WikiDer > BEAM робототехника
BEAM робототехника[1] (из биология, электроника, эстетика и механика) - это стиль робототехника который в основном использует простые аналоговые схемы, Такие как компараторы, вместо микропроцессор чтобы создать необычайно простой дизайн. Хотя робототехника BEAM не такая гибкая, как микропроцессорная, она может быть надежной и эффективной при выполнении задачи, для которой она была разработана.
Роботы BEAM могут использовать набор аналоговых схем,[2] имитируя биологические нейроны, чтобы облегчить реакцию робота на его рабочую среду.
Механизмы и принципы
Основные принципы BEAM сосредоточены на способности машины, основанной на стимулах и ответах. Лежащий в основе механизм был изобретен Марк У. Тилден где схема (или Nv net из Nv нейроны) используется для моделирования поведения биологических нейронов. Подобное исследование ранее было проведено Эд Ритман в «Эксперименты в искусственных нейронных сетях». Схема Тильдена часто сравнивают с регистр сдвига, но с несколькими важными функциями, делающими его полезной схемой в мобильном роботе.
Другие правила, которые включены (и применяются в различной степени):
- Используйте наименьшее возможное количество электронных элементов ("будь проще")
- Перерабатывать и повторно использовать техноскрэп
- Использовать энергия излучения (Такие как солнечная энергия)
Существует большое количество роботов BEAM, предназначенных для использования солнечной энергии от небольших солнечные батареи приводить в действие "Солнечный двигатель"который создает автономных роботов, способных работать в широком диапазоне условий освещения. Помимо простого вычислительного уровня Тилдена"Нервные сети", BEAM добавила множество полезных инструментов в набор инструментов робототехники. Схема" Солнечный двигатель ", многие H-мост схемы для управления малым двигателем, тактильный датчик конструкции и методы создания мезомасштабных (размером с ладонь) роботов были задокументированы и распространены сообществом BEAM.[3]
BEAM роботы
Сосредоточение внимания на поведении, основанном на реакции (как изначально вдохновляло Родни Брукс), Робототехника BEAM пытается скопировать характеристики и поведение биологических организмы, с конечной целью приручить этих «диких» роботов. Эстетика роботов BEAM основана на принципе "форма следует за функцией"модулируется конкретным выбором дизайна, который делает строитель при реализации желаемой функциональности.
Споры в имени
У разных людей разные представления о том, что на самом деле означает BEAM. Наиболее распространенное значение - Bиология, Eлектроника, Аэстетика, и Mмеханика.
Этот термин был придуман Марком Тилденом во время обсуждения в Научном центре Онтарио в 1990 году. Марк демонстрировал подборку своих оригинальных ботов, которые он создал во время работы в университет Ватерлоо.
Однако есть много других полу-популярных имен,[нужна цитата] включая:
- Bиотехнология Ethology Алогия Mорфология
- Bстроительство Eобороты Анарчия Mнеобычность
Микроконтроллеры
В отличие от многих других типов роботов, управляемых микроконтроллеры, Роботы BEAM построены по принципу использования нескольких простых действий, связанных непосредственно с сенсорными системами с минимальными затратами. преобразование сигнала. Эта философия дизайна полностью отражена в классической книге «Транспортные средства: эксперименты в синтетической психологии».[4] В этой книге с помощью серии мысленных экспериментов исследуется развитие сложных моделей поведения роботов с помощью простых тормозных и возбуждающих сенсорных связей с приводы. Микроконтроллеры и компьютерное программирование обычно не являются частью традиционного (также известного как «чистый») BEAM-робота из-за очень низкоуровневой аппаратно-ориентированной конструкции философия.
Есть успешные конструкции роботов, сочетающие две технологии. Эти «гибриды» удовлетворяют потребность в надежных системах управления с дополнительной гибкостью динамического программирования, например «всадник" топология BEAMbots (например, ScoutWalker 3[5]). Поведение «лошади» реализовано с помощью традиционной технологии BEAM, но «всадник» на базе микроконтроллера может управлять этим поведением для достижения целей «всадника».
Типы
Существуют различные "-троп"BEAMbots, которые пытаются достичь определенной цели. Фототропы являются наиболее распространенными, поскольку поиск света был бы наиболее выгодным поведением для робота на солнечной энергии.
- Аудиотропы реагируют на источники звука.
- Аудиофилы идите к источникам звука.
- Аудиофобы удалиться от источников звука.
- Фототропы («искатели света») реагируют на источники света.
- Фотофилы (также Photovores) идите к источникам света.
- Фотофобы удалиться от источников света.
- Радиотропы реагировать на радиочастота источники.
- Радиофилы идите к источникам RF.
- Радиофобы уйти от источников RF.
- Термотропы реагируют на источники тепла.
- Термофилы идти к источникам тепла.
- Термофобы уйти от источников тепла.
Общий
У BEAMbots есть множество движений и механизмов позиционирования. К ним относятся:
- Няни: Неподвижные роботы с физически пассивным назначением.
- Маяки: передают сигнал (обычно навигационный сигнал) для использования другими BEAM-ботами.
