План робототехники

В качестве обзора и актуального руководства по робототехнике представлен следующий план:

Робототехника – это отрасль машиностроения, электротехники и информатики, которая занимается проектированием, строительством, эксплуатацией и применением роботов, а также компьютерными системами для их контроля, сенсорной обратной связи и обработки информации. Эти технологии касаются автоматизированных машин, которые могут заменять людей в опасных средах или производственных процессах, или напоминают людей по внешнему виду, поведению и / или познанию. Многие из современных роботов вдохновлены природой, вносящей вклад в область биоиндустрированной робототехники.

Слово «робот» было представлено публике чешским писателем Карелом Чапеком в его пьесе «Ромас» (Universal Robots), опубликованной в 1920 году. Термин «робототехника» был придуман Исааком Азимовым в его фантастическом рассказе «Лжец» 1941 года. ”

Природа робототехники
Робототехника может быть описана как:

Прикладная наука – научное знание передается в физическую среду.
Отделение информатики –
Филиал электротехники –
Филиал машиностроения –
Исследования и разработки –
Отраслевая технология –

Филиалы робототехники
Адаптивный метод управления – контроля, используемый контроллером, который должен адаптироваться к управляемой системе с параметрами, которые изменяются или изначально неопределенны. Например, по мере того, как летает самолет, его масса будет медленно уменьшаться в результате потребления топлива; необходим закон контроля, который адаптируется к таким изменяющимся условиям.
Воздушная робототехника – разработка беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), обычно называемых беспилотными летательными аппаратами, самолетов без пилота-человека на борту. Их полет контролируется либо автономно бортовыми компьютерами, либо дистанционным управлением пилота на земле или в другом транспортном средстве.
Android-наука – междисциплинарная структура изучения человеческого взаимодействия и познания, основанная на предпосылке, что очень человечный робот (т. Е. Андроид) может вызвать человеческие социальные реакции у людей.
Антробиотика – наука о разработке и изучении роботов, которые полностью или в какой-то степени похожи на человека.
Искусственный интеллект – интеллект машин и отрасль компьютерной науки, целью которого является его создание.
Искусственные нейронные сети – математическая модель, вдохновленная биологическими нейронными сетями.
Автономный автомобиль – автономный автомобиль, способный выполнять транспортные возможности человека на традиционном автомобиле
Автономная исследовательская робототехника –
Байесовская сеть –
BEOM robotics – это стиль робототехники, который в первую очередь использует простые аналоговые схемы вместо микропроцессора, чтобы создать необычно простой дизайн (по сравнению с традиционными мобильными роботами), который обеспечивает гибкость и надежность при выполнении задачи, для которой он был разработан.
Поведенческая роботизация – отрасль робототехники, которая включает в себя модульную или основанную на поведении AI (BBAI).
Биоиндустрированная робототехника – создание роботов, вдохновленных биологическими системами. Биомимика и биоиндустрированный дизайн иногда путают. Биомимика копирует природу, в то время как биоиндустрированный дизайн учится у природы и создает механизм, который проще и эффективнее, чем система, наблюдаемая в природе.
Биомиметика – см. Бионика.
Биоморфная робототехника – субдисциплина робототехники, ориентированная на эмуляцию механики, сенсорных систем, вычислительных структур и методологий, используемых животными.
Бионика – также известная как биомиметика, биогнозия, биомимика или бионическое творчество – это применение биологических методов и систем, используемых в природе для изучения и проектирования инженерных систем и современных технологий.
Биорототика – исследование того, как сделать роботов, которые эмулируют или имитируют биологические биологические организмы механически или даже химически.
Облачная робототехника – это поле робототехники, которое пытается использовать такие облачные технологии, как облачные вычисления, облачное хранилище и другие интернет-технологии, ориентированные на преимущества конвергентной инфраструктуры и общих сервисов для робототехники.
