Использование роботизированной техники и роботов сейчас является жизненной необходимостью, а не только показателем прогресса или наступления напророченного фантастами будущего. Увеличение объемов производства, усложнение процессов, необходимость в автоматизации – это лишь поверхностные причины, по которым роботы смогут занять значимое место в жизни человека. Кроме того, есть также необходимость исключения человеческого фактора (например, при произведении сложных вычислений или опасных манипуляций), защита человеческих жизней.
Впрочем, можно не только для помощи, но и ради развлечения и получения прибыли.
Основные тенденции развития робототехники
Основные направления развития сегодня – полная автоматизация и интеллектуальный алгоритм работы. От самоочищающихся туалетов для домашних животных и роботов-пылесосов до 3D печатных роботов, которые способны самостоятельно собирать себя, когда его детали нагреты до определенных температур.
Внедрение искусственного интеллекта позволило добиться разработки машинного зрения, автоматизированной работы, алгоритма самообучения и усложнения функций. Даже простой современный робот-пылесос уже способен произвести сильное впечатление способностью ориентироваться в пространстве, применением алгоритма решений для каждой отдельной задачи.
Одно только машинное зрение позволило развить новое поколение роботов-манипуляторов, способных обнаружить и распознать объект, подобрать соответствующий ему механизм взаимодействия. Развитие рынка робототехники в мире позволит сократить расходы на конвейеры и процессы перемещений, совершенствуя рабочий процесс производителей, операторов складов.
В данном контексте стоит упомянуть и стартапы вроде Fetch Robotics , Clearpath Robotics , и зрелые проекты Kuka/Swisslog , Adept Technologies .
Применение роботов в современном мире
Достаточно сложно ответить на вопрос - для чего нужны роботы в современном мире. Учитывая приоритетные направления развития , нельзя не упомянуть об уже сложившейся в мире ситуации: кроме вышеописанного концерна БМВ существует огромное количество фирм и компаний, где количество механических сотрудников примерно равно или даже превышает число живых рабочих.
Так, например, в японской автомобильной индустрии используют рекордное количество промышленных роботов – на каждый десяток тысяч работников приходится более полутора тысяч машин.
Современные военные роботы выпускаются в почти массовых масштабах – только в 2016 году на вооружение американской армии поступило более 5 тысяч роботов-грузчиков и манипуляторов, 25 тысяч дронов и разведывательных аппаратов. Если говорить языком денег, то развитие роботизированных военных систем в США в 2014-2018 годах уже потребовало 23,8 миллиардов долларов, из которых 21 миллиард ушел на БПЛА.
Внедряется современная робототехника в таких известных компаниях, как Адидас (перенос производства в Германию в 2017 году планируется сопроводить массовым внедрением роботов), вышеупомянутые BMW, Shenzhen Evenwin Precision Technology Co. Китайские и вовсе выстроили завод, рассчитанный исключительно на роботов, оставив людей лишь в управленческом аппарате.
В целом стоит выделить несколько основных направлений прогресса, интереса и востребованности подобных технологий:
Робототехника в быту (сервисные роботы).
Няньки, уборщики, обслуживающий персонал, грузчики, сиделки, газонокосильщики, учителя – спрос на таких роботов будет огромен, а их потенциал практически не ограничен.
Особенно интересны роботы-уборщики . Вернее, трио однотипных механизмов – уборщика, охранника и сиделки, созданных по схожему принципу и стоящих сейчас около 10 тысяч долларов. Их планируют совместить в единый многофункциональный технический организм. Ожидается, что к 2025 объем производства такой техники будет превышать 50 миллиардов долларов.
Домашние животные – достаточно старая категория роботов, которая раньше воспринималась лишь как дорогая игрушка. Сейчас функционал таких механизмов значительно расширился – от помощи детям с проблемами с координацией до банальной защиты дома и охоты за грызунами.
Мойщик окон – учитывая, что мойщики окон чаще всего требуются на многоэтажные небоскребы, профессия эта опасна для человека, а вот для механизма – самое оно. Сегодня рынок предлагает два вида таких роботов: двумодульные (навигация и чистка) и одномодульные. В России они доступны под именем Hobot 168.
Промышленные роботы.
Промышленные роботы в современном производстве составляют сегодня наибольший процент среди всех видов роботов. В качестве примера можно привести компанию BMW, которая использует более 8 тысяч роботов только в процессе создания и сборки машин и мотоциклов. Кроме того, концерт также выпускает роботизированные автомобили, способные самостоятельно ориентироваться в окружающей обстановке (еще один пример – гуглмобиль), применяет в краш-тестах сложных сенсорных роботов. Но лидером на данный момент, пожалуй, пока еще является Китай.
Кроме сборщиков, широко используются такие виды современных роботов, как роботы-разнорабочие , сварщики , укладчики , совместные роботы.
Робот разнорабочий выполняет типовые операции вроде сортировки, разгрузки, упаковывания, шлифования и так далее. Последние модели самообучающиеся и могут быть настроены под нужную модель поведения. Всего предлагается две версии – непосредственно для производства и для обучения, исследований.
Робот сварщик . В сварке задействовано почти 20% всех промышленных роботов. Позволяют быстро и качественно осуществлять электродуговую, точечную, аргонно-дуговую сварку. Кроме того, они многофункциональны и могут менять режимы сварки только за счет замены горелки.
Робот-укладчик . Такие компании как Möllers North America, KUKA, Frain Industries и многие другие используют роботизированных укладчиков. Они просты в своей кинематике, способны ориентировать грузы в 4 горизонтальных плоскостях, более мобильны и удобны, чем простые погрузчики.
К моменту начала 2017 года доля «коллективных» роботов составляет 6% общего роботорынка, но этот процент неуклонно растет. Вероятно, в числе лидеров по их производству может оказаться компания ABB (после того, как она приобрела gomTec с их роботом Робертой). Специалисты прогнозируют падение стоимости таких изделий до 10 тысяч долларов и, как следствие, резкое увеличение их использования в различных отраслях.
Медицинские роботы.
Киберпротезы и нанотехнологии, роботизированные интегрированные элементы, 3D-биопринтеры для воссоздания жизнеспособных внутренних органов используются уже сейчас.
Робот-экзоскелет . Как и протезы, очень востребованы роботизированные медицинские экзоскелеты. В качестве примера можно привести Hybrid Assistive Limb, благодаря которому прикованный к инвалидному креслу пациент сможет научиться подниматься по лестнице. Или NEUWalk, стимулирующий током поврежденный спинной мозг, позволяющий почти парализованным людям ходить. Роль роботов в медицинской сфере практически невозможно переоценить. Нанороботы. Так, например, ученые из Германии в данный момент создают нанороботов для перемещения глазной либо кровяной жидкостей, восстановления поврежденных клеток, адресной доставки лекарств.
Большие надежды на использование роботов в современном мире возлагаются на роботов-хирургов, медсестер, симуляторов пациентов.
Робот-медсестра . Не совсем пока полноценная медицинская сестра, Hospi берет на себя роль идеального помощника. Она переносит и доставляет медицинскую технику, образцы анализов (с защитой доступа), загружает карты больничных зданий и помещений. Робот полностью автономен и умеет использовать лифты.
Робот-хирург . Вряд ли человек будет способен часами сохранять такую нереальную точность проведения операций, как робот Да Винчи. В США одних только операций простатэктомии он выполняет более 80% - более 73 тысяч процедур в год. Существуют и менее популярные (пока) аналоги для точных процедур, лазерных вмешательств, коррекции зрения, мозга, клеток, извлечения костного мозга и так далее.
Врач на расстоянии . Особенно хорошо удается роботам работа терапевта. Они анализируют все данные о болезни и особенностях организма пациента и подбирают оптимальные способы лечения. В США в некоторых больницах (в том числе и дистанционно) работают такие суперкомпьютеры, как, например, Watson, ориентированный на борьбу с раком.
