Робототехника

редактировать
Проектирование, конструкция, работа и применение роботов Теневой робот ручной система

Робототехника - это междисциплинарная область исследований на стыке информатики и инженерии. Робототехника включает в себя проектирование, конструирование, эксплуатацию и использование роботов. Цель робототехники - интеллектуальные машины, которые помогают людям в их повседневной жизни и обеспечивают безопасность каждого. Робототехника опирается на достижения информационной инженерии, компьютерной инженерии, машиностроения, электронной инженерии и других инженеров.

Робототехника разрабатывает машины, которые могут заменять людей и воспроизводить человеческие действия. Роботов можно использовать во многих ситуациях, но сегодня многие из них используются в опасных средах (включая досмотр радиоактивных материалов, обнаружение бомб и отключение ), производственные процессы или там, где люди не могут выжить (например, в космосе, под водой, в условиях высокой температуры, а также при очистке и локализации опасных материалов и радиации). Роботы могут принимать любую форму, но некоторые из них внешне напоминают людей. Считается, что это помогает принять робота в определенных репликативных формах поведения, которые обычно выполняются людьми. Такие роботы пытаются имитировать ходьбу, подъем, речь, мыслительные способности или любую другую деятельность человека. Многие из сегодняшних роботов вдохновлены природой, внося свой вклад в био-вдохновленную робототехнику.

Концепция создания роботов, которые могут работать автономно, восходит к классическим временам, но исследования функциональности и потенциального использования роботов не развивались до 20 века. На всей истории различных ученых, изобретатели, инженеры и технические специалисты часто предполагали, что однажды роботы смогли имитировать человеческое поведение и выполнить задачу так, как это делает человек. Сегодня робототехника - это быстро развивающаяся область, поскольку технологический прогресс продолжается; исследование, проектирование и создание новых роботов, будь то внутри страны, коммерчески в военном отношении. Многие роботы для выполнения опасных задач для людей работ, таких как обезвреживание бомб, поиск выживших в нестабильных руинах и исследование шахт и затонувших кораблей. Робототехника также используется в STEM (наука, технология, инженерия и математика) в качестве учебного пособия.

Робототехника - это отрасль инженерии, которая включает в себя концепции, проектирование, производство и эксплуатация роботов. Эта область пересекается с компьютерной инженерией, информатикой (особенно искусственным интеллектом ), электроникой, мехатроникой, механика, нанотехнология и биоинженерия.

Содержание
  • 1 Этимология
  • 2 История
  • 3 Роботизированные аспекты
  • 4 Приложения
  • 5 Компоненты
    • 5.1 Источник питания
    • 5.2 Привод
      • 5.2.1 Электродвигатели
      • 5.2.2 Линейные приводы
      • 5.2.3 Последовательные упругие приводы
      • 5.2.4 Воздушные мышцы
      • 5.2.5 Мышцы проволока
      • 5.2.6 Электроактивные полимеры
      • 5.2.7 Пьезомоторы
      • 5.2.8 Эластичные нанотрубки
    • 5.3 Обнаружение
      • 5.3.1 Сенсорное касание
      • 5.3.2 Зрение
      • 5.3.3 Другое
    • 5.4 Манипуляции
      • 5.4.1 Механические захваты
      • 5.4.2 Всасывающие рабочие органы
      • 5.4.3 Рабочие органы общего назначения
    • 5.5 Передвижение
      • 5.5.1 Роликовые роботы
        • 5.5.1.1 Двухколесные балансировочные роботы
        • 5.5.1.2 Одноколесные бала нсировочные роботы
        • 5.5.1.3 Сферические шаровые роботы
        • 5.5.1.4 Шестиколесные роботы
        • 5.5.1.5 Гусеничные роботы
      • 5.5.2 Ходьба, применяемая к роботам
        • 5.5.2.1 Техника ZMP
        • 5.5.2.2 Прыжок
        • 5.5.2.3 Динамическая балансировка (контролируемое падение)
        • 5.5.2.4 Пассивная динамика
      • 5.5.3 Другие методы движения
        • 5.5.3.1 Полет
        • 5.5.3.2 Змейка
        • 5.5.3.3 Катание на коньках
        • 5.5.3.4 Скалолазание
        • 5.5.3.5 Плавание (Piscine)
        • 5.5.3.6 Парусный спорт
    • 5.6 Взаимодействие с окружающей средой и навигация
    • 5.7 Взаимодействие человека и робота
      • 5.7.1 Распознавание речи
      • 5.7.2 Роботизированный голос
      • 5.7.3 Жесты
      • 5.7.4 Выражение лица
      • 5.7.5 Искусственные эмоции
      • 5.7.6 Личность
      • 5.7.7 Социальный интеллект
  • 6 Контроль
    • 6.1 Уровни автономии
  • 7 Исследования
    • 7.1 Динамика и кинематика
    • 7.2 Бионика и биомиметика
    • 7.3 Квантовые вычисления
  • 8 Образование и обучение
    • 8.1 Профессиональное обучен ение
    • 8.2 Сертификация
    • 8.3 Летний лагерь робототехники
    • 8.4 Соревнования по робототехнике
      • 8.4.1 Соревнования для детей младшего возраста
      • 8.4.2 Соревнования для детей 9-14 лет
      • 8.4.3 Соревнования для подростков
      • 8. 4.4 Соревнования для старшеклассников
      • 8.4.5 Соревнования, открытые для всех
    • 8.5 Программы по робототехнике после школы
    • 8.6 Деколониальная образовательная робототехника
  • 9 Занятость
  • 10 Последствия для безопасности и здоровья персонала
  • 11 См. Также
  • 12 Ссылки
  • 13 Дополнительная литература
  • 14 Внешние ссылки
Этимология

Слово «робототехника» произошло от слова «робот», которое было представленной общественности чехом писатель Карел Чапек в пьесе руб. (Универсальные роботы Россума), который был опубликован в 1920 году. Слово «робот» происходит от славянского слова «робот», что означает раб / слуга. Действие игры начинается на фабрике, которая создает искусственных людей, называемых роботами, которые могут быть приняты за современные идеи андроидов. Сам Карел Чапек это слово не придумал. Он написал короткое письмо со ссылкой на этимологию из Оксфордского словаря английского, в котором назвал своего брата Йозефа Чапека в качестве его фактического создателя.

Согласно Оксфордскому словарю английского языка, робототехника впервые было использовано в печати Исааком Азимовым в его научно-фантастическом рассказе «Лжец!», опубликовано в мае 1941 г. в журнале Поразительная научная фантастика. Азимов не знал, что он вводит термин; Робототехника уже относится к науке и технологии роботов. В некоторых других работах Азимова он заявляет, что первое использование слова робототехника было в его рассказе Runaround (Astounding Science Fiction, март 1942 г.), где он представил свою концепцию Три закона робототехники. Однако оригинальное издание «Лжец!» на десять месяцев раньше, чем "Runaround", поэтому первое обычно упоминается как происхождение слова.

История

В 1948 году Норберт Винер сформулировал принципы кибернетики, основы практической робототехники.

Полностью автономные роботы появились только во второй половине 20 века. Первый программируемый робот с цифровым управлением, Unimate, был установлен в 1961 году для подъема горячих кусков металла из машины для литья под давлением и штабелирования их. Коммерческие и промышленные роботы сегодня широко распространены и используются для более дешевого, точного и надежного выполнения работ, чем люди. Они также заняты на некоторых работах, которые слишком грязные, опасные или унылые, чтобы подходить для людей. Роботы широко используются в производстве, сборке, сборке и упаковке, горнодобывающей промышленности, транспорте, исследовании земли и космоса, хирургии, вооружении, лабораторных исследованиях, безопасности и массовое производство потребительских и промышленных товаров.

