Роботы 3 поколения сообщение
Обновлено: 05.07.2024
Роботы первого, второго и третьего поколений. Главные задачи промышленной робототехники
Робототехника - это комплексное научно-техническое направление, возникшее на стыке механики и кибернетики.[ . ]
Робот в самом общем виде можно определить как универсальный автомат для осуществления механических и управляющих действий подобных тем, которые производит человек, выполняющий механическую работу. Робот состоит из манипулятора (М) и перепрограммируемого устройства управления (ППУ) (рис. 1.1).[ . ]
Манипулятор - механическая рука робота. Состоит из звеньев, содержит приводы и рабочий орган (РО). Узлы сочленения звеньев - "суставы" робота, приводы - "мышцы".[ . ]
Манипулятор характеризуется числом степеней подвижности, показанный на рис. 1.1 робот имеет 5 степеней подвижности. Для сравнения рука человека имеет 27 степеней подвижности, из которых 20 приходится на кисть, человеческое тело имеет несколько сот степеней подвижности.[ . ]
Перепрограммируемое устройство управления выполняется на базе микропроцессорных чипов или микроЭВМ.[ . ]
Как научно-техническое направление робототехника сложилось в конце 60-х годов. Развитие роботов и расширение сферы их применения отражает классификация роботов по поколениям.[ . ]
Поколения роботов. Роботы первого поколения работают по заранее заданной жесткой программе - это роботы с программным управлением. Роботы первого поколения с успехом воспроизводят двигательные функции человека. Они берут и кладут, поднимают, опускают, вынимают, вставляют, переворачивают предметы труда по заранее введенной в систему управления оператором программе. Это жесткопрограммируемые роботы (рис. 1.2).[ . ]
Такие роботы могут выполнять различные операции в неполностью определенной или частично изменяющейся обстановке, т.е. адаптироваться (приспосабливаться). Такие роботы называют еще очувствленными (рис. 1.3).[ . ]
На рис. 1.3 схват сканирует пространство в рабочей плоскости по координате а , локационные датчики Д определяют сектор захвата после чего следует главное движение.[ . ]
Усложнение современного промышленного оборудования и технологических процессов, которые обслуживают роботы, повышает требования к качеству их программного обеспечения, определяющего, собственно, адаптационные способности робототехнических. устройств. Перед их разработчиками и программистами встали задачи создания все более сложных алгоритмов и более четких (сужающих границы класса) связей типа классситуаций - действие. В попытках создать систему управления робота, которая для каждой конкретной ситуации (а не для обширного их класса) подбирала бы наиболее оптимальное действие, родился (в конце 70-х гг.) новый тип роботов - роботы третьего поколения (их называют еще роботами с искусственным интеллектом, или интеллектуальными роботами). Они принципиально отличаются от своих предшественников - робототехни-ческих систем второго поколения. Если в последних связи класс ситуаций-действие и сам характер действия (программа движения манипулятора) закладываются разработчиками при конструировании робота или формируются оператором в процессе его обучения, то интеллектуальные роботы устанавливают все необходимые связи сами, т. е. у них должны быть представлены все уровни иерархической системы управления. На рисунке 45 показан, например, относительно простой интеллектуальный робот типа глаз - рука, т. е. робот, имеющий систему технического зрения в виде телекамер, корректирующих движение манипулятора. Этот робот умеет собирать предметы по чертежу.
Роботы третьего поколения существенно отличаются от своих предшественников. И не только гораздо более сложным алгоритмическим обеспечением, требующим более совершенной вычислительной техники, но и совсем другим уровнем сложности сенсорной системы. В общем случае интеллектуальный робот должен обладать способностью зрительно воспринимать окружающую обстановку, формировать модель внешней среды, анализировать и распознавать сходные ситуации и даже понимать язык и вести в устной форме диалог с человеком. Но и это еще не все. Принципиально важная особенность этих роботов - способность самообучаться в процессе решения поставленных человеком задач, что неограниченно расширяет их возможности. На рисунках 46 и 47 показаны роботы третьего поколения.
Пределов совершенствованию роботов третьего поколения практически нет: они могут выполнять самые разнообразные задачи во всех областях человеческой деятельности. Поэтому их появление породило радужные надежды на всеобщую роботизацию и соответственно полную автоматизацию не только промышленного производства, но и сферы обслуживания, быта, медицины и даже некоторых областей творческой деятельности человека: всерьез стала обсуждаться перспектива создания, например, робота-музыканта и робота-художника.
