robotik - Robotics

Robotik , bilgisayar bilimi ve mühendisliğini birleştiren disiplinler arası bir alandır . Robotik tasarım, inşaat, işletme ve kullanımını gerektirir robotlar . Robotiğin amacı, insanlara yardım edebilecek ve yardımcı olabilecek makineler tasarlamaktır. Robotik, makine mühendisliği , elektrik mühendisliği , bilgi mühendisliği , mekatronik , elektronik , biyomühendislik , bilgisayar mühendisliği , kontrol mühendisliği , yazılım mühendisliği , matematik vb. alanlarını bütünleştirir .

Robotik, insanların yerini alabilecek ve insan eylemlerini çoğaltabilecek makineler geliştirir. Robotlar birçok durumda birçok amaç için kullanılabilir, ancak günümüzde birçoğu tehlikeli ortamlarda (radyoaktif maddelerin denetimi, bomba tespiti ve devre dışı bırakma dahil ), üretim süreçlerinde veya insanların hayatta kalamayacağı yerlerde (örneğin uzayda, su altında, yüksek sıcaklıkta) kullanılmaktadır. ve tehlikeli maddelerin ve radyasyonun temizlenmesi ve muhafazası). Robotlar herhangi bir şekle girebilir, ancak bazıları görünüşte insanlara benzemek için yapılmıştır. Bunun, genellikle insanlar tarafından gerçekleştirilen belirli tekrarlayıcı davranışlarda robotların kabulüne yardımcı olduğu iddia edilmektedir. Bu tür robotlar, yürüme, ağırlık kaldırma, konuşma, biliş veya diğer herhangi bir insan etkinliğini kopyalamaya çalışır. Günümüzün robotlarının çoğu, doğadan ilham alarak biyo-ilham alan robotik alanına katkıda bulunuyor .

Bazı robotların çalışması için kullanıcı girişi gerekirken, diğer robotlar bağımsız olarak çalışır. Otonom olarak çalışabilen robotlar yaratma kavramı klasik zamanlara kadar uzanıyor , ancak robotların işlevselliği ve potansiyel kullanımları üzerine araştırmalar 20. yüzyıla kadar önemli ölçüde büyümedi. Tarih boyunca, çeşitli bilim adamları, mucitler, mühendisler ve teknisyenler tarafından, robotların bir gün insan davranışlarını taklit edebilecekleri ve görevleri insan benzeri bir şekilde yönetebilecekleri sıklıkla varsayılmıştır. Günümüzde robotik, teknolojik ilerlemeler devam ettikçe hızla büyüyen bir alandır; Yeni robotları araştırmak, tasarlamak ve inşa etmek, ister yurtiçinde , ister ticari veya askeri olarak çeşitli pratik amaçlara hizmet eder . Birçok robot, bombaları etkisiz hale getirmek, dengesiz harabelerde hayatta kalanları bulmak ve mayınları ve gemi enkazlarını keşfetmek gibi insanlar için tehlikeli olan işleri yapmak üzere üretilmiştir. Robotik ayrıca STEM'de (bilim, teknoloji , mühendislik ve matematik ) bir öğretim yardımcısı olarak kullanılır.

etimoloji

Sözcük robotik kelime türetilmiştir robot tarafından kamuoyuna tanıtıldı, Çek yazar Karel Capek onun oyun içinde RUR (Rossum'un Universal Robots) kelimesi 1920 yılında yayımlandı, robot Slav kelimesinden gelmektedir robota , çalışmak demektir /Görev. Oyun , modern android fikirlerine çok benzeyen robotlar , insanlarla karıştırılabilecek yaratıklar olarak adlandırılan yapay insanları yapan bir fabrikada başlıyor . Karel Čapek bu kelimeyi kendisi icat etmedi. O bir referans olarak kısa mektup yazdı etimolojide içinde Oxford İngilizce Sözlük onun kardeşi adında hangi Josef Capek gerçek göndereni olarak.

Göre Oxford İngilizce Sözlük , kelime robotik ilk tarafından baskı kullanıldı Isaac Asimov onun içinde, bilim kurgu kısa öykü "Yalancı!" , Mayıs 1941'de Şaşırtıcı Bilim Kurgu'da yayınlandı . Asimov, terimi kendisinin uydurduğunun farkında değildi; Elektrikli cihazların bilim ve teknolojisi elektronik olduğundan , robotiğin zaten robotların bilim ve teknolojisine atıfta bulunduğunu varsaymıştır . Asimov'un diğer bazı eserlerinde, robotik kelimesinin ilk kullanımının, Robotiğin Üç Yasası kavramını tanıttığı Runaround ( Astounding Science Fiction , Mart 1942) adlı kısa öyküsünde olduğunu belirtir . Ancak, orijinal yayın "Yalancı!" "Runaround"dan on ay önce gelir, bu nedenle ilki genellikle kelimenin kökeni olarak belirtilir.

Tarih

1948'de Norbert Wiener , pratik robotiğin temeli olan sibernetiğin ilkelerini formüle etti .

Tam otonom robotlar ancak 20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıktı. İlk dijital olarak çalıştırılan ve programlanabilen robot olan Unimate , sıcak metal parçalarını bir pres döküm makinesinden kaldırmak ve istiflemek için 1961'de kuruldu . Ticari ve endüstriyel robotlar günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır ve işleri insanlardan daha ucuza, daha doğru ve daha güvenilir bir şekilde yapmak için kullanılmaktadır. İnsanlar için uygun olamayacak kadar kirli, tehlikeli veya sıkıcı bazı işlerde de kullanılırlar. Robotlar yaygın olarak kullanılan imalat , montaj, paketleme ve, madencilik, ulaştırma, yeryüzü ve ambalaj uzay keşfini , ameliyat, silahlar, laboratuar araştırmaları , güvenlik ve seri üretim ve tüketim ve sanayi mallarının .

Tarih Önemi robot adı mucit
MÖ 3. yüzyıl ve öncesi Otomatların en eski tanımlarından biri, Lie Zi metninde, Zhou Kralı Mu (MÖ 1023–957) ile bir 'zanaatçı' olan Yan Shi olarak bilinen bir makine mühendisi arasında çok daha önceki bir karşılaşmada yer alır . İkincisinin, krala mekanik el işinin gerçek boyutunda, insan şeklinde bir figürü sunduğu iddia edildi. Yan Shi (Çince:偃师)
MS 1. yüzyıl ve öncesi Heron of Alexandria tarafından Pneumatica ve Automata'da bir itfaiye aracı, bir rüzgar organı, jetonla çalışan bir makine ve buharla çalışan bir makine de dahil olmak üzere 100'den fazla makine ve otomatın açıklamaları Ctesibius , Bizanslı Philo, İskenderiyeli Heron ve diğerleri
C. 420 M.Ö. Uçabilen tahta, buharla çalışan bir kuş uçan güvercin Tarentum Archytas
1206 Erken insansı otomatlar, programlanabilir otomat bandı oluşturuldu Robot bandı, el yıkama otomatı, otomatik hareketli tavus kuşları El Cezeri
1495 İnsansı bir robot için tasarımlar mekanik şövalye Leonardo da Vinci
1560'lar (Belirtilmemiş) Yürümeyi taklit eden cüppesinin altına makineli ayakları yapılmış Mekanik Keşiş. Robotun gözleri, dudakları ve kafası, gerçekçi hareketlerle hareket eder. mekanik keşiş Leonardo da Vinci
1738 Yemek yiyebilen, kanatlarını çırpabilen ve dışkılayabilen mekanik ördek Ördek Sindirimi Jacques de Vaucanson
1898 Nikola Tesla, ilk radyo kontrollü gemiyi sergiliyor. teleotomat Nikola Tesla
1921 "Robotlar" olarak adlandırılan ilk kurgusal otomatlar RUR oyununda ortaya çıkıyor Rossum'un Evrensel Robotları Karel Şapek
1930'lar 1939 ve 1940 Dünya Fuarlarında sergilenen insansı robot Elektro Westinghouse Elektrik Şirketi
1946 İlk genel amaçlı dijital bilgisayar Kasırga birden fazla kişi
1948 Biyolojik davranışlar sergileyen basit robotlar Elsie ve Elmer William Gray Walter
1956 George Devol ve Joseph Engelberger tarafından Devol'un patentlerine dayalı olarak kurulan Unimation şirketinden ilk ticari robot tekilleştir George Devol
1961 İlk kurulan endüstriyel robot. tekilleştir George Devol
1967'den 1972'ye İlk tam ölçekli insansı akıllı robot ve ilk android . Uzuv kontrol sistemi, alt ekstremitelerle yürümesine ve dokunsal sensörler kullanarak nesneleri elleriyle kavramasına ve taşımasına izin verdi. Görüş sistemi, harici alıcılar, yapay gözler ve kulaklar kullanarak nesnelere olan mesafeleri ve yönleri ölçmesine izin verdi. Ve konuşma sistemi, yapay bir ağızla Japonca bir kişiyle iletişim kurmasına izin verdi. WABOT-1 Waseda Üniversitesi
1973 Altı elektromekanik tahrikli eksene sahip ilk endüstriyel robot Fakülte KUKA Robot Grubu
1974 Dünyanın ilk mikrobilgisayar kontrollü elektrikli endüstriyel robotu, ASEA'dan IRB 6, İsveç'in güneyindeki küçük bir makine mühendisliği şirketine teslim edildi. Bu robotun tasarımı zaten 1972'de patentliydi. IRB6 ABB Robot Grubu
1975 Programlanabilir evrensel manipülasyon kolu, bir Unimation ürünü PUMA Victor Scheinman
1978 İlk nesne düzeyinde robot programlama dili, robotların nesne konumu, şekli ve sensör gürültüsündeki değişiklikleri işlemesine olanak tanır. Freddy I ve II, RAPT robot programlama dili Patricia Ambler ve Robin Popplestone
1983 Bir robot kontrolü için kullanılan ilk çoklu görev, paralel programlama dili. Bu, robot kontrolü için hem süreçler arası iletişim (WAIT/POST) hem de karşılıklı dışlama (ENQ/DEQ) mekanizmalarının uygulanmasıyla IBM/Serisi/1 süreç bilgisayarındaki Olaya Dayalı Dil (EDL) idi . ADRIEL I Stevo Bozinovski ve Mihail Sestakov