Симулятор пациента . Учиться на полностью реалистичном роботе пациенте куда безопаснее и, вместе с тем, куда ближе к реальности, чем использовать для этих целей труп. Популярный сегодня симулятор HPS проявляет все реакции больного – сужение зрачков на свет, имеет сложную дыхательную систему, анализатор введенного лекарства и его дозировки.
Человекоподобные роботы.
Еще их принято называть андроидами. Нынче робототехника практически не имеет ограничений по применению. Кроме чисто практических задач, она способна реализовывать и эстетические цели, развлекать и привлекать внимание. Так, например, можно упомянуть такие современные роботы-андроиды, как Альберт Эйнштейн , Geminoid F , Робот-модель , Робот-телеведущая, BINA48 . Существует целый сегмент роботов актеров театра, музыкантов, художников, моделей, игроков в шахматы или прочие игры.
Развлечение и творчество.
Актеры театра . Театр Варшавского центра науки «Коперник» прославился тем, что стал использовать специальных коммуникационных роботов Robothespians в качестве постоянных актеров. И хотя роботы пока мало двигаются, они отменно жестикулируют, пользуются мимикой и голосом. Ожидается, что в дальнейшем постановки станут сложнее и зрелищнее.
Музыканты . Роботы-музыканты с искусственным интеллектом способны не только играть разученные композиции, но и импровизировать, подстраиваться под других исполнителей. Некоторые из них обладают композиторскими навыками и способны создавать впечатляющие мелодии.
Роботы-художники . Коллекция этих ребят пополняется практически ежегодно. Портретист Paul выполняет шикарные портреты людей с помощью шариковой ручки, робот Бенджамина Гроссера реагирует на звуки и рисует свою на них реакцию, Robo-Rainbow специализируется на воссоздании радуги, Senseless создает абстрактные граффити. Есть даже роботы, профессионально раскрашивающие яйца.
Боевые роботы.
Крайне перспективным направлением последний десяток лет является роботизация армии. Ассортимент таких механизмов чрезвычайно широк – от автономных миниатюрных разведывательных дронов и шпионов до экзоскелетов. Разрабатываются и современные боевые роботы, способные полностью заменить солдат на поле боя.
Особенно эффектным из последних новинок выглядит бронированный экзоскелет TALOS , создающий защиту для солдат от пуль и осколков, увеличивающий их грузоподъемность почти на 50 килограмм, заботящийся о здоровье бойцов – он способен остановить кровь при ранении (его обещают предоставить американской армии к 2018 году).
Самые современные роботы с максимально высоким КПД конструируются именно для этой сферы человеческой жизни.
Повсеместное использование в коммерческих целях
Огромные перспективы развития робототехники наблюдаются также в сфере развлечений. Используя прогрессивные впечатляющие , производители и владельцы роботов могут комбинировать развлекательный и коммерческий элементы одновременно.
Широко используются такие достижения современной робототехники, как квадрокоптеры, обслуживающие роботы, промоутеры.
Как и экзоскелеты, квадракотеры – это роботы, которые наглядно демонстрируют, насколько могут быть универсальными современные разработки и достижения. Рекламная, коммерческая, военная, медицинская, геолокационная, разведывательная, спасательная, журналистская – всего лишь часть областей, в которых может быть использована подобная механика. Квадракоптеры стоят от 50 долларов и способны осматривать территорию, делать видео и фотосъемку, раздавать интернет, осуществлять видеотрансляции, доставлять грузы. «Белгазпромбанк», к примеру, использует их даже для того, чтобы проводить инкассацию денег.
Промоутеры . Продающая робототехника в современном мире – уже не редкость. Через интернет можно арендовать R-bot, KIKI (производства Россия) или другие модели, способные распространять флаеры, общаться с прохожими, вести видеосъемку, демонстрировать рекламную информацию на встроенных экранах, давать консультации, вести экскурсии или концерты.
Роботы в обслуживании . Самый известный пример использования роботов в сфере В2С - роботы-официанты, изготовливаемые как США, так и на китайском и российском рынке (стоимость от 4,5 до 12 тысяч долларов). Такой агрегат способен встречать клиентов, фиксировать их уход, подавать меню и принимать заказы, убирать стол, запоминать лица, общаться в голосовом режиме. Кроме чисто практического удобства и экономии на зарплате живых сотрудников, такой робот привлекает дополнительный приток посетителей одним фактом своего существования. Одни из самых дешевых роботов на сегодня – рикши. Они доступны в среднем за тысячу долларов. Могут быть использованы по прямому назначению или дополнены функциями гида, консультанта.
Еще из блога:
Расскажите о нас вашим друзьям в социальных сетях:
Что это?
Это статья об индустриальном применении робототехники. Применение роботов в промышленности началось, по историческим меркам, не так давно - чуть больше, чем полвека назад, но сейчас уже мало какое производство можно представить себе без автоматических линий, без стальных манипуляторов и зорких стеклянных зрачков роботов - эти железные ребята прочно вошли в большинство производственных процессов и уходить не собираются.Несмотря на такое обширное, почти повсеместное распространение роботов, лишь специалисты в полной мере представляют себе весь спектр их возможностей. В этой статье мы приоткроем дверь в мир промышленной робототехники для широкого круга читателей: опишем некоторые разновидности производственных роботов и сферы их применения. Нельзя объять необъятное в одной статье, но, если читателям будет интересно, мы обязательно продолжим.
Так какие они бывают - роботы?
Есть несколько классификаций промышленных роботов: по типу управления, по степени мобильности, по области применения и специфике совершаемых операций.
По типу управления:
Управляемые роботы: требуют, чтобы каждым их движением управлял оператор. В силу узости областей применения распространены мало. Да и не совсем роботы.
Автоматы и полуавтономные роботы: действуют строго по заданной программе, зачастую не имеют сенсоров и не способны корректировать свои действия, не могут обойтись без участия рабочего.
Автономные: могут совершать запрограммированный цикл действий без участия человека, согласно заданным алгоритмам и корректируя свои действия по мере необходимости. Такие роботы способны полностью перекрыть поле деятельности на своем участке конвейера, без привлечения живой рабсилы.
По функциям и сфере применения:
Роботы разделяются по назначению и исполняемым функциям, вот лишь некоторые из них: промышленные роботы бывают универсальные, сварочные, машиностроительные, режущие, комплектовочные, сборочные, упаковочные, складские, малярные.
Это далеко не полный перечень: количество всевозможных вариантов постоянно растет и все перечислить невозможно в рамках одной статьи. Можно лишь с уверенностью сказать о том, что вряд ли найдется такая область человеческой деятельности, где роботы не смогли бы сделать труд человека более творческим, взяв всю монотонную и опасную часть работы на себя.
Другие методы классификации
У каждой энциклопедии, каждого справочника и каждого производителя своя классификация и типология роботов. Что и не удивительно - зачастую она определяется сугубо специфическими нуждами и частным подходом того, кто её составляет.
Помешает ли это нам рассмотреть некоторые образцы и понять - что же они умеют? Нет. Начнем.
Рассмотрим образцы
Среди промышленных роботов широко известна продукция таких фирм, как Kuka, Fanuc, Universal Robots, некоторые образцы которых мы рассмотрим чуть ниже.
Очень интересным представляется подход компании Stratasys, которая создала промышленный аппарат нового типа - гибрид робота и 3D-принтера.Конечно, любой 3D-принтер обладает признаками робота, но тут - это совершенно традиционной формы роботизированный манипулятор, имеющий в том числе и функцию FDM-печати. Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator предназначен, прежде всего, для авиационного и космического производства, в котором так важна его способность производить печать на вертикальных поверхностях неограниченной площади, в соответствии с концепцией “infinite-build” - “бесконечное построение”. С работой над проектом связаны такие монстры, как аэрокосмический гигант Boeing и автоконцерн Ford, которые предоставили Stratasys спецификации по необходимым характеристикам получаемых изделий.Восьмиосевой механизм манипулятора, обилие специально разработанных композитных материалов для печати, традиционно высокое качество изготовления - все говорит нам о том, что у этого аппарата и его потомков большое будущее. 3D Systems - Figure 4
Figure 4 компании 3D Systems - модульная робототехническаяя система для автоматизации стереолитографической 3D-печати, ни больше, ни меньше.
