Mikä On Autonominen Robotti?

Robotiikan parantuessa ajatus autonomisesta robotista on tulossa yhä tärkeämmäksi.

Nämä koneet voivat aistia ympäristönsä ja reagoida siihen, tehdä päätöksiä itse ja liikkua ilman ihmisen apua.

Tässä blogikirjoituksessa kerron osista ja teknologioista, jotka mahdollistavat robottien työskentelyn itsenäisesti.

Puhun myös ohjelmointikielistä ja niiden tekemiseen tarvittavista taidoista sekä niiden käyttöön liittyvistä eettisistä ja turvallisuusnäkökohdista.

Olitpa kokenut insinööri tai vasta aloitteleva insinööri, itseohjautuvien robottien maailma kiinnittää varmasti huomiosi ja saa sinut haluamaan lisätietoja kaikista tavoista, joilla tätä jännittävää tekniikkaa voidaan käyttää.

Johdatus autonomisiin robotteihin

Muodollinen määritelmä:

Robotti, joka ei vain pysty ylläpitämään omaa vakauttaan liikkuessaan, vaan osaa myös suunnitella liikkeensä.

NASAn K10 (autonomia ja robotiikka):

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

Autonomiset robotit ovat älykkäitä koneita, jotka voivat toimia itsenäisesti, selvittää, mitä ympärillä tapahtuu, tehdä päätöksiä ja toimia ilman henkilön apua.

Autonominen robotti on robottityyppi, jolla on paljon vapautta ja joka pystyy tekemään asioita itsenäisesti ilman henkilön apua.

Tämä on mahdollista, koska robotissa on antureita, kuten kamerat, LiDAR ja luotain, jotka antavat sen nähdä ja kuulla, mitä ympärillä tapahtuu.

Sitten robotti ottaa nämä tiedot ja käyttää niitä päätöksentekoon. Tämä antaa sille kyvyn toimia itsenäisesti.

Robottien tyypit

Robotteja on monenlaisia, ja jokaisella on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Jotkut näistä ovat:

• Autonomiset robotit: Kuten olemme jo puhuneet, autonomiset robotit voivat toimia itsenäisesti ilman ihmisen apua.
• Ohjatut robotit: Ohjatut robotit tarvitsevat ihmisten panoksen toimiakseen. Ne voidaan ohjelmoida suorittamaan tiettyjä tehtäviä, mutta niillä ei ole niin paljon vapautta kuin roboteilla, jotka voivat tehdä asioita itse.
• Puoliautonomiset robotit: Näissä roboteissa on osia sekä autonomisista että ohjatuista roboteista, joten ne voivat tehdä joitakin tehtäviä itse, mutta tarvitsevat silti apua ihmisiltä.
• Automatisoidut robotit: Nämä robotit on määritetty tekemään asioita itse.

Mutta ne eivät ehkä ole yhtä itsenäisiä kuin robotit, jotka voivat tehdä asioita itse.

Erot autonomisten robottien ja muiden robottien välillä

Autonomiset robotit eroavat muun tyyppisistä roboteista, koska ne voivat tehdä päätöksiä ja toimia itse sen perusteella, mitä he näkevät ympäristössään ilman jatkuvaa ihmisen panosta.

Vaikka muunlaiset robotit voivat tehdä tiettyjä töitä, niillä ei ole yhtä paljon vapautta kuin autonomisilla roboteilla.

Autonomiset robotit tekniikassa

Vinkki: Ota tekstityspainike käyttöön, jos tarvitset sitä. Valitse asetuspainikkeesta "automaattinen käännös", jos et tunne englannin kieltä. Sinun on ehkä napsautettava ensin videon kieltä, ennen kuin suosikkikielesi on saatavilla käännettäväksi.

Autonomisten robottien komponentit ja tekniikat

Autonomiset robotit ovat älykkäitä koneita, jotka voivat toimia itsenäisesti, aistia ympäristönsä, tehdä päätöksiä ja toimia ilman ihmisen apua.

Itsekseen toimivan robotin tekemiseksi on tärkeää tietää, mitä osia ja tekniikoita tarvitaan.