ДатаЗначениеИмяотаИзобретатель
Третий век до нашей эры и ранееОдно из самых ранних описаний автоматов появляется в тексте Ли Цзы, во время гораздо более ранней встречи между королем Чжоу Му (1023–957 до н.э.) и инженер-механик, известный как Ян Ши, «ремесленник». Последний якобы подарил царю фигуру его механической работы в натуральную фигуру.Янь Ши (кит.: 偃师)
I век н.э. и ранееОписание более чем 100 машин и автоматов, включая пожарную машину, духовой орган, монетоприемник и паровой двигатель, в Pneumatica and Automata Герон Александрийский Ктесибий, Филон Византии, Герон Александрийский и др.
ок. 420 г. до н.э.Деревянная птица с паровым двигателем, которая могла летатьЛетающий голубьАрхитектор из Тарента
1206Созданный ранний гуманоид автоматы, программируемый браслет для автоматовРобот-браслет, автомат для мытья рук, автоматические движущиеся павлиныАль-Джазари
1495Конструкции для роботов-гуманоидовМеханический рыцарь Леонардо да Винчи
1738Механическая утка, которая могла есть, махать крыльями и выделять выделениеПереваренная утка Жак де Вокансон
1898Никола Тесла представляет первое радиоуправляемое судно.ТелеавтоматНикола Тесла
1921Первые вымышленные автоматы, называемые «роботами», появляются в пьесе R.U.R.Универсальные роботы Россум Карел Чапек
1930-е годыРобот-гуманоид, представленный на Всемирных выставках 1939 и 1940 годов Всемирных выставок Elektro Westinghouse Electric Corporation
1946Первый цифровой компьютер общего назначенияWhirlwind Несколько
1948Простые роботы, проявляющие человек биологическое поведениеЭлси и ЭлмерУильям Грей Уолтер
1956Первый коммерческий робот от компании Unimation, основанной Джорджем Деволом и Джозефом Энгельбергером, на основе патентов ДеволаUnimate Джордж Девол
1961Первый установленный промышленный робот.Unimate Джордж Девол
1967–1972Первый полномасштабный гуманоидный интеллектуальный робот и первый андроид. Его система управления конечностями позволяет ему использовать нижними конечностями, а также захватывать и транспортировать предметы руками с тактильных датчиков. Его система зрения позволяет измерять расстояния и направления до объектов с помощью внешних рецепторов, искусственных глаз и ушей. А его система разговора позволила ему общаться с человеком на японском языке с искусственным ртом.WABOT-1Университет Васэда
1973Первый промышленный робот с шестью осями с электромеханическим приводомFamulusKUKA Robot Group
1974Первый в мире управляемый микрокомпьютером электрический промышленный робот IRB 6 от ASEA, был доставлен небольшой машиностроительной компании на юге Швеции. Конструкция этого робота была запатентована уже в 1972 году.IRB 6ABB Robot Group
1975Программируемый универсальный манипулятор, продукт UnimationPUMA Виктор Шейнман
1978Первый язык программирования роботов объектного уровня, позволяющий роботам обрабатывать изменения положения, формы и датчиков шума.Фредди I и II, язык программирования роботов RAPT Патрисия Амблер и Робин Попплстоун
1983Первый многозадачный язык параллельного программирования, инструмент для управления роботом. Это язык, управляемый событиями (EDL) на технологическом компьютере IBM / Series / 1, с реализацией механизмов межпроцессного взаимодействия (WAIT / POST) и взаимного исключения (ENQ / DEQ) для управления роботом.ADRIEL IСтево Божиновски и Михаил Сестаков
Робототехнические аспекты
Механическая конструкция Электрический аспект Уровень программирования

Есть много типов роботов; они используются во многих средах и для самых разных целей. Несмотря на то, что они очень разнообразны по применению и форме, все они имеют три основных сходства, когда дело доходит до их конструкции:

  1. Все роботы имеют какую-то механическую конструкцию, раму, форму или форму, предназначенную для решения конкретной задачи. Например, робот, предназначенный для передвижения по тяжелой грязи или грязи, может использовать гусеницы. Механический аспект - это в основном решение для выполнения поставленной задачи и работы с физической окружающей средой вокруг нее. Форма следует за функцией.
  2. Роботы электрические компоненты, которые приводят в действие механизмы и управляют ими. Например, роботу с гусеницами потребуется какая-то мощность для перемещения гусениц трекера. Эта энергия приходит в виде электричества, которое должно проходить по проводу и исходить от батареи, установки электрической цепи. Даже бензиновые машины, которые получают энергию в основном от бензина, по-прежнему требуют электрического тока для запуска сгорания, поэтому большинство бензиновых машин, таких как автомобили, имеют батареи. Электрический роботов используется для движения (через двигатели), восприятия (где электрические сигналы используются для измерения таких вещей, как тепло, звук, положение и энергетический статус) и работы (роботам требуется некоторый уровень электрической энергии поставляются в их двигатели и датчики для активации и выполнения основных операций)
  3. Все роботы некоторый уровень компьютерного программирования кода. Программа - это то, как робот решает, когда и как что-то делать. В примере с гусеничной лентой робот, которому необходимо двигаться по грязной дороге, может иметь правильную механическую конструкцию и получать правильное количество энергии от своей батареи, но никуда не пойдет, если программа не скажет ему двигаться. Программа - это основная сущность робота, она может иметь отличную механическую и электрическую конструкцию, но если ее программа построена плохо, она будет работать очень низкой (или она может не работать вообще). Есть три разных типа роботизированных программ: дистанционное управление, искусственный интеллект и гибрид. У робота с программированием дистанционного управления есть уже существующий набор команд, который он будет выполнять только в том случае, если и когда он получит сигнал от источника управления, обычно с дистанционным управлением. Возможно, более уместно рассматривать устройства, управляемые преимущественно человеческими командами, как относящиеся к системе, а не робототехники. Роботы, использующие искусственный интеллект, взаимодействуют со своей средой самостоятельно, без источников управления, могут определять реакции на объекты и проблемы, которые они сталкиваются, используя свои ранее существовавшие программы. Гибрид - это форма программирования, которая включает в себя функции ИИ и RC.
Приложения

По мере того, как все больше и больше роботов разрабатывается для конкретных задач, этот метод классификации все более актуальным. Например, многие роботы предназначены для сборочных работ, которые не всегда легко адаптировать для других приложений. Их называют «роботами-сборщиками». Для шовной сварки некоторые поставщики предоставляют полные сварочные системы с роботом, есть сварочное оборудование, а также другие средства обработки материалов, такие как поворотные столы и т. Такая интегрированная роботизированная система называется «сварочным роботом», хотя ее дискретный манипулятор может быть адаптирован для множества задач. Некоторые роботы специально разработаны для манипуляции с тяжелыми грузами и помечены как «сверхмощные роботы».

