PODSTAWY ROBOTYKI
JW. 14.8.1
Roboty w domu
1
1. Wstęp
Tematem poniższego referatu są roboty domowe, czyli takie, które znalazły lub
dopiero mają znalez
ć zastosowanie, pracując z człowiekiem w jego domu każdego dnia.
Poruszone też zostaną pomysły, które z pewnych powodów nie zyskały większej
popularności, a jednak uznawane są za pierwsze próby wprowadzenia robotów do
gospodarstw domowych. Rozważone zostaną potencjalne zastosowania dla robotów w
naszych domach oraz wymagania jakie stawiają robotom użytkownicy.
Z raportu przygotowanego przez Europejską Komisję Gospodarczą przy ONZ i
Międzynarodową Federację Robotyki wynika, że roboty coraz częściej stają się
wyposażeniem gospodarstw domowych i w najbliższej przyszłości trend ten będzie się
nasilać. Obecnie z ludz
mi mieszka 607 tys. robotów. Większość robotów znajdujących się na
wyposażeniu mieszkań na całym świecie zostało kupionych w roku 2003.
2. Zastosowania dla robotów w domach
Ważnym elementem procesu wprowadzania robotów do codziennego życia jest
sprecyzowanie do czego roboty mogą się przydać, w jakich funkcjach miałyby one zastąpić
człowieka oraz gdzie ich pomoc jest najbardziej potrzebna.
a) Sprzątanie
Różnego rodzaju czynności porządkowe uciążliwe dla człowieka i zajmujące dużo
czasu lub trudne do wykonania na przykład dla osób starszych. Aktualnie dużo uwagi
poświęca się robotom odkurzającym mieszkanie, gdyż pojawiło się wielu chętnych na
tego typu zakup, a jednocześnie konstruktorzy borykają się z problemami związanymi
z poruszaniem się robota po całym sprzątanym pomieszczeniu oraz z unikaniem
przeszkód.
b) Transport niewielkich obiektów
2
Roboty mogłyby na polecenie użytkownika dostarczać w obrębie domu obiekty takie
jak: pilot od telewizora, jedzenie z kuchni, narzędzia, ubrania itp. Problemem jest
umożliwienie robotowi poruszania się po całym domu oraz dostępu do takich
obiektów jak szafa czy lodówka.
Rys. 1. Robot przynoszący piwo
c) Rozrywka
Wbudowanie robotom różnego rodzaju funkcji multimedialnych pomaga dostosować
je do potrzeb z zakresu rozrywki. Robot może pełnić funkcję poruszającego się za
właścicielem odtwarzacza płyt CD lub filmów, po załadowaniu odpowiedniego
programu opowiadać dowcipy, śpiewać lub recytować poezję. Dzięki połączeniu z
komputerem może też być wykorzystywany do współpracy z grami komputerowymi.
d) Skuteczny budzik
Jako budzik robot mógłby nie tylko ograniczać się do podjeżdżania do łóżka i
generowania dz
więków wywołujących budzenie, ale też za pomocą innych akcji
przekonywać domownika do wstania z łóżka. Powstały już roboty oblewające
opornego śpiocha wodą lub zrzucające z łóżka za pomocą specjalnego ramienia,
wszystko zależy od tego, jak bardzo zależy komuś na tym by nie spóz
nić się do szkoły
czy pracy.
e) Pilnowanie domu
Pozostawione w domu roboty mogłyby pełnić funkcję strażnika broniącego domu
przed włamywaczami lub pożarem. W tym celu wyposaża się je w czujniki ruchu i
dymu, kamery, wykrywacze działające w podczerwieni. Należałby jednocześnie
3
zapewnić kontakt robota z właścicielem lub najbliższą jednostką policji dzięki czemu
istniałaby możliwość szybkiego zaalarmowania o niebezpieczeństwie i podjęcia
odpowiednich kroków. Konieczne jest też stworzenie oprogramowania
umożliwiającego robotowi odróżnienie prawdziwego zagrożenia od fałszywego
alarmu.
f) Edukacja
Dzięki połączeniu z internetem roboty zyskują dostęp do ogromnej bazy wiedzy,
dzięki czemu mogą stanowić nieocenioną pomoc dla dzieci podczas nauki. Dzięki
przyjaznemu wyglądowi, funkcjom multimedialnym może on zachęcać do nauki i
uczyć poprzez zabawę ( różnego rodzaju gry ).
