Robotik
Robotik, bilgisayar bilimi ve mühendisliğinin disiplinler arası bir dalıdır. Robotik, robotların tasarımı, yapımı, işletimi ve kullanımını içerir. Robotik biliminin amacı, insanlara yardım edebilecek ve onlara yardımcı olabilecek makineler tasarlamaktır. Robotik, makine mühendisliği, elektrik mühendisliği, bilgi mühendisliği, mekatronik, elektronik, biyomühendislik, bilgisayar mühendisliği, kontrol mühendisliği, yazılım mühendisliği, matematik vb. alanları bütünleştirir. ⓘ
Robotik, insanların yerine geçebilecek ve insan eylemlerini taklit edebilecek makineler geliştirir. Robotlar birçok durumda birçok amaç için kullanılabilir, ancak günümüzde birçoğu tehlikeli ortamlarda (radyoaktif maddelerin incelenmesi, bomba tespiti ve etkisiz hale getirilmesi dahil), üretim süreçlerinde veya insanların hayatta kalamayacağı yerlerde (örneğin uzayda, su altında, yüksek ısıda ve tehlikeli maddelerin ve radyasyonun temizlenmesi ve muhafazası) kullanılmaktadır. Robotlar herhangi bir şekilde olabilir, ancak bazıları görünüş olarak insana benzeyecek şekilde yapılmıştır. Bunun, genellikle insanlar tarafından gerçekleştirilen belirli kopyalayıcı davranışlarda robotların kabul edilmesine yardımcı olduğu iddia edilmektedir. Bu tür robotlar yürüme, kaldırma, konuşma, biliş veya diğer insan faaliyetlerini taklit etmeye çalışır. Günümüz robotlarının birçoğu doğadan esinlenmekte ve biyo-esinli robotik alanına katkıda bulunmaktadır. ⓘ
Bazı robotların çalışması için kullanıcı girdisi gerekirken, diğer robotlar otonom olarak çalışmaktadır. Otonom olarak çalışabilen robotlar yaratma kavramı klasik zamanlara kadar uzanmaktadır, ancak robotların işlevselliği ve potansiyel kullanımlarına yönelik araştırmalar 20. yüzyıla kadar önemli ölçüde artmamıştır. Tarih boyunca çeşitli akademisyenler, mucitler, mühendisler ve teknisyenler tarafından robotların bir gün insan davranışını taklit edebileceği ve görevleri insan benzeri bir şekilde yönetebileceği sıklıkla varsayılmıştır. Günümüzde robotik, teknolojik ilerlemeler devam ettikçe hızla büyüyen bir alandır; yeni robotların araştırılması, tasarlanması ve inşa edilmesi, ister yerel, ister ticari veya askeri olsun, çeşitli pratik amaçlara hizmet etmektedir. Birçok robot, bombaları etkisiz hale getirmek, dengesiz harabelerde hayatta kalanları bulmak ve madenleri ve gemi enkazlarını keşfetmek gibi insanlar için tehlikeli olan işleri yapmak üzere üretilmiştir. Robotik ayrıca STEM'de (bilim, teknoloji, mühendislik ve matematik) bir öğretim aracı olarak kullanılmaktadır. ⓘ
| Makale serisidir ⓘ |
| Yapay zekâ |
|---|
 |
Türkiye'deki üniversitelerde açılan mekatronik bölümleri robotikle yakından ilişkilidir. ⓘ
Etimoloji
Robotik kelimesi, Çek yazar Karel Čapek tarafından 1920 yılında yayınlanan R.U.R. (Rossum's Universal Robots) adlı oyununda halka tanıtılan robot kelimesinden türetilmiştir. Robot kelimesi Slavcada iş/iş anlamına gelen robota kelimesinden gelmektedir. Oyun, robot adı verilen yapay insanlar üreten bir fabrikada başlar, insan sanılabilecek yaratıklar - modern android fikirlerine çok benzer. Karel Čapek bu kelimeyi kendisi bulmamıştır. Oxford İngilizce Sözlüğü'ndeki bir etimolojiye atıfta bulunan kısa bir mektup yazmış ve bu mektupta kelimenin asıl yaratıcısı olarak kardeşi Josef Čapek'in adını vermiştir. ⓘ
Oxford İngilizce Sözlüğü'ne göre robotik kelimesi basılı olarak ilk kez Isaac Asimov tarafından Mayıs 1941'de Astounding Science Fiction'da yayınlanan "Liar!" adlı kısa bilim kurgu öyküsünde kullanılmıştır. Asimov bu terimi icat ettiğinin farkında değildi; elektrikli cihazların bilimi ve teknolojisi elektronik olduğundan, robotiğin zaten robotların bilimi ve teknolojisine atıfta bulunduğunu varsayıyordu. Asimov'un diğer bazı eserlerinde robotik kelimesinin ilk kullanımının Runaround (Astounding Science Fiction, Mart 1942) adlı kısa hikayesinde olduğunu ve burada Robotiğin Üç Yasası kavramını tanıttığını belirtmektedir. Ancak, "Yalancı!"nın orijinal yayını "Runaround "dan on ay öncesine dayanmaktadır, bu nedenle kelimenin kökeni olarak genellikle ilki gösterilir. ⓘ
Tarihçe
1948 yılında Norbert Wiener, pratik robotiğin temeli olan sibernetik ilkelerini formüle etmiştir. ⓘ
Tamamen otonom robotlar ancak 20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıktı. Dijital olarak çalıştırılan ve programlanabilen ilk robot olan Unimate, 1961 yılında bir döküm makinesinden sıcak metal parçalarını kaldırmak ve istiflemek için kuruldu. Ticari ve endüstriyel robotlar günümüzde yaygındır ve işleri insanlardan daha ucuza, daha doğru ve daha güvenilir bir şekilde gerçekleştirmek için kullanılmaktadır. Ayrıca insanlar için uygun olamayacak kadar kirli, tehlikeli veya sıkıcı olan bazı işlerde de kullanılmaktadırlar. Robotlar imalat, montaj, paketleme ve ambalajlama, madencilik, taşımacılık, dünya ve uzay araştırmaları, cerrahi, silah, laboratuvar araştırmaları, güvenlik ve tüketim ve endüstriyel malların seri üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. ⓘ
| Tarih | Önem | Robot adı | Mucit ⓘ |
|---|---|---|---|
| M.Ö. üçüncü yüzyıl ve öncesi | Otomatların en eski tanımlarından biri Lie Zi metninde, Zhou Kralı Mu (MÖ 1023-957) ile Yan Shi olarak bilinen bir makine mühendisi, bir 'zanaatkar' arasındaki çok daha erken bir karşılaşma üzerine ortaya çıkar. İddiaya göre Yan Shi, krala mekanik el işçiliğinin gerçek boyutlu, insan biçimli bir figürünü sunmuştur. | Yan Shi (Çince: 偃师) | |
| M.S. birinci yüzyıl ve öncesi | İskenderiyeli Heron'un Pneumatica and Automata adlı eserinde aralarında bir itfaiye aracı, bir rüzgar orgu, jetonla çalışan bir makine ve buharla çalışan bir motorun da bulunduğu 100'den fazla makine ve otomatın açıklamaları | Ctesibius, Bizanslı Philo, İskenderiyeli Heron ve diğerleri | |
| c. M.Ö. 420 | Uçabilen, buharla çalışan ahşap bir kuş | Uçan güvercin | Tarentum'lu Archytas |
| 1206 | İlk insansı otomatlar, programlanabilir otomat grubu oluşturuldu | Robot bando, el yıkama otomatı, otomatik hareketli tavus kuşları | El-Cezeri |
| 1495 | İnsansı bir robot için tasarımlar | Mekanik Şövalye | Leonardo da Vinci |
| 1560'lar (Belirtilmemiş) | Cübbesinin altında yürümeyi taklit eden makine ayakları olan Mekanik Keşiş. Robotun gözleri, dudakları ve kafası gerçeğe yakın hareketlerle hareket ediyor. | Mekanik Keşiş | Juanelo Turriano |
| 1738 | Yemek yiyebilen, kanat çırpabilen ve dışkı çıkarabilen mekanik ördek | Sindiren Ördek | Jacques de Vaucanson |
| 1898 | Nikola Tesla ilk radyo kontrollü gemiyi gösterdi. | Teleautomaton | Nikola Tesla |
| 1903 | Leonardo Torres y Quevedo, Paris Bilim Akademisi'nde elektromanyetik dalgalarla iletilen komutları yerine getiren bir robottan oluşan Telekino'yu sundu. | Telekino | Leonardo Torres y Quevedo |
| 1912 | Leonardo Torres y Quevedo satranç oynayabilen ilk gerçek otonom makineyi inşa etti. İnsan tarafından işletilen The Turk ve Ajeeb'in aksine, El Ajedrecista insan rehberliği olmadan satranç oynayan bir otomattı. Sadece üç satranç taşıyla bir oyun sonu oynadı ve bir insan rakibin hareket ettirdiği siyah şahı mat etmek için otomatik olarak beyaz bir şah ve bir kale hareket ettirdi. | El Ajedrecista | Leonardo Torres y Quevedo |
| 1914 | Leonardo Torres y Quevedo, 1914 yılında yayınladığı Essays on Automatics adlı makalesinde, dışarıdan bilgi yakalayan sensörler, kollar gibi dış dünyayı manipüle eden parçalar, pil ve hava basıncı gibi güç kaynakları ve en önemlisi yakalanan bilgi ve geçmiş bilgileri kullanarak "yargıda bulunan" bir makine önermiştir. Dışarıdan gelen bilgilere göre bir canlı gibi tepkisini kontrol edebilen ve davranışını değiştirmek için çevredeki değişikliklere uyum sağlayabilen bir parça olarak tanımlanmaktadır. | Otomatiğe Dair Yazılar | Leonardo Torres y Quevedo |
| 1921 | "Robot" olarak adlandırılan ilk kurgusal otomatlar R.U.R. oyununda ortaya çıkar. | Rossum'un Evrensel Robotları | Karel Čapek |
| 1930s | İnsansı robot 1939 ve 1940 Dünya Fuarlarında sergilendi | Elektro | Westinghouse Elektrik Şirketi |
| 1946 | İlk genel amaçlı dijital bilgisayar | Kasırga | Birden fazla kişi |
| 1948 | Biyolojik davranışlar sergileyen basit robotlar | Elsie ve Elmer | William Grey Walter |
| 1956 | George Devol ve Joseph Engelberger tarafından kurulan Unimation şirketinin Devol'un patentlerine dayanan ilk ticari robotu | Unimate | George Devol |
| 1961 | İlk kurulan endüstriyel robot. | Unimate | George Devol |
