Ein echter autonomer Roboter muss Sprache und Gesten verstehen, logisch denken, lernen, Regeln aufstellen und ohne die Beteiligung eines Bedieners selbstständig handeln. Autonome Autos, Züge, Flugzeuge, Drohnen, Schiffe und Panzer werden nur mit dem richtigen Maß an künstlicher Intelligenz Realität. Neu Russische Entwicklungen In diesem Bereich versprechen sie sich einen deutlichen Vorsprung vor ihren engsten Konkurrenten.
In den letzten Jahren haben die Begriffe „Intelligenz“ und „künstliche Intelligenz“ ihre ursprüngliche Bedeutung verloren. Moderne Werbung bezeichnet jedes Bügeleisen mit zwei Glühbirnen als „intelligent“. Doch ein hilfloser Staubsaugerroboter im Kabelgewirr und der fantastische Geist von Skynet sind nicht einmal Glieder derselben Evolutionskette.

Moderne Roboter verfügen wie vor vielen Jahrzehnten über eine begrenzte Liste von Aktionsalgorithmen und sind unter schwierigen Bedingungen ohne Kommunikation mit dem Bediener nutzlos – bei starker Strahlung, unter der Erde, in Meerestiefen oder im Weltraum. Das traurige Beispiel der jüngsten Katastrophe in Fukushima hat gezeigt, dass keine Fernbedienung einen echten autonomen Roboter ersetzen kann.

Die meisten Roboter werden instinktiv programmiert oder ferngesteuert. Ein autonomer Roboter ohne autonome künstliche Intelligenz ist unmöglich.

Das Hauptproblem der modernen Robotik hängt wie vor vielen Jahrzehnten mit der Entwicklung einer angemessenen künstlichen Intelligenz zusammen. In manchen Fällen können wir über Erfolge und sogar offensichtliche Fortschritte sprechen. Zum Beispiel Googles Experimente zur Entwicklung autonomer Autos ohne Fahrer oder das AlphaGo-Programm desselben Google, das den Weltmeister im Spiel Go besiegte. Oder der Supercomputer der Intelligenz IBM Watson, der in der Lage ist, Fragen zu verstehen und in der Wissensdatenbank Antworten zu finden.

Bisher sind die meisten Entwicklungen der künstlichen Intelligenz nicht für autonome Roboter geeignet. Viele von ihnen sind auf das gewählte Anwendungsgebiet beschränkt, einige erfordern nicht autonome Rechenleistung. In manchen Fällen, wie etwa bei Microsofts Roboter Tay, spielt die künstliche Intelligenz nach einer kurzen Interaktion mit Menschen völlig verrückt.

Heutzutage muss ein autonomer Roboter natürliche Sprache und Gesten verstehen, logisch denken, lernen und unabhängige Entscheidungen treffen. Der ideale autonome Roboter, ausgestattet mit den notwendigen Sensoren, Werkzeugen und einer Wissensdatenbank, sollte sich die Aufgabe anhören und nach Hause gehen, um sie zu erledigen, ohne dass Fragen gestellt werden.

Russischer „Razumator“: Universelles Gehirn für einen autonomen Roboter

Russische Entwickler waren schon immer für ihre umfassende Sicht auf das vorliegende Problem bekannt. Als Basis dafür wurde ursprünglich die künstliche Intelligenz „Razumator“ des heimischen Unternehmens „Mivar“ entwickelt beliebig Arten autonomer Roboter.

Der Software-Logikkern „Razumator“, der in Robotersprache spricht, ist ein logischer Planer, der Robotern die Möglichkeit gibt, selbstständig Algorithmen zu erstellen und Probleme ohne menschliche Beteiligung zu lösen. Der Unterschied zwischen der „Intelligenz“ eines Staubsaugerroboters und der künstlichen Intelligenz eines autonomen Roboters wird durch die folgende Folie gut erklärt, die den Unterschied zwischen der reflexiven und der logischen Ebene zeigt.

3D-Forschungsdiagramm für künstliche Intelligenz

Die Arbeit der künstlichen Intelligenz „Razumator“ wird durch das „Mivar-Prinzip“ beschrieben, das die Verarbeitung mehrdimensionaler Datenbanken mit einem kontextglobalen Modell bedeutet, bei dem Daten, ihre logische Schlussfolgerung und Verarbeitung in einem einzigen Ganzen und allen Prozessen integriert sind erfolgen in Echtzeit. Das Akronym „MIVAR“ (Multidimensional Informational Variable Adaptive Reality, auf Englisch Multidimensional Informational Variable Adaptive Reality), das mit dem Namen des Unternehmens übereinstimmt, hat mit der erfolgreichen Entwicklung der Technologie alle Chancen, Fremdsprachen mit den gleichen Rechten einzuführen dieser „Sputnik“ kam einmal herein.

