¿Existen instituciones en China que se especialicen en investigación en robótica?
es un campo de pruebas integral para la tecnología de inteligencia artificial, que puede probar de manera integral tecnologías en varios campos de la inteligencia artificial y estudiar la relación entre ellas
.
También puede reemplazar a los humanos en trabajos peligrosos en entornos peligrosos.
También puede reemplazar a los humanos en los océanos y campos de batalla del mundo.
La gente suele dividir los robots en tres generaciones. La primera generación son
robots programables. Este tipo de robot generalmente puede completar algunas operaciones repetitivas simples según la programación del operador.
Esta generación de robots comenzó a ponerse en práctica en la segunda mitad de los años 60
y ahora se utiliza ampliamente en la industria. El robot de segunda generación es un "robot inteligente" desarrollado sobre la base del robot de primera generación. También se le llama robot adaptativo. Puede "percibir" en distintos grados el entorno. Este tipo de investigación sobre el uso de información sensorial para mejorar el rendimiento de los robots comenzó a principios de la década de 1970 y, en 1982, General Motors lo había instalado en los robots de sus líneas de montaje. El sistema Vision, que presagió el nacimiento de los robots perceptivos, se utilizó ampliamente en el mundo. Década de 1980.
La tercera generación de robots dispondrá de mecanismos inteligentes como el reconocimiento, el razonamiento, la planificación y el aprendizaje, y podrá combinar de forma inteligente percepción y acción
De modo que podrán trabajar en entornos no específicos , llamado robot inteligente.
La diferencia fundamental entre robots inteligentes y robots industriales es que
los robots inteligentes tienen funciones de percepción y funciones de reconocimiento, juicio y planificación
. La percepción en sí es una inteligencia de bajo nivel que poseen los humanos y los animales. Por tanto, la inteligencia de las máquinas se divide en dos niveles: ① Tiene las funciones de sentir, identificar, comprender y juzgar; ② Tiene las funciones de resumir la experiencia y el aprendizaje; Por tanto, los robots de segunda generación pueden considerarse como la primera generación de robots inteligentes.
2 Sistema de detección de robot inteligente
(1) Sensor táctil
El Reino Unido ha llevado a cabo investigaciones sobre detección táctil de matriz en los últimos años
Amplia investigación. Por ejemplo: matriz de detección capacitiva dieléctrica basada en movimiento desarrollada por la Universidad de Sussex y Shackleton Systems Drive; uso de montaje de pinzas robóticas de la Universidad de Gales y Ciencias del Software con sensores de tecnología piezoeléctrica.
(2) Sensación de visión
En cuanto a la visión de robots, actualmente existen en el mercado seis tipos de sensores: (1) Visión bidimensional de objetos aislados: biestables
Imágenes; (2) visión 2D de objetos aislados: imágenes en escala de grises; (3) visión 2D de objetos táctiles o superpuestos; (5) seguimiento de líneas 2D; utilizando perspectiva, estéreo y mapeo estructural. Extraiga información tridimensional de objetos aislados utilizando técnicas de perspectiva, estéreo, diagrama estructural o búsqueda de rango. En lo que respecta a estos sistemas, sólo pueden realizar operaciones muy simples. Por ejemplo, para lograr que los robots tengan un cierto grado de función del ojo humano, se ha llevado a cabo mucha investigación y desarrollo en los siguientes dos tipos de sistemas:
1) Extracción de información tridimensional de objetos unidimensionales; 2) Para robots activos
Realizar análisis 3D en el sitio para lograr navegación, búsqueda de caminos y evitación de obstáculos.
La Universidad de Londres está desarrollando actualmente un procesador de imágenes en tiempo real para robots de visión binocular
personas. Otras instituciones educativas que trabajan en sistemas de visión robótica incluyen el Politécnico de Coventry, las Universidades de Edimburgo, Glasgow y Gwent, mientras que la Universidad de Birmingham se especializa en sensores inerciales. Además, muchas unidades dedicadas al desarrollo de sistemas de detección han llevado a cabo investigaciones sobre la retroalimentación de los sensores.
