A robot elektromechanikai szerkezet, amely előzetes programozás alapján képes különböző feladatok végrehajtására. Lehet közvetlen emberi irányítás alatt, de önállóan is végezheti a munkáját egy számítógép felügyeletére bízva.

A robotokat rengeteg szempont alapján lehet csoportosítani. Ezek közül csak a legfontosabbakat említjük.

Mobilitásuk alapján:

Felhasználásuk alapján:

Helyhez kötött robotok kinematikájuk alapján:

Mobil robotok kinematikájuk alapján:

Manapság a robotok szerteágazó feladatköröket töltenek be, mely folyamatosan bővül a technológia fejlődésével. Ebből adódóan a legcélszerűbb őket a feladatkörük szerint csoportosítani

Ipari robotok (Industrial robots)

Az ipari robotok közé sorolhatóak azok a robotok, amelyek a gyártás során végzik a feladatukat. Jellemzően ezek speciális robotkarok, amelyek különböző műveleteket hajtanak végre, az alkatrészek behelyezésétől a hegesztésen át egészen a festésig.

Takarító vagy háztartási robotok (Domestic or household robots)

Ide tartoznak a háztartási feladatokat ellátó robotok, amelyek megkönnyítik az emberek mindennapjait. Például: porszívó robot, medence takarító robot, sepregető robot, eresz takarító robot.

Orvosi robotok (Medical robots)

Azok a robotok, amelyeket a gyógyszeriparban és az orvostudomány területén alkalmaznak. Elsősorban a sebészeti robotok tartoznak ide.

Service robotok (Service robots)

Robotok, amelyeket feladatuk alapján egyik kategóriába se tartoznak. Ezek lehetnek különböző adatgyűjtő és feldolgozó robotok, amelyek segíthetnek például egy kutatást vagy valamilyen szolgáltatást.

Katonai robotok (Military robots)

Robotok, amelyeket a hadiiparban alkalmaznak. Ide tartoznak például a tűzszerész robotok, a különböző szállító robotok, vagy a távirányított felderítő repülőgépek.

Szórakoztató robotok (Entertainment robots)

Ebbe a kategóriába azok a robotok taroznak, melyeknek célja az emberek szórakoztatása. Például ilyenek a táncoló robotok, vagy a kerekeken guruló ébresztőóra.

Űr robotok (Space robots)

Ide tartoznak azok a robotok, amelyeket az űrben alkalmaznak, például a felderítő robotok, vagy a nemzetközi űrállomásokon használt robotok

Hobby robotok (Hobby and competition robots)

Hobby robotok, amelyeket a felhasználó építhet össze és programozhat be különböző feladatokra.

Természetesen vannak olyan összetettebb robotok, amelyek nem sorolhatóak be egyértelműen egy kategóriába, mivel több feladatra is alkalmasak.

Felhasználásuk szerint a robotokat tehát két nagy csoportra lehet bontani; ipari és szolgáltató robotokra. Az ipari robotok már hosszú ideje az ipari automatizálás részét képezik, a szolgáltató robotok azonban egyelőre még sokkal kevésbé elterjedtek. Az elmúlt két évtizedben azonban számos kutató és fejlesztő projekt irányult a szolgáltató robotokra, és a robotok felhasználási területe egyre inkább bővül. A Táblázat 5.1 szemlélteti az ipari és szolgáltató robotok közötti alapvető különbségeket

Az alábbi táblázatok az ISO 13482 szabvány szerinti definíciók alapján mutatják be a szolgáltató robotokat, és azon belül részletesen a személyi gondozó robot típusait.

A szabvány az autonómia definícióját is meghatározza, mely elsősorban az orvosi robotoknál tölt be kulcsfontosságú szerepet.

Autonómia: Annak a képessége, hogy a robot az aktuális állapotból kiindulva és érzékelve, emberi beavatkozás nélkül feladatokat hajtson végre.

Autonómia foka: Rendelkezik egy dimenzióval, mely nem más, mint az operátor bevonásának mértéke.

Az autonómia fokának osztályozása:

Alacsony érték = Autonómia hiánya

Magas érték = Teljes autonómia

A feladatunk során olyan megoldásokat és terveket kell készítenünk, amelyek kompatibilisek a MOGI tanszéken épülő robottal. A tervezésekor figyeltek arra, hogy a robotot a későbbiek során további funkciókkal is el lehessen látni. Hagytak rajta szabad helyet újabb alkatrészek számára és rögzítési pontokat is elhelyeztek rajta. Ennek tudatában első körben áttanulmányoztuk a robot felépítését, hogy a tervezés megkezdése előtt tudatában legyünk a szükséges információknak.

A mozgásért felelős egység képzi a robot alapját. Ezen helyezkedik el a három kerék, a belsejében pedig a motorok, a szenzorok, a szabályzók és a takarító egység kapott helyet. Erre az alapra épül rá a robot többi része, a vázszerkezet, illetve az azon lévő egységek. A robot mozgását és funkcióit egy, a belsejében elhelyezett számítógép vezérli, a tájékozódását pedig egy Microsoft® Kinect® kamera segíti. Az egész szerkezet közel egy méter magas és 40 kg.

Mozgás

A robot egyik fő tulajdonsága a szabad mozgása. Ennek köszönhetően közlekedés közben szabadon változtathatja a mozgás irányát és a robot elfordulását. Ez az összetett mozgás lehetővé teszi a precíz manőverezést és jobban hasonlít az élőlények mozgására.