| 1967 - 1972 | İlk tam ölçekli insansı akıllı robot ve ilk android. Uzuv kontrol sistemi, alt uzuvlarıyla yürümesine ve dokunma sensörlerini kullanarak nesneleri elleriyle kavramasına ve taşımasına izin verdi. Görüş sistemi, harici reseptörler, yapay gözler ve kulaklar kullanarak nesnelere olan mesafeleri ve yönleri ölçmesine izin verdi. Konuşma sistemi ise yapay bir ağızla bir kişiyle Japonca iletişim kurmasını sağlıyordu. | WABOT-1 | Waseda Üniversitesi |
| 1973 | Altı elektromekanik tahrikli eksene sahip ilk endüstriyel robot | Famulus | KUKA Robot Grubu |
| 1974 | ASEA'nın ürettiği dünyanın ilk mikrobilgisayar kontrollü elektrikli endüstriyel robotu IRB 6, İsveç'in güneyindeki küçük bir makine mühendisliği şirketine teslim edildi. Bu robotun tasarımı 1972 yılında patentlenmişti. | IRB 6 | ABB Robot Grubu |
| 1975 | Programlanabilir evrensel manipülasyon kolu, bir Unimation ürünü | PUMA | Victor Scheinman |
| 1978 | Robotların nesne konumu, şekli ve sensör gürültüsündeki değişiklikleri ele almasına olanak tanıyan ilk nesne düzeyinde robot programlama dili. | Freddy I ve II, RAPT robot programlama dili | Patricia Ambler ve Robin Popplestone |
| 1983 | Bir robot kontrolü için kullanılan ilk çok görevli, paralel programlama dili. Robot kontrolü için hem süreçler arası iletişim (WAIT/POST) hem de karşılıklı dışlama (ENQ/DEQ) mekanizmalarının uygulanmasıyla IBM/Series/1 süreç bilgisayarında Olay Güdümlü Dil (EDL) idi. | ADRIEL I | Stevo Bozinovski ve Mihail Sestakov |
Tarihte robotikle ilintili en erken atıf MÖ 3. yüzyılda Çin'de yazılmış bir Lie Zi yazmasında bulunmuştur. Bu yazma MÖ 1000 yıllarında yaşamış Zhou Kralı Mu'ya sunulan mekanik bir insan mankeninden bahseder. Antik Yunanda, MÖ 3. yüzyılda yaşamış Ktesibios çağını aşan pek çok çalışmalar yapmış, yüzden fazla mekanik otomata tasarlamıştır. Onun çalışmaları Bizantiyonlu Filon ve İskenderiyeli Heron tarafından devam ettirilmiştir. ⓘ
Onlardan sonra bilinen en önemli robotik öncüsü El-Cezeri'dir. Çağının çok ilersinde mekanik otomatalar yapmıştır. Eski tarihlerde yaşamış olan meslektaşlarının icatlarını geliştirmiş ve kendine ait olan birçok tasarım yapmıştır. El Cezeri, Otomatik Makineler tarihinde Çağın Doruğuna Erişmiş Büyük Mühendis İbn-i Razzaz Cezeri adıyla anılır. Yazdığı kitabındaki tüm buluşlar insanımsı, estetik değerlere sahiptir ve hiçbiri hayal ürünü değildir. Alman Profesörü Widemann, tarafından tekrar üretilip çalıştırılmışlardır. El Cezeri'nin kaleme aldığı orijinal ismi Kitab-ül Camii Beyn-el ilmi vel-amel En Nafi-i fi Sınaat-il hiyel kitabı, Kültür Bakanlığı 1990 yılında Olağanüstü Mekanik Araçların Bilgisi Hakkında Kitap adında basmıştır. Kitabın Türkçe çevirisi ise Sevim Tekeli tarafından hazırlanarak Türk Tarih Kurumu Yayınları tarafından basılmıştır. El-Cezeri'nin mezarı hâlen Cizre'de Nuh Peygamber Camii'nin avlusunda bulunuyor. Avrupalılar tarafından Al-Jasar olarak bilinmektedir. ⓘ
İtalya Floransa'da yaşamış Rönesansın en büyük ressam ve heykeltıraşlarından kabul edilen Leonardo Da Vinci'ye ait 1495 yılında tasarlandığı sanılan savaşçı makine kayıt altına alınmış bir başka örnektir. Resimdeki model Leonardo'nun orijinal çizimlerinden yararlanılarak 1950 yılında yeniden yapılmıştır. Robot kollarını çenesini ve başını hareket ettirebilmektedir. ⓘ
Robotik yönler
Birçok robot türü vardır; birçok farklı ortamda ve birçok farklı kullanım için kullanılırlar. Uygulama ve biçim açısından çok çeşitli olmalarına rağmen, yapıları söz konusu olduğunda hepsi üç temel benzerliği paylaşır:
- Robotların hepsi bir tür mekanik yapıya, belirli bir görevi yerine getirmek için tasarlanmış bir çerçeveye, forma veya şekle sahiptir. Örneğin, ağır kir veya çamur üzerinde hareket etmek üzere tasarlanmış bir robot tırtıl paletleri kullanabilir. Mekanik yönü çoğunlukla yaratıcının verilen görevi tamamlamak ve çevresindeki ortamın fiziğiyle başa çıkmak için bulduğu çözümdür. Biçim işlevi takip eder.
- Robotlar, makinelere güç veren ve onları kontrol eden elektrikli bileşenlere sahiptir. Örneğin, tırtıl paletli robotun palet dişlerini hareket ettirmek için bir tür güce ihtiyacı olacaktır. Bu güç, bir telden geçmesi ve temel bir elektrik devresi olan bir bataryadan kaynaklanması gereken elektrik şeklinde gelir. Gücünü esas olarak benzinden alan benzinli makineler bile yanma sürecini başlatmak için hala bir elektrik akımına ihtiyaç duyar, bu nedenle arabalar gibi benzinle çalışan makinelerin çoğunda akü vardır. Robotların elektriksel yönü hareket (motorlar aracılığıyla), algılama (elektrik sinyallerinin ısı, ses, konum ve enerji durumu gibi şeyleri ölçmek için kullanıldığı yerlerde) ve çalışma (robotlar, temel işlemleri etkinleştirmek ve gerçekleştirmek için motorlarına ve sensörlerine sağlanan belirli bir düzeyde elektrik enerjisine ihtiyaç duyar) için kullanılır.
- Tüm robotlar bir miktar bilgisayar programlama kodu içerir. Bir program, bir robotun bir şeyi ne zaman ve nasıl yapacağına nasıl karar verdiğidir. Tırtıl izi örneğinde, çamurlu bir yolda ilerlemesi gereken bir robot doğru mekanik yapıya sahip olabilir ve bataryasından doğru miktarda güç alabilir, ancak hareket etmesini söyleyen bir program olmadan hiçbir yere gidemez. Programlar bir robotun özüdür, mükemmel mekanik ve elektriksel yapıya sahip olabilir, ancak programı kötü yapılandırılmışsa performansı çok düşük olacaktır (veya hiç performans göstermeyebilir). Üç farklı türde robotik program vardır: uzaktan kumanda, yapay zeka ve hibrit. Uzaktan kumanda programlı bir robot, yalnızca bir kontrol kaynağından, tipik olarak uzaktan kumandalı bir insandan bir sinyal aldığında gerçekleştireceği önceden var olan bir dizi komuta sahiptir. Öncelikli olarak insan komutlarıyla kontrol edilen cihazları robotikten ziyade otomasyon disiplinine dahil olarak görmek belki de daha uygundur. Yapay zeka kullanan robotlar, bir kontrol kaynağı olmaksızın çevreleriyle kendi başlarına etkileşime girer ve önceden var olan programlarını kullanarak karşılaştıkları nesnelere ve sorunlara karşı tepkilerini belirleyebilirler. Hibrit, hem yapay zeka hem de RC işlevlerini içinde barındıran bir programlama biçimidir. ⓘ
Uygulamalar
Giderek daha fazla robot belirli görevler için tasarlandıkça, bu sınıflandırma yöntemi daha uygun hale gelmektedir. Örneğin, birçok robot montaj işleri için tasarlanmıştır ve diğer uygulamalar için kolayca uyarlanamayabilir. Bunlar "montaj robotları" olarak adlandırılır. Dikiş kaynağı için, bazı tedarikçiler robotla birlikte komple kaynak sistemleri, yani kaynak ekipmanı ile döner tablalar vb. gibi diğer malzeme taşıma tesislerini entegre bir birim olarak sağlar. Böyle bir entegre robotik sistem, ayrı manipülatör ünitesi çeşitli görevlere uyarlanabilse de "kaynak robotu" olarak adlandırılır. Bazı robotlar özellikle ağır yük manipülasyonu için tasarlanmıştır ve "ağır hizmet robotları" olarak etiketlenirler. ⓘ
Mevcut ve potansiyel uygulamalar şunları içerir:
- Askeri robotlar.
- Endüstriyel robotlar. Robotlar üretimde giderek daha fazla kullanılmaktadır (1960'lardan beri). Robotic Industries Association ABD verilerine göre, 2016 yılında otomotiv endüstrisi toplam satışların %52'si ile endüstriyel robotların ana müşterisi olmuştur. Otomobil endüstrisinde "işçiliğin" yarısından fazlasını oluşturabiliyorlar. Teksas'ta 2003 gibi erken bir tarihte tamamen otomatik hale getirilmiş bir IBM klavye üretim fabrikası gibi "ışıkları kapalı" fabrikalar bile var.
- Cobot'lar (işbirlikçi robotlar).
- İnşaat robotları. İnşaat robotları üç türe ayrılabilir: geleneksel robotlar, robotik kol ve robotik dış iskelet.
- Tarım robotları (AgRobots). Robotların tarımda kullanımı, yapay zeka destekli hassas tarım ve drone kullanımı kavramlarıyla yakından bağlantılıdır. 1996-1998 araştırmaları robotların çobanlık görevi yapabileceğini de kanıtlamıştır.
- Çeşitli tiplerde tıbbi robotlar (da Vinci Cerrahi Sistemi ve Hospi gibi).
- Mutfak otomasyonu. Mutfak otomasyonunun ticari örnekleri Flippy (hamburger), Zume Pizza (pizza), Cafe X (kahve), Makr Shakr (kokteyller), Frobot (dondurulmuş yoğurtlar) ve Sally'dir (salatalar). Ev örnekleri ise Rotimatic (yassı ekmek pişirme) ve Boris (bulaşık makinesi yükleme).
- Spor için robot savaşı - iki veya daha fazla robotun birbirlerini etkisiz hale getirmek için bir arenada savaştığı hobi veya spor etkinliği. Bu, 1990'larda bir hobiden dünya çapında birkaç TV dizisine kadar gelişmiştir.
- Zehirli atık veya nükleer tesisler gibi kirlenmiş alanların temizlenmesi.
- Yerli robotlar.
- Nanorobotlar.
- Sürü robotları.
- Otonom dronlar.
- Spor sahası çizgi işaretleme.
