24. Robotika

  • Vysvětlení pojmu robot
  • Roboti v praxi
  • Lego Mindstorms – popis stavebnice
  • Prostředí pro programování – ukázky

Robot je stroj pracující s určitou mírou samostatnosti, vykonávající určené úkoly, a to předepsaným způsobem a při různých mírách potřeby interakce s okolním světem a se zadavatelem: Robot je schopen své okolí vnímat pomocí senzorů, reagovat na něj, zasahovat do něj, případně si o něm vytvářet vlastní představu, model.

Roboty jsou nazývány také počítačové programy, které provádějí automatické a opakované úkony.

roboti 1. generace svou činnost mají danou pevným programem

roboti 2. generace dokážou pomocí senzorů sami reagovat

Další dělení 

Podle jejich schopnosti přemisťovat se na:

  • stacionární – nemohou se pohybovat z místa na místo (například průmyslové manipulátory)
  • mobilní – mohou se přemisťovat (například vesmírné sondy a vozítka na Marsu)

Dále také podle:

  • pohybových možností,
  • autonomie,
  • účelu (boj, výroba, tiskárny a plotry, přeprava, průzkum),
  • způsobu programování, a i jinak.

Podle účelu, vzhledu, způsobu vzniku, schopností a dalších aspektů rozlišujeme tyto roboty:

  • Manipulátor – stroj nemající vlastní inteligenci. Je ovládán na dálku.
  • Kuchyňský robot – kombinace mixéru, hnětače a dalších kuchyňských strojů, obvykle provedený jako motorová jednotka s nástavci
  • Android – robot podobný člověku – obvykle se očekává biologické složení. Roboti v R.U.R. byli podle tohoto dělení androidi.
    • Droid – jakýkoliv inteligentní a samočinný robot, jeho typem je i dron, tedy droid pracující jako dělník.
    • Humanoid – robot podobný člověku principiální stavbou těla a zejména způsobem pohybu.
    • Anthropomorfní – stroj, který se člověku přibližuje (napodobuje ho) buď fyzicky, způsobem pohybu, nebo naopak mentálně (např. HAL 9000).
  • Kyborg (kybernetický organismus) – umělá bytost či mysl, biologické, přírodní tělo plně pod vládou stroje, skrze nějaké bio-kybernetické propojení. Naproti tomu opačný pól je živá, přírodní bytost či mysl s uměle upraveným tělem, např. obohaceným o mechanické či elektronické součástky, ze kterého v extrémním případě mohl zůstat i jen mozek (viz bionika), ale stále považovaná za člověka.

Termín robot se používá též pro počítačové programy, který za svého majitele provádí opakované činnosti (viz robot (počítačový program)).

Možnosti pohybu

Zásadním problémem pohybu robota je nespočetné množství možností umístění chapadla do prostoru, například kvůli následné možnosti interakce/kolize se sebou samým. Zde má vliv konstrukce pohyblivých částí:

  • kloubové úhlové, nebo otočné (např. chapadlo),
  • teleskopické, posuvné (např. vozík na mostku).

Způsoby programování a učení

  • přímé programování
    • vedením robotova ramena (teach-in)
    • zadáváním povelů z ovládacího panelu
  • nepřímé programování (off-line) – zadáváme prostorové křivky (získané např. podle výkresů)
  • plánování (on-line) – obdobně jako předchozí, ale robot se přizpůsobuje měnícím se vnějším podmínkám (pomocí čidel)

Autonomie

Jak už bylo předvedeno výše, míra vlastní interakce stroje s okolím je dána mírou dynamiky stroje: Čím dynamičtější stroj je, tím přesnější povědomí o svém okolí potřebuje. A také potřebuje / dovolí o to méně zásahů lidské obsluhy. Z tohoto pohledu lze mluvit o různé autonomii stroje na člověku:

  • Řízený stroj, přímé vedení, bez rozhodovací schopnosti, kromě člověka nepotřebuje interakci s okolím (např. výtah jede pouze při stisknutém tlačítku).
  • Ovládaný stroj, vykonává činnost podle zadaného pokynu, logická rozhodovací schopnost, konečný automat (např. výtah zastaví až v požadovaném patře, inteligence s pamětí jednoho bitu, přídržné tlačítko).
  • Regulovaný stroj, dosahuje cíle předem určeným způsobem, dosahuje cíle za různých podmínek různými cestami, analogové rozlišení míry intenzity jevu (např. výtah, při náhlé volbě nové cílové stanice těsně před ní, tuto raději přejede a vrátí se, nezastaví hned, takže cestující nepodklesnou v kolenou ani neposkočí s žaludkem v krku).
  • Autonomní stroj, dosahuje cíle způsobem, který si zvolí (metodologie volby je však stále předepsána). Sice se stále může držet nejpřímější předpokládané cesty, ale nijak jí nepředpokládá, vždy si jí znovu ověřuje, a v případě překážek i sám hledá cestu k dosažení cíle, bez limitu vzdálenosti od původního přímého směru (např. algoritmus A*).
  • Inteligentní stroj, sám si volí cíle, člověka nepotřebuje, utopie: Hraniční výsledek oboru umělé inteligence.