Текущие и потенциальные применения включают:

Компоненты

Источник питания

Посадочный модуль InSight с солнечными батареями, развернутыми в чистом помещении

В настоящее время в основном ( свинцово-кислотный) b элементы используются в качестве источника питания. В качестве источника энергии для роботов можно использовать различные типы батарей. Они варьируются от свинцово-кислотных батарей, которые безопасны и имеют относительно длительный срок хранения, но они довольно тяжелые по сравнению с серебряно-кадмиевыми батареями, которые намного меньше по объему и в настоящее время намного дороже. При разработке робота с батарейным питанием необходимо учитывать такие факторы, как безопасность, срок службы и вес. Также можно использовать генераторы, часто некоторые типы двигателя внутреннего сгорания. Однако такие конструкции часто являются сложными с механической точки зрения и требуют топлива, требуют отвода тепла и относительно тяжелые. Трос, соединяющий робота с источником питания, полностью отключит источник питания от робота. Это дает преимущество экономии веса и пространства за счет перемещения всех компонентов генерации и хранения энергии в другое место. Однако такая конструкция имеет недостаток: к роботу постоянно подключается кабель, с которым может быть трудно справиться. Возможные источники энергии:

Приведение в действие

A роботизированная нога с питанием от воздушных мышц

Приводы - это "мышцы "робота, части, которые преобразуют накопленную энергию в движение. Самыми популярными исполнительными механизмами являются электродвигатели, которые вращают колесо или шестерню, и линейные исполнительные механизмы, управляющие промышленными роботами на заводах. некоторые недавние достижения в области альтернативных типов приводов, работающих от электричества, химикатов или сжатого воздуха.

Электродвигатели

Подавляющее большинство роботов используют электродвигатели, часто щеточные и бесщеточные двигатели постоянного тока в переносных роботы илидвигатели переменного тока в промышленных роботах и ​​станках ЧПУ. Эти двигатели часто предпочтительнее в системе с более легкими нагрузками, и где преобладающая форма движения - вращательная.

Линейные приводы

Различные типы линейных приводов перемещаются внутрь и наружу, а не вращаются, и часто меняют направление быстрее, особенно когда требуются очень большие силы, например, в промышленной робототехнике. Обычно они приводятся в действие воздействым и окисленным воздухом (пневматический привод ) или маслом (гидравлический привод ). Линейные приводы также могут работать от электричества, обычно состоит из двигателя и ходового винта. Другой распространенный тип - это механический линейный привод, который вращается вручную, например, зубчатая рейка в автомобиле.

Последовательная упругость приводы

Последовательное упругое срабатывание (SEA) основано на идее создания упругой упругости междуом двигателя и нагрузкой для надежного управления усилием. Благодаря меньшему отражению инерции, последовательной упругой срабатывание повышает безопасность, когда робот взаимодействует с окружающей средой (например, с людьми или заготовкой) или во время столкновения. Кроме того, он также обеспечивает энергоэффективность и амортизацию (механическую фильтрацию), снижая при этом чрезмерный износ трансмиссии и других механических компонентов. Этот подход успешно использует в различных роботах, в частности, в современных производственных роботах и ​​ходячих гуманоидных роботах.

Конструкция контроллера последовательного упругого привода чаще всего выполняется в рамках пассивности рамки, поскольку он обеспечивает безопасность с неструктурированными средами. Несмотря на свою замечательную устойчивость к устойчивости, эта структура страдает от строгих ограничений, накладываемых на контроллер, которые могут отрицательно сказаться на производительности. Читатель может предложить к следующему обзору, в котором обобщены общие условия контроллеров для SEA вместе с достаточными условиями. В одном из недавних исследований были установлены необходимые условия пассивности для одной из наиболее распространенных архитектурного управления импедансом, а именно SEA с определением скорости. Эта работа имеет особое значение, поскольку она впервые определяет неконсервативные границы в схеме SEA, что позволяет более широкий выбор коэффициентов усиления управления.

Воздушные мышцы

Пневматические искусственные мышцы, также называемые воздушными мышцами, которые расширяются (обычно до 40%), когда в них нагнетается воздух. Они используются в некоторых приложениях роботов.

Мышечная проволока

Мышечная проволока, также известная как сплав с памятью, проволока Nitinol® или Flexinol®, представляет собой материал, сжимается (менее 5%) при электричестве приложено. Они использовались в некоторых небольших роботах.

Электроактивные полимеры

EAP или EPAM - это пластик, который может быть сокращен (до 380% активационной деформации) от электричества, используемого в лицевых мышцах и руках гуманоидных роботов, а также для, чтобы новые роботы могли плавать, летать, плавать или ходить.

Пьезомоторы

Недавними альтернативами двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели или ультразвуковые двигатели. Они работают по принципиально иному принципу, согласно которым крошечные пьезокерамические элементы, вибрируют много тысяч раз в секунду, вызывают линейное или вращательное движение. Существуют разные механизмы работы; один тип использует вибрацию пьезоэлементов для движения двигателя по окружности или прямой линии. В другом типе пьезоэлементы используются для вибрации гайки или вращения винта. Преимущества этих двигателей - разрешение нанометров, скорость и доступная сила для их размера. Эти двигатели уже коммерчески доступны и используются на некоторых роботах.

Эластичные нанотрубки

Эластичные нанотрубки - многообещающая технология искусственной мускулатуры, находящаяся на ранней стадии экспериментальной разработки. Отсутствие дефектов в металлических нанотрубках позволяет этим нитям упруго деформироваться на несколько процентов с уровнями накопления энергии, возможно, 10 Дж / см для металлических нанотрубок. Бицепс человека можно заменить проволокой из этого материала диаметром 8 мм. Такая компактная «мускулатура» может быть будущим роботам опережать и превосходить людей.

Sensing

Датчики позволяют роботам получать информацию об определенных измерениях окружающей среды или внутренних компонентах. Это важно для роботов, чтобы они выполняли свои задачи и реагировали на любые изменения в окружающей среде, чтобы они соответствовали ответам. Они используются для различных форм измерений, чтобы предупреждать роботов о безопасности или неисправностях, а также выполнять информацию в режиме реального времени оемой задаче.

Touch

Текущий роботизированный и протез руки воспринимает гораздо меньше тактильной информации, чем человеческая рука. Недавние исследования возможностейили матрицу тактильных датчиков, которая имитирует механические свойства и сенсорные рецепторы кончиков пальцев человека. Матрица датчиков сконструирована как жесткий сердечник, окруженная проводящая жидкая, заключенная в эластомерную оболочку. Электроды устанавливаются на поверхность жесткого сердечника и подключаются к устройству измерения импеданса внутри сердечника. Когда искусственная кожа касается объекта, путь жидкости вокруг электродов деформируется, вызывая изменения импеданса, которые отображают силы, принимаемые от объекта. Исследователи ожидают, что функция таких искусственных пальцев будет регулировка захвата удерживаемых объектов роботом.

Ученые из нескольких европейских стран и Израиля в 2009 году разработали протез руки под названием SmartHand, который функционирует как настоящая рука, позволяя пациенту, чтобы писать с его помощью, набирайте на клавиатуре, играйте на фортепиано и выполняйте другие тонкие движения. Протез оснащен датчиками, которые позволяют пациенту ощущать настоящие ощущения кончиками пальцев.

Зрение

Компьютерное зрение - это наука и технология машин, которые видят. Как научное дисциплина компьютерное зрение связано с теорией искусственных, извлекающих информацию из изображений. Данные изображения могут принимать различные формы, например видеопоследовательности и изображения с камер.

Большинство практических приложений компьютерного компьютерного компьютерного компьютерного компьютерного компьютерного программного обеспечения для решения конкретных задач, методы, основанные на обучении, в настоящее время становятся все более распространенными.

