Autonome Steuerungsroboter: Die Zukunft von Robotern Essay (Artikel)

Words: 1356
Topic: Robotik

Die Fortschritte in der Robotertechnologie haben in vielen Branchen, darunter auch im Bergbau, einen positiven Beitrag geleistet. Intelligente Robotersysteme werden besonders schnell interessant, da sie in vielen sicherheitskritischen Bereichen erfolgreich eingesetzt werden.

Dennoch sind Roboter nach wie vor auf den Menschen angewiesen, der sie steuert und ihnen in manchen Fällen hilft, ihre Aufgaben zu erfüllen. Die derzeit gängigste Methode zur Steuerung intelligenter Roboter ist die herkömmliche Fernsteuerung (RC). Dabei werden Sender und Empfänger verwendet, die in den Robotern eingebaut sind.

Bei ferngesteuerten Robotern ist immer eine menschliche Steuerung erforderlich, da ein Bediener dem Roboter in Echtzeit Anweisungen geben muss. Die autonome Steuerung ist jedoch in manchen Fällen die wünschenswerteste Form der Steuerung, da sie die menschliche Kontrolle überflüssig macht. Jüngste Entwicklungen haben die autonome Steuerung von intelligenten Robotersystemen möglich gemacht.

Wie autonome Steuerung funktioniert

Autonom bedeutet per Definition, dass sie die Macht haben, sich selbst zu steuern, und als solche besitzen autonome Fluglotsen die Fähigkeit zur Selbststeuerung bei der Durchführung verschiedener Aufgaben.

In der Praxis nutzen autonome Steuerungssysteme GPS-Geräte (Global Positioning System), die in das Steuerungssystem der intelligenten Roboter eingebaut sind. Eine autonome Steuerung ist in der Lage, die notwendige Abfolge von Steuerungsmaßnahmen zu planen, die zur Erreichung der gesetzten Ziele durchgeführt werden sollten.

Die Architektur eines autonomen Steuerungssystems besteht in der Regel aus drei Ebenen. Die unterste Ebene ist die Ausführungsebene, die die Schnittstelle zwischen dem Roboter und seiner Umgebung durch den Einsatz von Sensoren und Aktoren darstellt (Antsaklis, Passino und Wang 23). Die Ausführungsebene besteht aus einer Reihe von Steuerungsalgorithmen, die für den Betrieb des Roboters verwendet werden.

Die mittlere Ebene ist die Koordinierungsebene, die die Aktionen der oberen und unteren Ebenen in der Architektur miteinander verbindet. Die höheren Ebenen erteilen den unteren Ebenen Befehle und reagieren auf Datenflüsse von unten nach oben.

Eine intelligente autonome Steuerung ist bestenfalls eine komplexe Reihe von Systemen mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen. Dennoch arbeiten alle autonomen Steuerungen mit deterministischen Rückkopplungsregelungen.

Diese Rückmeldung erfordert, dass eine bestimmte Aufgabe in einer bestimmten Mindestzeit oder mit einem bestimmten Mindestverbrauch an Energie erledigt wird. Die für autonome Steuerungen entwickelten Regelungsalgorithmen werden unter Berücksichtigung der Unsicherheit entwickelt. Der Grund dafür ist, dass Roboter im Untertagebau in Bereichen arbeiten, die sehr dynamisch sind und in denen eine intelligente Entscheidungsfindung von unschätzbarem Wert ist.

Ridley und Corke stellen fest, dass die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, das einen komplexen Weg unter autonomer Kontrolle zurücklegt, kontinuierlich entsprechend den physikalischen Bedingungen des Weges reguliert werden sollte (30). Roberts et al. schlagen vor, dass Roboter einen Laser-Entfernungsmesser verwenden, um Hindernissen auszuweichen, die sich auf dem Weg befinden könnten (194).

Bei allem Gerede über Autonomie darf nicht vergessen werden, dass auch bei autonomen Steuerungen der Mensch die letzte Autorität über die ausgeführten Aktivitäten haben sollte. Antsaklis, Passino und Wang schlagen vor, dass der Mensch die ultimative Befugnis haben sollte, die Kontrolle der autonomen Funktionen nach Belieben aufzuheben (24).

Der Grund dafür ist, dass der Mensch eine bessere Voraussicht hat als die Robotik und dass er die Aufgaben auf der Grundlage der gewünschten Ziele priorisieren kann. Im Allgemeinen hat der Mensch Vorrang vor der Robotik, da die Roboter am Ende die von den Menschen gesetzten Ziele erfüllen müssen.

Vorzüge der Autonomie

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum intelligente Roboter unter Tage dem Einsatz von bemannten Maschinen vorgezogen werden. Zunächst einmal kann die Situation in den Minen sehr riskant sein, und ein Unfall wie ein Mineneinsturz kann den Verlust von Menschenleben zur Folge haben. Ein autonomer Roboter erfordert kein menschliches Eingreifen, so dass die Sicherheit der Menschen gewährleistet ist.