Por ejemplo, la Universidad Técnica de Middlesex está trabajando en cómo permitir que los robots organicen
y utilicen datos de diferentes tipos de sensores. Este tipo de robot puede "ver", "sentir" y "oír", lo que lo acerca más a los humanos.
(3) Detección auditiva
Actualmente los sistemas más utilizados son los micrófonos y los sistemas robóticos de comprensión del lenguaje natural
.
(4) Rendimiento del movimiento
Los robots generalmente están diseñados para mover objetos, como por ejemplo:
Se han utilizado robots de brazo a rueda o portadores de pies en Hay muchas configuraciones y muchos otros modelos están en desarrollo.
Para poder manipular objetos de cualquier forma en cualquier punto del espacio
, el brazo robótico necesita tener seis grados de libertad: izquierda/derecha, adelante/atrás, arriba/abajo. , Lanzar, rodar y balancear. Hay seis tipos de coordenadas utilizadas en la industria: coordenadas cilíndricas, coordenadas esféricas, coordenadas cartesianas, coordenadas rotacionales
, coordenadas Scala y coordenadas paralelas.
Actualmente, han aparecido en el mercado internacional de robots robots de coordenadas cilíndricas; la serie de robots Unimate es un sistema de coordenadas esférico.
Su brazo robótico puede moverse dentro de las coordenadas o alrededor de ellas. Mover, también puedes rotar
Mover verticalmente. El objetivo actual del desarrollo de brazos robóticos es desarrollar un sistema de coordenadas más flexible y adaptable combinando sistemas existentes o utilizando conceptos de diseño completamente diferentes. Por ejemplo, el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Birmingham ha desarrollado un robot Locoman con sistema de coordenadas rectangulares izquierda-derecha totalmente entrelazado, que es un robot de ensamblaje. En este robot se utilizan dispositivos de control para aumentar su rigidez y precisión.
En términos de equipos de control, primero es necesario mejorar el dispositivo que obtiene las señales de los elementos actuadores y las transmite al calculador electrónico (retroalimentación para mejorar el rendimiento eléctrico de los pequeños dispositivos mecánicos en movimiento<); /p>
Sensibilidad, precisión y longevidad de sensores de movimiento; componentes para mejorar la configuración, el almacenamiento y el cálculo de programas de movimiento y el control general de programas digitales; desarrollo de componentes para pequeños dispositivos mecánicos en movimiento. Componentes de control del programa; desarrollar dispositivos sensores pequeños y confiables, incluyendo principalmente mecanismos y actuadores dinámicos.
En términos de computación robótica: dispositivos lógicos y dispositivos de información
, lo primero que hay que resolver es el desarrollo de microprocesadores especiales.
3 El futuro de los robots inteligentes
El desarrollo y la investigación de robots inteligentes han logrado resultados notables
. Entonces, ¿cómo se desarrollará la tecnología de robots inteligentes en el futuro?
La Asociación Japonesa de Robots Industriales (JIRA) predice el desarrollo de la próxima generación de robots
. Cree que la tecnología de robots inteligentes se desarrollará en un futuro próximo en tres direcciones: autonomía, comunicación inteligente y adaptabilidad. A continuación
, presentaremos brevemente la tecnología de inteligencia artificial, manipuladores, tecnología móvil
, fuentes de energía y actuadores, mecanismos biónicos, etc.
(1) Aplicación de la tecnología de inteligencia artificial en robótica
¿Cuáles son las dificultades al aplicar la tecnología tradicional de procesamiento de símbolos de inteligencia artificial a los robots?
¿Cuáles son las dificultades? ? El controlador de un robot industrial típico
es esencialmente un sistema de cálculo numérico. Si se agrega un sistema de inteligencia artificial (como un sistema experto) directamente encima del controlador del robot, ¿se puede obtener un buen controlador inteligente? No es
tan fácil. Debido a que existe una gran brecha entre el procesamiento simbólico y el cálculo numérico en el nivel de abstracción del conocimiento
representación y escala de tiempo,
los dos sistemas se combinan directamente y habrá comunicación entre ellos y los problemas de interacción, esta es la dificultad para organizar sistemas de control inteligentes. Esta dificultad se manifiesta en dos aspectos: primero, la información de retroalimentación obtenida por el generador de detección suele ser una gran cantidad de información numérica. Generalmente es difícil usar esta información directamente en la capa de símbolos, lo que requiere comprimirla, transformarla y comprenderla. una representación simbólica es a menudo una tarea difícil y que requiere mucho tiempo.
