Кіріспе

Робот түрі

Қозғалмалы робот – қозғалуға қабілетті автоматты машина. Мобильді робототехника көбінесе робототехника және ақпараттық инженерияның кіші саласы болып есептеледі. Қозғалмалы роботтар өз ортасында қозғала алады және бір физикалық орынға бекітілмейді. Қозғалмалы роботтар "автономды" (AMR – автономды мобильді робот) болуы мүмкін, яғни физикалық немесе электромеханикалық басқару құрылғыларын қажет етпей, бақыланбайтын ортада өзін-өзі бағыттай алады. Балама ретінде, қозғалмалы роботтар салыстырмалы түрде бақыланатын кеңістікте алдын ала белгіленген бағытталма маршрут бойынша жүруге мүмкіндік беретін басқару құрылғыларына сүйене алады. Керісінше, өнеркәсіптік роботтар көбінесе стационарлы болады, олар буынды қолдан (көп байланысты манипулятордан) және тұтқа жинағынан (немесе соңғы эффекттен) тұрады, бұл тұрақты бетке бекітіледі. Қозғалмалы роботтар коммерциялық және өнеркәсіптік ортада кеңінен қолданыла бастады. Ауруханалар көп жылдар бойы материалдарды тасымалдау үшін автономды мобильді роботтарды пайдаланып келеді. Қоймаларда материалдарды сақтау сөрелерінен тапсырыс орындау аймақтарына тиімді түрде тасымалдау үшін мобильді роботтық жүйелер орнатылған. Қозғалмалы роботтар қазіргі зерттеулердің маңызды бағыты болып табылады және дерлік барлық ірі университеттерде мобильді роботтарды зерттеуге бағытталған бір немесе бірнеше зертханасы бар. Қозғалмалы роботтар өнеркәсіптік, әскери және қауіпсіздік салаларында да қолданылады. Қозғалмалы роботтың құрамдас бөліктері – басқарушы, сенсорлар, атқарушы механизмдер және қуат жүйесі. Атқарушы механизмдер әдетте роботты қозғалтатын моторларды білдіреді, бұл дөңгелекті немесе аяқты болуы мүмкін. Қозғалмалы роботты қуаттандыру үшін көбінесе айнымалы ток (AC) орнына тұрақты ток (DC) қуат көзі (яғни батарея) қолданылады.

Қолмен басқару немесе теле-операция

Қолмен телебасқарылатын робот жүргізушінің джойстик немесе басқа басқару құрылғысы арқылы толық бақылауында болады. Құрылғы тікелей роботқа қосылуы мүмкін, сымсыз джойстик болуы мүмкін, немесе сымсыз компьютер немесе басқа контроллерге қосымша құрылғы ретінде таңылған болуы мүмкін. Телебасқарылатын роботтар көбінесе операторды қауіптен қорғау үшін қолданылады. Қолмен басқарылатын қашықтан басқару роботтарының мысалдары: Robotics Design компаниясының ANATROLLER ARI 100 және ARI 50, Foster Miller компаниясының Talon, iRobot компаниясының PackBot және KumoTek компаниясының MK 705 Roosterbot.

Қадағалаудағы теле-операция

Қадағалаумен жабдықталған телеоп роботы кедергілерді сезіп, олардан қаша алады, бірақ әйтпесе, қолмен басқарылатын телеоп роботы сияқты, жүргізілген бағытта қозғалады. Көптеген мобильді роботтарда тек қадағалаумен жабдықталған телеоп мүмкіндігі ғана бар. (Төмендегі «Қозғалыс автономиясы» бөлімін қараңыз.)

Жолға ұмтылған көлік

Алғашқы автоматтандырылған басқару машиналарының (АЖК) кейбірі сызықты ұстандыратын мобильді роботтар болды. Олар еденге немесе төбеге боялған немесе кіріктірілген сызықты немесе едендегі электр сымын ұстандыратын. Осы роботтардың көпшілігі "сенсордағы сызықты ортада ұстау" деген қарапайым алгоритммен жұмыс істеді. Олар кедергілерді айналып өте алмайтын, жолына бірдеңе тосқанда тоқтап, күтетін. Мұндай көліктердің көптеген үлгілері әлі де Transbotics, FMC, Egemin, HK Systems және тағы да көптеген компаниялармен сатылуда. Роботтардың осы түрі робототехниканың қыр-сырын үйренудің алғашқы қадамы ретінде белгілі робот қоғамдарында кеңінен танымал.

