自律型ロボットとは？ 👨‍🏭

ロボット工学が進歩し続けるにつれて、自律型ロボットのアイデアはますます重要になっています。

これらのマシンは、周囲を感知して反応し、自分で決定を下し、人間の助けなしに動き回ることができます。

このブログ記事では、ロボットの自立を可能にする部品と技術についてお話しします。

また、それらを作成するために必要なプログラミング言語とスキル、およびそれらを使用する際の倫理的および安全性の問題についても説明します。

経験豊富なエンジニアであろうと初心者であろうと、自動運転ロボットの世界はきっとあなたの注意を引き、このエキサイティングな技術のあらゆる使い方についてもっと知りたくなるでしょう。

自律型ロボット入門

正式な定義:

移動中に自身の安定性を維持できるだけでなく、計画的に移動できるロボット。

NASA の K10 (自律性とロボット工学):

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

自律型ロボットは、自分の周りで何が起こっているかを理解し、意思決定を行い、人の助けを借りずに行動できるスマートな機械です。

自律型ロボットとは、自由度が高く、人の手を借りずに自力で物事を行うことができるロボットのことです。

これが可能なのは、ロボットがカメラ、LiDAR、ソナーなどのセンサーを備えており、周囲で何が起こっているかを見たり聞いたりできるからです。

次に、ロボットはこの情報を取得し、それを使用して決定を下します。これにより、自分自身で行動する能力が得られます。

ロボットの種類

ロボットにはさまざまな種類があり、それぞれに長所と短所があります。これらのいくつかは次のとおりです。

自律型ロボット: すでに説明したように、自律型ロボットは人間の助けがなくても自力で作業できます。
制御されたロボット: 制御されたロボットが機能するためには、人からの入力が必要です。特定のタスクを実行するようにプログラムすることはできますが、自分で物事を行うロボットほどの自由度はありません。
半自律型ロボット: これらのロボットは、自律型ロボットと制御型ロボットの両方の部分を備えているため、一部のタスクは自分で実行できますが、人間の助けが必要です。
自動化されたロボット: これらのロボットは、自分で物事を行うように設定されています。

しかし、彼らは自分で物事を行うことができるロボットほど独立していないかもしれません.

自律型ロボットと他の種類の違い

自律型ロボットは、他のタイプのロボットとは異なります。人間の絶え間ない入力を必要とせずに、環境で見たものに基づいて決定を下し、自分で行動できるからです。

他の種類のロボットは特定の仕事を行うことができますが、自律型ロボットほどの自由度はありません。

工学における自律ロボット

ヒント: 必要に応じてキャプションボタンをオンにします。英語に慣れていない場合は、設定ボタンで「自動翻訳」を選択してください。お気に入りの言語が翻訳可能になる前に、まずビデオの言語をクリックする必要がある場合があります。

自律型ロボットのコンポーネントと技術

自律型ロボットは、自分で作業し、周囲を感知し、意思決定を行い、人の助けを借りずに行動できるスマートマシンです。

自力で動くロボットを作るためには、どのような部品や技術が必要なのかを知ることが重要です。

ハードウェアコンポーネント

ハードウェアコンポーネントは、自分で物事を行うことができるロボットを作成するための重要な部分です。その中には次のものがあります。

モーター、ブレーキ、ソレノイドなどのアクチュエータは、ロボットが動き、周囲と相互作用することを可能にします。

センサー: センサーは、ロボットが周囲を理解するために必要です。

センサーの例としては、カメラ、LiDAR、慣性計測装置 (IMU) などがあります。

電源: 自律型ロボットが機能するためには、バッテリーや燃料電池などの信頼できる電源が必要です。
コンピューティングハードウェア: ロボットがセンサーデータを処理し、アルゴリズムを実行し、アクチュエータを制御するには、マイクロコントローラーまたはシングルボードコンピューターが必要です。

ソフトウェア

自律型ロボットを作成する場合、ソフトウェアはハードウェアと同じくらい重要です。その中には次のものがあります。

知覚アルゴリズム: 知覚アルゴリズムにより、ロボットはセンサーからのデータを解釈し、周囲で何が起こっているかを把握できます。
ローカリゼーションアルゴリズムは、ロボットが環境内で自分がどこにいて、どの方向を向いているかを把握するのに役立ちます。
マッピングアルゴリズムは、ロボットがその動きを計画するために使用できる環境のモデルを作成します。
計画および制御アルゴリズム: 計画および制御アルゴリズムにより、ロボットは周囲を動き回り、その環境内の物と対話できます。

コミュニケーション

ロボットがうまく機能するには、周囲と会話できる必要があります。これには、ワイヤレスまたはワイヤーを使用した他のデバイスやシステムとの通信が含まれます。

含まれる分野

自力で動くロボットを作るには、機械工学、電気工学、コンピュータサイエンス、ロボット工学について多くのことを知る必要があります。

自律型ロボットにおけるセンサーの重要性

センサーは、自動運転ロボットの重要な部分です。センサーにより、ロボットは周囲について学習し、学習した内容に基づいて決定を下すことができます。

自律的に行動できるロボットにとってセンサーが重要なのはなぜですか?