- Eğitim robotları. LEGO® Mindstorms ve Ozobots gibi robotlar kodlama, matematik ve yaratıcı becerileri öğretmek için kullanılır. ⓘ
Bileşenler
Güç kaynağı
Şu anda güç kaynağı olarak çoğunlukla (kurşun-asit) bataryalar kullanılmaktadır. Robotlar için güç kaynağı olarak birçok farklı türde pil kullanılabilir. Bunlar, güvenli ve nispeten uzun raf ömrüne sahip kurşun-asit pillerden, hacim olarak çok daha küçük ve şu anda çok daha pahalı olan gümüş-kadmiyum pillere kıyasla oldukça ağırdır. Pille çalışan bir robot tasarlarken güvenlik, çevrim ömrü ve ağırlık gibi faktörlerin dikkate alınması gerekir. Genellikle bir tür içten yanmalı motor olan jeneratörler de kullanılabilir. Bununla birlikte, bu tür tasarımlar genellikle mekanik olarak karmaşıktır ve bir yakıta ihtiyaç duyar, ısı dağılımı gerektirir ve nispeten ağırdır. Robotu bir güç kaynağına bağlayan bir ip, güç kaynağını robottan tamamen çıkaracaktır. Bu, tüm güç üretim ve depolama bileşenlerini başka bir yere taşıyarak ağırlık ve yerden tasarruf etme avantajına sahiptir. Ancak bu tasarım, robota sürekli olarak bir kablonun bağlı olması gibi yönetilmesi zor bir dezavantajı da beraberinde getirmektedir. Potansiyel güç kaynakları şunlar olabilir:
- pnömatik (sıkıştırılmış gazlar)
- Güneş enerjisi (güneş enerjisinin kullanılması ve elektrik enerjisine dönüştürülmesi)
- hi̇droli̇k (sivi)
- volan enerji̇ depolama
- organik çöp (anaerobik çürütme yoluyla)
- NÜKLEER ⓘ
Aktüasyon
Aktüatörler bir robotun "kasları", depolanan enerjiyi harekete dönüştüren parçalarıdır. Şimdiye kadar en popüler aktüatörler, bir tekerleği veya dişliyi döndüren elektrik motorları ve fabrikalardaki endüstriyel robotları kontrol eden lineer aktüatörlerdir. Elektrik, kimyasallar veya basınçlı hava ile çalışan alternatif aktüatör türlerinde son zamanlarda bazı gelişmeler olmuştur. ⓘ
Elektrik motorları
Robotların büyük çoğunluğunda elektrik motorları, genellikle taşınabilir robotlarda fırçalı ve fırçasız DC motorlar veya endüstriyel robotlarda ve CNC makinelerinde AC motorlar kullanılır. Bu motorlar genellikle daha hafif yüklerin bulunduğu ve baskın hareket biçiminin dönme olduğu sistemlerde tercih edilir. ⓘ
Doğrusal aktüatörler
Çeşitli lineer aktüatör tipleri dönmek yerine içeri ve dışarı hareket eder ve özellikle endüstriyel robotikte olduğu gibi çok büyük kuvvetlere ihtiyaç duyulduğunda genellikle daha hızlı yön değişikliklerine sahiptir. Tipik olarak sıkıştırılmış ve oksitlenmiş hava (pnömatik aktüatör) veya bir yağ (hidrolik aktüatör) ile çalıştırılırlar. Doğrusal aktüatörler, genellikle bir motor ve bir kılavuz vidadan oluşan elektrikle de çalıştırılabilir. Diğer bir yaygın tip ise, bir arabadaki kremayer ve pinyon gibi elle döndürülen mekanik bir doğrusal aktüatördür. ⓘ
Seri elastik aktüatörler
Seri elastik çalıştırma (SEA), sağlam kuvvet kontrolü için motor aktüatörü ile yük arasına kasıtlı esneklik ekleme fikrine dayanır. Ortaya çıkan düşük yansıyan atalet nedeniyle, seri elastik çalıştırma, bir robot çevreyle (örneğin, insanlar veya iş parçası) etkileşime girdiğinde veya çarpışmalar sırasında güvenliği artırır. Ayrıca, şanzıman ve diğer mekanik bileşenlerdeki aşırı aşınmayı azaltırken enerji verimliliği ve şok emilimi (mekanik filtreleme) de sağlar. Bu yaklaşım, özellikle gelişmiş üretim robotları ve yürüyen insansı robotlar olmak üzere çeşitli robotlarda başarıyla kullanılmıştır. ⓘ
Seri elastik bir aktüatörün kontrolör tasarımı, yapılandırılmamış ortamlarla etkileşimin güvenliğini sağladığı için çoğunlukla pasiflik çerçevesinde gerçekleştirilir. Dikkate değer kararlılık sağlamlığına rağmen, bu çerçeve, kontrolöre uygulanan ve performanstan ödün verebilen katı sınırlamalardan muzdariptir. Okuyucu, SEA için yaygın kontrolör mimarilerini ve bunlara karşılık gelen yeterli pasiflik koşullarını özetleyen aşağıdaki araştırmaya yönlendirilmektedir. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, en yaygın empedans kontrol mimarilerinden biri olan hız kaynaklı SEA için gerekli ve yeterli pasiflik koşullarını türetmiştir. Bu çalışma, daha geniş bir kontrol kazancı seçimine izin veren bir SEA şemasında ilk kez muhafazakar olmayan pasiflik sınırlarını yönlendirdiği için özellikle önemlidir. ⓘ
Hava kasları
Hava kasları olarak da bilinen pnömatik yapay kaslar, içlerine hava basıldığında genişleyen (tipik olarak %42'ye kadar) özel tüplerdir. Bazı robot uygulamalarında kullanılırlar. ⓘ
Kas teli
Şekil hafızalı alaşım, Nitinol® veya Flexinol® tel olarak da bilinen kas teli, elektrik uygulandığında büzülen (%5'in altında) bir malzemedir. Bazı küçük robot uygulamaları için kullanılmıştır. ⓘ
Elektroaktif polimerler
EAP'ler veya EPAM'ler, elektrikle önemli ölçüde (%380'e kadar aktivasyon gerilmesi) büzülebilen plastik bir malzemedir ve insansı robotların yüz kaslarında ve kollarında ve yeni robotların yüzmesini, uçmasını, yüzmesini veya yürümesini sağlamak için kullanılmıştır. ⓘ
Piezo motorlar
DC motorlara yeni alternatifler piezo motorlar veya ultrasonik motorlardır. Bunlar, saniyede binlerce kez titreşen küçük piezoseramik elemanların doğrusal veya döner harekete neden olduğu temelde farklı bir prensiple çalışır. Farklı çalışma mekanizmaları vardır; bir tür, motoru bir daire veya düz bir çizgide adımlamak için piezo elemanlarının titreşimini kullanır. Başka bir tür ise piezo elemanlarını bir somunun titreşmesine neden olmak veya bir vidayı tahrik etmek için kullanır. Bu motorların avantajları nanometre çözünürlük, hız ve boyutlarına göre mevcut kuvvettir. Bu motorlar halihazırda ticari olarak mevcuttur ve bazı robotlarda kullanılmaktadır. ⓘ
Elastik nanotüpler
Elastik nanotüpler, erken aşama deneysel geliştirmede umut verici bir yapay kas teknolojisidir. Karbon nanotüplerde kusur bulunmaması, bu filamentlerin elastik olarak yüzde birkaç oranında deforme olmasını ve metal nanotüpler için belki de 10 J/cm3 enerji depolama seviyelerine sahip olmasını sağlar. İnsan pazıları bu malzemeden 8 mm çapında bir tel ile değiştirilebilir. Bu tür kompakt "kaslar" gelecekteki robotların insanlardan daha hızlı koşmasını ve atlamasını sağlayabilir. ⓘ
Algılama
Sensörler, robotların çevrenin veya dahili bileşenlerin belirli bir ölçümü hakkında bilgi almasını sağlar. Bu, robotların görevlerini yerine getirmeleri ve uygun yanıtı hesaplamak için ortamdaki herhangi bir değişikliğe göre hareket etmeleri için gereklidir. Çeşitli ölçüm biçimleri için, robotlara güvenlik veya arızalar hakkında uyarılar vermek ve gerçekleştirdiği görev hakkında gerçek zamanlı bilgi sağlamak için kullanılırlar. ⓘ
Dokunma
Mevcut robotik ve protez eller, insan elinden çok daha az dokunsal bilgi almaktadır. Son araştırmalar, insan parmak uçlarının mekanik özelliklerini ve dokunma reseptörlerini taklit eden bir dokunma sensörü dizisi geliştirmiştir. Sensör dizisi, elastomerik bir cilt tarafından içerilen iletken sıvı ile çevrili sert bir çekirdek olarak inşa edilmiştir. Elektrotlar sert çekirdeğin yüzeyine monte edilmiş ve çekirdek içindeki bir empedans ölçüm cihazına bağlanmıştır. Yapay deri bir nesneye dokunduğunda, elektrotların etrafındaki sıvı yolu deforme olur ve nesneden alınan kuvvetleri haritalayan empedans değişiklikleri üretir. Araştırmacılar, bu tür yapay parmak uçlarının önemli bir işlevinin, tutulan nesneler üzerindeki robotik kavramayı ayarlamak olmasını bekliyor. ⓘ
Çeşitli Avrupa ülkelerinden ve İsrail'den bilim insanları 2009 yılında SmartHand adı verilen ve gerçek bir protez el gibi işlev gören bir protez el geliştirerek hastaların bununla yazı yazmasına, klavyede yazı yazmasına, piyano çalmasına ve diğer ince hareketleri yapmasına olanak sağladı. Protez, hastanın parmak uçlarında gerçek hissi algılamasını sağlayan sensörlere sahiptir. ⓘ
- Robotik protezler (ortopedi)
Gelişmiş protezler piezo elektrik sensörlerle tendonlardaki gerilimleri (beyin komutlarını) algılayabiliyorlar ve parmaklara veyâ eksenlere gerilimin şiddetine göre güç gönderebiliyorlar. Güç aktarımı servo motorlar ve yapay tendon sistemleriyle yapılıyor. Bu protezler çok pahalıya malolduğundan çok yaygın olarak şimdilik kullanılamıyor. Mâliyeti düşürmek için son zamanlarda bellekli metâller üzerinde çalışılıyor. ⓘ
- Ameliyat Robotları (tıbbî operasyonlar)
Tamamen adımlı motorlar ve hassas kontrollerle yapılan sistemler, kıtalar arası iletişimle cerrahların ameliyatlara katılmasını sağlıyabilmektedir.
- Da Vinci Ameliyat Robotu Yakın zamanda Einstein isimli yeni bir cerrahi robot doktorların ve hastaların hizmetine Medtronic tarafından sunulacaktır. ⓘ
Vizyon
Bilgisayar görüşü, gören makinelerin bilimi ve teknolojisidir. Bilimsel bir disiplin olarak bilgisayarla görme, görüntülerden bilgi çıkaran yapay sistemlerin arkasındaki teori ile ilgilenir. Görüntü verileri, video dizileri ve kameralardan alınan görüntüler gibi birçok şekilde olabilir. ⓘ
Çoğu pratik bilgisayarla görme uygulamasında, bilgisayarlar belirli bir görevi çözmek için önceden programlanmıştır, ancak öğrenmeye dayalı yöntemler artık giderek yaygınlaşmaktadır. ⓘ
Bilgisayarla görme sistemleri, tipik olarak görünür ışık ya da kızıl ötesi ışık şeklinde olan elektromanyetik radyasyonu algılayan görüntü sensörlerine dayanır. Sensörler katı hal fiziği kullanılarak tasarlanmıştır. Işığın yayılma ve yüzeylerden yansıma süreci optik kullanılarak açıklanmaktadır. Sofistike görüntü sensörleri, görüntü oluşum sürecinin tam olarak anlaşılmasını sağlamak için kuantum mekaniğini bile gerektirir. Robotlar, çevredeki derinlik hissini daha iyi hesaplayabilmek için çoklu görüş sensörleriyle de donatılabilir. İnsan gözleri gibi robotların "gözleri" de belirli bir ilgi alanına odaklanabilmeli ve ayrıca ışık yoğunluklarındaki değişimlere uyum sağlayabilmelidir. ⓘ
Yapay sistemlerin, farklı karmaşıklık düzeylerinde biyolojik sistemlerin işleyişini ve davranışını taklit etmek üzere tasarlandığı bir bilgisayarla görme alt alanı vardır. Ayrıca, bilgisayarla görme alanında geliştirilen öğrenme tabanlı yöntemlerin bazılarının geçmişi biyolojiye dayanmaktadır. ⓘ
Diğer
Robotikte diğer yaygın algılama biçimleri lidar, radar ve sonar kullanır. Lidar, hedefi lazer ışığıyla aydınlatarak ve yansıyan ışığı bir sensörle ölçerek bir hedefe olan mesafeyi ölçer. Radar, nesnelerin menzilini, açısını veya hızını belirlemek için radyo dalgalarını kullanır. Sonar, su yüzeyindeki veya altındaki nesnelerde gezinmek, onlarla iletişim kurmak veya onları tespit etmek için ses yayılımını kullanır. ⓘ
Manipülasyon
.jpg)
Robotik manipülasyonun bir tanımı Matt Mason tarafından şu şekilde yapılmıştır: "manipülasyon, bir ajanın seçici temas yoluyla çevresini kontrol etmesini ifade eder". ⓘ
Robotların nesneleri manipüle etmesi, alması, değiştirmesi, yok etmesi ya da başka bir şekilde etki yaratması gerekir. Bu nedenle, bir robot kolunun etki yaratmaya yönelik işlevsel ucu (bir el veya alet olsun) genellikle uç efektörler olarak adlandırılırken, "kol" bir manipülatör olarak adlandırılır. Çoğu robot kolunun değiştirilebilir uç efektörleri vardır ve her biri bazı küçük görevleri yerine getirmelerine izin verir. Bazıları değiştirilemeyen sabit bir manipülatöre sahipken, birkaçı insansı bir el gibi çok genel amaçlı bir manipülatöre sahiptir. ⓘ
Mekanik kavrayıcılar
En yaygın uç efektör türlerinden biri "kavrayıcılardır". En basit haliyle, bir dizi küçük nesneyi almak ve bırakmak için açılıp kapanabilen sadece iki parmaktan oluşur. Parmaklar, örneğin, içinden metal bir tel geçen bir zincirden yapılabilir. İnsan eline daha çok benzeyen ve onun gibi çalışan eller arasında Gölge El ve Robonot eli sayılabilir. Orta seviye karmaşıklığa sahip eller arasında Delft eli yer alır. Mekanik kavrayıcılar sürtünmeli ve kuşatıcı çeneler de dahil olmak üzere çeşitli tiplerde olabilir. Sürtünme çeneleri, sürtünmeyi kullanarak nesneyi yerinde tutmak için tutucunun tüm kuvvetini kullanır. Kapsayan çeneler ise daha az sürtünme kullanarak nesneyi yerinde tutar. ⓘ
Emme uç efektörleri
Vakum jeneratörleriyle çalışan emme uç efektörleri, ön yüzeyin emiş sağlayacak kadar pürüzsüz olması koşuluyla çok büyük yükleri tutabilen çok basit astriktif cihazlardır. ⓘ
Elektronik bileşenler ve araba ön camları gibi büyük nesneler için seç ve yerleştir robotları genellikle çok basit vakum uç efektörleri kullanır. ⓘ
Emme, endüstride çok kullanılan bir uç efektör türüdür, çünkü yumuşak emme uç efektörlerinin doğal uyumu, kusurlu robotik algının varlığında bir robotun daha sağlam olmasını sağlayabilir. Örnek olarak: bir robot görüş sisteminin bir su şişesinin konumunu tahmin ettiğini, ancak 1 santimetre hata yaptığını düşünün. Bu durum sert bir mekanik tutucunun su şişesini delmesine neden olabilirken, yumuşak emme uç efektörü sadece hafifçe bükülebilir ve su şişesi yüzeyinin şekline uyum sağlayabilir. ⓘ
Genel amaçlı efektörler
Shadow Hand, MANUS ve Schunk eli gibi bazı gelişmiş robotlar tamamen insansı eller kullanmaya başlıyor. Bunlar 20 serbestlik derecesine ve yüzlerce dokunma sensörüne sahip son derece becerikli manipülatörlerdir. ⓘ
Lokomosyon
Yuvarlanan robotlar
Basitlik açısından, çoğu mobil robotun dört tekerleği veya bir dizi sürekli izi vardır. Bazı araştırmacılar sadece bir veya iki tekerlekli daha karmaşık tekerlekli robotlar yaratmaya çalışmışlardır. Bunların daha fazla verimlilik ve daha az parça gibi belirli avantajları olabilir ve ayrıca bir robotun dört tekerlekli bir robotun yapamayacağı kapalı yerlerde gezinmesine izin verebilir. ⓘ
İki tekerlekli dengeleme robotları
Dengeleme robotları genellikle bir robotun ne kadar düştüğünü tespit etmek için bir jiroskop kullanır ve ardından ters çevrilmiş bir sarkacın dinamiklerine dayanarak saniyede yüzlerce kez düşüşü dengelemek için tekerlekleri orantılı olarak aynı yönde hareket ettirir. Birçok farklı dengeleme robotu tasarlanmıştır. Segway yaygın olarak bir robot olarak düşünülmese de, bir robotun bileşeni olarak düşünülebilir, bu şekilde kullanıldığında Segway onları RMP (Robotik Hareketlilik Platformu) olarak adlandırır. Bu kullanıma bir örnek olarak NASA'nın Segway üzerine monte edilmiş Robonaut'u verilebilir. ⓘ
Tek tekerlekli dengeleme robotları
Tek tekerlekli bir dengeleme robotu, iki tekerlekli bir dengeleme robotunun bir uzantısıdır, böylece tek tekerleği olarak yuvarlak bir top kullanarak herhangi bir 2D yönde hareket edebilir. Son zamanlarda Carnegie Mellon Üniversitesi'nin yaklaşık bir insan boyu ve genişliğinde olan "Ballbot" ve Tohoku Gakuin Üniversitesi'nin "BallIP" gibi birkaç tek tekerlekli dengeleme robotu tasarlanmıştır. Uzun, ince şekli ve dar alanlarda manevra kabiliyeti nedeniyle, insanların bulunduğu ortamlarda diğer robotlardan daha iyi çalışma potansiyeline sahiptirler. ⓘ
Küresel küre robotlar
Ya topun içinde bir ağırlık döndürerek ya da kürenin dış kabuklarını döndürerek tamamen küresel bir topun içinde olan robotlar için çeşitli girişimlerde bulunulmuştur. Bunlar aynı zamanda küre robot veya top robot olarak da adlandırılmıştır. ⓘ
Altı tekerlekli robotlar
Dört tekerlek yerine altı tekerlek kullanmak, kayalık toprak veya çim gibi dış mekan arazilerinde daha iyi çekiş veya kavrama sağlayabilir. ⓘ
Paletli robotlar
Tank paletleri altı tekerlekli bir robottan bile daha fazla çekiş gücü sağlar. Paletli tekerlekler yüzlerce tekerlekten yapılmış gibi davranır, bu nedenle robotun çok engebeli arazide sürmesi gereken dış mekan ve askeri robotlar için çok yaygındır. Ancak halı ve düz zeminler gibi iç mekanlarda kullanımı zordur. Örnekler arasında NASA'nın Kentsel Robotu "Urbie" bulunmaktadır. ⓘ
Robotlara uygulanan yürüme
Yürüme, çözülmesi zor ve dinamik bir problemdir. İki ayağı üzerinde güvenilir bir şekilde yürüyebilen birkaç robot yapılmıştır, ancak henüz hiçbiri bir insan kadar sağlam değildir. Texas A&M Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü tarafından 2008 yılında kurulan AMBER laboratuvarı gibi insan esinli yürüme üzerine pek çok çalışma yapılmıştır. İkiden fazla ayak üzerinde yürüyen başka birçok robot yapılmıştır, çünkü bu robotların yapımı çok daha kolaydır. Yürüyen robotlar engebeli araziler için kullanılabilir ve bu da diğer hareket yöntemlerine göre daha iyi hareket kabiliyeti ve enerji verimliliği sağlar. Tipik olarak, iki ayaklı robotlar düz zeminlerde iyi yürüyebilir ve zaman zaman merdiven çıkabilir. Hiçbiri kayalık, engebeli arazide yürüyemez. Denenmiş olan yöntemlerden bazıları şunlardır: ⓘ
ZMP tekniği
Sıfır moment noktası (ZMP), Honda'nın ASIMO'su gibi robotlar tarafından kullanılan bir algoritmadır. Robotun yerleşik bilgisayarı, toplam eylemsizlik kuvvetlerini (Dünya'nın yerçekimi ile yürümenin ivme ve yavaşlamasının birleşimi), zemin tepki kuvvetinin (zeminin robotun ayağını geri itme kuvveti) tam karşısında tutmaya çalışır. Bu şekilde, iki kuvvet iptal olur ve geriye moment (robotun dönmesine ve düşmesine neden olan kuvvet) kalmaz. Ancak, bu tam olarak bir insanın yürüme şekli değildir ve aradaki fark, ASIMO'nun tuvalete ihtiyacı varmış gibi yürüdüğüne dikkat çeken bazı insan gözlemciler için açıktır. ASIMO'nun yürüme algoritması statik değildir ve bazı dinamik dengelemeler kullanılmaktadır (aşağıya bakınız). Ancak yine de yürümek için pürüzsüz bir yüzeye ihtiyaç duyar. ⓘ
Zıplama
1980'lerde Marc Raibert tarafından MIT Bacak Laboratuvarı'nda inşa edilen birkaç robot, çok dinamik yürüyüşü başarıyla sergiledi. Başlangıçta, tek bacaklı ve çok küçük ayaklı bir robot sadece zıplayarak dik durabiliyordu. Hareket, pogo çubuğu üzerindeki bir insanınkiyle aynıdır. Robot bir tarafa düştüğünde, kendini yakalamak için o yöne doğru hafifçe zıplıyordu. Kısa süre sonra algoritma iki ve dört ayaklı olarak genelleştirildi. İki ayaklı bir robotun koştuğu ve hatta takla attığı gösterildi. Tırıs gidebilen, koşabilen, hızlanabilen ve bağlanabilen bir dört ayaklı da gösterildi. Bu robotların tam listesi için MIT Leg Lab Robotları sayfasına bakınız. ⓘ
Dinamik dengeleme (kontrollü düşme)
Bir robotun yürümesi için daha gelişmiş bir yol, robotun hareketini sürekli olarak izlediği ve dengeyi korumak için ayakları yerleştirdiği için Sıfır Moment Noktası tekniğinden potansiyel olarak daha sağlam olan dinamik bir dengeleme algoritması kullanmaktır. Bu teknik kısa bir süre önce Anybots'un Dexter Robotu tarafından gösterildi, o kadar dengeli ki zıplayabiliyor bile. Bir başka örnek de TU Delft Flame'dir. ⓘ
Pasif dinamikler
Belki de en umut verici yaklaşım, sallanan uzuvların momentumunun daha fazla verimlilik için kullanıldığı pasif dinamikleri kullanmaktadır. Tamamen güçsüz insansı mekanizmaların, kendilerini itmek için yalnızca yerçekimini kullanarak hafif bir eğimden aşağı yürüyebildiği gösterilmiştir. Bu tekniği kullanan bir robotun düz bir yüzeyde yürümek için yalnızca az miktarda motor gücü ya da bir tepeye çıkmak için biraz daha fazla güç sağlaması gerekir. Bu teknik, yürüyen robotları ASIMO gibi ZMP yürüteçlerinden en az on kat daha verimli hale getirmeyi vaat ediyor. ⓘ
Diğer hareket yöntemleri
Uçmak
Modern bir yolcu uçağı, aslında onu yöneten iki insanla birlikte uçan bir robottur. Otopilot, kalkış, normal uçuş ve hatta iniş dahil olmak üzere yolculuğun her aşamasında uçağı kontrol edebilir. Diğer uçan robotlar insansızdır ve insansız hava araçları (İHA'lar) olarak bilinirler. Daha küçük ve hafif olabilen bu araçlarda insan pilot bulunmuyor ve askeri gözetleme görevleri için tehlikeli bölgelere uçabiliyorlar. Hatta bazıları komuta altındaki hedeflere ateş bile edebilir. Bir insanın komutuna ihtiyaç duymadan hedeflere otomatik olarak ateş edebilen İHA'lar da geliştirilmektedir. Diğer uçan robotlar arasında seyir füzeleri, Entomopter ve Epson mikro helikopter robotu bulunmaktadır. Air Penguin, Air Ray ve Air Jelly gibi robotlar havadan daha hafif gövdelere sahiptir, küreklerle itilir ve sonarla yönlendirilir. ⓘ
Yılanlı
Birkaç yılan robot başarıyla geliştirilmiştir. Gerçek yılanların hareket tarzını taklit eden bu robotlar çok dar alanlarda gezinebiliyor, yani bir gün çöken binalarda mahsur kalan insanları aramak için kullanılabilirler. Japon ACM-R5 yılan robotu hem karada hem de suda hareket edebiliyor. ⓘ
Paten kaymak
Az sayıda paten robotu geliştirilmiştir, bunlardan biri çok modlu bir yürüme ve paten cihazıdır. Adım atabilen ya da yuvarlanabilen güçsüz tekerleklere sahip dört bacağı vardır. Bir başka robot olan Plen, minyatür bir kaykay ya da paten kullanabilmekte ve bir masaüstünde kayabilmektedir. ⓘ
Tırmanış
Dikey yüzeylere tırmanma kabiliyetine sahip robotlar geliştirmek için birkaç farklı yaklaşım kullanılmıştır. Yaklaşımlardan biri, çıkıntıları olan bir duvara tırmanan bir insanın hareketlerini taklit eder; kütle merkezini ayarlar ve kaldıraç kazanmak için her bir uzvu sırayla hareket ettirir. Bunun bir örneği, Kaliforniya Stanford Üniversitesi'nde Dr. Ruixiang Zhang tarafından inşa edilen Capuchin'dir. Bir başka yaklaşım ise dikey cam gibi pürüzsüz yüzeylerde koşabilen duvara tırmanan gekoların özel ayak pedi yöntemini kullanıyor. Bu yaklaşıma örnek olarak Wallbot ve Stickybot verilebilir. ⓘ
Çin'in Technology Daily gazetesi 15 Kasım 2008'de Dr. Li Hiu Yeung ve New Concept Aircraft (Zhuhai) Co, Ltd. araştırma grubunun "Speedy Freelander" adlı biyonik geko robotunu başarıyla geliştirdiğini bildirdi. Dr. Yeung'a göre, kertenkele robot çeşitli bina duvarlarına hızla tırmanıp inebiliyor, zemin ve duvar çatlaklarından geçebiliyor ve tavanda baş aşağı yürüyebiliyordu. Ayrıca pürüzsüz cam, pürüzlü, yapışkan veya tozlu duvarların yanı sıra çeşitli metalik malzemelerin yüzeylerine de uyum sağlayabiliyordu. Ayrıca engelleri otomatik olarak tespit edebiliyor ve aşabiliyordu. Esnekliği ve hızı doğal bir kertenkeleyle karşılaştırılabilir düzeydeydi. Üçüncü bir yaklaşım ise bir direğe tırmanan bir yılanın hareketini taklit etmektir. ⓘ
Yüzme (Piscine)
Bazı balıkların yüzerken %90'dan daha yüksek bir itici güç verimliliği elde edebildiği hesaplanmıştır. Dahası, herhangi bir insan yapımı tekne veya denizaltıdan çok daha iyi hızlanıp manevra yapabilir ve daha az gürültü ve su rahatsızlığı üretebilirler. Bu nedenle, su altı robotları üzerinde çalışan birçok araştırmacı bu tür bir hareket tarzını kopyalamak istemektedir. Essex Üniversitesi Bilgisayar Bilimleri Robotik Balığı G9 ve Saha Robotik Enstitüsü tarafından tünel hareketini analiz etmek ve matematiksel olarak modellemek için inşa edilen Robot Tuna kayda değer örneklerdir. Alman Festo tarafından tasarlanan ve üretilen Aqua Penguin, penguenlerin aerodinamik şeklini ve ön "paletleri" ile itiş gücünü kopyalamaktadır. Festo ayrıca sırasıyla manta vatozu ve denizanasının hareketini taklit eden Aqua Ray ve Aqua Jelly'yi de üretmiştir. ⓘ
iSplash-II 2014 yılında Essex Üniversitesi'nde doktora öğrencisi Richard James Clapham ve Profesör Huosheng Hu tarafından geliştirilmiştir. Ortalama maksimum hız (vücut uzunluğu/saniye cinsinden ölçülür) ve en yüksek hızın korunduğu süre olan dayanıklılık açısından gerçek karangiform balıklardan daha iyi performans gösterebilen ilk robotik balıktı. Bu yapı 11,6BL/s (yani 3,7 m/s) yüzme hızına ulaşmıştır. İlk yapı olan iSplash-I (2014), geleneksel arka sınırlı dalga formu yaklaşımına göre yüzme hızını %27 oranında artırdığı tespit edilen tam vücut uzunluğunda karangiform yüzme hareketi uygulayan ilk robotik platformdur. ⓘ
Yelken
Okyanus yüzeyinde ölçümler yapmak için yelkenli robotlar da geliştirilmiştir. Tipik bir yelkenli robot, IFREMER ve ENSTA-Bretagne tarafından inşa edilen Vaimos'tur. Yelkenli robotların itici gücü rüzgarı kullandığından, bataryaların enerjisi sadece bilgisayar, iletişim ve aktüatörler (dümen ve yelkeni ayarlamak için) için kullanılır. Eğer robot güneş panelleriyle donatılmışsa, teorik olarak sonsuza kadar yol alabilir. Yelkenli robotların katıldığı iki ana yarışma, her yıl Avrupa'da düzenlenen WRSC ve Sailbot'tur. ⓘ
Günümüzde kullanımda olan robotların önemli bir kısmı ya insan kontrolünde ya da statik bir ortamda çalışıyor olsa da, dinamik bir ortamda otonom olarak çalışabilen robotlara olan ilgi giderek artmaktadır. Bu robotlar, çevrelerini dolaşmak için bazı navigasyon donanımı ve yazılım kombinasyonlarına ihtiyaç duymaktadır. Özellikle, öngörülemeyen olaylar (örneğin sabit olmayan insanlar ve diğer engeller) sorunlara veya çarpışmalara neden olabilir. ASIMO ve Meinü robot gibi bazı son derece gelişmiş robotlar özellikle iyi robot navigasyon donanım ve yazılımlarına sahiptir. Ayrıca, kendi kendini kontrol eden arabalar, Ernst Dickmanns'ın sürücüsüz arabası ve DARPA Grand Challenge'a katılanlar, çevreyi iyi bir şekilde algılayabilmekte ve daha sonra otonom robot sürüsü de dahil olmak üzere bu bilgilere dayanarak navigasyon kararları verebilmektedir. Bu robotların çoğu, ara noktalar arasında daha iyi navigasyon için bazen lidar, video kameralar ve ataletsel yönlendirme sistemleri gibi diğer duyusal verilerle birlikte radarla birlikte ara noktalara sahip bir GPS navigasyon cihazı kullanmaktadır. ⓘ
İnsan-robot etkileşimi
Evlerimizde çalışan robotların yerleri elektrikli süpürgeyle temizlemenin ötesine geçmesini istiyorsak, robotlar için duyusal zeka alanındaki son teknolojinin birkaç kat ilerlemesi gerekecektir. Robotlar evlerde ve diğer endüstriyel olmayan ortamlarda etkin bir şekilde çalışacaksa, işlerini yapmaları için nasıl talimat alacakları ve özellikle de durmalarının nasıl söyleneceği kritik önem taşıyacaktır. Onlarla etkileşime giren insanlar robotik konusunda çok az eğitim almış ya da hiç eğitim almamış olabilir ve bu nedenle herhangi bir arayüzün son derece sezgisel olması gerekecektir. Bilim kurgu yazarları da genellikle robotların eninde sonunda insanlarla komut satırı arayüzü yerine konuşma, jestler ve yüz ifadeleri yoluyla iletişim kurabileceklerini varsaymaktadır. Konuşma insan için iletişim kurmanın en doğal yolu olsa da robot için doğal değildir. Robotların kurgusal C-3PO ya da Star Trek, Next Generation'daki Data kadar doğal bir şekilde etkileşime geçmesi muhtemelen uzun zaman alacaktır. Robot teknolojisinin mevcut durumu bilim-kurgudaki bu robotların standartlarını karşılayamasa da, robotik medya karakterleri (örneğin Wall-E, R2-D2), insanların gelecekte gerçek robotları kabul etme istekliliğini artıran izleyici sempatisini ortaya çıkarabilir. İnsanların uygun koşullar altında bir sosyal robotla tanışabilmeleri halinde sosyal robotların kabulünün artması da muhtemeldir. Araştırmalar, bir robota bakarak, dokunarak ve hatta robotla etkileşime girmeyi hayal ederek etkileşime girmenin, bazı insanların robotlarla etkileşime girmeden önce robotlar hakkında sahip oldukları olumsuz duyguları azaltabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, önceden var olan olumsuz duygular özellikle güçlüyse, bir robotla etkileşime girmek robotlara yönelik bu olumsuz duyguları artırabilir. ⓘ
Konuşma tanıma
Bir insandan gelen sürekli ses akışını gerçek zamanlı olarak yorumlamak, çoğunlukla konuşmanın büyük değişkenliği nedeniyle bir bilgisayar için zor bir görevdir. Aynı kişi tarafından söylenen aynı kelime, yerel akustiğe, ses seviyesine, bir önceki kelimeye, konuşmacının soğuk algınlığı olup olmamasına vb. bağlı olarak farklı gelebilir. Konuşmacının farklı bir aksanı olduğunda bu durum daha da zorlaşır. Yine de Davis, Biddulph ve Balashek'in 1952'de "tek bir kullanıcı tarafından söylenen on rakamı %100 doğrulukla" tanıyan ilk "sesli giriş sistemini" tasarlamasından bu yana bu alanda büyük adımlar atılmıştır. Şu anda en iyi sistemler, dakikada 160 kelimeye kadar sürekli, doğal konuşmayı %95 doğrulukla tanıyabilmektedir. Yapay zekanın yardımıyla, günümüzde makineler insanların sesini kullanarak memnun ya da kızgın gibi duygularını tanımlayabilmektedir. ⓘ
Robotik ses