Это целый автоматический комплекс, который способен производить новые изделия каждые несколько минут - в отличие от нескольких часов на обычных SLS-принтерах.
Кроме того, в цикл уже включены и такие этапы, как промывка, отделение поддержек и дозасветка, а не только первичная экспозиция. Все это Figure 4 делает сам, без вмешательства оператора в процесс работы.Благодаря модульности, на основе Figure 4 можно создать достаточно крупные автоматические линии, используя стандартные компоненты.
Этот комплекс был представлен общественности в этом году, на выставке The International Dental Show в Кёльне, как и новый 3D-принтер ProJet CJP 260Plus - полноцветный 3D-принтер предназначенный для анатомического моделирования медицинских изделий и быстрого прототипирования любых промышленных образцов.Принтер также роботизирован - снабжен системой автоматической загрузки, удаления и переработки печатного порошка.Можно с уверенностью сказать, что комплексный подход к 3D-печати - часть производственной культуры будущего. Он даст радикально новое сочетание скорости, точности, удобства и снижения себестоимости изделий.
Carbon - Carbon SpeedCell
Carbon SpeedCell - технологическое решение от компании Carbon, которое включает в себя новый 3D-принтер The M2, работающий по технологии CLIP, и финишинговый аппарат для стереолитографических распечаток Smart Part Washer.
CLIP - технология бесслойной стереолитографической печати, обеспечивающая скорость от 25 до 100 раз быстрее обычной SLS и новый уровень качества поверхности.Система CLIP (Continuous Liquid Interface Production) позволяет получить невозможные ранее формы изделий требующие минимальной постобработки. Точных характеристик аппаратного комплекса производитель пока не предоставил, но сам подход уже радует - это почти готовое решение для любой мастерской, в которой требуется стереолитографическая печать.
DMG MORI - LASERTEC 65 3D
Аппарат сочетающий в себе несколько разных подходов к обработке деталей: это и классический фрезерный станок с программным управлением - пятиосевой и весьма точный, и лазерный режущий инструмент с теми же степенями свободы, и печатающий металлом 3D-принтер с технологией лазерного напыления. Сложно представить себе операцию, которую не смог бы произвести этот станок с металлической деталью. Гибридный подход: фрезеровка заготовки, наплавление недостающих деталей или печать с нуля и чистовая обработка - все операции могут произведены с деталью за один подход, в рамках одной заданной программы, без прерывания технологического цикла. Размер обрабатываемой и/или печатаемой детали составляет до 600 на 400 мм, а вес может быть до 600 кг.Такое МФУ для работы по металлу уже многое изменило в культуре производства штучных и мелкосерийных изделий, а в ближайшее время подобный подход может распространиться и на серийное производство.
EOS - Additive Manufacturing
Компания EOS создала манипуляторы, которые способны производить различные операции, где требуется захват и перемещение детали. Разработки EOS в этой области основываются на наблюдениях за поведением животных, в частности - этот манипулятор создан по примеру хобота слона.Такой робот-манипулятор может быть использован во множестве промышленных операций, как то: в транспортировке и упаковке, в перемещении деталей из одной рабочей зоны в другую, например - из 3D-принтера в камеру пост-обработки, чтобы исключить участие человека на этом этапе.
Вот так он устроен:Также компания спонсирует и представляет проект Roboy - это мобильный гуманоидный робот, который способен выполнять любые движения свойственные человеку и служить помощником на производстве.
Concept Laser и Swisslog - M Line Factory
Известный производитель печатающих металлом 3D-принтеров, Concept Laser заключил соглашение с компанией Swisslog, их общий проект - M Line Factory, это система перемещения металлических 3D-печатных деталей между станками Concept Laser с помощью роботов Swisslog.Компании продолжают совершенствование аппаратных комплексов для 3D-печати металлом. Роботизированные составляющие этих машин способны провести деталь через весь цикл - от загрузки проекта в память, до выхода готового изделия на склад, - без необходимости вмешательства оператора.
Additive Industries - The MetalFAB1 Единственная в своем роде установка - единая система для печати, транспортировки из рабочей камеры и хранения готовых деталей. Фактически - готовый цех металлической 3D-печати в одном корпусе.Существуют роботы, которые способны выполнять функции сварочных и фрезерных станков c программным управлением.А также такие, которые обслуживают традиционные фрезерные ЧПУ-станки, увеличивая их производительность.Вот так с этим справляется упомянутый выше Sawyer:Выводы:
Роботы в современной промышленности везде. Они в любом цеху и в любой области производства. И это нормально: роботы экономят деньги работодателей, а рабочих спасают от вредной и монотонно-отупляющей работы; роботы работают круглосуточно и безостановочно; роботы намного точнее живых рабочих - они не устают, у них не “замыливается глаз”, их сенсоры и системы позиционирования способны сохранять точность до сотых долей миллиметра.
Пока мы видим их еще не везде - многие производственные процессы скрыты от рядового пользователя, да и не особо интересны обычно, - но совсем скоро невозможно будет не замечать того, что подавляющая часть всех материальных благ производится умными машинами.
Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?
Каримов Мурат
Проведено исследование на тему: "Классификация роботов". В процессе работы изучена научная литература, большое количество разнообразных интернет ресурсов по данной теме. В работе рассмотрено понятие робот и его устройство, история появления и развития робототехники, а также проанализированы принципы строения роботов. На основе выявленных отличий проведена классификация указанных автоматических устройств.
По результатам проведённой работы можно сделать следующие выводы, что представленные в работе классификации не являются полными, исчерпывающими, в связи с тем, что робототехника и роботостроение предлагают все новые виды роботов, согласно запросам жизни и деятельности человека. А те виды автоматических устройств, которые представлены в работе достаточно оперативно усовершенствуются, отвечая на ежедневные запросы человека. Однако изобретение новых видов роботов и внедрение их в жизнь должно происходить с соблюдением всех норм нравственности и морали. Главное что должен помнить человек, ученый, изобретатель – робот – это творение с искусственным интеллектом, и то, как, где и в каких целях будет применяться подобное устройство полностью зависит от людей!
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Классификация роботов
Фаросский маяк. Механический рыцарь по чертежу Леонардо да Винчи.
Четырех-копытный робот-мул LS3 создан компанией Бостон Динамикс Шагающий робот-андроид Asimo , созданный корпорацией Хонда
Летающий робот - американская крылатая ракета «Томагавк» Змееподобные ползающие роботы
Классификация роботов по типу управления. Биотехнический Автоматический Интерактивный
Американский армейский робот-собака « BigDog » от компании Бостон Динамикс Робот-разведчик в виде таракана Японский робот-трансформер WR-07 превращается из транспортного средства в человекоподобную форму Бионические муравьи от Festo умеют общаться между собой. Группа робомуравьёв работает сообща, решая даже самые запутанные задачи Классификация роботов по внешнему виду
Stanley: самоуправляемое транспортное средство, созданное гоночной командой Стэнфордского университета на базе автомобиля Фольксваген и доработанный до возможности управления только бортовыми компьютерами Робот-беспилотник (дрон) Lotus от Joby Aviation был разработан совместно с NASA и представлен на выставке «Беспилотные системы 2015» в Атланте, США Роботизированная рука Shadow Robot Hand . Этот робот максимально имитирует человеческую руку, включая сенсорные подушечки на пальцах и определение температуры воздуха и может использоваться как протез
Человекоподобные роботы – андроиды. Asimo Albert Hubo (Einstein Robot) Aiko
Классификация роботов по функциональному назначению Аптечный робот Промышленный робот
Подводный робот Бытовой робот Боевой робот
Медицинский робот Наноробот Робот-программа
Только человек отвечает за то, как он проектирует, строит, использует роботов и относится к ним и другим творениям с искусственным интеллектом.
