Робот

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к: навигация, поиск
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). До появления настоящих роботов считалось само собой разумеющимся, что роботы будут похожи на людей. Промышленные роботы никогда не бывают похожи на людей, если при проектировании это не ставилось в качестве главной задачи.

Под чапекское определение робота подходит множество современных электронных устройств, в том числе, например, кухонный комбайн. Однако, обычно под роботами понимают только:

  1. Способные к автономному передвижению устройства (мобильные роботы; шагающие роботы; андроидные роботы; BEAM-роботы)
  2. Либо устройства, обладающие способностью совершать сложные манипуляционные действия (манипуляторы, в т.ч. космические; промышленные роботы типа KUKA, и т.п.)
Робот-гуманоид ASIMO, производство Honda
Робот-гуманоид ASIMO, производство Honda

Робот может непосредственно подчиняться командам оператора, 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 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 конструкции.

Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочная головка, отвёртка и т. д.

[править] Система передвижения роботов

Советский Луноход-1
Советский Луноход-1

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсную или гусеничную, реже — шагающую систему передвижения роботов. Это самые универсальные виды систем перемещения.

Робот на гусеничном ходу
Робот на гусеничном ходу

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. Для программирования таких роботов могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC.

[править] Адаптивное управление

Роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т.д.

[править] Интеллектуальное управление

Интеллектуальный способ управления основан на методах искусственного интеллекта.

[править] Управление при участии человека

Примером такого робота является аппарат для разминирования с дистанционным управлением.

[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.

В 1930-х гг. появились конструкции андроидов, способных выполнять простейшие движения и произносить фразы по команде человека. Первый такой робот был сконструирован американским инженером Д. Уэксли для Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1927 г. Было еще неясно, как применять роботов в промышленности. Для работы с радиоактивными материалами в 50-х г. стали разрабатывать механические манипуляторы, которые копировали движения рук человека, находящегося в безопасном месте. Дистанционно управляемая тележка с манипулятором, телекамерой и микрофоном применялась в 1960 г. для осмотра местности и сбора проб в зонах высокой радиоактивности.

Появление станков с ЧПУ привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. В 1954 г. американский инженер Д. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Ее название «Unimation» (Юнимейшн) является сокращением термина «Universal Automation»(универсальная автоматика).

В 1962 г. в США были созданы первые промышленные роботы «Юнимейт» и «Версатран». Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.

«Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2%, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20%.

Робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75% и 25%, поэтому многие задачи управления решались за счет механики. Сейчас это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться. Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

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» (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 фантастических рассказах Айзека Азимова сформулированы три «Закона роботехники»:

  1. Робот не может причинить вреда человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
  2. Робот должен выполнять приказы человека в той мере, в которой это не противоречит Первому Закону.
  3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам.

Азимов в своих произведениях убедительно показывает, что эти законы, будучи заложены в программу-мозг робота в виде обязательных (безусловно исполняемых роботом) законов исключают возможность проявления любых недружественных действий робота по отношению к человеку. Приводятся также примеры негативных последствий, возникающих в случае, когда люди пренебрегая требованиям обязательности трех законов блокируют на этапе программирования робота один из законов (например, вторую часть первого закона). В этом случае робот может найти логически непротиворечивое решение, позволяющее ему нарушить 1-й закон и стать опасным для человека.

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.

18 марта 2008 года 81-летний австралиец стал первым человеком, который покончил жизнь самоубийством при помощи робота, которого сам собрал согласно схемам, взятым из сети Интернет.

[править] Роботы сегодня (2008)

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.

Всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути - автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

Изобретатель Пит Редмонд (Pete Redmond) создал робота RuBot II, который может собрать кубик Рубика за 35 секунд.

[править] Производители роботов

[править] Известные коммерческие модели роботов

[править] См. также

[править] Ссылки

[править] Видео

Источник — «http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D1%82»