Die multidimensionale Datenanalysetechnologie ermöglicht eine autonome Entscheidungsfindung in Echtzeit

Das Hauptmerkmal der Mivar-Technologie ist ihre extrem hohe Betriebsgeschwindigkeit – bis zu 5 Millionen Regeln pro Sekunde. Um große Datenmengen zu analysieren und betriebliche autonome Entscheidungen zu treffen, reicht daher eine geringe Rechenleistung aus. Für einen Moment: Ein normaler Laptop kann einen 20-dimensionalen Graphen mit 150.000 Eckpunkten mal 600.000 Kanten in Echtzeit verarbeiten! Die Indikatoren sind so hoch, dass laut Oleg Varlamov niemand auf der Welt bereit ist, mit ihnen zu konkurrieren.

„Razumator“, ebenfalls in Form einer Box-Software erhältlich, kann sogar auf einem normalen Laptop installiert werden.

Der „Reasonator“ ist das Herzstück des komplexen „Roboreason“-Projekts, das an jede Art von autonomen Robotern angepasst werden kann. Nehmen wir an, morgen kommt ein Vertreter eines geologischen Explorationsunternehmens und bestellt einen autonomen Tiefseehai für arktische Bedingungen – Aussehen Der Roboter wird sich radikal verändern, aber das Gehirn des „Razumators“ bleibt dasselbe, vielleicht mit zusätzlicher Anpassung an die entsprechende Wissensbasis.

Roboterplattform Murom-ISP: ein universeller Rohling für die Herstellung autonomer Roboter

Ein vollständiges autonomes Robotersystem für jeden Zweck umfasst fünf Grundelemente. Die Liste umfasst Mechanismen, Sensoren, ein Rechenmodul, autonome Energieelemente und künstliche Intelligenz selbst.

Oleg Warlamow

Präsident der Firma Mivar

Die von den Unternehmen Mivar und Intelligent Technologies entwickelte Roboterplattform Murom-ISP ist ein universeller Baukasten: Die ersten vier Grundelemente aus der obigen Liste werden je nach Bedarf, Vorstellungskraft und Mitteln ergänzt. Das fünfte Element ist, wie im gleichnamigen Film, nicht ersetzbar: Dies ist der intellektuelle Kern „Razumator“.

„Murom-ISP“ wurde als Testgelände für den „Razumator“ geschaffen. Ein faltbarer anthropomorpher Roboter mit Sensorkopf und selbstbalancierendem einachsigem Chassis mit einer Höhe von 165 cm im ausgeklappten und 80 cm im zusammengeklappten Zustand wird es uns ermöglichen, die Komponenten eines autonomen Roboters und seine Interaktion als Teil komplexerer Systeme zu erarbeiten Komplexe.

Technische Merkmale des ersten Murom-ISP-Prototyps: Das Ministerium für Notsituationen wird sich freuen

Übrigens zu reflexiven Roboterstaubsaugern. In autonomen Komplexen wie „Murom“ sind solche „Roboter geringer Qualität“ für die Rolle ferngesteuerter Hilfsmechanismen bestimmt, die zur Sondierung, Räumung und sogar Feldreparatur dienen. Ein solcher Assistent kann gelegentlich zur Aufklärung geschickt werden, aber selbst der Verlust eines oder mehrerer Hilfsroboter hat keinerlei Auswirkungen auf die Leistung des Komplexes.

Ausgestattet mit Mechanismen und Sensoren und der Steuerung einer ganzen Brut von Hilfsrobotern könnte Murom Teil eines mächtigeren Komplexes sein. Stellen Sie sich ein leistungsstarkes autonomes System auf einer Kamaz-Plattform vor, das ein Dutzend Spezial-Muroms mit einhundert oder zwei Hilfsrobotern zur Zielsuchhilfe in die Ferne befördert. Hier sind der Fantasie von zivilen und verteidigungstechnischen Kunden keine Grenzen gesetzt!

Äußerlich glänzt „Mur“ nicht mit besonderer Attraktivität, aber das Design des Systems ist hinsichtlich Autonomie, Leistung und Rechenleistung völlig ausgewogen. Jetzt läuft Murom auf fünf Prozessoren Intel Core i5. Laut Vladimir Denisenko, Direktor von Intelligent Technologies, wurden Experimente mit verschiedenen Plattformen durchgeführt, darunter Beschleunigern auf Grafikkarten.

Bisher haben sich fünf Intel Core i5 hinsichtlich Leistung, Autonomie und Preis als optimal erwiesen, eine Verbindung zu einer bestimmten Hardware- und Softwareplattform besteht jedoch nicht. Wenn Bedarf an einer Plattform besteht, die auf inländischen Elbrus-Prozessoren basiert, wird eine solche Version sofort erscheinen.

Murom-ISP: KAMAZ-basiertes Transportunternehmen setzt ein Dutzend autonome Roboter mit Hunderten von Assistenzrobotern ein

Voll funktionsfähige Version von „Murom“ mit Sprachsteuerung, Sprachsynthese, Manipulatoren und weitere Funktionen werden die Entwickler im September 2016 vorstellen. Heute ist „Razumator“ für jedermann nutzbar, sowohl als eigenständiges Produkt als auch als integrierter logischer Bestandteil anderer Steuerungssysteme – bis hin zur API-Ebene.

