Первые роботы и краткая история развития робототехники. Развитие робототехники реферат
История развития робототехники | RoboReview (РобоРевю)
На всех этапах своего развития человечество стремилось создать орудия, механизмы, машины облегчающие труд и обеспечивающие защиту от неприятеля [ 6 ]. Эволюция современного общества и производства обусловила возникновение и развитие нового класса машин – роботов – и соответствующего научного направления – робототехники. Робототехника на сегодняшний день является интенсивно развивающейся научно-технической дисциплиной, изучающей как теорию, методы расчета и конструирования роботов, их систем и элементов, так и проблемы комплексной автоматизации производства и научных исследований с применением роботов. Предметом робототехники является создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.
Глубокая древность.
История робототехники уходит в глубокую древность. Уже в те времена появились идеи создания технических средств, похожих на человека, и были предприняты первые попытки по их созданию. Статуи богов с подвижными частями тела (руки, голова) появились еще в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. В 3 веке до н. э. римский поэт Клавдий упоминал об автомате, изготовленном Архимедом. Он имел форму стеклянного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всех
Механическая кузница Герона Александрийского
известных в то время небесных светил. Шар приводился в движение водой. А греческий изобретатель и физик Ктесибий из Александрии сконструировал водяные часы. Это был первый автомат для точного хронометрирования. До нас дошли книги Герона Александрийского (I век н.э.), где описаны подобные и многие другие автоматы древности . В качестве источника энергии в них использовались вода, пар, гравитация (гири). В «Театре автоматов» описано даже устройство целого театра, представление в котором разыгрывали фигурки-куклы, приводимые в движение с помощью системы зубчатых колес, блоков и рычагов.
Средние века.
В средние века большой популярностью пользовались различного рода автоматы, основанные на использовании часовых механизмов. Были созданы всевозможные часы с движущимися фигурами людей, ангелов и т. п. К этому периоду относятся сведения о создании первых подвижных человекоподобных механических фигур – андроидов. Так, андроид алхимика Альберта Великого (1193 – 1280) представлял собой куклу в рост человека, которая, когда стучали в дверь, открывала и закрывала ее, кланяясь при этом входящему. В 13 веке Альберт Великий создал автомат, ставший впоследствии известным как «говорящая голова», способный воспроизводить человеческий голос. В 1495 году Леонардо да Винчи разработал детальный проект механического человека, способного двигать руками и поворачивать голову. А в 1500 году он построил механического льва, который при въезде короля Франции в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Работы по созданию андроидов достигли наибольшего развития в XVIII в. Одновременно с расцветом часового мастерства. Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон (1709-1789) создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. «Флейтист» был ростом с человека.
Механическая утка Жака де Вокансона
Подвижными пальцами он мог исполнять 11 мелодий с помощью заложенной в него программы. Вокансон также создал механическую утку, покрытую настоящими перьями, которая могла ходить, двигать крыльями, крякать, пить воду, клевать зерно и, перемалывая его маленькой внутренней мельницей, отправлять нужду на пол. Утка состояла из более чем 400 движущихся деталей и была однозначно признана венцом творения мастера. Созданием автоматов также занимались швейцарские часовщики Пьер-Жак Дро (1721-1790) и его сын Анри Дро (1752-1791). От имени последнего позднее было образовано и понятие «андроид». Пьер-Жак Дро создал несколько автоматов, из которых наибольшую известность получили писец и художник. Писец представлял собой сидящую за столом девочку, которая выписывала аккуратным почерком буквы, слова и даже могла нарисовать собаку. При этом она плавно покачивала головой и опускала веки в такт движения руки. Вместе с сыном они создали девушку, играющую на клавесине. Сохранилось восторженное опи-
Писец Пьера-Жака Дро и его механизм
сание этой фигуры современником: «Девушка играет, шевелит губами, грудь ее поднимается и опускается при «дыхании», она смотрит на клавиши, в ноты, а иногда бросает взгляд на публику, по окончании «номера» встает и кланяется» . Эти человекоподобные игрушки представляли собой многопрограммные автоматы с оперативно сменяемыми программами.