Robotik yönler

Mekanik yapı
Elektrik yönü
Bir programlama seviyesi

Birçok robot türü vardır; birçok farklı ortamda ve birçok farklı kullanım için kullanılırlar. Uygulama ve biçim açısından çok çeşitli olmalarına rağmen, yapımları söz konusu olduğunda hepsi üç temel benzerliği paylaşır:

  1. Robotların hepsinin belirli bir görevi başarmak için tasarlanmış bir tür mekanik yapısı, çerçevesi, formu veya şekli vardır. Örneğin, ağır kir veya çamurun üzerinden geçmek üzere tasarlanmış bir robot, tırtıl izleri kullanabilir . Mekanik yön, çoğunlukla yaratıcının atanan görevi tamamlama ve etrafındaki ortamın fiziği ile ilgilenme çözümüdür. Biçim, işlevi izler.
  2. Robotlar, makinelere güç sağlayan ve kontrol eden elektrikli bileşenlere sahiptir. Örneğin, tırtıl izlerine sahip robot , izleyici basamaklarını hareket ettirmek için bir tür güce ihtiyaç duyacaktır. Bu güç, bir telden geçmesi gereken ve temel bir elektrik devresi olan bir pilden kaynaklanan elektrik biçiminde gelir . Güçlerini çoğunlukla benzinden alan benzinle çalışan makineler bile yanma sürecini başlatmak için hala bir elektrik akımına ihtiyaç duyar, bu nedenle arabalar gibi benzinle çalışan makinelerin çoğunda pil bulunur. Robotların elektriksel yönü, hareket (motorlar aracılığıyla), algılama (ısı, ses, konum ve enerji durumu gibi şeyleri ölçmek için elektrik sinyallerinin kullanıldığı yerlerde) ve operasyon (robotlar , motorlarına sağlanan bir miktar elektrik enerjisine ihtiyaç duyar) için kullanılır ve Temel işlemleri etkinleştirmek ve gerçekleştirmek için sensörler)
  3. Tüm robotlar bir miktar bilgisayar programlama kodu içerir. Program, bir robotun bir şeyi ne zaman veya nasıl yapacağına nasıl karar verdiğidir. Tırtıl izi örneğinde, çamurlu bir yolda hareket etmesi gereken bir robot, doğru mekanik yapıya sahip olabilir ve pilinden doğru miktarda güç alabilir, ancak hareket etmesini söyleyen bir program olmadan hiçbir yere gitmez. Programlar bir robotun özüdür, mükemmel mekanik ve elektriksel yapıya sahip olabilir, ancak programı kötü yapılandırılmışsa performansı çok düşük olacaktır (veya hiç performans göstermeyebilir). Üç farklı robotik program türü vardır: uzaktan kumanda, yapay zeka ve hibrit. Uzaktan kumanda programlamaya sahip bir robot , yalnızca bir kontrol kaynağından, tipik olarak uzaktan kumandalı bir insandan bir sinyal aldığında ve aldığında gerçekleştireceği önceden var olan bir komut dizisine sahiptir. Öncelikle insan komutlarıyla kontrol edilen cihazları robotik yerine otomasyon disiplinine dahil etmek belki de daha uygundur. Yapay zekayı kullanan robotlar, herhangi bir kontrol kaynağı olmadan kendi çevreleriyle etkileşime giriyor ve önceden var olan programlamalarını kullanarak nesnelere ve karşılaştıkları sorunlara tepkilerini belirleyebiliyor. Hibrit, içinde hem AI hem de RC işlevlerini içeren bir programlama biçimidir.

Uygulamalar

Gittikçe daha fazla robot belirli görevler için tasarlandığından, bu sınıflandırma yöntemi daha alakalı hale geliyor. Örneğin, birçok robot, diğer uygulamalar için kolayca uyarlanamayan montaj işleri için tasarlanmıştır. Bunlara "montaj robotları" denir. Dikiş kaynağı için, bazı tedarikçiler robotla birlikte komple kaynak sistemleri sağlar, yani kaynak ekipmanı ile birlikte döner tablalar vb. gibi diğer malzeme taşıma tesisleri entegre bir birim olarak. Böyle bir entegre robotik sisteme, ayrı manipülatör ünitesi çeşitli görevlere uyarlanabilmesine rağmen "kaynak robotu" denir. Bazı robotlar özellikle ağır yük manipülasyonu için tasarlanmıştır ve "ağır iş robotları" olarak etiketlenir.

Mevcut ve potansiyel uygulamalar şunları içerir:

Bileşenler

Güç kaynağı

InSight'ı güneş panelleri ile Lander bir temiz oda konuşlandırılmış

Günümüzde güç kaynağı olarak çoğunlukla (kurşun-asit) piller kullanılmaktadır. Robotlar için bir güç kaynağı olarak birçok farklı pil türü kullanılabilir. Bunlar, güvenli ve nispeten uzun raf ömrüne sahip, ancak hacim olarak çok daha küçük ve şu anda çok daha pahalı olan gümüş-kadmiyum pillere kıyasla oldukça ağır olan kurşun-asit pillerden oluşur. Pille çalışan bir robot tasarlarken güvenlik, çevrim ömrü ve ağırlık gibi faktörleri hesaba katmak gerekir . Jeneratörler, genellikle bir tür içten yanmalı motor da kullanılabilir. Bununla birlikte, bu tür tasarımlar genellikle mekanik olarak karmaşıktır ve bir yakıta ihtiyaç duyar, ısı dağılımı gerektirir ve nispeten ağırdır. Robotu bir güç kaynağına bağlayan bir ip, güç kaynağını robottan tamamen çıkaracaktır. Bu, tüm güç üretimi ve depolama bileşenlerini başka bir yere taşıyarak ağırlık ve yerden tasarruf etme avantajına sahiptir. Bununla birlikte, bu tasarım, yönetilmesi zor olabilen, robota sürekli bağlı bir kabloya sahip olmanın dezavantajını da beraberinde getiriyor. Potansiyel güç kaynakları şunlar olabilir:

çalıştırma

Bir robot bacak powered by hava kaslar

Aktüatörler, bir robotun depolanmış enerjiyi harekete dönüştüren " kasları " dır. Açık farkla en popüler aktüatörler, bir tekerleği veya dişliyi döndüren elektrik motorları ve fabrikalardaki endüstriyel robotları kontrol eden lineer aktüatörlerdir. Elektrik, kimyasallar veya basınçlı hava ile çalışan alternatif aktüatör türlerinde son zamanlarda bazı gelişmeler var.

Elektrik motorları

Robotların büyük çoğunluğu, taşınabilir robotlarda genellikle fırçalı ve fırçasız DC motorlar veya endüstriyel robotlarda ve CNC makinelerinde AC motorlar olmak üzere elektrik motorları kullanır . Bu motorlar genellikle daha hafif yüklerin olduğu ve baskın hareket biçiminin dönme olduğu sistemlerde tercih edilir.

Lineer aktüatörler

Çeşitli tipteki lineer aktüatörler, döndürmek yerine içeri ve dışarı hareket eder ve özellikle endüstriyel robotik gibi çok büyük kuvvetlere ihtiyaç duyulduğunda, genellikle daha hızlı yön değişikliklerine sahiptir. Tipik olarak sıkıştırılmış ve oksitlenmiş hava ( pnömatik aktüatör ) veya bir yağ ( hidrolik aktüatör ) ile çalıştırılırlar. Lineer aktüatörler, genellikle bir motor ve bir kılavuz vidadan oluşan elektrikle de çalıştırılabilir. Diğer bir yaygın tip, bir arabadaki kremayer ve pinyon gibi elle döndürülen mekanik bir lineer aktüatördür.

Seri elastik aktüatörler

Seri elastik çalıştırma (SEA), sağlam kuvvet kontrolü için motor aktüatörü ile yük arasında kasıtlı elastikiyet sağlama fikrine dayanır. Ortaya çıkan daha düşük yansıyan atalet nedeniyle, seri elastik çalıştırma, bir robot çevreyle (örneğin, insanlar veya iş parçası) etkileşime girdiğinde veya çarpışmalar sırasında güvenliği artırır. Ayrıca, şanzıman ve diğer mekanik bileşenlerdeki aşırı aşınmayı azaltırken enerji verimliliği ve şok emilimi (mekanik filtreleme) sağlar. Bu yaklaşım, çeşitli robotlarda, özellikle gelişmiş üretim robotlarında ve yürüyen insansı robotlarda başarıyla kullanılmıştır .

