Новое поколение интеллектуальных мобильных роботов необходимо для работы в динамичной среде обитания человека. Двумя примерами являются роботы-экскурсоводы музея и роботы-портье для гостиниц.
Для таких роботов, как эти, безопасность имеет первостепенное значение. Разработка систем управления, обеспечивающих безопасность мобильных роботов в среде обитания человека, является очень сложной задачей потому, что люди непредсказуемы.
Безопасность
Традиционные функции безопасности для мобильных роботов в среде обитания включают: движение на очень низкой скорости, мигающие огни или сигналы тревоги для предупреждения людей о присутствии робота и наличие датчиков приближения для обнаружения препятствий, включая людей, и полной остановки робота.
Если, несмотря на эти меры, человек не замечает робота, то, скорее всего, произойдет столкновение. Поэтому безопасность в значительной степени зависит от интеллекта человека, а не робота. Но если мобильным роботам необходимо быстро перемещаться через толпы движущихся людей, например, в чрезвычайной ситуации, то нам нужен гораздо более продуманный подход к предотвращению столкновений.
Действие для робота считается безопасным, если ни один другой робот или препятствие, например, человек, не находится ближе определенного безопасного расстояния на данный момент.
Робот постоянно модифицирует свои собственные действия, чтобы активно избегать столкновений и одновременно достигать своих целей.
При физическом взаимодействии человека и робота анализ безопасности и безопасное управление персональными роботами является относительно слабо изученной областью.
Современный подход включает в себя систематический анализ проектных рисков по времени проектирования, который направлен на выявление всех возможных угроз безопасности, с тем чтобы в систему управления роботом можно было интегрировать соответствующие меры безопасности.
Анализ рисков обычно использует такие методы, как анализ режимов и последствий отказов. Этот подход был дополнен концепцией, в основу которой положена система безопасности, основанная на анализе опасностей, которая сначала используется для проверки того, что ограничения безопасности были правильно выполнены, а затем, во время работы, служит в качестве органа, обеспечивающего высокий уровень безопасности, управляя действиями робота и предотвращая выполнение системой контроля опасных операций.
Фундаментальным ограничением подхода к безопасности при анализе проектных рисков по времени является то, что он требует от проектировщика предвидеть все возможные угрозы безопасности, включая взаимодействие с динамичными субъектами, такими как люди. Для роботов, работающих в более сложных динамических и неизвестных условиях, это становится очень трудным.
Моделирование
В целом, моделирование, используемое в робототехнике, часто применяет передовые физические методы и модели датчиков для тестирования и разработки роботов и соответствующих контроллеров до их внедрения в аппаратное обеспечение, чтобы сэкономить время разработки и снизить риск, связанный с ошибками, сбоями и отказами.
Моделирование содержит копию окружающей среды, используемых роботов, их датчиков и контроллеров. Контроллеры выполняют точно такой же код, как и реальные роботы, а датчики и двигатели калибруются в соответствии с реальными эмпирическими данными.
Перспективы и будущая работа
Существуют четыре основных возможных направления потенциальной будущей работы. Наиболее очевидным вариантом является использование более сложных роботов вместо минималистичных роботов с электронной шайбой для увеличения количества свободных параметров и сложности, чтобы проверить пределы возможностей инструментов моделирования и зондирования с учетом реального разрыва.
Это означает не только более сложные структуры и динамику, но и более сложные контроллеры и поведение роботов.