Содержание
Как устроены роботы. Часть 1
Интересное о роботах
Городской робот NASA имеет программно-управляемые камеры и датчики, которые позволяют ему работать автономно в разных условиях. URBIE исследует области, которые могут представлять потенциальную опасность для человека.
На самом базовом уровне, человеческие существа состоят из пяти основных компонентов:
— Структура тела
— Мышечная система для перемещения тела
— Сенсорная система, которая получает информацию о теле и окружающей среде
— Источник питания для активации мышц и датчиков
— Мозг, который обрабатывает информацию от сенсорной системы и управляет мышцами.
Конечно, у нас есть и несколько нематериальных атрибутов, таких как интеллект и мораль, но на чисто физическом уровне они также входят в приведенный выше список.
Робот состоит из тех же самых компонентов. Типичный робот имеет подвижную физическую структуру, какой-либо электродвигатель, сенсорную систему, блок питания и компьютерный «мозг», который управляет всеми этими элементами.
По существу, роботы – искусственная версия живой жизни, это машины, которые копируют поведение людей и животных.
В статье далее рассмотрены основные концепции и принципы работы робототехники.
Joseph Engelberger, пионер промышленной робототехники, однажды заметил: «Я не могу определить, что такое робот, но я узнаю его, когда увижу.» Если вы рассмотрите все разнообразные типы машин, которые люди называют роботами, можно заметить, что почти невозможно придумать для них всеобъемлющего определения. Есть различные мнения о том, что представляет собой робот.
Вы, наверное, слышали что-то о некоторых из этих известных роботов:
— R2D2 и C-3PO: интеллектуальные роботы в фильмах «Звездные войны»
— Sony AIBO: роботизированная собака, которая обучается через взаимодействие с человеком
— Honda ASIMO: робот, который может ходить на двух ногах, как человек
— Промышленные роботы: автоматизированные машины, которые работают на сборочных линиях
— Человекоподобные андроиды из «Star Trek»
— Battlebots: дистанционно управляемые бойцы
— Марсоходы NASA
— HAL: бортовой компьютер корабля в фильме Стэнли Кубрика «2001: Космическая одиссея»
— Робот-газонокосилка
— Робот в телесериале «Затерянные в космосе»
— Mindstorms: популярной комплект робототехники Лего.
Все эти системы считаются роботами. К этому приводит широкое толкование слова робот. Большинство робототехников (люди, которые конструируют роботов) используют более точное определение. Они отмечают, что роботы имеют перепрограммируемый «мозг» (компьютер), который управляет телом.
Согласно этому определению, роботы отличаются от других перемещающихся машин, таких как автомобили, наличием компьютерного управления. Сегодня многие автомобили имеют бортовой компьютер, но функции его ограничены. Вы контролируете большую часть элементов управления в автомобиле непосредственно через различные механические устройства. Роботы также отличаются от обычных компьютеров своей физической конструкцией — стандартные компьютеры не имеют связанного с ними физического тела.
В следующий раз мы рассмотрим основные компоненты, из которых состоят современные роботы.
Теги: Honda ASIMO, Joseph Engelberger, URBIE, Городской робот NASA, устройство роботов, элементы робототехники
промышленные роботы описание, модели
Робот (чеш.
robot, от robota — подневольный труд) машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека при взаимодействии с окружающим миром в частности на промышленном производстве.
Термин «робот» был впервые введён К. Чапеком в пьесе «R. U. R.» (1920), где Роботами называли механических людей. В настоящее время робототехника превратилась в развитую область промышленности: тысячи промышленных роботов работают на различных предприятиях мира в разных технологиях, а слово «робот» вошло в обиход во многих языках мира.
С развитием промышленной робототехники определились разновидности Роботов: с жёсткой программой действий; манипуляторы, управляемые человеком-оператором; с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно («разумно») без вмешательства человека. Большинство современных промышленных роботов это роботы-манипуляторы применемые в различных отрослях промышленности: машиностроение, пищевая промышленность, автомобилестроение.
В то время как первые Роботы использовались преимущественно в развлекательных целях. С 30-х гг. 20 века в связи с автоматизацией производства Роботы — автоматы стали применять в промышленности наряду с традиционными средствами автоматизации технологических процессов, в частности в мелкосерийном производстве и особенно в цехах с вредными условиями труда.
Промышленный Робот манипулятор имеет «механическую руку» и управляющую её электрическую часть, т.е. станцию управления в том числе пульт управления или как его иногда называют панель оператора.
Промышленный робот способен, например, перемещать детали массой до нескольких десятков и даже сотен килограмм в радиусе действия его «механических рук» (стандартно размер рабочей зоны робота составлет около 2-3 м), выполняя при этом до 1000 перемещений в час.
Промышленные Роботы — автоматы имеют преимущество перед человеком в скорости и точности выполнения однообразных операций.