Wir sind uns ziemlich sicher, dass es in absehbarer Zeit keine Drohnen geben wird. Der Grund, warum so viele Unternehmen atemlos versprechen, dass es gleich um die Ecke ist, liegt darin, dass Roboter, die Ihnen Dinge dann liefern, wenn Sie sie wollen, eine fantastische Idee sind. Drohnen scheinen auf den ersten Blick eine gute Idee zu sein, weil man mit dem Fliegen schnell an einen Ort gelangen und dabei Hindernissen ausweichen kann, und die Leute hängen schon seit Jahren an dieser Idee fest, weil es großartig wäre, wenn man sie tatsächlich umsetzen könnte.

Bisher hat es nicht funktioniert, aber das bedeutet nicht, dass es keine Roboter geben sollte, die Dinge ausliefern. Und ist es den Verbrauchern wirklich egal, ob sie gezielt von einer autonomen Flugdrohne beliefert werden, solange sie ihre Sachen schnell bekommen und ihren Schlafanzug nicht wechseln müssen? Ein Startup namens Starship Technologies mit Niederlassungen in London und Tallinn, Estland, hat die Entwicklung eines autonomen Lieferroboters angekündigt, der verspricht, alles zu tun, was ein Drohnenroller kann (und noch mehr), außer sowohl vom Boden als auch realistisch am Boden . Genau genommen.

Wie funktioniert die Roboterlieferung von Starship?

Starship Technologies, gegründet von den beiden Skype-Mitbegründern Ahti Heinla (CEO und CTO) und Janus Fries, wird Flotten von Lieferrobotern vorstellen, die kompakt, sicher, leise und vor allem bodenständig sind und hoffen, sich zu öffnen neue Möglichkeiten für Zustellunternehmen wie Paket- oder Lebensmittelgeschäfte und schaffen beispiellosen Komfort und Kosteneinsparungen Einzelpersonen. Der Roboter, der meines Wissens keinen Namen hat, kann das Äquivalent von zwei Einkaufstüten (ca. 10 Kilogramm) bis zu 5 Kilometer von einem örtlichen Hub oder Einzelhandelsgeschäft entfernt transportieren. Es bewegt sich schnell und wiegt bei voller Beladung weniger als 20 kg, was bedeutet, dass es der Maschine schwerfallen wird, jemanden versehentlich zu verletzen. Bordsteinkanten und Unebenheiten auf der Straße stellen kein Problem dar, und offenbar schaffen sie es, einige Treppen hoch und runter zu kommen. Dank der integrierten Software zur Intrusion Prevention und Hindernisvermeidung arbeitet das System weitgehend unabhängig, wird aber auch von Bedienern überwacht, die jederzeit sicherheitsrelevant eingreifen können.

Starship schätzt, dass seine Roboterlieferungen 10 bis 15 Mal weniger kosten werden als aktuelle Lieferalternativen auf der letzten Meile. Kunden können aus mehreren kurzen, präzisen Lieferfristen wählen, sodass die Artikel zum richtigen Zeitpunkt ankommen, so das Unternehmen. Während der Lieferung können Käufer den Standort des Roboters in Echtzeit verfolgen mobile Anwendung, und bei der Ankunft kann nur der App-Besitzer die Ladung entsperren.

Wir sagen nicht, dass es unbedingt einfach ist, diese Roboter zum Laufen zu bringen: Während Drohnen vergleichsweise gefährlich, weniger zuverlässig, lauter und teurer sind, eine begrenzte Nutzlast haben und sich derzeit in der rechtlichen Schwebe befinden, müssen die Roboter von Starship alle möglichen Probleme lösen , was unbemannte Drohnen völlig vermeiden. Zu diesen Herausforderungen gehören das Umgehen von Straßen und Gehwegen, das Navigieren in der Nähe von Fahrzeugen und Fußgängern sowie die direktere Interaktion mit Menschen. Darüber hinaus ist GPS nicht genau genug, um diese Roboter auf den Gehwegen zu halten. Daher müssen sie mithilfe ihrer Sehkraft erkennen, wo es sicher ist, und sich dabei auf die Lokalisierung einer Basiskarte verlassen, wie dies bei den autonomen Autos von Google der Fall ist. Sie müssen Fußgängerüberwege und Ampeln verstehen. Sie müssen auf die Sirenen der Einsatzfahrzeuge hören und richtig darauf reagieren. Und vielleicht die größte Herausforderung von allen ist, dass sie unberechenbare Menschen entdecken und mit ihnen kommunizieren müssen.