Часы И.П. Кулибина
Не остались в стороне и русские механики. Однако их конструкции отличались простотой конструкции. Так, механик И.П. Кулибин (1735-1818) построил в течении трех лет яичную фигуру – универсальные часы. Часы давали театрализованное представление и играли музыку. В этих часах было три самостоятельных механизма и три завода: часовой, боевой и курантовый, а также автоматические приборы для приведения в действие механизмов, воспроизводящих сцены, музыку и бой. Как свидетельствует сохранившаяся опись частей, составленная Кулибиным, часы яичной фигуры состояли из 427 деталей. Все они были изготовлены исключительно точно и тонко. Вместе с непосредственным созданием различных автоматических устройств, выполнявших функции живых существ, в средние века были заложены основы различных научных направлений. Еще у Леонардо да Винчи (1452-1519) делались попытки установить соответствие между механизмами и отдельными органами человека. А знаменитый французский философ и математик Рене Декарт говорил, что тела животных есть не что иное, как сложные машины. В XVI-XVII вв. возникает новое научное направление на стыке физиологии и механики – ятромеханика (от греч. iatros – врач). Его выдающимся представителем был Джованни Альфонсо Борелли (1608-1679), врач и механик, профессор Мессинского университета. В его работе «О движении животных» рассматривается работа мускулов сердца, кровообращение других органов животных и человека на основе механических аналогий. По существу, ятромеханика заложила основы современных научных направлений – биомеханики и бионики. На рубеже XVIII и XIX вв. в трудах Лазара Карно, Гаспара Монжа, Xосе Мария Ланца и Августина Бетанкура возникает наука о машинах. В 1841 г. Р. Виллис определил понятие механизма, и с этого времени к машине начинают подходить как к объекту, требующему научного исследования. Г. Монж явился инициатором преподавания курса «Построение машин» и наметил основания классификации механизмов. Л. Карно в 1783 г. опубликовал книгу«Опыт о машинах вообще», которая через 10 лет была переиздана под названием «Основные принципы равновесия и движения». В этой работе Карно считал, что механика по своей сущности является наукой экспериментальной, тем самым подтвердил ее право на самостоятельное существование. Российский математик и академик П.Л. Чебышев (1821-1894) положил начало новому этапу в исследовании машин и механизмов. Он увязал вопросы структуры и синтеза механизмов в единое учение о построении механизмов на основе математических методов. Чебышев в своей работе «Теория механизмов, известных под названием параллелограммов» описал задачи теории механизмов на языке математики. Промышленная революция второй половины XVIII века, связанная с переходом от ручного производства к машинному, заставляет изобретателей создавать новые машины и устройства. Именно в это время начали закладываться основы промышленной автоматики, особенно в текстильной промышленности. Еще в 1725 году Бэзил Бушон придумывает перфорированную бумажную ленту для записи программы, которую в дальнейшем использует для программирования ткацких станков для производства шелковой ткани с рисунком. А в 1728 Жан-Баптист Фалькон усовершенствует это изобретение Бушона. Он заменяет перфорированную бумажную ленту карточками, соединенными в цепочку, что позволяет легко заменять отдельные фрагменты программы. В дальнейшем эти станки были усовершенствованы Вокансоном и Жозефом Мари Жаккардом, в 1805 году Жаккард создает автоматический станок, на котором можно производить ткани с заранее запрограммированным рисунком с помощью перфокарт. Это изобретение явилось одним из важнейших событий, которые определи дальнейший технический прогресс промышленности и послужили толчком к развитию робототехники. Еще одним важным событием в области робототехники стало создание первой вычислительной машины. На основе способа программирования Жаккарда английский механик Чарльз Бэббидж (1792-1871) разработал счетную «Аналитическую машину», структурные особенности которой на целое столетие предопределили направление развития вычислительной техники.
Конец XIX – первая половина XX вв.