Bir dizi elastik aktüatörün kontrolör tasarımı, yapılandırılmamış ortamlarla etkileşimin güvenliğini sağladığı için çoğunlukla pasiflik çerçevesi içinde gerçekleştirilir . Olağanüstü kararlılık sağlamlığına rağmen, bu çerçeve, performanstan ödün verebilecek denetleyiciye uygulanan katı sınırlamalardan muzdariptir. Okuyucu, SEA için ortak kontrolör mimarilerini ve bunlara karşılık gelen yeterli pasiflik koşullarını özetleyen aşağıdaki ankete yönlendirilir . Yakın tarihli bir çalışma, en yaygın empedans kontrol mimarilerinden biri olan hız kaynaklı SEA için gerekli ve yeterli pasiflik koşullarını türetmiştir . Bu çalışma, bir SEA şemasında ilk kez daha geniş bir kontrol kazanımı seçimine izin veren muhafazakar olmayan pasiflik sınırlarını yönlendirdiği için özellikle önemlidir.

Hava kasları

Hava kasları olarak da bilinen pnömatik yapay kaslar, içlerine hava zorlandığında genişleyen (tipik olarak %40'a kadar) özel tüplerdir. Bazı robot uygulamalarında kullanılırlar.

Kas teli

Şekil hafızalı alaşım, Nitinol® veya Flexinol® tel olarak da bilinen kas teli, elektrik uygulandığında büzülen (%5'in altında) bir malzemedir. Bazı küçük robot uygulamaları için kullanılmıştır.

elektroaktif polimerler

EAP'ler veya EPAM'ler, elektrikten önemli ölçüde (%380'e kadar aktivasyon gerilimi) büzülebilen ve insansı robotların yüz kaslarında ve kollarında kullanılmış ve yeni robotların yüzmesini, uçmasını, yüzmesini veya yürümesini sağlayan plastik bir malzemedir.

Piezo motorlar

DC motorlara son alternatifler piezo motorlar veya ultrasonik motorlardır . Bunlar, saniyede binlerce kez titreşen küçük piezoseramik elemanların doğrusal veya döner harekete neden olduğu temelde farklı bir prensip üzerinde çalışır . Farklı çalışma mekanizmaları vardır; bir tür, motoru bir daire veya düz bir çizgide ilerletmek için piezo elemanlarının titreşimini kullanır. Başka bir tip, bir somunu titretmek veya bir vidayı sürmek için piezo elemanlarını kullanır. Bu motorların avantajları, boyutlarına göre nanometre çözünürlük, hız ve mevcut güçtür. Bu motorlar zaten ticari olarak mevcuttur ve bazı robotlarda kullanılmaktadır.

Elastik nanotüpler

Elastik nanotüpler, erken aşama deneysel geliştirmede umut verici bir yapay kas teknolojisidir. Kusurların olmaması karbon nanotüplerin enerji depolama katı olan, elastik olarak yüzde birkaç deforme bu filamentler sağlayan özellikle 10  J / cm 3 Metal nanotupler için. İnsan pazı, bu malzemeden 8 mm çapında bir tel ile değiştirilebilir. Bu tür kompakt "kas", gelecekteki robotların insanları geride bırakmasına ve geçmesine izin verebilir.

algılama

Sensörler, robotların ortamın belirli bir ölçümü veya dahili bileşenler hakkında bilgi almasına olanak tanır. Bu, robotların görevlerini yerine getirmeleri ve uygun yanıtı hesaplamak için ortamdaki herhangi bir değişikliğe göre hareket etmeleri için gereklidir. Robotlara güvenlik veya arızalar hakkında uyarılar vermek ve gerçekleştirdiği görevle ilgili gerçek zamanlı bilgi sağlamak için çeşitli ölçüm biçimleri için kullanılırlar.

Dokunma

Mevcut robotik ve protez eller , insan elinden çok daha az dokunsal bilgi alıyor. Son araştırmalar, insan parmak uçlarının mekanik özelliklerini ve dokunma reseptörlerini taklit eden bir dokunsal sensör dizisi geliştirdi. Sensör dizisi, elastomerik bir yüzeyin içerdiği iletken sıvı ile çevrelenen sert bir çekirdek olarak yapılandırılmıştır. Elektrotlar sert çekirdeğin yüzeyine monte edilir ve çekirdek içindeki bir empedans ölçüm cihazına bağlanır. Yapay deri bir nesneye dokunduğunda elektrotların etrafındaki sıvı yolu deforme olur ve nesneden alınan kuvvetleri haritalayan empedans değişiklikleri üretir. Araştırmacılar, bu tür yapay parmak uçlarının önemli bir işlevinin, tutulan nesneler üzerindeki robotik tutuşu ayarlamasını bekliyor.

Çeşitli Avrupa ülkelerinden ve İsrail'den bilim adamları, 2009'da SmartHand adı verilen ve gerçek bir el gibi işlev gören ve hastaların onunla yazmalarına, klavyede yazmalarına , piyano çalmalarına ve diğer ince hareketleri gerçekleştirmelerine olanak tanıyan bir protez el geliştirdiler . Protez, hastanın parmak uçlarında gerçek hissi algılamasını sağlayan sensörlere sahiptir.

Görüş

Bilgisayarla görme , gören makinelerin bilim ve teknolojisidir. Bilimsel bir disiplin olarak bilgisayar vizyonu, görüntülerden bilgi çıkaran yapay sistemlerin arkasındaki teori ile ilgilidir. Görüntü verileri, video dizileri ve kameralardan alınan görüntüler gibi birçok biçimde olabilir.

Pratik bilgisayarlı görü uygulamalarında, bilgisayarlar belirli bir görevi çözmek için önceden programlanmıştır, ancak öğrenmeye dayalı yöntemler artık giderek daha yaygın hale gelmektedir.

Bilgisayarlı görme sistemleri, tipik olarak ya görünür ışık ya da kızıl ötesi ışık biçiminde olan elektromanyetik radyasyonu algılayan görüntü sensörlerine dayanır . Sensörler, katı hal fiziği kullanılarak tasarlanmıştır . Işığın yüzeylerden yayıldığı ve yansıdığı süreç optik kullanılarak açıklanmıştır . Gelişmiş görüntü sensörleri , görüntü oluşturma sürecinin tam olarak anlaşılmasını sağlamak için kuantum mekaniği bile gerektirir . Robotlar ayrıca ortamdaki derinlik hissini daha iyi hesaplayabilmek için çoklu görüntü sensörleriyle donatılabilir. İnsan gözleri gibi, robotların "gözleri" de belirli bir ilgi alanına odaklanabilmeli ve ayrıca ışık yoğunluklarındaki değişikliklere uyum sağlayabilmelidir.

Yapay sistemlerin biyolojik sistemin işlenmesini ve davranışını farklı karmaşıklık seviyelerinde taklit etmek için tasarlandığı bilgisayar vizyonu içinde bir alt alan vardır . Ayrıca, bilgisayarla görme içinde geliştirilen öğrenmeye dayalı yöntemlerin bazılarının biyolojide arka planı vardır.

Başka

Robotikte diğer yaygın algılama biçimleri lidar, radar ve sonar kullanır. Lidar , hedefi lazer ışığıyla aydınlatarak ve yansıyan ışığı bir sensörle ölçerek hedefe olan mesafeyi ölçer. Radar , nesnelerin menzilini, açısını veya hızını belirlemek için radyo dalgalarını kullanır. Sonar , su yüzeyindeki veya altındaki nesneleri gezinmek, iletişim kurmak veya algılamak için ses yayılımını kullanır.

manipülasyon

İlk endüstriyel robotlardan biri olan Puma
Baxter, Rodney Brooks tarafından geliştirilen modern ve çok yönlü endüstriyel robot

Matt Mason tarafından robotik manipülasyonun bir tanımı yapılmıştır: "manipülasyon, bir ajanın seçici temas yoluyla çevresini kontrol etmesi anlamına gelir".

Robotların nesneleri manipüle etmesi gerekir; almak, değiştirmek, yok etmek veya başka bir şekilde bir etkiye sahip olmak. Bu nedenle, etki yaratması amaçlanan bir robot kolunun işlevsel ucu (bir el veya alet olsun) genellikle uç efektörler olarak adlandırılırken , "kol" bir manipülatör olarak adlandırılır . Çoğu robot kolu, her biri küçük bir dizi görevi yerine getirmelerine izin veren değiştirilebilir uç efektörlere sahiptir. Bazılarının değiştirilemeyen sabit bir manipülatörü varken, birkaçının çok genel amaçlı bir manipülatörü var, örneğin insansı bir el.

Mekanik tutucular

Son efektörlerin en yaygın türlerinden biri "tutuculardır". En basit tezahüründe, bir dizi küçük nesneyi almak ve bırakmak için açılıp kapanabilen sadece iki parmaktan oluşur. Örneğin parmaklar, içinden metal bir tel geçen bir zincirden yapılabilir. İnsan eline benzeyen ve daha çok insan eline benzeyen eller arasında Gölge El ve Robonaut eli bulunur. Orta seviye karmaşıklığa sahip eller Delft eli içerir. Mekanik kavrayıcılar, sürtünme ve çevreleyen çeneler dahil olmak üzere çeşitli tiplerde olabilir. Sürtünme çeneleri, sürtünmeyi kullanarak nesneyi yerinde tutmak için tutucunun tüm gücünü kullanır. Çevreleyen çeneler, daha az sürtünme kullanarak nesneyi yerinde tutar.

