Мобильный робот - Mobile robot

Мобильный робот , это робот , который способен перемещаться в окружающем (локомоции). Мобильная робототехника обычно считается подразделом робототехники и информационной инженерии .

Робот-шпион - это пример мобильного робота, способного перемещаться в заданной среде.

Мобильные роботы могут перемещаться в своей среде и не привязаны к одному физическому месту. Мобильные роботы могут быть «автономными» (AMR - autonomous mobile robot ), что означает, что они способны перемещаться в неконтролируемой среде без необходимости использования физических или электромеханических устройств управления. В качестве альтернативы мобильные роботы могут полагаться на устройства наведения, которые позволяют им путешествовать по заранее определенному маршруту навигации в относительно контролируемом пространстве. Напротив, промышленные роботы обычно более или менее стационарны и состоят из шарнирной руки (многосвязный манипулятор) и узла захвата (или концевого эффектора ), прикрепленных к неподвижной поверхности. Шарнирный рычаг управляется линейным приводом, серводвигателем или шаговым двигателем.

Мобильные роботы стали более обычным явлением в коммерческих и промышленных условиях. Больницы уже много лет используют автономных мобильных роботов для перемещения материалов. На складах установлены мобильные роботизированные системы для эффективного перемещения материалов с полок хранения в зоны выполнения заказов. Мобильные роботы также являются основным направлением текущих исследований, и почти в каждом крупном университете есть одна или несколько лабораторий, которые специализируются на исследованиях мобильных роботов. Мобильные роботы также используются на промышленных предприятиях, в военной сфере и в сфере безопасности.

Составными частями мобильного робота являются контроллер, датчики, исполнительные механизмы и система питания. Контроллер обычно представляет собой микропроцессор, встроенный микроконтроллер или персональный компьютер (ПК). Используемые датчики зависят от требований робота. Требованиями могут быть точный расчет , тактильное распознавание и определение приближения , триангуляция дальности, предотвращение столкновений, определение местоположения и другие конкретные приложения. Приводы обычно относятся к двигателям, которые перемещают робота на колесах или на ногах. Для питания мобильного робота обычно используется источник постоянного тока (аккумулятор) вместо переменного тока.

Классификация

Мобильные роботы можно классифицировать по:

Среда, в которой они путешествуют:
- Наземных или домашних роботов обычно называют беспилотными наземными транспортными средствами (UGV). Чаще всего они колесные или гусеничные, но также включают в себя роботов на ногах с двумя или более ногами ( гуманоидные или похожие на животных или насекомых).
- Роботы для доставки и транспортировки могут перемещать материалы и расходные материалы по рабочей среде.
- Воздушных роботов обычно называют беспилотными летательными аппаратами (БПЛА).
- Подводных роботов обычно называют автономными подводными аппаратами (АНПА).
- Полярные роботы, предназначенные для навигации в ледяной среде, заполненной трещинами.
Устройства, которые они используют для передвижения, в основном:
- Ноги робота : ноги человека (например, андроида ) или ноги животного .
- Колесный робот.
- Треков .

Навигация мобильного робота

Есть много видов навигации мобильных роботов :

Ручное дистанционное управление или дистанционное управление

Робот с ручным дистанционным управлением полностью управляется водителем с помощью джойстика или другого устройства управления. Устройство может быть подключено непосредственно к роботу, может быть беспроводным джойстиком или может быть аксессуаром к беспроводному компьютеру или другому контроллеру. Робот с дистанционным управлением обычно используется, чтобы уберечь оператора от опасности. Примеры ручных дистанционных роботов включают Robotics Design в ANATROLLER ARI-100 и ОРЗ-50, Talon Фостер-Миллер, IRobot в PackBot и KumoTek в МК-705 Roosterbot.

Охраняемая телеоперация

Охраняемый робот-телеоператор обладает способностью обнаруживать препятствия и избегать их, но в остальном он будет перемещаться как управляемый, как робот в режиме ручного дистанционного управления. Мало кто из мобильных роботов предлагает только охраняемую дистанционную работу. (См. Раздел "Автономия скольжения" ниже.)

Следящий за линией автомобиль

Некоторые из самых первых автоматизированных управляемых транспортных средств (AGV) были линейкой после мобильных роботов. Они могут следовать визуальной линии, нарисованной или встроенной в пол или потолок, или по электрическому проводу в полу. Большинство этих роботов использовали простой алгоритм «держать линию в центре датчика». Они не могли объезжать препятствия; они просто останавливались и ждали, когда что-то преградит им путь. Многие образцы таких автомобилей все еще продаются компаниями Transbotics, FMC, Egemin, HK Systems и многими другими компаниями. Эти типы роботов по-прежнему широко популярны в известных робототехнических сообществах в качестве первого шага к изучению укромных уголков робототехники.

Автономно рандомизированный робот

Автономные роботы со случайным движением в основном отскакивают от стен, независимо от того, воспринимаются ли эти стены.

Автономно управляемый робот

Разработчики роботов используют готовые автономные базы и программное обеспечение для быстрого создания приложений для роботов. Ракушки в форме людей или героев мультфильмов могут закрывать основание, чтобы замаскировать его. Предоставлено MobileRobots Inc.

Автономно управляемый робот знает по крайней мере некоторую информацию о том, где он находится и как достигать различных целей и / или путевых точек на своем пути. « Локализация » или знание его текущего местоположения рассчитывается одним или несколькими способами с использованием датчиков, таких как энкодеры двигателя, видение, стереопсис , лазеры и системы глобального позиционирования. Системы позиционирования часто используют триангуляцию, относительное положение и / или локализацию Монте-Карло / Маркова для определения местоположения и ориентации платформы, от которой она может планировать путь к своей следующей путевой точке или цели. Он может собирать показания датчиков с отметками времени и местоположения. Такие роботы часто являются частью беспроводной корпоративной сети, взаимодействующей с другими системами контроля и управления в здании. Например, охранный робот PatrolBot реагирует на сигналы тревоги, управляет лифтами и уведомляет командный центр при возникновении инцидента. Другие автономно управляемые роботы включают в себя роботов-доставщиков SpeciMinder и TUG для больниц.

Скользящая автономность

Более способные роботы объединяют несколько уровней навигации в рамках системы, называемой автономным скольжением. 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 автономность скольжения, от ручного до охраняемого и автономного режимов.