Robotun insanlarla etkileşim için ses kullanmasına izin verirken başka engeller de mevcuttur. Sosyal nedenlerden dolayı, sentetik ses bir iletişim aracı olarak yetersiz kalmakta ve robotik sesin duygusal bileşeninin çeşitli tekniklerle geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. Diphonik dallanmanın bir avantajı, robotun yansıtmak üzere programlandığı duygunun, ses ortamına önceden programlanmış ses bandı veya fonem üzerinde taşınabilmesidir. En eski örneklerden biri 1974 yılında Michael J. Freeman tarafından geliştirilen Leachim adlı bir öğretim robotudur. Leachim, dijital belleği önceden kaydedilmiş bilgisayar diskleri üzerinde ilkel sözlü konuşmaya dönüştürebiliyordu. New York, Bronx'taki öğrencilere ders vermek üzere programlanmıştır. ⓘ
Jestler
Gelecekte bir robot aşçıya nasıl pasta yapılacağını anlatmak ya da bir robot polis memurundan yol tarifi istemek hayal edilebilir. Her iki durumda da el hareketleri yapmak sözlü açıklamalara yardımcı olacaktır. İlk durumda robot, insan tarafından yapılan hareketleri tanıyacak ve belki de onay için bunları tekrarlayacaktır. İkinci durumda ise robot polis memuru "yolun aşağısına git, sonra sağa dön" şeklinde bir el hareketi yapacaktır. Jestlerin insanlar ve robotlar arasındaki etkileşimin bir parçasını oluşturması muhtemeldir. İnsan el hareketlerini tanımak için pek çok sistem geliştirilmiştir. ⓘ
Yüz ifadesi
Yüz ifadeleri iki insan arasındaki bir diyaloğun ilerleyişi hakkında hızlı geri bildirim sağlayabilir ve yakında insanlar ve robotlar için de aynı şeyi yapabilir. Hanson Robotics tarafından Frubber adlı elastik polimer kullanılarak inşa edilen robot yüzler, kauçuk yüz kaplamasının esnekliği ve gömülü yüzey altı motorları (servolar) sayesinde çok sayıda yüz ifadesine olanak sağlıyor. Kaplama ve servolar metal bir kafatası üzerine inşa edilmiştir. Bir robot, yüz ifadesine ve vücut diline bakarak bir insana nasıl yaklaşacağını bilmelidir. Kişinin mutlu, korkmuş ya da çılgın görünümlü olması robottan beklenen etkileşim türünü etkiler. Benzer şekilde, Kismet ve daha yeni eklenen Nexi gibi robotlar, insanlarla anlamlı sosyal alışverişlerde bulunmasına olanak tanıyan bir dizi yüz ifadesi üretebilir. ⓘ
Yapay duygular
Bir dizi yüz ifadesi veya jestten oluşan yapay duygular da üretilebilir. Final Fantasy: The Spirits Within filminden de görülebileceği gibi, bu yapay duyguların programlanması karmaşıktır ve büyük miktarda insan gözlemi gerektirir. Filmde bu programlamayı basitleştirmek için özel bir yazılım programı ile birlikte ön ayarlar oluşturuldu. Bu sayede filmin yapımı için gereken süre kısaldı. Bu ön ayarlar muhtemelen gerçek hayattaki robotlarda kullanılmak üzere aktarılabilir. Yapay duygulara sahip bir robot örneği, bir Ermeni bilişim şirketi olan Expper Technologies tarafından geliştirilen ve yapay zeka tabanlı eşler arası etkileşimi kullanan Robin the Robot'tur. Ana görevi duygusal refahı sağlamak, yani stres ve kaygının üstesinden gelmektir. Robin yüz ifadelerini analiz etmek ve bağlama göre duygularını göstermek için yüzünü kullanmak üzere eğitildi. Robot ABD'deki kliniklerde çocuklar tarafından test edilmiş ve gözlemler Robin'in tanışıp konuştuktan sonra çocukların iştahını ve neşesini artırdığını göstermiştir. ⓘ
Kişilik
Bilim kurgu robotlarının birçoğunun bir kişiliği vardır, bu da geleceğin ticari robotlarında arzu edilen ya da edilmeyen bir şey olabilir. Yine de araştırmacılar kişiliği varmış gibi görünen robotlar yaratmaya çalışıyorlar: yani sesler, yüz ifadeleri ve vücut dilini kullanarak neşe, üzüntü veya korku gibi içsel bir durumu aktarmaya çalışıyorlar. Ticari bir örnek, birkaç belirgin duygu sergileyebilen oyuncak bir robot dinozor olan Pleo'dur. ⓘ
Sosyal zeka
Georgia Institute of Technology'nin Sosyal Akıllı Makineler Laboratuvarı, robotlarla rehberli öğretim etkileşiminin yeni kavramlarını araştırmaktadır. Projelerin amacı, üst düzey kavramlar hakkında önceden bilgi sahibi olmadan insan gösterilerinden görev ve hedefleri öğrenen sosyal bir robottur. Bu yeni kavramlar, denetimsiz öğrenme yoluyla düşük seviyeli sürekli sensör verilerinden temellendirilir ve görev hedefleri daha sonra bir Bayesian yaklaşımı kullanılarak öğrenilir. Bu kavramlar, bilgiyi gelecekteki görevlere aktarmak için kullanılabilir ve bu görevlerin daha hızlı öğrenilmesini sağlar. Sonuçlar, bir tencereden bir tabağa biraz makarna alabilen ve üstüne sos servis edebilen robot Curi tarafından gösterilmiştir. ⓘ
Kontrol
Bir robotun mekanik yapısı, görevleri yerine getirmek için kontrol edilmelidir. Bir robotun kontrolü üç farklı aşamayı içerir - algılama, işleme ve eylem (robotik paradigmalar). Sensörler çevre veya robotun kendisi hakkında bilgi verir (örneğin eklemlerinin veya uç efektörünün konumu). Bu bilgiler daha sonra depolanmak veya iletilmek ve gerekli koordineli hareket veya kuvvet eylemlerini elde etmek için mekanik yapıyı hareket ettiren aktüatörlere (motorlar) uygun sinyalleri hesaplamak için işlenir. ⓘ
İşleme aşaması karmaşıklık açısından çeşitlilik gösterebilir. Reaktif bir seviyede, ham sensör bilgilerini doğrudan aktüatör komutlarına çevirebilir (örneğin, şaftın gerekli torkunu/hızını elde etmek için doğrudan kodlayıcı geri besleme sinyallerine dayalı motor güç elektroniği kapılarını ateşlemek). Sensör füzyonu ve dahili modeller ilk olarak gürültülü sensör verilerinden ilgilenilen parametreleri (örneğin robotun tutucusunun konumu) tahmin etmek için kullanılabilir. Bazen bu tahminlerden acil bir görev (yakınlık sensörü ile bir nesne tespit edilene kadar kıskacı belirli bir yönde hareket ettirmek gibi) çıkarılır. Kontrol teorisindeki teknikler, genellikle mekanik yapının kinematik ve dinamik modellerini kullanarak üst düzey görevleri aktüatörleri çalıştıran bireysel komutlara dönüştürmek için kullanılır. ⓘ
Daha uzun zaman ölçeklerinde veya daha karmaşık görevlerde, robotun bir "bilişsel" model oluşturması ve bu modelle mantık yürütmesi gerekebilir. Bilişsel modeller robotu, dünyayı ve bu ikisinin nasıl etkileşime girdiğini temsil etmeye çalışır. Nesneleri izlemek için örüntü tanıma ve bilgisayar görüşü kullanılabilir. Haritalama teknikleri dünyanın haritalarını oluşturmak için kullanılabilir. Son olarak, hareket planlama ve diğer yapay zeka teknikleri nasıl hareket edileceğini bulmak için kullanılabilir. Örneğin, bir planlayıcı engellere çarpmadan, düşmeden vs. bir görevi nasıl başaracağını bulabilir. ⓘ
Modern ticari robotik kontrol sistemleri oldukça karmaşıktır, birden fazla sensör ve efektör içerir, çok sayıda etkileşimli serbestlik derecesine (DOF) sahiptir ve operatör arayüzleri, programlama araçları ve gerçek zamanlı yetenekler gerektirir. Çoğu zaman daha geniş iletişim ağlarına bağlanırlar ve çoğu durumda artık hem IoT özellikli hem de mobildirler. Açık mimari, katmanlı, kullanıcı dostu ve 'akıllı' sensör tabanlı birbirine bağlı robotlara doğru ilerleme, Esnek Üretim Sistemleri (FMS) ile ilgili önceki kavramlardan ortaya çıkmıştır ve robot kontrol yazılımı ve donanımı geliştiricilerinin geleneksel, önceki 'kapalı' robot kontrol sistemleri kavramlarının ötesine geçmelerine yardımcı olan birkaç 'açık veya 'hibrit' referans mimarisi önerilmiştir. Açık mimari kontrolörlerin, sistem geliştiricileri, son kullanıcılar ve araştırmacı bilim insanları da dahil olmak üzere çok çeşitli robot kullanıcılarının artan gereksinimlerini daha iyi karşılayabileceği ve Endüstri 4.0 ile ilgili gelişmiş robotik kavramları sunmak için daha iyi bir konumda olduğu söylenmektedir. Robot kontrolörlerinin pozisyon, hız ve son efektörlerin kuvvet kontrolü gibi birçok yerleşik özelliğini kullanmanın yanı sıra, IoT ara bağlantısını ve adaptif kontrol, Bulanık kontrol ve Yapay Sinir Ağı (ANN) tabanlı kontrol dahil olmak üzere daha gelişmiş sensör füzyonu ve kontrol tekniklerinin uygulanmasını da sağlarlar. Gerçek zamanlı olarak uygulandığında bu tür teknikler, kontrol sistemlerinin çevresel değişiklikleri öğrenmesini ve bunlara uyum sağlamasını mümkün kılarak bilinmeyen veya belirsiz ortamlarda çalışan robotların kararlılığını ve performansını potansiyel olarak artırabilir. Robot kontrolörleri için çeşitli referans mimari örnekleri ve ayrıca bunlardan geliştirilen gerçek robot kontrolörlerinin başarılı uygulama örnekleri vardır. Genel bir referans mimarisi ve buna bağlı birbirine bağlı, açık mimarili robot ve kontrolör uygulamasının bir örneği, 2000 yılında İngiltere'deki Sunderland Üniversitesi'nde Michael Short ve meslektaşları tarafından geliştirilmiştir (sağdaki resim). Robot, yeni gelişmiş ve akıllı kontrol ve çevre haritalama yöntemlerinin gerçek zamanlı olarak prototip uygulaması da dahil olmak üzere bir dizi araştırma ve geliştirme çalışmasında kullanılmıştır. ⓘ
Özerklik seviyeleri
Kontrol sistemleri de farklı özerklik seviyelerine sahip olabilir.
- Doğrudan etkileşim haptik veya teleoperasyonlu cihazlar için kullanılır ve insan robotun hareketi üzerinde neredeyse tam kontrole sahiptir.
- Operatör destekli modlarda operatör orta ila yüksek seviyeli görevlere komut verir ve robot bunları nasıl başaracağını otomatik olarak bulur.
- Otonom bir robot uzun süreler boyunca insan etkileşimi olmadan çalışabilir. Daha yüksek otonomi seviyeleri mutlaka daha karmaşık bilişsel yetenekler gerektirmez. Örneğin, montaj tesislerindeki robotlar tamamen otonomdur ancak sabit bir düzende çalışırlar. ⓘ
Bir başka sınıflandırma da insan kontrolü ile makine hareketleri arasındaki etkileşimi dikkate alır.
- Teleoperasyon. Her hareketi bir insan kontrol eder, her makine aktüatör değişikliği operatör tarafından belirlenir.
- Denetleyici. Bir insan genel hareketleri veya pozisyon değişikliklerini belirler ve makine aktüatörlerinin belirli hareketlerine karar verir.
- Görev düzeyinde özerklik. Operatör yalnızca görevi belirtir ve robot görevi tamamlamak için kendini yönetir.
