Чем должен быть оснащен робот на случай незапланированного программой и оператором поведения машины
Глава 3. Роботы с адаптивным управлением и элементами искусственного интеллекта
3.1. Проблемы очувствления и адаптации в робототехнике
Роботы с программным управлением, описанные в гл. 2, успешно работают только в строго определенных и неизменных условиях. Для организации таких условий необходимо вспомогательное техническое оборудование, стоимость которого иногда сравнима со стоимостью самого робота. Это требует значительных дополнительных затрат, усложняет процесс роботизации производства, делает его менее гибким.
Большинство применяемых роботов вследствие жесткого программирования систем управления требуют существенного упорядочения рабочей среды, что ведет к большим дополнительным затратам на изготовление высокоточных ориентаторов, позиционеров, накопителей и затрудняет широкое применение существующих автоматических манипуляторов.
Недостатком роботов с программным управлением является необходимость привлечения человека-оператора для предварительного обучения робота тем или иным технологическим операциям. Этот процесс трудоемок и требует высокой квалификации оператора. Программа движений, сформированная в результате обучения, предопределяет закон управления, реализуемый исполнительными приводами. Жесткий характер этого закона, не учитывающего динамическую информацию о состоянии робота и окружающей его среды, приводит к тому, что даже небольшие отклонения заданных условий влекут потерю работоспособности, а появление препятствий приводит к аварии. Все это снижает эффективность и сужает области применения роботов с программным управлением.
Условия эксплуатации роботов в ряде случаев заранее неизвестны, а иногда они могут меняться непредсказуемым образом в широком диапазоне. При этом целенаправленное взаимодействие робота с внешней средой строится на основе информации о состоянии среды, свойствах отдельных объектов в рабочей зоне, а также состоянии самого робота и его исполнительных органов. Характер и объем этой информации определяются функциональным назначением робота, степенью неопределенности условий его работы, требуемой степенью автономности поведения и другими факторами. На практике имеется много случаев, когда принципиально необходимо в процессе управления движением робота использовать оперативную информацию о состоянии внешней среды. Примерами таких операций в промышленности являются: работа с неориентированными объектами и с объектами существенно разной формы, захватывание и удержание хрупких объектов (с необходимостью регулирования усилия сжатия на уровне выскальзывания), сварка в ограниченных объемах, по сложному контуру, зачистка сварных швов и профилированных поверхностей, взятие движущихся деталей (например, с конвейера), подготовка поверхностей к нанесению покрытий, окраска по контуру, механическая сборка, электрический монтаж.
При работе робота в естественной, т. е. недетерминированной, среде, всегда существует некоторая неопределенность условий выполнения рабочих операций. Причем эти условия могут также изменяться и в процессе выполнения этих операций.
Можно указать следующие причины возникновения неопределенности условий функционирования робота.
Неизвестные начальные или меняющиеся в процессе работы робота внешние условия приводят к тому, что в общем случае для выполнения своих функций робот должен оперативно контролировать внешнюю обстановку и свое состояние, распознавать изменения внешней и внутренней ситуации и при необходимости соответственно корректировать программу своей работы вплоть до перехода к новым оперативно синтезированным программам. Для этого робот должен быть оснащен соответствующим функциональным набором сенсорных устройств и адаптивной системой управления, реализованной в виде соответствующих аппаратных и программных средств с привлечением микропроцессоров.
Следовательно, необходима разработка алгоритмов и устройств для адаптивного управления роботами, обладающих способностью автоматически приспосабливаться (адаптироваться) к заранее неизвестным и меняющимся условиям эксплуатации. Разработка и реализация адаптивного управления на ЭВМ строится таким образом, чтобы требования к ассортименту необходимых датчиков очувствления робота были минимальными, причем, как правило, не требовалась бы идентификация параметров робота и среды, как это часто делается в адаптивных системах другого назначения.