Когнитивная робототехника – рассматривает познание животных как отправную точку для развития обработки роботизированной информации, в отличие от более традиционных методов искусственного интеллекта.
Кластеризация –
Вычислительная нейронаука – исследование функции мозга с точки зрения информационных свойств структур, составляющих нервную систему.
Управление роботом – исследование управляющих роботов
Соглашения о робототехнике –
Методы интеллектуального анализа данных –
Степени свободы – в механике степень свободы (DOF) механической системы – это количество независимых параметров, определяющих ее конфигурацию. Именно количество параметров определяет состояние физической системы и важно для анализа систем тел в машиностроении, авиационной технике, робототехнике и конструкторской инженерии.
Развивающая робототехника – методология, которая использует метафоры из нервного развития и психологии развития, чтобы развить ум для автономных роботов
Цифровой контроль – это ветвь теории управления, которая использует цифровые компьютеры для работы в качестве системных контроллеров.
Цифровая обработка изображений – использование компьютерных алгоритмов для обработки изображений на цифровых изображениях.
Уменьшение размерности – процесс сокращения числа рассматриваемых случайных величин и может быть разделен на выбор функций и извлечение признаков.
Распределенная робототехника –
Электронный контроль стабильности – это компьютеризированная технология, которая повышает безопасность устойчивости транспортного средства, обнаруживая и уменьшая потерю тяги (заноса).
Эволюционное вычисление –
Эволюционная робототехника – методология, использующая эволюционные вычисления для разработки контроллеров для автономных роботов
Расширенный фильтр Калмана –
Гибкие функции распределения –
Контроль и регулирование обратной связи –
Человеко-компьютерное взаимодействие – исследование, планирование и проектирование взаимодействия между людьми (пользователями) и компьютерами
Человеческое роботовое взаимодействие – исследование взаимодействия между людьми и роботами
Интеллектуальные технологии транспортных средств – включают электронные, электромеханические и электромагнитные устройства – обычно кремниевые микрообработанные компоненты, работающие в сочетании с устройствами с компьютерным управлением и радиоприемопередатчиками, для обеспечения точности функций повторяемости (например, в системах искусственного интеллекта робототехники) для восстановления характеристик аварийного предупреждения.
Компьютерное зрение –
Машинное зрение –
Кинематика – исследование движения, применительно к роботам. Это включает в себя как конструкцию связей для выполнения движения, их мощности, контроля и стабильности; также их планирование, например, выбор последовательности движений для достижения более широкой задачи.
Лабораторная робототехника – акт использования роботов в лабораториях по биологии или химии
Обучение роботу – обучение выполнению таких задач, как предотвращение препятствий, контроль и различные другие задачи, связанные с движением
Интерфейс прямой обработки. В информатике прямая манипуляция – это стиль взаимодействия человека и компьютера, который включает в себя непрерывное представление объектов интереса и быстрых, обратимых и дополнительных действий и обратной связи. Цель состоит в том, чтобы позволить пользователю напрямую манипулировать представленными им объектами, используя действия, которые по меньшей мере соответствуют физическому миру.
Обучение в коллективе –
Микророботы – поле миниатюрной робототехники, в частности мобильные роботы с характерными размерами менее 1 мм
Планирование движения – (ака, «проблема навигации», «проблема с пианино») – это термин, используемый в робототехнике для процесса детализации задачи в дискретных движениях.
Управление двигателя – деятельность, связанная обработка информации, осуществляемая центральной нервной система, организующей опорно-двигательный аппарат для создания координированных движений и квалифицированных действий.
Nanorobotics – новое технологическое поле, создающее машины или роботы, компоненты которых находятся на уровне или близком к масштабу нанометра (10-9 метров).
