Nykyaikainen robotiikka Kenttä- ja palvelurobotit

Transkriptio

1 Nykyaikainen robotiikka Kenttä- ja palvelurobotit

2 Robotti?? Robot 1: A robot is a re-programmable, multi-functional manipulator designed to move material, parts, tools, or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks. [Robot Institute of America] Robot 2: Any automatically operated machine that replaces human effort, though it may not resemble human beings in appearance or perform functions in a humanlike manner. The term is derived from the Czech word robota, meaning forced labor. [Encyclopedia Britannica]

3 Robotiikka tänään ja huomenna 1980-luvun puolenvälin jälkeen robotiikan tutkimus on suuntautunut maailman laajuisesti muiden kuin perinteisten tehdasrobottien kehittämiseen. Tuloksena on toistaiseksi näyttävä joukko prototyyppejä, joista osaa on alettu kaupallistamaan. Seuraava teknologiahyppäys tietoliikenteen jälkeen on Asimovilainen vallankumous.

4 Isaac Asimov ( ) oli eräs aikamme huomattavimpia science fiction-kirjailijoita, joka oli erityisesti kiinnostunut roboteista ja tulevaisuuden yhteiskunnasta.hän on ennustanut kehitystä mielenkiintoisesti ja oikeaan osuen. Tässä osia hänen haastattelustaan.

5 Kehitys Työkalu kone automatisoitu kone sulautettu järjestelmä robotti Sulautetut järjestelmät ovat portti verkottuneeseen ja robotisoituneeseen maailmaan Sulautetut ja verkottuneet järjestelmät ovat jo täällä, koska robotit tulevat?

6 Palvelurobotiikka - mitä se on? Palvelurobotiikka - laajasti ymmärrettynä - on robotiikkaa, jonka sovellusalue kattaa muut työt kuin perinteiset tehdastyöt. Liikkuvuus! Tärkeimmät sovellusalueet: Työkoneteknologia rakentamisessa ja luonnonvarojen hyödyntämisessä. Avaruuden tutkiminen (kuu, planeetat, asteroidit, ISS). Palvelutoiminnot (yksitoikkoiset, raskaat tai terveydelle vaaralliset työt, kotiapu, vammaisteknologia) Sotilasteknologia Katastrofien jälkihoito, ydinteknologian purkaminen Viihde

7 Ero tehdasrobotiikkaan Tehtaissa useinmiten työt liikkuvat ja robotit pysyvät paikoillaan Palvelurobottien tapauksessa töitä ei voida useinkaan liikuttaa, vaan robotin on liikuttava työn luokse Tehtaissa robotin työympäristö on useinmiten järjestäytynyt ja voidaan olettaa tunnetuksi, mikä helpottaa ohjausta Tehtaiden ulkopuolella palvelurobottien työympäristö on useinmiten järjestäytymätön, usein etukäteen vähän tunnettu, mikä vaatii kehittyneitä ohjaus- ja aistinjärjestelmiä Ihmisten läsnäoloa ei voida valvoa robottien toiminta-alueilla!

8 Mikä on palvelurobotti? Käytetään usein termiä Kenttä ja palvelurobotiikka (Field and Service Robotics) Käsittää: - robottimaiselle asteelle kehitetyt liikkuvat työkoneet, jotka polveutuvat perinteisistä työkoneista - tietyille tehtäväalueille kehitetyt varsinaiset liikkuvat robotit Kenttäroboteilla tarkoitetaan pääsääntöisesti ulko-olosuhteissa työskenteleviä robotteja Palveluroboteilla tarkoitetaan lähinnä sisätiloihin palvelutehtäviin rakennettuja robotteja

9 Teleoperoituja/robottityökoneita Hondan mönkijästä konstruoitu testiajoneuvo teleoperoinnin kehitykseen (TKK/Automaatiolaboratorio) Täysikokoinen kaivoskone (loaderi), joka on varustettu teleoperointia ja osittaista automaattiajoa varten (Sandvik-Tamrock)

10 Kaivosrobotti, Sandvik Tamrock

11 Avaruusrobotiikka Opportunity mönkijä Marsin pinnan tutkimukseen Töissä parhaillaan Avaruusrobotiikkaa on ollut 60-luvulta lähtien Marsissa alkaa olla tungosta: 2009 Nasalta uusi porarobotti Samoihin aikoihin myös ESA lähettää näytteenottorobotin

