Мобильный робот
Тип робота
Робот -пылесос

Мобильный робот — это автоматическая машина , способная к передвижению . [1] Мобильная робототехника обычно считается подразделом робототехники и информационной инженерии . [2]

Мобильные роботы имеют возможность перемещаться в своей среде и не привязаны к одному физическому местоположению. Мобильные роботы могут быть «автономными» (AMR — автономный мобильный робот ), что означает, что они способны перемещаться в неконтролируемой среде без необходимости в физических или электромеханических устройствах наведения. [3] В качестве альтернативы мобильные роботы могут полагаться на устройства наведения, которые позволяют им перемещаться по заранее определенному маршруту навигации в относительно контролируемом пространстве. [4] Напротив, промышленные роботы обычно более или менее стационарны, состоящие из сочлененной руки (многозвенного манипулятора) и узла захвата (или конечного эффектора ), прикрепленных к фиксированной поверхности. Соединение.

Мобильные роботы стали более распространенными в коммерческих и промышленных условиях. Больницы уже много лет используют автономных мобильных роботов для перемещения материалов. Склады установили мобильные роботизированные системы для эффективного перемещения материалов со складских полок в зоны выполнения заказов. Мобильные роботы также являются основным направлением современных исследований, и почти в каждом крупном университете есть одна или несколько лабораторий, которые занимаются исследованиями мобильных роботов. [5] Мобильные роботы также встречаются в промышленных, военных и охранных учреждениях.

Компонентами мобильного робота являются контроллер, датчики, исполнительные механизмы и система питания. [3] Контроллер, как правило, представляет собой микропроцессор, встроенный микроконтроллер или персональный компьютер (ПК). Используемые датчики зависят от требований робота. Требованиями могут быть навигационное счисление , тактильное и бесконтактное зондирование , триангуляционное измерение, предотвращение столкновений, определение местоположения и другие конкретные приложения. [6] Исполнительные механизмы обычно относятся к двигателям, которые перемещают робота, могут быть колесными или ножными. Для питания мобильного робота обычно мы используем источник питания постоянного тока (который является аккумулятором) вместо переменного тока.

Классификация

Мобильные роботы могут быть классифицированы по: [ необходима цитата ]

  • Среда, в которой они путешествуют:

Навигация мобильного робота

Существует много типов навигации мобильных роботов :

Ручное дистанционное управление или телеуправление

Телеуправляемый робот полностью находится под контролем водителя с джойстиком или другим устройством управления. Устройство может быть подключено непосредственно к роботу, может быть беспроводным джойстиком или может быть аксессуаром к беспроводному компьютеру или другому контроллеру. Телеуправляемый робот обычно используется, чтобы уберечь оператора от опасности. Примерами ручных дистанционных роботов являются ANATROLLER ARI-100 и ARI-50 от Robotics Design , Talon от Foster-Miller, PackBot от iRobot и MK-705 Roosterbot от KumoTek.

Охраняемый телеоператор

Защищенный телеуправляемый робот имеет возможность чувствовать и избегать препятствий, но в остальном будет перемещаться как управляемый, как робот под ручным телеуправлением. Мало кто из мобильных роботов предлагает только защищенный телеуправление. (См. Скользящая автономность ниже.)

Машина, следующая по линии

Некоторые из самых ранних автоматизированных управляемых транспортных средств (AGV) были мобильными роботами, следующими по линии. Они могли следовать визуальной линии, нарисованной или встроенной в пол или потолок, или по электрическому проводу в полу. Большинство этих роботов работали по простому алгоритму «держать линию в центральном датчике». Они не могли объезжать препятствия; они просто останавливались и ждали, когда что-то блокировало их путь. Многие образцы таких транспортных средств до сих пор продаются компаниями Transbotics, FMC, Egemin, HK Systems и многими другими. Эти типы роботов до сих пор широко популярны в известных робототехнических обществах в качестве первого шага к изучению закоулков робототехники.

Автономно рандомизированный робот

Автономные роботы с хаотичным движением по сути отскакивают от стен, независимо от того, обнаруживаются ли эти стены.

Автономно управляемый робот (AGR)

Разработчики роботов используют готовые автономные базы и программное обеспечение для быстрого проектирования приложений роботов. Оболочки в форме людей или персонажей мультфильмов могут покрывать базу, чтобы замаскировать ее. [9]

Автономно управляемый робот знает, по крайней мере, некоторую информацию о том, где он находится и как достичь различных целей и/или контрольных точек на своем пути. « Локализация » или знание его текущего местоположения вычисляется одним или несколькими способами, используя датчики, такие как энкодеры двигателя, зрение, стереоскопическое зрение , лазеры и глобальные системы позиционирования.

