гідною інвестицією для деяких застосувань.
Використовуючи роботів, які можуть працювати самостійно, компанії можуть заощадити гроші на робочій силі, підвищити ефективність і зробити працівників безпечнішими.
Наприклад, роботи можуть працювати цілодобово з невеликим наглядом, що може допомогти ще більше скоротити витрати.
Крім того, роботи можуть виконувати роботу, яка є надто нудною, небезпечною або брудною для людей. Це звільняє людей для більш важливої роботи.
Застосування автономних роботів
Автономні роботи стають все більш популярними в електронній комерції, центрах обробки даних, охороні здоров’я, виробництві, військовій та громадській безпеці, сільському господарстві та інших сферах.
Використання автономних роботів має багато переваг, таких як зниження вартості робочої сили, підвищення продуктивності, підвищення безпеки робочого місця та зменшення помилок.
Програми електронної комерції
Автономні мобільні роботи (AMR) зараз широко використовуються в індустрії електронної комерції, щоб виконувати такі дії, як пересування візків і керування мобільними пристроями.
Ці роботи можуть самостійно переміщувати товари з одного місця складу в інше, що прискорює процес виконання замовлення.
Самокеровані роботи також можуть допомогти доставляти товари клієнтам, що може скоротити час доставки та зробити клієнтів щасливішими.
Обробна промисловість
Автономні роботи також часто використовуються у виробничій промисловості. Роботи використовуються для багатьох речей, як-от дугове зварювання, точкове зварювання та переміщення речей.
Коли роботи використовуються на виробництві, можна підвищити безпеку, а виробництво можна зробити швидше та ефективніше.
З появою Індустрії 4.0 поєднання робототехніки, штучного інтелекту (AI) і машинного навчання (ML) змінює спосіб виробництва.
Військова та громадська безпека
Роботизовані технології використовуються в армії та громадській безпеці, де для спостереження використовуються дрони та роботи, якими не потрібна особа для керування ними.
Ці роботи можуть заходити в небезпечні місця та збирати інформацію, що робить перебування там безпечнішим для людей. Роботів також використовують для знищення бомб, пошуку хімікатів і радіоактивних матеріалів і патрулювання кордонів.
Програми охорони здоров'я
Автономні роботи використовуються в медичних закладах, щоб доглядати за пацієнтами, доставляти ліки, перевіряти життєві функції та надавати емоційну підтримку.
Автономні мобільні роботи (AMR) часто використовуються для виконання таких важливих завдань, як прибирання, телеприсутність і доставка ліків і медичних товарів людям, які їх потребують.
Роботи також можуть спостерігати, як пацієнт виконує вправи, вимірювати діапазон його рухів і відстежувати прогрес.
Крім того, роботи з програмним забезпеченням на основі штучного інтелекту, які можуть ідентифікувати ліки, можуть скоротити час, необхідний для пошуку потрібного.
Незважаючи на те, що технологія все ще перебуває на початковій стадії, дослідники шукають, як роботів можна використовувати для виконання більш складних завдань, таких як доставка цільових ліків, допомога пацієнтам із невеликими проблемами та розмова з пацієнтами.
Сільське господарство
Автономні роботи також використовуються в сільському господарстві, особливо для управління врожаєм. Роботизовані дрони можна використовувати для огляду полів і виявлення проблем із посівами
Це розповідає фермерам важливі речі про їхні врожаї. Самокеровані роботи також можуть стежити за нафто- та газопроводами, знаходити витоки та зупиняти шкоду навколишньому середовищу.
https://www.naio-technologies.com/en/home/
Майбутні програми
З удосконаленням технологій самокеровані роботи зможуть виконувати більш складні роботи, такі як обслуговування клієнтів і логістика.
З розвитком безпілотних автомобілів можуть відбутися великі зміни в автомобільній промисловості, наприклад, менше людей володітимуть автомобілями.
Деякі прогнози свідчать, що використання самокерованих роботів у промисловості може мати великий вплив на робочі місця, і що до 50% робочих місць можуть бути втрачені.
Але досі існує багато невизначеності та гарячих дискусій щодо того, як ШІ та роботи вплинуть на ринок праці.
Етичні міркування та міркування безпеки для автономних роботів
Використання самокерованих роботів може викликати низку питань моралі та безпеки, на які необхідно відповісти, щоб переконатися, що вони використовуються безпечно та відповідально.
Ось деякі з найважливіших речей, про які варто подумати:
| Моральне питання: | опис: |
|---|---|
| Упередженість | Автономні роботи, які використовують алгоритми машинного навчання, можуть мати упередження, які призводять до несправедливого ставлення до людей або груп. Це можна виправити, ретельно розробляючи та тестуючи алгоритми, щоб переконатися, що вони не мають прихованих упереджень. |
| Обман | Якщо роботів змусять брехати про те, хто вони є або що вони можуть робити, це може призвести до небезпечних або несподіваних ситуацій. Щоб уникнути цього, люди, які створюють роботів, повинні відкрито говорити про те, як вони створені, і розповідати користувачам, що вони можуть робити. Коли роботи використовуються на робочому місці, люди можуть бути звільнені з роботи. Компанії повинні подумати про те, як автоматизація вплине на їх робочу силу, і запропонувати навчальні програми та інші способи допомогти працівникам, які втрачають роботу. |
| Непрозорість | Може бути важко зрозуміти, як автономні роботи приймають рішення, що ускладнює з’ясування, чому вони роблять помилки. Люди, які створюють роботів, повинні бути відкритими та чіткими щодо того, як робот вирішує, що робити. |
| Безпека | Автономні роботи мають бути створені таким чином, щоб їхні користувачі були в безпеці. Компанії повинні нести відповідальність за те, щоб їхні роботи були безпечними та перевірялися перед продажем. |
| Нагляд | Політики та регуляторні групи повинні стежити за створенням і використанням самокерованих роботів, щоб переконатися, що вони використовуються безпечно та відповідально. |
| Конфіденційність | Роботи, які збирають особисту інформацію, можуть змусити людей хвилюватися про свою конфіденційність. Щоб захистити приватність людей, слід запровадити правильні правила та заходи відкритості. Користувачі повинні бути в змозі довіряти тому, що роботи, які самостійно керують, працюватимуть безпечно та надійно. Щоб створити довіру, розробники роботів повинні поставити безпеку, відкритість і відповідальність на перше місце у своїх списках. |
Висновок
Як ми бачили в цій публікації в блозі, роботи, які можуть працювати самі по собі, можуть змінити світ, у якому ми живемо. Ця технологія має багато застосувань, від підвищення ефективності виробництва до допомоги людям у кращому догляді.
Але, як і з будь-якою новою технологією, існують питання етики та безпеки, які потрібно ретельно продумати та вирішити.
Автономні роботи можуть здатися відповіддю на багато наших проблем, але ми повинні пам’ятати, що вони не є заміною взаємодії з людьми та прийняття рішень.
Замість цього ми повинні дивитися на них як на інструменти, які можуть допомогти нам досягти наших цілей і зробити наше життя кращим. Коли ми поєднуємо потужність самокерованих роботів з людською креативністю та винахідливістю, ми можемо робити дивовижні речі, які колись вважалися неможливими.
Як інженери-робототехніки та студенти, ми маємо шанс допомогти сформувати майбутнє цієї технології та змусити її працювати на благо суспільства.
Давайте продовжимо вивчати, на що здатні автономні роботи, але ми також повинні пам’ятати про етичні проблеми та проблеми безпеки, пов’язані з цією новою та захоплюючою технологією.
Лише тоді ми зможемо дійсно використовувати потужність роботів, які можуть працювати самостійно, щоб зробити світ кращим для всіх.
Поділіться на…
