Автономні роботи — це роботи, які здатні виконувати потрібні завдання без постійного людського нагляду. Багато видів роботів мають певний ступінь автономності. Різні роботи можуть бути автономними у певні способи. Високий ступінь автономності особливо бажаний у таких царинах, як наприклад: дослідження космосу, прибирання підлоги, покіс газонів і очищення стічних вод.
Багато сучасних промислових роботів є «автономними» в суворо визначених межах їх безпосереднього застосування. Не обов'язково, що у роботів на робочому місці буде великий ступінь свободи; проте промисловий робот на своєму робочому місці часто потрапляє у непередбачувані, безладні умови. Точна орієнтація і розміщення кожного наступного об'єкта, із яким має працювати робот (а на найбільш складних виробничих лініях — іще й тип об'єкта) і конкретне завдання для робота, має бути наперед визначеними. Усе це може варіюватись у непередбачений спосіб (щонайменше, з боку робота).
Розвиток автономних роботів
У своєму розвитку роботи пройшли чималий шлях, який починався з простих механізмів, що виконують одну дію за шаблоном.
Сучасні роботи не просто набагато складніші. Вони потребують все меншого контролю на кожному етапі, а перспективні роботи зможуть і зовсім обходитися без втручання людини під час виконання більшості завдань. Електроніка давно реагує на зміни умов швидше і точніше, ніж це зробив би оператор. Наприклад, положення дрона (безпілотника) у просторі оцінюють десятки і сотні разів на секунду. Стабілізація може здійснюватися так швидко, що її роботу видно тільки за результатом. Легкі БЛА (безпілотні літальні апарати) стійко літають у вітряну погоду, оминають перешкоди, спільно діють у складі ланки і утримують в кадрі знімальні об'єкти. Поки що більшість безпілотників керована віддалено, і вчені ставлять першочерговим завданням домогтися в найближчому майбутньому їх якнайбільшої самодостатності.
Однією із важливих проблем робототехніки, є створення можливості для робота справлятися із його завданнями у будь-якому довкіллі: чи на землі, чи під водою; у повітрі, під землею або в космосі.
Цілком автономний робот має такі здатності: Отримувати і обробляти самостійно інформацію про довкілля (Правило № 1) Працювати якнайдовший проміжок часу без людського втручання (Правило № 2) Переміщатися цілком чи рухати якусь свою частину у просторі без людської допомоги (Правило № 3) Уникати того, щоби створювати небезпечні ситуації для людини, майна чи для самого себе — якщо тільки це не передбачено специфікацією, характеристиками робота чи поставленими йому завданнями. (Правило № 4)
Автономний робот може також навчатися чи здобувати нові уміння, наприклад, удосконалювати алгоритми для виконання власних задач чи пристосування до змін у довкіллі.
Автономні роботи, усе ж, вимагають регулярного технічного обслуговування, як це роблять із іншими машинами (якщо інше не передбачено специфікацією).
Архітектура інтелектуальних роботів На сьогоднішній день (2020-і) припускають, що до складу інтелектуального робота повинні входити такі системи:
Виконавчі органи — це маніпулятори, ходова частина та інші пристрої, за допомогою яких робот може впливати на предмети оточення. Причому за своєю структурою це складні технічні пристрої, що мають у своєму складі сервоприводи, мехатронні частини, давачі, системи керування. За подобою з живими організмами — це руки і ноги робота.
Датчики — це системи технічного зору, слуху, дотику, датчики відстаней, локатори та інші пристрої, які дозволяють отримати інформацію з навколишнього світу.