- Пуммерс: покажите «световое шоу».
- Орнаменты: универсальное название для ситтеров, которые не являются маяками или палачами.
- Сквирмеры: Стационарные роботы, которые выполняют интересное действие (обычно перемещая какие-то конечности или придатки).
- Magbots: используйте магнитные поля для своего режима анимации.
- Flagwavers: Перемещайте дисплей (или «флаг») с определенной частотой.
- Головы: поворачивайте и следите за некоторыми обнаруживаемыми явлениями, такими как свет (они популярны в сообществе BEAM. Это могут быть автономные роботы, но чаще они включаются в более крупный робот).
- Вибраторы: используйте небольшой двигатель пейджера со смещенным от центра весом, чтобы встряхнуться.
- Слайдеры: Роботы, которые перемещаются, плавно скользя частями тела по поверхности, оставаясь с ней в контакте.
- Змеи: двигайтесь, используя горизонтальные волновые движения.
- Дождевые черви: перемещайтесь, используя продольная волна движение.
- Краулеры: Роботы, которые перемещаются по рельсам или вращают тело робота с помощью какого-либо придатка. Тело робота по земле не волочится.
- Турботы: вращают всем телом руками или жгутиками.
- Inchworms: передвигают часть своего тела вперед, пока остальная часть шасси находится на земле.
- Гусеничные роботы: используйте гусеничные колеса, как бак.
- Джемперы: Роботы, которые отрываются от земли в качестве средства передвижения.
- Виброботы: производят нерегулярные встряхивающие движения, перемещаясь по поверхности.
- Springbots: двигайтесь вперед, подпрыгивая в одном конкретном направлении.
- Ролики: Роботы, которые передвигаются, вращая все или часть своего тела.
- Symets: приводится в действие одним двигателем, вал которого касается земли, и движется в разных направлениях в зависимости от того, какая из нескольких симметричных точек контакта вокруг вала касается земли.
- Solarrollers: автомобили на солнечных батареях, в которых используется один двигатель, приводящий в движение одно или несколько колес; часто предназначены для прохождения довольно короткого, прямого и ровного курса в кратчайшие сроки.
- Попперс: используйте два двигателя с отдельными солнечные двигатели; полагайтесь на дифференциальные датчики для достижения цели.
- Мини-шары: сдвиньте их центр масс, заставляя их сферические тела катиться.
- Ходунки: Роботы, которые передвигаются с помощью ног с дифференциальным контактом с землей.
- Моторный привод: используйте моторы, чтобы двигать ногами (обычно 3 мотора или меньше).
- Muscle Wire Driven: использование Нитинол (никель - титановый сплав) провода для их ножных приводов.
- Пловцы: Роботы, которые движутся по поверхности жидкости (обычно воды) или под ней.
- Бот-боты: работают на поверхности жидкости.
- Субботы: работают под поверхностью жидкости.
- Летчики: Роботы, которые длительное время перемещаются по воздуху.
- Вертолеты: используйте ротор с приводом для обеспечения подъемной силы и движения.
- Самолеты: используйте неподвижные или машущие крылья для создания подъемной силы.
- Дирижабли: используйте для подъема воздушный шар с нейтральной плавучестью.
- Альпинисты: Робот, который движется вверх или вниз по вертикальной поверхности, обычно по рельсам, например по веревке или проволоке.
Заявки и текущий прогресс
В настоящее время автономные роботы имеют ограниченное коммерческое применение, за некоторыми исключениями, такими как iRobot. Roomba робот-пылесос и несколько роботов-газонокосилок. Основное практическое применение BEAM заключалось в быстром прототипировании систем движения и приложений для хобби / образования. Марк Тилден успешно использовал BEAM для создания прототипов продуктов для Вау-Ви Робототехника, о чем свидетельствуют B.I.O.Bug и RoboRaptor. Solarbotics Ltd., Bug'n'Bots, JCM InVentures Inc. и PagerMotors.com также вывели на рынок товары для хобби и образования, связанные с BEAM. Vex также разработал Hexbugs, крошечные роботы BEAM.
Начинающие робототехники BEAM часто сталкиваются с проблемами, связанными с отсутствием прямого контроля над «чистыми» схемами управления BEAM. Продолжается работа по оценке биоморфных методов, которые копируют естественные системы, потому что они, кажется, имеют невероятное преимущество в производительности по сравнению с традиционными методами. Есть много примеров того, как крошечные мозги насекомых способны работать намного лучше, чем самая продвинутая микроэлектроника.[нужна цитата]
Еще одно препятствие на пути широкого применения технологии BEAM - это воспринимаемая случайная природа «нервной сети», которая требует от строителя изучения новых методов для успешной диагностики и управления характеристиками схемы. Мозговой центр международных ученых[6] ежегодно собираться в Теллурайд, Колорадо чтобы решить эту проблему напрямую, и до недавнего времени Марк Тилден принимал участие в этих усилиях (ему пришлось отказаться из-за его новых коммерческих обязательств с игрушками Wow-Wee).