Пассивная динамика – относится к динамическому поведению исполнительных механизмов, роботов или организмов, когда они не вытягивают энергию из источника питания (например, батареи, топливо, АТФ).
Программирование методом демонстрации – метод разработки конечных пользователей для обучения компьютера или нового поведения робота, демонстрируя задачу передачи напрямую, а не программирование через машинные команды.
Квантовая робототехника – подполе робототехники, которое занимается использованием квантовых компьютеров для запуска алгоритмов робототехники быстрее, чем цифровые компьютеры.
Быстрое прототипирование – автоматическое построение физических объектов посредством аддитивного производства из виртуальных моделей в программном обеспечении с автоматизированным проектированием (САПР), преобразование их в тонкие, виртуальные горизонтальные поперечные сечения, а затем создание последовательных слоев до тех пор, пока элементы не будут завершены. По состоянию на июнь 2011 года используется для создания моделей, деталей прототипов и деталей качественного качества в относительно небольших количествах.
Укрепление обучения – область машинного обучения в информатике, связанная с тем, как агент должен принимать меры в среде, чтобы максимизировать некоторое понятие кумулятивной награды.
Кинематика роботов – применяет геометрию к изучению движения кинематических цепей с несколькими степенями свободы, которые формируют структуру роботизированных систем.
Локомотив роботов – коллективное название для различных методов, которые роботы используют для транспортировки от места к месту.
Программирование роботов –
Роботизированное сопоставление – цель для автономного робота иметь возможность строить (или использовать) карту или план этажа и локализовать в нем
Роботизированная хирургия – компьютерная хирургия и роботизированная хирургия – это термины для технологических разработок, которые используют роботизированные системы для оказания помощи в хирургических процедурах.
Операция на сердце с помощью робота –
Датчики – (также называемый детектором) – это преобразователь, который измеряет физическую величину и преобразует его в сигнал, который может быть прочитан наблюдателем или (сегодня в основном электронным) прибором.
Одновременная локализация и сопоставление – метод, используемый роботами и автономными транспортными средствами для создания карты в неизвестной среде (без априорных знаний) или для обновления карты в пределах известной среды (с априорными знаниями с данной карты), в то время как в то же время отслеживая их текущее местоположение.
Разработка программного обеспечения – применение систематического, дисциплинированного, количественного подхода к проектированию, разработке, эксплуатации и обслуживанию программного обеспечения, а также изучение этих подходов; то есть применение техники для программного обеспечения.
Обработка речи – изучение речевых сигналов и методов обработки этих сигналов. Сигналы обычно обрабатываются в цифровом представлении, поэтому речевую обработку можно рассматривать как частный случай обработки цифрового сигнала, применяемый к речевому сигналу. [Необходимость пояснения]. Аспекты обработки речи включают в себя приобретение, обработку, хранение, передачу и вывод цифровые речевые сигналы.
Поддерживающие векторные машины – контролируемые модели обучения с соответствующими алгоритмами обучения, которые анализируют данные и распознают шаблоны, используемые для классификации и регрессионного анализа.
Рой-роботизация – включает в себя большое количество в основном простых физических роботов. Их действия могут быть направлены на включение возникающего поведения, наблюдаемого у социальных насекомых (интеллект рой).
Ant robotics – роевые роботы, которые могут общаться через маркировку, подобно муравьям, которые лежат и следуют за тропами феромонов.
Telepresence – относится к набору технологий, которые позволяют человеку ощущать себя, как если бы они присутствовали, придавать внешний вид присутствующим или оказывать влияние посредством телероботов в месте, отличном от их истинного местоположения.
Вездесущая робототехника – интеграция роботизированных технологий с технологиями из областей вездесущих и повсеместных вычислений, сенсорных сетей и внешней разведки.

