隨著機器人技術不斷進步，自主機器人的想法變得越來越重要。
這些機器可以感知周圍環境並做出反應，自行做出決定，並在沒有人類幫助的情況下四處移動。
在這篇博文中，我將討論使機器人能夠獨立工作的部件和技術。
我還將討論製作它們所需的編程語言和技能，以及使用它們所帶來的道德和安全問題。
無論您是一位經驗豐富的工程師還是剛剛起步，自動駕駛機器人的世界一定會吸引您的注意力，並讓您想要了解更多關於這項激動人心的技術的所有使用方式。
自主機器人簡介
正式定義：
一種機器人，它不僅可以在移動時保持自身的穩定性，還可以規劃自己的動作。
美國宇航局的 K10（自治和機器人）：
https://www.nasa.gov/centers/ames/research/area-autonomy-and-robotics.html
自主機器人是可以獨立工作的智能機器，可以在沒有人幫助的情況下弄清楚周圍發生的事情、做出決定和行動。
自主機器人是一種機器人，它具有很大的自由度，可以在沒有人幫助的情況下自己做事。
這是可能的，因為機器人有攝像頭、激光雷達和聲納等傳感器，可以讓它看到和聽到周圍發生的事情。
然後機器人獲取這些信息並使用它來做出決定。這使它能夠獨立行動。
機器人的種類
機器人有很多種，每一種都有自己的長處和短處。其中一些是：
- 自主機器人：正如我們已經談到的，自主機器人可以在沒有人類幫助的情況下自行工作。
- 受控機器人：要工作，受控機器人需要人的輸入。它們可以被編程來完成特定的任務，但它們沒有像可以自己做事的機器人那樣自由。
- 半自主機器人：這些機器人既有自主機器人的部分，也有受控機器人的部分，所以它們可以自己完成一些任務，但仍然需要人類的一些幫助。
- 自動化機器人：這些機器人被設置為自己做事。
但它們可能不像可以自己做事的機器人那樣獨立。
自主機器人與其他機器人的區別
自主機器人不同於其他類型的機器人，因為它們可以根據在環境中看到的情況自行做出決定並採取行動，而無需持續的人工輸入。
儘管其他種類的機器人可以完成某些工作，但它們的自由度不如自主機器人。
工程中的自主機器人
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自主機器人的組件和技術
自主機器人是一種智能機器，可以獨立工作、感知周圍環境、做出決定並在沒有人幫助的情況下採取行動。
要製造一個可以獨立工作的機器人，了解需要哪些零件和技術非常重要。
硬件組件
硬件組件是製造可以自行完成任務的機器人的重要組成部分。其中包括：執行器，如電機、制動器和螺線管，使機器人能夠移動並與周圍環境互動。
- 傳感器：傳感器是機器人了解周圍環境所必需的。
傳感器的一些示例包括相機、LiDAR 和慣性測量單元 (IMU)。
- 電源：為了工作，自主機器人需要可靠的電源，如電池或燃料電池。
- 計算硬件：機器人要處理傳感器數據、運行算法和控制執行器，就需要微控制器或單板計算機。
軟件
在製造自主機器人時，軟件與硬件一樣重要。其中包括：
- 感知算法：感知算法讓機器人解釋來自其傳感器的數據並弄清楚周圍發生的事情。
- 定位算法幫助機器人弄清楚它在哪里以及它在環境中面對的方向。
- 映射算法創建了一個環境模型，機器人可以使用該模型來規劃其運動。
- 規劃和控制算法：規劃和控制算法讓機器人四處移動並與其環境中的事物交互。
溝通
為了讓機器人正常工作，它需要能夠與周圍環境對話。這包括通過無線方式或有線方式與其他設備和系統通信。
包括學科
要製造獨立工作的機器人，您需要了解很多有關機械工程、電氣工程、計算機科學和機器人技術的知識。
傳感器在自主機器人中的重要性
傳感器是自動駕駛機器人的重要組成部分，因為它們讓機器人了解周圍環境，並根據所了解的內容做出決策。
為什麼傳感器對於可以自行行動的機器人很重要？
傳感器是自主機器人的一個非常重要的部分，因為它們讓機器人看到並了解周圍的環境。
機器人可以根據從傳感器獲得的信息做出決定並改變其動作。這讓它可以安全地四處走動，並在幾乎不需要人類幫助的情況下完成任務。
自動駕駛機器人的傳感器類型
自主機器人使用不同種類的傳感器來了解周圍環境。在機器人技術中，一些最常見的傳感器類型是：
- 接近/距離傳感器：這些傳感器，如超聲波或紅外傳感器，可以讓機器人在不接觸物體的情況下找到物體並測量距離。
- 攝像頭和激光雷達傳感器：攝像頭和激光雷達傳感器可用於製作機器人所處環境的詳細 3D 地圖，幫助機器人避開障礙物和規劃路徑。
- 導航傳感器：導航傳感器，如 GPS 或編碼器，可讓您確定機器人的位置並更改其速度、方向和路線。力傳感器測量機器人自身或外部物體施加在機器人上的力。這對於抓取或舉起東西等任務很重要。
