Transcript Robotai
Robotų programavimo technologijos T125B114 2014 m. Robertas Damaševičius [email protected] Robotai. Robototechnika. Robotų programavimas. Kas yra robotas? Robotas yra „perprogramuojamas daugiafunkcinis manipuliatorius suprojektuotas transportuoti medžiagas, detales, įrankius ar specializuotus įtaisus naudojant įvairius užprogramuotus judesius ir skirtas įvairių užduočių atlikimui“ [The Robot Institute of America, 1979] Robotas yra „automatinis įtaisas, kuris atlieka paprastai žmonių atliekamus veiksmus“ [Webster, 1993]. Robotas – „mašina, kuri gali suvokti aplinką, reaguoti į ją ir veikti“ [A. Machworth]. Kas yra robotas? (2) Robotas – „elektromechaninė, kompiuterio valdoma mašina atliekanti užprogramuotas užduotis“. Robotas – mechaninis aparatas, galintis atlikti užprogramuotas fizines užduotis. Robotas gali būti valdomas tiesiogiai žmogaus arba veikti valdomas užprogramuoto kompiuterio. Robotai gali atlikti užduotis, kurios yra pavojingos žmogui, dirbti žmonėms kenksmingoje aplinkoje. Jie taip pat gali atlikti monotoniškas, dažnai pasikartojančias užduotis, tokiu būdu pigiai pakeisdami žmogaus rankų darbą Kas yra robotika? Robototechnika (robotika) – mokslas apie robotų kūrimo, gamybos ir panaudojimo metodus Robotikos terminą sukūrė I. Asimov, 1941 m. Daugiau apie robotų istoriją: History of Robots http://www.youtube.com/watch?v=oEuFZcURXEU Robotikos raida Rinkos tik vystosi Nuotolinis valdymas Techninė priežiūra Sauga Švietimas Pramogos Akademiniai tyrimai Sudėtinga tema Dažniausiai programuojama rankiniu būdu EURON roadmap: 2015 -> It‘s all about software 6 Robotų rinkos augimas (1) Robotų rinkos augimas (2) Robotų rinkos augimas (3) 2013-2016 prognozuojama: bus parduota 22 mln. asmeniniam taikymui skirtų robotų, iš jų: Buitiniai robotai (dulkių siurbliai, žoliapjovės, langų valymo robotai ir kt.): 15,2 mln. Vnt. / 5,6 mlrd. USD. Žaisliniai / mėgėjiški robotai: 3,5 mln. vnt. Edukaciniai / moksliniai: 3 mln. vnt. Neįgaliesiems / slaugos: 6400 vnt. Robotikos raidos tendencijos (1) Žmogaus-roboto bendradarbiavimas (co-robots) Apjungimas su 3D sensoriais (Kinect) Padeda robotams orientuotis realiame pasaulyje Multi-robotai (multi-robots, Swarm robotics) Nuotolinis valdymas yra sudėtingas Roboto autonomiškumas sunkiai pasiekiamas Bendradarbiaujančių robotų grupės (spiečiai) Miniatiūrizacija (nanorobotika, mikrobotai) Paieškos uždaviniai, energijos išgavimas iš aplinkos Robotika debesyse (Cloud robotics) Sudėtingų skaičiavimų (vaizdų, balso atpažinimas) perkėlimas į debesis Paskirstyta užduočių sprendimo duomenų bazė RoboEarth projektas (robotų internetas, http://roboearth.org/) Robotikos raidos tendencijos (2) Robotai su elastiniais vykdytuvais Išmanieji telefonai kaip robotų “smegenys” “Dirbtinė oda” Robotas naudoja išmaniųjų telefonų jutiklius, procesorių, displėjų ir interneto prieigą Autonominiai automobiliai Automatinis parkavimasis Važiavimas su “auto-pilotu” Robotikos raidos tendencijos (2) 3D spausdinti robotai: Intel Jimmy Nuotoliniu būdu valdomos skraidyklės Lankstaus sparno technologija Skraidančių robotų spiečiai https://www.youtube.com/watch?v=YQIMGV5vtd4 Rototika kitų mokslų kontekste Robotika glaudžiai susijusi su : Mechanika – mechaninių dalių konstravimas ir valdymas Kinematika – mokslas apie judėjimą Elektronika – elektrinių komponentų sujungimas ir valdymas Informatika – valdymo algoritmai, dirbtinis intelektas Chemija – medžiagų tvirtumas, lengvumas, atsparumas Biologija – biologinių sistemų elgsena, gamtos procesų panaudojimas įgyvendinant robotikos uždavinius. Neuroinformatika – dirbtinio intelekto metodai Robotų įvairovė Platus taikymų spektras Komercinis Akademinis Asmeninis Kaip juos programuoti? Iššūkiai Sudėtingumas Atkartojamumas Patikimumas Resursai Įrankiai Technologijos Pasirinkimas Sprendimų dalinimasis Įgūdžių/patirtis perdavimas 14 Robotų klasifikavimas Industriniai robotai