Сопутствующие поля
Робототехника включает в себя аспекты многих дисциплин, включая электронику, машиностроение, механику, программное обеспечение и искусство. Конструкция и управление роботами основывается на знаниях многих областей, в том числе:

генеральный
Аэрокосмическая –
Биология –
Биомеханика –

Информатика –
Искусственный интеллект –
Вычислительная лингвистика –
Облачные вычисления –
Кибернетика –
Модальная логика –

Инженерное дело –
Акустическая инженерия –
Автомобилестроение –
Химическая инженерия –
Техника управления –
Электротехника –
Электронная инженерия –
Механическая инженерия –
Мехатроника –
Микроэлектромеханическая техника –
Наноинженерия –
Оптическая инженерия –
Техника безопасности –
Разработка программного обеспечения –
Телекоммуникации –

Художественная литература – Технология робототехники и ее последствия являются основными темами научной фантастики и послужили источником вдохновения для развития робототехники и вызывают этические проблемы. Роботы изображаются в коротких рассказах и романах, в кино, на телевизионных шоу, в театральных постановках, в веб-медиа, в компьютерных играх и в комиксах. См. Список вымышленных роботов и андроидов.
Фильм – см. Роботы в кино.
Литература – вымышленные автономные искусственные слуги имеют долгую историю в человеческой культуре. Сегодня самый распространенный троп роботов, развивающий самосознание и восстание против своих создателей, относится только к началу 20-го века. См. Роботы в литературе.
Три закона робототехники в народной культуре

Военная наука –

Психология –
Когнитивная наука –
Поведенческая наука –

Философия –
Этика –

Физика –
Динамика –
Кинематика –

Области применения – кроме того, вкладные поля включают конкретную область (области), для которой предназначен конкретный робот. Например, для разработки роботизированных хирургических приложений потребуется экспертиза в области хирургических процедур и анатомии.

Связанные поля
Автоматизация зданий –
Домашняя автоматизация –
Вспомогательные технологии
Облачная робототехника

Связанные поля
Автоматизация зданий –
Домашняя автоматизация –
Вспомогательные технологии
Облачная робототехника

Роботы

Типы роботов
Автономные роботы – роботы, которые не контролируются людьми:

Аэробот – робот, способный осуществлять независимый полет на других планетах
Android – робот-гуманоид; напоминающий форму или форму человека
Automaton – ранний самодействующий робот, выполняющий точно такие же действия, снова и снова
Автономный автомобиль – автомобиль, оснащенный системой автопилота, способной двигаться от одной точки к другой без ввода оператора
Ballbot – динамически стабильный мобильный робот, предназначенный для балансировки на одном шаровом колесе (т. Е. Шаре)
Киборг – также известный как кибернетический организм, существо с биологическими и искусственными (например, электронными, механическими или роботизированными) частями
Взрывоопасный боеприпас, робот – мобильный робот, предназначенный для оценки того, содержит ли объект взрывчатку; некоторые из них детонаторы, которые могут быть депонированы на объекте и активированы после выхода робота
Gynoid – гуманоидный робот, предназначенный для того, чтобы выглядеть как человеческая женщина
Hexapod (ходунок) – шестиногий ходячий робот, используя простой насекомоподобный локомотив
Промышленный робот – перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материала, деталей, инструментов или специализированных устройств посредством переменных запрограммированных движений для выполнения множества задач
3д принтер
Робот-насекомое – маленький робот, предназначенный для имитации поведения насекомых, а не сложного поведения человека.
Микробот – микроскопические роботы, предназначенные для проникновения в организм человека и лечения болезней
Военный робот – экзосидит, способный сливаться с его пользователем для повышения прочности, скорости, обработки и т. Д.
Мобильный робот – самоходный и автономный робот, способный передвигаться по механически безусловному курсу.
Крылатая ракета – управляемая роботом ракета, которая несет взрывчатую полезную нагрузку.
Музыкальный робот-робот – робот, созданный для осуществления музыкальных развлечений, используя инструменты, созданные на заказ, или разработанные человеком инструменты.
Нанобот – то же, что и микробот, но меньше. Компоненты находятся на уровне или близки к масштабу нанометра (10-9 метров).
Протезированный робот – программируемый манипулятор или устройство, заменяющий недостающую человеческую конечность.
Ровер – робот с колесами, предназначенными для прогулок по местности других планет
Сервисный робот – машины, расширяющие человеческие возможности.
Snakebot – робот или роботизированный компонент, похожий на щупальце или сундук слона, где используется множество небольших приводов, позволяющих непрерывное изогнутое движение робота-компонента со многими степенями свободы. Обычно это применяется к роботам-змеям, которые используют это как гибкий манипулятор. Редкое приложение – это змеиный бот, где весь робот является мобильным и змеевидным, чтобы получить доступ через узкие пространства.
Хирургический робот – удаленный манипулятор, используемый для хирургического вмешательства в замочную скважину
Ходячий робот – робот, способный передвигаться пешком. Из-за трудностей равновесия двуногие ходячие роботы до сих пор были редкими, и большинство ходячих роботов использовали насекомоподобные мультяшные гусиные походки.