Однако даже самые первые, не очень интеллектуальные образцы таких устройств, предназначенные лишь для промышленности, оказались столь сложными и, следовательно, дорогостоящими, что прогнозы о вытеснении всех других автоматов роботами третьего поколения и об обусловленной этим революции в производстве постепенно сменились более осторожными оценками и предположениями. (Ведь создание и эксплуатация, скажем, робота-домохозяйки или робота-медицинской сестры обходятся дороже, чем содержание целого штата этих работников!)
Рис. 47. (справа) Экспериментальный интеллектуальный робот типа глаз - рука, предназначенный для сборки деталей по чертежу: а - общий вид робота, б - схема устройства (1.- объект, 2 - телекамеры, 3-манипулятор, 4 - схват, 5 - блок управления, 6-ЦВМ), в - схематическое изображение процесса работы этой робототехнической системы (I-чертеж, 2 - объекты, 3 - телекамеры, 4-манипулятор).
Тепловая карта кликов
Первые роботы-курьеры Яндекса появились на улицах в ноябре 2019 года. За два года они доставили десятки тысяч заказов по всему миру. Они работали в морозную зиму и жаркое лето, проезжали по пустынным тротуарам во время пандемии и пробирались сквозь переполненные улицы в час пик.
Мы хотим, чтобы наши разработки одинаково хорошо работали в любой точке мира. Поэтому мы используем роверы в самых разных условиях и наблюдаем, как они себя ведут, — это позволяет понять, как сделать роботов ещё лучше.
Сейчас на улицы выходит уже третье поколение роботов-курьеров. В этом посте мы расскажем о процессе создания нового ровера: от разработки концепта до финальных испытаний.
Создание концепта и новые решения
Новый ровер сообща разрабатывают сразу несколько команд. Команды, которые каждый день взаимодействуют с роботами и теми, кто их использует, высказывают пожелания, что можно улучшить. Инженеры и разработчики предлагают, как доработать сенсоры и вычислительную часть. Своими идеями также делятся дизайнеры и конструкторы.
Когда мнения собраны, начинается работа над проектом. Дизайнер показывает предварительный концепт, а на его основе инженеры создают детализированную 3D-модель и проверяют, можно ли корректно расположить компоненты в придуманном варианте корпуса.
Затем проект ещё раз обсуждают и вносят доработки — например, чтобы упростить обслуживание робота или повысить надёжность тех или иных узлов.
Варианты конструкции крышки. Для нового поколения выбрали вариант слева, где петля для надёжности интегрирована в крышку
Что мы улучшили
Одним из пожеланий к новому поколению роверов было сделать изображение с камер и лидара более детальным.
У третьего поколения роботов новый лидар — он расположен в передней части корпуса и слегка наклонён вперёд. У него шире угол обзора по вертикали, а число испускаемых лучей увеличилось с 16 до 64. За счёт этого робот лучше видит близкие объекты.
Также ровер оснастили новыми камерами с углом обзора больше 180 градусов. Под лидаром появилась дополнительная камера с большим фокусным расстоянием. Она помогает роботу отчётливо видеть светофоры на противоположной стороне даже очень широкой дороги.
Дизайнеры и конструкторы предложили сделать робота менее округлым. За счет прямоугольной формы получилось увеличить полезный объём грузового отсека. Например, теперь в него помещаются пятилитровые бутыли воды, которые часто заказывают в магазинах. При этом размеры робота практически не изменились.
Поиск баланса между высотой отсека и углом обзора лидара
Новый ровер сможет перевозить в 60-литровом отсеке до 20 кг груза — к примеру, шесть 40-сантиметровых пицц и четыре двухлитровые бутылки газировки. В робота второго поколения помещается пять пицц без газировки.
Чтобы ровер мог работать практически без перерывов, конструкторы оснастили его съёмной батареей. Теперь ему не нужно брать паузу для зарядки — замена севшего аккумулятора на свежий занимает меньше минуты. Когда аккумулятор снят, ровер питается от небольшой резервной батареи.
Подвеска третьего поколения стала мягче. Теперь роботам легче забираться на высокие бордюры, ездить по бездорожью, преодолевать снежную кашу и другие сложные участки пути. А заодно они стали тише передвигаться по плитке, брусчатке и на съездах с бордюров.
Роботы-курьеры постепенно становятся частью городской среды, и мы хотим, чтобы они органично в неё вписывались. Поэтому у роверов третьего поколения не такая броская расцветка, как у их предшественников. При этом их лучше видно в темноте — теперь у них есть светодиодные фары.