Не имея долговременной памяти, роботы BEAM обычно не учатся на своем прошлом. Однако в сообществе BEAM была проделана работа по решению этой проблемы. Одним из самых продвинутых роботов BEAM в этом ключе является Hider Брюса Робинсона,[7] который обладает впечатляющими возможностями для конструкции без микропроцессора.
Публикации
Патенты
- Патент США 613809 - Способ и устройство для управления механизмом движущегося транспортного средства или транспортных средств - Тесла "телеавтомат"патент; Первый логический вентиль.
- Патент США 5,325,031 - Адаптивные нервные системы роботов и схемы управления для них - Патент Тильдена; Самостабилизирующаяся схема управления, использующая схемы задержки импульсов для управления конечностями робота с конечностями, и робот, включающий такую схему; искусственные «нейроны».
Книги и бумаги
- Конрад, Джеймс М. и Джонатан В. Миллс "Stiquito: продвинутые эксперименты с простым и недорогим роботом", Будущее шагающих роботов, работающих на нитиноле, Марк В. Тилден. Лос-Аламитос, Калифорния, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
- Тилден, Марк У. и Brosl Hasslacher, "Живые машины". Лос-Аламосская национальная лаборатория, Лос-Аламос, Нью-Мексико 87545, США.
- Тилден, Марк В. и Brosl Hasslacher, "Дизайн «живых» биомашин: как низко можно спуститься? »". Лос-Аламосская национальная лаборатория, Лос-Аламос, штат Нью-Мексико, 87545, США.
- Тем не менее, Сюзанна и Марк У. Тилден "Контроллер для четвероногого шагающего тренажера". ETH Zuerich, Институт нейроинформатики и биофизики, Лос-Аламосская национальная лаборатория.
- Брайтенберг, Валентино, "Транспортные средства: эксперименты в синтетической психологии", 1984. ISBN 0-262-52112-1
- Ритман, Эд "Эксперименты в искусственных нейронных сетях", 1988. ISBN 0-8306-0237-2
- Тилден, Марк У. и Brosl Hasslacher, "Робототехника и автономные машины: Биология и технология интеллектуальных автономных агентов", Идентификационный номер бумаги в LANL: LA-UR-94-2636, весна 1995 г.
- Дьюдни, А. "Photovores: интеллектуальные роботы создаются из обломков". Scientific American Сентябрь 1992 г., v267, n3, p42 (1)
- Смит, Майкл К. и Марк Тилден "Луч Робототехника". Алгоритм, Том 2, № 2, март 1991 г., стр. 15–19.
- Хринкив, Дэвид М., и Тилден, Марк У. "Мусорные боты, багботы и боты на колесах", 2002. ISBN 0-07-222601-3 (Сайт поддержки книги)
Смотрите также
- Аналоговый робот - робот, который использует аналоговую схему для достижения простой цели
- Автомобиль Брайтенберга - робот, который может проявлять разумное поведение, оставаясь при этом полностью апатридом
- Brosl Hasslacher - физик-теоретик
- Робототехника, основанная на поведении - отрасль робототехники, не использующая внутреннюю модель окружающей среды
- Эмерджентное поведение - процесс формирования сложного паттерна из более простых правил
- Сеть NV - Nv нейроны соединены в петлю
- Фототроп - робот, реагирующий на источники света
- Протонаука
- Solarroller - робот-драгстер, управляемый солнечным светом
- Стикито - робот-любитель, сконструированный как гексапод, работающий на нитиноле
- Черепаха (робот) - ранние формы черепашьего бота были началом работы BEAM
- Уильям Грей Уолтер - нейрофизиолог и робототехник
- Проводной интеллект - робот без запрограммированного микропроцессора и имеющий аналоговую электронику между его датчиками и двигателями, что дает ему, казалось бы, разумные действия
Рекомендации
- ^ "BEAM Robotics | Робохаб". Получено 2019-12-30.
- ^ «Справочная библиотека BEAM - схемы BEAMbot». solarbotics.net. Получено 2019-12-30.
- ^ Сообщество BEAM
- ^ Брайтенберг, Валентино. Транспортные средства, эксперименты в синтетической психологии. Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1984. Печать.
- ^ "ScoutWalker 3". Архивировано из оригинал на 2012-07-17. Получено 2012-06-21.
- ^ Институт нейроморфной инженерии В архиве 2019-07-16 в Wayback Machine (INE)
- ^ Убийца Брюса Робинсона
внешняя ссылка
- BEAM Yahoo! Архив группы
- BEAM Yahoo! Группа
- Beam-Wiki (ныне несуществующий) "Beam-Wiki (на archive.org)", 2015
- Solarbotics »,Сервер сообщества и хостинг BEAM", 2003
- Миллер, Эндрю "MicroCore"
- Болт, Стивен "PiTronics", Октябрь 2004 г.
- Ван Зоелен, А.А. "BEAM Робототехника", 1998
- Робинсон, Брюс Н. "Hider", 2005
- Уолк, Кевин "Марк Тилден Интервью", Март 2000 г.
- Фанг, Чиу-Юань, "BEAM Робототехника", 1999
- Бернштейн, Ян "BEAM Online", 2003
- Беамитали »,BeamItaly", 1998.