移动机器人

移动机器人是能够移动的机器人。 移动机器人通常被认为是机器人和信息工程的子领域。

移动机器人具有在其环境中移动的能力,并且不能固定到一个物理位置。 移动机器人可以是“自主的”(AMR-自主移动机器人),这意味着它们能够在不需要物理或机电引导装置的情况下导航不受控制的环境。 或者,移动机器人可以依靠引导装置,这些引导装置允许它们在相对受控的空间(AGV-自主引导车辆)中行进预定义的导航路线。 相比之下,工业机器人通常或多或少是静止的,由连接到固定表面的连接臂(多连杆操纵器)和夹持器组件(或末端执行器)组成。

移动机器人在商业和工业环境中变得越来越普遍。 医院一直使用自动移动机器人移动材料多年。 仓库安装了移动机器人系统,可以有效地将物料从库存货架移动到订单履行区。 移动机器人也是当前研究的重点,几乎每所主要大学都有一个或多个专注于移动机器人研究的实验室。 移动机器人也存在于工业,军事和安全设施中。 家用机器人是消费产品,包括娱乐机器人和执行某些家务任务的人,如吸尘或园艺。

移动机器人的组件是控制器,控制软件,传感器和执行器。 控制器通常是微处理器,嵌入式微控制器或个人计算机(PC)。 移动控制软件可以是汇编级语言,也可以是高级语言,如C,C ++,Pascal,Fortran或特殊的实时软件。 使用的传感器取决于机器人的要求。 要求可能是航位推算,触觉和接近感应,三角测距,碰撞避免,位置定位和其他特定应用。

分类
移动机器人可按以下方式分类:

他们旅行的环境:
陆地或家庭机器人通常被称为无人地面车辆(UGV)。 它们通常是轮式或履带式的,但也包括具有两条或更多条腿的腿式机器人(类人动物或类似动物或昆虫)。
交付& 运输机器人可以通过工作环境移动材料和供应品
空中机器人通常被称为无人驾驶飞行器(UAV)
水下机器人通常被称为自主水下航行器(AUV)
极地机器人,旨在导航冰冷,裂缝充满的环境

他们用来移动的设备,主要是:
腿式机器人:人类腿(即机器人)或动物般的腿。
轮式机器人。
曲目。

移动机器人导航
有许多类型的移动机器人导航:

手动遥控或远程操作
手动遥控操作的机器人完全由带有操纵杆或其他控制装置的驾驶员控制。 该设备可以直接插入机器人,可以是无线操纵杆,或者可以是无线计算机或其他控制器的附件。 远程操作机器人通常用于使操作员远离伤害。 手动远程机器人的例子包括Robotics Design的ANATROLLER ARI-100和ARI-50,Foster-Miller的Talon,iRobot的PackBot和KumoTek的MK-705 Roosterbot。

守卫的电话
有保护的远程操作机器人具有感知和避开障碍物的能力,但是否则将像被驱动器一样在被驱动下导航,如在手动远程操作下的机器人。 如果任何移动机器人只提供有保护的远程操作,则很少。 (请参阅下面的滑动自治。)

线路跟随汽车
一些最早的自动导引车(AGV)是追随移动机器人。 它们可能遵循涂在或嵌入地板或天花板的视线或地板上的电线。 大多数这些机器人操作简单的“保持中心传感器线”算法。 他们无法绕过障碍; 他们只是停下来,等着什么东西堵住了他们的路。 Transbotics,FMC,Egemin,HK Systems和许多其他公司仍在销售此类车辆的许多例子。 这些类型的机器人在众所周知的机器人社会中仍然广泛流行,作为学习机器人角落的第一步。

自主随机机器人
随机运动的自主机器人基本上会从墙壁上反弹,无论这些墙壁是否被感知到

自动引导机器人
自主引导的机器人至少知道一些关于它在哪里以及如何在途中达到各种目标和/或航点的信息。 “定位”或其当前位置的知识通过一种或多种方式计算,使用诸如电机编码器,视觉,立体视觉,激光和全球定位系统的传感器。 定位系统通常使用三角测量,相对位置和/或蒙特卡罗/马尔可夫定位来确定平台的位置和方向,从中可以计划到其下一个航路点或目标的路径。 它可以收集时间和位置标记的传感器读数。 这种机器人通常是无线企业网络的一部分,与建筑物中的其他传感和控制系统连接。 例如,PatrolBot安全机器人响应警报,操作电梯并在事故发生时通知指挥中心。 其他自主引导机器人包括SpeciMinder和医院的TUG运送机器人。 2013年,艺术家Elizabeth Demaray与工程师Dr. Qingze Zou,生物学家Simeon Kotchomi博士和计算机科学家Ahmed Elgammal博士合作创作了能够为盆栽植物找到阳光和水的自动机器人。

