Összetett berendezés

A jobboldali ábrán a vezérlőszekrény (controller) főbb elemeit láthatjuk. A szekrényben mindig találunk egy központi számítógépet, melynek feladata sokrétű: Tárolja a robot programját, vezérli a hajtások összehangolt mozgatását, lehetővé teszi a programozást és diagnosz- tikát, stb…

A robotkar mozgatómotorjai és a computer közötti illesztést tenge- lyenként külön kártya (szervóhajtás) végzi. Ezeket az alkalmazott motorokhoz kell választani, általában rack-rendszerben cserélhetőek.

A robotkaron levő elmozdulás- és elfordulásérzékelők jelei ma már gyakran nagysebességű buszon jutnak a vezérlőbe, de szükség van két- vagy többállapotú fizikai ki- bemenetek kezelésére is. Lehet a robotkaron pl. egy mágnesszelep, megfogó, stb.

A klasszikus módszer

A jobboldali képen látható a klasszikus robotvezérlő szekrény. Ebben a computer még gyártóspecifikus, csakúgy mint a rajta futó operációs rendszer és egyéb alkalmazások. A kezelőfelület egy szintén gyártóspecifikus eszköz, rajta praktikusan elhelyezett funkcióbillentyűkkel, esetleg érintőképernyővel, botkormánnyal kiegészítve. A feldolgozóipari folyamatirányításban hasonló kategórát jelentenek a klasszikus DCS-ek.

A törtető PC

A robotok világát sem kerüli el a PC rohamos előretörése. A baloldali képen egy PC-alapú robotvezérlőt látunk. Ezek tulajdonképpen nem mások, mint ipari PC-k, rajtuk többnyire kereskedelmi forgalomban kapható valósidejű operációs rendszerekkel. Piacvezető a VxWorks, vagy a Windows CE.

Az IPC a hajtásokkal és a fizikai I/O-val, terepi buszillesztővel nagysebességű szabványos buszon kommunikál. Egyre gyakrabban találkozhatunk az Ethernettel e szerepkörben is. PC alkalmazása esetén a kezelőeszközök is a PC-s világból ismertek, leggyakoribb a monitor + billentyű + egér felállás, de kiegészülhet cégspecifikus kezelőtáblával is.

Változó szoftverkörnyezet

  Míg a “klasszikus” kategó- riában a teljesen saját fejlesztésű szoftverek domi- nálnak, az új módi szerint a robot teljes szoftverrendszerét az op. rendszer szolgáltatá- sait kihasználva készítik. Windows környezetben ez pl. az ActiveX-re való támasz- kodást jelenti.
Természetesen a valósidejű vezérlésről nem a kezelő felé mutatott op.rendszer gondos- kodik, hanem egy – a felhasználótól függetlenül futó – RTOS. A kettő közötti kapcsolat azonban oly magas szintű és észrevhetetlen, hogy programozás, diagnosztika közben erről meg is feledkezhetünk.

Azokat a mechanizmusokat tekintjük át röviden, amelyek – a közvetlen hajtásoktól eltekintve – a motor és az ízület között megtalálhatók. Ezen mechanizmusok a következőképpen csoportosíthatók:

– Forgó mozgásból forgó mozgást (“sebességváltó”)
- Forgó mozgásból lineáris mozgást
- Lineáris mozgásból forgó mozgást
- Lineáris mozgásból lineáris mozgást (“áttétel”)

A hullámhajtómű

Ez a hajtómű az első csoportba tartozik, mivel mind be-, mind kimenő mozgása forgás. A robotkarok mozgatásánál igény, hogy kis tömegű, nagy fordulatszámú motorral mozgassunk kis fordulatszámú (szögsebességű) robotkart, mégpedig nagy nyomatékkal. Ez egy igen nagy áttételű “sebváltóval” megoldható, ám nagy méretű, nehéz fogaskerekek sorát nem tehetjük ergy robotkarra. A hullámhajtómű (harmonic drive) úgy valósít meg nagy áttételt, hogy tömege, mérete sokkal kisebb marad.