3. Wymagania stawiane robotom domowym
Roboty, które miałyby egzystować obok człowieka każdego dnia powinny spełniać
kilka warunków, aby stać się jak najbardziej przyjaznymi i użytecznymi dla domowników:
a) Przyjazny wygląd
Wizualne wrażenie jest z punktu widzenia użytkownika bardzo istotne. W odpowiedzi
na wymagania klientów producenci robotów starają się aby ich produkty wyglądały
jak najbardziej przyjaz
nie. Chętnie upodabnia się roboty do zwierząt domowych (koty,
psy, myszy, papugi) lub do samego człowieka. Tam gdzie nie jest możliwe nadanie
takich kształtów urządzeniu, ze względu na wymagania co do funkcji, tworzy się inne
formy przyciągające uwagę klientów.
b) A
atwość programowania i obsługi
Należy pamiętać, że przeciętny użytkownik robota domowego nie jest programistą, ani
informatykiem, co więcej, może w ogóle nie mieć o tych dziedzinach wiedzy żadnego
pojęcia. Obsługa domowego robota musi być na tyle łatwa, żeby domownik nie musiał
spędzać zbyt wiele czasu przeglądając instrukcję obsługi. Ewentualne dodawanie
programów też powinno być jasne i przejrzyste. Jeśli producent nie spełni tych
wymagań potencjalni klienci mogą zrezygnować z zakupu z obawy przed zbytnim
skomplikowaniem maszyny i korzystania z niej.
c) Duży wybór funkcji
Robot w domu ma być użyteczny, Im więcej funkcji posada tym częściej można go
wykorzystywać i tym częściej zastępuje on człowieka. Człowiek chętniej dokona
zakupu towaru, o którym wie, iż będzie w stanie zrekompensować swoje koszta, tak
więc oczekuje konkretnych możliwości wykorzystania robota w domu.
d) Niezawodność
4
Kiedy robot zostanie zakupiony oczekuje się od niego, iż będzie pracował, realizował
zadane programy, wykonywał polecenia i to bez większych trudności. Nikt nie ma
ochoty na zakup drogiego, ładnego robota, z którym trzeba odwiedzać serwis średnio
raz w tygodniu w celu dokonania napraw. Człowiek przekazując część swych
domowych obowiązków maszynie oczekuje od niej skutecznej i bezawaryjnej pracy.
e) Możliwie duża samodzielność
W przypadku gdy robot znajdzie się już w naszym domu i zadane mu zostanie
wykonanie konkretnego zadania, maszyna ma je po prostu wykonać. Nie ma sensu
wykorzystywanie robota, któremu ciągle trzeba dogrywać kolejne fragmenty
programu, zadawać nowe parametry lub pomagać w pokonywaniu niektórych
przeszkód. Oczekuje się, że robot pozostawiony samemu sobie z jakimś zadaniem
samodzielnie poradzi sobie z jego wykonaniem, bez konieczności nadzoru ze strony
człowieka.
4. Pierwsze roboty domowe
Na początku lat 80-tych pojawiły się pierwsze firmy zainteresowane produkcją
robotów, które mogłyby znalez
ć zastosowanie w każdym domu. Do pierwszych firm tego
typu zalicza się: Androbot, HeathKit, Rhino Robots, Cormo Robots, ARCTEC Systems.
Produkty tych firm pojawiły się w sprzedaży seryjnej, jednak do dziś nie przetrwało zbyt
wiele egzemplarzy. Posiadaczami robotów z lat 80-tych, są aktualnie przede wszystkim
prywatni kolekcjonerzy, hobbyści lub sami twórcy. Twórczy tamtejszych robotów musieli
radzić sobie z wieloma problemami, które dziś nie stanowią już trudności.
4.1. Firma Androbot
Androbot to firma, która rozpoczęła swoją działalność na początku lat 80-tych. Została
założona przez Nolana Bushnella. Roboty, które powstały w tej firmie służyły głównie
zabawie i edukacji. Część sprzętowa robotów zamknięta była w plastykowej obudowie
umieszczonej na metalowej podstawie z kółkami umożliwiającymi poruszanie. Do najbardziej
znanych robotów tej firmy należą Androman, F.R.E.D i Topo.