Автономды түрде кездейсоқ робот

Кездейсоқ қозғалыс жасайтын автономды роботтар, қабырғаларды сезгенімен, олардан кері секіріп түседі.

Автономды басқарылатын робот

Автономды түрде басқарылатын робот өзінің қайда екенін және жол бойындағы әртүрлі мақсаттарға немесе бағыттық нүктелерге қалай жету керектігі туралы кем дегенде бірқатар ақпаратты біледі. "Орналасуды анықтау" немесе оның ағымдағы орнының білімі, моторлық энкодерлер, көру, стереоскопия, лазерлер және жаһандық позициялау жүйелері сияқты сенсорларды қолдана отырып, бір немесе бірнеше тәсілмен есептеледі. Позициялау жүйелері платформаның орналасуын және бағытын анықтау үшін көбінесе триангуляция, салыстырмалы орналасу және/немесе Монте-Карло/Марков локализациясын пайдаланады, содан кейін ол келесі бағыттық нүктеге немесе мақсатына жолды жоспарлай алады. Ол уақыт және орын туралы белгіленген сенсорлық мәліметтерді жинақтай алады. Мұндай роботтар көбінесе ғимараттағы басқа сенсорлық және басқару жүйелерімен байланысқан сымсыз корпоративтік желінің бөлігі болып табылады. Мысалы, PatrolBot қауіпсіздік роботы дабылға жауап береді, лифттерді басқарады және жағдай туған кезде басқару орталығына хабарлайды. Басқа автономды роботтардың ішінде SpeciMinder және TUG ауруханалық жеткізу роботтары бар.

Жылжымалы автономия

Құзырлы роботтар жылжымалы автономия деп аталатын жүйеде бірнеше деңгейдегі навигацияны біріктіреді. HelpMate аурухана роботы сияқты көптеген автономды басқарылатын роботтар, роботты адамның басқаруына мүмкіндік беретін қолмен басқару режимін де ұсынады. ADAM, PatrolBot, SpeciMinder, MapperBot және басқа да бірқатар роботтарда қолданылатын Motivity автономды робот операциялық жүйесі, қолмен, күзетілген және автономды режимдерге дейін толық жылжымалы автономияны қамтамасыз етеді.