Allerdings sind wir diesbezüglich optimistisch, da wir viele der benötigten Technologien bereits gesehen haben. Roboter haben im Allgemeinen viel Übung in der sicheren Stadtnavigation. Bei ausreichender Zeit und ausreichenden Sensordaten sind sie hervorragend darin, Hindernissen auszuweichen. Es gibt ganze Konferenzen darüber, wie man Roboter dazu bringt, effektiv mit Menschen zu interagieren. Am wichtigsten ist, dass der Roboter bei einem Ausfall eines dieser Materialien sicher anhalten und auf unbestimmte Zeit darauf warten kann, dass ein Mensch eingreift und ihm hilft, wobei Kameras, Lautsprecher und Mikrofone eine vollständige Telepräsenz und Fernsteuerung ermöglichen. Natürlich ist es erwähnenswert, dass Aethon, Savioke und andere Robotikunternehmen seit Jahren etwas ganz Ähnliches tun. Die Lieferung von Gegenständen, die durch Krankenhäuser, Lagerhäuser und Hotels wandern, stellt unterschiedliche Herausforderungen dar: Die Lieferung von Gegenständen, während man durch die Straßen wandert, aber grundsätzlich werden ähnliche Technologien verwendet, und die Tatsache, dass diese Unternehmen zuverlässig arbeiten, stimmt uns optimistisch, dass Starship ebenfalls dazu in der Lage sein wird.

Starship testet derzeit aktiv Prototypen und bis zum nächsten Jahr wird das Unternehmen zwei Pilotprogramme durchführen: eines in Greenwich im Osten Londons und eines in den Vereinigten Staaten.

Wenn es um Bauroboter und den 3D-Druck von Häusern geht, stellen sich die meisten Menschen einen Hightech-Mechanismus unter menschlicher Kontrolle vor. Solche Roboter benötigen mindestens einen Bediener und Assistenten – Menschen, die sie bedienen. Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology beschlossen, in die Zukunft zu blicken und entwickelten einen Prototyp eines autonomen Bauroboters.

Der Roboter ist ein selbstfahrendes Fahrgestell. Vor dem „Baumeister“ steht eine „Hand“ – ein intelligenter Multifunktionsmanipulator.

Hinter dem „Arm“ mit computergesteuertem Kontrollmechanismus befindet sich eine Plattform mit Baumaterialien.

An im Moment Um das Konzept zu testen, trägt der Roboter Behälter mit PPU (Polyurethanschaum) und Schaumbeton, aus denen er in verlorener Schalungstechnik ein Kuppelhaus baut. Zunächst wird eine äußere und innere PPU-Wand errichtet und anschließend die Lücke mit Schaumbeton gefüllt.

Der Roboter benötigt etwa 10–14 Stunden, um eine Kuppel mit einem Durchmesser von 15 Metern zu bauen.

Gleichzeitig benötigt der Roboter keine menschliche Kontrolle und trifft, nachdem er sich anhand von Markierungen am Gelände orientiert hat, eine Entscheidung über den Bau der Struktur.

Wenn die Lösung aufgebraucht ist, begibt sich der Roboter zum Auftanken zur Basis und baut anschließend das Haus weiter.

Die Wahl der Materialien und Bauweisen liegt laut den Entwicklern daran, dass es einfacher ist, dem Roboter den Bau „beizubringen“ und entsprechende Anpassungen an der Software vorzunehmen.

Der nächste Schritt ist die Verwendung von Beton für den Bau, der mit speziellen Zusätzen für die Mobilität modifiziert wird.

Für die Verarbeitung unterschiedlicher Mörtel ist ein Satz Spritzdüsen im Lieferumfang enthalten.

Darüber hinaus wird dem Roboter im Zuge seiner Weiterentwicklung der Umgang mit Beschlägen und einer Schweißmaschine beigebracht.

Und eine Baggerschaufel.

Den Ingenieuren zufolge wird es im Laufe der Zeit möglich sein, auf Basis des Prototyps einen vollständig autonomen Roboter zu entwickeln.

Ein Szenario könnte beispielsweise darin bestehen, mehrere Bauroboter in ein abgelegenes Gebiet zu schicken, wo sie miteinander interagieren und mit dem Bau von Gebäuden beginnen.

Denning Mobile Robot Company war das erste Bostoner Unternehmen, das fertige autonome Roboter anbot, die später hauptsächlich von Forschern gekauft wurden. Zu den weiteren Unternehmen, die Aufträge von Robotikern zur Herstellung fertiger Roboter erfüllten, gehörte RWI Inc. Grinella Mura (die den Roboter B-21 entwickelte), das amerikanische Unternehmen Nomadic Technologies von James Slater (das die Maschine XR4000 entwickelte) und das Schweizer Unternehmen K-Team von Francesco Mondaida (basierend auf seinen Entwicklungen wurde der mobile Roboter Khepera entwickelt). Pioniere dieser Branche. Aufgrund des hohen Preises dieser Maschinen haben jedoch nur einige Doktoranden und Militärforscher die Möglichkeit, sie zu erwerben. Letztendlich wurde 1995 eine gemeinsame Entwicklung von RWI und ActivMedia Robotics namens Pioneer eingeführt. Es ist dem Aussehen dieses und seines Roboters zu verdanken angemessener Preis Auf dem Gebiet der mobilen Robotik gab es einen großen Durchbruch, der in diesem Artikel besprochen wird.