Производство и тестирование
Мы сами разрабатываем большинство элементов для роботов, включая камеры, парктроники, платы, корпуса, шины, металлические элементы конструкции и другие компоненты. И тщательно проверяем их перед запуском в производство.
Для каждой детали есть отдельный испытательный стенд. Например, подвеску перед выездом в город проверяют на установке, которая называется шейкер. Робота устанавливают на стенд и запускают. Вращение колёс приводит в движение колёсики шейкера — они воспроизводят езду по неровной поверхности со скоростью 7,2 км/ч.
Два дня испытаний на шейкере дают такую же нагрузку на подвеску, как две недели работы в городе или 350 км реальных дорог.
Испытание подвески на шейкере — этот этап предшествует дорожным испытаниям
На надёжность проверяются все важные узлы ровера. Для этого у нас есть специальные машины. Они открывают и закрывают крышку отсека или подключают и отключают контакты — и делают это по две тысячи раз подряд.
Проверка контактов на износ
Как и автомобилям, роботам нужны летние и зимние шины. На рынке подходящих нет, поэтому их тоже пришлось делать самим. Мы много экспериментировали — например, меняли рисунок и глубину протектора — и к появлению новых роботов нашли самые удачные варианты. Они уже опробованы на роверах второго поколения и теперь будут выпускаться серийно.
Печатные платы, камеры и другие компоненты и узлы мы дополнительно проверяем в термокамере. Они должны выдержать работу в диапазоне от −40 до +60°С, ведь роботы-курьеры доставляют заказы круглый год — как в суровую зиму, так и под палящим солнцем.
Компоненты проходят ещё одно важное испытание — на герметичность. Раньше мы покрывали печатные платы лаком, но опыт доставки в разных странах показал, что этого недостаточно. Поэтому у новых роботов все платы спрятаны в специальные кожухи. Их водонепроницаемость проверяется на испытательных стендах.
Испытания на полигоне
Готовый прототип отправляется на наш испытательный полигон. Сначала ровер просто ездит по кругу, чтобы мы могли проверить надёжность сборки и подключение контактов. Обычно достаточно дня непрерывной работы, чтобы отловить возможные неполадки.
После теста на надёжность роботы должны пройти полосу препятствий. Они объезжают бетонные блоки, входят в резкие повороты, лавируют между разбросанными скейтбордами и преодолевают другие сложности, которые могут встретиться в пути.
Роверы третьего поколения проходили испытания летом, когда в центральной части России стояла 35-градусная жара. Но мы также хотели проверить поведение новой подвески на снегу. Для этого создали специальную площадку с искусственным снегом и сравнили подвески разных поколений. Проходимость роверов с новой подвеской оказалась лучше: они без проблем проезжали там, где другие буксовали.
Тесты в городе
После испытаний на полигоне ровер начинает работу в городе. Сначала он выполняет виртуальные доставки — инженеры отправляют роботов по реальным адресам без нагрузки. Так мы можем ещё раз убедиться в надёжности компонентов, оценить работу новых сенсоров в сложных условиях и собрать данные для улучшения алгоритмов.
После недели виртуальных тестов ровер нового поколения готов выполнять настоящие заказы, а мы начинаем массовую сборку обновлённых роботов.
Новые роботы уже доставляют заказы жителям Москвы и Иннополиса и студентам американских вузов. Сначала они будут работать вместе со вторым поколением, но постепенно заменят предшественников. Мы ожидаем, что до конца года парк пополнит сотня новых роботов. Их ждут наши партнёры в разных городах и странах.
Работа над роверами никогда не останавливается — у нас большие планы и много интересных задач. Если вам тоже интересен беспилотный транспорт, приходите к нам. Мы ищем хороших разработчиков, инженеров, аналитиков и специалистов по машинному обучению — им предстоит совершенствовать технологию и создавать следующие поколения роботов.
Теперь роботы могут работать практически непрерывно, лучше преодолевать препятствия и меньше застревать зимой.
По словам представителя компании, у третьего поколения роверов появился новый лидар, который позволяет лучше видеть близкие объекты: угол обзора по вертикали стал шире, а число испускаемых лучей увеличилось с 16 до 64. Также появилась дополнительная камера с большим фокусным расстоянием, позволяющая видеть светофоры на противоположной стороне даже очень широкой дороги.