センサーは、ロボットが周囲を見て理解できるようにするため、自律型ロボットの非常に重要な部分です。

ロボットは、センサーから得た情報に基づいて意思決定を行い、行動を変えることができます。これにより、安全に動き回ることができ、人間の助けをほとんど必要とせずにタスクを実行できます。

自動運転ロボット用センサーの種類

自律型ロボットは、さまざまな種類のセンサーを使用して周囲について学習します。ロボット工学では、最も一般的なタイプのセンサーは次のとおりです。

近接/距離センサー: これらのセンサー (超音波センサーや赤外線センサーなど) を使用すると、ロボットは物体に触れずに物体を見つけて距離を測定できます。
カメラとライダーセンサー: カメラとライダーセンサーを使用して、ロボットの環境の詳細な 3D マップを作成できます。これにより、ロボットは障害物を回避し、経路を計画することができます。
ナビゲーションセンサー: GPS やエンコーダーなどのナビゲーションセンサーを使用すると、ロボットの現在位置を把握し、速度、方向、コースを変更できます。力センサーは、ロボット自体またはロボットの外にあるものによってロボットにかかる力を測定します。これは、物をつかんだり持ち上げたりするなどの作業に重要です。
慣性測定ユニット (IMU): IMU は、ロボットの本体または外部オブジェクトの加速度と角速度を測定します。これは、バランス調整や安定化などのタスクにとって重要です。

それぞれの種類のセンサーには、独自の長所と短所があります。

自律型ロボットは、複数のセンサーを使用することで、視覚と意思決定の能力を向上させることができます。

たとえば、ライダーセンサーとカメラを組み合わせることで、ロボットは周囲の状況をより完全に把握できます。

複数のナビゲーションセンサーを使用すると、ローカリゼーションの精度を向上させることができます。

自律型ロボットのナビゲーションと障害物回避

自律型ロボットは、安全かつ効果的に移動できるように、道を見つけて物にぶつからないようにするシステムを使用しています。

自力で移動できるロボットの方法

環境のマップ: 自律型ロボットは、環境のマップの助けを借りて、動きを計画し、障害物を回避できます。
ステレオビジョン障害物検出カメラや LiDAR などのセンサー: これらのセンサーは、ロボットに周囲の 360 度のビューを提供し、障害物を認識して安全なルートを計画できるようにします。
広い視野を備えた 3D ビジョンシステムでより適切に機能する無人搬送車、遠隔操作車両、および自律型移動ロボット: これらのシステムにより、ロボットは動き回り、障害物を回避することが容易になります。

自律型ロボットは障害物を回避できる必要がある

自律型ロボットは、環境内を安全かつ効果的に移動できるように、障害物を回避できる必要があります。

ロボットが障害物を回避できるためには、障害物を確実に見つけて、どのように動くかを予測できなければなりません。

ロボットの形状も、障害物を回避する方法に影響を与える可能性があります。円形ロボットは、何にもぶつからずにその場で回転できるため、一般的です。

周囲に慣れる

最後になりましたが、障害物回避方法が機能するためには、ロボットが周囲にうまく適応できなければなりません。

これは、障害物が警告なしに移動または変化する可能性がある動的な環境であっても、ロボットがその動きを変更し、障害物を回避できる必要があることを意味します。

自律型ロボットのプログラミング

プログラミングは、自力で動作するロボットを作成する上で重要な部分であり、ロボットの作成とテストに使用できるさまざまなプログラミング言語があります。

ロボットのプログラミングに使用される言語 Python と C++ は、単独で動作するロボットを作成するための最も一般的なプログラミング言語ですが、プロジェクトのニーズに応じて他の言語も使用できます。

