Робот

Робот (от чешск. robota ) - Устройство, управляемое с помощью электронной платы или компьютера, который можно запрограммировать на выполнение определенных операций.

В большинстве случаев современные работы - это "руки", манипуляторы, закрепленные на основе и предназначены для выполнения однообразной работы типа сложения, перемещения. К роботам также относятся устройства, работающие в тяжелых для человека средах и управляемые дистанционно, например работы, которые выполняют работы на больших глубинах, в космосе, устройства для доставки снарядов и др.., а также роботизированные игрушки.

Робот это электромеханический, пневматический, гидравлический устройство или их комбинация, предназначен для замены человека в промышленности, опасных средах и др.. Принятый сейчас во всем мире термин был изобретен чешским писателем Карел Чапек и его братом Йозефом и впервые использован в пьесе Чапека "Р.У.Р." ("Россумськи универсальные работы" 1921). Сначала для обозначения существ было предложено слово производное от латинского "labor" (работа), но затем Карел Чапек остановился на производной от чешского robota [1].

Робот-гуманоид Honda

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 тяжелыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжелых или опасных для человека условиях.


1. Происхождение термина

Впервые слово робот прозвучало в 1921 г. в пьесе "Р.У.Р" ("Умные универсальные работы") чешского писателя Карела Чапека. Так он назвал механических существ, которые извне напоминали людей. В течение нескольких последующих лет пьесу поставили в большинстве крупных городов мира. Чапек получил славу и состояние. А слово "робот" вошло в словари многих языков.

В черновых вариантах пьесы писатель вместо слова "робот" употреблял "лабор". Его он создал от латинского слова "labor", что переводится как "работа". Однако название автору не нравилась, а новую никак не удавалось придумать. Однажды его брат Йозеф предложил заменить слово "лабор" на "робот". Последнее происходило от словацкого "robota" - "труд". А чешском оно означало "тяжелая работа", "каторжная работа". Это вполне соответствовало содержанию пьесы, в которой работы выполняли вместо людей всю тяжелую или рутинную работу.

1928-го в первом издании "Оксфордского словаря английского языка" при слове "робот" отмечалось, что его создал автор пьесы "Р.У.Р." Карел Чапек. Тот сразу опроверг информацию - указал, что на самом деле творцом слова является его брат Йозеф [1].


2. Функциональная схема работа

В составе работа является механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть работа делится на манипуляционную систему и систему передвижения.

2.1. Механическая часть

2.1.1. Манипуляционная система роботов

Учебный робот-манипулятор SCORBOT-ER 4u

Манипуляторы для роботов - это аналог рук человека.

Манипуляторы включают подвижные звенья двух типов:

  • звена, обеспечивающих поступательное движение
  • звена, обеспечивающих угловые перемещения

Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.

Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрический, гидравлический или пневматический привод.

Частью манипуляторов (хотя и необязательной) является захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека - захват осуществляется с помощью механических "пальцев". Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматическим 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, отвертка и т.д..


2.1.2. Система передвижения роботов

Советский Луноход-1

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колесную или гусеничную, реже - шагающую систему передвижения роботов. Это найуниверсальни виды систем перемещения.

Робот на гусеничном ходу

Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колесный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колес. Такая конструкция была применена в луноходе.

Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельса, по напольной пути т.п..

Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные "шагающим" конструкциям, но с пневматическими присосками.


2.2. Система управления роботами

Системы управления робототехнических устройств строятся на том же техническом базисе, что и все другие автоматические устройства. Алгоритмы систем управления роботами изучаются в курсах теории автоматического управления, теоретической механики. Обычно это лишь общие курсы, для более глубокого изучения рекомендуется теория навигационных систем, приближенная теория гироскопов, электротехника, цифровая и аналоговая схемотехника и др..

В современном мире, когда доминирующей течением является конвергенция технологий и наук, в управлении работами интересных результатов достигают применением знаний человечества по биологии и моделей поведения животных.

Общепризнанным является деление методов управления на: программное управление, адаптивное управление, интеллектуальное управление, полуавтоматическое или телеуправления - то есть с участием человека.


2.2.1. Программное управление

Программное управление - самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких работах отсутствует сенсорная часть, все действия жестко фиксированы и регулярно повторяются.

2.2.2. Адаптивное управление

Работы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые сенсорами, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переход к следующей стадии действий и т.п..

2.2.3. Интеллектуальное управление

Интеллектуального управления основан на методах искусственного интеллекта. Среди которых можно выделить, как найпоширинеши - нечеткую логику и нейронные сети.

2.2.4. Управления с участием человека

Примером такого робота имеется аппарат для разминирования с дистанционным управлением.

3. Обзор

Современные работы функционируют на основе принципов обратной связи, подчиненного управления и иерархичности системы управления роботом.

Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением работа, расчетом необходимого траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющих управление двигателями приводов.

Концепция подчиненного 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 своим обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своим обратной связью.

Современный робот оснащен не только обратными связями по положению, скорости и ускорения звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно он захватил деталь. Если деталь хрупкая или ее поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая ее поверхность и не разрушая ее.

Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием ( ERP -системой), согласующие действия робота с готовностью заготовок и станков с ЧПУ для выполнения технологических операций.

Среди самых распространенных действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:

  • перемещения деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам переменных палет;
  • сварка швов и точечная сварка;
  • окраски;
  • выполнения операций резки с движением инструмента по сложной траектории.

Промышленный робот является устройством, проводит какие-то манипулятивные функции, сходные с функциями руки человека.

"Робот" вообще - понятие растяжимое, и поэтому к классу роботов можно отнести многие автоматических устройств.

Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем, которые позволяют увеличить производительность труда. К сожалению, полную и экономически оправданную автоматизацию производств еще не достигнуто.

Работы, работающих в специальных условиях (высокая радиация, давление, температура, подводный мир, космос) позволяют, не рискуя жизнью людей, совершать различные операции как исследовательского, так и спасательного и антитеррористического характера.


4. История

Идея искусственных существ впервые упоминается в древнегреческом мифе о Кадма, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и Пятачок полетел их, из зубов выросли солдаты, и в другом древнегреческом мифе о Пигмалиона, который вдохнул жизнь в созданную им статую, Галатею. Также в мифе о Гефеста рассказывается, как он создал себе различных слуг. Древнееврейский миф рассказывает о Голема, который был оживлен каббалистической магией.

Похожий миф рассказывается в скандинавском эпосе Младшая Эдда. Там рассказывается о глиняного гиганта Мисткалфе, созданного троллем Рунгнером для схватки с Тором, богом грома.

Первое чертежи человекоподобного робота было сделано Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, разводить руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн скорее всего основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианский человек. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.

Первого работающего робота - андроида, играющего на флейте, - создал 1738 году французский механик и изобретатель Жак де Вокансон. Он также изготовил механических уток, которые, как говорят, умели клевать корм и испражняться.

В 1969 году был создан первый робот, который способен самостоятельно функционировать и оценивать собственные действия - Робот Шеки. С развитием технологии люди все чаще видели в механических существ нечто большее, 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, воплощает эту проблему. Позже Карел Чапек пишет знаменитую пьесу "RUR", в которой представлена ​​идея сборочной линии, на которой роботы собирают самих себя, произведение имело экономический и философский подтексты. Именно в этом произведении впервые употребляется термин "робот". В дальнейшем эти идеи развиваются в фильмах "Метрополис" ( 1927), "Бегущий по лезвию бритвы" ( 1982) и "Терминатор" ( 1984). Как работы по искусственным интеллектом становятся реальностью и взаимодействуют с человеком, показано в фильмах "Искусственный разум" ( 2001) режиссера Стивена Спилберга и "Я, робот" ( 2004) режиссера Алекса Пройяса.

В 1981 году Кензи Урада, рабочий завода Kawasaki стал первой официальной жертвой, погибшей от руки робота. С того времени число жертв роботов растет, несмотря на внедрение усовершенствованных механизмов безопасности.


5. Работы 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 человекоподобные роботы "Вакамару" производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $ 15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.

5.1. Индустриальные работы

Промышленно-индустриальные работы в последние десятилетия почти полностью заменили человеческий труд в различных областях, особенно в технологических процессах, где требуется прецизионная точность, скорость и однообразие, повторяемость операций - в машиностроении и обработке металлов, в производстве микропроцессоров и даже в таких отраслях как производство или сборка бумажно-картонной тары.


5.2. Военные работы

Исследовательский Центр Военно-морского флота США опубликовал концепцию использования боевых роботов. [2] В отличие от предыдущих документов такого рода, которые готовятся с 1960-х годов, в этом впервые предложен кардинально новый принцип: машины должны уничтожать только другие машины.

В документе, который называется Концепция Операций Вооруженных Автономных Систем подчеркивается, что в нынешних условиях главной задачей армий является не выигрыш войны, а выигрыш мира. В этих условиях крайне опасно использовать боевую технику, которая априори опасна для мирного населения. Уничтожение мирных жителей в ходе легитимных военных операций является практически неизбежным. Опасность убийства невинных возрастает в случае, если в бой идут боевые роботы, не способные отличить, например, боевика со взрывным устройством в руке от женщины с ведром.

Исходя из этого, авторы концепции предлагают изначально настраивал роботов на борьбу не с носителями оружия, а с самим оружием. Например, с появлением противника, вооруженного автоматом, робот должен целиться не в человека, а в автомат. Если при этом убиты или ранены вражеского солдата или повстанца, подобные огрехи можно будет расценивать, как нестрашный ошибку.