Robot je stroj pracující surčitou mírou samostatnosti, vykonávající určené úkoly, a to předepsaným způsobem a při různých mírách potřeby interakce sokolním světem a se zadavatelem: Robot je schopen své okolí vnímat pomocí senzorů, reagovat na něj, zasahovat do něj, případně si o něm vytvářet vlastní představu, model. Vnímáním světa nejenže může poznávat svět samotný, ale může také vyhodnocovat svůj vliv na něj a využívat tak zpětnou vazbu. Robot je fyzickou realizací obecnějšího pojmu agent.
Slovo robota bylo známo již v17.století, ve významu otrocká práce poddaných. Mírně pozměněné je roku 1921 poprvé ve významu stroj použil český spisovatel Karel Čapek vdramatu R.U.R. Slovo mu poradil jeho bratr Josef Čapek, když se s ním Karel bavil o tom, jak umělou bytost pojmenovat. Původně zamýšlený labor zněl autorovi příliš „papírově“.[3][4][5][6][7] Josef Čapek podle bratrova svědectví navrhl slovo robot „se štětcem vústech a maloval dál“. Tak vzniklo jedno ze světově nejznámějších slov českého původu, všeobecně rozšířené zejména díky proniknutí do angličtiny.
V Čapkově díle je slovo robotskloňováno jako životné podle vzoru pán. Zkratka R.U.R. je označuje velkými písmeny a nazývá v množném čísle Rossumovi Universální Roboti. Včeštině se posléze vyvinuly dva způsoby skloňování podle charakteru robota: Pro inteligentní nebo humanoidní roboty se (obvykle ve vědeckofantastické literatuře) zpravidla používá životné skloňování vzoru pán (4. pád robota, 1. pád pluráluroboti). Pro průmyslové a jiné člověku nepodobné roboty (např. „kuchyňský robot“) se používá spíše neživotné skloňování podle vzoru hrad (případně podvzoru les: 2. pád robota i robotu, 4. pád robot, 1. pád plurálu roboty).[8][9]
Podle generace na:
roboty 1. generace – pracují na základě pevného programu
roboty 2. generace – vybavené senzory a čidly, díky nimž reagují na okolní podmínky
Podle jejich schopnosti přemisťovat se na:
stacionární – nemohou se pohybovat zmísta na místo (například průmyslové manipulátory)
mobilní – mohou se přemisťovat (například vesmírné sondy a vozítka na Marsu)
Dále také podle:
pohybových možností,
autonomie,
účelu (boj, výroba, tiskárny a plotry, přeprava, průzkum),
způsobu programování, a i jinak.
Podle účelu, vzhledu, způsobu vzniku, schopností a dalších aspektů rozlišujeme tyto roboty:
Manipulátor – stroj nemající vlastní inteligenci. Je ovládán na dálku.
Kuchyňský robot – kombinace mixéru, hnětače a dalších kuchyňských strojů, obvykle provedený jako motorová jednotka snástavci
Android – robot podobný člověku – obvykle se očekává biologické složení. Roboti vR.U.R. byli podle tohoto dělení androidi.
Humanoid – robot podobný člověku principiální stavbou těla a zejména způsobem pohybu.
Anthropomorfní – stroj, který se člověku přibližuje (napodobuje ho) buď fyzicky, způsobem pohybu, nebo naopak mentálně (např. HAL 9000).
Kyborg (kybernetický organismus) – umělá bytost či mysl, biologické, přírodní tělo plně pod vládou stroje, skrze nějaké bio-kybernetické propojení. Naproti tomu opačný pól je živá, přírodní bytost či mysl suměle upraveným tělem, např. obohaceným o mechanické či elektronické součástky, ze kterého vextrémním případě mohl zůstat i jen mozek (viz bionika), ale stále považovaná za člověka.
Termín robot se používá též pro počítačové programy, který za svého majitele provádí opakované činnosti (viz robot (počítačový program)).
Zásadním problémem pohybu robota je nespočetné množství možností umístění chapadla do prostoru, například kvůli následné možnosti interakce/kolize se sebou samým. Zde má vliv konstrukce pohyblivých částí:
kloubové úhlové, nebo otočné (např. chapadlo),
teleskopické, posuvné (např. vozík na mostku).
Jde o rozhodování o poloze nejen koncového (funkčního) bodu chapadla, např. klepeta, ale i určení polohy všech mezilehlých kloubů až zpět kzákladně. Tento problém nutnosti určování polohy při velkých počtech stupňů volnosti řeší tzv. inverzní kinematická úloha.
Stím souvisí i komplexnost řízení jednotlivých pohonů, zda se ovládají sekvenčně (jeden po druhém), nebo zda se vmodelovém prostoru stavů pohybuje robot přímo, tedy všemi pohony najednou (pohyb po kolmé síti vs. úhlopříčně): pak už je totiž potřeba nejen schopnost mít pohon zapnutý/vypnutý, ale také i měnit a udržovat/regulovat rychlost každého pohonu zvlášť, např.: přímkový pohyb rotačně-kloubového chapadla nebo naopak oblý pohyb můstkového vozíku. Proto se od samosvorných krokových motorků dá postoupit dále kvolným pohonům sice smožností analogově plynulého pohybu, ale zase vyžadujících přesnou regulaci.