5
Rys. 2. Robot Androman
Rys. 3. Robot F.R.E.D. (Friendly Robotic Educational Device)
Podstawowa konstrukcja wszystkich robotów opiera się za bardzo podobnych założeniach.
Androman był większy i jego jedynym zastosowaniem była zabawa interaktywna we
współpracy z systemem do gry ATARI 2600. Robotem można było sterować za pomocą
joysticka. Robot poruszał się po specjalnie przygotowanej powierzchni trójwymiarowej
6
odpowiednio współpracując z tym co działo się na ekranie monitora podczas gry. Androman
wydawał też informacje głosowe (gratulował, ostrzegał).
F.R.E.D. był przeznaczony dla młodszych użytkowników (w wieku od 6 do 14 lat). Miał on
możliwość poruszania się po płaskich powierzchniach, przy czym specjalny czujnik
informował go o niebezpiecznych krawędziach, dzięki czemu robot unikał na przykład
upadków ze stołu. Dzięki wyposażeniu robota w specjalne ramię z długopisem mógł on
odtwarzać kształty geometryczne obiektów zadawanych mu za pośrednictwem komputera.
Dodatkowo do wyposażenia F.R.E.D. a dołączony był wagonik, który umożliwiał mu
transport niewielkich obiektów.
Topo pojawiły się w sprzedaży w 1983 r. Posiadały plastykowe ciało i metalową podstawę.
Mogły być sterowane joystickiem lub poruszać się zgodnie z otrzymanym programem. W
kolejnych wersjach robota poprawiono komunikację z komputerem, dodano też opcję
mówienia (text-to-speech). Wykorzystywano je początkowo jako pomoc edukacyjną dla
dzieci, z czasem dodawano opcje np.: odkurzacza, były jednak głośne i mogły utknąć w
pokojowych zakamarkach.
Rys. 4. Robot z serii Topo
4.2. Firma HeathKit
Firma ta produkowała i sprzedawała roboty od początku lat 80-tych do 1995 r. To
właśnie jej produkty osiągnęły największy sukces i zdobyły największą popularność ze
wszystkich prezentowanych w tym rozdziale. Firma HeathKit stworzyła 4 modele: HERO 1,
HERO JR, HERO 2000 i Arm Trainer. Były wrażliwe na dz
więki, światło oraz ruch.
7
Najbardziej przyjazny dla człowieka jest HERO JR. Posiadał wiele funkcji mających pomóc
mu zaprzyjaz
nić się z człowiekiem:
- śpiewanie piosenek, recytowanie poezji, gry
- pilnowanie domu (dzięki detekcji ruchu)
- budzenie mieszkańców o wskazanej porze
- programowanie z poziomu domowego komputera
a) b)
Rys. 5. a) Robot HERO Jr, b) Robot Hero 2000
Na podstawie powyższych rysunków (rys.5.) różnicę zarówno w wyglądzie jak i
zaawansowaniu stosowanej technologii w przypadku starszego HERO Jr i dużo nowszego
HERO 2000.
Rys. 6. Arm Trainer firmy HeathKit przeznaczony do wykorzystania w przemyśle
8
Robot widziany na rys.6. został skonstruowany dla potrzeb przemysłu na bazie technologii i
doświadczenia jakie firma HeathKit zyskała tworząc roboty typu HERO.
4.3. Firma Rhino Robots
Roboty i części zamienne do produktów tej firmy nadal są produkowane. Firma
zapewnia też pojawianie się dodatkowych części i ulepszeń. Niestety nie zachowała się
dokumentacja dotycząca pierwszych robotów tej firmy, tak więc najstarsze modele posiadają
już wartość jedynie historyczną.
Rys. 7. Rhino XR-1 Robotic Arm jeden z najstarszych produktów firmy, już nie produkowany
4.4. Firma Tomy
Firma Tomy w latach 80-tych stworzyła serię robotów osobistych. Nie posiadały one
rozbudowanych opcji programowania. Sterowane były za pomocą pilota. Najpopularniejszy
z serii był Omnirobot 2000, który potrafił serwować napoje na specjalnej tacy.
Programowanie ruchów odbywało się poprzez nagranie programu na kasetę magnetofonową,
którą robot mógł odtwarzać. Robot był zasilany przez 4 baterie 6V.
9
Rys. 8. Omnirobot 2000
Oprócz modelu widocznego na rys.8. powstało kilka innych, między innymi robot sterowany
głosowo, robot z tacą do podawania posiłków.
5. Projekty realizowane dziś
Szybki rozwój technologii otworzył przed twórcami robotów nowe możliwości.
Roboty mogą być aktualnie mniejsze, mogą posiadać o wiele więcej funkcji, lepiej
współpracować z otoczeniem. Duże znaczenie ma powszechny dziś dostęp do internetu.
Nowe technologie są ogólnodostępne, a korzystać z nich można nie ruszając się sprzed
komputera. To wszystko sprawia, iż koszty produkcji robotów, a co za tym idzie ich cena są
dużo niższe. Roboty nie są już  skrzynkami na kółkach , lecz upodabniają się do zwierząt, a
nawet człowieka. Przedstawione zostaną poniżej przykłady robotów zarówno tworzonych
przez duże i znane firmy, jak i konstrukcje amatorskie.
5.1. Furby
Furby pojawił się na rynku w 1998 roku jako produkt Tiger Electronics. Dzięki
przeprowadzonej kampanii reklamowej w ciągu 2 lat na całym świecie sprzedano około 12
milionów egzemplarzy. Produkt jest przeznaczony dla dzieci. Nadano mu przyjazny wygląd,
aby zachęcić do zakupu. Model reaguje na zmieniające się oświetlenie, dz
więki, dotyk.
Odpowiada na impulsy za pomocą komunikatów głosowych, poruszanie uszami lub mruganie
oczami. Posiada możliwość komunikacji z innymi robotami tego samego typu oraz opcję
uczenia się.
10
Furby jest przykładem sukcesu komercyjnego, który udało się uzyskać dzięki wyglądowi
zewnętrznemu robota, który zastał przystosowany tak by wzbudzać sympatię, doskonale
przeprowadzonej kampanii reklamowej i zwróceniu swojej oferty do grupy najbardziej
podatniej na sugestię, czyli dzieci.
Rys. 9. Jeden z wielu modeli Furby
 Futrzak wciąż ciszy się dużą popularnością szczególnie za granicą. Istnieją strony
internetowe zrzeszające użytkowników, ciągle powstają dodatki do oprogramowania
podstawowego oraz mnóstwo nowych dodatków zmieniających wygląd Furby ego.
5.2. Aibo (firmy Sony)
AIBO pierwszy raz został zaprezentowany w 1999 roku. Robot jest stosunkowo tani,
jak na swoje możliwości. Ta plastykowa zabawka o kształcie psa została zaprogramowana do
okazywania emocji za pomocą dz
więków i światła. Aibo porusza się po podłodze i reaguje na
głaskanie po głowie. Jego mózgiem jest 64-bitowy procesor RISC, ma 20 przegubów ,
czujniki dotyku, kolorową kamerę CCD, czujnik odległości na podczerwień, czujnik
przyspieszenia i kątowy czujnik prędkości. Ten "szczeniak" potrafi kopnąć piłkę i podnieść
się z pozycji leżącej.
11
Rys. 10. Aibo firmy Sony
Kilka danych liczbowych dotyczących Aibo:
- Wysokość: 26,6 cm
- Długość: 27,5 cm
- Masa: 1,6 kg
- Koszt: 2 500 dolarów
- Układ wizyjny: kamera cyfrowa
- Sensory: kontaktu, podczerwieni, przyspieszenia, prędkości kątowej, mikrofon
- Procesor 576MHz
- 64MB - SDRAM
- Akumulatory: litowe
- Zasilanie zewnętrzne: prąd stały do ładowania akumulatorów
5.3. Banryu (firmy SANYO)
Banryu to jeden z najnowszych robotów firmy Sanyo. Dostępny w sprzedaży od 2003
roku. Jego nazwę tłumaczy się jako: guard-dragon. Rozwija prędkość 15 metrów/min, jest w
stanie pokonywać przeszkody o wysokości 10 cm. Specjalny czujnik pozwala mu wykrywać
w powietrzu dym i informować o potencjalnym pożarze. Jest też w stanie wykrywać ruch.