Laitteiston komponentit

Laitteistokomponentit ovat tärkeä osa robottia, joka pystyy tekemään asioita itse. Niiden joukossa ovat:

Toimilaitteet, kuten moottorit, jarrut ja solenoidit, mahdollistavat robotin liikkumisen ja vuorovaikutuksen ympäristönsä kanssa.

• Anturit: Anturit ovat välttämättömiä, jotta robotti ymmärtää ympäristönsä.

Joitakin esimerkkejä antureista ovat kamerat, LiDAR ja inertiamittausyksiköt (IMU).

• Virtalähteet: Itsenäiset robotit tarvitsevat toimiakseen luotettavan virtalähteen, kuten akkuja tai polttokennoja.
• Laskentalaitteisto: Jotta robotti voi käsitellä anturitietoja, suorittaa algoritmeja ja ohjata toimilaitteita, se tarvitsee mikro-ohjaimen tai yksilevyisen tietokoneen.

Ohjelmisto

Autonomista robottia tehtäessä ohjelmisto on yhtä tärkeä kuin laitteisto. Niiden joukossa ovat:

• Havaintoalgoritmit: Havaintoalgoritmit antavat robotin tulkita antureiltaan tietoja ja selvittää, mitä sen ympärillä tapahtuu.
• Lokalisointialgoritmit auttavat robottia selvittämään missä se on ja mihin suuntaan se on ympäristössään.
• Kartoitusalgoritmit tekevät ympäristöstä mallin, jonka avulla robotti voi suunnitella liikkeitään.
• Suunnittelu- ja ohjausalgoritmit: Suunnittelu- ja ohjausalgoritmit antavat robotin liikkua ja olla vuorovaikutuksessa ympäristönsä asioiden kanssa.

Viestintä

Jotta robotti toimisi hyvin, sen on kyettävä puhumaan ympäristölleen. Tämä sisältää puhumisen muille laitteille ja järjestelmille joko langattomasti tai johtoja käyttämällä.

Mukana tieteenalat

Tehdäksesi itsenäisesti toimivan robotin sinun on tiedettävä paljon koneenrakennuksesta, sähkötekniikasta, tietojenkäsittelytieteestä ja robotiikasta.

Antureiden merkitys autonomisissa roboteissa

Anturit ovat tärkeä osa itseohjautuvia robotteja, koska niiden avulla robotti oppii ympäristöstään ja voi tehdä päätöksiä sen perusteella, mitä se oppii.

Miksi anturit ovat tärkeitä roboteille, jotka voivat toimia itsenäisesti?

Anturit ovat erittäin tärkeä osa autonomisia robotteja, koska ne antavat robotin nähdä ja ymmärtää ympäristöään.

Robotti voi tehdä päätöksiä ja muuttaa toimintaansa antureilta saamansa tiedon perusteella. Näin se voi liikkua turvallisesti ja suorittaa tehtäviä ilman ihmisten apua.

Anturityypit itseohjautuville roboteille

Autonomiset robotit käyttävät erilaisia ​​antureita oppiakseen ympäristöstään. Robottiikassa joitakin yleisimpiä anturityyppejä ovat:

• Läheisyys-/etäisyysanturit: Nämä anturit, kuten ultraääni- tai infrapuna-anturit, antavat robottien löytää kohteita ja mitata etäisyyksiä koskematta niihin.
• Kamerat ja lidar-anturit: Kameroiden ja lidar-anturien avulla voidaan tehdä yksityiskohtainen 3D-kartta robotin ympäristöstä, mikä voi auttaa sitä välttämään esteitä ja suunnittelemaan polkuaan.
• Navigointianturit: Navigointianturit, kuten GPS tai enkooderit, antavat sinun selvittää missä robotti on ja tehdä muutoksia sen nopeuteen, suuntaan ja kurssiin. Voimaanturit mittaavat voimia, jotka robottiin kohdistavat sen oma keho tai sen ulkopuolella olevat asiat. Tämä on tärkeää tehtävissä, kuten tavaroiden tarttumisessa tai nostamisessa.
• Inertiamittausyksiköt (IMU:t): IMU:t mittaavat robotin kehon tai ulkoisten esineiden kiihtyvyyttä ja kulmanopeutta, mikä on tärkeää tehtävien, kuten tasapainotuksen tai stabiloinnin, kannalta.

