Nástin robotiky - Outline of robotics

Animation2.gif
Robotika

Následující obrys je uveden jako přehled a aktuální průvodce robotikou:

Robotika je obor strojírenství, elektrotechniky a výpočetní techniky, který se zabývá konstrukcí, konstrukcí, provozem a aplikací robotů a také počítačových systémů pro jejich řízení, senzorickou zpětnou vazbu a zpracování informací. Tyto technologie se zabývají automatizovanými stroji, které mohou nahradit člověka v nebezpečných prostředích nebo výrobních procesech nebo se podobat člověku vzhledem, chováním nebo poznáváním. Mnoho dnešních robotů je inspirováno přírodou, která přispívá k poli bioinspirované robotiky.

Slovo „robot“ představil veřejnosti český spisovatel Karel Čapek v jeho hře R.U.R. (Rossumovi univerzální roboti), publikováno v roce 1920. Termín „robotika“ vytvořil Isaac Asimov v jeho povídce ze sci-fi z roku 1941 “Lhář! "[1]

Povaha robotiky

Robotiku lze popsat jako:

Větve robotiky

  • Adaptivní ovládání - metoda řízení používaná řadičem, který se musí přizpůsobit řízenému systému s parametry, které se mění nebo jsou zpočátku nejisté. Například když letadlo letí, jeho hmotnost se bude pomalu snižovat v důsledku spotřeby paliva; je zapotřebí kontrolní zákon, který se přizpůsobuje těmto měnícím se podmínkám.
  • Letecká robotika - vývoj bezpilotních vzdušných prostředků (UAV), běžně známých jako drony, letadel bez lidského pilota na palubě. Jejich let je řízen buď autonomně palubními počítači, nebo dálkovým ovládáním pilota na zemi nebo v jiném vozidle.
  • Věda o Androidu - interdisciplinární rámec pro studium lidské interakce a poznávání založený na předpokladu, že velmi lidský robot (tj. Android) může u lidí vyvolat sociální reakce zaměřené na člověka.
  • Antrobotika - věda o vývoji a studiu robotů, kteří jsou buď úplně, nebo nějakým způsobem podobní člověku.
  • Umělá inteligence - inteligence strojů a odvětví počítačová věda jehož cílem je vytvořit to.
  • Umělé neuronové sítě - matematický model inspirovaný biologickými neuronovými sítěmi.
  • Autonomní auto - autonomní vozidlo schopné plnit lidské přepravní schopnosti tradičního automobilu
  • Autonomní výzkumná robotika –
  • Bayesovská síť –
  • BEAM robotika - styl robotiky, který primárně používá jednoduché analogové obvody namísto mikroprocesoru, aby vytvořil neobvykle jednoduchý design (ve srovnání s tradičními mobilními roboty), který vyměňuje flexibilitu za robustnost a efektivitu při provádění úkolu, pro který byl navržen.
  • Robotika založená na chování - odvětví robotiky, které zahrnuje modulární nebo AI založená na chování (BBAI).
  • Biologicky inspirovaná robotika - výroba robotů inspirovaných biologickými systémy. Biomimikry a biologicky inspirovaný design jsou někdy zmatené. Biomimikry kopírují přírodu, zatímco design inspirovaný biologií se učí z přírody a vytváří mechanismus, který je jednodušší a efektivnější než systém pozorovaný v přírodě.
  • Biomimetické - viz Bionika.
  • Biomorfní robotika - subdisciplína robotiky zaměřená na emulaci mechaniky, senzorových systémů, výpočetních struktur a metod používaných zvířaty.
  • Bionika - známé také jako biomimetika, biognosis, biomimikry nebo bionické kreativní inženýrství je aplikace biologických metod a systémů nalezených v přírodě na studium a design inženýrských systémů a moderních technologií.
  • Biorobotika - studie o tom, jak vyrobit roboty, které simulují nebo simulují živé biologické organismy mechanicky nebo dokonce chemicky.
  • Cloudová robotika - je oblast robotiky, která se pokouší vyvolat cloudové technologie, jako jsou cloudové výpočty, cloudové úložiště a další internetové technologie, soustředěné kolem výhod konvergované infrastruktury a sdílených služeb pro robotiku.