Системы компьютерного зрения на датчики изображения, которые обнаруживают электромагнитное излучение, которое обычно находится в форме видимого света или инфракрасного света. Датчики разработаны с использованием физики твердого тела. Процесс, посредством которого распространяется и отражается от которого поверхности, объясняется с оптики. Сложные датчики изображения даже требуют квантовой механики, чтобы обеспечить полное понимание процесса формирования изображения. Роботы могут быть оснащены видеодатчиками, чтобы лучше определять глубину окружающей среды. Как и человеческие глаза, «глаза» должны уметь фокусироваться также на конкретной интересующей области, а приспосабливаться к изменениям интенсивности света.

В компьютерном зрении есть подполе, в котором искусственные системы предназначены для имитации обработки и поведения биологической системы на разных уровнях сложности. Кроме того, некоторые из методов, основанных на обучении, разработанных в рамках компьютерного зрения, имеют биологическую основу.

Другое

Другие распространенные формы обнаружения в робототехнике используют лидар, радар и сонар. Лидар измеряет расстояние до цели, освещая цель лазерным светом и измеряя отраженный свет с датчиком. Радар использует радиоволны для определения дальности, угла или скорости объектов. Сонар использует распространение звука для навигации, связи или обнаружения объектов на поверхности или под водой.

Манипуляция

KUKA промышленный робот на литейном производстве Puma, один из первых промышленных роботов Baxter, современный и универсальный промышленный робот, наши Родни Бруксом

Мэтт Мэйсон дал определение роботизированной манипуляции следующим образом: «Под манипуляцией понимается контроль агента над окружающей средой посредством выборочного контакта».

Роботам необходимо манипулировать объектами; подбирать, образом, уничтожать или иным образом оказывать влияние. Таким образом, функциональный конец руки, предназначенный для создания эффекта (будь то рука или инструмент), часто называют концевыми эффекторами, в то время как "рука" упоминается как манипулятор. Большинство манипуляторов имеют рабочие органы, каждый из которых позволяет им выполнять небольшой круг задач. Некоторые из них имеют фиксированный манипулятор, который нельзя заменить, а имеют один манипулятор очень общего назначения., например, рука гуманоида.

Механические захваты

Один из наиболее распространенных типов конечных эффектов. rs - это «захваты». В своем простейшем проявлении он состоит всего из двух пальцев, которые могут открываться и закрываться, чтобы подбирать и отпускать ряд мелких предметов. Пальцы можно, например, сделать из цепочки с пропущенной через нее металлической проволокой. Руки, которые больше напоминают человеческую руку, включают в себя Shadow Hand и Робонавт. Руки среднего уровня сложности включают руку дельфт. Механические захваты бывают разных типов, включая фрикционные и охватывающие. Фрикционные губки используют всю силу захвата, чтобы удерживать объект на месте с помощью трения. Охватывающие челюсти удерживают объект на месте, используя меньшее трение.

Рабочие органы всасывания

Рабочие органы всасывания, приводящие в действие генераторами вакуума, предоставить собой очень простые вяжущие устройства, которые могут выдерживать очень большие нагрузки при условии, что поверхность схватывания достаточно гладкая для обеспечения всасывания.

Роботы для захвата и установки электронных компонентов и крупных объектов, как лобовые стекла автомобилей, часто используют очень простые такие вакуумные рабочие органы.

Отсасывание - это широко используемый тип рабочего органа в промышленности, отчасти потому, что естественная податливость мягких конечных эффекторов может сделать робота более надежным при наличии несовершенных роботизированное восприятие. В качестве примера: рассмотрим случай, когда система технического зрения робота оценивает положение бутылки с водой, но имеет погрешность в 1 сантиметр. Это может привести к тому, что этот жесткий механический захват может проткнуть бутылку с водой, мягкий всасывающий концевой эффектор может просто слегка согнуться и принять форму поверхности бутылки с водой.

Эффекторы общего назначения

Некоторые продвинутые роботы начинают использовать полностью гуманоидные руки, такие как Рука Тени, MANUS и рука Schunk. Это очень маневренные манипуляторы с 20 степенями свободы и сотнями тактильных датчиков.

Передвижение

Роботы-качалки

Segway в Музей роботов в Нагое

Для простоты большинства мобильных роботов имеют колеса или несколько непрерывных гусениц. Некоторые исследователи пытались создать более сложные колесных роботов с одним или двумя колесами. Они могут иметь преимущества, такие как более высокая эффективность и меньшее количество деталей, также позволяющие роботу перемещаться в ограниченном пространстве, что было невозможно для четырехколесного количества деталей.

Двухколесные балансировочные роботы

Балансировочные роботы обычно используют гироскоп, чтобы определить насколько сильно робот падает, а перемещают колеса пропорционально в том же направлении, чтобы уравновесить снижение со скоростью сотни раз в секунду на основе динамики перевернутого маятника . Было разработано много разных балансировочных роботов. Хотя Segway обычно не считается роботом, его можно рассматривать как компонент робота, при использовании в качестве такового Segway называют их RMP (Robotic Mobility Platform). Примером такого использования может служить робот НАСА Робонавт, который установлен на Segway.

Одноколесные балансировочные роботы

Одноколесный балансировочный робот является продолжением двухколесного балансировочного робота, так что он может двигаться в любом двумерном направлении, используя круглый шар в качестве единственного колеса. Недавно было разработано несколько одноколесных балансировочных роботов, таких как «Ballbot » Университета Карнеги-Меллона, который является приблизительной высотой и шириной человека, и Тохоку Гакуин. Университет "BallIP". Из-за своей длинной, тонкой формы и способности маневрировать в ограниченном пространстве они могут работать лучше, чем другие роботы в среде с людьми.

Роботы сферической формы

Было предпринято несколько попыток в роботах, которые полностью находятся внутри сферического шара, либо путем вращения груза внутри шара, либо путем вращения внешних оболочек сферы. Их также называют orb bot или ball bot.

Шестиколесные роботы

Использование шести колес вместо четырех может улучшить сцепление с дорогой или сцепление с дорогой. на открытом воздухе, например на каменистой земле или траве.

Гусеничные роботы
TALON военные роботы, используемые в армии США

Танковые гусеницы, обеспечивают даже большую тягу, чем шестиколесный робот. Гусеничные колеса ведут себя так, как будто они состоят из сотен колес, поэтому они очень распространены для уличных и военных роботов, где робот должен двигаться по очень пересеченной местности. Однако их трудно использовать в помещении, например, на коврах и гладких полах. Примеры включают Городской робот НАСА "Urbie".

Ходьба применительно к роботам

Ходьба - это сложная и динамичная проблема, которую нужно решить. Было создано несколько роботов, которые могут надежно ходить на двух ногах, однако ни один из них еще не был настолько прочен, как человек. Было проведено много исследований, посвященных ходьбе, вдохновленной человеком, например, лаборатория AMBER, созданная в 2008 году факультетом машиностроения Техасского университета AM. Было построено множество других роботов, которые ходят более чем на двух ногах. Шагающих роботов можно использовать для неровной местности, что обеспечит лучшую мобильность и энергоэффективность, чем другие методы передвижения. Обычно роботы на двух ногах могут ходить по плоскому полу и иногда подниматься по лестнице. Никто не может ходить по каменистой неровной местности. Вот некоторые из опробованных методов:

метод ZMP

Точка нулевого момента (ZMP) - это алгоритм, использованные такими роботами, как Honda ASIMO. Бортовой компьютер робота пытается сохранить общую инерционную силу (комбинацию Земли, силы тяжести и ускорения и замедления ходьбы.), Которому точно противостоит пол. сила реакции (сила, отталкивающая ногу робота от пола). Таким образом, две силы уравновешиваются, не оставляя момента момента (силы, заставляющие робота вращаться и падать). Однако ASIMO ходит так, как будто ему нужен туалет. Алгоритм ходьбы ASIMO не является статическим, и используется некоторая динамическая балансировка (см. Ниже). Тем не менее, для ходьбы требуется гладкая поверхность.