По способу передвижения
Мобильные роботы могут быть классифицированы по:

Окружающая среда, в которой они путешествуют:
Земля или домашние роботы. Они чаще всего колеблются, но также включают легочных роботов с двумя или более ногами (гуманоидами или похожими на животных или насекомых).
Воздушные роботы обычно называют беспилотными летательными аппаратами (БПЛА).
Подводные роботы обычно называют автономными подводными аппаратами (AUV).
Полярные роботы, предназначенные для навигации по ледяным, заполненным трещинами средам

Устройство, которое они используют для перемещения, в основном:
Легкий робот – человекоподобные ноги (например, андроид) или похожие на животных ноги
Дорожки
Колесный робот

Компоненты робота и его конструктивные особенности
Привод – двигатель, который преобразует управляющие сигналы в механическое движение. Сигналы управления обычно являются электрическими, но могут реже быть пневматическими или гидравлическими. Источник питания также может быть любым из них. Обычно для электрического управления используется модуляция мощного пневматического или гидравлического двигателя.
Линейный привод – форма двигателя, которая непосредственно создает линейное движение.
Дельта-робот – привязка треноги, используемая для создания быстродействующих манипуляторов с широким диапазоном движения.
Мощность привода – источник энергии или источники для приводов робота.
End-effector – дополнительное устройство или инструмент, специально предназначенный для крепления к запястью робота или монтажной пластине инструмента, чтобы робот мог выполнять свою задачу. (Примеры могут включать захват, пистолет с точным сварным швом, дугогасящий пистолет, распылитель или любые другие инструменты для нанесения).
Первичная цепочка – процесс, в котором события или полученные данные рассматриваются субъектом для разумной адаптации его поведения.
Haptic – тактильная технология обратной связи, использующая ощущение прикосновения оператора. Также иногда применяется к манипуляторам роботов со своей сенсорной чувствительностью.
Hexapod (платформа) – подвижная платформа с использованием шести линейных приводов. Часто используемые в летных тренажерах и ярмарочных аттракционах, они также имеют приложения в качестве роботизированного манипулятора.
См. Платформу Стюарта
Гидравлика – управление механической силой и движением, создаваемое применением жидкости под давлением. cf пневматика.
Фильтр Калмана – математическая методика для оценки значения измерения датчика из серии прерывистых и шумных значений.
Связь Klann – простая связь для ходячих роботов.
Манипулятор – захват. Роботизированная рука.
Параллельный манипулятор – шарнирный робот или манипулятор на основе ряда кинематических цепей, приводов и шарниров параллельно. cf серийный манипулятор.
Удаленный манипулятор – манипулятор под прямым контролем человека, часто используемый для работы с опасными материалами.
Серийный манипулятор – шарнирный робот или манипулятор с одиночной серией кинематической цепи исполнительных механизмов. параллельный манипулятор.
Отключение – дезактивация защитного устройства обнаружения присутствия во время части цикла робота.
Подвеска – любое портативное устройство управления, которое позволяет оператору управлять роботом из ограниченного пространства (пространства) робота.
Пневматика – контроль механической силы и движения, создаваемый применением сжатого газа. cf гидравлики.
Сервомотор, который перемещается и удерживает заданное положение под командой, а не непрерывно перемещается
Сервомеханизм – автоматическое устройство, использующее отрицательную обратную связь с ошибкой для коррекции производительности механизма
Единая точка управления – возможность управлять роботом таким образом, что инициирование или движение робота из одного источника управления возможны только из этого источника и не могут быть переопределены из другого источника
Медленное управление скоростью – режим управления движением робота, где скорость робота ограничена, чтобы позволить людям достаточно времени для снятия опасного движения или остановки робота
Шаговый двигатель
Платформа Stewart – подвижная платформа с использованием шести линейных приводов, поэтому также известна как Hexapod
Архитектура Subsumption – архитектура робота, которая использует модульный дизайн снизу вверх, начиная с наименее сложных поведенческих задач
Режим обучения – состояние управления, которое позволяет создавать и хранить позиционные точки данных, выполняемые перемещением рычага робота по пути предполагаемых движений