Роботы с адаптивным управлением значительно превосходят по своим возможностям роботы с программным управлением: они могут приспосабливаться к изменениям обстановки, к дрейфу параметров робота, распознавать и обходить препятствия, идентифицировать целевые объекты и определять их характеристики и т. д. До последнего времени фактическая реализация указанных потенциальных возможностей адаптивных роботов сдерживалась как отсутствием эффективных методов управления роботами в условиях неопределенности, так и отсутствием специализированных средств информационно-измерительной (сенсорной) и вычислительной техники. Однако сегодня в связи с успехами в области теории адаптивного управления, разработки средств очувствления и микропроцессоров появились реальные предпосылки для создания и широкого использования роботов с адаптивным управлением и элементами искусственного интеллекта. Потребность в таких роботах остро ощущается не только в промышленности (прежде всего в химической, атомной, машино- и приборостроительной), но и в опасных для человека условиях и средах.
Робот из УрФУ
Знакомство с деталями Lego 9797
ПервоРобот NXT (Education) и их соединением
Т.е. весь механизм состоит из различных деталей, которые нужно еще и прикрепить к механизму, а вот прикрепляют их с помощью инструментов. Давайте разберемся с тем что такое инструмент.
ИНСТРУМЕНТ (от лат. instrumentum — орудие), орудие человеческого труда или исполнительный механизм машины, который «захватывает предмет труда и целесообразно изменяет его».
А теперь давайте рассмотрим что же все таки такое механизм.
МЕХАНИЗМ (от греч. mechane — машина), система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения.
Рассмотрите картинку с деталями набора Lego. На распечатке этой картинки выделите соответствующие группы деталей, отметьте их названия, заполните ниже строки по назначению этих деталей.
Зубчатая передача (шестеренка) – в большинстве случаев служит для передачи вращательного движения (например от мотора к колесам).
Штифт служит для крепления и фиксации (неподвижного соединения) деталей
Ось служит для поддержания вращающихся на ней деталей (например, колес)
Втулка служит для закрепления деталей на цилиндрических участках осей
Пластина – связующее звено в конструкции
Автономные мобильные роботы
Что такое автономные мобильные роботы?
Склады, логистические компании, сельскохозяйственные предприятия и медицинские учреждения — все они ищут новые и инновационные способы повышения эффективности работы, увеличения скорости, обеспечения точности и повышения безопасности. Многие из них используют для этого автономных мобильных роботов (AMR).
Автономный мобильный робот — тип робота, способного понимать окружающую обстановку и самостоятельно в ней перемещаться. Роботы AMR отличаются от своих предшественников, автономных управляемых транспортных средств, которым необходимы рельсы или заранее заданные маршруты и зачастую требуется контроль со стороны оператора.
Роботы AMR оснащены сложным набором датчиков, искусственного интеллекта, машинного обучения и выполняют вычисления для планирования маршрута с целью интерпретации окружающей обстановки и перемещения в пространстве без необходимости проводного подключения к источнику питания. Поскольку роботы AMR оснащены камерами и датчиками, то, в случае возникновения на их пути неожиданного препятствия, например, упавшего ящика или группы людей, они используют навигационные приемы, такие как предотвращение столкновений, чтобы замедлить движение, остановиться или изменить маршрут и обойти объект, а затем продолжить выполнение поставленной задачи.
Компоненты и архитектура автономных мобильных роботов
Посмотрите на приведенную ниже схему, чтобы узнать, как взаимодействуют компоненты системы для обеспечения работы роботов AMR.