Прыжки

Несколько роботов, построенных в 1980-х годах Марком Райбертом в MIT Leg Laboratory, успешно прошли очень динамичную ходьбу. Изначально робот с одной ногой и очень маленькой ступней мог оставаться в вертикальном положении, просто подпрыгивая. Движение такое же, как у человека на пого-палке. Когда робот падает в сторону, он слегка подпрыгивает в этом направлении, чтобы поймать себя. Вскоре алгоритм был обобщен на два и четыре этапа. Был настоящий двуногий робот, который бегает и даже действует сальто. Также был былан четвероногий, который мог рысь, бегать, темп и скакать. Полный список этих роботов см. На странице MIT Leg Lab Robots.

Динамическая балансировка (контролируемое падение)

Более продвинутый способ передвижения робота - использование алгоритма динамической балансировки., который более надежен, чем метод Точка нулевого момента, поскольку он постоянно отслеживает движение робота и размещает ступни для обеспечения стабильности. Этот метод был защищен Dexter Robot Anybots, который может даже прыгать. Другой пример - TU Delft Flame.

Пассивная динамика

Возможно, наиболее многообещающий подход использует пассивную динамику, где импульс качающихся конечностей используется для большого эффективность. Было показано, что полностью лишенные питания гуманоидные механизмы могут спускаться по пологому склону, используя только гравитацию, чтобы двигаться. Используя эту технику, роботу требуется лишь немного мощности двигателя, чтобы пройти по плоской поверхности, или немного больше, чтобы подняться на холм. Этот метод обещает сделать шагающих роботов как минимум за десять раз более эффективными, чем ходунки ZMP, такие как ASIMO.

Другие способы передвижения

Полет

Современный пассажирский авиалайнер по сути, летающий робот, которым управляют два человека. Автопилот может управлять самолетом на этапе полета, включая взлет, нормальный полет и даже посадку. Другие летающие роботы необитаемы и известны как беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Они могут быть легче и легче без пилота-человека на борту и лететь на опасную территорию для выполнения военных миссий наблюдения. Некоторые даже вести огонь по целям под командованием. Также создаются БПЛА, которые могут стрелять по целям автоматически без команды человека. Другие летающие роботы включают крылатые ракеты, Entomopter и микровертолетный робот Epson. Такие роботы, как Air Penguin, Air Ray и Air Jelly, имеют тела легче воздуха, двигаются с помощью лопастей и управляются сонаром.

Змея
Две змеи-роботы. Левый имеет 64 двигателя (с 2 степенями свободы на сегмент), правый 10.

Несколько змейка роботов были успешно разработаны. Имитируя движение настоящих змей, эти роботы могут перемещаться в очень ограниченном пространстве, а это означает, что их можно использовать для поиска людей, оказавшихся в ловушке в разрушенных зданиях. Японский робот-змея ACM-R5 может даже перемещаться как на суше, так и в воде.

Катание на коньках

Было разработано небольшое количество роботов-змеев, одним из которых является многорежимное устройство для ходьбы и катания на коньках. У него четыре ножки с колесами без привода, которые могут как шагать, так и катиться. Другой робот, Плен, может использовать миниатюрный скейтборд или роликовые коньки и кататься на коньках по рабочему столу.

Капуцин, скалолазный робот
Скалолазание

Несколько разных подходов были использованы для разработки роботов, которые позволяют лазать по вертикальным поверхностям. Один подход имитирует движения человека альпиниста по стене с выступами; регулировка центра масс и перемещение каждой конечности по очереди для получения рычага. Примером этого является Капуцин, построенный доктором Ruixiang Zhang в Стэнфордском университете, Калифорния. Другим подходом используется специальный метод лазания по стене гекконов с подушечками пальцев, которые могут бегать по гладким поверхностям, таким как вертикальное стекло. Примеры этого подхода включают Wallbot и Stickybot.

China's Technology Daily сообщила 15 ноября 2008 года, доктор Ли Хиу Юнг и его исследовательская группа New Concept Aircraft (Zhuhai ) Co., Ltd. успешно разработала бионического робота-геккона по имени « Спиди Фрилендер ». По словам доктора Юнга, робот-геккон мог быстро взбираться вверх и вниз по различным стенам зданий, перемещаться через трещины в земле и стенах и ходить вверх ногами по потолку. Он также смог адаптироваться к поверхностям из гладкого стекла, грубых, липких или пыльных стен, а также к различным типам металлических материалов. Он также может определять и обходить препятствия. Его гибкость и скорость были сопоставимы с естественным гекконом. Третий подход - имитировать движение змеи, поднимающуюся на шестую.

Плавание (Piscine)

Подсчитано, что при плавании некоторых рыбы достичь пропульсивный могут КПД более 90%. Они могут ускоряться и маневрировать намного лучше, чем любая искусственная лодка или подводная лодка, и производят меньше шума и помех от воды. Многие исследователи, изучающие подводных роботов, хотели бы скопировать этот тип передвижения. Яркими примерами являются Эссексского университета компьютерных наук робот-рыба G9 и робот-тунец, построенный Институтом полевой робототехники для анализа и математического моделирования грозообразного движения. Aqua Penguin, спроектированный и построенный немецкой компанией Festo, копирует обтекаемую форму и движение передних «ласт» пингвинов. Компания Festo также создает Aqua Ray и Aqua Jelly, которые имитируют движения скатов и медуз соответственно.

Роботизированные рыбы: iSplash-II

В 2014 году iSplash-II был разработан докторантом Ричардом Джеймсом Клэпхэмом и профессором Хуошенг Ху из Университета Эссекса. Это была первая рыба-робот, способная превзойти настоящую рыбу-панцирь с точки зрения средней скорости (измеряемой в длине тела в секунду) и выносливости - продолжительности поддержания максимальной скорости. Эта сборка достигла скорости плавания 11,6BL / s (то есть 3,7 м / с). Первая сборка, iSplash-I (2014), была первой роботизированной платформой, которая применила плавательное движение для всего тела carangiform, которое, как было обнаружено, увеличило скорость плавания на 27% по сравнению с традиционным подходом с задним ограниченным волновым движением..

Парусный спорт
Автономный робот-парусник Ваймос

Роботы-парусники также были разработаны для измерения измерений на поверхности океана. Типичный робот-парусник - это Vaimos, построенный IFREMER и ENSTA-Bretagne. Используется энергия, используемая для компьютера, связи и исполнительных механизмов. Если робот оснащен солнечными батареями, робот теоретически может перемещаться вечно. Два основных соревнования парусных роботов: WRSC которое, ежегодно в Европе, и Sailbot.

Взаимодействие с окружающей средой и навигацией

Радар, GPS и лидар, все они объединены для надлежащей навигации и автомобиль предотвращения препятствий (пример, для 2007 г. DARPA Urban Challenge )

Хотя значительный процент роботов, используемых в эксплуатации сегодня, либо люди Этим роботам требуется определенная комбинация навигационного оборудования и программного обеспечения, чтобы перемещаться в своей среде в частности, непредвиденные события (например, Некоторые высокотехнологичные роботы, такие как ASIMO и робот Meinü, имеют особенно хорошее оборудование, могут вызвать проблемы или столкновения. ание и программное обеспечение для навигации. Также самоуправляемые автомобили, Эрнст Дикманнс 'беспилотный автомобиль и записи в DARPA Grand Challenge способны хорошо распознавать новые и принимать навигационные решения на на основе этой информации, в том числе с помощью роя автономных роботов. Большинство этих роботов используют навигационное устройство GPS с путевыми точками, а также радар, иногда в сочетании с другими сенсорными данными, такими как лидар, видеокамеры и инерциальные системы наведения для лучшей навигации между путевыми точками.