Bildquelle: Lori Photobank

Geschichte

Seit 1999 existiert Denning nicht mehr. 1998 fusionierte RWI mit ISRobotics zu iRobot. Zunächst war das Unternehmen vor allem für seine ferngesteuerten Roboter der PackBot-Serie bekannt, später verlagerte es seinen Schwerpunkt jedoch von autonomen Forschungsrobotern auf den militärischen Forschungsmarkt. Auch Nomadic Technologies gab den Markt auf. MobileRobots Inc. und das K-Team unterstützen weiterhin die Forschungsgemeinschaft.

Im Jahr 2003 erteilte die Defense Advanced Research Projects Agency Segway den Auftrag, fünfzehn Segways in tragbare Roboterplattformen umzuwandeln. Die Segways und die notwendigen Ersatzteile wurden im April an die Abteilung geliefert. Im Juni begann die Agentur mit dem Pacific Space and Naval Systems Center zusammenzuarbeiten, um Teile an staatliche und wissenschaftliche Forschungsorganisationen zu liefern.

Ausrüstung für autonome Navigation

Arbeiten im Innenbereich

In den 1990er und 2000er Jahren wurden Forschungsroboter verbessert Akkulaufzeit drinnen. Forschungsbasierte Roboter verfügen über Sensorik, Mobilität und die nötige Rechenleistung. Ähnliche Projekte sind „Pioneer“, „PatrolBot“, „PowerBot“, „PeopleBot“. Diese Plattformen sind in der Lage, Baupläne zu erstellen und nicht standardmäßige Navigationsmethoden wie SLAM, Variationen der Monte-Carlo/Markov-Lokalisierung und modifizierte größeniterierte Suche ohne 2D-Entfernungsmesser zu verwenden. Diese Methode erstellt eine Karte des Arbeitsbereichs des Roboters, die von der Person gelesen werden kann, die den Roboter steuert, während er sich bewegt. Das amerikanische Unternehmen Evolution Robotics bietet Programme zum Betrieb einer kombinierten Kamera nach der VSLAM-Methode an, die den Entfernungsmesser durch einen Vergleich mit einer visuellen Probe ersetzt. Der Nachteil dieses Systems besteht jedoch darin, dass dieses System nicht in der Lage ist, eine für Menschen lesbare Karte zu erstellen. Andere Gruppen arbeiten an der Erstellung eines VSLAM-Systems mit einer Stereokamera, da es Daten für Entfernungsmesser liefert, die es dem Roboter ermöglichen, eine Karte zu erstellen und sich entlang dieser zu bewegen. Die vom K-Team namens Khepera entwickelten Segway-basierten Plattformen und andere Erkundungsroboter können mit externen Computerressourcen kommunizieren, um ähnliche Programme auszuführen.

Die Genauigkeit des Systems hängt von der Genauigkeit der Sensoren, der Körnigkeit der Bilder und der Geschwindigkeit der Berechnungen ab. Ein Entfernungsmesserlaser kann auf ±1 cm genau sein, während die Genauigkeit einer digitalen Stereokamera auf 0,25 Pixel begrenzt ist, was ihre Reichweite begrenzt. Visuelle Systeme benötigen mehr Rechenleistung als einfache Laser-Entfernungsmesser, können aber einen in die Kamera integrierten digitalen Signalprozessor nutzen. Preiszugeständnisse zugunsten der Genauigkeit haben zur Entstehung billigerer Produkte geführt visuelle Systeme für Verbraucherroboter, während kommerzielle Roboter, Industrieroboter und selbstfahrende Fahrzeuge häufig über Laserentfernungssysteme verfügen.

Arbeiten im offenen Raum

Im Freien wird der autonome Forschungsroboter mithilfe von GPS-Systemen geortet. Allerdings können Satellitensignale aufgrund von Interferenzen häufig gestreut werden. Die Ausnahme bilden Roboter, die Koppelnavigation und Trägheitsbewegungsverfolgung verwenden. Die Berechnung hängt von der entsprechenden Radbewegung ab und kann mit kumulativen Schlupfproblemen behaftet sein. Bei der Trägheitsbewegungsverfolgung werden Hochgeschwindigkeitsgyroskope und Beschleunigungsmesser zur Bewegungsmessung eingesetzt. Die Genauigkeit hängt von der Kalibrierung und Qualität der Sensoren ab. Die Systeme Segway RMP 400 und Seekur sind Beispiele für Plattformen, die speziell für diese Forschung entwickelt wurden. Die meisten anderen ähnlichen Roboter sind lediglich Nachahmungen bestehender Modelle.

Auf engstem Raum sind Roboter wie der John Deere Gator oft von Funkbaken umgeben und nutzen eine einfache Triangulation von drei oder mehr Baken, um den Standort zu bestimmen und zu navigieren. Beacons werden in Fabriken auch von älteren selbstfahrenden Fahrzeugen eingesetzt.

Programmierung

Die meisten Programme für autonome Forschungsroboter sind offene oder freie Software, darunter: Betriebssystem ROS, das Carmen-Toolkit der Carnegie Mellon University, Player/Stage/Gazebo der University of South Carolina und eine API von MobileRobots Inc. Software Development Kit „URBI“, als kostenlos eingestuft Software, wird an vielen Universitäten verwendet.

Zu den kommerziellen Programmen gehört Webots, das 1998 entwickelt wurde und in Lizenz an mehr als 500 Universitäten eingesetzt wird. Es läuft unter Linux, Windows und Mac OS X. Im Juni 2006 bot Microsoft Research kostenlose Betaversionen der Robotics Studio-Entwicklungskits für Windows XP an.

Die Steuerung eines Roboters ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Die von uns gewählte Definition erfordert, dass das Gerät Daten über seine Umgebung empfängt. Dann traf er eine Entscheidung und ergriff entsprechende Maßnahmen. Roboter können autonom oder halbautonom sein.

1. Der autonome Roboter arbeitet nach einem vorgegebenen Algorithmus, der auf von Sensoren empfangenen Daten basiert.
2. Ein halbautonomer Roboter hat Aufgaben, die von einem Menschen überwacht werden. Und darüber hinaus gibt es noch weitere Aufgaben, die es selbstständig erledigt...

Halbautonome Roboter

Ein gutes Beispiel für einen halbautonomen Roboter ist ein hochentwickelter Unterwasserroboter. Eine Person steuert die Grundbewegungen des Roboters. Und zu diesem Zeitpunkt misst der Bordprozessor die Unterwasserströmungen und reagiert darauf. Dadurch kann der Roboter in der gleichen Position gehalten werden, ohne zu driften. Eine Kamera an Bord des Roboters sendet Videos an die Person zurück. Darüber hinaus können integrierte Sensoren die Wassertemperatur, den Druck und vieles mehr überwachen.

Verliert der Roboter den Kontakt zur Oberfläche, wird ein autonomes Programm aktiviert und hebt den Unterwasserroboter an die Oberfläche. Um Ihren Roboter steuern zu können, müssen Sie den Grad seiner Autonomie bestimmen. Vielleicht möchten Sie, dass der Roboter per Kabel, drahtlos oder völlig autonom gesteuert wird.

Kabelsteuerung

Die einfachste Möglichkeit, einen Roboter zu steuern, besteht darin, eine Handsteuerung zu verwenden, die physisch über ein Kabel mit ihm verbunden ist. Die Schalter, Knöpfe, Hebel, Joysticks und Tasten dieses Controllers ermöglichen es dem Benutzer, den Roboter zu steuern, ohne komplexe Elektronik einschalten zu müssen.

In diesem Fall können die Motoren und die Stromversorgung direkt an den Schalter angeschlossen werden. Daher kann seine Vorwärts-/Rückwärtsdrehung gesteuert werden. Dies wird häufig in Fahrzeugen verwendet.

Sie verfügen über keine Intelligenz und gelten eher als „ferngesteuerte Maschinen“ denn als „Roboter“.

• Der Hauptvorteil dieser Verbindung besteht darin, dass der Roboter nicht durch die Betriebszeit begrenzt ist. Da es direkt an das Netzwerk angeschlossen werden kann. Sie müssen sich keine Sorgen über Signalverlust machen. Der Roboter verfügt normalerweise nur über minimale Elektronik und ist nicht sehr komplex. Der Roboter selbst kann leicht sein oder über eine zusätzliche Nutzlast verfügen. Wenn etwas schief geht, kann der Roboter mithilfe einer am Kabel befestigten Leine physisch entfernt werden. Dies gilt insbesondere für Unterwasserroboter.
• Die Hauptnachteile bestehen darin, dass sich das Kabel verheddern, an etwas hängen bleiben oder brechen kann. Die Entfernung, über die der Roboter geschickt werden kann, ist durch die Länge des Kabels begrenzt. Das Ziehen eines langen Kabels erhöht die Reibung und kann die Bewegung des Roboters verlangsamen oder sogar stoppen.

Steuerung des Roboters über ein Kabel und einen eingebauten Mikrocontroller

Der nächste Schritt besteht darin, den Mikrocontroller am Roboter zu installieren, das Kabel jedoch weiterhin zu verwenden. Wenn Sie einen Mikrocontroller an einen der E/A-Anschlüsse Ihres Computers (z. B. einen USB-Anschluss) anschließen, können Sie Ihre Aktionen steuern. Die Steuerung erfolgt über eine Tastatur, einen Joystick oder Ähnliches Peripheriegerät. Wenn Sie einem Projekt einen Mikrocontroller hinzufügen, müssen Sie möglicherweise auch den Roboter mit Eingangssignalen programmieren.

• Die Hauptvorteile sind dieselben wie bei der direkten Kabelsteuerung. Komplexeres Verhalten des Roboters und seine Reaktion auf einzelne Tasten oder Befehle können programmiert werden. Es gibt eine große Auswahl an Controller-Bedienelementen (Maus, Tastatur, Joystick usw.). Der hinzugefügte Mikrocontroller verfügt über integrierte Algorithmen. Das heißt, es kann mit Sensoren interagieren und bestimmte Entscheidungen selbstständig treffen.
• Zu den Nachteilen gehören höhere Kosten aufgrund zusätzlicher Elektronik. Die weiteren Nachteile sind dieselben wie bei der direkten Steuerung des Roboters per Kabel.