Emme uç efektörleri

Vakum jeneratörleri tarafından çalıştırılan emiş uç efektörleri, kavrama yüzeyinin emiş sağlamak için yeterince pürüzsüz olması koşuluyla çok büyük yükleri tutabilen çok basit kısıtlayıcı cihazlardır .

Elektronik bileşenler ve araba ön camları gibi büyük nesneler için alma ve yerleştirme robotları, genellikle çok basit vakumlu uç efektörler kullanır.

Emme, endüstride oldukça kullanılan bir uç efektör türüdür, çünkü kısmen yumuşak emiş uç efektörlerinin doğal uyumluluğu , bir robotun kusurlu robot algısı varlığında daha sağlam olmasını sağlayabilir. Örnek olarak: Bir robot görüş sisteminin bir su şişesinin konumunu tahmin ettiğini, ancak 1 santimetre hataya sahip olduğunu düşünün. Bu, sert bir mekanik kavrayıcının su şişesini delmesine neden olabilirken, yumuşak emiş uç efektörü hafifçe bükülebilir ve su şişesi yüzeyinin şekline uyabilir.

Genel amaçlı efektörler

Shadow Hand, MANUS ve Schunk eli gibi bazı gelişmiş robotlar tamamen insansı eller kullanmaya başlıyor . Bunlar, 20 dereceye kadar serbestlik ve yüzlerce dokunsal sensör ile son derece hünerli manipülatörlerdir .

hareket

yuvarlanan robotlar

Nagoya'daki Robot müzesinde Segway

Basit olması için, çoğu mobil robotun dört tekerleği veya bir dizi sürekli izi vardır . Bazı araştırmacılar, yalnızca bir veya iki tekerleği olan daha karmaşık tekerlekli robotlar yaratmaya çalıştılar. Bunlar, daha yüksek verimlilik ve daha az parça gibi belirli avantajlara sahip olabilir ve bir robotun, dört tekerlekli bir robotun yapamayacağı sınırlı yerlerde gezinmesine izin verebilir.

İki tekerlekli dengeleme robotları

Dengeleme robotları , bir robotun ne kadar düştüğünü tespit etmek için genellikle bir jiroskop kullanır ve daha sonra, ters bir sarkacın dinamiklerine dayanarak düşüşü saniyede yüzlerce kez dengelemek için tekerlekleri orantılı olarak aynı yönde hareket ettirir . Birçok farklı dengeleme robotu tasarlanmıştır. İken Segway yaygın bir robot olarak düşünülebilir olmadığı gibi Segway RMP (Robotik Mobility Platformu) onlara bakın olarak kullanıldığında, bu bir robot bir bileşeni olarak düşünülebilir. Bu kullanımın bir örneği, olmuştur NASA sitesindeki Robonaut olmuştur Segway monte edilir.

Tek tekerlekli denge robotları

Tek tekerlekli bir dengeleme robotu, iki tekerlekli bir dengeleme robotunun bir uzantısıdır, böylece tek tekerleği olarak yuvarlak bir top kullanarak herhangi bir 2B yönde hareket edebilir. Çeşitli tek tekerlekli denge robotlar gibi, son zamanlarda dizayn edilmiştir Carnegie Mellon University 'in ' Ballbot bir kişinin yaklaşık yüksekliği ve genişliği olan' ve Tohoku Gakuin Üniversitesi ' nin 'BallIP'. Uzun, ince şekli ve dar alanlarda manevra kabiliyeti nedeniyle insanların olduğu ortamlarda diğer robotlardan daha iyi işlev görme potansiyeline sahiptirler.

Küresel küre robotları

Tamamen küresel bir topun içinde olan robotlarda, ya topun içinde bir ağırlık döndürerek ya da kürenin dış kabuklarını döndürerek çeşitli girişimlerde bulunulmuştur. Bunlar aynı zamanda bir küre botu veya bir top botu olarak da anılmıştır .

Altı tekerlekli robotlar

Dört tekerlek yerine altı tekerlek kullanmak, kayalık toprak veya çimen gibi açık hava koşullarında daha iyi çekiş veya kavrama sağlayabilir.

izlenen robotlar

Tank paletleri, altı tekerlekli bir robottan bile daha fazla çekiş sağlar. Paletli tekerlekler sanki yüzlerce tekerlekten yapılmış gibi davranır, bu nedenle robotun çok engebeli arazide sürmesi gereken dış mekan ve askeri robotlar için çok yaygındır. Ancak halı ve düz zemin gibi iç mekanlarda kullanımları zordur. Örnekler arasında NASA'nın Kentsel Robotu "Urbie" sayılabilir.

Robotlara uygulanan yürüyüş

Yürümek, çözülmesi zor ve dinamik bir problemdir. İki ayak üzerinde güvenle yürüyebilen birçok robot yapılmıştır, ancak henüz bir insan kadar sağlam olan hiçbiri yapılmamıştır. 2008 yılında Texas A&M Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü tarafından kurulan AMBER laboratuvarı gibi, insandan ilham alan yürüyüş üzerine pek çok çalışma yapılmıştır. Bu robotların inşa edilmesi önemli ölçüde daha kolay olduğu için, ikiden fazla ayak üzerinde yürüyen birçok başka robot inşa edilmiştir. Yürüyen robotlar, diğer hareket yöntemlerine göre daha iyi hareketlilik ve enerji verimliliği sağlayacak olan engebeli araziler için kullanılabilir. Tipik olarak, iki ayaklı robotlar düz zeminlerde iyi yürüyebilir ve ara sıra merdiven çıkabilir . Hiçbiri kayalık, engebeli arazide yürüyemez. Denenmiş yöntemlerden bazıları şunlardır:

ZMP tekniği

Sıfır moment noktası (SMN) gibi robotlar tarafından kullanılan algoritma Honda sitesindeki ASIMO . Robotun mekik bilgisayarı çalışır toplam tutmak için atalet kuvvetlerini (kombinasyonu Toprak 'ın yerçekimi ve ivme tam kat karşı çıktığı yürüyüş ve yavaşlama), reaksiyon kuvveti (robotun yürüyerek geri itme katın kuvveti). Bu şekilde, iki kuvvet birbirini götürür ve hiçbir an bırakmaz (robotun dönmesine ve düşmesine neden olan kuvvet). Bununla birlikte, bir insan tam olarak böyle yürümez ve aradaki fark, bazıları ASIMO'nun tuvalete ihtiyacı varmış gibi yürüdüğüne dikkat çeken insan gözlemciler için açıktır . ASIMO'nun yürüme algoritması statik değildir ve bazı dinamik dengelemeler kullanılır (aşağıya bakın). Bununla birlikte, üzerinde yürümek için hala pürüzsüz bir yüzey gerektirir.

atlamalı

Tarafından 1980'lerde inşa Çeşitli robotlar, Marc Raibert de MİT Bacak Laboratuvarı başarıyla çok dinamik yürüyen gösterdi. Başlangıçta, tek bacağı ve çok küçük bir ayağı olan bir robot, sadece zıplayarak dik durabiliyordu . Hareket, bir pogo çubuğu üzerindeki bir kişininkiyle aynıdır . Robot bir tarafa düştüğünde, kendini yakalamak için o yöne doğru hafifçe sıçrayacaktır. Kısa süre sonra algoritma iki ve dört ayak için genelleştirildi. İki ayaklı bir robotun koştuğu ve hatta takla attığı gösterildi . Ayrıca tırıs , koş, hız ve sınır yapabilen bir dört ayaklı da gösterildi . Bu robotların tam listesi için MIT Bacak Laboratuvarı Robotları sayfasına bakın.

Dinamik dengeleme (kontrollü düşme)

Bir robotun yürümesi için daha gelişmiş bir yol, robotun hareketini sürekli olarak izlediği ve dengeyi korumak için ayakları yerleştirdiği için Sıfır Moment Noktası tekniğinden potansiyel olarak daha sağlam olan dinamik bir dengeleme algoritması kullanmaktır. Bu teknik yakın zamanda Anybots'un Dexter Robotu tarafından gösterildi , o kadar kararlı ki zıplayabilir bile. Başka bir örnek TU Delft Flame'dir .

Pasif dinamikler

Belki de en umut verici yaklaşım kullanır pasif dinamikleri ivme sallanan uzuvların daha kullanılır verimlilik . Tamamen güçsüz insansı mekanizmaların, kendilerini itmek için yalnızca yerçekimini kullanarak hafif bir eğimden aşağı inebildiği gösterilmiştir . Bu tekniği kullanarak, bir robotun düz bir yüzey boyunca yürümek için yalnızca küçük bir miktar motor gücü sağlaması veya bir tepeyi tırmanmak için biraz daha fazla motor gücü sağlaması gerekir . Bu teknik, yürüyen robotları ASIMO gibi ZMP yürüteçlerinden en az on kat daha verimli hale getirmeyi vaat ediyor.

Diğer hareket yöntemleri

Uçan

Modern bir yolcu uçağı , esasen onu yöneten iki insanla uçan bir robottur. Otomatik pilot kalkış normal uçuş, hatta iniş dahil yolculuğun her aşamasında, için uçağı kontrol edebilirsiniz. Diğer uçan robotlar ıssızdır ve insansız hava araçları (UAV'ler) olarak bilinir . Gemide insan pilot olmadan daha küçük ve daha hafif olabilirler ve askeri gözetim görevleri için tehlikeli bölgelere uçabilirler. Hatta bazıları komuta altındaki hedeflere ateş edebilir. İnsan komutuna ihtiyaç duymadan otomatik olarak hedeflere ateş edebilen İHA'lar da geliştirilmektedir. Diğer uçan robotlar arasında seyir füzeleri , Entomopter ve Epson mikro helikopter robotu bulunur . Air Penguin, Air Ray ve Air Jelly gibi robotlar, küreklerle hareket ettirilen ve sonar tarafından yönlendirilen havadan hafif gövdelere sahiptir.

yılan
İki robot yılan. Solda 64 motor (segment başına 2 serbestlik dereceli), sağda 10 motor var.