Spodrobnějším povědomím o dynamice systému pak lze pohyb zefektivnit a ušetřit nejen čas, ale i energii: Např. pro pohyb dolů musí samosvorný pohon začít dodávat energii, kdežto dynamický jí naopak bude dodávat méně nebo dokonce rekuperovat.
Zmiňovaná dynamika se může dále komplikovat scílem plynulejších pohybů: Od řízení polohy konstantní rychlostí, přes ovládání rychlosti konstantním zrychlením a dále přes regulaci zrychlování na max. povolenou hodnotou až po obecný Taylorův rozvoj diferenciálu polohy.
Se zvýšením dynamiky se však také zvyšuje potřeba interakce sokolím: Zatímco primitivnímu výtahu skonstantní pojezdovou rychlostí stačí kzastavení jen signální kontakt na konci, když jinak celou cestu jede naslepo, dynamické stroje kvůli bezpečnosti a přesnosti potřebují interagovat neustále, např. CNC stroje, a to buď přímo sokolím, anebo alespoň se svým vnitřním modelem okolí.
Pro zaručení přesnosti se od dynamiky dokonce úmyslně upouští, a to jak vhloubce derivací řízené veličiny, tak i zpřísněním hodnot provozních limitů. Příkladem může být pomalý dojezd výtahu přesně na úroveň podlaží, kdy se po přiblížení skokově přepne do méně dynamického režimu: Sice pomalejšího, ale bezpečnějšího.
Jak už bylo předvedeno výše, míra vlastní interakce stroje sokolím je dána mírou dynamiky stroje: Čím dynamičtější stroj je, tím přesnější povědomí o svém okolí potřebuje. A také potřebuje / dovolí o to méně zásahů lidské obsluhy. Ztohoto pohledu lze mluvit o různé autonomii stroje na člověku:
Řízený stroj, přímé vedení, bez rozhodovací schopnosti, kromě člověka nepotřebuje interakci sokolím (např. výtah jede pouze při stisknutém tlačítku).
Ovládaný stroj, vykonává činnost podle zadaného pokynu, logická rozhodovací schopnost, konečný automat (např. výtah zastaví až vpožadovaném patře, inteligence spamětí jednoho bitu, přídržné tlačítko).
Regulovaný stroj, dosahuje cíle předem určeným způsobem, dosahuje cíle za různých podmínek různými cestami, analogové rozlišení míry intenzity jevu (např. výtah, při náhlé volbě nové cílové stanice těsně před ní, tuto raději přejede a vrátí se, nezastaví hned, takže cestující nepodklesnou vkolenou ani neposkočí sžaludkem vkrku).
Autonomní stroj, dosahuje cíle způsobem, který si zvolí (metodologie volby je však stále předepsána). Sice se stále může držet nejpřímější předpokládané cesty, ale nijak jí nepředpokládá, vždy si jí znovu ověřuje, a vpřípadě překážek i sám hledá cestu kdosažení cíle, bez limitu vzdálenosti od původního přímého směru (např. algoritmus A*).
Inteligentní stroj, sám si volí cíle, člověka nepotřebuje, utopie: Hraniční výsledek oboru umělé inteligence.
Za vůbec prvního robota lze označit soustavu radar-počítač-kanóny, kdy bojové užití počítačů bylo prvotní myšlenkou. Příkladem je ENIAC a další systémy řízení palby na palubách válečných lodí, například Gun Fire Control System (GFCS) na těch amerických.
První průmyslový robot Unimate od firmy Unimation byl zprovozněn na výrobní lince General Motors vNew Jersey vroce 1961. V roce 1989 převzala kontrolu nad americkou společností Unimation švýcarská firma Stäubli, která i nadále pokračuje s vývojem a prodejem průmyslových robotů.
Vládu na poli robotiky brzy převzalo Japonsko, které neuznávalo patenty Unimate registrované vUSA. Dodnes je Japonsko na čele oboru, jak na poli průmyslových manipulátorů, tak humanoidní konstrukce. Za jednoho znejdokonalejších robotů humanoidní konstrukce lze považovat robota týmu SCHAFT, který vroce 2014 vyhrál soutěž DARPA Robotics Challenge.[10]
Těžko si představit obor lidské činnosti, kde by se roboti nemohli uplatnit. Už dnes působí např. vtěchto oblastech:
osobní výpomoc: domácí vysavač, robotický administrativní asistent vnemocnicích.
kybersport: robofotbal.
doprava: letecký autopilot (robotem je pak celé letadlo), kolejové vozy bez řidiče, vývoj samořízeného automobilu.
na okraj pole působení robotů lze zařadit i značně distribuované systémy: Městské semafory, systém řízení dopravy např. vpražských tunelech na Smíchově (včetně závor a poloautonomních informačních tabulí).
