Robotika
A mesterséges intelligencia alkalmazásának egyik legfontosabb és leglátványosabb területe
Werner Ágnes
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Bevezetés Maga a robot szó 1921-ben CAREL CAPEK Rossum Univerzális Robotjai című színdarabjában fordul elő elsőként. A robota szó csehül munkát jelent. CAPEK robotja önálló, döntésre képes eszköz, amely felülkerekedik alkotóján, és rabszolgasorba süllyeszti az embert.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Robotok 1942 Isaac Asimov: Runaround című novellája A robotika három törvénye: § I. A robotnak nem szabad kárt okoznia emberi lényben, vagy tétlenül tűrnie hogy emberi lény kárt szenvedjen § II. A robot engedelmeskedni tartozik az emberi lények utasításainak, kivéve, ha ezek az utasítások az Első Törvény előírásaiba ütköznek § III. A robot tartozik saját védelméről gondoskodni, amennyiben ez nem ütközik az Első és Második Törvény előírásaiba PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
“Ősi elképzelések”: § Talosz (Krétát őrző óriás) § Gólem
Jelenlegi elvárások (a robottól): § a szépirodalomban és a műszaki, technikai fogalomkörben is általában olyan eszközt, berendezést értenek rajta, amely az ember
fizikai és/vagy szellemi munkájához hasonló tevékenységet végez § olyan tulajdonságok megléte, amelyek lehetővé teszik, hogy saját tevékenységüket
kisebb-nagyobb mértékben ellenőrizzék és korrigálják - intelligencia alapfeltételei
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Robot definíciók Nincs egységes meghatározás – főbb jellemzők: § rugalmas újraprogramozhatóság § több szabadságfokú mozgáslehetőség § anyagok, berendezések, szerszámok mozgatása vagy különböző feladatok megvalósítása Az International Federation of Robotics (IFR) robotdefiníciója: „Automatikusan vezérelt, újraprogramozható, többféle funkcióra felhasználható manipulatív gép, három vagy több újraprogramozható tengellyel, akár rögzített, akár szabadon mozgó változatban, ipari automatizálási célokra való felhasználásra.”
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Robotgenerációk Első valódi robotszabadalom: Cyrill Walter Kennward (angol) 1954 I. generációs robotok: § 60-as évek § felemelés–lerakás típusú feladatokra használták § nem rendelkeztek a környezet változásait vizsgáló külső érzékelőkkel, § programozhatóság alacsony szintű volt, a robot mozdulatait a program egyértelműen meghatározta
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Shakey-II.
Első robotok 1961 - General Motors: 2 tonnás mechanikus kar, amely egy mágneshengerre rögzített, néhány soros számkód utasításait követi Unimate öntvényeket mozgat és hegeszt (Joe Engelberger és George Devol)
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Első lépegető mobil robotok
§ Phoney Poney – McGhee és Frank, 1966. University of South California – számítógép vezérlésű § GE Quadruped – Mosher, 1968.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Robotgenerációk
II. generációs robotok § 70-es évek § környezetüket érzékelők segítségével vizsgálják § tevékenységüket a vett jelek alapján a pillanatnyi szituáció figyelembevételével módosítani tudják § feladataikat magas szintű robotprogramozási célnyelven lehet meghatározni 1972-ben az USA-ban már 12 olyan vállalat van, amelyek ipari robotokat gyártanak Kawasaki (1972): gyártósor felszerelése a Nissan Motors-nál Svédországban: villamos meghajtású robotok ívhegesztéses alkalmazásokban Megjelennek az első teljesen számítógép-irányítású robotok elsősorban fúrási, marási, illesztési műveletek végzésére. Az európai autógyárak saját robotfejlesztéseinek kezdete (Volkswagen, Renault, Fiat). PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Robotgenerációk III. generációs robotok § mesterséges intelligencia elemei § érzékelőktől származó jeleket feldolgozzák, a magukról és a környezetről tárolt modellt képesek önállóan módosítani, képesek információ kiválasztására és kombinálására § önálló viselkedési algoritmusok és döntési rendszerek § e generáció működésére az összetett tevékenység és a feladatok magas szintű, általános megfogalmazása jellemző Alkalmazási kör bővülése: laboratóriumi, mélytengeri, űrkutatásbeli, mezőgazdasági, szerelési területeken
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Miből épülnek fel a robotok? A robotot tekinthetjük egy aktív mesterséges ágensnek, aminek környezete a teljes fizikai világ. A robotok azon beavatkozók és érzékelők alapján különböztethetők meg egymástól, amikkel fel vannak szerelve. Érzékelők: az érzékelés eszközei § Önérzékelés § Erőérzékelés § Taktilis érzékelés § Hanglokátor (A hanglokátor információkat szolgáltat a robothoz nagyon közeli tárgyakról. A hanglokátor azt az időt méri, amely alatt az érzékelő által kibocsátott hangimpulzus a tárgyról visszaverődve visszaérkezik.)