Jokaisella anturilla on omat etunsa ja haittansa.

Autonomiset robotit voivat parantaa kykyään nähdä ja tehdä päätöksiä käyttämällä useampaa kuin yhtä anturia.

Esimerkiksi lidar-anturien yhdistäminen kameroihin voi antaa robotille täydellisemmän kuvan ympäristöstään

Useiden navigointianturien käyttö voi parantaa lokalisoinnin tarkkuutta.

Navigointi ja esteiden välttäminen autonomisille roboteille

Autonomiset robotit käyttävät järjestelmiä, jotka auttavat heitä löytämään tiensä ja välttämään osumia asioihin, jotta he voivat liikkua turvallisesti ja tehokkaasti.

Menetelmiä roboteille, jotka voivat liikkua omillaan

• Ympäristökartat: Autonomiset robotit voivat suunnitella liikkeitään ja välttää esteitä ympäristökarttojen avulla.
• Anturit, kuten stereonäön esteentunnistuskamerat tai LiDAR: Nämä anturit antavat robotille 360 ​​asteen näkymän ympäristöstään, jolloin se voi nähdä esteet ja suunnitella turvallisen reitin.
• Automatisoidut ohjatut ajoneuvot, etäohjatut ajoneuvot ja autonomiset mobiilirobotit, jotka toimivat paremmin laajan näkökentän 3D-näköjärjestelmien kanssa: Näiden järjestelmien avulla robotin on helppo liikkua ja välttää esteitä.

Autonomisten robottien on kyettävä välttämään esteitä

Autonomisten robottien on kyettävä välttämään esteitä, jotta ne voivat liikkua turvallisesti ja tehokkaasti ympäristössään.

Jotta robotit voivat välttää esteitä, niiden on pystyttävä löytämään ne luotettavasti ja ennustamaan, kuinka ne liikkuvat.

Robotin muoto voi myös vaikuttaa siihen, miten se liikkuu esteiden ympäri. Pyöreät robotit ovat yleisiä, koska ne voivat pyöriä paikallaan osumatta mihinkään.

Tottuu ympäristöön

Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä, jotta esteiden välttämismenetelmät toimisivat, robottien on kyettävä sopeutumaan hyvin ympäristöönsä.

Tämä tarkoittaa, että robotin on kyettävä muuttamaan liikkeitään ja kiertämään esteitä myös dynaamisissa ympäristöissä, joissa esteet voivat liikkua tai muuttua ilman varoitusta.

Autonomisten robottien ohjelmointi

Ohjelmointi on tärkeä osa itsenäisesti toimivien robottien valmistamista, ja robottien tekemiseen ja testaamiseen voidaan käyttää monia erilaisia ​​ohjelmointikieliä.

Robottien ohjelmointikielet Python ja C++ ovat yleisimpiä ohjelmointikieliä itsenäisesti toimivien robottien tekemiseen, mutta myös muita kieliä voidaan käyttää projektin tarpeiden mukaan.

Java, MATLAB ja PHP ovat joitain muita ohjelmointikieliä, joita käytetään usein robotiikassa.

Jokaisella kielellä on omat hyvät ja huonot puolensa, ja paras kieli projektille riippuu siitä, mitä se tarvitsee tehdä.

Robottien ohjelmointiin tarvittavat taidot

Tehdäksesi robotin, joka voi toimia itsenäisesti, sinun on osattava koodata kielillä, kuten Python ja C++.

Tärkeää on myös kokemusta soveltavasta ohjelmoinnista ja ohjelmistojen valmistamisesta laitteistojärjestelmiin.

On myös tärkeää tietää asioita robotiikasta, kuten ohjausteoria, liikkeen suunnittelu ja tietokonenäkö.

Resursseja robottien ohjelmoinnin oppimiseen

On monia tapoja oppia taitoja, joita tarvitset ohjelmoidaksesi robotteja, jotka voivat tehdä asioita itse. Jotkut näistä ovat:

• Kurssityöt yliopistoissa: Monet yliopistot tarjoavat verkko- ja henkilökohtaisia ​​kursseja robotiikasta ja ohjelmoinnista.
• Verkkokurssit ja työpajat: Yliopistot, yritykset ja ammattiryhmät tarjoavat paljon verkkokursseja ja työpajoja. Näillä kursseilla voidaan opettaa kaikkea robotiikan perusteista edistyneisiin tapoihin ohjelmoida robotteja.
• Ohjelmointioppaat ja -oppaat: Löydät verkosta paljon ohjelmointioppaita ja oppaita, jotka osoittavat, kuinka voit rakentaa itsenäisiä perusrobotteja tai opettaa robottien ohjelmointia tietyllä tavalla.