Благодаря развитию электротехники и электроники реализуются потребности общества и производства в различных автоматических устройствах. Литература и искусство в это время играют роль катализатора процесса развития робототехники. Именно в этот период появляется много научно-фантастических произведений литературы, в которых роботы-андроиды играют главные роли.
Научная фантастика о роботах ведёт начало с «Франкенштейна», написанного Мэри Шелли в 1818 году [ 5 ]. Этот роман открыл целую серию произведений, в которых существа, созданные людьми с благими намерениями, осознают себя приходят в противоречие с человеческой моралью и гибнут.
Сцена из пьесы R. U. R., изображающая восстание роботов Одним из главных произведений является пьеса «R. U. R.» (Rosse’s Universal Robots – «Россумские универсальные роботы») знаменитого чешского писателя Карла Чапека (1890-1938). В этой пьесе, поставленной 21 января 1921 года на сцене Пражского национального театра, рассказывается о некоем Россуме, который основал фабрику, на которой биологическим путем выращивались роботы, отличавшиеся очень высокой работоспособностью.Несмотря на то, что эти создания сегодня получили бы скорее название «андроиды», чем «роботы», употреблеение слова «робот» стало повсеместным. «Роботы – это люди … они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души», – таким образом определяет понятие «робот» один из персонажей пьесы. Так впервые появилось понятие «робот», которое в скором времени из фантастической литературы перешло в науку и технику. Роботы в пьесе, изначально созданные для замены людей на заводах, вскоре вышли из-под контроля людей и начали уничтожать своих создателей. Так К. Чапек иллюстрирует мысль о том, что техника может приносить пользу человечеству, только
находясь в честных, добрых руках. Таким образом, К. Чапек не только создал литературное произведение, но и поставил и рассмотрел ряд важных вопросов робототехники, таких как способы создания роботов, их основные характеристики, размеры производства и области использования, социально-психологические аспекты взаимоотношения роботов и людей, самовоспроизведение роботов. Наверно более значительное место тема робототехники занимает в творчестве другого писателя-фантаста, американского ученого и популяризатора науки Айзека Азимова (1920-1992). В одном из своих рассказов, объединенных общим циклом «Я, робот», А. Азимов в 1942 г. попытался впервые сформулировать основные принципы поведения роботов и взаимодействия их с человеком, исходя из категорий добра и гуманности. Эти принципы, названные тремя законами робототехники, гласят:
Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.
Робот должен повиноваться всем приказам, которые дает человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону.
Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в какой это не противоречит Первому и Второму Законам .
Благодаря всеобщему интересу к роботам изобретателям удается разрабатывать оригинальные конструкции роботов-андроидов:
«Мистер Телевокс»
«Альфа»
«Эрик»
«Мистер Телевокс» (1928, американский инженер Дж. Уэнсли) — робот, имевший внешнее сходство с человеком, способный выполнять элементарные движения по команде, подаваемой голосом, и ставший экспонатом Всемирной выставки в Нью-Йорке .
«Эрик» (1928) – робот, который на Выставке Британской ассоциации инженеров по моделированию «выступил» с небольшой речью.
«Естествоиспытатель» (1928, под руководством доктора Нисимура Макота) — японский робот, способный с помощью электропривода манипулировать руками и головой. Впоследствии этот андроид стали считать родоначальником роботостроения в Японии.
«Альфа» (1932, английский изобретатель Гарри Мей) — человекоподобный автомат, который по голосовым командам садился и вставал, двигал руками и говорил.
«Сабор» (австрийский изобретатель Август Губер) – автоматы, которые управлялись по радио и могли говорить, ходить, выполнять разные манипуляции.
В2М (1936, московский школьник Вадим Мацкевич) — первый робот-андроид в России. В 1937 году был удостоен диплома Всемирной выставки в Париже.
Несмотря на такой прорыв в сфере новой техники и демонстрацию творческих возможностей человека, все эти роботы имели крайне узкое практическое применение.