- Tam özerklik. Makine, insan etkileşimi olmadan tüm görevlerini oluşturacak ve tamamlayacaktır. ⓘ
Araştırma
Robotik alanındaki araştırmaların çoğu belirli endüstriyel görevlere değil, yeni robot türlerine, robotlar hakkında düşünmenin veya tasarlamanın alternatif yollarına ve bunları üretmenin yeni yollarına yönelik araştırmalara odaklanmaktadır. MIT'nin cyberflora projesi gibi diğer araştırmalar ise neredeyse tamamen akademiktir. ⓘ
Robot tasarımındaki ilk özel yenilik, robot projelerinin açık kaynak kullanımıdır. Bir robotun ilerleme düzeyini tanımlamak için "Nesil Robotlar" terimi kullanılabilir. Bu terim, Carnegie Mellon Üniversitesi Robotik Enstitüsü Baş Araştırma Bilimcisi Profesör Hans Moravec tarafından robot teknolojisinin yakın gelecekteki evrimini tanımlamak için ortaya atılmıştır. Moravec'in 1997'de öngördüğü birinci nesil robotlar, belki de bir kertenkele ile karşılaştırılabilecek bir entelektüel kapasiteye sahip olmalı ve 2010 yılına kadar kullanılabilir hale gelmelidir. Ancak Moravec, birinci nesil robotun öğrenme yeteneğinden yoksun olması nedeniyle, ikinci nesil robotun birincisine göre bir gelişme olacağını ve 2020 yılına kadar kullanılabilir hale geleceğini ve zekasının belki de bir fareninkiyle karşılaştırılabileceğini öngörmektedir. Üçüncü nesil robotun ise bir maymununkiyle kıyaslanabilecek bir zekaya sahip olması bekleniyor. Profesör Moravec, dördüncü nesil robotların, yani insan zekasına sahip robotların mümkün olacağını öngörse de, bunun 2040 veya 2050'den önce gerçekleşeceğini tahmin etmiyor. ⓘ
İkincisi ise evrimsel robotlar. Bu, robotların, özellikle de vücut formunun ya da hareket ve davranış kontrolörlerinin tasarlanmasına yardımcı olmak için evrimsel hesaplamayı kullanan bir metodolojidir. Doğal evrime benzer bir şekilde, büyük bir robot popülasyonunun bir şekilde rekabet etmesine izin verilir veya bir görevi yerine getirme yetenekleri bir uygunluk fonksiyonu kullanılarak ölçülür. En kötü performansı gösterenler popülasyondan çıkarılır ve kazananların davranışlarına dayalı yeni davranışlara sahip yeni bir setle değiştirilir. Zamanla popülasyon gelişir ve sonunda tatmin edici bir robot ortaya çıkabilir. Bu, araştırmacılar tarafından robotların doğrudan programlanmasına gerek kalmadan gerçekleşir. Araştırmacılar bu yöntemi hem daha iyi robotlar yaratmak hem de evrimin doğasını keşfetmek için kullanmaktadır. Süreç genellikle birçok robot neslinin simüle edilmesini gerektirdiğinden, bu teknik bir robot simülatör yazılım paketi kullanılarak tamamen veya çoğunlukla simülasyonda çalıştırılabilir, ardından evrimleşen algoritmalar yeterince iyi olduğunda gerçek robotlar üzerinde test edilebilir. Şu anda dünya genelinde yaklaşık 10 milyon endüstriyel robot çalışmaktadır ve Japonya imalat sanayinde robot kullanımının en yoğun olduğu ülkelerin başında gelmektedir. ⓘ
Dinamikler ve kinematik
| Harici video ⓘ | |
|---|---|
 BB-8 Sphero Oyuncağı Nasıl Çalışır? |
Hareket çalışması kinematik ve dinamik olarak ikiye ayrılabilir. Doğrudan kinematik veya ileri kinematik, ilgili eklem değerleri bilindiğinde son efektör pozisyonu, oryantasyonu, hızı ve ivmesinin hesaplanmasını ifade eder. Ters kinematik, yol planlamasında yapıldığı gibi, verilen uç efektör değerleri için gerekli eklem değerlerinin hesaplandığı ters durumu ifade eder. Kinematiğin bazı özel yönleri arasında fazlalığın (aynı hareketi gerçekleştirmenin farklı olasılıkları) ele alınması, çarpışmadan kaçınma ve tekillikten kaçınma yer alır. İlgili tüm konumlar, hızlar ve ivmeler kinematik kullanılarak hesaplandıktan sonra, kuvvetlerin bu hareketler üzerindeki etkisini incelemek için dinamik alanındaki yöntemler kullanılır. Doğrudan dinamikler, uygulanan kuvvetler bilindikten sonra robottaki ivmelerin hesaplanmasını ifade eder. Doğrudan dinamikler robotun bilgisayar simülasyonlarında kullanılır. Ters dinamik, öngörülen bir uç efektör ivmesini oluşturmak için gerekli aktüatör kuvvetlerinin hesaplanmasını ifade eder. Bu bilgi, bir robotun kontrol algoritmalarını geliştirmek için kullanılabilir. ⓘ
Yukarıda bahsedilen her alanda, araştırmacılar yeni kavramlar ve stratejiler geliştirmeye, mevcut olanları iyileştirmeye ve bu alanlar arasındaki etkileşimi geliştirmeye çalışmaktadır. Bunu yapmak için, "optimum" performans kriterleri ve robotların tasarımını, yapısını ve kontrolünü optimize etmenin yolları geliştirilmeli ve uygulanmalıdır. ⓘ
Biyonik ve biyomimetik
Biyonik ve biyomimetik, hayvanların fizyolojisini ve hareket yöntemlerini robot tasarımına uygular. Örneğin, BionicKangaroo'nun tasarımında kanguruların zıplama şekli temel alınmıştır. ⓘ
Kuantum hesaplama
Robotik algoritmaların kuantum bilgisayarlarda dijital bilgisayarlarda olduğundan daha hızlı çalıştırılıp çalıştırılamayacağı konusunda bazı araştırmalar yapılmıştır. Bu alan kuantum robotiği olarak adlandırılmaktadır. ⓘ
Eğitim ve öğretim
Robotik mühendisleri robotları tasarlar, bakımlarını yapar, onlar için yeni uygulamalar geliştirir ve robotik potansiyelini genişletmek için araştırmalar yapar. Robotlar, özellikle ABD'nin bazı bölgelerinde bazı ortaokul ve liselerde ve çok sayıda gençlik yaz kampında popüler bir eğitim aracı haline gelmiş ve öğrenciler arasında programlama, yapay zeka ve robotiğe olan ilgiyi artırmıştır. ⓘ
Kariyer eğitimi
Worcester Polytechnic Institute (WPI) gibi üniversiteler robotik alanında lisans, yüksek lisans ve doktora dereceleri sunmaktadır. Meslek okulları robotik alanında kariyere yönelik robotik eğitimi sunmaktadır. ⓘ
Sertifikasyon
Robotik Sertifikasyon Standartları Birliği (RCSA), endüstri ve eğitimle ilgili çeşitli robotik sertifikaları veren uluslararası bir robotik sertifikasyon otoritesidir. ⓘ
Yaz robotik kampı
Birçok ulusal yaz kampı programı, temel müfredatlarının bir parçası olarak robotik içermektedir. Buna ek olarak, gençlik yaz robotik programları sıklıkla ünlü müzeler ve kurumlar tarafından sunulmaktadır. ⓘ
Robotik yarışmaları
Dünya çapında birçok yarışma vardır. SeaPerch müfredatı her yaştan öğrenciyi hedeflemektedir. Bu, yarışma örneklerinin kısa bir listesidir; daha eksiksiz bir liste için Robot yarışması bölümüne bakınız. ⓘ
4-9 Yaş Arası Çocuklar için Yarışmalar
FIRST organizasyonu, daha küçük çocuklar için FIRST LEGO League Discover ve FIRST LEGO League Explore yarışmalarını sunmaktadır. Bu yarışmanın amacı, küçük çocuklara bilim ve teknoloji hakkında bilgi edinmeye başlama fırsatı sunmaktır. Bu yarışmaya katılan çocuklar LEGO modelleri inşa eder ve LEGO WeDo robotik kitini kullanma seçeneğine sahiptir. ⓘ
9-14 Yaş Arası Çocuklar için Yarışmalar
9-14 yaş arası öğrenciler FIRST LEGO League Challenge'da yarışabilir. Burada, her yıl merkezi bir tema etrafında otonom robotik zorlukları çözmek için LEGO Mindstorms veya Spike Prime kullanırlar. Ayrıca takımlar bir araştırma projesi, robot tasarımı ve Temel Değerler açısından değerlendirilir. ⓘ
12-18 Yaş Arası Öğrenciler için Yarışmalar
FIRST Tech Challenge 12-18 yaş arası öğrenciler için tasarlanmıştır. Takımlar 18 inçlik bir küpün içine sığan bir robot inşa eder ve her yıl yeni oyunların ve zorlukların yayınlandığı hem otonom hem de sürücü kontrollü dönemlerle diğer 2 takıma karşı bir ittifakta yarışır. Takımlar ayrıca robot tasarımı, topluma erişim ve STEM topluluğu ile bağlantı konusunda değerlendirilir. ⓘ
FIRST Robotics Competition daha kısa, 6 haftalık bir sezon olup, takımlar her sezon yeni bir oyunda yarışmak üzere daha büyük robotlar yaratmak için çalışmaktadır. Maç oyununda, robot oyunun ilk 15 saniyesinde otonom olarak hareket eder (2019'un Deep Space'i gibi belirli yıllar bu kuralı değiştirse de) ve maçın geri kalanında manuel olarak çalıştırılır. ⓘ
Daha Büyük Öğrenciler için Yarışmalar
Çeşitli RoboCup yarışmaları gençlerden ve üniversite öğrencilerinden oluşan takımları içermektedir. Bu yarışmalar farklı robot türleriyle futbol müsabakalarına, dans müsabakalarına ve kentsel arama kurtarma müsabakalarına odaklanmaktadır. Bu yarışmalardaki tüm robotlar otonom olmalıdır. Bu yarışmaların bazıları simüle edilmiş robotlara odaklanmaktadır. ⓘ
AUVSI uçan robotlar, robot tekneler ve su altı robotları için yarışmalar düzenlemektedir. ⓘ
Avrupa Öğrenci AUV Yarışması (SAUC-E) çoğunlukla lisans ve lisansüstü öğrenci takımlarını çekmektedir. AUVSI yarışmalarında olduğu gibi, robotlar yarışmaya katılırken tamamen otonom olmalıdır. ⓘ
Microtransat Challenge, Atlantik Okyanusu boyunca bir tekneyle yelken açmak için düzenlenen bir yarışmadır. ⓘ
Herkese Açık Yarışmalar
RoboGames, 50'den fazla robot yarışması kategorisinde yarışmak isteyen herkese açıktır. ⓘ
Uluslararası Robot Futbol Birliği Federasyonu FIRA Dünya Kupası yarışmalarını düzenlemektedir. Uçan robot yarışmaları, robot futbolu yarışmaları ve dübel ve CD'lerden yapılmış halterler de dahil olmak üzere diğer mücadeleler vardır. ⓘ
Okul sonrası robotik programları
Ülke genelinde birçok okul, okul sonrası müfredatlarına robotik programları eklemeye başlıyor. Okul sonrası robotik için bazı önemli programlar arasında FIRST Robotics Competition, Botball ve B.E.S.T. Robotics bulunmaktadır. Robotik yarışmaları genellikle mühendislik ve tasarımın yanı sıra işletme ve pazarlama konularını da içermektedir. ⓘ
Lego şirketi, çocukların küçük yaşta robotik hakkında bilgi edinmeleri ve heyecan duymaları için bir program başlattı. ⓘ
Robotik etkinlikleri özellikle FeTeMM Eğitimi'nde ogrenmenin bir parçası olarak kabul ediliyor. Bu etkinlikler okul sonrasi programlar veya daha genel bir ifade ile okul disi ogrenmenin kapsaminda degerlendirilebiliyor. ⓘ
Sömürgecilikten Arındırılmış Eğitim Robotları