Birkaç yılan robotu başarıyla geliştirildi. Gerçek yılanların hareketini taklit eden bu robotlar, çok dar alanlarda gezinebilir, yani bir gün çöken binalarda mahsur kalan insanları aramak için kullanılabilirler. Japon ACM-R5 yılan robotu hem karada hem de suda gezinebilir.

Paten kaymak

Biri çok modlu yürüme ve paten cihazı olan az sayıda buz pateni robotu geliştirilmiştir. Basabilen veya yuvarlanabilen, motorsuz tekerlekleri olan dört ayağı vardır. Başka bir robot olan Plen, minyatür bir kaykay veya tekerlekli paten kullanabilir ve bir masaüstünde kayabilir.

Capuchin, bir tırmanma robotu
Tırmanmak

Dikey yüzeylere tırmanma yeteneğine sahip robotlar geliştirmek için birkaç farklı yaklaşım kullanılmıştır. Bir yaklaşım , çıkıntılı bir duvardaki bir insan tırmanıcının hareketlerini taklit eder ; kütle merkezini ayarlamak ve her bir uzvunu sırayla hareket ettirerek kaldıraç elde etmek. Bunun bir örneği, California, Stanford Üniversitesi'nde Dr. Ruixiang Zhang tarafından inşa edilen Capuchin'dir. Başka bir yaklaşım, dikey cam gibi pürüzsüz yüzeylerde çalışabilen, duvara tırmanan kertenkelelerin özel ayak parmağı yöntemini kullanır . Bu yaklaşımın örnekleri arasında Wallbot ve Stickybot bulunur.

China's Technology Daily , 15 Kasım 2008'de Dr. Li Hiu Yeung ve New Concept Aircraft ( Zhuhai ) Co., Ltd.'nin araştırma grubunun " Speedy Freelander " adlı biyonik bir gecko robotu geliştirdiğini bildirdi . Dr. Yeung'a göre, geko robotu çeşitli bina duvarlarına hızla tırmanabilir ve inebilir, zemin ve duvar çatlaklarında gezinebilir ve tavanda baş aşağı yürüyebilir. Ayrıca düz cam, pürüzlü, yapışkan veya tozlu duvarların yanı sıra çeşitli metalik malzemelerin yüzeylerine de uyum sağlayabilmiştir. Ayrıca engelleri otomatik olarak tanımlayabilir ve aşabilir. Esnekliği ve hızı, doğal bir gekoya benzerdi. Üçüncü bir yaklaşım, bir direğe tırmanan bir yılanın hareketini taklit etmektir.

Yüzme (Piscine)

Bazı balıkların yüzerken %90'dan fazla bir itici verim elde edebildiği hesaplanmıştır . Ayrıca, herhangi bir insan yapımı tekne veya denizaltıdan çok daha iyi hızlanabilir ve manevra yapabilirler ve daha az gürültü ve su rahatsızlığı üretirler. Bu nedenle, su altı robotları üzerinde çalışan birçok araştırmacı, bu tür bir hareketi kopyalamak istiyor. Kayda değer örnekler Essex Üniversitesi Bilgisayar Bilimi Robotik Balık G9 ve Alan Robotiği Enstitüsü tarafından tek biçimli hareketi analiz etmek ve matematiksel olarak modellemek için inşa edilen Robot Tuna'dır . Almanya'nın Festo'su tarafından tasarlanan ve üretilen Aqua Penguin, penguenlerin ön "parmaklıkları" ile aerodinamik şekli ve tahriki kopyalar . Festo ayrıca sırasıyla manta vatozunun ve denizanasının hareketini taklit eden Aqua Ray ve Aqua Jelly'yi de üretti.

Robotik Balık: iSplash -II

2014 yılında iSplash -II, Essex Üniversitesi'nde doktora öğrencisi Richard James Clapham ve Prof. Huosheng Hu tarafından geliştirildi. Ortalama maksimum hız (vücut uzunluğu/saniye olarak ölçülür) ve dayanıklılık, en yüksek hızın muhafaza edildiği süre bakımından gerçek carangiform balıktan daha iyi performans gösteren ilk robotik balıktı . Bu yapı 11.6BL/s (yani 3.7 m/s) yüzme hızlarına ulaştı. İlk yapı olan iSplash -I (2014), geleneksel posterior sınırlı dalga biçimi yaklaşımına göre yüzme hızını %27 oranında arttırdığı tespit edilen tam vücut uzunluğunda bir karangiform yüzme hareketi uygulayan ilk robotik platformdu .

yelken
Otonom yelkenli robot Vaimos

Yelkenli robotlar da okyanus yüzeyinde ölçüm yapabilmek için geliştirilmiştir. Tipik bir yelkenli robotu, IFREMER ve ENSTA-Bretagne tarafından inşa edilen Vaimos'tur. Yelkenli robotların tahriki rüzgarı kullandığından, pillerin enerjisi sadece bilgisayar, iletişim ve aktüatörler (dümen ve yelkeni ayarlamak için) için kullanılır. Robot güneş panelleri ile donatılmışsa, robot teorik olarak sonsuza kadar gezinebilir. Yelkenli robotların iki ana yarışmalardır WRSC Avrupa'da her yıl gerçekleşir, ve Sailbot .

Çevresel etkileşim ve navigasyon

Radar, GPS ve lidar , uygun navigasyon ve engellerden kaçınma sağlamak için birleştirilmiştir (2007 DARPA Urban Challenge için geliştirilen araç )

Bugün görevde olan robotların önemli bir yüzdesi ya insan tarafından kontrol ediliyor ya da statik bir ortamda çalışıyor olsa da, dinamik bir ortamda otonom olarak çalışabilen robotlara artan bir ilgi var. Bu robotlar , çevrelerinde gezinmek için bir miktar navigasyon donanımı ve yazılımı kombinasyonu gerektirir . Özellikle öngörülemeyen olaylar (örn. sabit olmayan insanlar ve diğer engeller) sorunlara veya çarpışmalara neden olabilir. ASIMO ve Meinü robotu gibi son derece gelişmiş bazı robotlar , özellikle iyi robot navigasyon donanımı ve yazılımına sahiptir. Ayrıca, kendinden kontrollü arabalar , Ernst Dickmanns ' sürücüsüz otomobil ve girişler DARPA görkemli heves , iyi bir ortam algılama ve sonradan özerk robot sürüsü tarafından da dahil olmak üzere, bu bilgilere dayanarak seyir kararlar yeteneğine sahiptir. Bu robotların çoğu, ara noktalar arasında daha iyi navigasyon için bazen lidar , video kameralar ve atalet kılavuz sistemleri gibi diğer duyusal verilerle birleştirilen radar ile birlikte ara noktalara sahip bir GPS navigasyon cihazı kullanır .

İnsan-robot etkileşimi

Kısmet , çeşitli yüz ifadeleri üretebilir.

Evlerimizde çalışan robotların yerleri elektrikli süpürgeyle temizlemenin ötesine geçmesini istiyorsak, robotlar için duyusal zekadaki en son teknolojinin birkaç büyüklük mertebesinde ilerlemesi gerekecektir. Robotlar evlerde ve diğer endüstriyel olmayan ortamlarda etkin bir şekilde çalışacaklarsa, işlerini nasıl yapmaları gerektiği ve özellikle nasıl durmalarının söyleneceği kritik öneme sahip olacaktır. Onlarla etkileşime giren kişilerin robotik konusunda çok az eğitimi olabilir veya hiç eğitimi olmayabilir ve bu nedenle herhangi bir arayüzün son derece sezgisel olması gerekir. Bilim kurgu yazarları ayrıca tipik olarak robotların eninde sonunda insanlarla bir komut satırı arayüzü yerine konuşma , jestler ve yüz ifadeleri aracılığıyla iletişim kurabileceklerini varsayıyorlar . Konuşma, insanın iletişim kurmasının en doğal yolu olsa da, robot için doğal değildir. Robotların kurgusal C-3PO veya Data of Star Trek, Next Generation kadar doğal bir şekilde etkileşime girmesi muhtemelen uzun zaman alacak . Robotiğin şu anki durumu, bu robotların bilimkurgu standartlarını karşılayamasa da, robotik medya karakterleri (örneğin, Wall-E, R2-D2), insanların gelecekte gerçek robotları kabul etme isteklerini artıran izleyici sempatisini uyandırabilir. İnsanlar uygun koşullar altında bir sosyal robotla tanışabilirse, sosyal robotların kabulü de muhtemelen artacaktır. Araştırmalar, bir robota bakarak, dokunarak ve hatta robotla etkileşime girdiğini hayal ederek etkileşime girmenin, bazı insanların robotlarla etkileşime girmeden önce robotlar hakkındaki olumsuz duygularını azaltabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, önceden var olan olumsuz duygular özellikle güçlüyse, bir robotla etkileşim, robotlara yönelik bu olumsuz duyguları artırabilir.