Взаимодействие человека и робота

Кисмет может воспроизводить различные выражения лица.

Современное состояние сенсорного интеллекта для роботов должно развиваться на несколько порядков, если мы хотим роботы, работающие в наших домах, не ограничиваются уборкой половесосом. Если роботы эффективно работать в домах и других непромышленных средах, то, как их инструктируют, выполнять свою работу, и особенно то, как им приказывают остановиться, будет иметь решающее значение. Люди, которые с ними взаимодействуют, могут иметь мало или совсем не обучаться робототехнике, поэтому любой интерфейс должен быть интуитивно понятным. Авторы научной фантастики также обычно предполагают, что в конечном итоге удается добиться успеха в общении с людьми с помощью речи, жестов и мимики, а не команды . -строчный интерфейс. Хотя речь была бы наиболее естественным способом общения для человека, для робота это неестественно. Вероятно, пройдет много времени, прежде чем роботы будут взаимодействовать так же естественно, как вымышленные C-3PO или Данные из Звездного пути, следующее поколение.

Распознавание речи

Интерпретация непрерывного поток звуков, исходящих от человека, в настоящего времени является сложной сложной задачей для компьютера, в основном из-за большой изменчивости речи. Одно и то же слово, произнесенное одним и тем же человеком, может звучать по-разному в зависимости от местной акустики, громкость, предыдущего слова, того, имеет ли говорящий холодный, и т. д. Это становится еще труднее, когда у говорящего другой акцент. Тем не менее, в этой области были достигнуты большие успехи с тех пор, как Дэвис, Биддульф и Балаш разработали первую «систему голосового ввода», которая распознавала «десять цифр, произносимых одним человеком со 100% точ» в 1952 году. В настоящее время лучшие системы могут распознавать непрерывная, естественная речь, до 160 слов в минуту, с точностью 95%. С помощью искусственного интеллекта машины можно использовать голос людей, чтобы определять их эмоции, например, удовлетворение или гнев

Голос робота

Существуют другие препятствия, когда робот может использовать голос для общения с людьми. По социальным причинам синтетический голос оказывается неоптимальным средством коммуникации, поэтому необходимо эмоциональную составляющую робота с помощью различных методов. Передача голоса на голосовой носитель уже запущена на голосовой носитель. Один из самых ранних примеров - обучающий робот под названием leachim, например в 1974 г. Майклом Дж. Фрименом. Личим смог преобразовать цифровую память в элементарную вербальную речь на приведенных компьютерных дисках. Он был запрограммирован для обучения студентов в Бронкс, Нью-Йорк.

Жесты

Можно представить, что в будущем можно будет объяснить роботу-повару, как приготовить выпечку, или спросить дорогу у робота. полицейский. В обоих случаях жесты руками помогли бы при вербальном описании. В первом случае будет распознавать жесты, сделанные человеком, и, возможно, повторить их для подтверждения. Во втором случае робот-полицейский жестом указывал «по дороге, затем повернуть направо». Вполне вероятно, что и жесты роботом поведения между людьми. Было разработано множество систем для распознавания жестов человеческих рук.

Выражение лица

Выражение лица может обеспечить быструю обратную связь о ходе диалога между двумя людьми, и вскоре, возможно, сможет это сделать. то же самое для людей и роботов. Роботизированные лица были сконструированы Hanson Robotics с использованием их эластичного полимера покрытия под названием Frubber, что позволяет выражать большое количество мимики благодаря эластичности резинового лицевого и встроенных подповерхностных двигателей (сервводы ). Покрытие и сервоприводы построены на металлическом черепе. Робот должен знать, как подойти к человеку, судя по его выражению лица и языку тела. Независимо от того, счастлив ли человек, напуган или выглядит сумасшедшим, зависит тип поведения, ожидаемого от робота. Аналогичным образом, такие роботы, как Kismet и более недавнее дополнение, Nexi, могут воспроизводить различные выражения лица, что позволяет им вести значимый социальный обмен с людьми.

Искусственные эмоции

Также могут возникать искусственные эмоции, состоящие из последовательности выражений лица и / или жестов. Как видно из фильма Final Fantasy: The Spirits Within, программирование этих искусственных эмоций является сложным и требует большого количества человеческого наблюдения. Чтобы упростить программирование в фильме, предустановки были вместе со специальной программой. Это уменьшило количество времени, необходимого для создания фильма. Эти предустановки могут быть переданы для использования в реальных роботах.

Личность

Многие из роботов из научной фантастики обладают личностью, что может быть, а может и не быть желательным для коммерческих роботов будущего. Тем не менее, исследователи пытаются создать роботов, которые кажутся индивидуальными: они используют звуки, выражения лица и язык тела, чтобы попытаться передать внутреннее состояние, которое может быть радостью, грустью или страхом. Одним из примеров является Плео, игрушечный робот-динозавр, который может проявить несколько очевидных эмоций.

Социальный интеллект

Лаборатория социально-интеллектуальных машин Джорджии технологий исследует новые методы обучения изучению с роботами. Целью проектов является создание концепции робота, который изучает задачи и цели на человеческих демонстрациях предварительных знаний концепций высокого уровня. Эти новые концепции основаны на низкоуровневых непрерывных данных датчиков посредством неконтролируемого, цели обучения узнаются с использованием байесовского подхода. Эти концепции можно использовать для передачи будущих задач, что приведет к более быстрому изучению этих задач. Результаты демонстрирует робот Кури, который может зачерпнуть немного макарон из кастрюли на тарелку и подать соус сверху.

Control
Puppet Magnus, управляемая роботом марионетка со сложным управлением систем. RuBot II может вручную разрешать кубики Рубика.

механическая структура робота должна управляться для выполнения задач. Управление роботом включает три отдельных этапа - восприятие, обработка и действие (робототехническая парадигма ). Датчики задействуют информацию об окружающей среде или самом роботе (например, положение его суставов или его конечный эффектор). Затем эта информация обрабатывается для обработки сигналов или передачи и для расчета исполнительным механизмом (электродвигателям ), которые перемещают механический механизм.

Этап обработки может сортироваться по сложности. На реактивном уровне он может преобразовывать необработанную информацию датчика непосредственно в исполнительного механизма. Объединение датчиков может быть знакомых для себя представляющих интерес параметров (например, положения захвата робота) на основе зашуманных данных датчика. Из этих оценок следует немедленная задача (например, перемещение захвата в определенном направлении). Методы из теории управления преобразуют выполнение команд, которые приводят к действию механизмов.

В более длительных временных масштабах или при выполнении более сложных задач роботу может потребоваться построить и рассуждать с помощью «когнитивной» модели. Когнитивные модели пытаются представить робота, мир и то, как они взаимодействуют. Распознавание образов и компьютерное зрение можно использовать для отслеживания объектов. Картография может использоваться для построения карт мира. Наконец, планирование движения и другие методы искусственного интеллекта могут использоваться для определения того, как действовать. Например, планировщик может выяснить, как выполнить задачу, не столкнувшись с препятствиями, не падая и т. Д.

Уровни автономии

TOPIO, робот-гуманоид, играл настольный теннис на выставке Tokyo IREX 2009.

Системы управления также могут иметь различные уровни автономности.