Предварительный просмотр:
МАОУ «Средняя общеобразовательная школа № 39 с углубленным изучением английского языка» Вахитовского района города Казани
Научно-исследовательская работа
в рамках XVII Всероссийского детского конкурса научно-исследовательских и творческих работ «ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»
Тема: «Классификация роботов»
Работу выполнил:
Каримов Мурат Ирекович
ученик 1 «Д» класса
МАОУ «СОШ № 39» г. Казани
Научный руководитель:
Макарова Елена Ивановна
учитель начальных классов
I квалификационной категории
МАОУ «СОШ № 39» г. Казани
2015-2016 учебный год
Введение стр. 3
- Роботы. История создания и развития робототехники. стр. 4
- Устройство роботов. стр. 7
- Основные виды роботов:
- Манипуляционные и мобильные роботы. стр. 8
- Классификация роботов по способу перемещения . стр. 9
- Классификация роботов по типу управления. стр. 11
- Классификация роботов по внешнему виду. Робот-андроид. стр. 13
- Классификация роботов по функциональному назначению. стр. 17
Заключение стр. 24
Список использованной литературы стр. 26
Введение.
Современный мир теперь сложно представить без роботов. Эти автоматические устройства, созданные человеком для различных целей – образовательных, производственных, развлекательных и др., прочно вошли в нашу жизнь. Теперь робот – это не фантастика, не мечта, а реальность. Робот-пылесос поможет вам с уборкой, летающий робот-беспилотник охраняет границы нашей страны, робот-программа помогает по запросу быстро найти нужную информацию в интернете. Для того, чтобы лучше понимать перспективы развития робототехники и применения роботов в будущем нужно освоить такое понятие как робот, узнать, как и из чего они собираются, как и кем управляются, какие возможности открываются перед человеком при использовании такой техники и с какими проблемами он сталкивается при этом.
Задачей данной работы было изучить понятие «робот», их устройство, проследить развитие робототехники во времени. В зависимости от строения и назначения роботов была проведена классификация этих автоматических устройств, что и было целью работы. В работе приведены классификации, доступные для понимания человека без специального технического образования. Роботы разделены по следующим основаниям: способ перемещения, тип управления, внешний вид и функциональное назначение.
В последующих работах планируется изучить роботов и классифицировать их не с точки зрения механики, а с позиции других наук – информатики и электроники.
I. Роботы. История создания и развития робототехники
Согласно Американскому институту по изучению роботической техники, робот представляет собой репрограммируемый мультифункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, предметов с целью выполнения различных задач. В словаре Вебстера (Websters’ English Dictionary) робот определяется как «автономный аппарат или устройство, осуществляющий различные действия, свойственные человеку, и выполняющий их как будто под контролем человеческого разума». Вышеуказанные определения робота объединяют три основных функции – способность выполнять определенные действия, возможность решать различные задачи на запрограммированной основе, а также способность робота интерпретировать и модифицировать ответы на команды оператора.
Слово « ро́бот » происходит из словацкого языка ( robot , от robota - подневольный труд) и означат автоматическое устройство. Такое устройство действует по заранее заложенной программе и получает информацию об окружающем мире через датчики, как живые организмы через органы чувств. Робот самостоятельно выполняет разнообразные операции, которые обычно выполняет человек. При этом робот может получать команды от человека или действовать самостоятельно (автономно).
Понятие «робот» впервые было использовано чешским писателем Карелом Чапеком в пьесе «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы») в 1920 году.
Еще с древних времен человечество пыталось использовать машины для облегчения своего труда, выполнения наиболее тяжелой работы, требуемой значительных физических усилий.
Первые искусственные создания упоминаются еще в мифах Древней Греции. Миф о Кадме рассказывает, что он, убив огромного змея, разбросал его зубы по земле и запахал их, а из зубов выросли солдаты. Миф о скульпторе Пигмалионе повествует о том, как он вдохнул жизнь в созданную им статую - Галатею. Также в мифе про Гефеста рассказывается, как он выковал себе механических помощников, которые раздували огонь, качая мехи. Мифы и легенды о механических существах, созданных для помощи, есть и скандинавской культуре, и у восточных народов.
Первое практическое применение механических людей с автоматическим управлением - относятся к 3 веку до н.э.. На маяке на острове Фарос (одно из 7 чудес света), были установили механические статуи - фигуры. Например, одна из фигур всегда указывала рукой на солнце на всем его пути и опускала руку вниз, когда оно заходило, другая отбивала каждый час днем и ночью, по третьей можно было узнать направление
Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136-1206). Он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.
Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Его записи, 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 ученого. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить такого робота.
В XVI-XVIII веках в Европе получило значительное распространение конструирование автоматонов - заводных механизмов, внешне напоминающих человека или животных и способных иногда выполнять достаточно сложные движения. Один из наиболее ранних образцов таких автоматонов - «испанский монах» (примерно 40 см в высоту), способный прогуливаться, ударять себя в грудь правой рукой, кивать головой, периодически он подносит находящийся в его левой руке крест к губам и целует его. Считается, что этот автоматон был изготовлен примерно в 1560 году.
С начала XVIII века начали появляться сообщения о машинах с «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.
В конце 19 в. русский инженер Пафнутий Чебышёв придумал стопоход – первый в мире шагающий механизм, обладающий высокой проходимостью. Также в конце 19 в. Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно.
В 30-е годы 20 века - появились конструкции внешне напоминающих человека устройств, способных выполнять простейшие движения и воспроизводить фразы по команде человека.
В 1968 году - японская компания Kawasaki Heavy Industries, Ltd. собрала своего первого промышленного робота. С тех пор Япония начала неуклонное движение к тому, чтобы стать мировой столицей роботов - с более чем 130 компаниями, вовлеченных в их производство. В настоящее время на долю Японии приходится около 45 % функционирующих в мире промышленных роботов.
Робототе́хника (от робот и техника) - это наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем для производства. Эта наука основана на таких дисциплинах, как электроника, механика, телемеханика, информатика, а также радиотехника и электротехника. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную, экстремальную – военную, космическую, подводную, и другие виды робототехники.
II. Устройство роботов
Внешний вид и устройство современных роботов разнообразны. В промышленном производстве используются роботы, которые совсем не похожи на человека. Это связано с тем, что создание человекоподобного рода не всегда экономически выгодно. А для некоторых производственных технических процессов в этом нет необходимости. При всем своем разнообразии, эти автоматические устройства имеют общие составляющие, и общий принцип работы устройств.
Приводы - это «мышцы» роботов . В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух, например пьезодвигатели, когда крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Воздушные мышцы - простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом мышцы способны сокращаться до 40% от своей длины. Причиной такого поведения является особый плетеный материал, который может растягиваться и сжиматься.
Однако, термин «робот» используют не только для автоматических устройств, но и для компьютерных программ , примерами которых могут служить, например, боты или поисковые роботы. Результатом работы поискового робота является большое количество ответов на поисковый запрос. Такая информационная система достаточно эффективна, так как способна обслужить большее количество людей, предоставив им необходимую информацию.
III. Основные виды роботов (классификация)
1. Манипуляционные и мобильные роботы
Основные классы роботов – это манипуляционные и мобильные роботы.
Манипуляционный робот - автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора , имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.
Мобильный робот - автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют так же ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы).
Также роботы разделяются:
1. По способу перемещения
2. По типу управления
3. По внешнему виду
4. По функциональному назначению
Рассмотрим подробнее каждый вид роботов.
2. Классификация роботов по способу перемещения
По способу перемещения роботы делятся на колесные, гусеничные, шагающие, летающие, ползающие, плавающие.