Működési elv: A jobboldali ábrán látható hullámhajtómű három fő alkatrésze a hullámgenerátor (kék), a hullámkerék (fekete) és a gyűrűkerék (piros)
A hullámgenerátort tekintsük most egy ovális acéltengelynek, a hullámkereket egy gumiból készült külsőfogazású keréknek, a gyűrűkereket pedig egy fixen rögzített acél belsőfogazású keréknek, melynek fogszáma esetünkben kettővel nagyobb mint a hullámkeréké. A hajtómű bemenete a hullámgenerátor.
Ahogy forgatjuk a hullámgenerátort, az a hullámkerék fogait sorba belepréseli a gyűrűkerék fogai közé. Mivel a hullámkerék fogszáma (esetünkben) kettővel kisebb, mint a gyűrűkeréké, nyilvánvaló, hogy a hullámgenerátor egyszeri körbefordulásának eredményeképpen a hullámkerék 2 fognyit elfordul. A hajtásunk kimenete a hullámkerék. Rájöhetünk, hogy a be- és kimenet forgásiránya ellentétes, az áttétel pedig a hullámkerék fogszámának és a fogszám-különbségnek a … függvénye. Az első 10 kolléga, aki a pid@pid.hu címre megküldi az áttétel pontos képletét, kap egy reklámbögrét! (F.S.)

Hogy a valóságban hogyan néz ki egy hullámhajtómű belseje, azt a baloldali képen láthatjuk.

A harmonikus hajtással a gyakorlatban max. 1:200 áttételt szokás megvalósítani, határ a kimenő nyomaték, ami már itt is óriási, és nagyon igénybe veszi a hullámkerék anyagát.

  Forgóból lineáris

Ezek a hajtások nagyban felelősök a hidraulikus és pneumatikus hajtások visszaszorulásáért. Működési elvüket tekintve leggyakrabban golyósorsós, fogasléces, fogazottszíjas modellekkel találkozhatunk.

A jobboldali képen egy menetes orsós mechanikával és villamos motorral egybeépített lineáris hajtás látható. A hajtás kinyúlása 100 mm, az enkódere 10 bites (1024 lépés), tehát a felbontás kb. 0.1 mm.

Egy ilyen – 700 gramm tömegű – hajtással 1000N rúderőt ki lehet fejteni!

Linerisból forgó

Korszerű roboton ezzel többnyire akkor találkozunk, mikor egy nagy terhelhetőségű csukló ízületet (rakodó robot) hidraulikus munkahengerrel mozgatnak, mint egy autódarut. A mechanika itt általában egykarú emelő.

Lineárisból lineáris

Pantográf karszerkezettel, kétkarú emelőkkel elméletileg kivitelezhető, a gyakorlatban azonban nem alkalmazzák.

Ellensúlyozás

Ha a – függőlegesen emelendő – robotkar és a munkadarab együttes súlya nagy, a hajtás teljesítményének csökkentése érdekében szükségessé válhat ellensúlyozás alkalmazása. Ezt a gyakorlatban a gémeskutakra emlékeztető ellensúly, vagy rugó használatával szokás megoldani. Az ellensúly (jobboldali képünkön a bal felső sarokban) előnye, hogy a mozgás teljes tartományában azonos ellenerőt fejt ki, hátránya viszont, hogy a kar tehetetlenségét növeli.
A rugónak gyakorlatilag nincs tehetetelensége, a rugóerő viszont lineárisan függ az elmozdulástól, azaz nem állandó.

Az intelligencia az értelem szinonimájaként használt, kettős jelentésréteggel rendelkező tudományos fogalmi absztraktum.