  1. Прямое взаимодействие используется для тактильных или дистанционно управляемых устройств, и человек имеет почти полный контроль над движением робота.
  2. В режимах помощи оператору оператор управляет от среднего до высокого -уровневые задачи, при которых робот автоматически определяет, как их выполнять.
  3. Автономный робот может обходиться без вмешательства человека в течение длительных периодов времени. Более высокий уровень автономии не обязательно требует более сложных когнитивных способностей. Например, роботы на сборочных заводах полностью автономны, но работают по фиксированной схеме.

Другая классификация учитывает взаимодействие между человеческим управлением и движениями машин.

  1. Дистанционное управление. Человек контролирует каждое движение, каждое изменение привода машины определяет оператор.
  2. Наблюдение. Человек определяет общие движения или изменения положения, а машина определяет конкретные движения своих исполнительных механизмов.
  3. Автономность на уровне задач. Оператор указывает только задачу, а робот успевает ее выполнить.
  4. Полная автономия. Машина будет создавать и выполнять все свои задачи без участия человека.
Исследования
Два инженера Лаборатории реактивного движения стоят с тремя машинами, обеспечивая сравнение размеров трех поколений марсоходов. Спереди и в центре - запасной полет для первого марсохода Sojourner, который приземлился на Марс в 1997 году в рамках проекта Mars Pathfinder. Слева - испытательный аппарат Mars Exploration Rover (MER), который является рабочим братом Spirit and Opportunity, который приземлился на Марсе в 2004 году. Справа - испытательный вездеход для Марсианской научной лаборатории, который доставил Curiosity на Марс в 2012 году.. Соджорнер имеет длину 65 см (2,13 фута). Марсоходы для исследования Марса (MER) имеют длину 1,6 м (5,2 фута). Curiosity справа составляет 3 м (9,8 фута) в длину.

Большая часть исследований в области робототехники сосредоточена не на конкретных промышленных задачах, а на исследованиях новых типов роботов, альтернативных способов размышления или разработка роботов и новые способы их производства. Другие исследования, такие как проект cyberflora Массачусетского технологического института, носят почти полностью академический характер.

Первым нововведением в дизайне роботов является открытый поиск роботов-проектов. Для описания уровня развития робота можно использовать термин «поколение роботов». Этот термин придуман профессором Хансом Моравеком, главным научным сотрудником Университета Карнеги-Меллона Институт робототехники для описания эволюции робототехники в ближайшем будущем. Роботы первого поколения, предсказал Моравек в 1997 году, должны обладать интеллектуальными способностями, сравнимыми, возможно, с ящерицей, и должны стать доступными к 2010 году. Однако робот первого поколения не будет способен обучаться., Moravec прогнозирует, что второе поколение роботов будет лучше первого и станет доступным к 2020 году, при этом его интеллект может быть сопоставим с интеллектом мыши. Робот третьего поколения должен обладать интеллектом, сравнимым с интеллектом обезьяны. Хотя роботы четвертого поколения, роботы с человеческим интеллектом, по прогнозам профессора Моравека, станут возможными, он не прогнозирует, что это произойдет раньше, чем примерно в 2040 или 2050 годах.

Второе - эволюционные роботы.. Это методология, которая использует эволюционные вычисления для помощи в разработке роботов, особенно по форме тела, или движения и поведения контроллеров. Подобно естественной эволюции, большой популяции роботов разрешается каким-либо образом соревноваться, или их способность выполнять задачу измеряется с помощью функции приспособленности. Те, кто показал худшие результаты, удаляются из популяции и заменяются новым набором, который имеет новое поведение, основанное на поведении победителей. Со временем популяция улучшается, и в конце концов может появиться удовлетворительный робот. Это происходит без какого-либо прямого программирования роботов исследователями. Исследователи используют этот метод как для создания более совершенных роботов, так и для изучения природы эволюции. Поскольку процесс часто требует моделирования многих поколений роботов, этот метод может быть запущен полностью или в основном в моделировании с использованием программного пакета имитатора роботов, а затем протестирован на реальных роботах после развитые алгоритмы достаточно хороши. В настоящее время во всем мире трудятся около 10 миллионов промышленных роботов, и Япония является ведущей страной с высокой плотностью использования роботов в своей обрабатывающей промышленности.

Динамика и кинематика

Внешнее видео
значок видео Как BB-8 Sphero Toy Works

Изучение движения можно разделить на кинематику и динамику. Прямая кинематика или прямая кинематика относится к вычислению положения, ориентации концевого эффектора, скорости и ускорения, когда известны соответствующие значения суставов. Обратная кинематика относится к противоположному случаю, в котором требуемые значения шарниров вычисляются для заданных значений конечного эффектора, как это делается при планировании траектории. Некоторые особые аспекты кинематики включают обработку избыточности (разные возможности выполнения одного и того же движения), предотвращение столкновений и исключение. После того, как все соответствующие положения, скорости и ускорения были рассчитаны с использованием кинематики, методы из области динамики используются для изучения влияния сил на эти движения.. Под прямой динамикой понимается расчет ускорений робота после того, как известны приложенные силы. Прямая динамика используется в компьютерном моделировании робота. Обратная динамика относится к вычислению сил привода, необходимых для создания заданного ускорения рабочего органа. Эта информация может быть использована для улучшения алгоритмов управления роботом.

В каждой вышеупомянутой области исследователи стремятся разработать новые концепции и стратегии, улучшить существующие и улучшить взаимодействие между этими областями. Для этого необходимо разработать и внедрить критерии «оптимальной» производительности и способыоптимизации конструкции, структуры и управления роботами.

Бионика и биомиметика

Бионика и биомиметика применяют физиологию и методы передвижения животных для создания роботов. Например, конструкция BionicKangaroo была основана на способе прыжка кенгуру.

Квантовые вычисления

Было проведено некоторое исследование того, могут ли алгоритмы робототехники выполняться на квантовых компьютерах быстрее, чем на цифровых компьютерах. Эта область получила название квантовой робототехники.

Образование и обучение

.

SCORBOT-ER 4u образовательный робот

Инженеры-робототехники проектируют роботов, обслуживают их, разрабатывают новые приложения для их, и проводить исследования, чтобы расширить потенциал робототехники. Роботы стали популярным образовательным инструментом в некоторых средних и старших школах, особенно в некоторых частях США, а также во многих летних молодежных лагерях, что повысило интерес учащихся к программированию, искусственному интеллекту и робототехнике.

Профессиональная подготовка

Университеты, такие как Вустерский политехнический институт (WPI), предлагают бакалавров, магистров и докторантов степени в области робототехники. профессиональные училища предлагают обучение робототехнике с целью карьерного роста в робототехнике.

Сертификация

Альянс по стандартам сертификации робототехники (RCSA) - это международный орган по сертификации робототехники, который предоставляет различные отраслевые и образовательные сертификаты робототехники.

Летний лагерь робототехники

Некоторые национальные программы летних лагерей включают робототехнику в свой основной учебный план. Кроме того, знаменитые музеи и учреждения часто предлагают молодежные летние программы робототехники.

Соревнования по робототехнике

По всему миру проводится множество соревнований. Учебная программа SeaPerch предназначена для студентов всех возрастов. Это краткий список примеров соревнований; для более полного списка см. Соревнования роботов.

Соревнования для детей младшего возраста

Организация FIRST предлагает соревнования FIRST Lego League Jr. для детей младшего возраста. Цель этого конкурса - дать детям младшего возраста возможность начать изучать науку и технологии. Дети, участвующие в этом конкурсе, собирают модели Lego и могут использовать комплект робототехники Lego WeDo.

