Robotteknologiske systemer
I dag bruges robotteknologi på mange måder, ikke kun som
maskiner i den industrielle produktion og til Mars-landinger.
Robotteknologien trænger mere og mere ind i folks hverdag. For
eksempel indeholder støvsugere, græsslåmaskiner, legetøj,
legepladser, genoptrænings-udstyr flere og flere robotteknologiske
systemer.
Download
RoboDays´ undervisningsmateriale om robotteknologi.
Adfærd
En robots adfærd adskiller sig fra et computerprograms ved
interaktion (vekselvirkning) med de fysiske omgivelser gennem
sensorer og effektorer (oftest motorer). Sensorer tillader robotten
at sanse ydre effekter fra omgivelserne, mens effektorer giver den
mulighed for at påvirke og manipulere omgivelserne. Desuden kræver
autonome (selvstyrende) robotter deres egen energikilde, fx
solceller eller batterier, og deres egen styring i form af et
styreprogram placeret i robotten selv.
Sensorer
Sensorer til robotter omfatter bl.a. lyssensorer, fx
fotomodstande, infrarøde afstandsdetektorer, pyrometre
(temperaturfølere) og kameraer; kraftsensorer, fx afbrydere
(tryksensorer), bøjesensorer og kraftmålende modstande;
lydsensorer, fx sonar, mikrofoner og talegenkendelseskredsløb;
positions- og orienteringssensorer, fx omdrejningstællere, kompas,
gyrokompas og hældningssensorer, samt indre tilstandssensorer, der
fx kan måle batteriniveauet eller robottens temperatur.
Effektorer
Effektorer giver en robot mulighed for at påvirke omgivelserne.
Påvirkningen af omgivelserne kan ske gennem bevægelse af robotten
selv, som det er tilfældet med mobile robotter, der bevæger sig
rundt i omgivelserne vha. fx hjul, ben eller larvefødder. Generelt
kan påvirkning ske gennem manipularorer, der kan være stationære
eller mobile, og som benyttes fx til flytning af materialer og
værktøjer. Udviklingen af sådanne automatiserede maskiner, der kan
manipulere omgivelserne, spillede en fremtrædende rolle i
automatiseringen af fabrikker i 1700- og 1800-tallet.
Styring
Der findes adskillige metoder til styring af robotter. En del af
disse metoder stammer fra forskningsområderne "kunstig intelligens"
og "kybernetik", hvor man har studeret robotter som en mulighed for
at skabe intelligente maskiner. Et af de store diskussionsemner
inden for kunstig intelligens er, hvorvidt entelligen kan eksistere
uafhængigt af en fysisk krop. Forskerne inden for kropslig kunstig
intelligens (embodied artificial intelligence) fastholder, at
intelligens nødvendigvis må studeres som en del af et fysisk
system, der placeres i de virkelige omgivelser. Denne retning inden
for kunstig intelligens har været blandt de toneangivende i
udviklingen af metoder til konstruktion af robotstyresystemer.
Disse metoder inkluderer både klassiske robotteknikker og nyere
metoder, som baserer sig på inspiration fra naturlige systemer.
Klassisk kontrol
I den klassiske robotteknik skelner man mellem forskellige
former for kontrol: "open loop" (åben løkke), "closed loop" (lukket
løkke) og "feedback". Open loop-kontrol lader robotten bevæge sig
efter et forudbestemt mønser uden hensyntagen til robottens
faktiske opførsel, mens closed loop-kontrol iver robotten mulighed
for kendskab til sin faktiske opførsel. Dette benyttes bl.a. i
feedback-kontrol, hvor robottens opførsel har indflydelse på det
kontrolsystem, som styrer den, således at en ændring i robottens
opførsel kan føre til en ny form for kontrol. Den klassiskenegative
feedback-kontrol, "PID-kontrol" (propotional-integral-derivative),
er et eksempel på dette. Her ændres kontrollen efter feedbak af
positionsfejl (proportional), ligevægtstilstandens positionsfejl
(integral) og hastighedsfejl (derivative). Robotter med et klassisk
styresystem kan være meget præcise, hvorfor de benyttes i udstrakt
grad i industrien, men de er ofte tunge, langsomme og minimalt
autonome.