Esta información
proviene de múltiples sensores de diferentes tipos y ubicaciones. Diferentes perspectivas y diferentes métodos de medición producirán información ambiental diferente. Esta información se ve afectada por interferencias y varios factores no deterministas
e inevitablemente tiene defectos como distorsión e información incompleta
, lo que complica y dificulta el trabajo de procesamiento y conversión anterior. .
En segundo lugar, los comandos y las intenciones de acción formados a partir de la capa de símbolos deben transformarse en comandos ejecutables (datos) en la capa de control a través de procesos como el desmontaje y la conversión.
>, esto También es un trabajo difícil y que requiere mucho tiempo.
También se ven afectados por el no determinismo de las operaciones de control y del entorno.
Debido a estas dificultades, es difícil construir sistemas de inteligencia artificial con buen tiempo real y adaptabilidad integrándolos directamente con máquinas tradicionales
controladores humanos
Sistema responsivo.
Para resolver el problema de la inteligencia robótica y formar un sistema humano robot inteligente, los investigadores enfrentarán muchas dificultades y necesitarán hacer esfuerzos a largo plazo
y Realizar múltiples proyectos de Investigación. Por ejemplo, ¿qué tipo de sistema robótico debería utilizarse para imitar actividades de pensamiento de alto nivel? ¿Debería utilizar métodos tradicionales de razonamiento simbólico de inteligencia artificial u otros métodos? Si se necesita un modelo ambiental, qué tipo de modelo ambiental se necesita; cómo establecer un modelo ambiental, la inteligencia artificial tradicional construye principalmente modelos ambientales basados en conocimientos previos. Debido a la complejidad del entorno y las tareas y la incertidumbre del entorno, este método de modelado ha sido cuestionado. Surgió la idea del modelado basado en sensores y desencadenó una serie de nuevos temas. relacionados con la tecnología de sensores.
Para explorar la usabilidad a corto plazo de la inteligencia artificial en robótica, se han dejado de lado temporalmente debates fundamentales en el campo de la inteligencia artificial, como el simbolismo y el conexionismo, racional
. inteligencia e inteligencia irracional, etc., y han puesto sus ojos en las tecnologías más maduras en tecnología de inteligencia artificial
. Para la inteligencia artificial tradicional, es decir, la tecnología de representación simbólica y razonamiento del conocimiento, veamos qué contribución puede hacer al desarrollo de la tecnología robótica actual.
Las principales aportaciones son las siguientes. Las principales aportaciones se reflejan en los siguientes aspectos: percepción basada en tareas, establecimiento de vínculos directos entre percepción y acción, planificación y toma de decisiones basada en sensores y coordinación de acciones complejas.
(2) Manipulador
El diseño y la fabricación de brazos robóticos industriales se han vuelto relativamente maduros, por lo que en la investigación sobre manipuladores robóticos inteligentes, el
interés de las personas es centrado principalmente en las diversas manos flexibles y diestras
patas y brazos.
La estructura del brazo robótico debe adaptarse a la tendencia de desarrollo de robots inteligentes livianos, de alta velocidad, de carga pesada y de alta precisión. Entre ellos, el peso ligero
es la clave. Actualmente, las nuevas estructuras y materiales de alta rigidez y resistentes a terremotos están a la vanguardia de la investigación extranjera
.
Las manos, muñecas y mecanismos de conexión de los robots son un tema de investigación atractivo
.
Entre ellos, la investigación sobre los mecanismos de la muñeca se centra en la velocidad rápida
, la alta precisión, la destreza, la flexibilidad y la estructura compacta.
Robots médicos, robots espaciales, máquinas de manipulación de mercancías peligrosas
Robots, robots de fresas y otras máquinas inteligentes que están estrechamente relacionados con operaciones coordinadas por humanos.