Ezt a mozgást az úgynevezett holonomikus hajtással tudja elérni. Három 4"-os kerékkel rendelkezik a robot, amelyek egyenlő távolságban helyezkednek el a szerkezet sarkainál 120°-ban egymáshoz képest. A kerekek tulajdonsága, hogy a tengelyükre merőlegesen is el tudnak gördülni, emellett mindegyiknek a sebessége és forgásának iránya egymástól függetlenül szabályozható. Így a robot orientációjától függetlenül bármelyik irányba tud mozogni. Menet közben a kerekek szögelfordulásából tudja számítani a helyzetét, amit a kamera képének elemzésével és külső tájékozódási pontok használatával tud pontosítani. Ez a tulajdonsága előnyt jelent más területeken is, például tud úgy közlekedni, hogy a kamera képét egy kiválasztott objektumon tartja, ezzel kibővítve a felhasználási módjait a robotnak. A kerekek méretéből adódóan vannak korlátai is a felhasználási területnek, mivel csak kisebb szintkülönbségeken képes áthaladni.

A kerekek meghajtásához három 100 W-os kefés DC motort használnak, 1:7-es szíjáttétellel. Minden motorhoz külön motorvezérlő elektronika tartozik, a tápellátást pedig egy 24 amperórás 12 V-os ólomzselés akkumulátor biztosítja.

A robot végsebessége a 1,5-2 m/s-ot is elérheti. Mivel a robot tömege 40kg, és teljesen automatikusan, emberi beavatkozás nélkül közlekedik, ezért nagyon fontos odafigyelni a biztonságra, hogy el tudjon kerülni egy véletlen ütközést. Ennek érdekében 6 távolságérzékelőt helyeztek el körben a robot alsó részén, a sarkait pedig gumi ütközővel látták el. A távolságérzékelők 200-800 mm között adnak használható jelet, viszont ügyelni kell a felhasználási területen elhelyezett tárgyakra, ugyanis egyes anyagokat ez a rendszer nem képes megbízhatóan észlelni, mint például az üveget. A balesetek elkerülésére és megelőzésére egy vészleállító gombot is elhelyeztek a robot tetején.

Szerkezet

Az alapegységre épül rá a robot váza. Az egész szerkezet követi a kerekek kiosztásának körszimmetriáját. A robot magassága úgy lett megtervezve, hogy a kamerája még rálásson a legtöbb asztalra. Egy átlagos asztal magassága 700-750 mm, ehhez igazodva a kamerát 850 mm-es magasságban helyezték el. A szerkezet 10 és 5 mm-es vízvágott alumínium lemezekből, illetve 10x10 mm-es rudakból épül fel. A vízszintes lemezekre raszteres kiosztásban 4 mm-es lyukakat fúrtak az alkatrészek rögzítéséhez. Ezeket a lyukakat lehet további elemek rögzítésére is használni. A vázon egységesen M5-ös süllyesztett vagy sima fejű belső kulcsnyílású csavarokat használnak. A perifériákat ellátó hajtások 30 W-os kefés DC motorok 1:7 szíjáttétellel. A motorokat aktív hűtéses teljes H hidas teljesítmény elektronikák hajtják. Ezek a központi elektronikától kapják a referenciát CAN-buszon.

Kamera

A környezet megfigyelésére egy Kinect kamerát használ a robot. A kamerát két motor mozgatja vízszintes és függőleges irányba, amivel nagyban megnöveli annak látószögét. Ennél az egységnél fontos szempont a kamera stabila helyzete, hogy a képét pontosabban tudja elemezni a számítógép. A mozgató mechanizmus rendelkezik saját tápmodullal és egy vészleállító funkcióval is, ami váratlan ütközés esetén leállítja a motorokat. A Kinect a színes VGA kamera mellett két infra érzékelőt és két mikrofont is tartalmaz. Az infra érzékelőkkel érzékeli a távolságot és ezt veti össze a színes képpel, így egy úgynevezett 2,5 dimenziós képet kap a környezetéről. Az, hogy a képet milyen funkcióhoz használja fel a robot, már a programozáson múlik.

Számítógép

A vezérlés alapja egy PC, ami USB-n vagy Bluetooth-on keresztül csatlakozik a robot mozgást végző moduljához. A mesterséges intelligenciához szükséges számolási kapacitást külső számítógép bevonásával is növelhetjük. A központi elektronika kaphat referenciát és parancsokat, illetve adhat információt Bluetooth kapcsolaton keresztül és USB porton is a PC-nek. A tájékozódást segíti még egy 3 tengelyes giroszkóp, egy gyorsulásérzékelő és egy iránytű. Az egyéb kisebb perifériák mozgatására egy 24 portos USB csatlakozású RC szervo hubot is beépítettek.

Takarító egység

A robot aljában helyet kapott egy takarító egység, amivel közlekedés közben tisztán tudja tartani a bejárt területet. Egy forgó kefe szedi össze a koszt, amit egy fésű távolít el róla tartályba.

Akkumulátor

A robot jelenleg 5 darab 24 Ah-ás akkumulátort használ, ezzel 4 órát bír normál használat közben. Ezt lehetőség van tovább bővíteni. Az akkumulátorok egy kinyitható tárolón kaptak helyet a könnyebb szerelés érdekében.

Hangszóró

A roboton helyet kapott 2 hangszóró, amelyek a kommunikációjában vesznek részt.

Flipper kar

Extra funkcióként beépítettek egy flipper kart, amely labdaütögetésre képes. Ezt egy elektromágneses mechanika mozgatja. A robot aljának íves formája segít a labdát a karhoz terelni.

Ajtónyitó

A robot képes kinyitni a mágneskártyás ajtókat, ehhez egy felemelhető kart használ, amivel eléri a leolvasót.

Tálca

A robotra felszerelhető egy tálca, amin különböző tárgyakat tud szállítani.

A következő példák áttekintést adnak azokról a fejlesztés alatt álló robotokról, melyek az emberek segítésére alkalmas jellemzőkkel bírnak.