Тарих

Дата дамуы 1939–1945 жылдары Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде компьютерлік ғылым және кибернетика сияқты бірқатар салыстырмалы түрде жаңа зерттеу салаларындағы техникалық жетістіктердің нәтижесінде алғашқы мобильді роботтар пайда болды. Олар негізінен ұшқыш бомбалар еді. Мысал ретінде нысананың белгілі бір қашықтығында ғана жарылатын ақылды бомбалар, басқару жүйелері мен радарлық басқаруды қолдану. V1 және V2 ракеталарында қарапайым «автопилот» және автоматты жарылыс жүйесі болды. Олар қазіргі заманғы зымырандардың алдағысы болды. 1948–1949 жылдары У. Грей Уолтер Эльмер мен Элсиді, екі автономды роботты құрастырады, олар Machina Speculatrix деп аталды, себебі бұл роботтар өз ортасын зерттеуді ұнататын. Эльмер мен Элсидің әрқайсысы жарық сенсорымен жабдықталған. Егер олар жарық көзін тапса, олар оған қарай қозғалады, жолдағы кедергілерден аулақ жүреді немесе оларды айналып өтеді. Бұл роботтар қарапайым конструкциядан күрделі мінез-құлық туындауы мүмкін екенін көрсетті. Эльмер мен Элсиде тек екі нерв жасушасының эквиваленті болды. 1961–1963 жылдары Джон Хопкинс университеті «Жануар» роботын әзірлейді. «Жануар» қозғалыс үшін сонарды қолданды. Батареясы азайғанда, ол қуат розеткасын тауып, өзі қосып қоятын. 1969 жылы Mowbot – газонды автоматты түрде қырқуға қабілетті алғашқы робот болды. 1970 жылы Стэнфорд Cart желісінің ізбасары – камераны пайдаланып ақ сызықты көре алатын мобильді робот. Ол есептеулерді жүргізетін үлкен орталық компьютермен радиобайланыс арқылы қосылған. Шамамен сол уақытта (1966–1972) Стэнфорд ғылыми-зерттеу институты Шейки роботын жасап, зерттеу жұмыстарын жүргізеді, оның икемсіз қозғалысы үшін осылай аталды. Шейкиде камера, қашықтық өлшегіш, соқтығыс сенсорлары және радиобайланыс болды. Шейки өз іс-әрекеттері туралы ойлана алатын алғашқы робот болды. Бұл дегеніміз, Шейкиге өте жалпы командалар берілуі мүмкін, ал робот берілген тапсырманы орындау үшін қажетті қадамдарды анықтайды. Кеңес Одағы Луноход-1 айлық ровермен Ай бетін зерттейді. 1976 жылы «Викинг» бағдарламасы аясында НАСА Марсқа екі адамсыз ғарыш кемесін жібереді. 1980 жылы халықтың роботтарға деген қызығушылығы артып, үйде қолдануға болатын роботтар пайда болды. Бұл роботтар ойын-сауық немесе білім беру мақсаттарына қызмет етті. Мысалы, RB5X, ол әлі күнге дейін бар және HERO сериясы. Стэнфорд Cart енді кедергілер арқылы жүзіп, қоршаған ортаның картасын жасай алады. 1980 жылдардың басында Мюнхендегі Бундесвер университетінің Эрнст Дикманн командасы бос көшелерде 55 миль/сағ жылдамдықпен жүретін алғашқы робот машиналарын жасайды. 1983 жылы С. Бозиновский мен М. Сестаков IBM Series/1 компьютерінің көп тапсырмалы жүйесін пайдалана отырып, параллель бағдарламалау арқылы мобильді роботты басқарады. 1986 жылы Стив Бозиновский мен Георгий Груевский дөңгелекті роботты сөйлеу командалары арқылы басқарады. Жобаны Македонияның ғылыми қызмет қауымдастығы қолдады. 1987 жылы Хьюз ғылыми-зерттеу зертханасы робот көліктерінің алғашқы картасы мен сенсорлық автономды жұмысын көрсетті. 1988 жылы Стьево Бозиновский, Михаил Сестаков және Лиляна Бозиновская ЭЭГ сигналдарын пайдалана отырып, мобильді роботты басқарады. 1989 жылы Стив Бозиновский мен оның командасы EOG сигналдарын пайдалана отырып, мобильді роботты басқарады. Данте II Карнеги Меллон университетінде әзірленді. Екеуі де тірі жанартауларды зерттеу үшін пайдаланылған жаяу роботтар еді. 1994 жылы Daimler Benz компаниясының VaMP және VITA 2 робот көліктері және UniBwM компаниясының Эрнст Дикманн есімді екі машинасы қонақтарды алып, Париждің үш жолақты тас жолында 130 км/сағ жылдамдықпен стандартты ауыр көлік қозғалысы кезінде мыңнан астам шақырым жолды басып өтті. Олар автономды жүргізуді еркін жолақтарда, конвойда жүргізуді және жолақты солға және оңға ауыстыруды басқа көліктердің автономды өтуімен көрсетті. 1995 жылы жартылай автономды ALVINN машинасы компьютерлік бақылаумен жағалаудан жағалауға дейін 2850 мильдің 50-нен басқа барлық жерде жүрді. Алайда газ бен тормоздарды адам басқаратын. 1995 жылы сол жылы Эрнст Дикманнның робот көліктерінің бірі (роботпен басқарылатын газ бен тежегішпен) Мюнхеннен Копенгагенге дейін және кері қарай 1000 мильден астам жол жүрді, трафикте 120 миль/сағ жылдамдықпен, кейде басқа көліктерді өткізу үшін маневрлер орындады (бірнеше маңызды жағдайларда ғана қауіпсіздік жүргізушісі өз міндетін атқарды). Көшедегі тез өзгеріп отыратын көріністерді бақылау үшін белсенді көру жүйесі қолданылды. 