Системы позиционирования часто используют триангуляцию, относительное положение и/или локализацию Монте-Карло/Маркова для определения местоположения и ориентации платформы, из которой она может планировать путь к следующей точке маршрута или цели. Она может собирать показания датчиков, которые имеют метку времени и местоположения. Такие роботы часто являются частью беспроводной корпоративной сети, взаимодействующей с другими системами обнаружения и управления в здании. Например, робот безопасности PatrolBot реагирует на сигналы тревоги, управляет лифтами и уведомляет командный центр, когда возникает инцидент. Другие автономно управляемые роботы включают SpeciMinder и роботов доставки TUG для больницы. [ необходима цитата ]

Автономный мобильный робот (AMR)

Автономность скольжения

Более способные роботы объединяют несколько уровней навигации в системе, называемой скользящей автономностью. Большинство автономно управляемых роботов, таких как больничный робот HelpMate, также предлагают ручной режим, который позволяет человеку управлять роботом. Операционная система автономного робота Motivity, которая используется в ADAM, PatrolBot, SpeciMinder, MapperBot и ряде других роботов, предлагает полную скользящую автономность, от ручного до защищенного и автономного режимов.

История

ДатаРазработки
1939–1945Во время Второй мировой войны первые мобильные роботы появились в результате технических достижений в ряде относительно новых исследовательских областей, таких как компьютерная наука и кибернетика . В основном это были летающие бомбы. Примерами являются умные бомбы, которые взрываются только в определенном диапазоне от цели, использование систем наведения и радиолокационного управления. Ракеты V1 и V2 имели грубый «автопилот» и автоматические системы подрыва. Они были предшественниками современных крылатых ракет .
1948–1949W. Grey Walter строит Элмера и Элси , двух автономных роботов, названных Machina Speculatrix, потому что эти роботы любили исследовать окружающую среду. Элмер и Элси были оснащены датчиком света. Если они находили источник света, они двигались к нему, избегая или перемещая препятствия на своем пути. Эти роботы продемонстрировали, что сложное поведение может возникнуть из простой конструкции. У Элмера и Элси был эквивалент только двух нервных клеток. [10]
1961–1963Университет Джонса Хопкинса разрабатывает « Зверя ». Зверь использовал сонар для передвижения. Когда его батареи садились, он находил розетку и подключался к ней.
1969Mowbot был первым роботом, который автоматически косил газон. [11]
1970Следующим по линии был мобильный робот Stanford Cart, который мог следовать по белой линии, используя камеру для обзора. Он был связан по радио с большим мэйнфреймом , который производил вычисления. [12]
Примерно в то же время (1966–1972) Стэнфордский научно-исследовательский институт строит и проводит исследования Shakey the Robot , робота, названного в честь его прерывистого движения. Shakey имел камеру , дальномер , датчики удара и радиосвязь. Shakey был первым роботом, который мог рассуждать о своих действиях. Это означает, что Shakey можно было давать очень общие команды, и что робот определял необходимые шаги для выполнения поставленной задачи.
Советский Союз исследует поверхность Луны с помощью Лунохода-1 , лунохода.
1976В рамках программы «Викинг» НАСА отправляет на Марс два беспилотных космических аппарата .
1980Интерес общественности к роботам растет, что приводит к появлению роботов, которых можно купить для домашнего использования. Эти роботы служили развлекательным или образовательным целям. Примерами служат RB5X , который существует и по сей день, и серия HERO .
Теперь Stanford Cart может прокладывать себе путь через полосы препятствий и составлять карты своего окружения.
Начало 1980-хКоманда Эрнста Дикманна из Мюнхенского университета бундесвера создает первые роботизированные автомобили, развивающие скорость до 55 миль в час по пустым улицам.