Программирование промышленного робота: если Роботу в режиме обучения «показывают» последовательность операций, то система управления фиксирует всё в виде программы управления и затем точно воспроизводит последовательность действий и команд при эксплуатации.
Программу так же можно вводить в ручную с пульта оператора или загружать в станцию управления роботом с внешнего устройства типа ПК, где программа для робота готовилась в специальном CAM программном обеспечении.
Роботы-манипуляторы используют для работы в условиях относительной недоступности либо в опасных, вредных для человека условиях, например в атомной промышленности, где они применяются с 50-х гг. В 60-х гг.
Робот – это универсальная электромеханическая машина, позволяющая выполнять программно-заданные действия. Его принципиальной особенностью является быстрая оперативная (гибкая) перестройка с одной выполняемой операции на другую.
Области применения промышленного робота-манипулятора
Основное назначение робота манипулятора состоит в замене человека:
- при выполнении монотонных видов работ,
- в зоне действия агрессивных сред,
- при перемещении тяжелых грузов.
Материалы для оценки при проектировании и сборке надежных роботов
Robosuit использует термостойкие материалы в защитном покрытии для роботов.
Источник: Roboworld
Внешний вид робота может показаться второстепенным для некоторых разработчиков робототехники, но ваш выбор материалов повлияет на его безопасность, долговечность и даже эстетику. Любой дизайн-проект должен включать рассмотрение того, как робот будет двигаться, будет ли он работать среди людей, какие задачи он будет выполнять, а также предполагаемую среду.
Другие соображения включают простоту очистки и ремонта, вес (который влияет на общее энергопотребление), дизайн для производства и, конечно же, стоимость.
Коллаборативные роботы-манипуляторы, или коботы, сильно отличаются от автономных подводных аппаратов, воздушных дронов или других полевых роботов. Робот, работающий внутри аппарата МРТ, должен быть изготовлен из определенных материалов, в то время как стационарный робот на заводе может нуждаться в других характеристиках.
Вот некоторые материалы, о которых следует помнить при проектировании и сборке роботов.
1. Сталь
Сталь является одним из материалов, наиболее часто используемых строителями роботов..jpg)
Этот прочный металл — разумный выбор, если вы строите робота, который должен выдерживать суровые условия. Во многих случаях сталь можно закалить до силы от 100 000 до 300 000 фунтов силы на квадратный дюйм (psi).
Если вы планируете закаливать сталь, ищите сталь с высоким содержанием углерода. Обычно, чем больше углерода содержится в стали, тем больше она подходит для упрочнения путем термической обработки.
Также доступны сверхизносостойкие стали, а также стали, устойчивые к частым ударам. Имейте в виду, что с этим материалом может быть сложно работать, если у вас нет подходящих инструментов, таких как те, которые используются для сварки. Это особенно верно, если вам нужно, чтобы сталь соответствовала определенной форме, чтобы упростить корпус вашего робота.
Российский роботизированный танк «Уран-9», очевидно, имеет стальную конструкцию, и его проблемы в полевых условиях были вызваны проблемами со связью, а не с материалами.
youtube.com/embed/hiwBXXUPWE0″ frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»>
2. Резина
Растет спрос на коммерческих роботов с гибким внешним видом, например, с человеческой «кожей». Более того, коботам, работающим вместе с людьми, выгодно иметь мягкие поверхности. Резина и мягкие пластмассы могут достичь этой цели.
Исследовательская группа Хьюстонского университета использовала каучуковый композитный материал для изготовления полупроводника. Электроника сохранила работоспособность даже после того, как исследователи растянули резину на 50%. Работать с традиционными полупроводниками при создании роботов сложно, потому что их легко сломать — определенно не идеальная характеристика для робота, которому нужно сгибаться.
Демонстрируя свою работу, исследователи разработали роботизированную кожу, которая может чувствовать температуру после погружения в чашку с водой. Затем, чтобы доказать широту потенциальных применений проекта, они сделали руку способной принимать компьютерные сигналы и воспроизводить их в виде американского языка жестов.
Команды из Стэнфордского университета и Национального университета Сингапура также работают над созданием роботов с полимерной кожей для осязания.
Даже если ваш робот имеет резиновую оболочку, внутри него обычно находятся твердые компоненты, включая процессоры и приводы. Однако более поздний проект включал разработку мягкого робота с компьютером, также сделанным из резины.
Роботы с резиновым корпусом обычно более безопасны, чем роботы из более твердых материалов. Кроме того, они хорошо подходят для обработки деликатных продуктов, таких как фрукты. Захваты Soft Robotics соответствуют таким объектам в задачах захвата и размещения, не повреждая их.
В некоторых тематических парках Диснея роботы взаимодействуют с гостями, и есть планы в конечном итоге расширить аниматроников, которые находятся за стеклом или удалены от людей, до уровня роботов, которые ходят по паркам.