Проблемы внедрения роботов в промышленность как таковые не решались. Если обратиться к роботам как к программно-управляемым многоцелевым автоматам манипуляционного типа, предназначенным для использования в промышленности или научных исследованиях, то одним из самых первых промышленных манипуляторов был поворотный механизм с захватным устройством для удаления заготовок из печи, разработанный в США Бэббитом в 1892 году (патент США № 484870). Особую известность получили копирующие манипуляторы, разработанные Государственным научно-исследовательским институтом штата Орегон (США) ANL; предложенные им инструкции и принципы управления до сих пор находят применение во многих моделях промышленных роботов.
Одним из первых в ANL манипуляторов для обслуживания атомных станций был разработан в 1948 году под руководством Р. Герца. Это был двухнаправленный копирующий манипулятор. Благодаря силовому очувствлению оператор, который находился за толстой перегородкой в специальном помещении, имел возможность не только наблюдать на экране перемещение управляемого им копирующего манипулятора, но и ощущать руками величину усилий, которые развивает захват манипулятора. Использование такой иловой обратной связи позволило упростить процесс управления на расстоянии и расширить функциональные возможности дистанционных управляемых манипуляторов.
Более прямыми предшественниками современных манипуляционных роботов можно считать программируемые краскораспылительные машины, разработанные в 1930-1940 гг. в США, например, машины Уилларда Л.В. Полларда и Гарольдом Роузландо, которые программировались путем записи сигнала от рычажного механизма, перемещаемого по заданной траектории. Возросший экономический потенциал и потребности в современных видах вооружения nbso online casino reviews ведущих промышленных стран в первой половине XX века дают мощный импульс развитию науки и научно-технических направлений, без которых возникновение и прогресс современной робототехники стали бы невозможными. Речь идет, прежде всего, о вычислительной технике и кибернетике. В 1936-1937 годах английский математик Алан Мотисон Тьюринг (1912-1954)
Алан Мотисон Тьюринг
ввел концепцию «абстрактной вычислительной машины», способной с помощью простейших операций считывания и сдвига выполнять вычисления произвольной сложности. Эта машина в дальнейшем стала называться машиной Тьюринга и стала прообразом появившихся в конце 1940-х годов универсальных вычислительных машин. На основе синтеза теории информационных процессов, вычислительной техники и функционально вычислительного подхода создается кибернетика, определяемая как наука об управлении сложными динамическими системами (акад. А.И. Берг). Ее «отцами» называют выдающихся американских ученых – математика Норберта Винера (1894-1964) и нейрофизиолога Уоррена МакКаллока (1898-1969), а датой официального рождения считается 1948 г., когда вышла в свет книга Н. Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине» . Книга содержит описание общих концепций управления в любых системах, в особенности живых, машинных и социальных. Одной из самых важных идей книги является обоснование того, что процессы управления, такие как процессы передачи, хранения и переработки информации, и связи в машинах, живых организмах и обществах подобны. Логическим завершением периода формирования теоретических основ вычислительной техники можно считать работы американского математика, одного из основоположников кибернетики Джона фон Неймана (1903-1957). Именно ему принадлежит идея записи программы решения какой-либо задачи в память ЭВМ. Благодаря принципу хранимых программ вычислительные машины стали универсальными. Первыми компьютерами, в которых фоннеймановский принцип получил практическое воплощение, были вычислительная машина на электромагнитных релейных схемах Говарда Эйкена Mark I (1944 год) и электронная вычислительная машина ENIAC, разработанная в 1947 году под руководством Дж. Проспера Эккерта и Дж. Мокли, которые в последствии стали основателями знаменитой фирмы IBM.
Вторая половина XX века
Возникновение современных роботов следует отнести к 1959 г. В этом году в США были созданы первые промышленные манипуляторы с программным управлением, которые получили общепринятое название промышленных роботов (ПР) и положили начало коммерческому производству. В 50-х гг. XX века группа американских инженеров начала работу над проблемой применения теории управления в решении общих задач оптимального перемещения оборудования. Первопроходцами здесь стали два талантливых американских инженера – Джордж К. Девол (1912-2011) и Джозеф Ф. Энгельбергер (род. в 1925) . В 1954 г. Девол запатентовал в США способ перемещения предметов между различными участками предприятия на основе управляющей программы на перфокартах, сходных с предложенным когда-то Бэббиджем. Изобретение было призвано решить, в первую очередь, именно проблему гибкости, т.е. создания универсального транспортировочного устройства, легко перестраиваемого для выполнения других операций.