1983Стево Божиновски и Михаил Шестаков управляют мобильным роботом с помощью параллельного программирования, используя многозадачную систему компьютера IBM Series/1. [13]
1986Стево Божиновски и Георги Груевски управляют колесным роботом с помощью речевых команд. Проект был поддержан Македонской ассоциацией научной деятельности. [14]
1987Исследовательские лаборатории Хьюза демонстрируют первую карту местности и автономную работу роботизированного транспортного средства на основе датчиков. [15]
1988Стево Божиновски, Михаил Сестаков и Лиляна Божиновска управляют мобильным роботом с помощью сигналов ЭЭГ. [16] [17]
1989Стево Божиновски и его команда управляют мобильным роботом с помощью сигналов EOG. [17]
1989Марк Тилден изобретает робототехнику BEAM .
1990-еДжозеф Энгельбергер , отец промышленного робота-манипулятора, работает с коллегами над разработкой первых коммерчески доступных автономных мобильных больничных роботов, продаваемых Helpmate. Министерство обороны США финансирует проект MDARS-I, основанный на роботе для обеспечения безопасности помещений Cybermotion.
1991Эдо. Франци, Андре Гиньяр и Франческо Мондада разработали Khepera , автономного небольшого мобильного робота, предназначенного для исследовательской деятельности. Проект был поддержан лабораторией LAMI-EPFL.
1993–1994Dante I [18] и Dante II [19] были разработаны в Университете Карнеги-Меллона. Оба были шагающими роботами, используемыми для исследования действующих вулканов.
1994С гостями на борту двойные роботизированные автомобили VaMP и VITA-2 от Daimler-Benz и Ernst Dickmanns от UniBwM проезжают более тысячи километров по трехполосному парижскому шоссе в условиях стандартного интенсивного движения со скоростью до 130 км/ч. Они демонстрируют автономное вождение по свободным полосам, вождение в колонне и смену полосы движения налево и направо с автономным обгоном других автомобилей.
1995Полуавтономный ALVINN управлял автомобилем от побережья до побережья под управлением компьютера на протяжении всего пути, за исключением примерно 50 из 2850 миль. Однако дроссель и тормоза контролировались водителем-человеком.
1995В том же году один из роботизированных автомобилей Эрнста Дикманна (с роботизированным управлением дроссельной заслонкой и тормозами) проехал более 1000 миль из Мюнхена в Копенгаген и обратно, в пробке, со скоростью до 120 миль в час, время от времени совершая маневры, чтобы обогнать другие автомобили (лишь в нескольких критических ситуациях водитель безопасности брал управление на себя). Активное зрение использовалось для того, чтобы справляться с быстро меняющимися уличными сценами.
1995Программируемый мобильный робот Pioneer поступит в продажу по доступной цене, что позволит в течение следующего десятилетия широкомасштабно расширить исследования в области робототехники и университетское обучение, поскольку мобильная робототехника станет стандартной частью университетской учебной программы.
1996Компания Cyberclean Systems [1] разрабатывает первого полностью автономного робота-пылесоса, который самостоятельно заряжался, управлял лифтами и пылесосил коридоры без вмешательства человека.
1996–1997NASA отправляет Mars Pathfinder с марсоходом Sojourner на Марс . Марсоход исследует поверхность, управляемый с Земли . Sojourner был оснащен системой избегания опасностей. Это позволило Sojourner автономно находить дорогу через неизведанную марсианскую местность.
1999Sony представляет Aibo , роботизированную собаку, способную видеть, ходить и взаимодействовать с окружающей средой. Представлен мобильный военный робот с дистанционным управлением PackBot .
2001Начало проекта Swarm-bots. Swarm-боты напоминают колонии насекомых. Обычно они состоят из большого количества отдельных простых роботов , которые могут взаимодействовать друг с другом и вместе выполнять сложные задачи. [20]