Легко понять, почему резина и пластик полезны для роботов, которые выглядят реалистично и безопаснее для работы рядом с людьми.
3. Алюминий
Хотя алюминий имеет более высокую цену, чем сталь, он легче формуется и легче. Алюминий также является хорошим материалом, если вы беспокоитесь о том, что внешний вид робота со временем заржавеет, потому что алюминий не ржавеет. Однако, поскольку он может подвергаться коррозии в некоторых влажных средах, вы можете подумать об обработке поверхности, чтобы обеспечить ей дополнительную защиту от возможной коррозии.
Еще одна особенность, которая делает алюминий популярным материалом для экстерьера роботов, заключается в том, что его можно полировать до блеска. Итак, если вы строите коммерческого робота, которым ваш клиент в конечном итоге захочет похвастаться, алюминий сделает корпус красивым, обеспечивая при этом достаточную долговечность. Вы также можете работать со специалистами, которые обеспечивают технологию полировки алюминия с трехсторонними машинами, которые позволяют программировать для удовлетворения потребностей двусторонней обработки.
Некоторые конструкторы также используют алюминий в корпусах роботов для защиты более хрупких деталей. В одном примере итальянские ученые создали робота, достаточно сильного, чтобы тянуть самолет весом 7200 фунтов по взлетно-посадочной полосе. Робот с четырьмя электродвигателями, четырьмя гидравлическими приводами и парой компьютеров размещал свои части в алюминиевом каркасе безопасности.
4. Кевлар
Кевлар — синтетическое волокно, часто используемое для изготовления пуленепробиваемых жилетов. Некоторые из его характеристик делают его достойным внимания и для экстерьера робота. Вы можете использовать его в качестве покрытия для роботов, требующих защиты от экстремальных температур. Многие термостойкие перчатки содержат кевлар, потому что этот материал не плавится и не капает при воздействии горячей среды.
Кроме того, кевлар не разлагается при арктических температурах -50 градусов по Фаренгейту, а криогенные условия не оказывают неблагоприятного воздействия на волокна.
Roboworld Molded Products LLC производит робокостюмы, многие из которых содержат кевлар, для защиты чувствительных частей экстерьера вашего робота при высоких температурах. В то время как робокостюмы изготавливаются по индивидуальному заказу в зависимости от потребностей, тот, который включает в себя кевлар, подойдет для сварочных работ.
Робокостюм надевается на тело робота, не влияя на его сочленение или досягаемость. Эта простая в использовании защита может поддерживать функциональность робота, помогая ему выдерживать исключительно высокие или низкие температуры.
Без покрытия, подобного этим конструкциям из кевлара, низкие температуры могут неблагоприятно повлиять на консистентную смазку или другие смазочные материалы для внутренних деталей, в то время как тепло может привести к перегреву двигателей и их остановке. Внешняя крышка удерживает робота в рекомендуемом диапазоне рабочих температур, обеспечивая защиту от теплового излучения.
5. Биоразлагаемые «умные» материалы
Все упомянутые выше материалы относительно легко достать, и они имеют разный уровень долговечности в зависимости от потребности. Однако вы можете не знать об усилиях по созданию биоразлагаемых материалов.
Исследователи из Италии нашли способ создать роботов из биопластика, состоящего из пищевых отходов.
Поскольку большинство обычных пластмасс содержат нефть — вещество, которое способствует изменению климата, — исследователи считают, что их альтернатива поможет планете, особенно в морских зондах.
Кроме того, эти так называемые биоразлагаемые умные материалы универсальны. Ученые создали из них кожу робота и сказали, что биопластик может быть достаточно твердым и для внутренних частей.
В Великобритании специалисты Бристольской лаборатории робототехники работали над роботом, который разлагается после выполнения своей миссии.
Он может помочь в поисково-спасательных работах на месте бедствия и после этого начать разрушать свое тело. Тогда людям не нужно было бы искать и забирать роботов, а биоразлагаемые материалы не наносили бы вреда планете.
Инвесторы и разработчики все больше осознают необходимость разработки экологичной и устойчивой робототехники. Переработанные материалы и биоразлагаемые пластмассы в значительной степени помогут им в достижении этой цели.
Материалы, подходящие для работы робота
Это лишь вводный список некоторых из наиболее часто используемых материалов для внешней отделки роботов. Конечно, материал, который использует робот, будет зависеть в первую очередь от его назначения. Например, материалы, используемые в роботизированной хирургии, должны выдерживать строгие методы стерилизации. В этом случае такой полимер, как акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), будет намного лучше, чем материал, который не соответствует медицинским требованиям и нормам.
Некоторые мягкие материалы для робототехники могут даже «чувствовать» боль и излечивать себя.