Első jelentésrétegében egy adott személy intelligenciáját értjük alatta, vagyis az értelmességben való részesedésnek egy bizonyos fokára hivatott utalni. Az értelmesség mindig előfeltételezi egy alaptudás kijelölését, amihez viszonyítva meghatározható, hogy valaki ezen alaptudáshoz képest hol helyezkedik el, azaz mennyire intelligens (kevesebbet és/vagy rosszabbul illetve többet és/vagy jobban tud). Egy személy intelligenciája tehát nem más, mint az egyén értelmességi szintje egy előre kijelölt alaptudáshoz viszonyítva.

A fogalom második jelentésrétegében az ember intelligenciáját értjük alatta. Ebben az értelemben az intelligencia az emberi fajra jellemző, szerkezetileg összetett képesség, aminek különböző kutatások (pl. faktoranalitikus vizsgálatok) által feltárható alkomponensei vannak.

A fenti két jelentésrétegből következően az intelligenciavizsgálat is két különböző jelentésréteggel rendelkezik. Első jelentésében az egyedi ember értelmességének különböző feladatokkal való mérését jelenti, míg második jelentésében az intelligencia alkomponenseinek tudományos feltárására, rendszerezésére utal.

Az intelligencia speciális definíciói

Az intelligencia az elme elemző és megkülönböztető képessége.

Mindenféle intelligencia – együtt – az élőlény, így az emberi minőség mértéke.

Az intelligencia az a képességünk, hogy “nem-teljesen meghatározott” célok elérése érdekében is tudunk döntéseket hozni. Intelligenciánk fokmérője az, hogy döntésünk mennyire volt “jó” — azaz végrehajtása után milyen pontosan sikerült elérnünk célunkat — és mennyire volt gyors. (Klasszikus példa: mozaik-kirakós játékban (puzzle) a következő elem helyének megtalálása.) Intelligenciánktól függ, hogy a hétköznapi életben nemvárt helyzetekben (balesetben, kritikus (például felvételt eldöntő) kérdés feltevésekor stb.) milyen jól és milyen gyorsan reagálunk.

Az intelligencia komplex képesség, ami a problémamegoldásra irányul. Ide tartozik például az összefüggések átlátása, az emlékezőképesség, a gondolkodás gyorsasága.

Az intelligencia az a képesség, amit az intelligenciatesztek mérnek.

Az intelligencia vizsgálata

Az intelligenciát tesztekkel mérik. A teszteket úgy kalibrálják, hogy az átlag 100 IQ pont körül legyen, és az emberek közel 68%-ának 85-115 IQ pontot mérjen. A tesztek szerint az intelligencia eloszlása normális eloszlással közelíthető, ahol a várható érték 100 IQ, a szórás 15 IQ.

Részletes intelligenciateszttel tesztelhető az iskolaérettség, és kimutathatók egyes neurológiai és pszichiátriai kórképek, például az autizmus, vagy egyes tanulási zavarok. De használnak intelligenciateszteket a pályaalkalmassági vizsgálatokban, és a munkahelyi kiválasztásban is. Vitatott, hogy ezzel tényleg a megfelelő embereket választják-e ki.

Az első intelligenciatesztet a XX. század elején Binet készítette gyerekek számára. A teszt alapján különbséget tett a testi és a mentális életkor között: két egyidős gyerek közül annak nagyobb az intelligenciája, akinek nagyobb a mentális életkora. Gyerekeknél az IQ így számítható: IQ = (mentális kor / életkor) x 100 [%]. Mivel a felnőttekre ez már nem igaz, ezért sokáig csak gyerekeknél tudták mérni az intelligenciát.

Ha valaki belekerül egy másik kultúrába, akkor az idegen környezet kevésbé tekinti intelligensnek, mint amilyen valójában. Miután alkalmazkodott, és beilleszkedett az új környezetbe, újra intelligensebbnek ítélik. A huszadik században sokáig nem értették ezt a jelenséget, és például az Amerikai Egyesült Államokban szinte értelmi fogyatékosnak tekintették a nem angolszász környezetből érkező bevándorlókat. Ezért erősen korlátozták például a Közép-Európából érkezők számát.