Наиболее распространёнными роботами являются четырёхколёсные и гусеничные роботы . Есть также роботы, имеющие другое число колёс - два или одно. Такого рода решения позволяют упростить конструкцию робота, а также придать роботу возможность работать в более узких пространствах, где четырёхколёсная конструкция будет достаточно широкой и неудобной. Однако, для устойчивости двухколесных роботов требуются специальные балансирующие устройства. Одноколёсные роботы во многом представляют собой развитие идей, связанных с двухколёсными роботами. Для перемещения в пространстве в качестве единственного колеса может использоваться шар, приводимый во вращение несколькими приводами. Примером может служить шаробот. Для перемещения по неровным поверхностям, траве и каменистой местности разрабатываются шестиколёсные роботы, которые имеют большее сцепление, по сравнению с четырёхколёсными. Ещё большее сцепление обеспечивают гусеницы. Например, многие современные боевые роботы, а также роботы, предназначенные для перемещения по грубым поверхностям, разрабатываются как гусеничные.
Перемещение шагающего робота с использованием «ног» представляет собой сложную задачу динамики. Уже создано некоторое количество таких роботов, но они пока не могут достичь такого же устойчивого движения, какое присуще человеку. Роботы, использующие две ноги, как правило, хорошо перемещаются по полу, а некоторые конструкции могут перемещаться по лестнице. Также создано множество механизмов, перемещающихся на более чем двух конечностях, это например робот-собака, робот-мул ил робот-таракан. Такие конструкции легче в проектировании.
Большинство современных самолётов являются летающими роботами, управляемыми пилотами. Автопилот способен контролировать полёт на всех стадиях - включая взлёт и посадку. К летающим роботам относятся также беспилотные летательные аппараты, к ним относятся крылатые ракеты.
Существует ряд разработок ползающих роботов, перемещающихся подобно змеям или червям. Предполагается , что подобный способ перемещения может придать им возможность перемещаться в узких пространствах. Их, например, можно использовать для поиска людей под обломками рухнувших зданий.
Так же есть разработки плавающих роботов. Они передвигаются в воде подобно рыбам или медузам. Эти аппарат, достаточно бесшумны и манёвренны.
Роботы, задействованные в производстве на промышленных объектах, чаще всего передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Если есть необходимость перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям то в промышленных роботах используются «шагающие» механизмы с вакуумными присосками.
3. Классификация роботов по типу управления
По типу управления робототехнические системы подразделяются на биотехнические, автоматические и интерактивные.
- Биотехнические:
- командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота). Человек-оператор с командного устройства дистанционно задаёт движение в каждом сочленении. Если говорить точнее, то это не роботы в полном смысле слова, а «полу-роботы».
- копирующие, повторяющие движения человека.
- полуавтоматические. Это роботы, при управлении которыми человек-оператор задаёт лишь движение рабочего органа манипулятора, а формирование согласованных движений в сочленениях система управления роботов осуществляет самостоятельно.
2. Автоматические:
- программные (функционируют по заранее заданной программе, в основном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях). Это самая простейшая и самая распространенная разновидность роботов. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, а все действия выполняются циклически по жёсткой программе, заложенной в память запоминающего устройства.
- адаптивные роботы решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования. Они оснащённые сенсорной частью (системой очувствления) и снабжённые набором программ. Сигналы, поступающие к системе управления от датчиков , анализируются ею, и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях робота, предполагающее переход от одной программы к другой.
- интеллектуальные роботы – наиболее развитые автоматические системы. Это роботы с элементами искусственного интеллекта . Они способны с помощью сенсорных устройств самостоятельно воспринимать и распознавать обстановку, строить модель среды, и автоматически принимать решение о дальнейших действиях, а также самообучаться по мере накопления собственного опыта деятельности
3. Интерактивные:
- автоматизированные роботы. При управлении таким видом возможно чередование автоматических и биотехнических режимов.
- супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполняет только целеуказательные функции). Роботы, выполняют автоматически все этапы заданного цикла операций, но осуществляют переход от одного этапа к другому по команде человека-оператора.
- диалоговые (робот участвует в диалоге с человеком по выбору стратегии поведения, при этом, как правило, робот оснащается экспертной системой, способной прогнозировать результаты манипуляций и дающей советы по выбору цели).
Основные задачи управления роботами:
- планирование положений;
- планирование движений;
- планирование сил и моментов;
- анализ динамической точности;
- идентификация кинематических и динамических характеристик робота.
4. Классификация роботов по внешнему виду. Робот-андроид
Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. Как уже было отмечено выше, в промышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от « человеческого ». Также роботами называют и некоторые программы – боты или поисковые системы.
В презентации, кроме промышленных видов, были показаны и другие роботы – робот-мул, робот-змея, роботы похожие на машину или танк. Вот еще несколько интересных видов – робот-собака, робот-разведчик в виде таракана, робот-трансформер, робот-муравей, самоуправляемый автомобиль, робот-беспилотник, роботизированная рука. Уже создан человекоподобный робот – андроид, который способен не только двигать руками и ногами, выполняя определенные функции, но и выражать свои эмоции - счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение - с помощью жестов и мимики.
Современные человекоподобные роботы.
ASIMO
- робот-андроид, созданный корпорацией
Хонда.
Ростом в 130 сантиметров и весом в 54 килограмма, робот похож на маленького астронавта, который несет рюкзак. Он умеет ходить на двух ногах, копируя человеческую походку скоростью в 6 км/ч
, использовать свои руки, говорить и слушать, видеть и узнавать людей и объекты.
Используя зрительную информацию, которую собирает вмонтированная в голову робота видеокамера, ASIMO распознает движения множества объектов, а также оценивает расстояние от них и их направление. С помощью комплекса этих технологий робот может следить за перемещениями людей камерой, следовать за человеком или поприветствовать его, когда он приближается. ASIMO умеет интерпретировать позиции и движения руки, распознавать позы и жесты. Благодаря чему робот может реагировать не только на голосовые команды, но и на естественные телодвижения людей. Таким образом, он, например, понимает, когда ему предлагают рукопожатие или когда человек ему машет, и отвечает взаимностью. Кроме того, он понимает, когда ему указывают направление движения.
ASIMO умеет анализировать окружающие объекты и ландшафт и действовать так, чтобы это было безопасно для него и находящихся рядом людей. Например, он узнает потенциально рискованные объекты, такие, как лестницы, а также останавливается или обходит людей и другие движущиеся объекты, чтобы не столкнуться с ними. Возможности робота распознавать род звуков углубились, и теперь он знает разницу между голосами и прочими звуками. Он отвечает на свое имя, поворачивается лицом к человеку, с которым разговаривает, реагирует на внезапные необычные звуки вроде упавшего предмета или столкновения, и поворачивает голову в этом направлении. ASIMO может узнавать человеческие лица, даже когда человек двигается. Он может отдельно различать 10 человеческих лиц. Когда их зарегистрируют в его памяти, он будет обращаться к ним по имени.
Робот Альберт Хубо (Albert HUBO) или
Einstein Robot
-
это андроидный робот. Его внешний вид составляет голова, которая копирует голову ученого Альберта Эйнштейна, и туловище довольно известного гуманоидного робота Хубо.
Модель для тестирования и воспроизведения роботом человеческих
Голова имеет 35 суставов, благодаря чему может выражать различные эмоции на лице, пользуясь независимыми движениями глаз и губ. Также в голове есть две камеры для визуального распознавания.
Робот-гиноид Aiko была создана канадским робототехником-любителем по имени Чунг Ле. Вес 30 кг, рост 151 см. Она умеет разговаривать, читать текст, распознавать предметы и цвета, решать математические задачи, реагировать на внешние раздражители . Поначалу Aiko не умела ходить, но сейчас этот вопрос практически решен. «Кожа» Aiko состоит из мягкого силикона и она способна «чувствовать боль». Главной целью создания проекта Aiko является помощь и уход за стариками и больными людьми, а также работа в офисе, уход за домом и развлечение детей. В данный момент Aiko знает два языка японский и английский. У первой модели Aiko был грубый и очень не похожий на человеческий голос. Однако ситуация улучшилась - голос стал больше похож на мягкий голос девушки, в большей степени благодаря уникальному органу - в точности скопированному с оригинала человеческому языку.
TOPIO - андроид, разработанный для игры в настольный теннис против человека. Обладает внешностью, напоминающей человеческую, перемещается на двух ногах. Робот разработан в 2005 году вьетнамской компанией TOSY, занимающейся разработками в области робототехники. TOPIO 3 имеет рост 1 метр 88 сантиметров и весит порядка 120 кг. Все версии робота используют самообучающуюся систему искусственного интеллекта, позволяющую роботу улучшать свои навыки в процессе игры.
EveR-1 - робот, похожий на 20-летнюю кореянку: её рост 1,6 метра, а вес - около 50 килограммов. Ожидается, что андроиды, вроде EveR, смогут служить гидами, выдавая информацию в универмагах или музеях.
Repliee R-1 - человекоподобный робот с внешностью японской пятилетней девочки, предназначен для ухода за пожилыми и недееспособными людьми
HRP-4C - робот-девушка, предназначенная для демонстрации одежды. Рост робота составляет 158 см, а вес вместе с батареями - 43 кг. У этого андроида достаточно хорошая мимика, позволяющая выражать эмоции.
Repliee Q2 - робот-девушка была показан на международной выставке World Expo, проходившей в Японии. На демонстрациях он исполнял роль телевизионного репортера-журналиста, при этом постоянно взаимодействуя с людьми. В роботе были установлены всенаправленные камеры, микрофоны и датчики, которые позволяли Repliee Q2 без особых трудностей определять человеческую речь и жестикуляцию.
Ибн Сина - андроид, названный в честь древнего персидского философа и врача Ибн Сины. Говорит на арабском языке, способен самостоятельно найти своё место в самолёте, общаться с людьми. Распознаёт выражение лица говорящего и прибегает к соответствующей ситуации мимике. Его губы двигаются довольно монотонно, однако отмечается, что особенно хорошо у него получается поднимать брови и прищуривать глаза.
Фрэнк - первый биоробот, созданный в 2011 году группой специалистов во главе с доктором Бертольтом Мейером, который является первым человеком с бионической рукой. «Bionic Man» как поясняют ученые, состоит из 28 искусственных частей человеческого тела, которые в настоящий момент освоены учеными и медиками. В их число входят сердце, селезенка, щитовидная железа, почки и легкие. Правда, воссоздать человеческий мозг ученым пока не удалось. Сейчас «мозгом» роботу служат электронные микросхемы и компьютер, который удаленно (через Bluetooth) управляет его действиями. Новый робот умеет дышать, ходить, видеть и даже вести беседу. Лицо робота изготовлено из силикона. Его «прототипом» послужил сам Бертольт Мейер.
5. Классификация роботов по функциональному назначению
В зависимости от функционального назначения, выделяют следующие типы роботов:
Аптечный робот.
Для автоматизации работы аптек немецкие инженеры разработали робота, позволяющего экономить время на поиск лекарства. В 1996 году был представлен первый в мире робот-фармацевт для автоматизации выдачи наиболее востребованных медикаментов в аптеке.
- Промышленный робот.
Промышленный робот - предназначен для выполнения различных технологических операций в производственном процессе. Такие роботы способны выполнять производственные операции по 24 ч в сутки. и способны заменить человека на опасных производствах, т.к. не подвержены воздействию газов и выбросу опасных химических веществ. При неизменном уровне качества работы такие механизмы позволяют увеличить производительность труда в целом.
Первые промышленные роботы начали создавать в середине 50-х годов XX века в США. Сначала были разработаны погрузочно-разгрузочные манипуляторы, затем появились роботы для сборочных и других работ.
- Транспортный робот.
Относится к промышленным роботам. Используется для погрузо-разгрузочных работ.
Подводный робот.
Существуют как российские, так и зарубежные разработки роботизированных подводных аппаратов, которые способны работать на различной глубине. Например, мобильный комплекс «Пантера Плюс» используется для прокладки кабеля по дну, обезвреживания мин и помощи в спасении затонувшей подлодки. Е го механические манипуляторы настолько чувствительны, что способны вязать из канатов узлы под километровой толщей воды. Он оборудован дисковой пилой для обреза тросов, тросорезом для перекусывания стальных проводов. Установленные на нем сонары и сенсоры найдут иголку в толще ила. Мощные прожекторы позволяют работать в полной темноте, а сверхчувствительные камеры передают на поверхность видео отличного качества.
Управление по передовым технологиям и программам американского ЦРУ разработало беспилотный подводный аппарат в виде робота-сома, который предназначен для изучения подводных обитателей и водоемов.
Бытовой робот.
Бытовой робот предназначен для помощи человеку в повседневной жизни. В 2007 году Билл Гейтс опубликовал статью «Робот в каждом доме» о значительном потенциале роботов в том числе домашних и бытовых роботов для социума. Наиболее распространены роботы в виде игрушек, роботы-няни, роботы-помощники в домашнем хозяйстве, роботы-экскурсоводы и роботы-официанты.
Роботы-игрушки весьма разнообразны. Это роботы в виде животных, кукол, динозавров. В серии развивающих игрушек LEGO есть набор конструктора LEGO Mindstorms для создания программируемого робота.
Социальный робот способен в автономном или полуавтономном режиме взаимодействовать и общаться с людьми в общественных местах или дома. Это роботы: няни и сиделки (Wakamura, RIBA, PaPeRo, Hubo), дворецкие (Pepper, Cubic), роботы телеприсутствия (Romo,Double, Даша, R.Bot, Webot, Promobot), роботы-учителя (андроид Пушкин) и помощники для детей с аутизмом (Nao) и другие виды. Такие роботы помогают молодым родителям укладывать детей спать. Они крепятся к детской кроватке с помощью специальных механизмов. Плач младенца улавливает микрофон. Затем в действие вступают специальные механизмы, которые начинают плавно качать кроватку. Также их используют для реабилитации маломобильных людей и инвалидов, давая им возможность общаться, удаленно работать и развлекаться.
Роботы-помощники в домашнем хозяйстве – это и весьма популярные роботы-пылесосы, полотёры, газонокосилки, а также роботы для чистки бассейнов и водосточных желобов. Как правило, эти роботы способны самостоятельно перемещаться в помещении, возвращаясь по мере необходимости на зарядную станцию.
- Робот для обеспечения безопасности и боевой робот.
В последнее время роботы всё чаще применяются силовыми структурами: военными, полицией, аварийно-спасательными службами.
Для оперативной разведки используют «летающих роботов» - беспилотные летательные аппараты. При проведении под водой обследования потенциально опасных объектов и поисково-спасательных работ службы МЧС России используют подводные роботы серии «Гном», роботизированные установки пожаротушения.
Боевые роботы заменяют человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека в военных целях, например, разведка, боевые действия, разминирование. В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.
Разработка боевых роботов ведется с начала 20 в. В 1910 году в США возникла идея использовать летательные аппараты без человека. По замыслу управляемое часовым механизмом устройство в заданном месте должно было сбрасывать крылья и падать как бомба на врага. Получив финансирование армии США, были построены и испытаны такие беспилотные устройства. Но в боевых действиях они так и не применялись.
В Советском Союзе в начале 30-х годов 20 в. Сталиным был утверждён план реорганизации войск, в котором делалась ставка на танки. В связи с этим были построены телетанки - управляемые в боях по радио на расстоянии, без экипажа. Очень скоро у этих конструкций обнаружилась «ахиллесова пята»: однажды, в ходе учений, машины внезапно перестали выполнять команды операторов. После тщательного осмотра техники никаких повреждений обнаружено не было. Немногим позже было установлено, что высоковольтная линия передачи тока, проходящая вблизи учений, создавала помехи для радиосигнала. Также радиосигнал терялся на пересечённой местности. С началом Отечественной войны разработки по усовершенствованию телетанков прекратились.