Konuşma tanıma

Bir insandan gelen sürekli ses akışını gerçek zamanlı olarak yorumlamak , çoğunlukla konuşmanın büyük değişkenliği nedeniyle bir bilgisayar için zor bir iştir . Aynı kişi tarafından söylenen aynı kelime, yerel akustik , ses seviyesi , bir önceki kelime, konuşmacının soğuk algınlığı olup olmaması vb. bağlı olarak farklı gelebilir . Konuşmacının farklı bir aksanı olduğunda daha da zorlaşır . Bununla birlikte, 1952'de Davis, Biddulph ve Balashek'in "tek bir kullanıcı tarafından %100 doğrulukla konuşulan on haneyi" tanıyan ilk "sesli giriş sistemi"ni tasarlamalarından bu yana bu alanda büyük adımlar atılmıştır. Şu anda, en iyi sistemler tanıyabilir. %95 doğrulukla dakikada 160 kelimeye kadar sürekli, doğal konuşma. Yapay zekanın yardımıyla günümüzde makineler insanların sesini memnun veya kızgın gibi duygularını tanımlamak için kullanabiliyor.

robotik ses

Robotun insanlarla etkileşim kurmak için sesi kullanmasına izin verirken başka engeller de var. Sosyal nedenlerden dolayı, sentetik ses , bir iletişim aracı olarak yetersiz kalıyor ve robotik sesin duygusal bileşenini çeşitli tekniklerle geliştirmeyi gerekli kılıyor. Difonik dallanmanın bir avantajı, robotun yansıtmak üzere programlandığı duygudur, ses bandında veya ses ortamında önceden programlanmış olan fonemde taşınabilir. En eski örneklerden biri, 1974 yılında Michael J. Freeman tarafından geliştirilen Leachim adlı bir öğretim robotudur . Leachim, dijital belleği önceden kaydedilmiş bilgisayar disklerinde ilkel sözlü konuşmaya dönüştürmeyi başardı. The Bronx, New York'taki öğrencilere öğretmek için programlandı .

Mimik

Gelecekte, bir robot şefe nasıl pasta yapılacağını açıklamayı veya bir robot polis memurundan yol tarifi almayı hayal edebilirsiniz. Bu iki durumda da el hareketleri yapmak sözlü betimlemelere yardımcı olacaktır. İlk durumda, robot insan tarafından yapılan hareketleri tanıyor ve belki de onay için onları tekrarlıyor olacaktır. İkinci durumda, robot polis memuru "yoldan aşağı, sonra sağa dön" işareti yapacaktı. Hareketlerin, insanlarla robotlar arasındaki etkileşimin bir parçasını oluşturması muhtemeldir. İnsan el hareketlerini tanımak için pek çok sistem geliştirilmiştir.

Yüz ifadesi

Yüz ifadeleri, iki insan arasındaki diyalogun ilerleyişi hakkında hızlı geri bildirim sağlayabilir ve yakında aynı şeyi insanlar ve robotlar için de yapabilir. Robotik yüzler , kauçuk yüz kaplamasının ve gömülü yüzey altı motorlarının ( servolar ) esnekliği nedeniyle çok sayıda yüz ifadesine izin veren Frubber adlı elastik polimerlerini kullanarak Hanson Robotics tarafından yapılmıştır . Kaplama ve servolar metal bir kafatası üzerine inşa edilmiştir . Bir robot, yüz ifadelerine ve vücut dillerine bakılırsa bir insana nasıl yaklaşacağını bilmelidir . Kişinin mutlu, korkmuş veya çılgın görünümlü olması, robottan beklenen etkileşim türünü etkiler. Aynı şekilde, Kısmet gibi robotlar ve daha yeni eklenen Nexi, bir dizi yüz ifadesi üreterek, insanlarla anlamlı sosyal alışverişler yapmasına olanak tanıyor.

yapay duygular

Bir dizi yüz ifadesi veya jestten oluşan yapay duygular da oluşturulabilir. Final Fantasy: The Spirits Within filminden de görülebileceği gibi, bu yapay duyguların programlanması karmaşıktır ve büyük miktarda insan gözlemi gerektirir. Filmdeki bu programlamayı basitleştirmek için özel bir yazılım programı ile birlikte ön ayarlar oluşturulmuştur. Bu, filmi yapmak için gereken süreyi azalttı. Bu ön ayarlar muhtemelen gerçek hayattaki robotlarda kullanılmak üzere aktarılabilir. Yapay duygulara sahip bir robot örneği, yapay zeka tabanlı eşler arası etkileşimi kullanan bir Ermeni bilişim şirketi Expper Technologies tarafından geliştirilen Robot Robin'dir. Ana görevi duygusal esenliğe ulaşmak, yani stres ve kaygının üstesinden gelmektir. Robin, yüz ifadelerini analiz etmek ve bağlam göz önüne alındığında duygularını göstermek için yüzünü kullanmak için eğitildi. Robot, ABD kliniklerinde çocuklar tarafından test edildi ve gözlemler, Robin'in toplantı ve konuşma sonrasında çocukların iştahını ve neşesini artırdığını gösteriyor.

Kişilik

Bilim kurgu robotlarının çoğu, geleceğin ticari robotlarında istenebilecek veya istenmeyecek bir kişiliğe sahiptir. Yine de araştırmacılar, bir kişiliğe sahip gibi görünen robotlar yaratmaya çalışıyorlar: yani neşe, üzüntü veya korku olabilecek içsel bir durumu iletmeye çalışmak için sesler, yüz ifadeleri ve beden dili kullanıyorlar. Bir ticari örnektir Pleo birkaç belirgin duyguları sergileyebilir, bir oyuncak robot dinozor.

Sosyal zeka

Georgia Institute of Technology'nin Sosyal Olarak Akıllı Makineler Laboratuvarı, robotlarla rehberli öğretim etkileşiminin yeni kavramlarını araştırıyor. Projelerin amacı, üst düzey kavramlar hakkında önceden bilgi sahibi olmadan insan gösterilerinden görev ve hedefleri öğrenen sosyal bir robottur . Bu yeni kavramlar, denetimsiz öğrenme yoluyla düşük seviyeli sürekli sensör verilerinden temellendirilir ve daha sonra bir Bayes yaklaşımı kullanılarak görev hedefleri öğrenilir. Bu kavramlar, bilgiyi gelecekteki görevlere aktarmak için kullanılabilir ve bu, bu görevlerin daha hızlı öğrenilmesini sağlar. Sonuçlar, bir tencereden bir tabağa biraz makarna alıp üzerine sosu servis edebilen robot Curi tarafından gösterilmektedir .

Kontrol

Kukla Magnus , karmaşık kontrol sistemlerine sahip, robot tarafından yönlendirilen bir kukla.
RuBot II , Rubik küplerini manuel olarak çözebilir.

Mekanik bir robot yapısı görevleri gerçekleştirmek için kontrol edilmelidir. Bir robotun kontrolü, algı, işleme ve eylem ( robot paradigmaları ) olmak üzere üç farklı aşamadan oluşur . Sensörler , çevre veya robotun kendisi hakkında bilgi verir (örneğin, eklemlerinin konumu veya uç efektörü). Bu bilgiler daha sonra depolanmak veya iletilmek ve mekanik hareket ettiren aktüatörlere ( motorlara ) uygun sinyalleri hesaplamak için işlenir .

İşleme aşaması karmaşıklığa göre değişebilir. Reaktif düzeyde, ham sensör bilgilerini doğrudan aktüatör komutlarına çevirebilir. Sensör füzyonu , ilk olarak, gürültülü sensör verilerinden ilgilenilen parametreleri (örneğin robotun kavrayıcısının konumu) tahmin etmek için kullanılabilir. Bu tahminlerden acil bir görev (tutucuyu belirli bir yönde hareket ettirmek gibi) çıkarılır. Kontrol teorisindeki teknikler , görevi aktüatörleri çalıştıran komutlara dönüştürür.

Daha uzun zaman ölçeklerinde veya daha karmaşık görevlerde, robotun "bilişsel" bir model oluşturması ve akıl yürütmesi gerekebilir. Bilişsel modeller robotu, dünyayı ve nasıl etkileşime girdiklerini temsil etmeye çalışır. Nesneleri izlemek için örüntü tanıma ve bilgisayarla görme kullanılabilir. Haritalama teknikleri, dünya haritaları oluşturmak için kullanılabilir. Son olarak, nasıl hareket edileceğini bulmak için hareket planlama ve diğer yapay zeka teknikleri kullanılabilir. Örneğin, bir planlayıcı engellere çarpmadan, düşmeden vs. bir görevin nasıl başarılacağını anlayabilir.

Özerklik seviyeleri

İnsansı bir robot olan TOPIO , Tokyo IREX 2009'da masa tenisi oynadı .

Kontrol sistemleri ayrıca değişen seviyelerde özerkliğe sahip olabilir.

  1. Doğrudan etkileşim, dokunsal veya teleoperasyonlu cihazlar için kullanılır ve insan, robotun hareketi üzerinde neredeyse tam kontrole sahiptir.
  2. Operatör yardım modları, operatörün orta ila yüksek seviyeli görevleri komuta etmesine ve robotun bunları nasıl başaracağını otomatik olarak bulmasına sahiptir.
  3. Otonom bir robot, uzun süre insan etkileşimi olmadan gidebilir. Daha yüksek düzeyde özerklik, mutlaka daha karmaşık bilişsel yetenekler gerektirmez. Örneğin, montaj fabrikalarındaki robotlar tamamen özerktir ancak sabit bir düzende çalışır.