Java、MATLAB、および PHP は、ロボット工学でよく使用されるその他のプログラミング言語です。

各言語には独自の長所と短所があり、プロジェクトに最適な言語は、何をする必要があるかによって異なります。

ロボットのプログラミングに必要なスキル

単独で動作するロボットを作成するには、Python や C++ などの言語でコーディングする方法を知る必要があります。

また、応用プログラミングやハードウェアシステムのソフトウェア作成の経験も重要です。

また、制御理論、モーションプランニング、コンピュータービジョンなどのロボット工学に関する知識も重要です。

ロボットのプログラミングを学ぶためのリソース

自分で何かをできるロボットをプログラミングするために必要なスキルを学ぶ方法はたくさんあります。これらのいくつかは次のとおりです。

大学でのコースワーク: 多くの大学では、ロボット工学とプログラミングのオンラインおよび対面コースを提供しています。
オンラインコースとワークショップ: 大学、企業、専門家グループは、多くのオンラインコースとワークショップを提供しています。これらのコースでは、ロボット工学の基礎からロボットをプログラミングするための高度な方法まで、あらゆることを教えることができます。
プログラミングのチュートリアルとガイド: 基本的な自律移動ロボットの作成方法や、特定の方法でロボットをプログラミングする方法を説明するプログラミングのチュートリアルとガイドをオンラインで多数見つけることができます。

自律型ロボットに関連するコスト

自律型ロボットは、労働者の安全性を向上させ、生産性を高め、人件費を削減できるため、多くの業界でより一般的になりつつあります。

しかし、自律型ロボットの構築と使用にかかるコストは、用途、複雑さ、使用する部品によって大きく異なります。

初期投資費用

自律型ロボットの初期投資コストは、ハードウェア、ソフトウェア、センサーなどの部品で構成されます。

さまざまな種類のロボットに伴うコストの例を次に示します。

無人搬送車 (AGV) の価格は、単純な AGC で 14,000 ドル、より複雑な牽引トラクターで 60,000 ドルです。
自動運転フォークリフトのコストも、さまざまな要因によって変化する可能性があります。
建設に使用されるロボットは、製造が難しく、作業環境を標準化する必要があるため、高価になる可能性があります。

手術を行うロボットは、最大 250 万ドルの費用がかかります。

継続費用

初期投資に加えて、自律型ロボットを使用するためのコストには、メンテナンス、修理、およびアップグレードのための継続的なコストも含まれる場合があります。

ロボットが正しく安全に動作し続けるためには、定期的なサービスと修理が必要になる場合があります。

また、テクノロジーは常に改善されているため、最新の変更に対応するためにロボットを更新する必要がある場合があります。

自律型ロボットの利点

自律型ロボットの初期投資コストは高くなる可能性がありますが、人件費の削減と生産性の向上という長期的なメリットは重要であり、自律型ロボットは一部のアプリケーションにとって価値のある投資となります。

自力で作業できるロボットを使用することで、企業は人件費を節約し、効率を向上させ、労働者をより安全にすることができます。

たとえば、ロボットはほとんど監視することなく 24 時間体制で作業できるため、コストをさらに削減できます。

また、ロボットは、人間が行うにはあまりにも退屈で、危険で、汚い仕事をすることができます。これにより、人々はより重要な仕事に専念できるようになります。

自律型ロボットの応用

自律型ロボットは、e コマース、データセンター、ヘルスケア、製造、軍事および公安、農業などの分野でますます普及しています。

自律型ロボットを使用すると、人件費の削減、生産性の向上、職場の安全化、ミスの削減など、多くのメリットがあります。

電子商取引アプリケーション

自律型モバイルロボット (AMR) は現在、カートの移動やモバイルデバイスの操作などを行うために、e コマース業界で一般的に使用されています。

これらのロボットは、倉庫内のある場所から別の場所に製品を移動できるため、注文処理プロセスが高速化されます。

自動運転ロボットは、商品を顧客に届けるのにも役立ちます。これにより、配達時間が短縮され、顧客の満足度が向上します。

製造業

自律型ロボットは、製造業でもよく使用されます。ロボットは、アーク溶接、スポット溶接、物の移動など、さまざまな用途に使用されています。

ものづくりにロボットを活用すると、安全性が向上し、生産をより迅速かつ効率的に行うことができます。

インダストリー 4.0 の到来により、ロボティクス、人工知能 (AI)、機械学習 (ML) の組み合わせにより、製造方法が変化しています。

軍事および公安

ロボット技術は軍事や公共の安全の分野で使用されており、制御に人を必要としないドローンやロボットが監視に使用されています。

これらのロボットは、危険な場所に行って情報を収集し、人々がそこにいるのをより安全にすることができます. ロボットは、爆弾の撤去、化学物質や放射性物質の発見、国境のパトロールにも使用されます。