После окончания Второй мировой войны стали появляться высокоточные интеллектуальные роботы, способные анализировать, видеть, слышать, чувствовать, различать некоторые химические вещества и производить химические анализы воды или почвы.В 1948 году в США был создан разведывательный беспилотный летательный аппарат и уже в 1951 году «беспилотник» был пущен в массовое производство.
В 1979 году, в техническом университете имени Н. Э. Баумана, по заказу Комитета Государственной Безопасности СССР был сделан сверхлёгкий мобильный робот для обезвреживания взрывоопасных предметов.
С начала XXI века многие страны увеличили инвестиции в разработки новых технологий в робототехнике. Разработаны и применяются роботы-разведчики (сухопутные и подводные), роботы-транспортировщики, роботы-часовые, предназначенные для охраны границ. Американцами разработаны боевые роботы, снабжённые крупнокалиберным пулемётом.
Из серийно производящегося вооружения известен также российский самоходный зенитный ракетно-пушечный комплекс Панцирь-С1 , который может работать в автоматическом режиме как в отдельной боевой единице, так и в составе подразделения из нескольких боевых машин. Правозащитники выступают против боевых роботов в связи с их возможной бесконтрольностью. Например, они могут убивать раненых и сдающихся в плен противников, им трудно отличить бойцов противника от мирных жителей).
Медицинский робот.
В последние годы роботы получают всё большее применение в медицине; в частности, разрабатываются различные модели хирургических роботов . Первая операция с применением хирургического робота была проведена в 1992 году. С 2000 года серийно выпускается робот Da Vinci, предназначенный для лапароскопических операций и установленный в нескольких сотнях клиник по всему миру.
Этот робот состоит из двух блоков, один предназначен для оператора, а второй - четырёхрукий автомат - выполняет роль хирурга. Одна из «рук» робота держит видеокамеру, передающую изображение оперируемого участка, две другие в режиме реального времени воспроизводят совершаемые хирургом движения, а четвёртая «рука» выполняет функции ассистента хирурга. Врач-хирург садится за пульт, который даёт возможность видеть оперируемый участок в 3D с многократным увеличением и использует специальные джойстики, для управления инструментами.
Стоимость системы Da Vinci около 2 млн. долл. США. В России установлено чуть менее тридцати таких хирургических систем.
Наноробот.
Нанороботы, или наноботы - это роботы, размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.
На данный момент, нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящён ряд международных научных конференций.
В 2010 году были впервые продемонстрированы нанороботы на основе ДНК, способные перемещаться в пространстве.
Первое полезное применение наномашин, если они появятся, планируется в медицинских технологиях, где они могут быть использованы для выявления и уничтожения раковых клеток. Также они могут обнаруживать токсичные химические вещества в окружающей среде и измерять уровень их концентрации. Также нанороботы могут быть использованы как транспортеры для доставки лекарств, биомедицинский инструментарий, в качестве средств наблюдения и шпионажа, а также в качестве оружия, для космических исследований.
Так как нанороботы имеют микроскопические размеры, то их, вероятно, потребуется очень много для совместной работы в решении микроскопических и макроскопических задач.
Робот-программа.
Робот, или бот, а также интернет-бот, www-бот - это специальная программа, которая выполняет автоматически и/или по заданному расписанию какие-либо действия. При обсуждении компьютерных программ термин употребляется в основном в применении к Интернету.
Обычно боты предназначаются для выполнения работы, однообразной и повторяемой, с максимально возможной скоростью (очевидно, намного выше возможностей человека).
Заключение.
Представленные в работе классификации не являются полными, исчерпывающими, в связи с тем, что робототехника является одной из динамично развивающихся наук, а роботостроение – одной самых перспективных отраслей производства. И в своем сочетании они будут предлагать все новые виды роботов, согласно запросам жизни и деятельности человека.
Те же виды роботов, которые рассмотрены в данной работе, постоянно усовершенствуются с помощью технологий. Так человекоподобные роботы – андроиды становятся способными к решению логических задач, обретают искусственную кожу, снабженную сенсорами по подобию человеческой тактильной памяти, которая позволяет нам помнить ощущения при прикосновении даже после контакта с предметами.
Изобретен робот способный ездить по вертикальной стене. Благодаря своей конструкции VertiGo способен передвигаться по стене даже с неровной поверхностью, например, по кирпичной кладке. Устройство длиной около 60 сантиметров представляет собой четырёхколесную платформу, которая имеет два независимых меняющих угол наклона пропеллера. Они работают аналогично спойлерам на автомобилях, создавая силу, прижимающую колёса конструкции к полу или стене. Пропеллеры меняют вектор тяги, изменяя угла наклона, поэтому робот способен переезжать с горизонтальной поверхности на вертикальную.
Однако при всей перспективности роботостроения существует ряд проблем, возникающих при использовании роботов. Это и проблемы этики – например, проблема использования военных роботов, проблема продления жизни людей на земле за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток. Решать подобные проблемы призвана робоэтика - «этика робототехники». Это понятие используется, чтобы обозначить отношение этики именно к роботам (так как это понятие связано с поведением человека). Данная сфера описывает, как люди проектируют, строят, используют роботов и относятся к ним и другим творениям с искусственным интеллектом.
На январском экономическом форуме в Давоссе одной из официальных тем станет так называемая «четвертая технологическая революция». В числе тем, которые будут обсуждаться на форуме, будут гипотетическое участие роботов в войнах и замена роботами специалистов, принадлежащих к среднему классу.
Представленная работа станет моим первым шагом к изучению роботостроения, использования роботов и проблем распространения робототехники.
Список использованной литературы:
Боголюбов А.Н., Никитин Д.А. Популярно о робототехнике/ Отв. ред. В.Д. Новиков. Киев: Наук, думка, 1989. 200 с.
Василенко H.B., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. Основы роботехники. / под ред. К.Д. Никитина – Томск: МГП «РАСКО», 1993.
Кобринский А.Е. Вот они - роботы. М.: Наука, 1972. 113 с.
Макаров И. М., Топчеев Ю. И. Робототехника: История и перспективы. - М.: Наука ; Изд-во МАИ, 2003. 349 с.
Отряшенков Ю. М. Юный кибернетик. - Детская литература, 1978.
Электронные ресурсы:
http://aviadron.ru/
http://edurobots.ru/
http://geektimes.ru/hub/robot/
http://gizmod.ru/roboty/
https://kantiana.ru/news/143/161510/
http://novate.ru/blogs
http://postnauka.ru/
http://potustorony.ru
Http://roboting.ru/
http://robot-ex.ru
http://robo-hunter.com/
http://techvesti.ru/robot
https://ru.wikipedia.org/wiki/Робототехника
https://ru.wikipedia.org/wiki/робот
Робот является автоматическим устройством. Он действует по заложенной в него программе. Робот сделан по подобию живого организма и получает информацию от сенсоров (датчиков). Впервые слово робот ввел в употребление чешский писатель Карел Чапек и его брат Йозеф в 1920 году для пьесы «Россумские универсальные роботы». Означает оно подневольный труд и происходит от чешского слова «robota» или «robot».
Ранее в переводе на русский язык оно звучало как «роботарь», но в наше время мы его уже практически не услышим.
Для чего нужны роботы?
Робот нужен для того, чтобы заменить человека в тяжелых производственных или опасных условиях. Робот работает по заложенной в него программе, на основе получения информации от внешних устройств – сенсоров или по другому датчиков. Фактически любой робот копирует живые организмы и органы чувств людей, животных. То есть использует принципы такой прикладной науки как бионика.
Могут работать автономно или управляться оператором, то есть человеком, который отдает команды. В промышленности обычно используются стационарные роботы, которые совсем не похожи на людей. Это различного вида
- станки
- производственные линии
- манипуляторы и прочее.