Чем должен быть оснащен робот на случай незапланированного программой и оператором поведения машины
ГОСТ Р 60.2.2.1-2016/ИСО 13482:2014
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Роботы и робототехнические устройства
ТРЕБОВАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ РОБОТОВ ПО ПЕРСОНАЛЬНОМУ УХОДУ
Robots and robotic devices. Safety requirements for personal care robots
Дата введения 2018-01-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным бюджетным учреждением «Консультационно-внедренческая фирма в области международной стандартизации и сертификации «Фирма «ИНТЕРСТАНДАРТ» совместно с Федеральным государственным автономным научным учреждением «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики» (ЦНИИ РТК) и ООО «Корпоративные электронные системы» (ООО «КЭЛС-центр») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 459 «Информационная поддержка жизненного цикла изделий»
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2020 г.
Введение
Стандарты комплекса ГОСТ Р 60 распространяются на роботы и робототехнические устройства. Их целью является повышение интероперабельности роботов и их компонентов, а также снижение затрат на их разработку, производство и обслуживание за счет стандартизации и унификации процессов, интерфейсов и параметров.
Настоящий стандарт относится к тематической группе «Безопасность» и распространяется на наземные сервисные роботы. Он идентичен международному стандарту ИСО 13482:2014, разработанному подкомитетом (SC) 2 «Роботы и робототехнические устройства» Технического комитета (TC) 184 ИСО «Системы автоматизации и их интеграция».
Настоящий стандарт разработан вследствие признания наличия конкретных опасностей от появления новых роботов и робототехнических устройств для новых применений в непромышленных сферах, которые предоставляют сервисы, отличающиеся от производственных применений в промышленных сферах. Настоящий стандарт посвящен требованиям безопасности для роботов по персональному уходу в немедицинских применениях.
Настоящий стандарт дополняет ИСО 10218-1, который устанавливает требования безопасности для роботов только в промышленных средах. Настоящий стандарт содержит дополнительную информацию в соответствии с ИСО 12100 и заимствует подход, предложенный в ИСО 13849 и МЭК 62061, что позволяет сформировать стандарт по безопасности для роботов и робототехнических устройств по персональному уходу с целью определения условий для физического контакта человека с роботом.
Настоящий стандарт относится к стандартам типа С в соответствии с ИСО 12100.
Если техническое положение стандарта типа С отличается от одного или нескольких технических положений стандартов типа А или В, то приоритет имеет стандарт типа С.
Общепризнано, что для роботов и робототехнических устройств, применяющихся в задачах по персональному уходу, необходимо рассматривать тесное взаимодействие и сотрудничество между человеком и роботом, а также учитывать наличие физического контакта между ними.
Рассматриваемые роботы и робототехнические устройства, а также охватываемые опасности, опасные ситуации и опасные события изложены в разделе 1 настоящего стандарта.
Опасности хорошо известны, а их источники часто являются уникальными для конкретных робототехнических систем. Число и типы опасностей непосредственно связаны с природой применения роботов, сложностью установки и уровнем необходимого взаимодействия между человеком и роботом.
Риски, связанные с такими опасностями, зависят от типа используемого робота и его назначения, а также от способа его установки, программирования, функционирования и обслуживания.
Не все опасности, отмеченные в настоящем стандарте, относятся к каждому роботу по персональному уходу, так же как и уровень риска, связанный с данными опасностями, не будет одинаковым для разных роботов. Следовательно, требования безопасности и/или меры защиты могут изменяться относительно того, что установлено в настоящем стандарте. Если необходимые для конкретного применения меры защиты не соответствуют требованиям безопасности и/или мерам защиты, определенным в настоящем стандарте, то они определяются в результате выполнения оценки риска.
Признавая разнообразную природу опасностей, связанных с применениями роботов по персональному уходу, настоящий стандарт представляет собой руководство по обеспечению безопасности при проектировании и построении немедицинских роботов по персональному уходу, а также при интеграции, установке и использовании данных роботов, то есть на протяжении всего их жизненного цикла. Поскольку на безопасность использования роботов по персональному уходу влияет проект конкретной робототехнической системы, то дополнительной, хотя и такой же важной целью является обеспечение предоставления рекомендаций по информации, связанной с использованием роботов и робототехнических устройств по персональному уходу.