Для автономной работы у роботов появились съёмные батареи. Раньше их нужно было заряжать, а теперь можно за минуту поменять аккумулятор. Увеличились и размеры грузового отсека: робот второго поколения мог доставить пять 40-сантиметровых пицц, а робот третьего поколения — шесть пицц и четыре двухлитровые бутылки.
- Компания самостоятельно разрабатывает большинство элементов, включая камеры, парктроники, платы и корпуса;
- Каждую деталь тестируют на специальном стенде;
- Печатные платы, камеры и другие компоненты также проверяют в термокамере. Они должны выдержать работу в диапазоне от −40 до +60°С;
- Во время испытаний на полигоне ровер должен пройти полосу препятствий;
Сначала это были странные и неуклюжие с виду гусеничные машины, которые время от времени демонстрировались на военных выставках, но вскоре их уже можно было увидеть в передачах государственного телевидения в сирийских Пальмире и Алеппо. И если к американским беспилотным самолетам в военных хрониках последних лет все успели привыкнуть, то ударные наземные роботы — это нечто новое даже по американским меркам. Постараемся понять, что это за машины, зачем они нужны и смогут ли заменить человека, где границы их самостоятельности.
Роботы в третьем поколении
Робототехника прошла три поколения развития. Первое — это механизмы, способные выполнять запрограммированные точные движения, не имеющие при этом никакой связи с внешним миром.
Это произойдет, когда роботы смогут обучаться, организовано взаимодействовать с людьми и другими машинами. Возможно, именно на этой стадии развития человек позволит им самостоятельно принимать решения.
Распределенные системы
Нужно ли учить робота убивать?
Однако в идеале военные хотели бы получить полностью автономную роботизированную систему, способную самостоятельно принимать решения, вплоть до решения об убийстве других людей. Такие системы никогда полностью не заменят человека на поле боя, но существенно повысят эффективность ведения боевых действий.
Такие исследования стимулируются со стороны государств и крупных технологических компаний, под контролем государственных структур. К примеру, в США выступая заказчиком и координатором, государство по сути контролирует распространение технологий.
К примеру, Агентство передовых исследований в сфере разведки Правительства США (IARPA) выделило Гарвардскому университету $28 млн на создание искусственного интеллекта (ИИ), который сможет интерпретировать, анализировать и изучать информацию так же, как это делают люди.
Что касается России, то здесь нет негосударственных компаний, способных серьезно заниматься этим направлением, зато есть огромный военно-промышленный комплекс да и российские военные в своих пожеланиях не отстают от западных коллег.
Боевые роботы — какими они будут?
Вооружен и опасен
Классический боевой робот, по мысли разработчиков, будет оснащаться пулеметом, возможна установка на нем противотанковых управляемых ракет (ПТУР). Но эта машина, вероятно, существует пока только на бумаге.
Чего боятся боевые роботы
Главную опасность для боевых роботов, управляемых оператором, представляют системы радиоэлектронной борьбы (РЭБ). В связи с этим, Сирия стала самым хорошим полигономдля испытания возможностей российских боевых роботов. ИГИЛ не обладает системами РЭБ, что позволяет без особого риска удаленно контролировать прототипы робототехники и, главное понять, насколько они могут быть эффективны, как их применять, а главное — где тот порог автономности, на котором надо остановиться.
Проверка боем должна дать ответ на этот вопрос и заодно решить — пришло ли время боевых роботов или они так и останутся дорогими игрушками военных.
Угрожают ли роботы человечеству?
Инициативы, связанные с созданием думающих роботов-убийц, вызывают беспокойство у самих ученых и предпринимателей технологической сферы, которые видят в такой активности военных угрозу для всего человечества. В 2015 году Институт изучения жизни будущего (Future of Life Institute (FLI) опубликовал открытое письмо против создания автономных роботизированных боевых систем, подпись под которым поставили Стивен Хокинг (английский физик-теоретик), Элон Маск (основатель Tesla), Ноам Хомский (лингвист, автор классификации формальных языков, называемой иерархией Хомского), Стив Возняк (соучредитель Apple), Яан Таллинне (соучредитель Skype) и Демис Хассабис (гендиректор купленной Google компании-разработчике искусственного интеллекта Deep Mind).
На конференции Европейского консорциума по нераспространению в Брюсселе научный сотрудник этой организации Николай Марш заявил, что контролировать распространение такого оружия будет почти невозможно. И в этом случае смена или изменение программного обеспечения позволит расширять возможности роботов или вовсе превращать гражданские робототехнические комплексы в боевые системы.
Читайте также: