Wichtige Fertigungstrends: Intelligente Roboter benötigen vier Fähigkeiten

Intelligente Roboter sind typische Vertreter smarter Produkte. Intelligente Roboter müssen mindestens über die folgenden drei Elemente verfügen: erstens das sensorische Element, das dazu dient, den Zustand der Umgebung zu verstehen; zweitens das Bewegungselement, um reaktive Aktionen auf die Außenwelt durchzuführen; drittens das denkende Element; Überlegen Sie anhand der vom Sensorelement erhaltenen Informationen, welche Art von Aktion ausgeführt werden soll.

Menschen teilen Roboter normalerweise in drei Generationen ein. Bei der ersten Generation handelt es sich um programmierbare Roboter. Diese Art von Roboter kann im Allgemeinen einige einfache, sich wiederholende Vorgänge gemäß dem vom Bediener programmierten Programm ausführen. Diese Robotergeneration ist seit der zweiten Hälfte der 1960er-Jahre im Einsatz und findet mittlerweile breite Anwendung in der Industrie.

Die zweite Generation ist ein Wahrnehmungsroboter, auch adaptiver Roboter genannt. Er basiert auf dem Roboter der ersten Generation und verfügt über unterschiedliche Fähigkeiten zur Wahrnehmung der Umgebung.

Der Roboter der dritten Generation verfügt über intelligente Mechanismen wie Erkennung, Argumentation, Planung und Lernen. Er kann Wahrnehmung und Aktion intelligent kombinieren, sodass er in unspezifischen Umgebungen agieren kann und wird als intelligenter Roboter bezeichnet.

Der grundlegende Unterschied zwischen intelligenten Robotern und Industrierobotern besteht darin, dass intelligente Roboter die Funktionen Wahrnehmung, Erkennung, Urteilsvermögen und Planung haben. Daher kann die Intelligenz der Maschine in zwei Ebenen unterteilt werden: Die eine ist die Funktion der Wahrnehmung, des Erkennens. Das andere ist die Funktion, Erfahrung und Lernen zusammenzufassen.

Aufgrund der unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten haben intelligente Roboter unterschiedliche Systemstrukturen und Funktionen. Hier stellen wir nur den Grundaufbau und die intelligenten Funktionen von Robotern für industrielle Anwendungen vor. Abbildung 2.3 zeigt die Grundstruktur eines intelligenten Roboters.

▲ Abbildung 2.3 Der grundlegende Aufbau eines intelligenten Roboters

1. Die Fähigkeit zur Umgebungswahrnehmung

Das wichtigste intelligente Merkmal eines intelligenten Roboters ist seine äußere und innere Wahrnehmungsfähigkeit.

Die Fähigkeit, die äußere Umgebung wahrzunehmen, wird durch das äußere Wahrnehmungssystem realisiert, das eine Reihe externer Sensoren (einschließlich Sehen, Hören, Berührung, Nähe, Kraft, Infrarot, Ultraschall, Laser usw.) verwendet, um Sinnesinformationen zu verarbeiten und Steuerung und Betrieb umsetzen. Zu diesen Sensoren gehören Kollisionssensoren, Ferninfrarotsensoren, lichtempfindliche Sensoren, Mikrofone, fotoelektrische Encoder, pyroelektrische Sensoren, Ultraschallsensoren, kontinuierliche Infrarotsensoren, digitale Kompasse, Temperatursensoren usw.

Das interne Wahrnehmungssystem besteht aus einer Reihe von Sensoren, die den Status des Roboters selbst erkennen. Es kann die Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, den Druck und die Flugbahn jeder Koordinate jedes beweglichen Teils des Roboters in Echtzeit überwachen Überwachen Sie Kraft, Gleichgewicht, Temperatur usw.

Das intelligente Wahrnehmungssystem besteht aus Informationen, die aus dem Wahrnehmungssystem der externen Umgebung und dem internen Wahrnehmungssystem gewonnen werden. In diesem System werden immer mehr Arten und Mengen von Sensoren verwendet. Jeder Sensor hat bestimmte Einsatzbedingungen und einen bestimmten Erfassungsbereich und kann Informationen über einen Teil oder die gesamte Seite der Umgebung oder des Objekts liefern. Es ist notwendig, eine Form der Synthese oder Fusionsverarbeitung von Sensorinformationen zu verwenden. Ein Multiform-Verarbeitungssystem für verschiedene Arten von Informationen ist die Sensorfusion.

Die Sensorfusionstechnologie umfasst neue Theorien und Methoden in den Bereichen Information, Erkennung und Steuerung wie neuronale Netze, Wissenstechnik und Fuzzy-Theorie.