Соревнования для детей от 9 до 14 лет

Одним из самых важных соревнований является FLL или ПЕРВАЯ Лего Лига. Идея этого конкретного конкурса заключается в том, что дети с девяти лет начинают развивать знания и увлекаться робототехникой, играя с Lego. Этот конкурс связан с National Instruments. Дети используют Lego Mindstorms для решения задач автономной робототехники в этом соревновании.

Соревнования для подростков

FIRST Tech Challenge разработан для студентов среднего уровня, как переход от FIRST Lego League к FIRST Robotics Competition.

FIRST Robotics Competition уделяет больше внимания механическому дизайну, и каждый год проводится определенная игра. Роботы созданы специально для игры того года. В матчевой игре робот перемещается автономно в течение первых 15 секунд игры (хотя в определенные годы, такие как Deep Space 2019 года, меняют это правило), а до конца матча он управляется вручную.

Соревнования для старшеклассников

В различных соревнованиях RoboCup участвуют команды подростков и студентов. Эти соревнования посвящены футбольным соревнованиям с различными типами роботов, танцевальным соревнованиям и городским соревнованиям по поиску и спасению. Все роботы в этих соревнованиях должны быть автономными. Некоторые из этих соревнований сосредоточены на симуляторах роботов.

AUVSI проводит соревнования для летающих роботов, роботизированных лодок и подводных роботов.

Студенческое соревнование AUV Competition Europe (SAUC-E) в основном привлекает студентов и аспирантские отряды. Как и в соревнованиях AUVSI, роботы должны быть полностью автономными, пока они участвуют в соревнованиях.

Microtransat Challenge - это соревнование по пересечению лодки через Атлантический океан.

Соревнования открыты для всех

RoboGames открыты для всех, кто желает участвовать в своих более чем 50 категориях соревнований роботов.

Федерация Международной ассоциации роботов-футбола проводит соревнования Кубка мира FIRA. Есть соревнования по летающим роботам, соревнования по футболу роботов и другие соревнования, в том числе штанги для тяжелой атлетики, сделанные из дюбелей и компакт-дисков.

Программы послешкольной подготовки по робототехнике

Многие школы по всей стране начинают добавлять программы по робототехнике в свои внешкольные программы. Некоторые основные программы по робототехнике после школы включают FIRST Robotics Competition, Botball и B.E.S.T. Робототехника. Соревнования по робототехнике часто включают аспекты бизнеса и маркетинга, а также инженерии и дизайна.

Компания Lego начала программу для детей, чтобы они узнали и увлеклись робототехникой в ​​раннем возрасте.

Деколониальная образовательная робототехника

Деколониальная образовательная робототехника это ветвь деколониального ИИ, которая практикуется в разных местах по всему миру. Эта методология обобщена в педагогических теориях и практиках, таких как Педагогика угнетенных и методы Монтессори. И он направлен на обучение робототехнике, основанной на местной культуре, на плюрализм и смешивание технологических знаний.

Работа
Техник-робот создает небольших вездеходных роботов. (Предоставлено: MobileRobots Inc)

Робототехника является важным компонентом многих современных производственных сред. По мере того, как фабрики все чаще используют роботов, количество рабочих мест, связанных с робототехникой, растет и, по наблюдениям, неуклонно растет. Использование роботов в промышленности привело к повышению производительности и экономии средств и обычно рассматривается благотворителями как долгосрочные инвестиции. В статье Майкла Осборна и Карла Бенедикта Фрея было обнаружено, что 47% рабочих мест в США подвергаются риску автоматизации «в течение некоторого неопределенного количества лет». Эти утверждения подверглись критике на том основании, что социальная политика, а не ИИ, вызывает безработицу. В статье 2016 года в The Guardian Стивен Хокинг заявил: «Автоматизация заводов уже привела к сокращению рабочих мест в традиционном производстве, и развитие искусственного интеллекта, вероятно, распространит это сокращение рабочих мест на средний класс, и только самые заботливые, творческие или оставшиеся контролирующие роли ".

Последствия для безопасности и гигиены труда

В документе для обсуждения, подготовленном EU-OSHA, подчеркивается, как распространение робототехники представляет как возможности, так и проблемы для безопасность и гигиена труда (БГТ).

Наибольшие преимущества в области БГТ, вытекающие из более широкого использования робототехники, должны заключаться в замене людей, работающих в нездоровой или опасной среде. В космосе, обороне, безопасности или ядерной промышленности, а также в логистике, техническом обслуживании и инспекциях автономные роботы особенно полезны для замены людей, выполняющих грязные, скучные или небезопасные задач и, что позволяет избежать воздействия на рабочих опасных агентов и условий и снижение физических, эргономических и психосоциальных рисков. Например, роботы уже используются для выполнения повторяющихся и монотонных задач, для работы с радиоактивными материалами или для работы во взрывоопасных средах. В будущем многие другие повторяющиеся, рискованные или неприятные задачи будут выполняться роботами в различных секторах, таких как сельское хозяйство, строительство, транспорт, здравоохранение, пожаротушение или уборка.

Несмотря на эти достижения, есть определенные навыки, к которым люди будут лучше подходить, чем машины, в ближайшее время, и вопрос в том, как достичь наилучшего сочетания навыков человека и робота. Преимущества робототехники включают выполнение тяжелых работ с точностью и повторяемостью, в то время как преимущества человека включают творческий подход, способность принимать решения, гибкость и адаптируемость. Эта потребность в сочетании оптимальных навыков привела к совместным роботам и людям, более тесно разделяющим общее рабочее пространство, и привела к разработке новых подходов и стандартов, гарантирующих безопасность «слияния человека и робота». Некоторые европейские страны используют робототехнику в своих национальных программах и используют безопасного и гибкого сотрудничества между роботами для повышения производительности. Например, Федеральный институт охраны труда Германии (BAuA ) организует семинары на тему «Сотрудничество человека и робота».

В будущем сотрудничество между роботами и людьми будет диверсифицировано, роботы будут увеличивать свою автономию, а сотрудничество между людьми и роботом достигнет совершенно новых форм. Текущие подходы и технические стандарты, защита сотрудников от риска работы с совместными роботами, должны быть пересмотрены.

См. Также
* Искусственный интеллект
Ссылки
Дополнительная литература
  • R. Эндрю Рассел (1990). Тактильное зондирование робота. Нью-Йорк: Прентис-Холл. ISBN 978-0-13-781592-0.
  • Э. МакГоги, «Смогут ли роботы автоматизировать вашу работу? Полная занятость, базовый доход и экономическая демократия »(2018) SSRN, часть 2 (3)
  • Автор DH,« Почему все еще так много рабочих мест? История и будущее автоматизации рабочих мест »(2015) 29 (3) Journal of Economic Perspectives 3
  • Туз, Адам,« Демократия и ее недовольство », The New York Review of Books, т. LXVI, нет. 10 (6 июня 2019 г.), стр. 52–53, 56–57. "Демократия не имеет четкого ответа на бездумное действие бюрократической и технологической власти. Мы действительно можем быть свидетелями ее распространения в форме искусственного интеллекта и робототехники. Точно так же, после десятилетий ужасных предупреждений, экологическая проблема остается в основном нерешенной.... Бюрократический размах и экологическая катастрофа - это как раз те медленные экзистенциальные вызовы, с которыми демократии очень плохо справляются... Наконец,, существует постоянная угроза: корпорации и технологии, которые они продвигают ". (стр. 56–57.)
Внешние ссылки
Последняя правка сделана 2021-06-04 07:24:03
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте