ロボット工学の世界は非常に広いため、さまざまな種類のロボットが開発されています。 産業だけでなく家庭でも、人間と同じようにプロセスを実行するさまざまなタイプのロボットについてすべてを学びましょう。
ロボットの種類
存在するロボットの種類の分類を開始する前に、まずロボットとは何かを定義します。 ロボットは、機械、電子、その他の部品から設計されたデバイスであり、内部プログラミングによって制御され、その環境を理解し、設計されたタスクを実行できるようにするアクションを実行できます。 その最初のアプリケーション ロボット技術 それは産業プロセスを自動化するためで、これにより従業員を実際に搾取することなく、より短時間で大量生産できるようになりました。 現在、ロボットの用途は農業から宇宙旅行まで多岐にわたります。
ロボット工学とは
ロボット技術は、機械学、電子工学、システムなどのさまざまな学術分野を組み合わせたものです。 このテクノロジーは、人間の手によって行われ、最小限のエラーで迅速に完了することが要求される重労働作業の代替に貢献します。
ロボティクスは、自動化、精密さ、精密さが必要な作業において人間の代替またはサポートを提供できるこれらのメカトロニクスデバイスを製造することを目的とした、ロボットの研究、設計、開発に焦点を当てた科学です。
ロボットとボットの違い
ボットとロボットという用語を混同するのは簡単ですが、このXNUMXつの最も特徴的な違いは、ロボットは有形であるのに対し、ボットは有形ではないということです。 ロボットを特徴付けるコンポーネントのXNUMXつは、そのフレームまたはその物理的構造です。 代わりに、ボットはインターネット上で実行されるプログラミングまたはソフトウェアです。
世界でより多くのロボットを設置している国
XNUMX年代、ロボットの活用は主に日本と米国の自動車工場で導入されました。 そして XNUMX 年代には、日本はロボット技術の研究、設計、開発において世界のリーダーとしての地位を確立しました。 その瞬間から、 産業用ロボットの種類とその応用 技術が進歩するにつれて、それらは多様化しました。
現在、ロボットが最も発展している国は、米国、中国、日本、韓国、ドイツです。 しかし、国際ロボット連盟（IFR）によると、今日では中国が主要国であり、中国は2021年までに人口XNUMX万人当たりXNUMX台のロボットを保有すると推定している。
人工知能とロボット工学の進化
ロボットは、オペレーターに依存せずに意思決定の面で開発され、より自動化されていました。 これが可能だったのは、ロボットを構成するプログラミングと材料またはコンポーネントが進化したためです。 この人工知能とロボット工学の進化はXNUMX世代に分けられましたが、これについては後で詳しく説明します。 これらのXNUMX世代も分類します どんな種類のロボットが存在しますか.
ロボットとは何ですか？
テクノロジーの発展は、農業、漁業、鉱業、探検、輸送、教育、医療、地理、環境、社会関係などの分野におけるロボット工学とそのさまざまな応用の進歩にとって理想的な原動力となっています。
しかし、さまざまな種類のロボットが存在する主な目的は、人間にとって重労働で危険な作業を最小限に抑えることです。 現代社会におけるロボットの影響を受けて、ロボット開発の進歩と持続可能性に関する社内ポリシーの再考が求められています。
ロボット工学およびメカトロニクス工学
ロボットの設計と構築を直接研究する学問は、メカトロニクス工学またはロボット工学です。 これらのキャリアは、機械学、エレクトロニクス、システム、コンピューティングなどの科学を組み合わせたものです。