Magyar intelligenciatesztek

Magyarországon több tesztet is használnak az intelligencia mérésére. Az egyik leggyakoribb a MAWI (Magyar Wechsler Intelligencia teszt), és gyermekek számára készült változata, a MAWGYI. Ez a teszt tíz részfeladatot tartalmaz:

• Összehasonlítás: Két fogalomról meg kell állapítani, hogy milyen közös kategóriába sorolhatók be
• Műveltség: Általános ismeretek
• Élethelyzetek megértése: Pl. “Mit kell tenni, ha megvágod magad?”
• Számterjedelem: Egyjegyű számok memorizálásának képessége
• Aritmetika: Számolás
• Mozaik próba: Mintás kockákból kirakott egyszerű ábra lemásolása, kirakása ugyanilyen kockákból
• Kép kiegészítése: Hiányzó képrészlet felismerése
• Képek sorba rendezése: Egy összefüggő történet megalkotása a képekből
• Tárgy összeillesztése: Kirakószerűen összerakni egy tárgyat
• Rejtjelezés: Számhoz tartozó adott kód minél gyorsabb beírása

Kultúrafüggetlen tesztek

Vannak tesztek, amikből minden kulturális tényezőt kiküszöböltek. Ezek a kultúrafüggetlen tesztek. Nem használják a nyelvet; az ábrák alapján kell kitalálni, hogy mi a feladat, és mi a megoldás. Ilyenek például a Raven-mátrixok. Vitatott, hogy ezek a tesztek valóban kultúrafüggetlenek-e. Ugyanis azoknál, akik nem jártak iskolába, sokkal alacsonyabb intelligenciát mérnek, mint amennyit ezek a személyek az életben tanúsítanak; ugyanakkor az autisták jobban teljesítenek ezekben, mint a saját kultúrájuk számára készített tesztekben. Ezt azzal magyarázzák, hogy a kultúrafüggetlenség miatt ezek a tesztek túlságosan elszakadtak a való élettől.

Fajtái

Az intelligencia összetett képesség. Többféle intelligencia létezik, amik részletes tesztekkel ki is mutathatók.

• Nyelvi intelligencia
• Vizuális-térbeli intelligencia
• Logikai-matematikai intelligencia
• Mozgási intelligencia
• Zenei intelligencia
• Interperszonális intelligencia
• Metakognitív intelligencia

Emellett divat lett a különféle intelligenciák értelmezése. Így beszélnek például érzelmi, szexuális, pénzügyi, vagy vezetői intelligenciáról is, bár ezek legtöbbje nem tudományosan megalapozott.

Érzelmi intelligencia

Az érzelmi intelligencia (EI) az intelligencia vagy a képességek azon fajtája, ami a saját és mások érzelmeinek érzékelésével, kezelésével és pozitív befolyásolásával kapcsolatos. Beletartozik az önuralom képessége éppúgy, mint a beleérzőképesség. Az általános intelligenciatípusok közül az interperszonális intelligenciához áll a legközelebb. A tagok érzelmi intelligenciája minden közösségben meghatározza a közösség felépítését. Az érzelmi intelligencia csak a belső tényezőknek megfelelően fejleszthető.

Ezt a kifejezést elsőként John D. Mayer és Peter Salovey alkalmazta 1990-ben. Ők az érzelmi információk értelmezésére, és a velük érvelés képességét tekintették. Daniel Goleman (1995) szerint a munkahelyi eredményességet sokkal inkább az érzelmi intelligencia határozza meg, mint az értelmi.

Az érzelmi intelligencia nem szerepel az IQ kiszámítását célzó tesztekben. Mérésére az érzelmi intelligenciahányados, az EQ szolgál.

Genetikus algoritmusok alatt olyan keresési technikák egy osztályát értjük, melyekkel optimumot vagy egy adott tulajdonságú elemet lehet keresni. A genetikus algoritmusok speciális evolúciós algoritmusok, technikáikat az evolúcióbiológiából kölcsönözték.