Humano, cara con el problema de cómo transmitir de forma rápida y precisa la voluntad humana y el manejo hábil de las manos a los actuadores robóticos
. Actualmente, una hora de funcionamiento de un robot requiere 60 horas de programación de software, lo que requiere mucho tiempo y mano de obra. Para mejorar esta situación, debemos partir tanto del aspecto software como del hardware. Por ejemplo, la mano diestra de múltiples dedos y múltiples articulaciones es una mano universal antropomórfica que puede registrar y reproducir de manera más realista los movimientos hábiles de la mano humana y es la preferida por los investigadores. Debido a que implica
mecánica operativa, ciencia estructural, control basado en sensores, integración de sensores y otras cuestiones, el desarrollo es difícil.
Hasta ahora, no hay ningún producto maduro en el mercado.
se lanzan al mercado.
(3) Tecnología móvil
La movilidad es una de las diferencias significativas
entre los robots inteligentes y los robots industriales. Debido a la mayor movilidad, el rango de trabajo de los robots ha aumentado considerablemente y el concepto de robots móviles también se ha expandido desde la tierra hasta el agua y el aire.
La tecnología móvil ha jugado un papel importante en los proyectos de investigación en robótica en Europa y Estados Unidos en los últimos años
.
Por ejemplo, el robot montado en la estación espacial FREEDOM de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y el detector de volcanes activos antárticos Erebus desarrollado conjuntamente por la NASA y la NSF***
People, el robot de procesamiento de desechos nucleares desarrollado bajo los auspicios de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.
HA7BOT, etc., enumeran la tecnología móvil como una tecnología clave.
Desarrollar mecanismos móviles combinados con actuadores orientados a tareas
es una nueva tendencia que ha surgido recientemente. Esto se debe a que cualquier tipo de robot necesita estar equipado con manipuladores o sensores para realizar funciones de trabajo específicas. Otra tendencia es la creciente fusión del control del movimiento móvil y la visión. El programa ALV de EE. UU. ejemplifica esta tendencia, que recientemente ha ido más allá del reconocimiento de imágenes estáticas
a la visión activa y la detección activa
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escenario. Obviamente, para permitir que los robots inteligentes se muevan de forma autónoma en entornos no estructurados o en condiciones de control remoto, el control coordinado de los controladores de los sensores de visión es esencial.
En los últimos años se han logrado algunos avances en el desarrollo y comercialización de mecanismos ambulatorios, andadores bípedos y mecanismos móviles con ruedas
. Según las previsiones de la Asociación Japonesa de Robots Industriales, en 2007 se pondrán en práctica robots móviles tubulares
andadores con varias piernas y andadores bípedos con la misma velocidad de marcha que los humanos
<. p>y En 2010 se pondrán en práctica robots móviles que podrán caminar sobre superficies irregulares y subir escaleras a la misma velocidad que los humanos.
(4)
( 4) Fuente de energía y actuador
La movilidad de los robots inteligentes debe ser ligera, compacta y
gran fuente de energía de energía. Los robots móviles existentes siempre arrastran
"trenzas". Por ejemplo, la relación peso/potencia actual de las baterías es de 60g/W (tiempo de uso continuo), y la relación peso/potencia de los motores de gasolina es de 1,3g/W. dos fuentes de energía son insatisfactorias y tienen limitaciones de uso. Hasta el momento,
no existe una forma efectiva de mejorar la fuente de energía.
Los motores siguen siendo los principales actuadores de los robots inteligentes.
Para que un robot inteligente funcione como un humano, las articulaciones de sus dedos,
codos, hombros y muñecas requieren un par de salida de aproximadamente 3-300 Nm y una velocidad de salida de 30-60 r. /min. La relación peso/potencia de un servomotor tradicional es de aproximadamente 30 g/W, mientras que la potencia de salida de las piernas, hombros y brazos de un ser humano cuando corre y lanza una pelota de softbol a 100 metros es de aproximadamente 1 g/W. Hay una gran diferencia entre los dos. Japón ha logrado grandes avances en la mejora del rendimiento motor
. Por ejemplo, el peso de los motores de accionamiento de los brazos y piernas del robot nuclear se ha reducido a 1/10 de su peso original, reduciendo el peso total del robot a 700 kilogramos, lo que es comparable al hecho de que sólo puede soportar una carga de trabajo de 20 kilogramos, está lejos de ser satisfactoria
.