Başka bir sınıflandırma, insan kontrolü ile makine hareketleri arasındaki etkileşimi hesaba katar.

  1. Teleoperasyon . Her hareketi bir insan kontrol eder, her makine aktüatörü değişikliği operatör tarafından belirlenir.
  2. Denetleyici. Bir insan, genel hareketleri veya konum değişikliklerini belirler ve makine, aktüatörlerinin belirli hareketlerine karar verir.
  3. Görev düzeyinde özerklik. Operatör sadece görevi belirler ve robot bunu tamamlamak için kendini yönetir.
  4. Tam özerklik. Makine, insan etkileşimi olmadan tüm görevlerini oluşturacak ve tamamlayacaktır.

Araştırma

İki Jet Propulsion Laboratuvarı mühendisi üç araçla duruyor ve üç nesil Mars gezicilerinin boyut karşılaştırmasını sağlıyor. Ön ve orta, 1997 yılında Mars Pathfinder Projesi kapsamında Mars'a inen ilk Mars gezgini Sojourner için uçuş yedeğidir . Solda, 2004 yılında Mars'a inen Spirit ve Opportunity'nin çalışan bir kardeşi olan bir Mars Exploration Rover (MER) test aracı . Sağda, 2012'de Mars'a Curiosity'yi indiren Mars Bilim Laboratuvarı için bir test gezici .
Sojourner 65 cm (2,13 ft) uzunluğundadır. Mars Keşif Gezicileri (MER) 1,6 m (5,2 ft) uzunluğundadır. Sağdaki Merak 3 m (9,8 ft) uzunluğundadır.

Robotik alanındaki araştırmaların çoğu, belirli endüstriyel görevlere değil, yeni robot türlerine, robotları düşünmenin veya tasarlamanın alternatif yollarına ve onları üretmenin yeni yollarına yönelik araştırmalara odaklanır . MIT'nin siber flora projesi gibi diğer araştırmalar neredeyse tamamen akademik.

Robot tasarımındaki ilk özel yenilik, robot projelerinin açık kaynak kullanımıdır. Bir robotun ilerleme düzeyini tanımlamak için "Nesil Robotlar" terimi kullanılabilir. Bu terim, Carnegie Mellon Üniversitesi Robotik Enstitüsü'nde Baş Araştırma Bilimcisi olan Profesör Hans Moravec tarafından robot teknolojisinin yakın gelecekteki evrimini tanımlarken kullanılmıştır. Birinci nesil robotlar, Moravec 1997 yılında, belki de karşılaştırılabilir bir entelektüel kapasiteye sahip olmalıdır tahmin kertenkele ve Çünkü 2010 yılına kadar kullanılabilir hale gelmelidir ilk nesil robot aciz olacağını öğrenme Ancak Moravec tahmin ikinci nesil robot bir gelişme olacaktır üzerinde ilk bir o kadar zekasıyla ve 2020 yılında kullanılabilir hale belki karşılaştırılabilir fare . Üçüncü nesil robot karşılaştırılabilecek zeka olmalıdır maymun . Gerçi dördüncü nesil robotlar, sahip robotlar insan zekası, profesör Moravec tahmin mümkün olacaktı, o bundan önce etrafında 2040 veya 2050 oluyor tahmin etmez.

İkincisi, evrimsel robotlar . Bu, robotların, özellikle vücut formunun veya hareket ve davranış kontrolörlerinin tasarlanmasına yardımcı olmak için evrimsel hesaplamayı kullanan bir metodolojidir . Doğal evrime benzer bir şekilde , büyük bir robot popülasyonunun bir şekilde rekabet etmesine izin verilir veya bir görevi yerine getirme yetenekleri bir uygunluk fonksiyonu kullanılarak ölçülür . En kötü performansı gösterenler popülasyondan çıkarılır ve kazananların davranışlarına dayalı yeni davranışlara sahip yeni bir küme ile değiştirilir. Zamanla nüfus gelişir ve sonunda tatmin edici bir robot ortaya çıkabilir. Bu, araştırmacılar tarafından robotların herhangi bir doğrudan programlanması olmadan gerçekleşir. Araştırmacılar bu yöntemi hem daha iyi robotlar yaratmak hem de evrimin doğasını keşfetmek için kullanıyor. Süreç genellikle birçok nesil robotun simüle edilmesini gerektirdiğinden, bu teknik tamamen veya çoğunlukla simülasyonda , bir robot simülatör yazılım paketi kullanılarak çalıştırılabilir, daha sonra geliştirilen algoritmalar yeterince iyi olduğunda gerçek robotlar üzerinde test edilebilir. Şu anda, dünya çapında çalışan yaklaşık 10 milyon endüstriyel robot var ve Japonya, imalat endüstrisinde yüksek yoğunluğa sahip robot kullanımına sahip ülke.

Dinamik ve kinematik

Harici video
video simgesi BB-8 Sphero Oyuncak Nasıl Çalışır?

Hareket çalışması kinematik ve dinamik olarak ikiye ayrılabilir . Doğrudan kinematik veya ileri kinematik , karşılık gelen eklem değerleri bilindiğinde uç efektör konumu, oryantasyonu, hızı ve ivmenin hesaplanmasını ifade eder . Ters kinematik , yol planlamasında yapıldığı gibi, verilen uç efektör değerleri için gerekli ortak değerlerin hesaplandığı ters durumu ifade eder. Kinematiğin bazı özel yönleri, fazlalığın ele alınmasını (aynı hareketi gerçekleştirmenin farklı olasılıkları), çarpışmadan kaçınmayı ve tekillikten kaçınmayı içerir. Kinematik kullanılarak ilgili tüm konumlar, hızlar ve ivmeler hesaplandıktan sonra , kuvvetlerin bu hareketler üzerindeki etkisini incelemek için dinamik alanındaki yöntemler kullanılır . Doğrudan dinamik, uygulanan kuvvetler bilindiğinde robottaki ivmelerin hesaplanmasını ifade eder. Doğrudan dinamik, robotun bilgisayar simülasyonlarında kullanılır . Ters dinamik , önceden belirlenmiş bir uç efektör ivmesi oluşturmak için gerekli olan aktüatör kuvvetlerinin hesaplanmasını ifade eder. Bu bilgi, bir robotun kontrol algoritmalarını geliştirmek için kullanılabilir.

Yukarıda bahsedilen her alanda, araştırmacılar yeni kavram ve stratejiler geliştirmeye, mevcut olanları iyileştirmeye ve bu alanlar arasındaki etkileşimi iyileştirmeye çalışırlar. Bunu yapmak için, "optimum" performans kriterleri ve robotların tasarımını, yapısını ve kontrolünü optimize etmenin yolları geliştirilmeli ve uygulanmalıdır.

Biyonik ve biyomimetik

Biyonik ve biyomimetik , hayvanların fizyolojisini ve hareket yöntemlerini robotların tasarımına uygular. Örneğin BionicKangaroo'nun tasarımı, kanguruların zıplama şekline dayanıyordu.

Kuantum hesaplama

Robotik algoritmaları üzerinde daha hızlı çalışacak edilip edilemeyeceğini bazı araştırmalar olmuştur kuantum bilgisayarlarda onlar üzerinde çalıştırılabilir daha dijital bilgisayarlar . Bu alan kuantum robotik olarak adlandırılmıştır.

Eğitim ve öğretim

SCORBOT-ER 4u eğitim robotu

Robotik mühendisleri robotları tasarlar, bakımını yapar, onlar için yeni uygulamalar geliştirir ve robotiğin potansiyelini genişletmek için araştırmalar yapar. Robotlar, özellikle ABD'nin bazı bölgelerinde olmak üzere bazı ortaokul ve liselerde ve ayrıca çok sayıda gençlik yaz kampında popüler bir eğitim aracı haline geldi ve öğrenciler arasında programlama, yapay zeka ve robotik konularına ilgi uyandırdı.

kariyer eğitimi

Üniversiteler gibi Worcester Polytechnic Institute (TEFE) teklif bekar , ustaların ve doktora dereceleri robotik alanında. Meslek okulları , robotik alanındaki kariyerlere yönelik robotik eğitimi sunmaktadır.

sertifika

Robotik Sertifikası Standartları Birliği (RCSA) uluslararası bir robotik sertifika yetkilisi olduğu bahşeder çeşitli endüstri ve eğitim ile ilgili robotik sertifikalar olduğunu.

Yaz robotik kampı

Birkaç ulusal yaz kampı programı, temel müfredatlarının bir parçası olarak robotik içerir. Ayrıca, gençlik yaz robotik programları ünlü müzeler ve kurumlar tarafından sıklıkla sunulmaktadır.

Robotik yarışmaları

Dünya çapında birçok yarışma var. Seaperch müfredat her yaştan öğrenciler olarak hedeflenmiştir. Bu, yarışma örneklerinin kısa bir listesidir; daha eksiksiz bir liste için Robot yarışmasına bakın .

Küçük Çocuklar için Yarışmalar

FIRST organizasyonu, küçük çocuklar için FIRST Lego League Jr. yarışmalarını sunar . Bu yarışmanın amacı, küçük çocuklara bilim ve teknoloji hakkında bilgi edinmeye başlama fırsatı sunmaktır. Bu yarışmadaki çocuklar Lego modelleri yapar ve Lego WeDo robotik kitini kullanma seçeneğine sahiptir.