滑动自治
功能更强大的机器人在称为滑动自治的系统下结合了多个级别的导航。 大多数自动引导机器人,例如HelpMate医院机器人,也提供手动模式。 在ADAM,PatrolBot,SpeciMinder,MapperBot和许多其他机器人中使用的Motivity自动机器人操作系统提供从手动到保护到自主模式的完全滑动自治。

历史

日期 发展
1939-1945 在第二次世界大战期间,第一批移动机器人是由于计算机科学和控制论等一些相对较新的研究领域的技术进步而出现的。 他们大多是飞行炸弹。 例如智能炸弹只能在目标的一定范围内引爆,使用引导系统和雷达控制。 V1和V2火箭有一个原始的’自动驾驶’和自动爆炸系统。 它们是现代巡航导弹的前身。
1948-1949 W. Gray Walter建造了两个名为Machina Speculatrix的自动机器人Elmer和Elsie,因为这些机器人喜欢探索他们的环境。 Elmer和Elsie都配备了光传感器。 如果他们找到了光源,他们就会向它移动,避开或移动障碍物。 这些机器人证明了复杂的行为可能来自简单的设计。 Elmer和Elsie只有两个相同的神经细胞。
1961-1963 约翰霍普金斯大学开发了“野兽”。 野兽用声纳来走动。 当它的电池电量不足时,它会找到一个电源插座并插上电源插头。
1969年 Mowbot是第一个自动修剪草坪的机器人。
1970年 斯坦福购物车系列追随者是一个移动机器人,能够使用相机观察白线。 这是无线电链接到一个大型主机进行计算。
大约在同一时间(1966-1972),斯坦福研究所正在建造和研究Shakey the Robot,这是一个以其生涩运动命名的机器人。 Shakey有一个摄像头,一个测距仪,碰撞传感器和一个无线电链路。Shakey是第一个可以推理其行为的机器人。 这意味着Shakey可以被赋予非常通用的命令,并且机器人将找出完成给定任务的必要步骤。
苏联用月球车Lunokhod 1探索月球表面。
1976年 美国宇航局在其维京计划中向火星发射了两枚无人太空船。
1980年 公众对机器人的兴趣增加,导致机器人可以购买供家庭使用。 这些机器人用于娱乐或教育目的。例子包括今天仍然存在的RB5X和HERO系列。
斯坦福购物车现在能够通过障碍物课程并制作其环境地图。
20世纪80年代初 慕尼黑联邦国防军大学的Ernst Dickmanns团队制造了第一批机器人汽车,在空旷的街道上行驶速度高达55英里/小时。
1983年 Stevo Bozinovski和Mihail Sestakov使用IBM Series / 1计算机的多任务系统通过并行编程控制移动机器人。
1986年 Stevo Bozinovski和Gjorgi Gruevski使用语音命令控制轮式机器人。
1987年 休斯研究实验室展示了机器人车辆的第一个越野地图和基于传感器的自主操作。
1988年 Stevo Bozinovski,Mihail Sestakov和Liljana Bozinovska使用EEG信号控制移动机器人。
1989年 Stevo Bozinovski和他的团队使用EOG信号控制移动机器人。
1989年 Mark Tilden发明了BEAM机器人技术。
20世纪90年代 工业机械臂之父Joseph Engelberger与同事一起设计了第一款由Helpmate销售的商用自动移动医院机器人。 美国国防部为基于Cyber​​motion室内安全机器人的MDARS-I项目提供资金。
1991年 江户。 Franzi,AndréGuignard和Francesco Mondada开发了Khepera,一种用于研究活动的自动小型移动机器人。 该项目得到了LAMI-EPFL实验室的支持。
1993-1994 Dante I和Dante II由卡内基梅隆大学开发。 两者都是用于探索活火山的步行机器人。
1994年 随着客人的加入,戴姆勒 – 奔驰的双机器人车辆VaMP和VITA-2以及UniBwM的Ernst Dickmanns在巴黎三车道高速公路上行驶了一千多公里,标准交通拥挤,时速高达130公里/小时。 他们展示了自由驾驶自由驾驶,车队驾驶以及左右车道变换,其他车辆自动通过。
