Робот
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
-
У этого термина существуют и другие значения, см. Робот (значения).
Ро́бот (от чешск. robota) — электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах и др. Принятый сейчас во всём мире термин был изобретён чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использован в пьесе Чапека «Р.У.Р.» («Россумские универсальные роботы», 1921).
Робот может непосредственно подчиняться командам оператора, может работать по заранее составленной программе либо следовать набору общих указаний с помощью технологии искусственного интеллекта. Эти задачи позволяют облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях.
Содержание |
[править] Функциональная схема робота
В составе робота есть как механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота делится на манипуляционную систему и систему передвижения.
[править] Механическая часть
[править] Манипуляционная система роботов
Манипуляторы для роботов — это аналог рук человека.
Манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:
- звенья, обеспечивающие поступательные движения
- звенья, обеспечивающие угловые перемещения
Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.
Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.
Частью манипуляторов (хотя и необязательной) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека — захват осуществляется с помощью механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкциии.
Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочная головка, отвёртка и т. д.
[править] Система передвижения роботов
Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсную или гусеничную, реже — шагающую систему передвижения роботов. Это самые универсальные виды систем перемещения.
Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.
Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д.
Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.
[править] Система управления роботами
[править] Программное управление
Программное управление — самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются.
[править] Адаптивное управления
Роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые сенсорами, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т.д.
[править] Интеллектуальное управление
Интелектуальный способ управления основан на методах искусственного интеллекта.
[править] Управление при участии человека
[править] Обзор
Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.
Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.
Концепция подчинённого управления служит для построения системы управления приводом. Смысл концепции следующий:
Пусть необходимо построить систему управления приводом по положению (например, по углу поворота звена манипулятора). Система замыкается обратной связью по положению, а внутри системы управления по положению функционирует система управления по скорости со своей обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своей обратной связью.
Современный робот оснащён не только обратными связями по положению, скорости и ускорениям звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её.
Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с ЧПУ к выполнению технологических операций.
Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:
- перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет;
- сварка швов и точечная сварка;
- покраска;
- выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.
Промышленный робот является устройством, производящим некие манипулятивные функции, схожие с функциями руки человека.
Робот «вообще» — понятие неопределённое, и поэтому к классу роботов можно отнести многие автоматические устройства.
Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда. К сожалению, полной и экономически оправданной автоматизации производств ещё не достигнуто.
Роботы, работающие в специальных условиях (высокая радиация, давление, температура, подводный мир, космос) позволяют, не рискуя жизнью людей, осуществлять различные операции как исследовательского, так и спасательного и антитеррористического характера.
[править] История
Идея искусственных созданий впервые упоминается в древнегреческом мифе о Кадме, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и запахал их, из зубов выросли солдаты, и в другом древнегреческом мифе о Пигмалионе, который вдохнул жизнь в созданную им статую — Галатею. Также в мифе про Гефеста рассказывается, как он создал себе различных слуг. Древнееврейский миф рассказывает о Големе, который был оживлён каббалистической магией.
Похожий миф излагается в скандинавском эпосе Младшая Эдда. Там рассказывается о глиняном гиганте Мисткалфе, созданный троллем Рунгнером для схватки с Тором, богом грома.
Первый чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн скорее всего основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.
Первого работающего робота — андроида, играющего на флейте, — создал в 1738 году французский механик и изобретатель Жак де Вокансон. Он также изготовил механических уток, которые, как говорят, умели клевать корм и испражняться.
С развитием технологии люди всё чаще видели в механических созданиях что-то больше, чем просто игрушки. Литература отразила страхи человечества, что люди могут быть заменены своими собственными творениями. Роман «Франкенштейн, или Современный Прометей» (1818) иногда называют первым научно-фантастическим произведением, олицетворяющим эту проблему. Позже Карел Чапек пишет знаменитую пьесу «R.U.R.», в которой представлена идея сборочной линии, на которой роботы собирают самих себя, произведение имело экономический и философский подтексты. В дальнейшем эти идеи развиваются в фильмах «Метрополис» (1927), «Бегущий по лезвию бритвы» (1982) и «Терминатор» (1984). Как роботы с искусственным интеллектом становятся реальностью и взаимодействуют с человеком, показано в фильмах «Искусственный разум» (2001) режиссёра Стивена Спилберга и «Я, робот» (2004) режиссёра Алекса Пройяса.
В 1981 году Кензи Урада, рабочий завода Kawasaki стал первой официальной жертвой, погибшей от руки робота. С этого времени число жертв роботов растет, несмотря на внедрение усовершенствованных механизмов безопасности.
[править] Роботы сегодня
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка «Aibo» корпорации «Sony».
В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.