přímé programování
vedením robotova ramena (teach-in)
zadáváním povelů zovládacího panelu
nepřímé programování (off-line) – zadáváme prostorové křivky (získané např. podle výkresů)
plánování (on-line) – obdobně jako předchozí, ale robot se přizpůsobuje měnícím se vnějším podmínkám (pomocí čidel)
Zadávání pozice ramena může principiálně probíhat 2 způsoby:
spojitá trasa (continuos path) – zadání přesné pozice ramena ve všech okamžicích činností robota (vedení ramena, nepřímé programování, přímé plánování)
od bodu kbodu (point-to-point, way-point) – zadání konkrétních pozic, vnichž se rameno musí vkonkrétních časech činnosti nacházet (zadávání zovládacího panelu), předpokládají se bezproblémové přímé přechody mezi elementárními pozicemi.
Tato část článku potřebuje úpravy.
Pro získání informací o okolí využívají roboty různé senzory.
dotykové
pružinová tykadla smikrospínači na detekci jejich ohnutí
distanční
sonarovou echolokaci
laserové dálkoměry
vizuální
prosté kamery
stereo vidění
panoramatické kamery
hyperbolická zrcadla
radionavigaci striangulací
GPS
I když vázány na jediné místo (anebo bez možnosti svou polohu ovlivnit), i stacionární roboti stále mají možnost interakce sokolím a své okolí ovlivňovat.
aplikace /application/ – nanášení lepidel, těsniv, tlumiv
lakování /painting/ – stříkání tekutých a práškových barev, laků
manipulace /handling/ – překládání,nakládání a vykládání pro dopravníky nebo např.: pro simulace pohybu modelu vaerodynamickém tunelu.
paletizace /palletizing/ – skládání nebo vykládání výrobků na paletách
kontrola /checking/ – měření pomocí kamer, laseru a čidel
Manipulátory
Průmyslové manipulátory jsou dnes hojně využívány vmnoha odvětvích. Vdnešní době je lze aplikovat do většiny výrobních procesů. Pro pohyb svého těla využívají většinou 6 os, ale i více. 7. osa může být např. použita pro přesun po koleji kdy robot popojíždí vedle výrobku, synchronizován sdopravníkem a po vykonání úlohy se vrací zpět nebo pro sevření kleští při bodovém sváření.
nedostupnost místa působení – sopky, potrubí, jiná planeta, mořské dno
odstranění monotónních prací
Podvozky mobilních robotů
Dělíme podle hlediska vzoru vzniku na dvě skupiny: biologické soustavy (kráčející, plazivé, šplhající, létající roboty) a umělé soustavy (kolové, pásové, polštářové roboty).
diferenciální podvozek – dvě hnaná kola, rovnováha udržována opěrnými body, nebo pasivním kolem (koly)
synchronní podvozek – často 3 kola, každé se 2 stupni volnosti (může se otáčet i natáčet)
trojkolový podvozek sřízeným předním kolem – 2 hnaná kola a jedno motoricky natáčené
Ackermanův podvozek – 4 kola, ztoho 2 pevná a 2 natáčená kola (každé mírně jinak – vnitřní více a vnější méně – protože každé při zatáčení opisuje jinou dráhu); tyto podvozky mají běžné automobily
trojúhelníkový podvozek střemi nezávisle poháněnými koly, jejichž osy procházejí těžištěm a jejichž povrch (složený obvykle zmalých koleček) umožňuje volný skluz ve směru osy
podvozky se všesměrovými koly
pásové podvozky
kráčející podvozky
Nejen pro pohon se mobilní robotice využívají různé druhy elektromotorů. Patří mezi ně:
servomotor – integrovaná převodovka a inkrementální enkodér
Zdroje energie mobilních robotů
Zdrojem energie pro mobilního robota bývá nejčastěji baterie elektrických článků (primární zdroj, nelze jej nabít a znovu použít) nebo akumulátor (sekundární zdroj, lze jej nabít a opětovně využít).
Způsoby navigace mobilních robotů
Dead reckoning – matematická procedura pro určování současné pozice vozidla pomocí postupného přičítání díky známému kurzu a rychlosti vprůběhu času (nejjednodušší implementací této metody je odometrie)
Sledování vodicí čáry (guidepath following) – robot opticky či pomocí magnetometrů (či Hallových sond) sleduje vodicí čáry; pro svou spolehlivost je to vprůmyslu nejpoužívanější metoda
BAUER, Zdeněk. Jak vytvořit atraktivní obchodní název firmy, služby, produktu, značky. Praha: Zdeněk Bauer, 2014. 340s. ISBN978-80-904272-7-3. S.9, 286, 287.
MARGOLIUS, Ivan. The Robot of Prague. Newsletter The Friends of Czech Heritage. Autumn, roč. 2017, čís. 17, s. 3–6. Dostupné online. Archivováno 11. 9. 2017 na Wayback Machine.