Se buscan nuevos actuadores, como músculos artificiales,
aleaciones con memoria de forma, aleaciones absorbentes de hidrógeno, elementos piezoeléctricos,
ejes flexibles y accionamientos por cable metálico. . Aunque cada uno tiene sus propias ventajas atractivas, todavía no pueden alcanzar el nivel de los servomotores en términos de practicidad. En el programa de robots de operaciones extremas de Japón, el robot submarino
El accionamiento de garra de muñeca del manipulador utiliza músculos artificiales. El músculo en sí pesa sólo entre 5 y 8 g y con una alta presión de 20 kg/cm2 el agua es el que trabaja. medio y la fuerza de contracción puede alcanzar los 50 kg (diámetro de la tubería
3 mm). Éste es un ejemplo exitoso del nuevo impulso. En resumen, la mejora de los indicadores de rendimiento de los robots inteligentes no tiene fin y los requisitos para los actuadores son cada vez mayores. ¿Cómo medir objetivamente
esto? Una forma sencilla y sencilla de hacerlo es compararlo con las capacidades físicas humanas. Desde esta perspectiva, la brecha actual en la tecnología de máquinas inteligentes
impulsadas por humanos sigue siendo bastante grande.
(5) Mecanismo biónico
Innovación en la vida de los robots inteligentes, la investigación sobre el mecanismo biónico
puede basarse en el mecanismo del cuerpo, el modo de movimiento y el movimiento. mecanismo
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Iluminación multinivel en aspectos como la racionalidad, la asignación de energía, el procesamiento y síntesis de información, así como la percepción y la cognición
. Hoy en día, se utilizan mecanismos de movimiento tipo serpiente que utilizan el cuerpo humano como partes
músculos artificiales, brazos flexibles en forma de tronco,
articulaciones artificiales, extremidades artificiales, coordinación de movimientos de animales con varias extremidades, etc. .
Se ha llamado la atención. Los mecanismos biónicos suelen tener más grados de libertad, y establecer modelos matemáticos y controlarlos en base a modelos matemáticos es más complejo. Es una buena idea utilizar sensores para obtener información y simplificarla.
En los últimos años, la robótica ha tendido a desarrollar robots especializados para funciones y operaciones
específicas, con el objetivo de perseguir alta velocidad,
eficiencia, unicidad y bajo costo. . Por ejemplo, el pequeño robot de ultra alta velocidad diseñado por IBM
Compañía en los Estados Unidos frecuentemente oscila entre dos puntos a nivel milimétrico a una velocidad de 50 veces por segundo
, logrando alta velocidad
>Ensamblaje de microelectrónica de alta densidad, la precisión de posicionamiento puede alcanzar el nivel de micras
. El equilibrio dinámico de este mecanismo de movimiento de alta velocidad es muy importante.
Aunque su área de trabajo es de sólo 13 mm x 13 mm x 1 mm,
su aceleración alcanza los 50 g. Los técnicos de IBM
plantearon una nueva pregunta en robótica: cómo llevar a cabo un diseño integrado de mecanismo-
control-detección-accionamiento para satisfacer las necesidades de los robots
Requisitos para posicionamiento de alta velocidad y alta precisión. Como todos sabemos, el proceso de diseño de un sistema robótico consiste en diseñar primero la estructura del brazo y el dispositivo impulsor, y luego diseñar el controlador. La práctica ha demostrado que incluso si este diseño puede lograr el mejor rendimiento estático, a menudo no puede cumplir con los requisitos de rendimiento dinámico. Hasta ahora, no hay muchas maneras de mejorar el rendimiento dinámico. Generalmente, siguen el sentido común, reducen el peso de los componentes, igualan la relación de velocidad del reductor, etc.