Требования по безопасности, установленные в настоящем стандарте, должны выполняться изготовителями и поставщиками роботов по персональному уходу.
Последующие издания настоящего стандарта могут содержать более конкретные требования для конкретных типов роботов по персональному уходу и более полные количественные данные для разных категорий людей (например, детей, престарелых людей, беременных женщин).
1 Область применения
Настоящий стандарт определяет требования и рекомендации для проектирования роботов со встроенной безопасностью, мер защиты и информации для использования роботов по персональному уходу, в частности для следующих трех типов роботов по персональному уходу:
— мобильный обслуживающий робот;
— робот для оказания физической помощи;
— робот для перевозки человека.
Эти роботы обычно выполняют задачи по улучшению качества жизни предполагаемых пользователей независимо от их возраста и способностей. Настоящий стандарт описывает опасности, связанные с использованием таких роботов, и устанавливает требования для устранения или снижения рисков, связанных с данными опасностями до приемлемого уровня. Настоящий стандарт охватывает применения, связанные с физическим контактом между человеком и роботом.
Настоящий стандарт представляет существенные опасности и описывает, как их преодолевать для каждого типа робота по персональному уходу.
Настоящий стандарт охватывает робототехнические устройства, используемые для персонального ухода, которые относятся к роботам по персональному уходу.
Область применения настоящего стандарта ограничена наземными роботами.
Настоящий стандарт не применим к:
— роботам, перемещающимся со скоростью свыше 20 км/час;
— морским роботам и летающим роботам;
— промышленным роботам, к которым относится ИСО 10218;
— роботам, используемым в качестве медицинских устройств;
— роботам для военных или полицейских применений.
Область применения настоящего стандарта ограничена в основном опасностями, связанными с уходом за людьми, но, когда это подходит, настоящий стандарт может применяться и к домашним животным и имуществу (определенным как объекты, связанные с безопасностью). При этом робот по персональному уходу должен быть правильно установлен и обслуживаться, а также использоваться по своему назначению или в условиях, которые могут быть достаточно предсказуемыми.
Настоящий стандарт не применим к роботам, изготовленным до даты его публикации.
Настоящий стандарт относится ко всем существенным опасностям, опасным ситуациям или опасным событиям, описанным в приложении А. Необходимо отметить тот факт, что для опасностей, связанных с ударом (например, вследствие столкновения), на момент публикации настоящего стандарта не существует исчерпывающих и международно признанных данных (например, ограничения по боли или травмам).
2 Нормативные ссылки
Если используется, то необходимо рассмотреть отношение и применимость количественных данных к предполагаемым пользователям робота, особенно для престарелых людей и детей.
Все о роботах-пылесосах: кому пригодятся и как выбрать подходящую модель
В последние годы популярность роботов-пылесосов растет, причем производители не устают придумывать новый функционал для умных помощников по дому. Сначала такие пылесосы в полном соответствии с названием только собирали пыль, потом «научились» делать влажную уборку, а с недавних пор еще и чистят себя сами. Разбираемся, в чем польза от роботов-уборщиков и на что обратить внимание при выборе.
Что такое робот-пылесос
Робот-пылесос — бытовой прибор для уборки дома или квартиры при минимальном участии человека (или вообще без него). Девайс работает на аккумуляторе, который заряжают на специальной базе (она идет в комплекте и подключается к обычной розетке). Колеса и датчики позволяют пылесосу перемещаться по помещению, обходить препятствия и собирать мусор во внутренний контейнер. В зависимости от модели, прибор может обладать и другими функциями, например, выполнять влажную уборку или передавать изображение с камеры на телефон хозяина.
В 1997 году Electrolux продемонстрировала прототип первого робота-пылесоса, а в 2002 году первый девайс поступил в продажу. Одновременно со шведской компанией своего помощника представила американская фирма iRobot.