- 慣性測量單元 (IMU)：IMU 測量機器人身體或外部物體的加速度和角速度，這對於平衡或穩定等任務很重要。
每種傳感器都有自己的優點和缺點。
自主機器人可以通過使用多個傳感器來提高其觀察和決策的能力。
例如，將激光雷達傳感器與攝像頭相結合，可以讓機器人更全面地了解周圍環境
使用多個導航傳感器可以提高定位的準確性。
自主機器人的導航和避障
自主機器人使用的系統可以幫助他們找到周圍的路並避免撞到東西，這樣他們就可以安全有效地四處移動。
可以自行四處走動的機器人的方法
- 環境地圖：自主機器人可以在環境地圖的幫助下規劃自己的行動並避開障礙物。
- 立體視覺障礙物檢測相機或 LiDAR 等傳感器：這些傳感器為機器人提供 360 度的周圍環境視圖，讓它看到障礙物並規劃安全路線。
- 與具有寬視野的 3D 視覺系統配合使用效果更好的自動導引車、遠程遙控車和自主移動機器人：這些系統使機器人可以輕鬆地四處移動並避開障礙物。
自主機器人需要能夠避開障礙物
自主機器人需要能夠避開障礙物，這樣它們才能在其環境中安全有效地移動。
機器人要想避開障礙物，就必須能夠可靠地找到它們並預測它們的移動方式。
機器人的形狀也會影響它繞過障礙物的方式。圓形機器人很常見，因為它們可以原地旋轉而不會撞到任何東西。
習慣周圍的環境
最後但同樣重要的是，要使避障方法發揮作用，機器人必須能夠很好地適應周圍環境。
這意味著機器人必須能夠改變其動作並繞過障礙物，即使在障礙物可能在沒有警告的情況下移動或變化的動態環境中也是如此。
編程自主機器人
編程是製造可以獨立工作的機器人的重要部分，有許多不同的編程語言可用於製造和測試機器人。
用於機器人編程的語言 Python 和 C++ 是製造可獨立工作的機器人最常用的編程語言，但也可以根據項目需要使用其他語言。
Java、MATLAB 和 PHP 是其他一些常用於機器人技術的編程語言。
每種語言都有自己的優點和缺點，項目的最佳語言將取決於它需要做什麼。
機器人編程所需的技能
要製造一個可以獨立工作的機器人，您需要知道如何使用 Python 和 C++ 等語言進行編碼。
擁有應用編程和為硬件系統製作軟件的經驗也很重要。
了解有關機器人技術的知識也很重要，例如控制理論、運動規劃和計算機視覺。
學習機器人編程的資源
有很多方法可以學習您需要的技能，以便為可以自己做事的機器人編程。其中一些是：
- 大學課程：許多大學提供機器人和編程方面的在線和麵授課程。
- 在線課程和研討會：大學、公司和專業團體提供大量在線課程和研討會。這些課程可以教授從機器人技術基礎知識到高級機器人編程方法的任何內容。
- 編程教程和指南：您可以在網上找到很多編程教程和指南，向您展示如何構建基本的自主移動機器人或教您如何以某種方式對機器人進行編程。
與自主機器人相關的成本
自主機器人在許多行業中變得越來越普遍，因為它們可以提高工人的安全性、提高生產率並降低勞動力成本。
但建造和使用自主機器人的成本可能會有很大差異，具體取決於它們的用途、複雜程度以及使用的部件。
初始投資成本
自主機器人的初始投資成本可以由硬件、軟件和傳感器等部分組成。
以下是不同類型機器人帶來的一些成本示例：
- 自動導引車 (AGV) 的成本從簡單 AGC 的 14,000 美元到更複雜的牽引車的 60,000 美元不等。
- 自動駕駛叉車的成本也會根據多種因素而變化。
- 用於建築的機器人可能很昂貴，因為它們很難製造，而且它們工作的環境需要標準化。
一台做手術的機器人成本高達 250 萬美元。
持續成本
除了初始投資外，使用自主機器人的成本還包括維護、修理和升級的持續成本。
為確保機器人持續正確、安全地工作，可能需要定期對其進行維修和修理。
此外，技術總是越來越好，因此機器人可能需要更新以跟上最新的變化。
自主機器人的好處
儘管自主機器人的初始投資成本可能很高，但降低勞動力成本和提高生產率的長期收益可能非常顯著，這使得自主機器人在某些應用中成為一項值得的投資。
通過使用可以獨立工作的機器人，企業可以節省人工成本、提高效率並讓工人更安全。
例如，機器人可以在幾乎沒有監督的情況下全天候工作，這有助於進一步降低成本。
此外，機器人可以完成人類無法完成的無聊、危險或骯髒的工作。這可以讓人們騰出時間去做更重要的工作。
自主機器人的應用
自主機器人在電子商務、數據中心、醫療保健、製造、軍事和公共安全、農業等領域越來越受歡迎。
使用自主機器人有很多好處，例如降低勞動力成本、提高生產率、使工作場所更安全以及減少錯誤。
電子商務應用
自主移動機器人 (AMR) 現在常用於電子商務行業，以執行移動購物車和操縱移動設備等操作。