История

Дата	Разработки
1939–1945	Во время Второй мировой войны первые мобильные роботы появились в результате технического прогресса в ряде относительно новых областей исследований, таких как информатика 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 контроля. В V1 и V2 ракете была сырой «автопилот» и автоматические системы детонации. Они были предшественниками современных крылатых ракет .
1948–1949	У. Грей Уолтер строит Элмера и Элси , двух автономных роботов, получивших название Machina Speculatrix, потому что эти роботы любили исследовать окружающую их среду. У Элмера и Элси был датчик освещенности. Если они находили источник света, они двигались к нему, избегая или перемещая препятствия на своем пути. Эти роботы продемонстрировали, что сложное поведение может возникнуть в результате простой конструкции. У Элмера и Элси было всего два нервных клетки.
1961–1963	Университет Джона Хопкинса разрабатывает « Зверя ». Зверь передвигался с помощью сонара. Когда его батареи разряжались, он находил розетку и подключался к ней.
1969 г.	Mowbot был самым первым роботом, который автоматически косил газон.
1970 г.	Последователем линии Stanford Cart был мобильный робот, который мог следовать по белой линии, используя камеру, чтобы видеть. Расчеты производились по радио, подключенному к большому мэйнфрейму . Примерно в то же время (1966–1972) Стэнфордский исследовательский институт строит и проводит исследования робота Шейки , робота, названного в честь его резких движений. У Шейки была камера , дальномер , датчики удара и радиосвязь. Шейки был первым роботом, который мог рассуждать о своих действиях. Это означает, что Шейки можно было давать очень общие команды, и что робот вычислял необходимые шаги для выполнения данной задачи. Советский Союз исследует поверхность Луны с луноходом «Луноход-1» .
1976 г.	В своей программе Viking NASA отправляет два беспилотных космических аппаратов на Марс .
1980 г.	Интерес общественности к роботам растет, в результате чего роботы могут быть приобретены для домашнего использования. Эти роботы служили развлекательным или образовательным целям. Примеры включают RB5X , который существует до сих пор, и серию HERO . Стэнфордская тележка теперь может преодолевать полосы препятствий и составлять карты своего окружения.
Начало 1980-х	Команда Эрнста Дикманнса из Университета Бундесвера в Мюнхене создает первые автомобили-роботы, разгоняющиеся до 55 миль в час по пустым улицам.
1983 г.	Стево Бозиновски и Михаил Сестаков управляют мобильным роботом путем параллельного программирования, используя систему многозадачности компьютера IBM Series / 1.
1986 г.	Стево Божиновски и Георгий Груевски управляют колесным роботом с помощью речевых команд. Проект поддержан Македонской ассоциацией научной деятельности.
1987 г.	Hughes Research Laboratories демонстрирует первую карту пересеченной местности и автономную работу роботизированного транспортного средства на основе датчиков.
1988 г.	Стево Божиновски, Михаил Сестаков и Лиляна Божиновска управляют мобильным роботом с помощью сигналов ЭЭГ.
1989 г.	Стево Божиновски и его команда управляют мобильным роботом с помощью сигналов EOG.
1989 г.	Марк Тилден изобретает робототехнику BEAM .
1990-е годы	Джозеф Энгельбергер , отец промышленного робота-манипулятора, вместе с коллегами разрабатывает первые коммерчески доступные автономные мобильные больничные роботы, продаваемые Helpmate. Министерство обороны США финансирует проект MDARS-I, основанный на внутреннем охранном роботе Cybermotion.
1991 г.	Эдо. Франци , Андре Гиньяр и Франческо Мондада разработали Khepera , автономного небольшого мобильного робота, предназначенного для исследовательской деятельности. Проект поддержан лабораторией LAMI-EPFL.
1993–1994	Данте I и Данте II были разработаны Университетом Карнеги-Меллона. Оба были шагающими роботами, использовавшимися для исследования живых вулканов.
1994 г.	С гостями на борту парные роботизированные автомобили VaMP и VITA-2 от Daimler-Benz и Эрнст Дикманнс из UniBwM проезжают более тысячи километров по трехполосному шоссе в Париже в условиях стандартного интенсивного движения со скоростью до 130 км / ч. Они демонстрируют автономное вождение по свободным полосам, движение колонны и смену полосы движения вправо и влево с автономным проездом других автомобилей.
1995 г.	Полуавтономный ALVINN вел машину от побережья до побережья под управлением компьютера на протяжении всего, кроме примерно 50 из 2850 миль. Однако дроссель и тормоза управлялись человеком-водителем.
1995 г.	В том же году одна из машин-роботов Эрнста Дикманна (с управляемой роботом дроссельной заслонкой и тормозами) проехала более 1000 миль из Мюнхена в Копенгаген и обратно со скоростью до 120 миль в час, иногда выполняя маневры, чтобы обогнать другие машины ( только в нескольких критических ситуациях взялся за дело водитель безопасности). Активное зрение использовалось для работы с быстро меняющимися уличными сценами.
1995 г.	Программируемый мобильный робот Pioneer становится коммерчески доступным по доступной цене, что позволяет в течение следующего десятилетия повсеместно расширить исследования в области робототехники и учебу в университетах, поскольку мобильная робототехника становится стандартной частью университетской программы.
