Programski roboti. Razvoj robotike

Razvijalec programske opreme Androidi, ki delajo na križišču kibernetike, psihologije in behaviorizem (vedenjske znanosti), in inženir, ki predstavljajo algoritme za industrijske robotike, med katerimi so glavna orodja - višja matematika in mehatronika, delo v najbolj obetavnih sektorjev prihodnjih let - robotike. Roboti, kljub primerjalni novosti izraza, so že dolgo poznali človeštvo. Tukaj je le nekaj dejstev iz zgodovine razvoja inteligentnih mehanizmov.

Železniki Henri Droux

Tudi v mitih starodavne Grčije so omenili mehanske sužnje, ki jih je Hephaest ustvaril za izvajanje težkih in monotonih del. In prvi izumitelj in razvijalec humanoidnega robota je bil legendarni Leonardo da Vinci. Do danes so ohranili najbolj podrobne risbe italijanskega genija, ki opisujejo mehanski vitez, ki lahko premikajo človeške premike z rokami, nogami in glavo.

Ustanovitev prvih avtomatskih mehanizmov s programskim nadzorom so se začeli na koncu stoletja XVIota-Iota-Iota s strani evropskih urarjev. Največ je uspelo na tem področju švicarski specialisti oče in sin Pierre-Jacques in Henri Droux. Ustvarili so celo serijo humanoidni roboti ("pisateljica", "pripravljavec", "glasbenik"), na podlagi katere je nadzor postavil uro. Bilo je v čast Henriju Dro, v prihodnosti pa se bodo vsi programabilni humanoidni avtomati začeli imenovati »androidi«.

Izvor programiranja

Osnove programiranja industrijski roboti so bili postavljeni na zore devetnajstega stoletja v Franciji. Tu so bili razviti prvi programi za avtomatske tekstilne stroje (predenje in tkanje). Hitro rastoča vojska Napoleona je bila v stiski potreb po uniformah in posledično tkiv. Izumitelj iz Lyona, Jacquard Jacquard, je predlagal metodo za hitro prilagajanje tkalnega statve za proizvodnjo različnih vrst izdelkov. Pogosto je ta postopek zahteval ogromno časa, ogromno prizadevanj in pozornosti celotne ekipe. Bistvo inovacije je bilo uporabljati kartonske kartice s perforiranimi luknjami. Igle, vstop v kraje, potrebnih za premestitev niti. Zamenjavo kart je hitro izvedel upravljavec naprave: nova pikčasta kartica - nov program - nova vrsta tkanine ali vzorca. Francoski razvoj je postal prototip sodobnih avtomatiziranih sistemov, roboti z možnostjo programiranja.

Zamisel, ki jo je predlagal Jacquard, so ga mnogi izumitelji navdušeno uporabljali v svojih avtomatskih napravah:

• Vodja Statističnega urada SN Korsakov (Rusija, 1832) - v mehanizmu za primerjavo in analizo idej.
• Matematik Charles Babbage (Anglija, 1834) - v analitskem stroju za reševanje številnih matematičnih problemov.
• Inženir Herman Hollerith (ZDA, 1890) - v napravi za shranjevanje in obdelavo statističnih podatkov (tabulator). Za opombo: leta 1911 je družba. Hollerith je bil imenovan IBM (International Business Machines).

Punch kartice so bili glavni nosilci informacij do šestdesetih let prejšnjega stoletja.

Kaj je robot?

Po njihovem imenu so inteligentni stroji namenjeni češkemu dramskemu pisatelju Karelu Čapku. V drami "R.U.R.", ki je bil objavljen leta 1920, je pisatelj imenoval robota umetni človek, ustvarjen za težka in nevarna proizvodna mesta (robota (Češčina) - kazensko služabništvo). In kaj ločuje robota od mehanizmov in avtomatskih naprav? Za razliko od slednje, bo robot opravlja le določena dejanja, slepo po vnaprej določenem algoritmu, ki pa je lahko bolj tesno sodelovanje z okoljem in oseba (upravljavec), prilagoditi svoje funkcije, ko so zunanje signale in pogoje.

Domneva se, da je bil prvi delovni robot zasnovan in izveden leta 1928, ki ga je ameriški inženir R. Wensley. Humanoidni "železni intelektualec" je bil imenovan Herbert Televox. Na lovorikah pionirjev trdil, kot biolog Makoto Nishimura (Japonska, 1929) in angleški vojak William Richards (1928). Izumiteljev imajo antropomorfnih mehanizmi podobne funkcije: bili sposobni za premikanje udov in glave, opravlja glas in zvok skupini pri oblikovanju odgovorov na preprosta vprašanja. Glavni namen naprav je bil prikaz znanstvenih in tehnoloških dosežkov. Še en krog tehnološkega razvoja je omogočil oblikovanje prvih industrijskih robotov v bližnji prihodnosti.