Система керування — це мозок робота, який повинен приймати дані від давачів і керувати виконавчими органами (ефекторами). Ця частина робота зазвичай реалізується програмними засобами. До складу системи керування інтелектуального робота, повинні входити такі складові: Модель світу — відображає стан навколишнього світу для робота в термінах, зручних для зберігання і обробки. Модель світу виконує функцію запам'ятовування стану об'єктів у світі та їх властивостей. Система розпізнавання — сюди входять системи розпізнавання зображень, розпізнавання мови тощо Завданням системи розпізнавання є ідентифікація, тобто «упізнавання» предметів, що оточують робота і їх положення в просторі. Завдяки роботі компонентів системи розпізнавання будується модель світу. Система планування дій — здійснює «віртуальне» перетворення моделі світу задля отримання якої-небудь дії. Водночас, зазвичай перевіряється досяжність поставленої мети. Наслідком роботи планування дій є побудова планів, тобто послідовностей нескладних дій. Система виконання дій — намагається виконати заплановані дії, подаючи команди на виконавчі пристрої і контролюючи при цьому процес виконання. Якщо виконання елементарної дії виявляється неможливим, то весь процес переривається і повинно бути виконано нове (або частково нове) планування. Система керування цілями — визначає послідовність, тобто значущість і порядок досягнення поставлених цілей. Важливими властивостями системи керування є здатність до навчання та адаптації, тобто здатність виробляти послідовності дій для поставленої мети, а також підлаштовувати свою поведінку під мінливі умови навколишнього середовища для досягнення поставлених цілей.http://www.raai.org/about/persons/dobrynin/pages/kii2006-pln.html Интеллектуальные роботы Система навігації — призначена для орієнтування робота у тривимірному світі та прокладення раціональних маршрутів для переміщення робота.
Приклади прогресу у царині комерційних автономних роботів
Самообслуговування
Першою вимогою до повноцінної автономності робота є здатність робота дбати про себе. Багато роботів, що мають живлення від батарей, на сьогодні здатні знаходити джерела живлення і самостійно під'єднуватися до них; а деякі іграшки, наприклад, «Aibo» від фірми «Sony» також здатні самостійно прикріплятися до свого заряджального пристрою.
Самообслуговування базується на принципі «пропріоцепції» або оцінки (зондування) власного внутрішнього статусу. У разі із пристроєм зарядки батарей, наприклад, — робот може сказати пропріоцептивно (після оцінки свого стану), що у нього низький заряд батарей; а потім робот почне намагатися знайти свій зарядний пристрій. Іншим загальним пропріоцептивним сенсором є контроль за нагріванням (теплообміном із довкіллям). Посилені пропріоцептивні уміння необхідні для роботів, щоби вони самостійно працювали біля людей або у надзвичайно суворих умовах.
Загальними пропріоцептивними сенсорами є: Температурний сенсор; Сенсор ефекту Голла Оптичний сенсор Сенсор дотику з об'єктами
Зондування (сканування) довкілля
Екстероцепція — це оцінка (зондування) параметрів довкілля. Автономні роботи повинні мати цілу низку датчиків оцінки довкілля, щоби виконувати свої безпосередні завдання і уникати перешкод.
Загальними екстероцептивними сенсорами є: Сенсори електромагнітного спектра; Звукові сенсори; Сенсори дотику; Хімічні сенсори (нюх, запах) Температурні сенсори; Сенсори оцінки відстані до об'єкта; Сенсори оцінки положення (зміщення стосовно об'єктів)
Деякі роботизовані газонокосарки адаптують своє програмне забезпечення, визначаючи швидкість проростання трави — що потрібно для досягнення бездоганного рівня виконання робіт. А деякі роботи-прибиральники мають детектори рівня забруднення, щоби визначати як легко видаляється бруд: ці дані вони аналізують, щоби визначити, наскільки довго їм треба перебувати на певній площі під час очищення підлоги.
Виконання завдань
Наступним кроком у автономній поведінці є досконалість ходу виконання певних завдань. Поява нових маленьких роботів пилососів, таких як «iRobot» і «Electrolux» 2002 року подала великі надії на розвиток цієї царини робототехніки. Хоч із рівнем інтелектуальності цих роботизованих систем поки що складно, вони можуть оперувати і на досить великих площах — і в тісних просторах, ефективно маневруючи безпосередньо біля будинку, бо використовують масиви контактних і безконтактних сенсорів. Обидва ці роботи оперативно розраховують алгоритми роботи, адаптують їх до конкретних ситуацій, і таким чином, оптимально охоплюють робочу площу поверхні, на якій вони мають працювати.