  • Kognitivní robotika - pohledy na zvíře poznání jako výchozí bod pro vývoj robotického zpracování informací, na rozdíl od tradičnějších Umělá inteligence techniky.
  • Shlukování –
  • Výpočetní neurověda - studium mozkových funkcí, pokud jde o vlastnosti zpracování informací struktur, které tvoří nervový systém.
  • Robotické ovládání - studie ovládání robotů
  • Konvence robotiky –
  • Dolování dat Techniky -
  • Stupně svobody - v mechanice je mírou volnosti (DOF) mechanického systému počet nezávislých parametrů, které definují jeho konfiguraci. Jedná se o počet parametrů, které určují stav fyzického systému a jsou důležité pro analýzu systémů těles ve strojírenství, letectví, robotice a pozemním stavitelství.
  • Vývojová robotika - metodika, která využívá metafory z nervového vývoje a vývojové psychologie k rozvoji mysli pro autonomní roboty
  • Digitální ovládání - obor teorie řízení, který využívá digitální počítače jako systémové řadiče.
  • Digitální zpracování obrazu - použití počítačových algoritmů k provádění zpracování obrazu na digitálních obrázcích.
  • Snížení rozměrů - proces snižování počtu uvažovaných náhodných proměnných, který lze rozdělit na výběr funkcí a extrakci prvků.
  • Distribuovaná robotika –
  • Elektronická kontrola stability - je počítačová technologie, která zvyšuje bezpečnost stability vozidla zjišťováním a snižováním ztráty trakce (smykem).
  • Evoluční výpočet –
  • Evoluční robotika - metodika, která využívá evoluční výpočty k vývoji řadičů pro autonomní roboty
  • Rozšířený Kalmanův filtr –
  • Flexibilní Distribuční funkce –
  • Řízení zpětné vazby a regulace -
  • Interakce člověka s počítačem - studie, plánování a návrh interakce mezi lidmi (uživateli) a počítači
  • Interakce člověka s robotem - studie interakcí mezi lidmi a roboty
  • Inteligentní technologie vozidel - zahrnují elektronická, elektromechanická a elektromagnetická zařízení - obvykle křemíkové mikromechanické součásti pracující ve spojení s počítačem řízenými zařízeními a rádiovými vysílači a přijímači, které zajišťují přesnost funkcí opakovatelnosti (např. V robotických systémech umělé inteligence) při provádění nouzového varování.
  • Kinematika - studie pohyb, jak je aplikováno na roboty. To zahrnuje jak návrh vazeb k provádění pohybu, jejich sílu, kontrolu a stabilitu; také jejich plánování, například výběr posloupnosti pohybů k dosažení širšího úkolu.
  • Laboratorní robotika - akt používání robotů v laboratořích biologie nebo chemie
  • Robotické učení - naučit se plnit úkoly, jako je vyhýbání se překážkám, ovládání a různé další úkoly spojené s pohybem
  • Rozhraní pro přímou manipulaci - Ve vědě o počítačích je přímá manipulace stylem interakce člověka s počítačem, který zahrnuje nepřetržité zobrazování zájmových objektů a rychlé, reverzibilní a postupné akce a zpětnou vazbu. Záměrem je umožnit uživateli přímou manipulaci s objekty, které mu byly prezentovány, pomocí akcí, které alespoň volně odpovídají fyzickému světu.
  • Rozdělování učení –
  • Mikrorobotika - pole miniaturní robotiky, zejména mobilní roboty s charakteristickými rozměry menšími než 1 mm
  • Plánování pohybu - (aka „navigační problém“, „problém s pohybem klavíru“) je termín používaný v robotice pro proces podrobného popisu úkolu do diskrétních pohybů.
  • Ovládání motoru - činnosti související se zpracováním informací prováděné centrálním nervovým systémem, které organizují pohybový aparát tak, aby vytvářely koordinované pohyby a kvalifikované činnosti.
  • Nanorobotika - rozvíjející se technologické pole vytvářející stroje nebo roboty, jejichž součásti jsou na nebo blízko měřítka nanometru (10–9 metrů).