Роботы, похожие на людей, называются андроидами. Сейчас их больше используют как бытовые игрушки или как помощника по дому с очень ограниченным функционалом.
Какие бывают типы роботов:
Промышленные роботы
– выполняют различные производственные задачи. Всегда есть устройство управления – контроллер, может включать в себя манипулятор, сервопривод, различные сенсоры, пневмоцилиндры и многое другое. Все зависит от того, что делают на этом производстве. Например — склады, логистика здесь требуются конвейеры, штабелеры и т.д. Выполняют различные технологические операции, перемещение предметов, обработку материалов.
Медицинские роботы
– наиболее известный хирургический робот «Да Винчи». Он управляется несколькими операторами хирургами. При его помощи проводят высокоточные операции. По своей сути это управляемый манипулятор. Обычно медицинские роботы совсем не похожи на людей. Также есть роботы, которые выполняют отдельные функции, например, массаж или внутривенные инъекции, терапевтические функции и прочее. Для более точечных операций идет разработка нано-роботов. Они смогут вводиться внутрь человеческого организма.
Бытовые роботы
– облегчают жизнь человеку. Это роботы, выполняющие функции секретаря, уборки помещений, роботы животные. Например робот-собачка, способная выполнять некоторые команды, роботы-пылесосы и другие.
Робот, которые обеспечивают безопасность.
— широко используются силовыми структурами. Это системы контроля доступом, автоматические устройства пожаротушения. МЧС и полиция используют беспилотники-дроны, подводных роботов для предотвращения пожаров и глубоководных работ.
Боевые роботы
Являются как правило дистанционно управляемыми и предназначены для замены человека в особо опасных и боевых ситуациях. Это роботы-минеры, роботы-саперы, роботы разведчики. Автономные боевые роботы пока находятся в стадии разработки.
Роботы учёные
– постепенно начинают использоваться для научных исследований и разработок. Для них используют все более совершенные алгоритмы управления. Роботы уже в состоянии проводить научные эксперименты, опыты, анализировать различные процессы, делать прогнозы и выдвигать теории. Эти роботы могут работать без перерыва, у них нет амбиций, они не могут обманывать и утаивать информацию. Также роботы лишены субъективной оценки своей работы.
Робот учитель
– может выполнять многие задачи, которые выполняет современный учитель. Он может читать вслух, общаться на многих языках, выдавать задания. Но пока не может распознавать эмоции человека, думать, как человек. Такой робот-учитель лишен индивидуального подхода к учащимся. У него сложности с мотивацией учеников и управлением классом.
Мы видим что различных типов роботов достаточно много и тому что такое робот можно дать много определений. Но пока у всех роботов отсутствует эмоциональная составляющая, пока это только управляемые программируемые механизмы. Этот перечень роботов далеко не полный. Каждый тип роботов также подразделяется на множество видов. С каждым годом мир роботов становится все больше и разнообразнее.
Научно-технический прогресс на месте не стоит. Новейшие технологии всё больше размывают границы между фантазией и реальностью.
Роботы уже давно перестали быть научной фантастикой. Сегодня они наши незаменимые помощники во многих отраслях деятельности. В этой статье мы посмотрим как выглядят и что умеют самые совершенные на сегодняшний день роботы.
Марсоход Curiosity
Самый совершенный на сегодняшний день марсоход третьего поколения. На его разработку NASA потратили 10 лет и 2,5 млрд. долларов. По сути это автономная химическая лаборатория на колёсах, размером с небольшой автомобиль. Его создали специально для исследования кратера Гейла. Curiosity буквально напичкан всевозможными приборами и датчиками, которые умеют делать практически всё от съёмки фото в выском разрешении до спектрального анализа твёрдых грунтовых пород.
Geminoid DK
Это один из самых реалистичных человекоподобных роботов. Его построил Хироши Исигуро вместе со своими коллегами из Japan’s Advanced Telecommunications Research Institute International. Внешность этого робота является точной копией профессора Хенрика Шарфе из Aalborg University. Geminoid DK может управляться дистанционно, с помощью передовой технологии захвата движений. Она позволяет машине имитировать выражение лица и точно повторять движения.
Baxter
Бакстер - необычный промышленный робот, хоть и выглядит вполне заурядно. Такие модели можно встретить практически на всех более-менее современных машиностроительных предприятиях. Главная его особенность заключается в повышенной безопасности. Обычные промышленные роботы такой чертой совсем не отличаются. Если человеку непосчастливится попасть под их механические руки-клещи, то всё может кончиться достаточно печально. Но только не в случае с Бакстером. В его «голове» находится камера, которая следит, чтобы в поле деятельности не было инородных предметов. Если таковые попадаются, то ультразвуковые моторы, контролирующие захваты механических «рук» автоматически отпускают «клещи».
Paul
Paul, пожалуй, меньше всего похож на робота в привычном нам понимании. Но то, что он делает - просто потрясающе. Это настоящий робот-художник, который состоит из одной лишь механической руки, которая держит карандаш или авторучку. Процесс рисования предельно прост: человек садиться напротив камеры, которая сканирует его лицо, а затем «рука» Paul начинает рисовать портрет. Причём рисует робот не по шаблону, каждый портрет даже одного и того же человека, получается уникальным. В его рисунках действительно есть какой-то стиль.
WildCat
Разработка знаменитой компании Boston Dynamics. Это робот-разведчик, который способен передвигаться по пересечённой местности, а в режиме галопа может разгоняться до 25,7 км/ч. Да-да, этот робот умеет скакать галопом. А ещё резко останавливаться и разворачиваться. Кроме того WildCat невероятно устойчивый «уронить» его - настоящая проблема.
S-One
Робот-спасатель от японской компании Schaft, которую в итоге купила Google (также как и Boston Dynamics, кстати). S-One небольшой, коренастый, крайне устойчивый и очень сильный робот. Он может поднимать тяжести, орудовать дрелью, легко справляется с вентилями и дверными ручками. Благодаря особым новейшим разработкам создателям робота удалось добиться невероятной быстроты и плавности выполнения поставленных задач.
Sub1
Этого робота создали двое разработчиков программного обеспечения из США Джей Флэтлэнд и Пол Роуз. Робот состоит из 6 шаговых двигателей, 4 веб-камер и небольшого числа общедоступных деталей. А основная его задача - собирать кубик Рубика. И делает он это, вы только вдумайтесь, менее, чем за одну секунду. Среди людей рекорд по скоростной сборке кубика Рубика принадлежит сейчас американскому подростку Лукасу Эттеру. Осенью 2015 года он собрал кубик за 4,9 секунды. Роботу Sub1 понадобилось всего 0,887 секунды.
Row-bot
Новейшая разработка учёных из Бристольского университета. Row-bot - это прототип робота, который предназначен для того, чтобы передвигаться по поверхности загрязнённых водоёмов и поедать микробы, которые, собственно и делают воду грязной. Примечательно, что «съеденных» микробов Row-bot использует как биотопливо для выработки энергии и продолжения работы.
M-2000iA/1700L
Японская компания FANUC разработала самого сильного робота в мире. Название у него, конечно, не очень благозвучное, но зато возможности поистине впечатляющие. Робот-силач с «размахом руки» 4,7 метра, может поднимать предметы весом до 1700 кг. Предыдущий самый сильный робот планеты Titan, мог манипулировать предметами весом до 1 тонны, но и «рука» у него была чуть длиннее - 6,5 метров.
Atlas
Компания Boston Dynamisc не так давно представила широкой публике новое поколение своего робота под название Atlas. B его способности просто поражают воображение. Двуногий человекоподобный робот легко гуляет по зимнему лесу с очень сложным рельефом. При этом он сохраняет равновесие даже тогда, когда его ноги проваливаются в снег. Но если всё-таки упадёт, робот способен самостоятельно подняться практически из любого положения.