Vnímání

Pro získání informací o okolí využívají roboty různé senzory.

  • dotykové
    • pružinová tykadla s mikrospínači na detekci jejich ohnutí
  • distanční
    • sonarovou echolokaci
    • laserové dálkoměry
    • vizuální
      • prosté kamery
      • stereo vidění
      • panoramatické kamery
      • hyperbolická zrcadla
    • radionavigaci s triangulací
    • GPS

Těžko si představit obor lidské činnosti, kde by se roboti nemohli uplatnit. Už dnes působí např. v těchto oblastech:

  • průmyslová výroba: manipulátory, dopravníková soustavy, lakovny, svařovny.
  • průzkumy a manipulace v nebezpečí: Záchranářské práce, vojenský průzkum, pyrotechnikapotrubíHubbleův teleskop.
  • lékařství: operace na dálku, protetika.
  • osobní výpomoc: domácí vysavač, robotický administrativní asistent v nemocnicích.
  • kybersport: robofotbal.
  • doprava: letecký autopilot (robotem je pak celé letadlo), kolejové vozy bez řidiče, vývoj samořízeného automobilu.
  • na okraj pole působení robotů lze zařadit i značně distribuované systémy: Městské semafory, systém řízení dopravy např. v pražských tunelech na Smíchově (včetně závor a poloautonomních informačních tabulí).

https://cs.wikipedia.org/wiki/Robot

Robotika je věda o robotech, jejich designu, výrobě a aplikacích. Robot může buď pomáhat, nebo dělat lidskou práci. Robotika úzce souvisí s elektronikou, mechanikou a softwarem. Tento název jako první použil spisovatel Isaac Asimov ve svých povídkách o robotech.

Robotiku rozdělujeme podle mnoha kritérií. Nejdůležitější rozdělení je na průmyslovou a experimentální robotiku. Tato dvě odvětví se dále ještě specializují.

Průmyslová robotika

Termínem průmyslové roboty jsou označována ústrojí, která se vyznačují následujícími vlastnostmi:

  • Manipulační schopnost: Pomocí jedné nebo několika manipulačních paží (ramen) lze uchopit předmět, přemístit jej, provádět různé montážní úkony a úpravu předmětů.
  • Automatická činnost: Posloupnost úkonů je provedena automaticky podle předem zadaného programu bez dalšího zásahu člověka.
  • Snadná změna programu: Program není pevný, ale je zadáván člověkem a je možné jej kdykoli bez obtíží změnit.
  • Univerzálnost: Zařízení může sloužit k mnoha účelům, někdy dost rozmanitým.
  • Zpětná vazba: Kromě běžných mechanických (dotykových), tlakových a elektromagnetických čidel se u složitějších systémů počítá i s vizuální zpětnou vazbou.
  • Prostorová soustředěnost: Tato vlastnost není důležitá funkčně, ale může mít některé vedlejší výhody, např. možnost snadnéhotransportu. Pro některé aplikace lze též požadovat, aby byl systém mobilní.

Lego Mindstorms

Řídící jednotkou NXT kostky je:

32-bitový mikroprocesor ARM7 s pracovní frekvencí 48MHz, 256kB Flash paměti a 64kB RAM paměti

8-bitový mikroprocesor ATmega48 s pracovní frekvencí 8MHz, 4kB Flash paměti a 512B RAM paměti

Výhoda Flash paměti:

Při vypnutí nebo vyjmutí baterie zůstává v paměti vše uchováno. Nic se nesmaže.

Napájení:

6AA (1,5V) baterií nebo dobíjecí lithiová baterie

Všechny materiály jsou v pdf souborech

Výsledek obrázku pro lego mindstormVýsledek obrázku pro lego mindstorm

Stažení skript

Příklady

Robotický manuál s příklady

http://www.gml.cz/projekty/pes/

NXT-G 01 (pdf)

NXT-G 02 (pdf)

NXT-G 03 prezentace (pdf)

 

  1. lekce: Seznámení s robotem
  2. lekce: Úvod do programu NXT
  3. lekce: Práce se zvukem a displayem robota
  4. lekce: Pohyb
  5. lekce: Jízda do čtverce
  6. lekce: Další pohyb, tlačítko
  7. lekce: Program udržení robota na černém kruhu, světelný senzor
  8. lekce: Podmínka, paralelizmus, ultrazvukový senzor
  9. lekce: Programování v NXC, program výpis na display, zvuk
  10. lekce: Připojení robota, zvětšení písma
  11. lekce: Pohyb
  12. lekce: Senzory
  13. lekce: Podmínky v NXC
  14. lekce: Cykly v NXC
  15. lekce: Program summo
  16. lekce: Robotický vysavač
  17. lekce: Paralelizmus
  18. lekce: Sledování černé čáry
  19. lekce: Proměnné v NXC
  20. lekce: Funkce v NXC