  • Pasivní dynamika - označuje dynamické chování akčních členů, robotů nebo organismů, když nečerpají energii ze zdroje (např. Baterie, palivo, ATP).
  • Programování pomocí demonstrace - Technika vývoje koncového uživatele pro výuku nového chování počítače nebo robota tím, že předvede přímý přenos úlohy namísto programování pomocí příkazů stroje.
  • Kvantová robotika - podpole robotiky, která se zabývá používáním kvantové počítače spouštět robotické algoritmy rychleji než digitální počítače umět.[2]
  • Rychlé prototypování - automatická konstrukce fyzických objektů pomocí aditivní výroby z virtuálních modelů v softwaru pro návrh pomocí počítače (CAD), jejich transformace do tenkých, virtuálních, vodorovných průřezů a následné vytváření postupných vrstev, dokud položky nejsou kompletní. Od června 2011 se v relativně malém počtu používá k výrobě modelů, prototypových dílů a dílů v kvalitě výroby.
  • Posílení učení - oblast strojového učení v informatice, zabývající se tím, jak by měl agent jednat v prostředí, aby maximalizoval určitou představu o kumulativní odměně.
  • Kinematika robota - aplikuje geometrii na studium pohybu kinematických řetězců vícestupňové volnosti, které tvoří strukturu robotických systémů.
  • Robotická lokomoce - souhrnný název pro různé metody, které roboti používají k přepravě z místa na místo.
  • Programování robotů –
  • Robotické mapování - cíl autonomního robota, aby byl schopen postavit (nebo použít) mapu nebo půdorys a lokalizovat se do něj
  • Robotická chirurgie - počítačově asistovaná chirurgie a roboticky asistovaná chirurgie jsou výrazy pro technologický vývoj, který k pomoci při chirurgických zákrocích využívá robotické systémy.
  • Senzory - (také nazývaný detektor) je převodník, který měří fyzickou veličinu a převádí ji na signál, který může číst pozorovatel nebo (dnes většinou elektronický) přístroj.
  • Simultánní lokalizace a mapování - technika používaná roboty a autonomními vozidly k vytvoření mapy v neznámém prostředí (bez apriorních znalostí) nebo k aktualizaci mapy ve známém prostředí (s apriorními znalostmi z dané mapy), zatímco ve stejnou dobu sledování jejich aktuální polohy.
  • Softwarové inženýrství - uplatňování systematického, disciplinovaného a měřitelného přístupu k návrhu, vývoji, provozu a údržbě softwaru a studium těchto přístupů; tj. aplikace inženýrství na software.
  • Zpracování řeči - studium řečových signálů a způsoby jejich zpracování. Signály jsou obvykle zpracovávány v digitální reprezentaci, takže zpracování řeči lze považovat za speciální případ digitálního zpracování signálu aplikovaného na řečový signál. [Je třeba objasnění] Aspekty zpracování řeči zahrnují získávání, manipulaci, ukládání, přenos a výstup digitální řečové signály.
  • Podporujte vektorové stroje - modely učení pod dohledem s přidruženými algoritmy učení, které analyzují data a rozpoznávají vzorce, používané pro klasifikaci a regresní analýzu.
  • Roj robotika - zahrnuje velké množství většinou jednoduchých fyzických robotů. Jejich akce se mohou snažit začlenit vznikající chování pozorováno u sociálního hmyzu (rojová inteligence ).
    • Ant robotika - rojoví roboti, kteří dokážou komunikovat pomocí značení, podobně jako mravenci, kteří leží a sledují feromonové stezky.
  • Telepresence - označuje soubor technologií, které umožňují člověku cítit, jako by byl přítomen, navozovat dojem, že je přítomen, nebo působit prostřednictvím telerobotiky na jiném místě, než je skutečné místo.
  • Všudypřítomná robotika - integrace robotických technologií s technologiemi z oblasti všudypřítomné a všudypřítomné výpočty, senzorové sítě, a okolní inteligence.

Přispívající pole

Robotika zahrnuje aspekty mnoha oborů včetně elektronika, inženýrství, mechanika, software a umění. Návrh a řízení robotů závisí na mnoha znalostech oborů, včetně:

Související pole

Roboti

Typy robotů

Autonomní roboti - roboti, kteří nejsou ovládáni lidmi:

  • Aerobot - robot schopný samostatného letu na jiných planetách
  • Android - humanoidní robot; připomínající tvar nebo podobu člověka[3][4]
  • Automat - časný samoobslužný robot, provádějící stále stejné akce, dokola
  • Autonomní vozidlo - vozidlo vybavené systémem autopilota, které je schopné jízdy z jednoho bodu do druhého bez zásahu lidského operátora
  • Ballbot - dynamicky stabilní mobilní robot navržený k vyvážení na jediném kulovém kole (tj. Kouli)
  • Kyborgu - také známý jako kybernetický organismus, bytost s biologickými i umělými (např. Elektronickými, mechanickými nebo robotickými) částmi
  • Robot pro likvidaci výbušné munice - mobilní robot určený k posouzení, zda předmět obsahuje výbušniny; některé nesou rozbušky, které lze uložit na předmět a aktivovat je po stažení robota[5]
  • Gynoid - humanoidní robot navržený tak, aby vypadal jako lidská žena
  • Hexapod (chodec) - šest noh kráčející robot, pomocí jednoduchého jako hmyz pohyb
  • Průmyslový robot - přeprogramovatelný, multifunkční manipulátor určený k pohybu materiálu, dílů, nástrojů nebo specializovaných zařízení prostřednictvím variabilních naprogramovaných pohybů pro plnění různých úkolů[6]
  • Hmyzí robot - malý robot navržený tak, aby napodoboval spíše chování hmyzu než složité lidské chování.[5]
  • Mikrobot - mikroskopické roboty určené k vstupu do lidského těla a léčbě nemocí
  • Vojenský robot - exosuit, který je schopen se spojit se svým uživatelem pro zvýšení pevnosti, rychlosti, manipulace atd.
  • Mobilní robot - robot s vlastním pohonem a samostatný motor, který je schopen se pohybovat po mechanicky neomezeném kurzu.[6]
    • Řízená střela - robotem řízená řízená střela, která nese výbušné užitečné zatížení.
  • Hudební zábavní robot - robot vytvořený k provádění hudební zábavy hraním na zakázku vyrobených nástrojů nebo na lidsky vyvinutých nástrojích.
  • Nanobot - stejné jako mikrobot, ale menší. Komponenty jsou na nebo blízko měřítka a nanometr (10−9 metrů).
  • Protetické robot - programovatelný manipulátor nebo zařízení nahrazující chybějící lidskou končetinu.[6]
  • Rover - robot s koly, navržený pro chod po terénu jiných planet
  • Servisní robot - stroje, které rozšiřují lidské schopnosti.[6]
  • Snakebot - robot nebo robotická součást připomínající a chapadlo nebo sloní kufr, kde mnoho malých pohony slouží k umožnění nepřetržitého zakřiveného pohybu součásti robota s mnoha stupni volnosti. To se obvykle vztahuje na roboty s hadím ramenem, kteří to používají jako flexibilní manipulátor. Vzácnější aplikací je hadí robot, kde je celý robot mobilní a hadí, aby získal přístup do úzkých prostor.
  • Chirurgický robot – vzdálený manipulátor používá operace klíčové dírky
  • Chodící robot - robot schopný pohyb podle chůze. Kvůli obtížím s rovnováhou dvounohá chůze roboti byli dosud vzácní a většina robotů na chůzi používala mnohočetné chůzi podobné hmyzu.

Podle režimu lokomoce

Mobilní roboty lze klasifikovat podle:

  • Prostředí, ve kterém cestují:
    • Pozemní nebo domácí roboti. Nejčastěji jsou kolové, ale zahrnují i ​​nožní roboty se dvěma nebo více nohami (humanoid, nebo připomínající zvířata nebo hmyz).
    • Letečtí roboti jsou obvykle označováni jako bezpilotní prostředky (UAV).
    • Podvodní roboti se obvykle nazývají autonomní podvodní vozidla (AUV).
    • Polární roboti, navržení pro navigaci v ledu, rozsedlina naplněná prostředí
  • Zařízení, které používají k pohybu, zejména:

Robotické komponenty a konstrukční prvky

  • Pohon – motor který převádí řídicí signály na mechanický pohyb. Řídicí signály jsou obvykle elektrické, ale výjimečně mohou být pneumatické nebo hydraulické. Zdrojem energie může být rovněž kterýkoli z těchto zdrojů. Je běžné, že se k regulaci vysoce výkonného pneumatického nebo hydraulického motoru používá elektrické ovládání.[5][6]
  • Robot Delta - spojení stativu, které se používá ke konstrukci rychle působících manipulátorů se širokým rozsahem pohybu.
  • Pohon - zdroj energie nebo zdroje pro akční členy robota.[6]
  • Koncový efektor - přídavné zařízení nebo nástroj speciálně navržený pro připevnění na zápěstí robota nebo montážní desku nástroje, aby robot mohl vykonat svůj zamýšlený úkol. (Mezi příklady může patřit chapadlo, bodová svařovací pistole, oblouková svařovací pistole, stříkací pistole nebo jakékoli jiné aplikační nástroje.)[6]
  • Dopředu řetězení - proces, při kterém entita považuje události nebo přijatá data za inteligentní přizpůsobení svého chování.[5]
  • Haptic - technologie hmatové zpětné vazby využívající hmat dotyku obsluhy. Někdy se také vztahuje na robota manipulátory s vlastní citlivostí na dotek.
  • Hexapod (platforma) - pohyblivá plošina pomocí šesti lineární aktuátory. Často se používá v letové simulátory a pouťové jízdy, mají také aplikace jako robotický manipulátor.
Vidět Stewartova platforma
  • Hydraulika - řízení mechanické síly a pohybu generovaného aplikací kapaliny pod tlakem. srov. pneumatika.
  • Kalmanův filtr - matematická technika pro odhad hodnoty senzorového měření z řady přerušovaných a hlučných hodnot.
  • Klann spojení - jednoduché propojení pro chodící roboti.
  • Manipulátor – chapadlo. Robotická „ruka“.
  • Ztlumení - deaktivace zabezpečovacího zařízení snímajícího přítomnost během části cyklu robota.[6]
  • Přívěsek - Jakékoli přenosné ovládací zařízení, které operátorovi umožňuje ovládat robota zevnitř omezené obálky (prostoru) robota.[6]
  • Pneumatika - řízení mechanické síly a pohybu generovaného působením stlačeného plynu. srov. hydraulika.
  • Servo - motor, který se pohybuje a udržuje nastavenou polohu pod velením, místo aby se neustále pohyboval
  • Servomechanismus - automatické zařízení, které využívá negativní zpětnou vazbu snímající chyby k nápravě výkonu mechanismu
  • Jediný bod kontroly - schopnost ovládat robota tak, že iniciace nebo pohyb robota z jednoho zdroje ovládání je možný pouze z tohoto zdroje a nelze jej přepsat z jiného zdroje[6]
  • Řízení pomalé rychlosti - režim řízení pohybu robota, při kterém je rychlost robota omezena tak, aby osobám poskytl dostatek času na to, aby stáhly nebezpečný pohyb nebo zastavily robota[6]
  • Krokový motor - motor, jehož rotace je rozdělena na intervaly zvané „kroky“. Motor se poté může otáčet řízeným počtem kroků, což umožňuje přesné povědomí o otočené vzdálenosti.
  • Stewartova platforma - pohyblivá plošina pomocí šesti lineární aktuátory, proto také známý jako a Hexapod
  • Architektura subsumpce - robotická architektura, která využívá modulární, zdola nahoru počínaje nejméně složitými behaviorálními úkoly
  • Režim Teach - stav řízení, který umožňuje generování a ukládání pozičních datových bodů ovlivněných pohybem ramene robota cestou zamýšlených pohybů[6]

Specifické roboty

  • Aura (satelit) - robotická kosmická loď vypuštěná NASA v roce 2004, který sbírá atmosférická data ze Země[5]
  • Rentgenová observatoř Chandra - robotická kosmická loď vypuštěná NASA v roce 1999 ke shromažďování astronomických dat[5]
  • Justin
  • Robonaut - vývojový projekt prováděný NASA za účelem vytvoření humanoidních robotů schopných využívat vesmírné nástroje a pracovat v podobných prostředích vhodným astronautům
  • Unimate - první z police průmyslový robot z roku 1961