ロボットと最初のオートマトンの起源と歴史
ロボットの最初の概念は紀元前XNUMX世紀にまでさかのぼります。アレクサンドリアのクテシビオス、ビザンチウムのフィロ、アレクサンドリアのヘロンなどによって記述されたXNUMXのデザインは、アクションを自動的に実行できるさまざまなデバイスを示していました。 XNUMXつは火、もうXNUMXつは風、もうXNUMXつはコインを使用してアクションを開始しました。
「自動」という言葉が使われるようになったのは、スペインの技術者レオナルド・トーレス・ケベドによって設計された発明です。 ワイヤレスリモコン、自動チェスプレーヤー、最初のシャトルは彼の最も注目すべき発明の一部です。
そして、ロボットについては、ロボット工学と人工知能の基礎を築いたアラン・チューリングに言及せずに語ることはできません。 彼の最も優れた仕事は、エニグママシンのナチスコードのデコードです。 このイベントは、第二次世界大戦での勝利を保証し、今日私たちが知っているようにテクノロジーを変えたプログラミング言語の進歩を可能にした最も重要な要素のXNUMXつでした。
第二次世界大戦の時代、科学技術の世界は、当時直面していた問題に技術的な解決策を提供する新しい武器、医薬品、技術の開発のために行われた研究により飛躍的に進歩しました。 。
ロボットという言葉の起源と語源
強制的に行われる労働を指すスラブ語の「ロボタ」がロボットの名前の由来となり、ロッサムのユニバーサル・ロボットの略である「RUR」という劇を作ったのもカレル・チャペックだった。 この作品では人造人間を製造する会社が解釈され、彼らは労働者として働いていました。
歴史上最初のリアルロボットは何でしたか？
存在した最初のロボットは 1936 年に発表され、エレクトロと呼ばれました。 Elektro ロボットは、身長約 XNUMX メートル、体重 XNUMX キロの人間に似た身体構造を持っていました。 彼はXNUMX語まで話すこともでき、歩くこともできた。
アイザックアシモフのロボット工学のXNUMXつの法則
アイザック・アシモフはSF作家であり、小説「悪循環」の中でロボット工学の三原則を書き、次のことを確立しました。
- 人間に害を及ぼすことはありません。
- 他の人間に危害を加えない限り、人間の命令には従わなければなりません。
- 第 XNUMX 法と第 XNUMX 法に矛盾しない限り、その存在を保証する必要があります。
これらの法則は SF から現実世界に移され、今日ロボットはこれら XNUMX つの法則に支配されています。
産業用ロボットの発明者、ジョージ・チャールズ・ダボル
George Charles Davolは、最初の産業用ロボットの作成者として世界的に認められています。 ジョセフ・F・エンゲルバーガーと共に、彼は1948年に革新的なロボット工学会社を設立し、歴史上最初のプログラム可能な機械が開発されました。 このロボットは適応性があり、さまざまな仕事をすることができ、産業用アプリケーションを備えた将来のロボットを作成するための基礎として機能しました。
ロボットの種類と分類方法
ロボットには、時間軸による分類と物理的構造による分類の XNUMX つの方法があります。 タイムラインに従って分類を開始します。
第1世代：マニピュレーターロボット
物体を保持したり移動させたりする単純な機能を担う、人間によって管理されるロボットです。 有名な映画「ウィリー ウォンカとチョコレート工場」では、歯磨き粉のチューブの蓋を置く役割を担う歯磨き粉工場のロボットが登場します。 それは、そのうちの XNUMX つの完璧な例です。 ロボットマニピュレータの種類.