1995年 半自动的ALVINN驾驶一辆汽车沿着海岸到海岸的计算机控制,除了2850英里中的大约50英里外。 然而,节气门和制动器由人类驾驶员控制。
1995年 同年,恩斯特·迪克曼斯的机器人汽车之一(机器人控制的油门和刹车)从慕尼黑开往哥本哈根1000多英里,在交通中以高达120英里/小时的速度行驶,偶尔会执行机动车以通过其他车辆(只有在几个危急情况下安全驾驶员接管了)。 主动视觉用于处理快速变化的街景。
1995年 先锋可编程移动机器人以合理的价格在市场上销售,随着移动机器人成为大学课程的标准部分,未来十年机器人研究和大学学习的普及增加。
1996年 Cyber​​clean Systems开发出第一台全自动真空清洁机器人,可自行充电,操作电梯和真空走廊,无人为干预。
1996-1997 美国国家航空航天局将火星探路者的漫游者Sojourner送往火星。 火星探测从地球指挥的表面。Sojourner配备了危险避免系统。 这使得Sojourner能够通过未知的火星地形自主地找到它。
1999年 索尼推出了Aibo,一种能够观察,行走和与环境互动的机器狗。 推出PackBot遥控军用移动机器人。
2001年 开始Swarm-bots项目。 群体机器人类似于昆虫群。 通常,它们由大量单独的简单机器人组成,这些机器人可以相互交互并一起执行复杂的任务。
2002年 Roomba出现了,一个清洁地板的家用自动移动机器人。
2003 Axxon Robotics收购了Intellibot,这是一系列商用机器人的制造商,这些机器人在医院,办公楼和其他商业建筑中进行擦洗,真空和扫地。 Intellibot Robotics LLC的地板护理机器人完全自主运行,绘制环境并使用一系列传感器进行导航和避障。
2004年 由Mark Tilden设计的生物形态玩具机器人Robosapien已经上市。
在“Centibots项目”中,100个自动机器人协同工作,制作未知环境的地图,并在环境中搜索物体。
在第一届DARPA大挑战赛中,完全自动驾驶的车辆在沙漠球场上相互竞争。
2005年 波士顿动力公司制造了一种四足机器人,旨在为车辆承载过于粗糙的地形。
2006年 索尼停止制造Aibo和HelpMate停止生产,但随着移动机器人继续努力实现商业可行性,可以获得成本更低的PatrolBot可定制自主服务机器人系统。 美国国防部放弃了MDARS-I项目,但资助了自主现场机器人MDARS-E。 TALON-Sword是第一款带有榴弹发射器和其他综合武器选择的商用机器人。 本田的Asimo学会跑步和爬楼梯。
2007年 在DARPA城市大挑战赛中,六辆车自动完成了一个涉及载人车辆和障碍物的复杂航线。 Kiva Systems机器人在配送业务中激增; 这些自动搁架单元根据其内容的受欢迎程度进行分类。 Tug成为医院将大型库存从一个地方搬到另一个地方的流行手段,而具有Motivity的Speci-Minder开始将血液和其他患者样本从护士站送到各个实验室。 Seekur是第一个广泛使用的非军用户外服务机器人,它将一辆3吨重的车辆穿过一个停车场,在室内自动驾驶,并开始学习如何在外面进行导航。与此同时,PatrolBot学会跟随人并检测半开的门。
2008年 波士顿动力公司发布了新一代BigDog的视频片段,它能够在冰冷的地形上行走,并在从侧面踢出时恢复平衡。
2010 多自主地面机器人国际挑战赛由自动驾驶车辆组成的团队绘制了一个大型动态城市环境,识别和跟踪人类并避开敌对物体。
2016 多功能敏捷遥控机器人(MARCbot)首次被美国警方用来杀死在德克萨斯州达拉斯杀害5名警察的狙击手,这引发了关于警察使用无人机和机器人的道德问题对犯罪者的致命武力
在NASA样品返回机器人百年挑战赛期间,一款名为Cataglyphis的漫游车成功展示了自主导航,决策以及样品检测,检索和返回功能。
2017年 在ARGOS Challenge中,机器人开发用于在海上石油和天然气装置的极端条件下工作。