Buitiniai robotai Medicininiai robotai Kariniai robotai Aptarnavimo robotai Laisvalaikio robotai Tyrinėjimo robotai Industriniai robotai Automatiškai valdomas, programuojamas, manipuliatorius veikiantis 3 ar daugiau ašyse [ISO standartas 8373:1994] Mažesnėmis materialinėmis sąnaudomis robotai gali atlikti gamybines funkcijas besikeičiančioje gamybos aplinkos sąlygomis. Naudojami gamybos linijų automatizavimui, mažinant žmogiškąjį faktorių, dirbant kenksmingomis aplinkos sąlygomis. Naminiai (buitiniai) robotai Naudojami atlikti namų apyvokos darbus (kambarių siurbimas, baseino valymas, kiemo tvarkymas, žolės pjovimas). Medicininiai robotai Naudojami mūsų sveikatos gerinimui: operacijoms daryti, slaugyti, bioniniai protezai, nanorobotai. Kariniai robotai Skirti atlikti karinius veiksmus Gali būti naudojami sprogmenų paieškose, perimetro apsaugai, įrangos transportavimui nesaugioje zonoje Aptarnavimo robotai Naudojami aptarnavimo sferose, baruose, rūbinėse, bilietų pardavimo kasose Laisvalaikio robotai Atkartoja įvairias emocijas ir judesius Gali būti liūdni, linksmi, bendraujantys su žmonėmis Dažniausiai būna žaislai Tyrinėjimo robotai Robotai, kurie dažniausiai naudojami įvairiuose moksliniuose tyrimuose (pvz. kosmose). Robotų kartos Pagal manipuliatoriaus valdymo principą robotai skirstomi į tris kartas Pirmos kartos robotai gali atlikti žmogaus užduotį tik jiems gerai pritaikytomis nekintamomis sąlygomis ir valdomi pagal nekintančią programą Antros kartos robotai turi jutiklius ir sugeba prisitaikyti prie kintančios aplinkos Trečios kartos robotai su dirbtiniu intelektu. Tai tobuliausia adaptyvių sistemų klasė, gebanti apdoroti plataus diapazono informaciją, kryptingiau elgtis kintančioje aplinkoje Robotų skirstymas (1) A. Manipuliaciniai Automatiniai Biotechniniai (rankinio valdymo) 1. Programuojamieji– pirmoji karta 2. Adaptaciniai – antroji karta 3. Intelektiniai (integraliniai) – trečioji karta 1. Komandinio valdymo 2. Kopijuojantys 3. Pusiau automatiniai Interaktyvieji 1. Automatizuotieji (automatiniai, kombinuoti su biotechniniais) 2. Supervizoriniai (automatiniai, kuriems tikslą nurodo žmogus) 3. Dialoginiai (kompiuteris – operatorius) Robotų skirstymas (2) B. Mobilieji Žingsniuojantys Savaeigiai 1. Programuojamieji 2. Biotechniniai 3. Intelektiniai 1. Programuojamieji 2. Adaptyvieji 3. Intelektiniai Egzoskeletai 1. Atvirieji (tvirtinami tiesiog prie žmogaus rankų ar kojų) 2. Skafandriniai (įmontuoti skafandre) 3. Šokinėjantys (naudojami šokti per kliūtis) Robotų skirstymas (3) C. Informaciniai Tyrinėjantys 1. Nenutrūkstamai teikiantys informaciją 2. Kaupiantys informaciją 3. Nuotolinio valdymo aktyvieji Atpažįstantys 1. Kontaktiniai 2. Nuotolinio valdymo pasyvieji 3. Nuotolinio valdymo aktyvieji Robotų skirstymas (4) D. Kūrybiniai - žaidžiantys Projektuojantys Žaidžiantys 1. Programinio valdymo 2. Interaktyvus 3. Intelektiniai 1. Poziciniai žaidimai 2. Dinaminiai žaidimai 3. Efektyvumo nustatymo sistemos arba priemonės Kompoziciniai 1. Automatinis vertėjas 2. Referentas, bibliografas, kasininkas 3. Kompozitorius, poetas Robotų skirstymas (5) E. Kompleksiniai 1. Programuojamieji 2. Biotechniniai 3. Intelektiniai Robotų evoliucijos tempai T. Duckett. An Overview of robot learning. Papildoma vaizdo medžiaga Roboto apmokymas demonstravimo principu http://www.youtube.com/watch?gl=FR&hl=fr&v=FtjC-BXGgAE Pramoninio roboto apmokymas http://www.youtube.com/watch?v=lXSho9loGYU&feature=related Netiesioginis (offline) programavimas http://www.youtube.com/watch?v=P5lRkhpcGO8&feature=related Linijos sekimo uždavinys http://www.youtube.com/watch?v=KxTqvM9qiTc&feature=related Roboto klajojimo uždavinys http://www.youtube.com/watch?v=pG9M5WMzaqw Sienos sekimo problema http://www.youtube.com/watch?v=vXNBbLTHQzY Žolės pjovimas http://www.youtube.com/watch?v=yOtPr6Xu2bM LEGO Braitenbergo‘o mašina http://www.youtube.com/watch?v=yUVcI5Pw2o4