SAR または比吸収率の研究に使用される別のタイプのロボット マニピュレーターがあります。 このテストでは、人間の組成そのものを模倣した化学組成を持つ液体が、人間の形をした容器の中に入れられます。 次に、携帯電話を個人の耳の位置に置き、この携帯電話に電話をかけます。
このテストの実施を担当するオペレータは、ロボット (この場合は機械アームの形態) が測定を実行する必要がある正確な点をデカルト平面を使用して指定します。 ロボットは特別なプログラムを通じて指示を受け取り、指示された動作と測定を実行します。
この研究により、通話中に携帯電話から発生する非電離放射線など、非電離放射線に長時間曝露された場合に人間に生じる影響を判断することが可能になります。 この場合、ロボットは極めて高い精度を必要とし、人間の脈拍の場合のように測定時に変更が加えられないため、基本的な機能を果たします。
第2世代：学習ロボット
これらのロボットは、得られた経験を観察、記憶し、データベースに保存して将来に適用する機能を備えています。 ロボットにはさまざまな学習方法があり、これらの学習方法はロボットの内部プログラミングに直接関係しています。
模倣による学習
ロボットにはさまざまな学習方法があり、そのうちの XNUMX つは模倣です。 ロボットにはセンサーが搭載されており、オペレーターを観察し、その動きを記録してその情報を内部メモリーに保存し、その動きを再現しようとします。
強化学習
動物が与えられたコマンドを首尾よく実行したときに報酬を与えることによって動物が訓練されるのと同じように、ロボットは強化されます。 ロボットは最初の注文を実行し、肯定的な結果が得られると、意思決定が向上します。 その強化は、たとえばチェスのゲームに勝つなどの目標を達成することです。
ディープラーニング
ディープラーニングは、脳の神経動作を模倣することで構成されます。 身体の自然なセンサーがイベントを捕捉すると、最初のニューロンが受信した情報を解釈し、イベントに反応するためにそれらの間のリンクを作成するニューロン シーケンスを即座に開始します。
ロボットの場合、センサーが情報を送信し、部分的に分析されます。 たとえば、顔認識機能を備えたロボットは、最初に顔を視覚化します。 これを行うことにより、そのサイバーニューロンネットワークは、その顔を構成する色の分析を開始し、次にそれを構成する幾何学的図形を解読し、最後に顔を数千のフレームまたはピクセルにセグメント化して詳細を掘り下げます。
デシジョンツリー
デシジョンツリーは、回答が提供されるにつれて進行する論理スキームです。 たとえば、サービス障害のトラブルシューティングシステムに入るとき、システムの最初の質問は「機器の電源がオンになっていますか？ さもないと"。 答えを示した時点で、別の論理スキームへのリンクが作成され、問題が解決するまで続きます。
ロボットの脳にプログラムされている計算アルゴリズムも同じように機能します。 イベントが発生すると、ロボットはさまざまなスキームの実行を開始し、取得した結果を保存します。 最後に、解決策または目標が正常に達成されると、ロボットは成功につながった決定またはアクションを保存し、次に同じイベントが発生したときに、より迅速に応答できるようにします。 その時、ロボットはその経験を学び、記憶していると言えます。
第3世代：センサー制御を備えたロボット
これらのロボットは、センサーから認識した情報に従って反応します。 そのコントローラーまたは内部コンピューターは、これらのセンサーから取得した情報に従って、ロボットが実行するアクションを示します。 さらに、これらのロボットには、環境に適応するために、自分自身を再プログラムする機能があります。
見てわかるように、これらのロボットは内部制御プログラミングの実行においてセンサーに大きく依存しています。 つまり、センサーから情報を取得しているとき、プログラムの実行が開始され、環境に適応するために動作が実行され、正しく応答します。
これらのロボットの簡単な例は、ブラックラインフォロワー車両です。 それが統合した赤外線センサーは黒い色を捕らえているので、そのプログラミングはそれを前進させ続けるように命令します。 黒い線から外れると、赤外線センサーは黒い色の検出を停止し、内部プログラミングによってコース修正が指示されます。
第4世代：インテリジェントロボット