Decolonial Educational Robotics, dünyanın çeşitli yerlerinde uygulanan Decolonial Technology ve Decolonial A.I.'nin bir dalıdır. Bu metodoloji, Ezilenlerin Pedagojisi ve Montessori yöntemleri gibi pedagojik teori ve uygulamalarda özetlenmiştir. Ve teknolojik bilgiyi çoğullaştırmak ve karıştırmak için yerel kültürden robotik öğretmeyi amaçlamaktadır. ⓘ
İstihdam
Robotik, birçok modern üretim ortamında önemli bir bileşendir. Fabrikalar robot kullanımını artırdıkça, robotlarla ilgili işlerin sayısı da artmakta ve giderek yükseldiği gözlemlenmektedir. Robotların endüstrilerde kullanılması üretkenliği ve verimlilik tasarrufunu artırmıştır ve genellikle faydalanıcılar için uzun vadeli bir yatırım olarak görülmektedir. Michael Osborne ve Carl Benedikt Frey tarafından hazırlanan bir makale, ABD'deki işlerin yüzde 47'sinin "belirsiz bir süre içinde" otomasyon riski altında olduğunu ortaya koymuştur. Bu iddialar, yapay zekanın değil sosyal politikanın işsizliğe neden olduğu gerekçesiyle eleştirilmiştir. Stephen Hawking, 2016 yılında The Guardian'da yayınlanan bir makalesinde, "Fabrikaların otomasyonu geleneksel üretimdeki işleri zaten yok etti ve yapay zekanın yükselişi, bu iş yıkımını orta sınıfların derinliklerine kadar genişletecek ve geriye sadece en özenli, yaratıcı veya denetleyici roller kalacak" dedi. ⓘ
GlobalData Eylül 2021 raporuna göre, robotik sektörü 2020 yılında 45 milyar dolar değerindeydi ve 2030 yılına kadar %29'luk yıllık bileşik büyüme oranıyla (CAGR) büyüyerek 568 milyar dolara ulaşacak ve robotik ve ilgili sektörlerde istihdamı artıracak. ⓘ
İş güvenliği ve sağlık etkileri
EU-OSHA tarafından hazırlanan bir tartışma belgesi, robotiklerin yaygınlaşmasının iş güvenliği ve sağlığı (İSG) için nasıl hem fırsatlar hem de zorluklar sunduğunu vurgulamaktadır. ⓘ
Robotiklerin daha geniş kullanımından kaynaklanan en büyük İSG faydaları, sağlıksız veya tehlikeli ortamlarda çalışan insanların yerine geçmelidir. Uzay, savunma, güvenlik veya nükleer endüstrinin yanı sıra lojistik, bakım ve denetim alanlarında da otonom robotlar özellikle kirli, sıkıcı veya güvensiz görevleri yerine getiren insan işçilerin yerini alarak işçilerin tehlikeli etkenlere ve koşullara maruz kalmasını önleyebilir ve fiziksel, ergonomik ve psikososyal riskleri azaltabilir. Örneğin, robotlar halihazırda tekrarlayan ve monoton görevleri yerine getirmek, radyoaktif maddeleri işlemek veya patlayıcı ortamlarda çalışmak için kullanılmaktadır. Gelecekte, tarım, inşaat, taşımacılık, sağlık, itfaiye veya temizlik hizmetleri gibi çeşitli sektörlerde yüksek oranda tekrarlayan, riskli veya hoş olmayan diğer birçok görev robotlar tarafından yerine getirilecektir. ⓘ
Dahası, insanların bir süre daha makinelerden daha uygun olacağı bazı beceriler vardır ve soru, insan ve robot becerilerinin en iyi kombinasyonunun nasıl elde edileceğidir. Robot teknolojisinin avantajları arasında hassasiyet ve tekrarlanabilirliğe sahip ağır işler yer alırken, insanların avantajları arasında yaratıcılık, karar verme, esneklik ve uyum sağlama yer almaktadır. En uygun becerileri bir araya getirme ihtiyacı, işbirliğine dayalı robotların ve insanların ortak bir çalışma alanını daha yakından paylaşmasına ve "insan-robot birleşmesinin" güvenliğini garanti altına almak için yeni yaklaşımların ve standartların geliştirilmesine yol açmıştır. Bazı Avrupa ülkeleri robot teknolojilerini ulusal programlarına dahil etmekte ve daha iyi üretkenlik elde etmek için robotlar ve operatörler arasında güvenli ve esnek bir işbirliğini teşvik etmeye çalışmaktadır. Örneğin, Alman Federal İş Güvenliği ve Sağlığı Enstitüsü (BAuA) "insan-robot işbirliği" konusunda yıllık çalıştaylar düzenlemektedir. ⓘ
Gelecekte robotlar ve insanlar arasındaki işbirliği çeşitlenecek, robotlar özerkliklerini artıracak ve insan-robot işbirliği tamamen yeni biçimlere ulaşacaktır. Çalışanları işbirlikçi robotlarla çalışma riskinden korumayı amaçlayan mevcut yaklaşımların ve teknik standartların gözden geçirilmesi gerekecektir. ⓘ
Endüstriyel robotik
ISO 8373 Standardına göre belirlenmiş endüstriyel robot tanımı ve robot tiplerinin sınıflandırılması şöyledir: "Endüstriyel uygulamalarda kullanılan, üç veya daha fazla programlanabilir ekseni olan, otomatik kontrollü, yeniden programlanabilir, çok amaçlı, uzayda sabitlenmiş veya hareketli manipülatördür." ⓘ
Robotların Sınıflandırılması
Günümüzde kullanılan robotlar çeşitli sınıflara ayrılabilirler. Bunlar kullanılan eksen takımlarına göre, tiplerine göre, kullanılan tahrik elemanının çesidine göre vb. Bunlardan en önemli olan sınıflandırma yöntemleri aşağıda verilmiştir; ⓘ
Koordinat Sistemlerine Göre Robotların Sınıflandırılması
- Kartezyen koordinat sistemi,
- Silindirik koordinat sistemi,
- Küresel koordinat sistemi,
- Döner koordinat sistemi. ⓘ
Scara Robotlar
Scara, İngilizce: Selective Compliance Assembly Robotic Arm kelimelerinin baş harflerinden oluşmuştur. Yani seçimlere uyan (faaliyet yerine getirme) montaj robot koludur. Bu robot 1970'ten sonra Japon Endüstriyel Konsorsiyomu ve bir grup araştırmacı tarafından Japonya’da Yamanashi Üniversitesi’nde geliştirilmiştir. Scara tipi robot, çok yüksek hızlara, en iyi tekrarlama kabiliyetine, yüksek hassasiyet ve doğruluk oranlarına sahip bir robot çeşididir. ⓘ
Scara Tipi Robotun Özellikleri
Scara tipi bir robota ait şematik çizim verilmiştir. Scara robotun genel özellikleri şöyledir:
- 1.Doğruluk
- 2.Yüksek hız
- 3.Kolay montaj
- 4.Hassasiyet
- 5.Yüksek Verim ⓘ
Scara Tipi Robotun Yapısı
Bu robot genellikle dikey eksen çevresinde dönen 2 veya 3 kol bölümünden meydana gelmiştir. Şekil 16’de görülen 1 numaralı eksen robota ana dönmeyi veren eksendir. Bu eksen en çok montaj robotlarında kullanılmaktadır. 2 numaralı eksen doğrusal dikey eksendir. ⓘ
Bu eksende sadece dikey hareket yapılabilmektedir. Bu özellik montaj robotlarında istenildiğinden dolayı, montaj robotlarının büyük bir kısmı aşağıya doğru dikey hareket yapar. Dikey eksen hareketleri koordinat hareket eksenleri içinde aşağıya doğru yapılan en çabuk ve düzgün hareketlerdir. 3 numaralı eksende robot kolunun erişebileceği uzaklık değiştirilebilir. 4 numaralı eksende ise dönen kol bileği hareket eder. robotun çalışma alanına ait çizdiği hacim verilmiştir. ⓘ
- Scara Tipi Robotun Kullanım Alanları ⓘ
Günümüzde Scara tipi robotlar yaygın olarak birçok alanda kullanılmaktadır. Elektronik devre elemanlarının baskılı devre üzerine yerleştirilmesinde, elektromekanik olarak çalışan küçük cihazların ve bilgisayar disk sürücülerinin montajında bu robotlardan faydalanılmaktadır. ⓘ
Elektronik devre elemanlarının yerleştirilmesi sırasında robotun tutucu kolu kullanılır. Bu kola alınan parça bakırlı plaket üzerinde önceden belirlenen yere yerleştirilir. Yerleştirme işlemi ve öncesi bilgisayar tarafından kontrol edildiği için hata meydana gelmeyecektir. ⓘ
Robotların elektronik sanayiinde kullanılmasıyla birlikte seri üretim yapılmaya başlanmış ve kalite artmıştır. ⓘ
- Uygulamalar ⓘ
- Dizme, yerleştirme, taşıma, paketleme, silikon çekme, delme, kesme, yapıştırma, kalite kontrol, ölçüm, test işlemleri, yükleme ve boşaltma gibi birçok üretim sürecine kullanılmaktadır.
- Otomotiv, beyaz eşya, kimya, cam, mobilya, gıda, elektronik, metal, seramik, kâğıt gibi birçok endüstriyel sektörde kullanıma uygundur. ⓘ
Operasyonel robotik
İnsanın yaşamasına elverişli olmayan ortamlarda çalışırlar. Örnek: Radyasyon ortamı, su altı, uzay vb. sistemler programlanabilir ve kendi kendine çalışan bir olmaktan çok uzaktan kontrolludur. Servo DC motor, hidrolik ve pnömatik sistemler tercih edilebilir. Yüksek teknoloji gerektirir. Özel amaçlara göre özel yaklaşımlar geliştirilir. Uzaktan yönetim için güç aktarım sistemleri (hidrolik veyâ pnömatik) veyâ radyo frekansı kullanılır. ⓘ
Sibernetik
- Konstruktif mimari (dış görünüm ve beden)
Amaç sistemi canlı dokuya benzetmek olduğu için elektronik, malzeme bilimi, sibernetik ve tıp konunun içine girmiştir. Ayrıca konstruktif fizik, pnomatik, hidrolik ve makine gibi geleneksel mühendislik ve bilim kategorilerinide ilgilendirmektedir. Plastik döküm yöntemleri, Üç boyutlu yaratım yeteneği ve sanatsal görüş gibi soyut yeteneklerde gerektirmektedir. Bâzı sibernetikçi bilim insanları plâstik ve metal yerine kalsiyum ve doğal dokuları kullanmak için araştırmalar yapmaktadırlar. ⓘ
- Zekâ ve Denetim Sistemi
Yapay zekâ araştırmaları, programcılık ve veri tabanı sorgu dillerini bilmeyi ve yeni algoritmalar geliştirebilmeyi gerektiriyor. Araştırmalar, mevcut ikili bilgi sisteminin (0 ve 1 (Boole cebiri)) sınırlarını zorluyor. İnsan beyni kadar esnek ve yetenekli bir yapay zekâ, slikon teknolojisiyle mümkün görünmüyor. Bu yüzden bâzı bilim insanları moleküler ve biyolojik bilgisayar sistemleri, üzerinde çalışıyorlar. ⓘ
- Antropomorfik Robotik (insan ve canlı benzeşimli robotlar) da sibernetiğin alt koludur. ⓘ
Oyuncak robotlar
Elektronik ve mekanik sistemler içeren Robotik oyuncaklar çok karmaşık olabiliyor. Sibernetiğin teorik araştırmaları, ilk ticârî ürünlerini bu alanda veriyor. Furby, Sony'nin AIBO robot köpeği, ünlü robot araştırmacısı Mark Tilden'in Robosapien'i bu alandaki öncü ürünlerden bâzıları. ⓘ
Hobi Amaçlı Robotik
Robot hobisi Dünya'da çok sayıda kişinin uğraş alanıdır. Bu kategori herkesin değişik eğilimlerine göre şekillenebilmektedir. Örnegin Japonya'da her yıl hobi robotlarının yarıştırıldığı gösteriler düzenlenmektedir. Hobi tutkunlarının kurduğu birçok topluluk mevcuttur. Bu alana yönelik çok sayıda kitap ve yayın vardır. Ulusal ve uluslararası birçok yarışma düzenlenmektedir. ⓘ