Роботы, используемые в чистых помещениях, при обработке пищевых продуктов и в водной среде, также требуют особого внимания. Например, для плавучего робота потребуется легкий и водостойкий материал. С другой стороны, биомиметическому роботу потребуется мягкое и гибкое вещество, которое можно было бы удобно захватывать и передвигать. Размышление об этих уникальных требованиях является важной частью процесса создания.
The Robot Report запустил форум Healthcare Robotics Engineering Forum, который пройдет 9-10 декабря в Санта-Кларе, Калифорния. Конференция и выставка посвящены совершенствованию проектирования, разработки и производства медицинских роботов нового поколения. Узнайте больше о форуме Healthcare Robotics Engineering Forum .
Материалы, необходимые для сборки робота: полный список
Источник: Pinterest роботы. Это очень прочный металл, который широко доступен и легко поддается любой форме. Сталь дает роботу возможность выдерживать высокие температуры и другие суровые условия, которые разрушили бы любой обычный материал.
Сталь выпускается во многих версиях, каждая из которых предназначена для определенных целей. Его можно превратить в стальной углеродистый сплав путем добавления углерода, что еще больше упрочняет его. Существуют и другие типы стали, такие как сверхизносостойкая сталь, которая может выдерживать все виды сильных ударов и хорошо работать в роботах, которые занимаются штамповкой и сверлением в автомобильной промышленности.
Преимущества роботов , изготовленных из стали, включают в себя высокую устойчивость к нагреву, что означает, что все хрупкие детали хорошо изолированы от повреждений, независимо от того, насколько горячими могут быть внешние предметы.
Алюминий
Источник: Pinterest
Алюминий — еще один распространенный металл, который легко и дешево изготовить. Хотя он не такой твердый, как сталь, его преимущество заключается в том, что он очень прочный и не должен быть очень тяжелым. Это делает его идеальным материалом для создания проворных промышленных роботов, таких как роботы SCARA, которые полагаются на скорость.
Роботы, сделанные из алюминия, могут очень быстро перемещаться из одного места в другое без ущерба для собственной структурной целостности.
Алюминий также имеет лучший блеск, чем другие металлы. Они придают роботам блеск, оставляя место для многих эстетически приятных модификаций, что неплохо, даже если они не влияют на функциональность. Алюминий иногда используется вместе со сталью для защиты деликатных частей робота, поскольку он устойчив к очень высоким температурам.
Резина
Источник: Pinterest
Недостатком использования металлов для изготовления всех частей промышленного робота является то, что они не смогут быстро выполнять задачи. Чтобы противостоять этому, в смесь добавляется каучук, который в основном используется для скрепления суставов и других подвижных частей для обеспечения гибкости.
Резина также служит для придания текстуре промышленному роботу, особенно когда задействованы роботизированные руки. Это делает их более привлекательными и менее пугающими на вид, что облегчает людям работу с ними.
Единственным недостатком резины является то, что она уязвима для нагрева, и если она не покрыта защитным слоем, ее можно использовать для таких задач, как сварка. Тем не менее, они хороши для других роботов, например, для выбора и размещения.
Кевлар
Источник: Pinterest
Это синтетическое волокно, обычно используемое для изготовления пуленепробиваемых жилетов, и это должно рассказать вам все, что вам нужно знать об их возможностях. Кевлар может быть хорошим защитным слоем для промышленных роботов, которые работают в экстремальных условиях, таких как жара, сильный холод и давление, поскольку они способны отражать любые повреждения в течение очень долгого времени. И поэтому они очень дорогие.
Другим преимуществом кевлара является тот факт, что он может быть разработан в любом стиле и форме, чтобы соответствовать даже самым маленьким щелям, которые могут подвергаться воздействию элементов. Они также очень гибкие, вы можете покрыть всю поверхность робота-манипулятора, и он все равно сохранит все необходимые движения, необходимые для операций, не влияя на скорость.
С точки зрения эстетики, кевлар бывает разных текстур и цветов, на него можно наносить индивидуальные узоры и даже выгравировать логотипы и эмблемы. Таким образом, помимо защиты роботов, кевлар добавляет картинке красоты.
Биопластики
Источник: Pinterest
Мы движемся к устойчивой форме производства, и использование неразлагаемых материалов не рекомендуется и сокращается крупными производителями по всему миру. Но для достижения цели озеленения земли должны быть альтернативы, и это приходит в виде биопластиков.
Несмотря на то, что в настоящее время для них продолжаются разработки и исследования, то, что было замечено до сих пор, указывает на то, что биопластический материал может быть использован для изготовления важных частей робота, особенно деликатных частей в подвижных суставах, которые должны быть сильным и гибким одновременно.
В настоящее время в их разработку вкладывается больше денег, и это только вопрос времени, когда все производственное сообщество примет этот новый материал для всех своих роботизированных приложений.