Módszertan

A genetikus algoritmusokat számítógépes szimulációkkal implementálják. A keresési tér elemei alkotják a populáció egyedeit, melyeket keresztezni (más szóval rekombinálni) és mutálni lehet, így új egyedek hozhatók létre. A keresési téren értelmezett célfüggvényt ebben a kontextusban szokásos fitness függvénynek is nevezni. A genetikus algoritmus működése során egyrészt új egyedeket hoz létre a rekombináció és a mutáció operátorokkal, másrészt kiszűri a rosszabb fitness függvény értékkel rendelkező egyedeket és eltávolítja a populációból. Egyes esetekben az ilyen algoritmusok konvergálnak az optimumhoz.

Részei

A genetikus algoritmusok sokfélék lehetnek, de az alábbi részeket mindig tartalmazzák:

Inicializáció

A kezdeti populációt legegyszerűbb véletlenszerűen generálni. A populáció mérete a probléma természetétől függ, de leggyakrabban néhány száz vagy néhány ezer egyedből áll. Hagyományosan az egyedek a keresési téren egyenletesen oszlanak el, viszont egyes esetekben olyan részeken több egyedet generálnak, ahol sejthető az optimum.

Szaporítás

Egyedekből újabb egyedeket a kétoperandusú keresztezés (vagy rekombináció) művelettel, és az egyoperandusú mutáció művelettel lehet. Ezeket az operátorokat általában véletlenszerűen alkalmazzák.

Kiválasztás

Az egyedek generálása után kiválasztásra (idegen szóval szelekcióra) kerül sor. A kiválasztás lehet determinisztikus vagy stochasztikus. Az első esetben szigorúan az egy adott küszöbértéknél jobb fitness értékű egyedek maradnak fenn, a stochasztikus kiválasztásnál a rosszabb fitness értékkel rendelkező egyedek közül is néhány fennmarad. A stochasztikus megoldás népszerűbb, mert elkerülhető vele a lokális optimumhoz való konvergencia.

Leállás

A genetikus algoritmusok rendszerint addig futnak, amíg egy leállási feltétel nem teljesül. Gyakori leállási feltételek a következők:

• Adott generációszám elérése.
• Ha a legjobb egyed fitness értéke már nem javul jelentős mértékben egy-egy iterációval.

Az arcfelismerésben a vizuális információ-feldolgozó rendszerek egyike, a mi-rendszer játszik szerepet. Noha a tárgyak felismerését is ez a rendszer vezérli, az arc- és tárgyfelismerés mégsem azonos folyamat. Az arcfelismerési képesség azért is fontos, mert többnyire arcuk alapján azonosítjuk az embereket.

Bruce és Young arcfelismerési modellje

Bruce és Young modellje (1986) az egyik legkiforrottabb arcfelismerési modell. Nyolc összetevőből áll, melyek mindegyike az arcról leolvasható egy-egy információnak felel meg. Egy arc felismerésében nem mindegyik összetevő vesz részt, az ismerős és ismeretlen arcok feldolgozásában más-más komponensek hangsúlyosak.

Arcfelismerési modell összetevői

• Strukturális kódolás: ez az összetevő olyan reprezentációkat, azaz leírásokat hoz létre, melyek megfeleltethetők David Marr 1982-es komputációs elméletében megfogalmazott reprezentációknak
• Arckifejezés-elemzés: az arckifejezés jól tükrözi az egyén érzelmi állapotát
• Szájmozgás-elemzés: a szájmozgás követése segítheti a beszéd észlelését
• Irányított vizuális feldolgozás: specifikus arckifejezésre jellemző információ feldolgozása – például, ha azt akarjuk eldönteni, hogy a tudósok többsége szemüveges-e
• Arcfelismerési egységek: az egyén számára ismert arcokról nyújtanak strukturális információt
• Személyazonossági csomópontok: a megfigyelt személyről ad információt, például a barátairól vagy a foglalkozásáról
• Névgenerálás: a személy nevét jelenti
• Kognitív rendszer: szerepe van abban, hogy mely összetevő vesz részt az arcfelismerésben, továbbá olyan előzetes tudásunkat tükrözi, mint például a színésznők szépek

A modell meggyőzőbben magyarázza az ismerős arcok felismerésének folyamatát, melyben az összetevők közül a strukturális kódolás, arcfelismerési egységek, személyazonossági csomópontok, valamint a névgenerálás vesz részt. A modell hiányossága, hogy a kognitív rendszer összetevőt nem fejti ki részletesen.

