Visits: 96
Робототехника – это прикладная наука и отрасль, прежде всего это синергия всех последних достижений технических, естественных наук и информационных технологий.
Говоря и представляя роботов, в сознании большинства людей в основном возникают образы известных киногероев например таких как голливудские Терминаторы с Арнольдом Шварценеггером, Робокоп, Трансформеры автоботы или десептиконы…
Выделяют следующие группы роботов:
1. Промышленные – когда говорят “роботизация” имеют ввиду прежде всего развитие этой сферы.
2. Военные – единственный вид, который получил развитие в России, к ним же можно отнести роботов ливидаторов различных аварий и природных катаклизмов.
3. Космические – к ним относятся и спутники, планетоходы и антропоморфные роботы, помогающие космонавтам.
4. Бытовые – уборщики, кухонные роботы, роботы – компаньоны.
5. Андроиды, гуманоиды – различные антропоморфные роботы, чьей целью является усовершенствование “человекообразности” роботов для различных социальных целей.
История робототехники
Автоматизация и роботизация производства в капиталистическом мире началась в 50-е годы XX века. Именно к тому времени можно отнести появление первых промышленных роботов. Они осуществляли сборку оборудования, и простейшие монотонные операции.
Первый такой робот был разработан изобретателем самоучкой Джоржем Деволом в 1954 году. Робот-манипулятор имел массу 2000 кг управление с помощью программы записываемой на магнитном барабане. Система получила название Unimate на новое устройство был оформлен патент и а в 1961 изобретатель основал компанию Unimation.
Первый робот был установлен на заводе Дженерал Моторс (на литейном участке) в 1961 году. Затем новинка была опробована заводами Chrysler и Ford,
Первый промышленный робот Unimate
Система Unimate применялась для работы с литыми металлическими деталями, которые манипулятор извлекал из форм отливки. Захватиное устройство управлялось гидроприводом.
Робот имел 5 степеней свободы и захватное устройство с двумя “пальцами”. Точность работы была весьма высока до 1,25 мм. И был эффективнее человека – работал и быстрее и с меньшим количеством брака.
В 1967 промышленные манипуляторы приходят Европу. Они уже расширяют свой функционал, осваивают профессии сварщика, маляра. У робота появляется “техническое зрение” посредством видеокамер и датчиков, он учится определять габариты изделий и место их расположения.
В 1982 году IBM разрабатывает официальный язык для программирования робототехнических систем. В 1984 – компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом.
Новая конструкция сделала роботы более простыми и надежными, сохранив высокую скорость.
В 90-е появился контроллер с интуитивным интерфейсом управления, которому мог управлять оператор, он мог изменять параметры и регулировать режим работы. С тех пор возможности управления роботами и их функиции только развивались, увеличивалась их сложность, скорость, число осей, стали использоваться различные материалы , шире становились возможности разработки и управления, было сделано несколько первых уверенных шагов в сторону искусственного интеллекта.
В то же время в СССР был фактически лидером в робототехнике. Началось все еще в 30-е годы. В 1936 году 16–летний советский школьник Вадим Мацкевич создал робота, который умел поднимать правую руку. Для этого он потратил 2 года работы в токарных мастерских новочеркасского Политеха. Ранее, в 12 лет создал маленький радиоуправляемый броневик, стрелявший фейерверками. На “робота” Мацкевича обратили внимание власти и в 1937 году он представлял его на Всемирной выставке 1937 года в Париже.
На рубеже 30 – 40-х гг. XX в. в СССР также появились автоматические линии для обработки деталей подшипников, а в конце 40-х гг. XX в. впервые в мировой практике было создано комплексное производство поршней для тракторных двигателей с автоматизацией всех процессов — от загрузки сырья до упаковки готовой продукции.
В 1966 в Воронеже был изобретен манипулятор для укладки металлических листов, в 1968 в Ленинграде году разработали подводный робот “Манта” с чувствительным захватным устройством – в дальнейшем он совершенствовался. В 1969 году в ЦНИТИ Миноборонпрома приступили к разработке промышленного робота «Универсал-50». В дальнейшем активно внедрялись автоматизированные системы на крупные производства.
В 1985 году уже использовалось 40 тыс промышленых роботов и в несколько раз превосходило количество, используемых в США. Автоматизированые линии вовсю работали на АвтоВазе в 80-е года и даже подвергались атакам работников-“хакеров”.
Конвейер на АвтоВАЗе
Предприятие «АвтоВАЗ» являлось передовым в Советском Союзе по внедрению роботов в автомобильную промышленность. Первые 10 штук роботов «Джулия» появились в 1978 году при запуске в производство автомобиля «Нива». Они имели гидравлический привод и использовались для сварки боковин и в прессовом производстве. В 1986 году при запуске в производство ВАЗ-2108, -2109, -21099 смонтировали 30 роботов «Бета» для точечной сварки [22]. После распада СССР завод по-прежнему использует роботы.