Beavatkozók: a cselekvés eszközei Beavatkozónak nevezzük mindazokat az eszközöket, amelyek a robot irányítása alatt valamilyen hatást gyakorolnak környezetükre. Olyan működtetőkkel vannak felszerelve, amelyek a szoftver parancsokat fizikai mozgássá alakítják. Maguk a működtetők tipikusan villanymotorok, hidraulikus vagy pneumatikus munkahengerek. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Robottípusok (IFR szerint) § Ipari robotok
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
§ Szerviz robotok
Ipari robotok § Mechanikai struktúra szerinti osztályozás: § derékszögű, hengerkoordinátás, gömbkoordinátás, SCARA, humanoid robot
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Szerviz robotok Előzetes definíció: § ~ olyan robot, amely részben, vagy teljesen autonóm módon az ember, vagy más berendezés számára hasznos tevékenységet hajt végre (gyártási műveletek nélkül) Osztályozás: § Humán szerviz (személyes védelem, szórakoztatás, …) § Berendezések kiszolgálása (karbantartás, szerelés, …) § Egyéb autonóm funkciókat (felügyelet, adatgyűjtés, ...) végrehajtó és/vagy szolgáltató robotok, melyek nem sorolhatók a fentiekbe PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Feladatkörük szerint: 1.
A termelésben használt robotok lehetnek:
§
Anyagkezelő robotok
Jellegzetes feladatok: - adagolás megmunkálógépre, - megtartás, forgatás (operációhoz, vagy operáció alatt), - áthelyezés program szerint, - válogatás, rendezés, - szerszámozás, szerszámcsere, - mérőeszköz csere.
§
Műveletvégző robotok
Jellegzetes alkalmazások: - festés, tisztítás, sorjázás, - pont- és vonalhegesztés, varratlerakó hegesztés, - fúrási, ujjmarási műveletek, - lézeres megmunkálási műveletek, - láng- és plazmasugaras vágás, - mérőeszköz mozgatás, mérés kiszolgálás. PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Feladatkörök szerint §
Szerelő robotok Jellegzetes feladatok: - alkatrészek kiválasztása, - alkatrészek orientálása, - alkatrészek összeillesztése, helyezése, - kötések létesítése. 2. A kutatásban használt robotok többnyire - telerobotok, távvezérelt manipulátorok - mobilrobotok.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Feladatkörök szerint: 3. Speciális feladatok megoldására alkalmazott robotok és egyéb robotrendszerek: – mikrorobotok, – gyógyászatban alkalmazott robotok.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Mobil robotok § § § §
Guruló robotok Lépegető és mászó robotok (CLAWAR) Hibrid berendezések Lánctalpas, vagy egyéb mobil robotok
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Guruló robotok § Sojourner
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Lépegető robotok Osztályozás a lábak száma szerint § Genghis (Brooks, 1989.)
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Kétlábú robotok I. Salford Lady
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Honda
Sony
Kétlábú robotok II. FUJITSU
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
HITACHI
MITSUBISHI
Kétlábú robotok III. Webian3
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Wabot
Mászó robotok Robug2
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Pipe-climbing robot
Hibrid robotok
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Emberszabású robotok
COG - Rodney Brooks, MIT AI Lab PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Külön kategória: Szórakoztató robotok § Robotversenyek, robotfoci § AIBO
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Érdekesség: Robotfoci § § § § § § §
Szimulációs liga Kis robot liga 11 robotos kis robot liga Közepes robot liga Sony lépegető robot liga Humanoid liga (2002-től) Teleoperációs verseny
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Érdekességek: Berendezéseket kiszolgáló robotok § Reis robot
§ Skywash
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
§ Csőtisztító és csővizsgáló
Embert kiszolgáló robotok § Care-O-Bot: multimédia kommunikáció, háztartási elektronika üzemeltetés, ember vezetése, eszközök tartása és mozgatása •Zeiss sebészeti robot
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Egyéb robotok I. § HelpMate: kórházi robot (folyosói navigáció, teleoperációval ajtó kinyitása) § HACOmatic: takarító robot
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Egyéb robotok II. § Dante II. vulkán kutató robot
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Útvonalkövető robot
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
A jövő: Nanorobot grafikai modellje
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
A MobotSim program felülete
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Akadály kikerülése Akadálykerülő programkódja: Sub Main ’Program kezdete SetTimeStep 0.1 ’Idő lépték beállítása SetMobotPosition(0,6.9,11.7,180) ’Egy lehetséges kezdőpozíció For t = 1 To 50000 ’Ismétli 50000-szer J = MeasureRange(0, 4, 0) ’A 4-es érzékelő használata B = MeasureRange(0, 7, 0) ’A 7-es érzékelő használata Debug.Print J ’Ki írja a J értékeit Debug.Print B ’Ki írja a B értékeit If B < 0.8 Then 'JOBB-ra fordul, ha B érték kisebb, mint 0.8 SetWheelSpeed(0, 10, 0) ’A jobb motor meghajtása ElseIf J < 0.8 Then 'BAL-ra fordul, ha J érték kisebb, mint 0.8 SetWheelSpeed(0, 0, 10) ’A bal motor meghajtása Else 'Különben meg előre halad SetWheelSpeed(0,10,10) ’Jobb és bal motor hajtása End If ’Feltétel vége StepForward ' Dinamukus szimuláció egy lépésben Next ’For ciklus vége End Sub ’Program vége PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
SCRIBBLER ROBOT
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
A robot követi a fényt
Az infravörös érzékelők működése
A robot vonalkövetés közben PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
A robot rajzolni is képes
PROGRAMOZÁS A SCRIBBLER GUI-VAL
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
A LEGO MINDSTORMS ROBOTICS INVENTION SYSTEM 2.0
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
AZ RCX EGYSÉG
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Saját fejlesztések I.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Saját fejlesztések II.
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
ÚJ LEGO ROBOTÉPÍTŐ KÉSZLET
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Vezérlőegység
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
Lehetőségek
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com
FESTO labor: építés és programozás nagyban Pannon Egyetem Veszprém
PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com