Nykyaikainen robotiikkaKenttä- ja palvelurobotit

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]

Robotiikka tänään ja huomenna

• 1980-luvun puolenvälin jälkeen robotiikan tutkimus on suuntautunut maailman laajuisesti muiden kuin perinteistentehdasrobottien kehittämiseen.

• Tuloksena on toistaiseksi näyttävä joukko prototyyppejä, joistaosaa on alettu kaupallistamaan.

• Seuraava teknologiahyppäys tietoliikenteen jälkeen on “Asimovilainen vallankumous”.

Isaac Asimov (1920-1992) oli eräsaikamme huomattavimpiascience fiction-kirjailijoita,joka oli erityisesti kiinnostunutroboteista ja tulevaisuudenyhteiskunnasta.Hän onennustanut kehitystämielenkiintoisesti ja oikeaanosuen. Tässä osia hänenhaastattelustaan.

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?

Palvelurobotiikka - mitä se on?

Palvelurobotiikka - laajasti ymmärrettynä - on robotiikkaa, jonka sovellusalue kattaa muut työt kuinperinteiset 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

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!

Mikä on palvelurobotti?

• Käytetään usein termiä “Kenttä ja palvelurobotiikka” (Field and Service Robotics)

• Käsittää:- robottimaiselle asteelle kehitetyt liikkuvat työkoneet, jotkapolveutuvat perinteisistä työkoneista

- tietyille tehtäväalueille kehitetyt varsinaiset liikkuvat robotit• Kenttäroboteilla tarkoitetaan pääsääntöisesti ulko-olosuhteissa

työskenteleviä robotteja• Palveluroboteilla tarkoitetaan lähinnä sisätiloihin palvelutehtäviin

rakennettuja robotteja

Teleoperoituja/robottityökoneita

•Hondan mönkijästä konstruoitu testiajoneuvoteleoperoinnin kehitykseen(TKK/Automaatiolaboratorio)

•Täysikokoinen kaivoskone (loaderi), joka on varustettuteleoperointia ja osittaista automaattiajoa varten(Sandvik-Tamrock)

Kaivosrobotti, Sandvik Tamrock

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

Avaruusrobotiikka

• Automaatiotekniikan laboratorio teki mRoSA2 robotin ESAlle

• Feasibility studypienikokoisesta porasta

Esimerkkejä liikkuvista roboteistaTKK Automaatiotekniikan laboratorio

1 2 3

Esimerkkejä…1 2

Esimerkkejä…

ROTISRemotely Operated Tanker Inspection System

• Tankkereidenruutiinitarkastuksiin kehitettysukeltava teleoperoitavarobotti, joka mittaalaivarungon levyn paksuuksiahalutuista kohdista rungonsisäpuolelta (tankit täytettyvedellä)

• Robotin käytön mielekkyystulee huomattavastakustannussäästöstä ja myösriskialttiin ihmistyönvähentämisestä

Tutkimus ja kehitys

• Tutkimustoiminta on alalla erittäin aktiivista. Pääosa mailman robotiikan tutkimuksesta suuntautuu tänään palvelurobotiikankehitykseen

• Eristeisiin prototyyppeihin tähtääviä hankkeita on käynnissäsatoja

• Kaupallinen vaihe on vielä pääosin edessä

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

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

Teknologia

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

Suurimmat haasteet tutkimuksessa jateknologian kehittämisessä

• Liikuntajärjestelmät ovat edelleen pullonkaula monissasovellutuksissa - kaukana siitä, mitä luonto on kehittänyt, erityisesti kävely on vielä tehotonta

• Energiajärjestelmä saattaa rajoittaa autonomisuuttahuomattavasti (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 ihmiskunnankehityksessä

Kaupalliset palvelurobotit tulossa

ImuritSeuralaiset

jne.

Joka kodin imurointirobotti lieneelähimpänä kaupallista läpimurtoa

Useat yritykset ovat julkistaneet omanversionsa, kuvassa japanilaisenMatshushitan (Panasonic) imurirobotti.

• Välttää esteitä, kuumia paikkoja japortaita aistijärjestelmän avulla

• Navigoi gyron ja pyörä-odometrianavulla

• Säätää ajonopeutensa pölymääränmukaan

• Toiminta-aika 55 min.

Imurirobotteja

Lemmikkirobotti

Humanoidi ja kentauroidi1 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)

Mitsubishi Wakamaru

• Yleiskäyttöinen kotirobotti• Puhuu perheensä kanssa• Tarjoaa tietoa (internetistä)• Valvoo kotia kun muut ovat

poissa• Hinta 14000$ ?

• http://www.mhi.co.jp/kobe/wakamaru/english/about/index.html

Sony show- hyvää servotekniikkaa

• Julkistettu syksyllä 2000• Robotit noin 50 cm korkeita• Kehitetty todennäköisesti

Aibo-koirasta.• Puhdas play-back, jossa

mallina käytettyihmistanssijaa.