2002Появляется Roomba — бытовой автономный мобильный робот , который моет пол.
2002Невена Бозиновска, Георгий Йованчевски и Стево Бозиновски осуществили управление роботом через Интернет в классе дистанционного обучения робототехнике. Мобильный робот в Соединенных Штатах, Университете штата Южная Каролина, управлялся студентами в Европе, Университете Святых Кирилла и Мефодия. [21]
2003Axxon Robotics приобретает Intellibot, производителя линейки коммерческих роботов, которые моют, пылесосят и подметают полы в больницах, офисных зданиях и других коммерческих зданиях. Роботы для ухода за полом от Intellibot Robotics LLC работают полностью автономно, картографируя окружающую среду и используя ряд датчиков для навигации и избегания препятствий.
2004Robosapien , биоморфный игрушечный робот, разработанный Марком Тилденом, доступен для приобретения.
В проекте «The Centibots Project» 100 автономных роботов работают вместе, чтобы составить карту неизвестной среды и искать объекты в ней. [22]
В первом соревновании DARPA Grand Challenge полностью автономные транспортные средства соревнуются друг с другом на трассе в пустыне.
2005Boston Dynamics создает четвероногого робота , предназначенного для перевозки тяжелых грузов по местности, слишком неровной для транспортных средств.
2006Sony прекращает выпуск Aibo , а HelpMate останавливает производство, но становится доступной более дешевая настраиваемая автономная система сервисного робота PatrolBot , поскольку мобильные роботы продолжают бороться за то, чтобы стать коммерчески жизнеспособными. Министерство обороны США прекращает проект MDARS-I, но финансирует MDARS-E, автономного полевого робота. Выпускается TALON-Sword, первый коммерчески доступный робот с гранатометом и другими встроенными вариантами оружия. [23] Asimo от Honda учится бегать и подниматься по лестнице.
2007В DARPA Urban Grand Challenge шесть транспортных средств автономно проходят сложный маршрут с участием пилотируемых транспортных средств и препятствий. [24] Роботы Kiva Systems множатся в распределительных операциях; эти автоматизированные стеллажи сортируют себя в соответствии с популярностью их содержимого. Tug становится популярным средством для больниц, чтобы перемещать большие шкафы с товарами с места на место, в то время как Speci-Minder [25] с Motivity начинает перевозить кровь и другие образцы пациентов с постов медсестер в различные лаборатории. Seekur, первый широкодоступный невоенный робот для обслуживания на открытом воздухе, тянет 3-тонный автомобиль через парковку, [26] автономно ездит в помещении и начинает учиться ориентироваться снаружи. Тем временем PatrolBot учится следовать за людьми и обнаруживать приоткрытые двери.
2008Компания Boston Dynamics опубликовала видеозапись, на которой показано, как BigDog нового поколения может ходить по обледенелой местности и восстанавливать равновесие, если его ударить сбоку.
2010В рамках международного конкурса Multi Autonomous Ground-robotic команды автономных транспортных средств составляют карту большой динамичной городской среды, идентифицируют и отслеживают людей, а также избегают враждебных объектов.
2016Следование по пути автономного мобильного робота с использованием пассивных RFID-меток — это новый метод следования по пути с использованием RFID-меток. Доказано, что робот всегда достигает пункта назначения настолько близко, насколько это позволяет погрешность измерения расстояния, даже если измерения расстояния и угла неточны. Он также способен выбирать правильный путь среди нескольких путей.
2016Полиция США впервые использовала многофункционального гибкого робота с дистанционным управлением (MARCbot) для убийства снайпера, который убил 5 полицейских [ 27 ] в Далласе , штат Техас , что поднимает этические вопросы относительно использования полицией беспилотников и роботов в качестве инструментов смертоносной силы против преступника.