ヘルスケアアプリケーション

自律型ロボットは、医療現場で患者のケア、投薬、バイタルサインのチェック、感情的なサポートなどを行うために使用されます。

自律移動ロボット (AMR) は、掃除、テレプレゼンス、必要な人への薬や医療用品の提供などの重要なタスクを支援するためによく使用されます。

ロボットは、患者がどのように運動しているかを監視し、可動域を測定し、進捗状況を追跡することもできます。

また、薬を識別できる AI を搭載したソフトウェアを備えたロボットは、適切な薬を見つけるのにかかる時間を短縮できます。

この技術はまだ初期段階にありますが、研究者たちは、目標を定めた薬を届けたり、小さな問題を抱えた患者を助けたり、患者と話したりするなど、より複雑なタスクをロボットで行う方法を研究しています。

農業産業

自律型ロボットは、農業、特に作物管理にも使用されています。ロボットドローンは、畑を見て作物の問題を見つけるために使用できます

これは、農家に作物に関する重要なことを伝えます。自動運転ロボットは、石油やガスのパイプラインを監視し、漏れを見つけ、環境へのダメージを止めることもできます。

naio technologies のロボット:

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

将来のアプリケーション

技術が向上するにつれて、自動運転ロボットは顧客サービスやロジスティクスなど、より複雑な仕事を行うことができるようになります.

自動運転車の開発により、自動車を所有する人が減るなど、自動車業界に大きな変化が起こる可能性があります。

一部の予測では、産業での自動運転ロボットの使用は仕事に大きな影響を与える可能性があり、最大 50% の仕事が失われる可能性があるとしています。

しかし、AI とロボットが雇用市場にどのように影響するかについては、まだ多くの不確実性と白熱した議論があります。

自律型ロボットの倫理的および安全性に関する考慮事項

自動運転ロボットの使用は、安全で責任ある方法で使用されることを確認するために答える必要がある、多くの道徳的および安全上の問題を引き起こす可能性があります。

考慮すべき最も重要な事項のいくつかを次に示します。

道徳的な質問:	説明：
バイアス	機械学習アルゴリズムを使用する自律型ロボットには、人やグループの不当な扱いにつながるバイアスが含まれている可能性があります。これは、アルゴリズムを慎重に設計およびテストして、隠れたバイアスがないことを確認することで修正できます。
欺くこと	ロボットが自分が何者であるか、または何ができるかについて嘘をつくように作られている場合、危険または予期しない状況につながる可能性があります。これを避けるために、ロボットを作る人は、ロボットがどのように作られているかをオープンにし、何ができるかをユーザーに伝える必要があります。職場でロボットが使用されると、人間の労働者が失業する可能性があります。企業は、自動化が従業員に与える影響について考え、失業した労働者を支援するためのトレーニングプログラムやその他の方法を提供する必要があります。
不透明度	自律型ロボットがどのように意思決定を行うかを理解するのは難しい場合があり、そのため、なぜ間違いを犯すのかを理解するのが難しくなります。ロボットを作る人は、ロボットが何をすべきかをどのように決定するかについて、オープンで明確にするよう努めるべきです。
安全性	自律型ロボットは、ユーザーを安全に保つ方法で作成する必要があります。企業は、自社のロボットが安全であること、および一般に販売される前に十分にテストされていることを確認する責任を負う必要があります。
監視	政策立案者と規制グループは、自動運転ロボットの作成と使用に注意を払い、それらが安全かつ責任を持って使用されるようにする必要があります。
プライバシー	個人情報を収集するロボットは、人々にプライバシーへの不安を抱かせる可能性があります。人々のプライバシーを保護するために、公開性に関する適切な規則と手段を導入する必要があります。ユーザーは、自動運転ロボットが安全で信頼できる方法で動作することを信頼できなければなりません。信頼を築くために、ロボット設計者は、安全性、開放性、責任をリストの一番上に置く必要があります。

結論

このブログ投稿で見てきたように、自律的に動作するロボットは、私たちの住む世界を変える可能性があります。このテクノロジーには、製造の効率化から人々のケアの改善まで、さまざまな用途があります。

しかし、あらゆる新技術と同様に、慎重に検討して対処する必要がある倫理的および安全性の問題があります。

自律型ロボットは、多くの問題に対する解決策のように思えるかもしれませんが、ロボットが人間の相互作用や意思決定に取って代わるものではないことを覚えておく必要があります。

代わりに、目標を達成し、生活をより良くするのに役立つツールとして、それらを検討する必要があります。自動運転ロボットの力を人間の創造性と創意工夫と組み合わせると、かつては不可能と考えられていた驚くべきことが可能になります。

ロボット工学のエンジニアや学生として、私たちはこの技術の未来を形作り、社会のために機能させるチャンスがあります。

自律型ロボットができることを引き続き調べていきましょう。しかし、この新しい刺激的な技術に伴う倫理的および安全性の問題も念頭に置く必要があります。

そうして初めて、自律的に動作するロボットの力を実際に活用して、世界をすべての人にとってより良い場所にすることができます。

自律型ロボットとは？