1996 г.	Cyberclean Systems [4] разрабатывает первого полностью автономного робота-пылесоса, который самозаряжается, управляет лифтами и пылесосит коридоры без вмешательства человека.
1996–1997	NASA отправляет на Марс Pathfinder с ровером Соджорнером на Марс . Марсоход исследует поверхность по команде с земли . Sojourner был оборудован системой предотвращения опасности. Это позволило Соджорнеру самостоятельно найти свой путь через неизвестную марсианскую местность.
1999 г.	Sony представляет Aibo , роботизированную собаку, способную видеть, гулять и взаимодействовать с окружающей средой. Представлен дистанционно управляемый военный мобильный робот PackBot .
2001 г.	Старт проекта Swarm-bots. Роевые боты напоминают колонии насекомых. Обычно они состоят из большого количества отдельных простых роботов , которые могут взаимодействовать друг с другом и вместе выполнять сложные задачи. [5]
2002 г.	Появляется Roomba , домашний автономный мобильный робот, который моет пол.
2002 г.	Невена Божиновска, Георгий Йованчевски и Стево Божиновски проводили управление роботом через Интернет в классе дистанционного обучения робототехнике. Мобильным роботом в США, Университете штата Южная Каролина, управляли европейские студенты Св. Кирилло-Мефодиевский университет.
2003 г.	Axxon 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, составляя карту своего окружения и используя набор датчиков для навигации и предотвращения препятствий.
2004 г.	Робосапиен , биоморфный игрушечный робот, разработанный Марком Тилденом , коммерчески доступен. В « Проекте Centibots » 100 автономных роботов работают вместе, чтобы составить карту неизвестной среды и найти объекты в ней. В первом соревновании DARPA Grand Challenge полностью автономные автомобили соревнуются друг с другом на трассе в пустыне.
2005 г.	Boston Dynamics создает четвероногого робота, предназначенного для перевозки тяжелых грузов по пересеченной местности, слишком труднопроходимой для транспортных средств.
2006 г.	Sony прекращает выпуск Aibo, а HelpMate останавливает производство, но становится доступной более дешевая настраиваемая автономная сервисная роботизированная система PatrolBot, поскольку мобильные роботы продолжают борьбу за то, чтобы стать коммерчески жизнеспособными. Министерство обороны США отказывается от проекта MDARS-I, но финансирует MDARS-E, автономного полевого робота. Выпущен TALON-Sword, первый коммерчески доступный робот с гранатометом и другими встроенными вариантами вооружения. Asimo из Honda учится бегать и подниматься по лестнице.
2007 г.	В DARPA Urban Grand Challenge шесть транспортных средств автономно проходят сложную трассу с участием пилотируемых транспортных средств и препятствий. Роботы Kiva Systems все чаще используются в операциях по распространению продукции; эти автоматизированные стеллажи сортируются по популярности их содержимого. Буксир становится популярным средством в больницах для перемещения больших шкафов инвентаря с места на место, в то время как Speci-Minder [6] с Motivity начинает переносить образцы крови и других образцов пациентов с постов медсестер в различные лаборатории. Seekur, первый широко доступный невоенный служебный робот на открытом воздухе, тянет 3-тонный автомобиль по стоянке, автономно едет в помещении и начинает учиться ориентироваться на улице. Тем временем PatrolBot учится следовать за людьми и обнаруживать приоткрытые двери .
2008 г.	Boston Dynamics выпустила видеозапись нового поколения BigDog, способного ходить по обледенелой местности и восстанавливать равновесие при ударах сбоку.
2010 г.	В международном конкурсе Multi Autonomous Ground-Robotic International Challenge команды автономных транспортных средств наносят на карту большую динамичную городскую среду, идентифицируют и отслеживают людей и избегают враждебных объектов.
2016 г.	Путь следования автономного мобильного робота с использованием пассивных меток RFID представляет собой новый метод , чтобы следовать по пути , с помощью RFID - меток. Доказано, что робот всегда достигает пункта назначения настолько близко, насколько это соответствует ошибке измерения расстояния, даже если измерения расстояния и углов неточны. Он также может выбирать правильный путь среди множества путей.
2016 г.	Многофункциональный Agile робот с дистанционным управлением (MARCbot) является впервые используемым американской полицией , чтобы убить снайпер , который убил 5 полицейских в Далласе , штат Техас , который поднимает этические вопросы , касающиеся использования беспилотных летательных аппаратов и роботов полиции в качестве инструментов смертоносной силы против преступника. Во время столетнего конкурса NASA Sample Return Robot Robot, марсоход под названием Cataglyphis успешно продемонстрировал возможности автономной навигации, принятия решений и обнаружения, извлечения и возврата образцов.
2017 г.	В рамках ARGOS Challenge роботы разрабатываются для работы в экстремальных условиях на морских нефтегазовых установках.

марсоход Rover (освоение космоса)

Languages

In other projects