Ein weiterer offensichtlicher Vorteil des autonomen Roboters ist, dass er nicht unter den Fehlern leidet, die ein menschlicher Bediener in den Betrieb einbringen kann. Bei der herkömmlichen Fernsteuerung kann der menschliche Bediener Fehler machen, die zum Verlust des Roboters führen können. Dieser Verlust hat enorme finanzielle Auswirkungen für das Bergbauunternehmen. Ein autonomer Roboter wählt immer die sichersten und effizientesten Mittel, um seine Ziele zu erreichen, und unterliegt keinen Fehleinschätzungen.

Die Effizienz des intelligenten Roboters wird erheblich gesteigert, wenn er autonom ist. Wenn er von einem Menschen gesteuert wird, kann das volle Potenzial des Roboters möglicherweise nicht ausgeschöpft werden, da der Bediener unter Umständen an bestimmte gefühlte Grenzen stößt.

Die autonome Robotik nutzt komplexe Rechenalgorithmen, um die gesammelten Informationen zu verarbeiten und auf dieser Grundlage die effektivsten und effizientesten Mittel zur Ausführung einer Aufgabe zu finden (Roberts et al., 195).

Darüber hinaus ist die Reaktionsgeschwindigkeit mit einer autonomen Steuerung im Vergleich zur Reaktion des menschlichen Bedieners deutlich höher. Hinzu kommt, dass die Leistung der autonomen Roboter mit ihrem Einsatz zunimmt. Dies liegt daran, dass der Roboter in der Lage ist, seine Leistung durch Lernen während des Einsatzes zu verbessern. Indem er aus früheren Begegnungen lernt, wird die Effizienz noch weiter gesteigert.

Ein autonomer Roboter verfügt über die Fähigkeit, mit neuen und unerwarteten Situationen umzugehen, die innerhalb seiner Grenzen auftreten können. Dies ist in der Robotik mit einem hohen Grad an Autonomie möglich, wenn die autonome Steuerung in der Lage ist, einige Hardware-Reparaturen durchzuführen, falls eine ihrer Komponenten ausfällt (Ridley und Corke, 33).

Dies ist eine sehr wünschenswerte Eigenschaft, da Roboter, die im Untertagebau eingesetzt werden, in Bereiche vordringen, die für Menschen unzugänglich oder höchst unsicher sind.

Einige der von den intelligenten Robotern ausgeführten Aufgaben sind in der Tat alltäglich und zeitaufwändig. Zu diesen Aufgaben gehören Messungen von Toxizitätswerten tief unter der Erde und die Bewegung von einem Punkt zum anderen über einen vorher festgelegten Weg, um nur einige zu nennen.

Eine autonome Steuerung kann den menschlichen Bediener von den alltäglichen und zeitaufwändigen Aufgaben entlasten und so die Effizienz steigern (Antsaklis, Passino und Wang 22). Darüber hinaus hat die Robotik den Vorteil, dass sie zuverlässiger ist, da sie im Gegensatz zu menschlichen Bedienern nicht dazu neigt, einen Vorgang zu übersehen.

Schlussfolgerung

Intelligente Roboter haben es geschafft, einige der Herausforderungen im Untertagebau zu meistern. Dies liegt daran, dass Roboter in der Lage sind, Aufgaben in Umgebungen auszuführen, die für Menschen zu gefährlich sind. Roboter mit autonomer Steuerung versprechen, die Effizienz der Robotik im Bergbau weiter zu steigern und damit ihren Wert für die Branche zu erhöhen.

Während derzeit die meisten autonom gesteuerten Roboter sehr teuer sind und vom Militär und bei Weltraummissionen eingesetzt werden, deuten Forschungsergebnisse darauf hin, dass in Zukunft bessere, kostengünstigere, effizientere und lernfähigere Roboter verfügbar sein werden. Dies wird dazu führen, dass autonome Roboter in der Bergbauindustrie immer häufiger eingesetzt werden und eine höhere Produktivität erreichen.

Zitierte Werke

Antsaklis, JP, Passino, KM, und Wang, SJ. “An Introduction to Autonomous Control Systems,” Proc of the 5th IEEE International Symposium on Intelligent Control , pp.21-26, Philadelphia, 2002.

Roberts, Jonathan et al. “Autonomous Control of Underground Mining Vehicles using Reactive Navigation”. The International Journal of Robotics Research, Bd. 42, S. 193-199, 2008.

Ridley, Peter, und Corke, Peter. “Autonome Steuerung eines Untertage-Bergbaufahrzeugs”. Australische Konferenz über Robotik und Automatisierung Sydney, 2001.

Analyse des Publikums

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