2. Steuerungsfähigkeit

Die Systemsteuerungsfähigkeit des intelligenten Roboters wird durch das intelligente Steuerungssystem realisiert. Die Aufgabe dieses Systems besteht darin, sie durch die Wissensbasis und das Expertensystem basierend auf dem Betriebsanweisungsprogramm des Roboters zu identifizieren und anzuwenden Die von internen und externen Sensoren zurückgekoppelten Signale analysieren und treffen Entscheidungen und erteilen dann Steueranweisungen, um den Roboter so zu steuern, dass er bestimmte Bewegungen und Funktionen ausführt.

Wenn der Roboter keine Informationsrückkopplungseigenschaften hat, ist das Steuerungssystem des Roboters ein Steuerungssystem mit offenem Regelkreis, andernfalls handelt es sich um ein Regelungssystem mit geschlossenem Regelkreis. Nach dem Steuerungsprinzip kann das Steuerungssystem in ein Programmsteuerungssystem, ein adaptives Steuerungssystem und ein Steuerungssystem mit künstlicher Intelligenz unterteilt werden. Je nach Form der Steuerungsbewegung kann das Steuerungssystem in ein Punktsteuerungssystem und ein kontinuierliches Flugbahnsteuerungssystem unterteilt werden.

Um diese Informationen zu analysieren, zu verarbeiten und richtige Kontrollentscheidungen zu treffen, ist die Unterstützung eines Expertensystems erforderlich. Das Expertensystem interpretiert die von den Sensoren gesammelten Daten, leitet die Beschreibung des Roboterzustands ab, leitet mögliche Ergebnisse aus dem gegebenen Zustand ab und prognostiziert sie und diagnostiziert mögliche Systemfehler durch die Bewertung des Betriebszustands.

Planen und entwerfen Sie entsprechend den Zielen und Einschränkungen des Systemdesigns eine Reihe von Aktionen, überwachen Sie die Unterschiede zwischen den erzielten Ergebnissen und dem Plan und schlagen Sie Methoden vor, um den korrekten Betrieb des Systems aufrechtzuerhalten. Das System der künstlichen Intelligenz wird mit traditionellen Steuerungsmethoden kombiniert, um den gesamten Regelprozess zu bilden, der die Unterstützung einer großen Menge an Wissen, Regeln, Algorithmen, Mustererkennung und anderen Technologien erfordert.

3. Lernfähigkeit

Da die Anforderungen an intelligente Roboter weiter steigen, ist die Umgebung, mit der Roboter konfrontiert sind, oft unvorhersehbar und unstrukturierte Umgebungen sind zum Mainstream geworden. Wenn ein Roboter in einer dynamischen und komplexen Umgebung komplexe Aufgaben erledigen möchte, ist seine Lernfähigkeit äußerst wichtig.

In diesem Fall sollte sich der Roboter durch Lernen kontinuierlich an die äußere Umgebung und die Aufgaben anpassen, denen er gegenübersteht, und während der Interaktion mit der Umgebung nützliche Informationen extrahieren, damit er die Umgebung nach und nach verstehen und sich an sie anpassen kann. Durch Lernen kann die Intelligenz des Roboters kontinuierlich verbessert werden, sodass er mit einigen unerwarteten Situationen zurechtkommt und so mögliche Mängel ausgleicht, die von Designern während des Designprozesses verursacht wurden.

Daher ist die Lernfähigkeit eine der wichtigen Fähigkeiten, die Roboter in komplexen und veränderlichen Umgebungen haben sollten, was das Verständnis, die Planung und die Entscheidungsfindung von Robotern anbelangt, wodurch die Betriebseffizienz des gesamten Robotersystems verbessert wird .

4. Die Fähigkeit, sich mit dem Industriellen Internet zu verbinden

Intelligente Roboter werden, wie alle intelligenten Produkte, in Zukunft zu einem Terminal des Industriellen Internets, daher müssen intelligente Roboter die Möglichkeit haben, sich mit dem Industriellen Internet zu verbinden.

Unter Verwendung des Prinzips des Cyber-Physical Fusion Systems (CPS) zum Aufbau eines Kommunikationsmoduls, das intern in das intelligente Steuerungssystem integriert ist, um den gesamten Betriebsstatus des Roboters extern zu erfassen, ist er über einen Standard-Feldbus mit dem Internet verbunden und Ethernet-Karte zur Realisierung der Roboter-zu-Roboter-Kommunikation und der Roboter-zu-Roboter-Kommunikation. Die Integration zwischen Logistiksystemen und anderen Anwendungssystemen realisiert die Integration zwischen der physischen Welt und der Informationswelt.

Intelligente IoT-Systeme durchbrechen die Grenzen zwischen der traditionellen physischen Welt und Informationssystemen und wandeln Daten in aktuelle und nützliche Informationen um, sodass Benutzer verschiedene Ressourcen in der virtuellen und realen Welt in vollem Umfang nutzen können.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus „Smart Manufacturing: How AI Implements Manufacturing“ (ISBN: 978-7-111-69931-6) und wird mit Genehmigung des Herausgebers veröffentlicht.

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