Adfærdsbaserede robotter
Siden midten af 1980'erne har man udviklet adfærdsbaserede
robotter som en mulig løsning på de klassiske robotters problemer
med vægt, hastighed og autonomi. De adfærdsbaserede robotter har
dog ofte en ringere præcision end de klassiske robotter. De blev
introduceret af amerikaneren Rodney Brooks (f. 1954) fra MIT i 1986
gennem den såkaldte "subsumption"-arkitektur og som reaktion mod
den klassiske robotteknik; siden er denne form for robotteknik
udviklet til sit eget forskningsfelt.
De adfærdsbaserede robotter er karakteriseret ved en
decentraliseret styring, hvor robotkontrolsystemet er delt op i
moduler, der hver giver en adfærd, og som kører parallelt. Desuden
udvikles en del adfærdsmoduler til at give reaktiv adfærd, såedes
at et sanseinput får modulerne til at reagere med en
refleks-motorbevægelse. Idet modulerne kører parallelt, opnås der
hurtigere kontrol, og ofte er robotterne robuste, således at de
ikke går i stå, selv en mindre del af kontrolsystemet fejler.
Adfærdsbaserede robotter har givet inspiration til integrationen
af nye styresystemsmetoder i robotteknik, som baserer sig på
autonomi og på at give robotter deres egen tilegnelsesevne. Disse
styresystemer inkluderer kunstige neurale netværk og udvikling vha.
"reinforcement learning" og evolutionære metoder.
Med disse metoder opnås adaptive robotter, som har en vis evne
til at tilegne sig nye kundskaber, mens de opererer i deres
omgivelser. Dette sker ved, at robotstyresystemet optrænes til at
lære nye reaktionsmønstre, som er baseret på de situationer,
robotten udsættes for. Man forsøger med denne type metoder at løse
problemerne med, at klassiske robotter ofte kun kan bevæge sig ad
forud programmerede baner og er yderst følsomme over for ændringer
i omgivelserne.
Adaptive robotter har mulighed for at operere i forskellige
omgivelser og for at lære om ændringer i omgivelserne, således at
de kan klare visse uforudsete hændelser, som ikke er
forudprogrammerede.
Anvendelser
Brugen af kunstige neurale netværk som styresystemer for
robotter har fundet sin inspiration i naturlige systemer og
naturlige nervesystemer. En forskningsretningen inden for kunstigt
liv benytter således også disse robotter i biologiske undersøgelser
i fx adfærdsbiologi. I disse forsøg benyttes en robot som værktøj
til at implementere hypoteser om et dyr og derefter teste hypotesen
ved at placere robotten under de samme eksperimentelle betingelser,
som man tester dyret under.
Der forskes intensivt i, hvorledes de adaptive metoder kan
benyttes i robotter som skal udforske ukendte eller vanskeligt
tilgængelige områder (fx mineområder, det indre af
kernekraftreaktorer, undersøiske områder, planeter). Klassiske
robotter benyttes i stor udstrækning i gentagent og ikke-dynamisk
arbejde i industrien, fx ved samlebåndsarbejde, svejsning og
sprøjtemaling. Desuden benyttes robotter ved visse
hospitalsoperationer, og der forskes i udviklingen af robotter som
hjælpemidler til ældre og handicappede, fx robotguider til blinde
og autonome robotkørestole.
Underholdningsindustrien
Robotter er udbredte i underholdningsindustrien, hvor der bl.a.
findes legetøjsrobotter som konstruktionslegetøj og elekroniske
kæledyr. Desuden benyttes robotter ofte i film.
Science fiction
Den populære opfattelse af robotter er især påvirket af science
fiction-litteraturen. Den ameirkanske forfatter og biokemiker Isaac
Asimov var fremtrædende i introduktionen af robotter i 1950'erne og
som ophavsmand til robotteknikkens tre etiske love (også kendt som
Asimovs love). Virkelighedens robotter adskiller sig dog betydeligt
fra robotter i science fiction, der ofte optræder med menneskelige
evner og karaktertræk. I modsætning hertil er virkelige robotters
sanse-, bevægelses- og energiproduktionsevner samt intelligens
yderst begrænsede i forhold til de tilsvarende menneskelige
evner.
Tilbage
Kilde: Professor Henrik Hautop Lund, Danmarks
Tekniske Universitet.