這些機器人可以自行將產品從倉庫中的一個地方移動到另一個地方，從而加快訂單履行過程。
自動駕駛機器人還可以幫助向客戶送貨，從而縮短送貨時間並讓客戶更滿意。
製造業
自主機器人也經常用於製造業。機器人有很多用途，例如弧焊、點焊和移動物體。
當機器人用於製造時，可以提高安全性並可以更快、更高效地完成生產。
隨著工業 4.0 的到來，機器人技術、人工智能 (AI) 和機器學習 (ML) 的結合正在改變製造的方式。
軍事和公共安全
機器人技術用於軍事和公共安全領域，其中不需要人來控制的無人機和機器人用於監視。
這些機器人可以進入危險的地方並收集信息，讓人們在那裡更安全。機器人還被用來清除炸彈、尋找化學品和放射性物質以及巡邏邊界。
醫療保健應用
自主機器人在醫療保健環境中用於做一些事情，比如照顧病人、運送藥物、檢查生命體徵和提供情感支持。
自主移動機器人 (AMR) 通常用於幫助完成重要任務，例如清潔、遠程呈現以及為需要它們的人提供藥品和醫療用品。
機器人還可以觀察患者如何鍛煉，測量他們的運動範圍，並跟踪他們的進展。
此外，帶有可以識別藥物的人工智能軟件的機器人可以減少找到合適藥物的時間。
儘管這項技術仍處於早期階段，但研究人員正在研究如何使用機器人來完成更複雜的任務，例如提供有針對性的藥物、幫助患者解決小問題以及與患者交談。
農業產業
自主機器人也被用於農業，特別是用於作物管理。機器人無人機可用於觀察田地並發現作物問題
這告訴農民關於他們作物的重要信息。自動駕駛機器人還可以監視石油和天然氣管道，發現洩漏，並阻止對環境的破壞。
https://www.naio-technologies.com/en/home/
未來的應用
隨著技術的進步，自動駕駛機器人將能夠完成更複雜的工作，例如客戶服務和物流。
隨著自動駕駛汽車的發展，汽車行業可能會發生巨大變化，比如擁有汽車的人會減少。
一些預測稱，自動駕駛機器人在工業中的使用可能會對就業產生重大影響，高達 50% 的工作崗位可能會流失。
但關於人工智能和機器人將如何影響就業市場，仍然存在很多不確定性和激烈的爭論。
自主機器人的道德和安全考慮
自動駕駛機器人的使用會帶來許多需要回答的道德和安全問題，以確保以安全和負責任的方式使用它們。
以下是一些需要考慮的最重要的事情：
| 道德問題： | 描述： |
|---|---|
| 偏見 | 使用機器學習算法的自主機器人可能會有偏見，導致對人或群體的不公平對待。這可以通過仔細設計和測試算法來解決，以確保它們沒有任何隱藏的偏見。 |
| 欺騙 | 如果讓機器人謊報他們是誰或他們能做什麼，可能會導致危險或意外情況。為避免這種情況，製造機器人的人應該公開他們的製造方式並告訴用戶他們可以做什麼。當機器人在工作場所使用時，人類工人可能會失業。公司應該考慮自動化將如何影響他們的員工隊伍，並提供培訓計劃和其他方式來幫助失業的工人。 |
| 不透明度 | 很難理解自主機器人是如何做出決定的，因此很難弄清楚它們為什麼會犯錯。製造機器人的人應該盡量開放和清楚機器人如何決定做什麼。 |
| 安全 | 自主機器人需要以確保用戶安全的方式製造。公司應該負責確保他們的機器人是安全的，並且在向公眾出售之前對它們進行了良好的測試。 |
| 監督 | 政策制定者和監管團體應密切關注自動駕駛機器人的創造和使用，以確保安全和負責任地使用它們。 |
| 隱私 | 收集個人信息的機器人會讓人們擔心他們的隱私。為了保護人們的隱私，應該制定正確的公開規則和措施。用戶必須能夠相信自動駕駛機器人將以安全可靠的方式工作。為了建立信任，機器人設計師應該將安全、開放和責任放在首位。 |
結論
正如我們在這篇博文中看到的那樣，可以獨立工作的機器人可以改變我們生活的世界。這項技術有很多用途，從提高製造效率到幫助人們獲得更好的護理。
但是，與任何新技術一樣，存在需要仔細考慮和處理的道德和安全問題。
自主機器人似乎可以解決我們的許多問題，但我們必須記住，它們不能替代人類互動和決策。
相反，我們應該將它們視為可以幫助我們實現目標並讓我們的生活更美好的工具。當我們將自動駕駛機器人的力量與人類的創造力和獨創性結合起來時，我們就可以做出曾經被認為不可能的驚人事情。
作為機器人工程師和學生，我們有機會幫助塑造這項技術的未來，並使其造福社會。
讓我們繼續研究自主機器人能做什麼，但我們也應該牢記伴隨這項激動人心的新技術而來的倫理和安全問題。
只有這樣，我們才能真正發揮機器人自主工作的力量，讓世界變得更美好。
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