Наступний рівень автономного виконання завдання вимагає від робота уміння виконувати складні умовні задачі. Наприклад, роботи-охоронники можуть бути запрограмовані для виявлення вторгнень на територію, і реагуватимуть певним чином — залежно від того, де порушник і що він робить.
Сенсорне позиціонування і навігація всередині приміщення
Щоби пов'язати свою поведінку із місцем (провести локалізацію), роботові необхідно визначити, де він знаходиться і мати здатність пересуватися від одної установленої ним точки до іншої. Така навігація почалася із дротового керування в 1970-х роках і на початку 2000-х років перетворилася на тріангуляцію із допомогою маяків. Сучасні комерційні роботи уже здатні автономно пересуватися, спираючись на аналіз потокових даних безпосередньо зі своїх сенсорів. Першими комерційними роботами, які змогли це робити, були лікарняні роботи «HelpMate» від компанії «Pyxus» — і робот-охоронник «CyberMotion». Обидві системи було розроблено у 1980-ті. Ці роботи спочатку використовували вручну зроблені CAD-плани підлоги, сонари і системи визначення стін для навігації у приміщенні. Наступне покоління, таке як «PatrolBot» від фірми «MobileRobots» і автономний інвалідний візок,Principal Investigator: W. Kennedy, National Institutes of Health, NIH SBIR 2 R44 HD041781-02 які було представлено 2004-го року; вони мали можливість створювати власні мапи приміщення (користуючись лазерними сенсорами) і пересуватися відкритими просторами, такими як зала чи коридор. Їхні контрольні системи оперативно змінювати шлях навігації, якщо якась перешкода опинялася у них на шляху.
На початку автономна навігація застосовувала сенсори-планари (плоскі датчики), таких як лазерні далекоміри, що можуть сприйняти інформацію на одному рівні. Найпросунутіші системи тепер поєднують інформацію від різних сенсорів для локалізації (позиціонування) і навігації. Такі системи, як «Motivity» можуть спиратися на покази різних сенсорів у різних ситуаціях, залежно від того, який сенсор надає найвірогідніші дані про довкілля. Тож такі роботи оперативно самостійно створюють для себе мапу довкілля.
Замість того, щоби забезпечувати підйом сходами, який потребує висококваліфікованих спеціалізованих апаратних засобів, більшість роботів навігації усередині приміщень оперують у місцях, доступних для інвалідів, контролюючи ліфти й електронні двері. Із такими електронно-керованими інтерфейсами, роботи здатні тепер легко пересуватися всередині приміщень. Автономно видряпуватися на сходи і відкривати двері самостійно — це завдання, над якими працюють спеціалісти з робототехніки у наш час.
Із розвитком цих внутріприміщеннєвих технологій, роботи-прибиральники отримають змогу чистити складну, задану користувачем поверхню або усю підлогу без втручання користувача. Роботи-охоронники зможуть спільно заганяти і оточувати зловмисників, а також і відрізати їм шлях до втечі. Ці досягнення також забезпечують супутніми вигодами: внутрішні карти роботів, зазвичай, передбачають наявність «заборонених зон», які встановлюються — щоби робот автономно не заходив до певних регіонів.
Сенсорне позиціонування і навігація зовні приміщення
Автономності зовні приміщень найлегше досягнути у повітрі, оскільки перешкод для руху (стін, кутів, сходів тощо) тут небагато. Крилата ракета — це дуже небезпечний автономний робот. Безпілотники (безпілотні літальні апарати) усе більше використовують розвідки. Деякі із цих безпілотників (БЛА) здатні виконувати свої завдання без будь-якого втручання людини, окрім хіба що можливості приземлення, коли людина використовує віддалений контроль. Деякі із БЛА, усе ж таки, вже мають здатність безпечно приземлятися.
Автономність зовні приміщень дуже важко досягти з огляду на: a) тривимірність поверхні землі; б) великі відмінності у щільності поверхні; в) погодні особливості