Autonomisiin robotteihin liittyvät kustannukset

Autonomiset robotit ovat yleistymässä monilla teollisuudenaloilla, koska ne voivat parantaa työntekijöiden turvallisuutta, lisätä tuottavuutta ja alentaa työvoimakustannuksia.

Mutta autonomisten robottien rakentamisen ja käytön kustannukset voivat vaihdella paljon riippuen siitä, mihin niitä käytetään, kuinka monimutkaisia ​​ne ovat ja mitä osia käytetään.

Alkuinvestointikustannukset

Itsenäisen robotin alkuinvestointikustannukset voivat koostua osista, kuten laitteistosta, ohjelmistosta ja antureista.

Tässä on esimerkkejä erilaisten robottien kustannuksista:

• Automatisoidut ohjatut ajoneuvot (AGV) voivat maksaa 14 000 dollarista yksinkertaisesta AGC:stä 60 000 dollariin monimutkaisemmasta vetotraktorista.
• Itseajavien trukkien hinta voi myös muuttua useiden tekijöiden mukaan.
• Rakentamisessa käytettävät robotit voivat olla kalliita, koska niitä on vaikea valmistaa ja niiden työympäristö on standardoitava.

Leikkauksen tekevä robotti voi maksaa jopa 2,5 miljoonaa dollaria.

Jatkuvat kulut

Alkuinvestoinnin lisäksi autonomisten robottien käyttökustannukset voivat sisältää myös jatkuvat ylläpito-, korjaus- ja päivityskustannukset.

Jotta robotti toimii oikein ja turvallisesti, se on ehkä huollettava ja korjattava säännöllisesti.

Lisäksi tekniikka paranee koko ajan, joten robottia on ehkä päivitettävä, jotta se pysyy ajan tasalla uusimpien muutosten kanssa.

Autonomisten robottien edut

Vaikka autonomisen robotin alkuinvestointikustannukset voivat olla korkeat, alentuneiden työvoimakustannusten ja lisääntyneen tuottavuuden pitkän aikavälin hyödyt voivat olla merkittäviä, joten autonomiset robotit ovat kannattava investointi joihinkin sovelluksiin.

Käyttämällä robotteja, jotka voivat toimia itsenäisesti, yritykset voivat säästää rahaa työvoimassa, parantaa tehokkuutta ja parantaa työntekijöiden turvallisuutta.

Esimerkiksi robotit voivat työskennellä kellon ympäri ilman vähäistä valvontaa, mikä voi auttaa vähentämään kustannuksia entisestään.

Robotit voivat myös tehdä töitä, jotka ovat liian tylsiä, vaarallisia tai likaisia ​​ihmisten tehtäväksi. Tämä vapauttaa ihmiset tekemään tärkeämpiä tehtäviä.

Autonomisten robottien sovellukset

Autonomisista roboteista on tulossa yhä suositumpia sähköisessä kaupankäynnissä, datakeskuksissa, terveydenhuollossa, teollisuudessa, armeijassa ja yleisessä turvallisuudessa, maataloudessa ja muilla aloilla.

Autonomisten robottien käytöstä on monia etuja, kuten alentaa työvoimakustannuksia, lisää tuottavuutta, tekee työpaikasta turvallisemman ja vähentää virheitä.

Sähköisen kaupankäynnin sovellukset

Autonomisia mobiilirobotteja (AMR) käytetään nykyään yleisesti sähköisessä kaupankäynnissä esimerkiksi kärryjen siirtämiseen ja mobiililaitteiden manipulointiin.

Nämä robotit voivat itse siirtää tuotteita varastopaikasta toiseen, mikä nopeuttaa tilausten toimitusprosessia.