Ethernet-Steuerung

Gebraucht Stecker Ethernet RJ45. Zur Steuerung ist eine Ethernet-Verbindung erforderlich. Der Roboter ist physisch mit dem Router verbunden. Daher kann es über das Internet gesteuert werden. Dies ist auch für mobile Roboter möglich (wenn auch nicht sehr praktisch).

Die Einrichtung eines Roboters, der über das Internet kommunizieren kann, kann recht komplex sein. Zunächst einmal wird eine WLAN-Verbindung (drahtloses Internet) bevorzugt. Eine kabelgebundene und kabellose Kombination ist auch eine Option, wenn ein Transceiver (Senden und Empfangen) vorhanden ist. Der Transceiver ist physisch mit dem Internet verbunden und die über das Internet empfangenen Daten werden dann drahtlos an den Roboter übertragen.

• Die Vorteile bestehen darin, dass der Roboter von überall auf der Welt über das Internet gesteuert werden kann. Die Betriebszeit des Roboters ist nicht begrenzt, da er Power over Ethernet nutzen kann. PoE. Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die es ermöglicht, elektrische Energie zusammen mit Daten über einen Standard an ein entferntes Gerät zu übertragen verdrilltes Paar Von Ethernet-Netzwerke. Der Einsatz von Internet Protocol (IP) kann das Kommunikationsdesign vereinfachen und verbessern. Die Vorteile sind die gleichen wie bei der direkten kabelgebundenen Computersteuerung.
• Der Nachteil ist eine aufwändigere Programmierung und die gleichen Nachteile wie bei der Kabelsteuerung.

Steuerung per IR-Fernbedienung

Infrarotsender und -empfänger machen das Kabel überflüssig, das den Roboter mit dem Bediener verbindet. Dies wird im Allgemeinen von Anfängern verwendet. Für die Arbeit Infrarotsteuerung eine „Sichtverbindung“ ist erforderlich. Um Daten empfangen zu können, muss der Empfänger den Sender jederzeit „sehen“ können.

Infrarot-Fernbedienungen Fernbedienung(wie zum Beispiel Universalfernbedienungen Fernbedienung, für Fernseher) werden verwendet, um Befehle an einen Infrarotempfänger zu senden, der an den Mikrocontroller angeschlossen ist. Anschließend interpretiert es diese Signale und steuert die Aktionen des Roboters.

• Der Vorteil liegt in den geringen Kosten. Zur Steuerung des Roboters können Sie einfache TV-Fernbedienungen verwenden.
• Der Nachteil besteht darin, dass zur Steuerung eine Sichtlinie erforderlich ist.

Fernsteuerung

Die Hochfrequenzsteuerung erfordert einen Sender und Empfänger mit kleinen Mikrocontrollern zum Senden, Empfangen und Interpretieren von Hochfrequenzdaten (RF). Die Empfängerbox enthält Leiterplatte(PCB), das die Empfangseinheit und einen kleinen Servomotor-Controller enthält. Für die Funkkommunikation ist ein mit einem Empfänger abgestimmter/gepaarter Sender erforderlich. Es ist möglich, einen Transceiver zu verwenden, der Daten zwischen zwei physikalisch unterschiedlichen Kommunikationssystemumgebungen senden und empfangen kann.

Die Funksteuerung erfordert keine Sichtverbindung und kann über große Entfernungen durchgeführt werden. Standard-HF-Geräte können Daten zwischen Geräten über Entfernungen von bis zu mehreren Kilometern übertragen. Während professionellere RF-Geräte die Steuerung des Roboters aus nahezu jeder Entfernung ermöglichen.

Viele Roboterdesigner bevorzugen die Herstellung halbautonomer funkgesteuerter Roboter. Dadurch kann der Roboter so autonom wie möglich sein und dem Benutzer Feedback geben. Und kann dem Benutzer bei Bedarf eine gewisse Kontrolle über einige seiner Funktionen geben.

• Die Vorteile liegen in der Möglichkeit, den Roboter über große Entfernungen zu steuern und einfach zu konfigurieren. Die Kommunikation ist omnidirektional, das Signal wird jedoch möglicherweise nicht vollständig durch Wände oder Hindernisse blockiert.
• Die Nachteile sind sehr niedrige Geschwindigkeit Datenübertragung (nur einfache Befehle). Darüber hinaus müssen Sie auf die Frequenzen achten.

Bluetooth-Steuerung

Bluetooth ist ein Funksignal (RF) und wird über bestimmte Protokolle zum Senden und Empfangen von Daten übertragen. Die normale Bluetooth-Reichweite ist oft auf etwa 10 m begrenzt, bietet jedoch den Vorteil, dass Benutzer ihren Roboter über Bluetooth-fähige Geräte steuern können. Dabei handelt es sich in erster Linie um Mobiltelefone, PDAs und Laptops (allerdings ist möglicherweise eine individuelle Programmierung erforderlich, um die Schnittstelle zu erstellen). Ebenso wie die Funksteuerung bietet Bluetooth eine bidirektionale Kommunikation.