В ходе испытаний NASA Sample Return Robot Centennial Challenge марсоход Cataglyphis успешно продемонстрировал возможности автономной навигации, принятия решений, а также обнаружения, извлечения и возврата образцов. [28]

2017В рамках проекта ARGOS Challenge разрабатываются роботы для работы в экстремальных условиях на морских нефтегазовых установках. [29]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ху, Дж.; Бхоумик, П.; Ланзон, А., «Групповое координированное управление сетевыми мобильными роботами с применением для транспортировки объектов», Труды IEEE по транспортным технологиям, 2021.
  2. ^ "Информационная инженерия Главная/Домашняя страница". www.robots.ox.ac.uk . Получено 2018-10-03 .
  3. ^ ab Hu, J.; Bhowmick, P.; Jang, I.; Arvin, F.; Lanzon, A., «Децентрализованная структура сдерживания формирования кластера для систем с несколькими роботами», IEEE Transactions on Robotics, 2021.
  4. ^ Ху, Дж.; Тургут, А.; Леннокс, Б.; Арвин, Ф., «Надежная координация формирования роев роботов с нелинейной динамикой и неизвестными возмущениями: проектирование и эксперименты» Труды IEEE по схемам и системам II: Экспресс-краткие обзоры, 2021.
  5. ^ П. Мубарак, П. Бен-Цви, Адаптивное манипулирование гибридным механизмом мобильного робота, Международный симпозиум IEEE по робототехническим и сенсорным средам (ROSE), Монреаль, Канада, 2011, стр. 113 - 118
  6. ^ Гопалакришнан, Б.; Тирунеллайи, С.; Тодкар, Р. (2014). «Проектирование и разработка автономного мобильного интеллектуального транспортного средства: применение мехатроники». Мехатроника . 14 (5): 491– 514. doi :10.1016/j.mechatronics.2003.10.003.
  7. ^ "Пресс-релиз: Новое изобретение использует пустые железнодорожные пути для перевозки грузов". Архивировано из оригинала 2011-07-15 . Получено 2007-04-09 .
  8. ^ "Линейный путь (PDF)". Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-15 . Получено 2007-04-09 .
  9. ^ "MT400 Build-a-Bot Autonomous Base". mobilerobots.com . Архивировано из оригинала 23 февраля 2010 г.
  10. ^ "ias-people". Ias.uwe.ac.uk. Архивировано из оригинала 2008-10-09 . Получено 2012-08-15 .
  11. ^ Первая в мире по-настоящему автоматическая газонокосилка
  12. ^ "Les Earnest". stanford.edu . Архивировано из оригинала 26 января 2013 года . Получено 13 апреля 2018 года .
  13. ^ С. Божиновски, Параллельное программирование для управления мобильным роботом: агентный подход, Труды Международной конференции IEEE по распределенным вычислительным системам, стр. 202-208, Познань, 1994
  14. ^ Бозиновски, Стево (2017). «Обработка сигналов в робототехнике с использованием сигналов, генерируемых головой человека: от пионерских работ до эмуляции цифровых схем на основе ЭЭГ». Достижения в области проектирования роботов и интеллектуального управления . Достижения в области интеллектуальных систем и вычислений. Том 540. С.  449– 462. doi :10.1007/978-3-319-49058-8_49. ISBN 978-3-319-49057-1.
  15. ^ Труды IEEE Robotics and Automation, 1988
  16. ^ S. Bozinovski, M. Sestakov, L. Bozinovska: Использование альфа-ритма ЭЭГ для управления мобильным роботом, в G. Harris, C. Walker (ред.) Proc. Ежегодная конференция IEEE Medical and Biological Society, стр. 1515-1516, Новый Орлеан, 1988
  17. ^ ab S. Bozinovski: Управление траекторией мобильного робота: от фиксированных рельсов до прямого биоэлектрического управления, в O. Kaynak (ред.) Proc. IEEE Workshop on Intelligent Motion Control, стр. 63-67, Стамбул, 1990
  18. ^ "Институт робототехники: Данте I". Ri.cmu.edu. Архивировано из оригинала 2007-03-09 . Получено 2012-08-15 .
  19. ^ "Институт робототехники: Данте II". Ri.cmu.edu. Архивировано из оригинала 2008-05-15 . Получено 2012-08-15 .
  20. ^ Добро пожаловать на сайт Swarm-bots
  21. ^ Н. Бозиновска, Г. Йованчевски, С. Бозиновски, Интернет-управление роботом, Труды Третьей международной конференции по информатике и информационным технологиям, Битола, Македония, стр. 82-89, 12-15 декабря 2002 г.
  22. ^ "Домашняя страница проекта Centibots". Ai.sri.com. 2004-10-04 . Получено 2012-08-15 .
  23. ^ "Архивная копия" (PDF) . foster-miller.com . Архивировано из оригинала (PDF) 6 декабря 2006 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  24. ↑ Добро пожаловать, Архивировано 16 апреля 2008 г. на Wayback Machine
  25. ^ Спецнаблюдатель
  26. ^ "Архивная копия". mobilerobots.com . Архивировано из оригинала 28 сентября 2007 года.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  27. ↑ Стейси, Оливия (8 июля 2016 г.). «Dallas SWAT использовал роботизированную бомбу, чтобы убить Мика X. Джонсона в «первом летальном случае использования робота полицией»». heavy.com . Получено 13 апреля 2018 г.
  28. ^ Холл, Лора (2016-09-08). "NASA Awards $750K in Sample Return Robot Challenge" . Получено 2016-09-21 .
  29. ^ "Повышенная безопасность благодаря ARGOS Challenge". Total Website . Архивировано из оригинала 16 января 2018 года . Получено 13 мая 2017 года .
  • Учебное пособие по роботу, движущемуся по линии, с принципиальной схемой. Архивировано 20 декабря 2017 г. на Wayback Machine
  • Учебное пособие по датчикам и алгоритмам отслеживания линии
  • Лаборатория биоробототехники, исследования в области мобильной робототехники и взаимодействия человека и робота. Архивировано 14 мая 2012 г. на Wayback Machine.
  • Кафедра производства в Университете Ольборга в Дании, исследования в области мобильной робототехники и манипуляции
  • Сайт для энтузиастов мобильной робототехники
  • Мобильный робот MURVV
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Мобильный_робот&oldid=1235890841"