Producent twierdzi, iż robot ten może z powodzeniem dbać o bezpieczeństwo naszego
mieszkania.
Ten robot ochroniarz domu kojarzy się trochę z małym dinozaurem, ale naprawdę wygląda
tak, że mógłby zagrać w filmie Gwiezdne Wojny. To robot dla ludzi, którzy posiadają psy,
aby pilnowały ich domu, ale żałują, iż zwierzę nie umie zadzwonić na policję. Ten robot
czołga się po domu podczas nieobecności mieszkańców, pokrywając około 15 metrów
12
powierzchni na godzinę, czyha na intruzów i  węszy za dymem. A jeśli wyczuje cokolwiek
podejrzanego, wzywa pomoc i wysyła zdjęcia domu na telefon komórkowy właściciela.
Rys. 11. Banryu firmy Sanyo dostępny też w innych kolorach
wymiary 100x80x70cm
waga około 40kg
praca w trybie
- zwierzę domowe
- strażnik
- zdalne sterowanie
5.4. Cybert
Cybert jest przedstawicielem robotów budowanych przez niewielkie firmy często
zakładane przez hobbystów i amatorów. Tego typu działalność staje się coraz bardziej
popularna, dzięki dość powszechnemu w ostatnim czasie dostępowi do technologii,
komputerów i internetu. Dodatkowym plusem zakupu robota w takiej firmie jest fakt, iż
wszelkie ulepszenia i dodatkowe programy pojawiają się niemal codziennie na stronach
internetowych twórców i można je pobrać za darmo lub też uzyskać pomoc techniczną niemal
natychmiast.
13
Rys. 12. Robot Cybert
Cechy robota:
1.Współpraca z komputerem PC
2.Opcja gier (opowiadania dowcipów, śpiewanie piosenek)
3.Programowany w języku Visual Basic
4.Opcja odczytywania wiadomości e-mail użytkownikowi
5.Nieograniczona pojemność słownika
6.Informowanie o wiadomościach giełdowych lub nowościach ze świata
7.Generator mowy, czujniki ruchu, dz
więku i natężenia głosu
8.Programowalne zachowania w różnych sytuacjach
9.Całkowity koszt około 1000$
Ciekawym rozwiązaniem w przypadku Cyberta jest dość łatwy sposób
programowania, dzięki czemu każdy sam może udoskonalać zachowania i opcje robota,
dostosowując go w ten sposób do indywidualnych potrzeb i upodobać.
5.5. Hexor
Hexor to polski robot domowy. Skonstruowali go naukowcy z Politechniki Śląskiej w
Gliwicach. Nad projektem pracowali trzy lata. Hexor kształtem przypomina skorpiona: ma
sześć odnóży i charakterystyczny odwłok. Dzięki kamerze i innym czujnikom "widzi" to, co
znajduje się w pobliżu. Porusza się za sprawą małego akumulatora, a uruchamia się go po
naciśnięciu klawisza komputera. W domu taki robot może monitorować mieszkanie czy
sprzątać. Wystarczy tylko przygotować odpowiedni program komputerowy.
Jak dotąd Hexor jest jeden, ale jak zapewniają jego konstruktorzy, nic nie szkodzi na
przeszkodzie, by rozpocząć seryjną produkcję. Wyprodukowanie jednego trwa około
miesiąca. Mówi się, że Hexor jest pierwszym polskim robotem, który śmiało może
konkurować z amerykańskimi czy japońskimi rozwiązaniami.
14
Rys. 13. Polski robot domowy Hexor
5.6. Roomba
Średnio ponad rok życia spędza się na ośmiogodzinnej pracy przy odkurzaniu.
Odkurzanie jest jedną z prac domowych:
- najmniej lubianych,
- najbardziej czasochłonnych,
- wymagających największego wysiłku.