Skuteční roboti podle regionu

Roboti z Austrálie
Roboti z Británie
Roboti z Kanady
Roboti z Číny
Roboti z Chorvatska
Roboti z České republiky
Roboti z Francie
Roboti z Německa
Roboti z Itálie
Roboti z Japonska
Roboti z Mexika
Roboti z Nizozemska
Roboti z Nového Zélandu
Roboti z Portugalska
Roboti z Kataru
Roboti z Ruska (nebo bývalého Sovětského svazu)
Roboti z Jižní Koreje
Roboti ze Španělska
Roboti ze Švýcarska
Roboti ze Spojených států
Roboti z Vietnamu
Mezinárodní roboti

Fiktivní roboti podle regionu

Fiktivní roboti ze Spojeného království
Z britské literatury
Z britského rozhlasu
Z britské televize
Fiktivní roboti z České republiky
Z českých her
Fiktivní roboti z Francie
Z francouzských baletů
Z francouzské literatury
Fiktivní roboti z Německa
Z německého filmu
Z německé literatury
Fiktivní roboti z Japonska
Z anime
Z manga
Fiktivní roboti ze Spojených států
Z amerických komiksů
Z amerického filmu
Z americké literatury
Z americké televize

Dějiny robotiky

Historie robotů

Budoucnost robotiky

Vývoj robotiky a vývojové nástroje

Principy robotiky

  • Umělá inteligence - inteligence strojů a odvětví informatiky, které si klade za cíl ji vytvořit.
  • Stupně svobody - do jaké míry se robot může sám pohybovat; vyjádřeno v Kartézské souřadnice (x, yaz) a úhlové pohyby (zatočit, hřiště a rolovat).[5]
  • Naléhavé chování - komplikované výsledné chování, které vyplývá z opakované operace jednoduchého základního chování.
  • Envelope (Space), Maximum - objem prostoru zahrnující maximální navržené pohyby všech částí robota včetně koncového efektoru, obrobku a příloh.[6]
  • Humanoidní - připomínající lidskou bytost formou, funkcí nebo obojím.
  • Roboetika
  • Tři zákony robotiky - vytvořil autor science fiction Isaac Asimov, jedna z prvních vážných úvah o etika a robopsychologické aspekty robotiky.
  • Středový bod nástroje (TCP) - počátek souřadného systému nástroje.[6]
  • Záhadné údolí - předpokládaný bod, ve kterém se chování a vzhled humanoidního robota tak blíží chování a vzhledu skutečných lidí, ale není dostatečně přesné nebo plně natolik, aby způsobovalo odpor.

Robotické společnosti

Organizace robotiky

Soutěže v robotice

Soutěž robotů

Lidé vlivní v oblasti robotiky

Robotika v populární kultuře

Viz také

Reference

  1. ^ Podle Oxfordský anglický slovník, termín „robotika“ byl poprvé použit v povídce „Lhář!“ publikováno v květnu 1941 Ohromující sci-fi.
  2. ^ Tandon, Prateek (2017). Kvantová robotika. Vydavatelé Morgan & Claypool. ISBN  978-1627059138.
  3. ^ V. Daniel Hunt (1983), „Příloha A - Glosář“, Příručka průmyslové robotiky, Industrial Press Inc., ISBN  978-0-8311-1148-9
  4. ^ Helena Domaine (2006), "Glosář", RobotikaPublikace Lerner, ISBN  978-0-8225-2112-9
  5. ^ A b C d E F G h Joseph A. Angelo (2007). Robotika: referenční průvodce novou technologií. Knihovny neomezeně. str. 258–327. ISBN  978-1-57356-337-6. Citováno 28. ledna 2011.
  6. ^ A b C d E F G h i j k l m n „Technická příručka OSHA - ODDÍL IV: KAPITOLA 4 - BEZPEČNOST PRŮMYSLOVÝCH ROBOTŮ A ROBOTNÍHO SYSTÉMU“. Správa bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Citováno 2011-01-28.
  7. ^ Železniční trať a Lineární kolej (PDF)
  8. ^ „Vylepšení konverzací podobných člověku v humanoidních robotech“.
  9. ^ „Ibuki Child-like Robot Demo“. 31. července 2018.
  10. ^ [1]
  11. ^ „DARPA ROBOTICS CHALLENGE (DRC)“. Archivovány od originál dne 20. ledna 2013. Citováno 14. ledna 2013.

externí odkazy

Výzkum