Generacija po generaciji

Razvoj robotike je stalni, progresivni proces. Do sedaj so bile oblikovane tri različne generacije "pametnih" strojev. Za vsakega so značilni nekateri kazalniki in področja uporabe.

Prva generacija robotov je bila ustvarjena za ozko vrsto dejavnosti. Stroji lahko izvajajo le določeno programsko zaporedje operacij. Naprave za krmiljenje robota, vezje in programiranje praktično izključujejo avtonomno delovanje in zahtevajo vzpostavitev posebnega tehnološkega prostora s potrebno dodatno opremo ter informacijskimi in merilnimi sistemi.

Stroji druge generacije se imenujejo senzibilizirani ali prilagodljivi. Roboti so programirani ob upoštevanju velikega števila zunanjih in notranjih senzorjev. Na podlagi analize informacij, ki prihajajo iz senzorjev, nastanejo potrebni nadzorni ukrepi.

In končno, tretja generacija - inteligentni roboti, ki so zmožni:

• Povzemite in analizirajte informacije,
• Za izboljšanje in samoučenje, kopičenje spretnosti in znanja,
• Prepoznajte podobe in spremembe v razmerah in v skladu s tem zgradite delo svojega izvršnega sistema.

Osnova umetne inteligence je algoritemska in programska oprema.

Splošna klasifikacija

Na kateri koli reprezentativni sodobni razstavi robotov lahko raznolikost "pametnih" strojev prizadene ne samo navadne ljudi, temveč tudi strokovnjake. In kaj so roboti? Najpogostejšo in bistveno razvrstitev je predlagal sovjetski znanstvenik AE Kobrinsky.

Z določitvijo in opravljanjem funkcij robotov se delijo na industrijsko-industrijske in raziskovalne namene. Prvi, v skladu z naravo opravljenega dela, je lahko tehnološki, dvigalni in transportni, univerzalni ali specializirani. Raziskave so namenjene študiju področij in področij, ki so za ljudi nevarne ali nedostopne (vesolje, kopensko podzemlje in vulkani, globokomorski sloji svetovnega oceana).

Glede na vrsto upravljanja mogoče razlikovati biotehnologije (kopiranje, ekipa, kiborgi, interaktivno in avtomatski), po principu - togo programirana, prilagodljive in programabilni fleksibilnosti. Hitri razvoj sodobne tehnologije mikroprocesorjev omogoča razvijalcem skoraj neomejene možnosti pri oblikovanju inteligentnih strojev. Toda odlična vezja in oblikovalska rešitev bodo služila samo kot drago lupino brez ustrezne programske opreme in algoritmične podpore.

Osnove programiranja robotov

Silikonskemu mikroprocesorju je uspelo prevzeti funkcije možganov robota, zato je treba v kristal "izliti" ustrezen program. Normalni človeški jezik ne more zagotoviti jasne formalizacije nalog, točnosti in zanesljivosti njihove logične ocene. Zato so zahtevane informacije predstavljene v določeni obliki z uporabo programskih jezikov robotov.

V skladu z nalogami upravljanja se razlikujejo štiri ravni tega posebej ustvarjenega jezika:

• Najnižja raven se uporablja za krmiljenje aktuatorjev v obliki točnih vrednosti linearnega ali kotnega premika posameznih povezav inteligentnega sistema,
• Raven manipulatorja omogoča izvedbo celotnega nadzora celotnega sistema, pozicioniranje delovnega dela robota v koordinatnem prostoru,
• Raven operacij služi oblikovanju delovnega programa z navedbo zaporedja potrebnih ukrepov za dosego določenega rezultata.
• Na najvišji ravni - naloge - program brez podrobnosti označuje, kaj je treba storiti.

Robotika skuša zmanjšati programiranje robotov, da bi se sporazumevala z njimi v jezikih višje ravni. V idealnem primeru operater postavlja nalogo: "Zgradite motor z notranjim zgorevanjem avtomobila" in pričakuje, da bo robot dokončal nalogo.

Jezik nians

V sodobni robotiki se robotsko programiranje razvija vzdolž dveh vektorjev: robotsko orientiran in problematičen usmerjeno programiranje.

Najpogostejši robotsko usmerjeni jeziki so AML in AL. Prvi je IBM razvil le za upravljanje intelektualnih mehanizmov lastne proizvodnje. Druga - izdelek strokovnjakov s Univerze Stanford (ZDA) - se aktivno razvija in pomembno vpliva na oblikovanje novih jezikov tega razreda. Strokovnjak z lahkoto zaznava značilnosti Pascala in Algola. Vsi jeziki, osredotočeni na robote, opisujejo algoritem kot zaporedje ukrepov "pametnega" mehanizma. V zvezi s tem se program pogosto izkaže za zelo težavno in neustrezno pri praktičnem izvajanju.