9-14 Yaş Arası Çocuklar İçin Yarışmalar

En önemli yarışmalardan biri FLL veya FIRST Lego Ligi'dir . Bu özel yarışmanın fikri, çocukların dokuz yaşından itibaren Lego ile oynarken bilgi geliştirmeye ve robotik ile ilgilenmeye başlamasıdır . Bu yarışma Ulusal Enstrümanlar ile ilişkilidir . Çocuklar , bu yarışmada otonom robotik zorluklarını çözmek için Lego Mindstorms kullanıyor .

Gençler için Yarışmalar

İlk teknik meydan gelen bir geçiş olarak, ara madde öğrenciler için tasarlanmıştır İLK Lego Lig için İLK Robotik Rekabet .

İLK Robotik Yarışması belirli oyunu her yıl çalınan, mekanik tasarım odaklanır. Robotlar özellikle o yılın oyunu için üretildi. Maç oyununda, robot oyunun ilk 15 saniyesinde özerk olarak hareket eder (her ne kadar 2019'daki Deep Space gibi belirli yıllar bu kuralı değiştirse de) ve maçın geri kalanında manuel olarak çalıştırılır.

Daha Büyük Öğrenciler İçin Yarışmalar

Çeşitli RoboCup yarışmaları, gençlerden ve üniversite öğrencilerinden oluşan takımları içerir. Bu yarışmalar, farklı robot türleri, dans yarışmaları ve kentsel arama kurtarma yarışmaları ile futbol yarışmalarına odaklanır. Bu yarışmalardaki tüm robotlar otonom olmalıdır. Bu yarışmalardan bazıları simüle edilmiş robotlara odaklanıyor.

AUVSI, uçan robotlar , robot tekneler ve su altı robotları için yarışmalar düzenler .

Avrupa Öğrenci AUV Yarışması (SAUC-E) ağırlıklı olarak lisans ve lisansüstü öğrenci takımlarını cezbetmektedir. AUVSI yarışmalarında olduğu gibi, robotlar yarışmaya katılırken tamamen özerk olmalıdır.

Microtransat Challenge , Atlantik Okyanusu'nda bir tekneyle yelken açmak için yapılan bir yarışmadır.

Herkese Açık Yarışmalar

RoboGames , 50'den fazla robot yarışması kategorisinde yarışmak isteyen herkese açıktır.

Uluslararası Robot-futbol Birliği Federasyonu , FIRA Dünya Kupası yarışmalarını düzenler. Uçan robot yarışmaları, robot futbol yarışmaları ve dübellerden ve CD'lerden yapılan halter halterleri de dahil olmak üzere diğer zorluklar var.

Robotik okul sonrası programları

Ülke genelindeki birçok okul, okul sonrası müfredatlarına robotik programları eklemeye başlıyor. Okul sonrası robotik için bazı önemli programlar arasında FIRST Robotics Competition , Botball ve BEST Robotics yer alır. Robotik yarışmaları genellikle iş ve pazarlamanın yanı sıra mühendislik ve tasarımın yönlerini içerir.

Lego şirketi çocukların öğrenmeye ve genç yaşta robotik konusunda heyecan olsun için bir program başladı.

Dekolonyal Eğitim Robotiği

Decolonial Educational Robotics, Decolonial Technology ve Decolonial AI'nın dünyanın çeşitli yerlerinde uygulanan bir dalıdır . Bu metodoloji, Ezilenlerin Pedagojisi ve Montessori yöntemleri gibi pedagojik teoriler ve uygulamalarda özetlenmiştir . Ve teknolojik bilgiyi çoğullaştırmak ve karıştırmak için yerel kültürden robotik öğretmeyi amaçlamaktadır.

İş

Bir robot teknisyeni, küçük arazi robotları yapar. (Nezaket: MobileRobots, Inc.)

Robotik, birçok modern üretim ortamında önemli bir bileşendir. Fabrikalar robot kullanımını artırdıkça, robotik ile ilgili işlerin sayısı da artıyor ve istikrarlı bir şekilde arttığı gözlemleniyor. Robotların endüstrilerde istihdamı, üretkenliği ve verimlilik tasarruflarını artırdı ve genellikle hayırseverler için uzun vadeli bir yatırım olarak görülüyor. Michael Osborne ve Carl Benedikt Frey tarafından hazırlanan bir makale   , ABD'deki işlerin yüzde 47'sinin "belirsiz sayıda yıl boyunca" otomasyon riski altında olduğunu buldu. Bu iddialar, işsizliğe yapay zekanın değil, sosyal politikanın yol açtığı gerekçesiyle eleştirilmiştir. The Guardian'daki 2016 tarihli bir makalesinde Stephen Hawking, "Fabrikaların otomasyonu, geleneksel imalattaki işleri çoktan azalttı ve yapay zekanın yükselişi, bu iş yıkımını yalnızca en özenli, yaratıcı veya kalan denetleyici roller".

GlobalData Eylül 2021 raporuna göre, robotik endüstrisi 2020'de 45 milyar dolar değerindeydi ve 2030'a kadar, robotik ve ilgili sektörlerdeki işleri artırarak %29'luk yıllık bileşik büyüme oranı (CAGR) 568 milyar dolara büyüyecek.

İş güvenliği ve sağlığı etkileri

EU-OSHA tarafından hazırlanan bir tartışma belgesi , robotiğin yayılmasının iş güvenliği ve sağlığı (İSG) için hem fırsatlar hem de zorluklar sunduğunu vurgulamaktadır.

Robotiklerin daha geniş çapta kullanılmasından kaynaklanan en büyük İSG faydaları, sağlıksız veya tehlikeli ortamlarda çalışan insanların yerine geçmelidir. Uzayda, savunmada, güvenlikte veya nükleer endüstride ve aynı zamanda lojistik, bakım ve denetimde, otonom robotlar özellikle kirli, donuk veya güvenli olmayan görevleri yerine getiren insan işçilerin yerini almakta, böylece işçilerin tehlikeli maddelere ve koşullara maruz kalmalarını önlemede faydalıdır. fiziksel, ergonomik ve psikososyal riskleri azaltmak. Örneğin, robotlar zaten tekrarlayan ve monoton görevleri yerine getirmek, radyoaktif malzemeyi işlemek veya patlayıcı ortamlarda çalışmak için kullanılıyor. Gelecekte, tarım, inşaat, ulaşım, sağlık, yangınla mücadele veya temizlik hizmetleri gibi çeşitli sektörlerde robotlar tarafından oldukça tekrarlanan, riskli veya hoş olmayan birçok görev gerçekleştirilecektir.

Bu gelişmelere rağmen, insanların bir süre daha makinelerden daha uygun olacağı belirli beceriler var ve soru, insan ve robot becerilerinin en iyi kombinasyonunun nasıl elde edileceğidir. Robotiğin avantajları, hassas ve tekrarlanabilirlik içeren ağır işleri içerirken, insanların avantajları yaratıcılık, karar verme, esneklik ve uyarlanabilirliği içerir. Optimal becerileri birleştirme ihtiyacı, işbirlikçi robotların ve insanların ortak bir çalışma alanını daha yakından paylaşmasıyla sonuçlandı ve "insan-robot birleşmesinin" güvenliğini garanti altına almak için yeni yaklaşımların ve standartların geliştirilmesine yol açtı. Bazı Avrupa ülkeleri robotiği ulusal programlarına dahil ediyor ve daha iyi üretkenlik elde etmek için robotlar ve operatörler arasında güvenli ve esnek bir işbirliğini teşvik etmeye çalışıyor. Örneğin, Alman Federal İş Sağlığı ve Güvenliği Enstitüsü ( BAuA ), "insan-robot işbirliği" konusunda yıllık çalıştaylar düzenlemektedir.

Gelecekte robotlar ve insanlar arasındaki işbirliği çeşitlenecek, robotlar özerkliklerini artıracak ve insan-robot işbirliği tamamen yeni biçimlere ulaşacak. Çalışanları işbirlikçi robotlarla çalışma riskinden korumayı amaçlayan mevcut yaklaşımlar ve teknik standartlar revize edilmelidir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

  • R. Andrew Russell (1990). Robot Dokunsal Algılama . New York: Prentice Salonu. ISBN'si 978-0-13-781592-0.
  • E McGaughey, 'Robotlar İşinizi Otomatikleştirecek mi? Tam İstihdam, Temel Gelir ve Ekonomik Demokrasi' (2018) SSRN, bölüm 2(3)
  • DH Autor, 'Neden Hala Bu Kadar Çok İş Var? İşyeri Otomasyonunun Tarihi ve Geleceği' (2015) 29(3) Journal of Economic Perspectives 3
  • Tooze, Adam , "Demokrasi ve Hoşnutsuzlukları", The New York Review of Books , cilt. LXVI, hayır. 10 (6 Haziran 2019), s. 52–53, 56–57. "Demokrasinin bürokratik ve teknolojik gücün akılsız işleyişine net bir cevabı yok . Gerçekten de onun yapay zeka ve robotik biçiminde genişlemesine tanık olabiliriz . Aynı şekilde, onlarca yıl süren korkunç uyarıdan sonra, çevre sorunu temelde ele alınmadan kalıyor.... Bürokratik aşırı erişim ve çevresel felaket, tam da demokrasilerin çok kötü bir şekilde uğraştığı, yavaş ilerleyen varoluşsal zorluklardır... Son olarak, tehdit du jour: şirketler ve teşvik ettikleri teknolojiler." (s. 56–57.)

Dış bağlantılar