Специальные роботы
Аура (спутник) – роботизированный космический аппарат, запущенный НАСА в 2004 году, который собирает атмосферные данные с Земли
Рентгеновская обсерватория Чандра – роботизированный космический аппарат, запущенный НАСА в 1999 году для сбора астрономических данных
Джастин
Robonaut – проект разработки, проводимый NASA для создания человекоподобных роботов, способных использовать космические инструменты и работающих в аналогичных средах с подходящими астронавтами
Unimate – первый серийный промышленный робот 1961 года

Будущее робототехники
Будущее робототехники

Искусственный общий интеллект
Мягкая робототехника
Средства разработки и разработки робототехники
Arduino – современная платформа для небольших роботизированных экспериментов и физических вычислений.
CAD / CAM (автоматизированное проектирование и автоматизированное производство) – эти системы и их данные могут быть интегрированы в роботизированные операции.
Чистая комната – окружающая среда, которая имеет низкий уровень загрязняющих окружающую среду веществ, таких как пыль, воздушные микробы, аэрозольные частицы и химические пары; часто используется в сборке роботов.
Студия разработчика Microsoft Robotics
Игровой проект
Операционная система для роботов
Gazebo, робототехнический симулятор

Робототехнические принципы
Искусственный интеллект – интеллект машин и отрасль компьютерной науки, целью которого является его создание.
Степени свободы – степень, в которой робот может двигаться сам; выраженные через декартовы координаты (x, y и z) и угловые движения (рыскание, шаг и рулон).
Возникающее поведение – сложное результирующее поведение, возникающее в результате повторной операции простого базового поведения.
Конверт (Пространство), Максимальный объем пространства, охватывающий максимальные расчетные движения всех частей робота, включая конечный эффект, заготовку и вложения.
Гуманоид – похожий на человека по форме, функции или и тому и другому.
Roboethics
Три закона робототехники – придуманный автором научной фантастики Исааком Азимовым, одним из первых серьезных соображений этики и робопсихологических аспектов робототехники.
Точка центра инструмента (TCP) – начало координат инструмента.
Необязательная долина – гипотетическая точка, в которой поведение и внешний вид гуманоидного робота настолько близки к поведению реальных людей, но не точные или полностью признанные, чтобы вызвать чувство отвращения.

Конкурсы робототехники
Конкурс роботов

Национальная олимпиада ElectroniX
ABU Robocon
BEST Robotics
Botball
DARPA Grand Challenge – конкурс призов для американских автономных автомобилей, финансируемый Агентством перспективных исследований обороны, самой известной исследовательской организацией Министерства обороны Соединенных Штатов.

DARPA Robotics Challenge – приз, финансируемый Агентством перспективных исследований США в области обороны. С 2012 по 2014 год он нацелен на создание полуавтономных наземных роботов, которые могут выполнять «сложные задачи в опасных, деградированных, человеко-инженерных средах».
Первоначальные задачи
Привод служебного автомобиля на месте
Путешествие спешилось через щебень
Удалить мусор, блокирующий подъезд
Откройте дверь и войдите в здание
Поднимитесь по промышленной лестнице и пройдите по промышленной дорожке
Используйте инструмент для пробития бетонной панели
Расположить и закрыть клапан рядом с утечкой трубы
Подключите пожарный шланг к стояку и включите клапан

Команды, занимающиеся финалом
Schaft
Роботы IHMC
Тартанское спасение
MIT
RoboSimian
Команда TRACLabs
WRECS
TROOPER

Конкурс роботов Defcon
Герцогский ежегодный конкурс Robo-Climb
Eurobot
Европейский наземный робот
Первая лига Лего
Первая лига Лего
Конкурс FIRST Robotics
FIRST Tech Challenge
Международный конкурс авиационной робототехники
MicroMouse
Национальный конкурс инженерной робототехники
RoboCup
Robofest
RoboGames
RoboSub
Студенческая робототехника
Обратная связь
Всемирная олимпиада по роботу