1995 жылы Pioneer бағдарламаланатын мобильді роботы қолжетімді бағамен коммерциялық сатылымға шығады, бұл келесі он жылда робототехникалық зерттеулердің және университет оқуының кең ауқымды өсуіне мүмкіндік берді, өйткені мобильді робототехника университет оқу бағдарламасының стандартты бөлігіне айналды. 1996 жылы Cyberclean Systems толыққандай автономды вакуумдық тазалау роботын әзірлейді, ол өзі зарядталатын, лифттерді пайдаланатын және ешқандай адамның араласуынсыз дәліздерді тазалайтын. 1996–1997 жылдары НАСА Марс Pathfinder және оның Sojourner роверін Марсқа жібереді. Ровер жер бетін зерттейді, Жерден басқарылады. Sojourner қауіпті жағдайдан сақтану жүйесімен жабдықталған. Бұл Sojourner-ге белгісіз марсиандық жерде өзіндік жол табуға мүмкіндік берді. 1999 жылы Sony Aibo-ны ұсынады, ол көруге, жүруге және қоршаған ортамен өзара әрекеттесе алатын роботтық итті. PackBot қашықтан басқарылатын әскери мобильді роботы ұсынылды. 2001 жылы Swarm bots жобасы басталды. Swarm bots жәндіктер колониясына ұқсайды. Әдетте олар көптеген қарапайым роботтардан тұрады, олар бір-бірімен өзара әрекеттесе алады және бірге күрделі тапсырмаларды орындай алады. 2002 жылы Roomba пайда болады, еденді тазалайтын автономды мобильді робот. 2002 жылы Невена Бозиновска, Георгий Йованчевский және Стьево Бозиновский қашықтықтан оқыту робототехникалық сабағында интернет негізінде роботты басқаруды жүзеге асырды. АҚШ-тың Оңтүстік Каролина штатындағы университетке қарасты мобильді робот Еуропадағы Кирил және Мефодий университетінің студенттерімен басқарылды. 2003 жылы Axxon Robotics Intellibot компаниясын сатып алады, ол ауруханаларда, кеңселерде және басқа да коммерциялық ғимараттарда еденді жуатын, вакуумдайтын және сыпыратын коммерциялық роботтардың желісін өндіруші. Intellibot Robotics LLC компаниясының еденді күту роботтары толыққандай автономды түрде жұмыс істейді, қоршаған ортаның картасын жасайды және навигация мен кедергілерден сақтану үшін сенсорлар жиынтығын пайдаланады. 2004 жылы Mark Tilden әзірлеген биоморфтық ойыншық робот Robosapien коммерциялық сатылымға шығады. «The Centibots Project» жобасында 100 автономды робот белгісіз ортаның картасын жасау және ортадағы нысандарды іздеу үшін бірлесіп жұмыс істейді. Бірінші DARPA Grand Challenge жарысында толыққандай автономды көліктер шөлдегі трассада бір-бірімен жарысады. 2005 жылы Boston Dynamics ауыр жүктерді көліктерге келмейтін жерлерге тасымалдауға арналған төрт аяқты робот жасайды. 2006 жылы Sony Aibo және HelpMate өндірісті тоқтатады, бірақ мобильді роботтардың коммерциялық тұрғыдан тиімді болу үшін күресін жалғастыра отырып, төмен бағалы PatrolBot, жаңаша өңделетін автономды қызмет көрсету роботы жүйесі қолжетімді болады. АҚШ Қорғаныс министрлігі MDARS I жобасын тоқтатады, бірақ автономды далалық робот MDARS E-ге қаржылай көмек көрсетеді. TALON Sword, граната ұрғышы және басқа да біріктірілген қару-жарақ опциялары бар алғашқы коммерциялық робот шығарылады. Honda-ның Asimo жүгіруді және баспалдақтармен көтерілуді үйренеді. 2007 жылы DARPA Urban Grand Challenge жарысында алты көлік адамдармен және кедергілермен бірге күрделі трассаны автономды түрде аяқтайды. Kiva Systems роботтары тарату операцияларында көбейеді; бұл автоматтандырылған сөрелік бөлімдер өнімдерінің танымал болуына қарай өздігінен реттеледі. Tug ауруханаларда үлкен қоймаларды бір жерден екінші жерге тасымалдау үшін танымал құралға айналады, ал Speci Minder with Motivity медбикелер станцияларынан әртүрлі зертханаларға қан және басқа пациент үлгілерін тасымалдай бастайды. Seekur, кеңінен қолжетімді, әскери емес сыртқы қызмет көрсету роботы, 3 тонналық көлікті тұраққа тартып, ішкі кеңісте автономды түрде жүреді және сыртта өзін-өзі бағдарлауды үйрене бастайды. Сонымен қатар, PatrolBot адамдарды іздеуді және есіктердің ашық екенін анықтауды үйренеді. 2008 жылы Boston Dynamics мұзды жерде жүре алатын және жағынан итерілгенде тепе-теңдігін сақтай алатын жаңа буын BigDog роботының бейнесін жариялайды. 2010 жылы Multi Autonomous Ground robotic International Challenge жарысында автономды көліктер тобы картаны жасайды...