Arcfelismerés rendellenessége

A prozopagnózia az arcfelismerési képesség hiányát jelenti. Az alsó temporális lebeny (Brodmann 20, 21) sérülésekor tapasztalható. A betegek nem ismerik fel ismerőseik arcát, olykor még a saját arcukat sem. Ennek ellenére ismerős tárgyakat képesek azonosítani, ami azt mutatja, hogy az arc- és tárgyfelismerés bár hasonló, de nem teljesen azonos folyamat.

A robotikai alkalmazhatóság szempontjából a léptetőmotorok (steppers) számos előnnyel rendelkeznek, ezért ezekről érdemes részletesebben szólni:
A léptetőmotor olyan, többfázisú, sokpólusú villamos motor, melynél a tekercseket adott sorrendben gerjesztve, a tengely kis szögelfordulást végez, és ott rögzítve megáll. Ezt nevezzük lépésnek. Ha a motort gyorsan léptetjük, szinte sima forgómozgást kapunk. Egy körfordulatot akár 1000 lépésre is oszthatunk. A léptetőmotorok három fő típusa az állandómágneses-, a reluktancia-, és a hibrid léptetőmotor.

A megoldás előnyei:
- Nem szükséges enkóder, hiszen a működtetés diszkrét lépésekben történik.
- Nagyon kicsi fordulatszámok is használhatók.
- Nem kell rögzítőfék az ízületbe, a motor ezt a feladatot is ellátja.
- Nincs szénkefe, így kisebb a karbantartásigény.

Az állandómágneses léptetőmotorok forgórészében állandómágneseket talá- lunk. Ezek ugranak a legközelebbi, megfelelő mágneses pólust adó állórész-foghoz. Az állórészben két tekercs helyezkedik el, középkiveze- téssel. Ezt az elrendezést unipolárisnak nevezzük.

A működési elv a jobboldali ábrán követhető. Figyeljük meg, hogy az állórész mágneses mezeje szembeforog a forgórésszel! Az unipoláris tekercselés mellett találkozhatunk még a bipoláris és bifiláris tekercseléssel is. Az állandómágneses léptetőmotorok kis méretben versenyképesek, ilyen robotalkalmazásokban találkozhatunk velük.

A reluktanciamotoroknál a forgó- részben nincsenek állandómágne- sek, az állórész gerjesztésekor a forgórész úgy áll be, hogy a mágneses ellenállás a legkisebb legyen. Figyeljük meg, hogy az álló- és forgórész fogszáma különböző!
A reluktanciamotorok hatásfoka nem éppen kiváló, ezért nem az ipari alkalmazás az erősségük.

A hibrid léptetomotor nagy nyomatékkal, pontos beállással, jó pozíciótartással érte el, hogy az ipari robotokban ezt alkalmazzák leggyakrabban. A hibrid léptetőmotor egy lemezelt, fogazott lágyvas állórészből, diamágneses tengelyből, a tengelyre húzott gyűrű alakú állandómágnesből és erre húzott, fogazott lágyvas forgórészből áll.
Ha nagy nyomatékra van szükség, több ilyen motort tesznek fel közös tengelyre. A motor készül 2-, 3-, 4- és ötfázisú kivitelben. A nagyobb fázisszám simább járást eredményez, de mind a motor, mind a meghajtó elektronika drágább. Képünkön egy hibrid léptetőmotor látható, a fenekére szerelt 2000 lépéses abszolút enkóderrel.