人工知能-ロボット工学

ロボット工学は、インテリジェントで効率的なロボットの作成の研究を扱う人工知能の分野です。

ロボットとは？

ロボットは、実世界の環境で動作する人工エージェントです。

目的

ロボットは、オブジェクトの物理的特性を認識、選択、移動、変更、破壊することによってオブジェクトを操作すること、またはそれによって人員が退屈したり、気を散らしたり、疲れたりすることなく反復的な機能を実行することから解放することを目的としています。

ロボティクスとは何ですか？

RoboticsはAIのブランチであり、ロボットの設計、構築、およびアプリケーションのための電気工学、機械工学、およびコンピューターサイエンスで構成されています。

ロボット工学の側面

ロボットは持っています mechanical construction、フォーム、または特定のタスクを実行するために設計された形状。
彼らは持っている electrical components 機械に電力を供給し、制御します。
それらはいくつかのレベルを含んでいます computer program それは、ロボットが何を、いつ、どのように行うかを決定します。

ロボットシステムと他のAIプログラムの違い

これが2つの違いです-

AIプログラム	ロボット
それらは通常、コンピューターで刺激された世界で動作します。	それらは実際の物理世界で動作します
AIプログラムへの入力は、記号とルールで行われます。	ロボットへの入力は、音声波形または画像の形式のアナログ信号です。
それらを操作するには、汎用コンピューターが必要です。	センサーとエフェクターを備えた特別なハードウェアが必要です。

ロボットの移動

移動は、ロボットがその環境内を移動できるようにするメカニズムです。移動にはさまざまな種類があります-

Legged
Wheeled
脚と車輪付きの移動の組み合わせ
追跡されたスリップ/スキッド

脚のある移動

このタイプの移動は、歩行、ジャンプ、速歩、ホップ、上り下りなどを実演しながら、より多くの電力を消費します。
動きを実現するには、より多くのモーターが必要です。不規則または滑らかすぎる表面により、車輪付きの移動により多くの電力を消費する、起伏の多い地形や滑らかな地形に適しています。安定性の問題があるため、実装は少し難しいです。
1本、2本、4本、6本のさまざまな脚が付属しています。ロボットに複数の脚がある場合、移動には脚の調整が必要です。

可能な総数 gaits （脚全体のそれぞれのリフトおよびリリースイベントの定期的なシーケンス）ロボットが移動できるのは、脚の数によって異なります。

ロボットにk個の脚がある場合、可能なイベントの数N =（2k-1）!。

二足歩行ロボット（k = 2）の場合、可能なイベントの数はN =（2k-1）です！=（2 * 2-1）！= 3！= 6。

したがって、6つの異なるイベントが考えられます-

左足を持ち上げる
左足を離す
右足を持ち上げる
右足を離す
両足を一緒に持ち上げる
両方の足を一緒に解放します

k = 6レッグの場合、39916800の可能なイベントがあります。したがって、ロボットの複雑さは脚の数に正比例します。

車輪付き移動

動きを実現するために必要なモーターの数が少なくて済みます。ホイールの数が多いほど安定性の問題が少なくなるため、実装は少し簡単です。脚のある移動に比べて電力効率が良いです。

Standard wheel −ホイールアクスルとコンタクトの周りを回転します
Castor wheel −ホイールアクスルとオフセットステアリングジョイントを中心に回転します。
Swedish 45^o and Swedish 90^o wheels −オムニホイール、接触点の周り、ホイールアクスルの周り、およびローラーの周りを回転します。
Ball or spherical wheel −技術的に実装が難しい全方向ホイール。

スリップ/スキッドロコモーション

このタイプでは、車両は戦車のようにトラックを使用します。ロボットは、同じ方向または反対方向に異なる速度でトラックを動かすことによって操縦されます。線路と地面の接触面積が大きいため、安定性があります。

ロボットのコンポーネント

ロボットは次のように構成されています-

Power Supply −ロボットは、バッテリー、太陽光発電、油圧、または空気圧の電源から電力を供給されます。
Actuators −エネルギーを運動に変換します。
Electric motors (AC/DC) −回転運動に必要です。
Pneumatic Air Muscles −空気を吸い込むと約40％収縮します。
Muscle Wires −電流を流すと5％収縮します。
Piezo Motors and Ultrasonic Motors −産業用ロボットに最適です。
Sensors−タスク環境に関するリアルタイム情報の知識を提供します。ロボットには、環境の深さを計算するための視覚センサーが装備されています。触覚センサーは、人間の指先のタッチ受容器の機械的特性を模倣します。

コンピュータビジョン

これは、ロボットが見ることができるAIの技術です。コンピュータビジョンは、安全、セキュリティ、健康、アクセス、および娯楽の分野で重要な役割を果たします。

コンピュータビジョンは、単一の画像または画像の配列から有用な情報を自動的に抽出、分析、および理解します。このプロセスには、自動視覚理解を実現するためのアルゴリズムの開発が含まれます。

コンピュータビジョンシステムのハードウェア

これには以下が含まれます-

電源
カメラなどの画像取得デバイス
プロセッサ
ソフトウェア
システムを監視するための表示装置
カメラスタンド、ケーブル、コネクタなどのアクセサリ

コンピュータビジョンのタスク

OCR −コンピューターの分野では、スキャンしたドキュメントを編集可能なテキストに変換するソフトウェアである光学式文字リーダーがスキャナーに付属しています。
Face Detection−多くの最先端カメラにはこの機能が搭載されており、顔を読み取ってその完璧な表情を撮影することができます。これは、ユーザーが正しい一致でソフトウェアにアクセスできるようにするために使用されます。
Object Recognition −スーパーマーケット、カメラ、BMW、GM、ボルボなどの高級車に搭載されています。
Estimating Position −人体の腫瘍の位置と同様に、カメラに対する物体の位置を推定しています。

コンピュータビジョンのアプリケーションドメイン

Agriculture
自動運転車
Biometrics
文字認識
フォレンジック、セキュリティ、および監視
工業品質検査
顔認識
ジェスチャー分析
Geoscience
医用画像
汚染モニタリング
プロセス制御
リモートセンシング
Robotics
Transport

ロボット工学の応用

ロボット工学は、次のようなさまざまな分野で役立ってきました。

Industries −ロボットは、材料の取り扱い、切断、溶接、カラーコーティング、穴あけ、研磨などに使用されます。
Military−自律型ロボットは、戦争中にアクセスできない危険なゾーンに到達する可能性があります。防衛研究開発機構（DRDO）によって開発されたDakshという名前のロボットは、生命を脅かす物体を安全に破壊するために機能しています。
Medicine −ロボットは、数百の臨床検査を同時に実行し、恒久的な障害者をリハビリし、脳腫瘍などの複雑な手術を行うことができます。
Exploration −宇宙探査に使用されるロボットロッククライマー、海洋探査に使用される水中ドローンなどがその例です。
Entertainment −ディズニーのエンジニアは、映画製作用に何百ものロボットを作成しました。