Itseajavat robotit voivat myös auttaa toimittamaan tavaroita asiakkaille, mikä voi lyhentää toimitusaikoja ja tehdä asiakkaista onnellisempia.

Tuotantoteollisuus

Autonomisia robotteja käytetään usein myös teollisuudessa. Robotteja käytetään moniin asioihin, kuten kaarihitsaukseen, pistehitsaukseen ja asioiden siirtämiseen.

Kun valmistuksessa käytetään robotteja, turvallisuutta voidaan parantaa ja tuotantoa voidaan tehdä nopeammin ja tehokkaammin.

Teollisuus 4.0:n saapuessa robotiikan, tekoälyn (AI) ja koneoppimisen (ML) yhdistelmä muuttaa valmistustapoja.

Sotilaallinen ja yleinen turvallisuus

Robottitekniikkaa käytetään armeijassa ja yleisessä turvallisuudessa, jossa valvontaan käytetään droneja ja robotteja, jotka eivät tarvitse henkilöä ohjaamaan niitä.

Nämä robotit voivat mennä vaarallisiin paikkoihin ja kerätä tietoa, mikä tekee ihmisille turvallisempaa olla siellä. Robotteja käytetään myös pommeista eroon, kemikaalien ja radioaktiivisten materiaalien etsimiseen sekä rajojen partioimiseen.

Terveydenhuollon sovellukset

Autonomisia robotteja käytetään terveydenhuollon ympäristöissä esimerkiksi potilaiden hoitamiseen, lääkkeiden toimittamiseen, elintoimintojen tarkistamiseen ja henkisen tuen antamiseen.

Autonomous Mobile Robots (AMR) -robotteja käytetään usein apuna tärkeissä tehtävissä, kuten siivouksessa, teleläsnäolossa sekä lääkkeiden ja lääkintätarvikkeiden toimittamisessa niitä tarvitseville ihmisille.

Robotit voivat myös seurata potilaan harjoittelua, mitata hänen liikeratojaan ja seurata edistymistään.

Lisäksi robotit, joissa on tekoälyllä toimiva ohjelmisto, joka tunnistaa lääkkeet, voivat lyhentää oikean lääkkeen löytämiseen kuluvaa aikaa.

Vaikka tekniikka on vielä alkuvaiheessa, tutkijat tutkivat, miten robotteja voitaisiin käyttää monimutkaisempiin tehtäviin, kuten kohdistettujen lääkkeiden toimittamiseen, pienten ongelmien auttamiseen ja potilaiden kanssa puhumiseen.

Maatalous Teollisuus

Autonomisia robotteja käytetään myös maatalousteollisuudessa, erityisesti sadonhoidossa. Robottidrooneilla voidaan tarkastella peltoja ja löytää ongelmia sadon kanssa

Tämä kertoo viljelijöille tärkeitä asioita heidän sadoistaan. Itseohjautuvat robotit voivat myös pitää silmällä öljy- ja kaasuputkia, löytää vuotoja ja pysäyttää ympäristövahingot.

Naio-tekniikoiden robotti:

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

Tulevat sovellukset

Tekniikan kehittyessä itseohjautuvat robotit pystyvät tekemään monimutkaisempia töitä, kuten asiakaspalvelua ja logistiikkaa.

Itseajavien autojen kehittymisen myötä autoteollisuudessa voi tapahtua suuria muutoksia, kuten vähemmän ihmisiä, jotka omistavat autoja.

Jotkut ennusteet sanovat, että itseohjautuvien robottien käytöllä teollisuudessa voi olla suuri vaikutus työpaikkoihin ja jopa 50 prosenttia työpaikoista voidaan menettää.

Mutta edelleen on paljon epävarmuutta ja kiivasta keskustelua siitä, kuinka tekoäly ja robotit vaikuttavat työmarkkinoihin.

Autonomisten robottien eettiset ja turvallisuusnäkökohdat

Itseohjautuvien robottien käyttö voi tuoda esiin useita moraali- ja turvallisuuskysymyksiä, joihin on vastattava, jotta voidaan varmistaa, että niitä käytetään turvallisesti ja vastuullisesti.