Ko programirate robote v težavah usmerjenih jezikih, program označuje zaporedje dejanj, ne ciljev in vmesnih elementov predmeta. Najbolj priljubljena v tem segmentu je jezik AUTOPASS (IBM), v katerem je stanje delovnega okolja predstavljeno v obliki grafov (toèke - predmeti, loki - povezave).

Izobraževalni roboti

Vsak sodobni robot je učni in prilagoditveni sistem. Vse potrebne informacije, vključno z znanjem in spretnostmi, se mu prenesejo v proces usposabljanja. To se naredi tako neposredno vstopajo v spomin procesor ustrezni podatki (podrobno programiranje - vzorčenje) in s pomočjo robotskih senzorji (metoda dokazati) - vse gibanje in gibanje roboti shranjene v pomnilniku, nato pa povzetih v poslovnem ciklu. Učenje, sistem ponovno zgradi svoje parametre in strukturo, oblikuje informacijski model zunanjega sveta. To je glavna razlika med roboti iz avtomatskih linij, industrijskimi avtomatskimi stroji s togo strukturo in drugimi tradicionalnimi načini avtomatizacije. Navedene metode usposabljanja imajo pomembne pomanjkljivosti. Na primer, pri vzorčenju je za rekonfiguracijo potreben določen čas in delo usposobljenega strokovnjaka.

To izgleda zelo obetavno program za programiranje robotov, ki so jih razvijalci Laboratorija za informacijske tehnologije na Massachusetts Institute of Technology (MIT CSAIL) na mednarodni konferenci ICRA-2017 industrijska avtomatizacija in robotika (Singapur). Ustvarjena platforma C-LEARN ima prednosti obeh metod. Zagotavlja knjižnico osnovnih gibov robota z danimi omejitvami (npr, oprijem na silo manipulatorjem v skladu z obliko in podrobnosti togosti). Hkrati operater prikaže premike robotskih ključev v tridimenzionalnem vmesniku. Sistem, ki temelji na nalogi v roki, oblikuje zaporedje operacij za izvedbo delovnega cikla. C-LEARN vam omogoča, da obstoječi program znova napišete za robota drugačne oblike. Operater ne zahteva poglobljenega znanja o programiranju.

Robotika in umetna inteligenca

Strokovnjaki Oxford University opozarjajo, da bo v naslednjih dveh desetletjih računalniška tehnologija nadomestila več kot polovico današnjih delovnih mest. Roboti že dolgo delajo ne le na nevarnih in težkih območjih. Na primer, programiranje trgovskih robotov je znatno prepolovilo ljudi-posrednike na svetovnih borzah. Nekaj ​​besed o umetni inteligenci.

Po filistinskem mnenju Antropomorfna je robot, ki lahko nadomesti človeka na številnih področjih življenja. Deloma pa je bolj umetna inteligenca neodvisna veja znanosti in tehnologije s pomočjo računalniških programov, modeliranje mišljenja "Homo sapiens", delo njegovih možganov. Na sedanji stopnji razvoja AI pomaga ljudem več, jih zabava. Ampak, po mnenju strokovnjakov, lahko nadaljnji napredek na področju robotike in umetne inteligence pred človeštvom postavlja vrsto moralnih, etičnih in pravnih vprašanj.

Letos je na robotskem showu v Ženevi najbolj popoln Android android Sophia dejal, da se uči, da je človek. Oktobra je bila Sofija prvič v zgodovini umetne inteligence priznana kot državljan Saudske Arabije z vsemi pravicami. Prvo požiranje?

Glavni trendi robotike

Leta 2017 so strokovnjaki digitalne industrije opozorili na številne izjemne rešitve na področju tehnologij virtualne resničnosti. Robotika tudi ni stala. Zelo obetaven je smer izboljšanja nadzora kompleksnega robomehanizma s pomočjo virtualne čelade (VR). Strokovnjaki napovedujejo povpraševanje po takšni tehnologiji v gospodarstvu in industriji. Možni scenariji uporabe:

• Upravljanje opreme brez posadke (skladiščni nakladalniki in manipulatorji, letala, priklopniki),
• Vodenje medicinskih raziskav in kirurških posegov,
• Razvoj težko dosegljivih predmetov in območij (oceansko dno, polarne regije). Poleg tega programiranje robotov omogoča samostojno delo.

Drug priljubljen trend je povezan avtomobil. V zadnjem času so predstavniki velikanskega Applea napovedali začetek lastnega "dronja". Vedno več podjetij izraža zanimanje za ustvarjanje strojev, ki se lahko samostojno premikajo po križiščih, ohranjajo tovor in opremo.

Naraščajoča kompleksnost algoritmov za programiranje robotov in strojnih učnih mest povečuje zahteve za računalniške vire in posledično tudi za "strojno opremo". Očitno je najboljši način v tem primeru povezovanje naprav z infrastrukturo v oblaku.

Pomembna smer je kognitivna robotika. Zaradi hitre rasti števila "pametnih" strojev razvijalci vse bolj razmišljajo o tem, kako učiti robote za brezhibno interakcijo.