Были крупные военные и космические разработки. Уникальным достижением по тем временам был беспилотный разведчик ДБР-1, который был принят на вооружение ВВС СССР еще в 1964 году. Такой аппарат мог выполнять разведывательные задачи над всей территорией Западной и Центральной Европы.
Одним из самых заметных достижений отечественной робототехники и науки стало создание в КБ им. Лавочкина «Лунохода-1». Изделие советского союза стало первым в мире планетоходом и успешно выполнило свои задачи на поверхности другого небесного тела.
В 1983 году на вооружение ВМФ СССР был принят уникальный противокорабельный комплекс П-700 «Гранит». Его особенностью стало то, что при залповом пуске ракеты могли самостоятельно выстраиваться в боевой порядок и во время полета обмениваться между собой информацией, самостоятельно распределяя цели. При этом одна из ракет комплекса могла играть роль лидера, занимая более высокий эшелон атаки.
Развивались и “роботы-гуманоиды”: в 1962 году появился первый робот экскурсовод Рэкс – он проводил экскурсии для детей в Политехническом музее. Говорят, он все еще там “работает”.
В последующие годы становление робототехники развивается ударными темпами, этому способствуют фундаментальные направления – физика, химия, электротехника и главное – электроника. На смену вакуумным лампам пришла силовая электроника, позже микросхемы, затем микроконтроллеры… Появляются новые материалы, новые способы автоматизации и методы программирования.
Но к России и СНГ это не уже не относится. Прежде всего развитие происходит в США, в Юго-Восточной Азии и Западной Европе.
На производствах внедряются управляемые роботизированные линии, роботы манипуляторы используются во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, медицине, в космосе и, конечно, в быту.
В некоторых отраслях до 50% работ выполняют промышленные роботы, например в автомобилестроении они могут сварить, покрасить, и переместить детали на другой участок сборки, где ими займутся другие роботы.
Существуют даже 100% автоматизированные фабрики. В Японии есть завод где роботы сами собирают роботов. И даже готовят еду для 2000 человек – офисного центра, обслуживающего этот завод.
Современное роботизированное производство
В 90-е годы наблюдался некоторый спад. Внедрение роботов, использующих существующие в то время технологии, на производство не принесло ожидаемой прибыли и финансирование некоторых крупномасштабных проектов было приостановлено. По ряду причин – и экономических, и социальных – ожидаемого бума не произошло, они остались как нишевая продукция для автосборочных и ряда других производств.
Резкий скачок произошел только в середине нулевых и это развитие продолжается. Прежде всего из-за того, что в робототехнике заинтересовались военные…
Остановить уже развитие невозможно и все странам, желающим быть в авангарде мировой промышленности приходится это принимать и догонять.
Устройство робота и задачи робототехники
Выделяют шесть общих задач роботехники:
- Перемещение – передвижение в любой среде
- Ориентация – осознавать свое местоположение
- Манипуляция – свободно манипулировать предметами окружающей среды
- Взаимодействие – контактировать с себеподобными
- Коммуникация – свободно общаться с человеком
- Искусственный интеллект – роботу нужно самостоятельно решать как ему выполнить команду человека
Самое оптимальное перемещение робота на колесах и гусеничной платформе. Именно эти способы обеспечивают наибольшую устойчивость и проходимость.
У колесных платформ с проходимостью сложнее – колесо не может преодолеть препятствие выше, чем его радиус. Колесные схемы постоянно совершенствуются, используются мощные серводвигатели, разрабатывается независимые подвески, применяются покрышки с грунтозацепами.
Устойчивы четырехноние и инсектоморфные роботы (это значит в форме насекомых, несколько “ног”, обычно 6) Такие устройства часто используются для военных целей.
Ходить на двух ногах робот учился очень долго. Из всех существующих с этим хорошо справляется только гуманоид ASIMO от Honda он умеет не только устойчиво ходить, но и подниматься по ступеням, компания его разрабатывала более 25 лет
Большинство же человекоподобных роботов пока передвигаются на платформе.
Кроме хождения по земле определенные модели могут ползать, плавать и летать.
Ориентация робота в пространстве осуществляется посредством датчиков, сенсоров, видеокамер, имеет способность “видеть” в инфракрасном диапазоне, улавливать ультразвуковые колебания и воспринимать тепловое излучение.
Управлять может и оператор, он может находиться в той же комнате или за несколько километров.
Все озвученные задачи робототехники в той или иной мере решаются. Робот становится совершеннее, он умеет сотрудничать с другими роботами, учится общаться человеком и лучше его понимать.
Интересная схема обучения космического робота-спутника, вероятно этот же принцип используется для настройки других робототехнических систем. “Эмоциональное обучение”, как называют его разработчики. Суть его в том, что в нем закладывается “аппарат эмоций”, который сообщает спутнику что для него “хорошо”, а что “плохо”. Хорошо – это цели на конкретные заданные объекты – это повышает оценку, плохо – это отклонение от целей – оценки будут снижены. Ну и так пока устройство не станет стабильным “хорошистом”.