В 2009 году роботы-пылесосы начали поставляться в Россию, и их популярность только растет. По данным группы «М.Видео-Эльдорадо», за последние пять лет доля девайсов общем объеме продаж пылесосов в России выросла более чем в 6,5 раз и сейчас составляет более 20%. Это самая быстрорастущая по спросу категория пылесосов.
Как работает робот-пылесос
Главная задача робота-пылесоса — поддерживающая сухая уборка. Он собирает до 90% мусора, но для чистоты в квартире хотя бы раз в неделю все равно придется браться за швабру. Ни один робот из представленных сейчас на рынке не очистит квартиру так, как это сделает человек. Но с участием робота человеку придется убираться меньше — главное, настроить устройство для регулярной сборки мусора, и своевременно чистить щетки и пылесборник.
Режимы, в которых может работать робот-пылесос
Фильтр
Робот-пылесос оснащен фильтром тонкой очистки — электростатический или НЕРА (воздушный фильтр с высоким удержанием частиц), который удаляет из воздуха мельчайшую пыль, аллергены и микроорганизмы.
Камера
Встроенные камеры позволяют прибору строить карту помещения и рассчитывать лучшую траекторию движения, а некоторые модели даже передают изображения на смартфон. Эти опции есть не в каждой модели.
Датчики
Таймер
С его помощью можно установить время и/или дни для уборки.
Док-станция
Робот «живет» на базе, когда не работает. Лучше, чтобы она была не очень большой, и заряжала пылесос за 5-6 часов.
Плюсы роботов-пылесосов
Минусы роботов-пылесосов
Бюджетные модели время от времени будут требовать внимания, из-за слабых датчиков их придется спасать из «ловушек»: проводов, слишком высоких порогов, низкой мебели, ножек стульев и так далее.
Уход за роботом требует минимальных, но постоянных усилий. После каждой уборки контейнер нужно чистить. Турбощетка часто засоряется и тоже требует чистки.
С влажной уборкой с помощью робота-пылесоса много хлопот: требуется наполнить контейнер, сполоснуть тряпочку, вылить воду. Кому-то может показаться проще воспользоваться шваброй или тряпкой.
Роботы плохо справляются с засохшими пятнами, так что даже после влажной уборки пол не будет идеально чистым.
Такой девайс не подходит для уборки в помещениях с коврами на полу: он застревает и зажевывает их. Придется поднимать ковер, а после робота чистить его отдельно обычным пылесосом.
Робот-пылесос не может перемещаться по лестнице. Если жилище многоуровневое, придется переносить прибор с этажа на этаж, либо покупать несколько девайсов.
Помещение к уборке придется готовить: убирать с пола провода, игрушки, одежду.
По каким характеристикам выбрать робот-пылесос
Перед покупкой пылесоса нужно продумать:
Разбираемся с основными параметрами, которые стоит учитывать при выборе своего робота-пылесоса.
Тип аккумулятора
Аккумуляторы могут быть на основе никеля ( никель-металлгидридный) или лития (Li-Ion или Li-Po). Лучше выбирать литий, никелевый служит меньше, обычно через полгода-год его приходится менять.
Емкость аккумулятора
В идеале одного заряда должно хватать на одну уборку. нужно посчитать площадь помещения (за вычетом недоступных зон с мебелью, лестницы и так далее), которую предстоит обходить роботу, и уточнить в характеристиках, как расходуется заряд на 1 кв. м.
Мощность
Мощность всасывания отдельных роботов-пылесосов может доходить до 4 000 Па, для ежедневной сухой уборки достаточно 1000 Па. Но если в доме если домашние животные и проблема шерсти стоит остро, лучше выбирать более мощные модели.
Сегодня цена робота-пылесоса может начинаться от 2-3 тыс. руб., а может превышать 100 тыс. руб. Все зависит от комплектующих, функциональности и, конечно, бренда.