W myciu naczyń i praniu zastępują już nas maszyny. Roomba to zautomatyzowane
urządzenie sprzątające, które pomaga utrzymać w czystości podłogi w okresie pomiędzy
gruntownymi porządkami, bez kłopotliwego popychania i podążania za odkurzaczem. Robot
sprzątający z obrotowymi szczotkami dokładnie czyści typowe powierzchnie podłóg: z
twardego drewna, linoleum, płytek, dywanów z małym i średnim włosem, przy minimalnym
lub bez żadnego nadzoru człowieka. Po rozpoczęciu sprzątania robot wędruje po podłodze
ruchem spiralnym. Jego nie powodujący uszkodzeń zderzak utrzymuje go przy ścianie lub
próbuje odnalez
ć ścianę poruszając się przez chwilę spiralnie. Następnie robot będzie podążał
wzdłuż ściany przez krótki okres czasu i przy pomocy wirującej, bocznej szczotki do
czyszczenia obrzeży pomieszczenia spychał kurz spod ściany w swoją stronę. Po
wysprzątaniu obszaru wzdłuż ściany lub innego obiektu, odkurzacz będzie przemierzał
pomieszczenie w poprzek po liniach prostych. Procedura ta jest powtarzana, aż do
wyczerpania limitu czasu przeznaczonego na sprzątanie. Ścieżka sprzątania, po której porusza
się odkurzacz, została zaprojektowana w sposób umożliwiający wysprzątanie maksymalnej
powierzchni pomieszczenia.
15
Rys. 14. Robot Roomba
Robot sprzątający Roomba automatycznie wykrywa schody i odwraca się od nich.
Jeśli jednak sprzątane pomieszczenie posiada wyjście na balkon, należy je zablokować, aby
zapewnić bezpieczną pracę robota sprzątającego Roomba i uniemożliwić mu opuszczenie
pomieszczenia.
Robot czyści 3-etapowo:
1. Wirująca szczotka boczna wymiata kurz z rogów i obrzeży pomieszczenia w stronę robota
sprzątającego Roomba.
2. Dwie obracające się w przeciwnych kierunkach szczotki zbierają duże i średnie drobiny.
3. Wysoko wydajna gumowa ssawka zbiera kurz i małe drobiny pozostawiając czystą
podłogę.
5.7. Inne roboty
Przedstawiam też kilka robotów w początkowej fazie projektów. Nie poświęcam im
większej uwagi ze względu na to, iż brak dokładnych informacji o ich parametrach i
przeznaczeniu lub znalezione wiadomości ograniczają się jedynie do notek reklamowych.
Istnieje jednak spora szansa, że za jakiś czas pojawią się w powszechnej sprzedaży, a może
nawet zamieszkają w naszych domach.
16
Rys. 15. I-Cybie
Rys. 16. RL-550 inteligentny odkurzacz
Rys. 17. Trilobot firmy Arrick
17
6. Prognozy na przyszłość dla robotów domowych
Przewiduje się, że przed końcem roku 2007 w domach ludzie będą trzymać już 4,1
mln robotów. Przyczyny nasilającego się trendu to między innymi spadek cen i wzrost
możliwości robotów. W odróżnieniu od wizji z filmów science-fiction, większość robotów
domowych w najbliższym czasie nie będzie humanoidalnymi, wielozadaniowymi maszynami,
lecz po prostu inteligentnymi odkurzaczami. Główny obszar ich zastosowań w domu stanowić
ma bowiem sprzątanie: odkurzanie, strzyżenie trawników, czyszczenie basenów i mycie
okien. Nie znaczy to oczywiście, że nie będzie bardziej zaawansowanych robotów  oprócz
sprzątania mają się one zajmować ochroną obiektów i rozrywką.
Wraz z rozwojem robotów, który od kilku lat postępuje bardzo szybko zwiększy się
też prawdopodobnie zaufanie ludzi do maszyn. Raczej nie przerazi nikogo katastroficzna
wizja przyszłości jaką czasem prezentują autorzy filmów i książek, gdzie roboty zwracają się
przeciw ludziom  swoim twórcom. Zwycięży perspektywa wygody jaka niesie pojawienie
się robotów w naszych domach, jak również poczucie dodatkowego bezpieczeństwa i kontroli
nad tym co dzieje się w naszym domu podczas nieobecności domowników, dzięki robotom
wyposażonym w kamery , czujniki i stały kontakt z właścicielem poprzez internet lub telefon
komórkowy.
Bibliografia
http://www.home-robot.com
http://www.sanyo.co.jp
http://www.robotgallery.com
http://www.world.sony.com
http://www.mimitchi.com
18