これらのロボットは、ロボットとそのコントローラーの間で常にフィードバックを受けており、これは、イベントの進行に応じて、より迅速かつ正確な意思決定、したがってロボットによる反応を意味します。
インテリジェント ロボットは通常、第 XNUMX 世代ロボットよりも高度なセンサーとより複雑な内部プログラミングを備えています。 基本的に、これらのロボットは周囲の環境に適応し、そこから学習することができます。
ロボットの種類：多関節
ロボットの構造は、その可動性や生物との関係によって定義されます。 この場合、それらは これらのロボットは変位を持たないか、または変位が最小限であるため、非常に広範囲をカバーし、高い精度が必要な非常に反復的で重要なタスクを実行するのに最適です。
これらのロボットは、狭い空間での搬送や精密作業にも使用されます。 電子カードの作成に参加する多関節ロボットさえあります。電子カードは製造時間を短縮し、大量生産を可能にするため、非常に役立ちます。
ロボットの種類：モバイル
これらのロボットは、大きな変位を行う機能を果たします。 移動ロボットは、一般的に探査と輸送に使用されます。 地すべりや自然現象の場合、これらのロボットは人命を求めて瓦礫の下を探索するために使用され、リスクの高い地域でも見られ、他の惑星を探索するために連れて行かれることさえあります。 彼らの技術レベルは比較的高く、それに適応するために彼らの環境を解釈することができます。
最もよく知られている移動ロボットは、現在火星の表面にある Curiosity ロボットです。 その使命は、炭素、酸素、水素、リン、窒素、硫黄など、生命の存在を可能にする成分や生物学的プロセスを検出することです。
地表の化学組成や土地の浸食と形成のプロセスの検出、水循環の評価、地球上の放射線の検出などです。
この探査ミッションは、移動ロボットのキュリオシティによって可能になりました。 人間によるこのタスクの実行は、この惑星の未知の環境力とエージェントにさらされるため、極度のリスクを伴うことは否定できません。 ただし、これらの状態を正確に知る唯一の方法は、地形を探索し、ロボットを使用することです。
ロボットの種類：Android
彼らは人間に最も似た外観を持つロボットですが、人間が自然に実行する行動、学習、論理プロセスを模倣しようとします。
現在ロボット工学の最も進んだ国は日本であり、東京の日本科学未来館では世界で最も有名な本物のアンドロイドが展示されています。
アンドロイド ロボットの一般的な目的は、物理的および行動的に人間を模倣することです。 これには、人間と同じように自律的に評価して反応するために、人間の運動動作を可能な限り似せること、また人間の脳の動作を模倣することが含まれます。
しかし、アンドロイドは、数学の問題を素早く解くなど、特定の能力では人間を上回っていますが、人間の特徴である意識が欠けています。
架空の例として«Wall-E»を取り上げると、Wall-Eが他のロボットと異なるのは、プログラミングの一部であるためではなく、自発的に開発したために感情を持つ能力であることがわかります。 彼は共感を感じ、自分の存在とニーズを認識することができました。 ウォーリーには良心があったので、これはすべて可能でした。
2005年に日本で最初のAndroidロボットが一般公開されました。 呼吸、まばたき、手を動かす、頭を動かすなどのジェスチャーができる、女性らしい外観の人造人間ロボット、またはガイノイドとも呼ばれるロボットでした。 その後、韓国では、ロボットが言っている言葉と同期して唇を動かし、会話中にアイコンタクトをとることができるEver-1が発表されました。
ロボットの種類：動物形
この場合、それらはアンドロイドに似ていますが、生き物の生体力学、つまり動物の動きを模倣しようとする点が異なります。
DARPAは、防衛に焦点を当てたロボット技術の資金調達、研究開発に焦点を当てているアメリカの機関です。 これらのプロジェクトの中には、AlphaDogがあります。これは、氷、岩、凹凸などの困難な地形を移動しながら、最大XNUMXキログラムの荷物をXNUMXキロにわたって運ぶことを使命とするロボットです。その兵士に続いて、十分ではありませんでした。 さらに、彼は、多くの騒音を発生させることなく、バランスを取り戻し、障害物をジャンプまたは回避し、階段を上って、転倒から立ち上がる能力を持っています。
アルファドッグのこれらすべての特徴は、犬やラバの行動や態度に似ているよう努めています。
ロボットの種類：ハイブリッド