12 Avaruusrobotiikka Automaatiotekniikan laboratorio teki mrosa2 robotin ESAlle Feasibility study pienikokoisesta porasta

13 Esimerkkejä liikkuvista roboteista TKK Automaatiotekniikan laboratorio 1 2 3

14 Esimerkkejä 1 2

15 Esimerkkejä

16 ROTIS Remotely Operated Tanker Inspection System Tankkereiden ruutiinitarkastuksiin kehitetty sukeltava teleoperoitava robotti, joka mittaa laivarungon levyn paksuuksia halutuista kohdista rungon sisäpuolelta (tankit täytetty vedellä) Robotin käytön mielekkyys tulee huomattavasta kustannussäästöstä ja myös riskialttiin ihmistyön vähentämisestä

17 Tutkimus ja kehitys Tutkimustoiminta on alalla erittäin aktiivista. Pääosa mailman robotiikan tutkimuksesta suuntautuu tänään palvelurobotiikan kehitykseen Eristeisiin prototyyppeihin tähtääviä hankkeita on käynnissä satoja Kaupallinen vaihe on vielä pääosin edessä

18 Robotics and neuro science In robotics research, like in engineering sciences in general, the final goal is to synthetize not to analyze a machine, which functions according to the preset requirements We do not need to analyze how brains of a robot works (because this is known), but we are interesting how robots can be made to behave intelligently Nature provides many interesting models, which can be useful for designing and constructing robots

19 Robots and neuro sciece... Research problems in robotics which can gain from biology and neuro science (bioniikka): - Improving mechanical design and energy efficiency. Utilization of the energy stored in the environment <-> animal physiology and anatomy - Improving mobility, motion control and coordination of task execution <-> neuro-motoric systems - Improving sensing and environment perception <-> biological sensing and perception system and related neural structures - Designing cognitive interfaces between robots and human users <-> animal and human cognition mechanisms

20 Teknologia Palvelurobotin osajärjestelmät: Energiajärjestelmä Liikuntajärjestelmä Liikkeenohjausjärjestelmä (pilotti) Navigointijärjestelmä Aistinjärjestelmä Toiminnan suunnittelu ja -ohjausjärjestelmä Työjärjestelmä Ihminen-robotti liittymä

21 Suurimmat haasteet tutkimuksessa ja teknologian kehittämisessä Liikuntajärjestelmät ovat edelleen pullonkaula monissa sovellutuksissa - kaukana siitä, mitä luonto on kehittänyt, erityisesti kävely on vielä tehotonta Energiajärjestelmä saattaa rajoittaa autonomisuutta huomattavasti (sähkön varastointi) Ympäristön aistintakyky vielä riittämätön moniin sovellutuksiin Ihminen - kone liitäntäpinta tulisi kehittää tasolle, jossa robotti ja ihminen kommunikoivat ihmisen ehdoilla Taitoa vaativien työtehtävien opettaminen ja suorittaminen robotilla vastaa vielä eloa kivikaudella ihmiskunnan kehityksessä

22 Kaupalliset palvelurobotit tulossa Imurit Seuralaiset jne.

23 Joka kodin imurointirobotti lienee lähimpänä kaupallista läpimurtoa Useat yritykset ovat julkistaneet oman versionsa, kuvassa japanilaisen Matshushitan (Panasonic) imurirobotti. Välttää esteitä, kuumia paikkoja ja portaita aistijärjestelmän avulla Navigoi gyron ja pyörä-odometrian avulla Säätää ajonopeutensa pölymäärän mukaan Toiminta-aika 55 min.

24 Imurirobotteja

25 Lemmikkirobotti

26 Humanoidi ja kentauroidi 1 2 Weight 130 kg 230 kg Max vel. < 1m/s 2 3m/s Work weight 5 kgf/hand 5 kgf/hand Payload? 60 kg Opration time 15 min 4-5 hour (2 liter petrol)

27 Mitsubishi Wakamaru Yleiskäyttöinen kotirobotti Puhuu perheensä kanssa Tarjoaa tietoa (internetistä) Valvoo kotia kun muut ovat poissa Hinta 14000$? kamaru/english/about/index. html

28 Sony show- hyvää servotekniikkaa Julkistettu syksyllä 2000 Robotit noin 50 cm korkeita Kehitetty todennäköisesti Aibo-koirasta. Puhdas play-back, jossa mallina käytetty ihmistanssijaa.