Tässä on joitain tärkeimpiä asioita, joita kannattaa miettiä:

Moraalinen kysymys:	Kuvaus:
Puolueellisuus	Autonomisilla roboteilla, jotka käyttävät koneoppimisalgoritmeja, voi olla harhoja, jotka johtavat ihmisten tai ryhmien epäoikeudenmukaiseen kohteluun. Tämä voidaan korjata suunnittelemalla ja testaamalla algoritmeja huolellisesti varmistaaksesi, ettei niissä ole piilotettuja harhoja.
Petos	Jos robotit pakotetaan valehtelemaan siitä, keitä he ovat tai mitä he voivat tehdä, se voi johtaa vaarallisiin tai odottamattomiin tilanteisiin. Tämän välttämiseksi robotteja valmistavien ihmisten tulisi olla avoimia niiden valmistustavasta ja kertoa käyttäjille, mitä he voivat tehdä. Kun robotteja käytetään työpaikalla, ihmiset voivat jäädä työttömäksi. Yritysten tulisi miettiä, miten automaatio vaikuttaa heidän työvoimaansa, ja tarjota koulutusohjelmia ja muita tapoja auttaa työpaikkansa menettäviä työntekijöitä.
Peittävyys	Voi olla vaikea ymmärtää, kuinka autonomiset robotit tekevät päätöksiä, mikä tekee vaikeaksi ymmärtää, miksi he tekevät virheitä. Robotteja valmistavien ihmisten tulisi yrittää olla avoimia ja selkeitä siitä, miten robotti päättää mitä tekee.
Turvallisuus	Autonomiset robotit on tehtävä tavalla, joka pitää niiden käyttäjät turvassa. Yritysten tulee olla vastuussa siitä, että heidän robottinsa ovat turvallisia ja että ne testataan hyvissä ajoin ennen kuin ne myydään yleisölle.
Valvonta	Poliittisten päättäjien ja sääntelyryhmien tulisi pitää silmällä itseohjautuvien robottien luomista ja käyttöä varmistaakseen, että niitä käytetään turvallisesti ja vastuullisesti.
Yksityisyys	Henkilökohtaisia ​​tietoja keräävät robotit voivat saada ihmiset huolestumaan yksityisyydestään. Ihmisten yksityisyyden suojelemiseksi tulee ottaa käyttöön oikeat säännöt ja avoimuutta koskevat toimenpiteet. Käyttäjien on voitava luottaa siihen, että itseohjautuvat robotit toimivat turvallisesti ja luotettavasti. Luottamuksen rakentamiseksi robottisuunnittelijoiden tulee asettaa turvallisuus, avoimuus ja vastuullisuus listansa kärkeen.

Johtopäätös

Kuten olemme nähneet tästä blogikirjoituksesta, robotit, jotka voivat toimia itsenäisesti, voivat muuttaa maailmaa, jossa elämme. Tällä tekniikalla on monia käyttötarkoituksia tuotannon tehostamisesta ihmisten auttamiseen parempaan hoitoon.

Mutta kuten missä tahansa uudessa tekniikassa, on eettisiä ja turvallisuuskysymyksiä, jotka on harkittava huolellisesti ja joita on käsiteltävä.

Autonomiset robotit saattavat tuntua vastaukselta moniin ongelmiimme, mutta meidän on muistettava, että ne eivät korvaa ihmisten vuorovaikutusta ja päätöksentekoa.

Sen sijaan meidän pitäisi nähdä niitä työkaluina, jotka voivat auttaa meitä saavuttamaan tavoitteemme ja parantamaan elämäämme. Kun yhdistämme itseohjautuvien robottien voiman ihmisen luovuuteen ja kekseliäisyyteen, voimme tehdä uskomattomia asioita, joita aikoinaan pidettiin mahdottomina.

Robotiikkainsinööreinä ja -opiskelijina meillä on mahdollisuus auttaa muotoilemaan tämän teknologian tulevaisuutta ja saada se toimimaan yhteiskunnan hyväksi.

Jatkakaamme itsenäisten robottien kykyä tutkia, mutta meidän tulee myös pitää mielessä tämän uuden ja jännittävän tekniikan mukanaan tuomat eettiset ja turvallisuuskysymykset.

Vain silloin voimme todella käyttää robottien voimaa, jotka voivat toimia itsenäisesti tehdäkseen maailmasta paremman paikan kaikille.