これらはすべて、上記の特性を複数組み合わせたロボットです。
ロボットとロボット工学の利点
次に、製造プロセスでロボットを使用することの最も重要な利点のいくつかを紹介します。
- 生産ラインのコストを削減します。
- 生産の割合が増加します。
- 製品の品質が向上します。
- オペレーターにとって、リスクの高いタスクは回避されます。
- これは、必要に応じて、休憩や疲労を必要とせずに 24 時間連続して作業できる人工オペレーターです。
- 高価であるにもかかわらず、通常、投資の回収は早く、その瞬間からは給与は必要なく、維持費のみが必要になります。
- 今のところ、彼らの仕事に対して追加の税金は支払われていない。
ロボットのデメリット
システム内の戦略的なポイントでロボットが労働者の代わりとなり、自動化が可能になります
ロボットを含むシステムへの初期投資は通常非常に高くなります。
寿命を延ばすためには予防メンテナンスが必要ですが、これは経済的な出費とメンテナンス中の製造停止を意味します。
ロボットのニーズに対応し、その動作を保証するための人員を雇用し、訓練する必要があります。
オートメーションと産業用ロボット
産業オートメーションは、反復的な作業を自動的に実行するロボットなどの要素を統合するプロセスとして定義できます。 ただし、産業用ロボットとサービスを提供するロボットを混同してはいけません。
機能に応じたロボットの種類
次に、ロボットを適用分野別に分類して紹介します。
ロボットの種類：産業用
産業用ロボットは、プロセス自動化のために生産ライン内でタスクを実行するロボットです。 一般的に、それらは複雑さまたは繰り返しのポイントでの自動移動です。 これらのロボットは多機能であり、再プログラムすることができ、ロボットの損傷を防ぐために温度などの制御された環境に配置されます。
ロボットの種類：サービス
通常、それらは移動ロボット、つまり移動することができます。 産業用ロボットとは異なり、サービス ロボットは管理された環境で使用されることが多く、場合によっては過酷な環境でも動作することがあります。 サービス ロボット内では、次の分類によって細分化されます。
- 国内の： これらのロボットは、家事や日常業務の遂行を担当します。 また、このカテゴリには、セキュリティおよび監視システム用のロボットもあります。 最も一般的に使用されている家庭用ロボットの XNUMX つは、iRobot 社のルンバです。
- 研究： このロボットは、主に革新的なプロジェクトが開発される研究センターや研究所で使用されています。 それらは異なる形態を持ち、通常は非常に特殊なロボットであるか、同じ研究プロジェクトでさえあります。
- Exploración： 前に述べたように、環境の探査作業や研究を行うために派遣されるロボットがあります。 その一例が、現在火星の表面にあるロボット「キュリオシティ」です。
ロボットの種類：軍用
米国は、敵に対して何らかの利点をもたらすために、戦場で使用することを目的としたロボットの研究開発を行っている主要国の一つです。 以前、貨物ロボットとして使用される動物型ロボットで構成される AlphaDog プロジェクトについて触れました。 一般的に、これは 技術の種類 主に軍事分野で使用されているため、おそらく今日存在するロボットの多くは知られていません。
ロボットの種類：医師
これらのロボットは、医療分野でタスクを実行するロボットです。 たとえば、医師が遠隔操作するロボットアームを備えた外科医の場合と同様に、精密な手術を行うことができます。
また、それらは神経脈動によって制御される、つまり精神によって制御される人工装具として機能するロボットです。
医療分野におけるロボットの別の例は、分子要素から製造される、またはナノメートルスケール内のナノロボットです。 これらのロボットは静脈を通じて人間の体内に埋め込まれ、病気と闘ったり有機組織の再生を助けたりすることができます。
教育用ロボット玩具
これらのロボットは、子どもたちの教育プロセスを楽しい方法でサポートします。 最もよく知られている教育用ロボットの XNUMX つは、レゴのマインドストローム シリーズです。 このラインの主な目的は、子供たちにロボット工学の基本的な知識を提供することです。
未来の技術的挑戦
ロボットが克服すべき次の課題は人工知能です。 実際、その重要性が非常に高いため、テスラ、グーグル、アマゾンなどの企業はこのテクノロジーを習得しようと競い合っています。