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