• Vorteile: Steuerbar von jedem Bluetooth-fähigen Gerät. In der Regel ist jedoch eine zusätzliche Programmierung erforderlich. Dies sind Smartphones, Laptops usw. Höhere Datenraten können omnidirektional sein. Daher ist keine Sichtverbindung erforderlich und das Signal kann ein wenig Wände durchdringen.
• Mängel. Muss paarweise arbeiten. Die Distanz beträgt in der Regel ca. 10m (ohne Hindernisse).

WiFi-Steuerung

WiFi-Steuerung ist oft zusätzliche Option für Roboter. Fähigkeit, den Roboter zu steuern drahtloses Netzwerküber das Internet bietet einige wesentliche Vorteile (und einige Nachteile). drahtlose Steuerung. Um die Steuerung des Roboters über WLAN einzurichten, benötigen Sie einen mit dem Internet verbundenen WLAN-Router und eine WLAN-Einheit am Roboter selbst. Für den Roboter können Sie ein Gerät verwenden, das das TCP/IP-Protokoll unterstützt.

• Der Vorteil liegt in der Möglichkeit, den Roboter von jedem Ort der Welt aus steuern zu können. Dazu muss es sich innerhalb der Reichweite des WLAN-Routers befinden. Hohe Datenübertragungsraten sind möglich.
• Die Nachteile bestehen darin, dass eine Programmierung erforderlich ist. Die maximale Entfernung wird in der Regel durch die Wahl des WLAN-Routers bestimmt.

Steuerung per Handy

Andere drahtlose Technologie, das ursprünglich für die Mensch-Mensch-Mobilfunkkommunikation entwickelt wurde, wird heute zur Steuerung von Robotern eingesetzt. Da Frequenzen Handy sind einstellbar, die Aktivierung des Mobilfunkmoduls am Roboter erfordert in der Regel zusätzliche Programmierung. Es ist auch nicht erforderlich, das System zu verstehen Mobilfunknetz und Regeln.

• Vorteile: Der Roboter kann überall gesteuert werden Mobilfunksignal. Satellitenkommunikation möglich.
• Mängel; Einrichten der Softwaresteuerung Mobilfunkkommunikation Kann eine Herausforderung sein – nichts für Anfänger. Jedes Mobilfunknetz hat seine eigenen Anforderungen und Einschränkungen. Der Online-Dienst ist nicht kostenlos. Normalerweise gilt: Je mehr Daten Sie übertragen, desto mehr Geld müssen Sie bezahlen. Das System ist noch nicht für den Einsatz in der Robotik konfiguriert.

Der nächste Schritt besteht darin, das volle Potenzial des Mikrocontrollers in Ihrem Roboter auszuschöpfen. Und zunächst einmal die Programmierung seines Algorithmus zur Eingabe der Daten seiner Sensoren. Autonome Kontrolle kann verschiedene Formen annehmen:

1. ohne Umweltrückkopplung vorprogrammiert werden
2. mit begrenzt Rückmeldung mit Sensoren
3. mit komplexem Sensor-Feedback

Echtes autonomes Fahren erfordert viele Sensoren und Algorithmen. Sie ermöglichen dem Roboter eine selbstständige Bestimmung beste Aktion in jeder Situation. Die ausgefeiltesten Steuerungsmethoden, die derzeit bei autonomen Robotern implementiert sind, sind visuelle und akustische Befehle. Zur visuellen Kontrolle blickt der Roboter auf eine Person oder einen Gegenstand, um seine Befehle zu empfangen.

Einen Roboter so zu steuern, dass er nach links abbiegt, indem man einen nach links zeigenden Pfeil auf einem Blatt Papier liest, ist viel schwieriger zu bewerkstelligen, als man sich vorstellen kann. Auch ein Servicebefehl wie „links abbiegen“ erfordert einiges an Programmierung. Das Programmieren vieler komplexer Befehle wie „Bring mir Hausschuhe“ ist keine Fantasie mehr. Obwohl es viel erfordert hohes Niveau Programmierung und große Menge Zeit.

• Die Vorteile sind „echte“ Robotik. Aufgaben können so einfach sein wie das Blinken eines Lichts auf der Grundlage eines einzelnen Sensors bis zur Landung eines Raumschiffs auf einem fernen Planeten.
• Die Nachteile hängen nur vom Programmierer ab. Wenn der Roboter etwas tut, was Sie nicht möchten, haben Sie nur eine Möglichkeit. Hiermit überprüfen Sie Ihren Code, ändern ihn und laden die Änderungen in den Roboter.

Praktischer Teil

Das Ziel unseres Projekts ist die Schaffung einer autonomen Plattform, die in der Lage ist, Entscheidungen auf der Grundlage externer Signale von Sensoren zu treffen. Wir werden einen Lego EV3-Mikrocontroller verwenden. Es ermöglicht uns, es als völlig autonome Plattform zu schaffen. Und teilautonom, gesteuert über Bluetooth oder über ein Infrarot-Bedienpanel.

Programmierbarer LEGO EV3-Stein