Тип уборки
Главный вопрос — нужна ли влажная уборка? Сейчас большинство моделей поддерживают эту функцию, но роботы плохо справляются с мытьем полов, зато эта процедура доставляет дополнительные хлопоты хозяину. Возможно, для поддерживающей уборки будет достаточно недорогой базовой модели.
Размер
Компактному устройству проще маневрировать и убираться в углах. Но в более объемном корпусе поместится более мощный двигатель, емкий аккумулятор и контейнер для пыли побольше. Чтобы определиться с габаритами, стоит измерить высоту мебели, особенно кровати. Главное, чтобы робот беспрепятственно забирался в труднодоступные места. В среднем, приемлемая высота для пылесоса — 8-10 см.
Объем контейнера для пыли
Для уборки небольшой квартиры хватит контейнера для пыли объемом 250 мл. Однако чем просторнее помещение, тем больший должен быть объем (обычно до 500 мл). Большой контейнер реже забивается, значит, пылесос будет качественнее всасывать мусор.
Тип фильтра
У НЕРА-фильтров качество очистки воздуха выше, чем у электростатических, он работает дольше. Но, когда НЕРА-фильтр полностью засоряется, придется покупать новый. Электростатический фильтр можно просто помыть.
Бампер и «прыгучесть»
Стоит обратить внимание на умение пылесоса преодолевать высоту хотя бы 15 мм (или выше — в зависимости от порогов в доме). Даже самый умный робот будет периодически врезаться в мебель и углы, так что лучше, если по периметру его защитит резиновый бампер.
Размер и мощность базы
Док-станция должна быть небольшой (особенно критично для маленьких квартир), а от ее мощности зависит скорость зарядки. Если девайс будет готов к работе за 5-6 часов — это норма, хотя встречаются и более быстрые экземпляры.
Наличие турбощетки
Турбощетка — это спиралевидный валик с жесткой щетиной, благодаря которому робот чистит помещение примерно на 10% эффективней. Она хороша, если в квартире есть, к примеру, ковры с ворсом средней длины. Зато если в доме животные и много шерсти, турбощетка будет постоянно забиваться. В таком случае лучше присмотреться к моделям с модулем прямого всасывания (или девайсам, где эти насадки можно менять).
Функция самоочистки
Некоторые зарядные базы идут с дополнительным контейнером для мусора. По окончании уборки робот встает на подзарядку, а содержимое его пылесборника выгружается в контейнер базы. С такой функцией хозяевам не нужно каждый раз встряхивать мусоросборник самостоятельно, однако им все равно придется чистить боковые щетки и турбощетку. Наценка за самоочистку может достигать 20 тыс. руб.
Поддержка русского языка
Русификация робота предполагает переведенные инструкцию, приложение, озвучку и управление голосом. Но есть нюанс: однажды переведенное приложение не будет обновляться, как его оригинал на английском языке. Производители роботов-пылесосов уделяют много внимание интуитивно-понятному дизайну, поэтому не всегда стоит придавать значение этому параметру.
Уровень шума
Шум пылесоса напрямую зависит от его мощности всасывания. Чем громче он работает — тем больше соберет мусора. Ни один робот не убирается настолько тихо, чтобы в это время можно было вздремнуть. Поэтому уборку оптимально запускать, когда дома никого нет.
Форма
Квадратная или D-форма обычно подаются как преимущество, поскольку позволяют лучше собирать грязь в углах. На самом деле, грязь в углах полностью все равно не исчезнет, хотя ее и будет немного меньше.
Робот-пылесос или обычный: что лучше
Ни один робот-пылесос не заменит полноценной генеральной уборки. В любом случае понадобится иметь дома обычный пылесос и швабру.
Зато при грамотном выборе робот может освободить много времени и минимизировать число уборок до 2-4 в месяц. Эта техника — подспорье в хозяйстве, если с самого начала осознавать, на что она способна, а чего от нее не стоит ждать.