В 1956 г. Девол вместе с Энгельбергером, работавшим тогда в одной из аэрокосмических компаний, организовали первую в мире робототехническую компанию «Unimation» («Юнимейшн»), что означает «универсальная автоматизация» – сокращенное от «Universal Automation», в лаборатории этой компании и был создан первый в мире промышленный робот по патенту Девола, носивший скромное название «программируемое устройство для передачи предметов» и ставший прототипом последующих разработок.
В начале 1960-х гг. первые американские промышленные роботы с торговыми марками «Unimate» и «Versatran», созданные соответственно фирмами «Unimation», «American Machine and Foundry» (AMF) и предназначенные для обслуживания технологических процессов – поступили на промышленный рынок. Они представляли собой уже достаточно совершенные системы с обратной связью и контролируемой траекторией движения, имели числовое программное управление и память, как у ЭВМ. Уже в первых роботах «Unimate» и «Versatran» был реализован принцип программирования обучением.
Применение роботов в автомобильной и металлургической промышленности оказалось экономически выгодным: затраты на приобретение роботов «Unimate» или «Versatran» окупались за 1,5 — 2,5 года.Первые коммерческие успехи применения промышленных роботов явились мощным импульсом для их дальнейшего совершенствования. В начале 1970-х гг. появляются роботы, управляемые компьютерами. Первый мини-компьютер, управляющий роботом, был выпущен в 1974 г. фирмой «Cincinnati Milacron», одной из ведущих фирм – изготовителей роботов в США. В конце 1971 г. американской фирмой «INTEL» был создан первый микропроцессор, а несколькими годами позже появляются роботы с микропроцессорным управлением, что обусловило существенное повышение их качества при одновременном снижении стоимости. </p>
В последующие годы после создания и выхода на промышленный рынок первых роботов во всем мире началось стремительное развитие робототехники. В ряде капиталистических стран организуются ассоциации или общества, курирующие исследования и разработки в области создания и использования промышленных роботов, в частности, в 1972 г. образована Японская ассоциация промышленной робототехники (JIRA), в 1974 – Институт робототехники США (RIA) и ассоциация роботов Великобритании (BRA), в 1975 – Итальянское общество робототехники (SIRI), в 1978 – Французская (AFRI), в 1980 – Шведская (SWIRA), в 1981 – Австралийская (ARA), в 1982 – Датская (DRA) и Сингапурская (SRA) ассоциации роботов.
Изменяется и сам принцип использования промышленных роботов – от единичного к комплексному. В ведущих робототехнических странах (Япония, США, ФРГ, СССР и др.) в конце 1960-х – начале 1970-х гг. разрабатываются и создаются гибкие производственные системы (ГПС), так называемые «безлюдные» производства, представляющие собой производства будущего. Научно-технические достижения робототехники позволили в 1960-1980-х гг. создать ряд сложных научных и специальных робототехнических комплексов для исследования космического пространства (станции типа «Луна», аппараты «Луноход» – СССР; станции типа «Маринер», «Сервейер», «Викинг» — США и др.), а также освоения подводных глубин (аппараты «TV», «Москито», «Долфин» – Япония; аппараты «KURV», «RCV» – США; «Манта», «ОСА» – СССР; «ROV», «RM» – Франция; «ARCS» – Канада и др.).
Технический прогресс в развитии роботов был направлен, прежде всего, на совершенствование систем управления. Промышленные роботы первого поколения имели программное управление, в основном заимствованное у станков с числовым управлением. Второе поколение роботов – это очувствленные роботы, т. е. снабженные сенсорными системами, главными из которых являются системы технического зрения.
Первые промышленные роботы с развитой сенсорной системой и микропроцессорным управлением появились на рынке и получили практическое применение в 1980-1981 гг. прежде всего на сборке, дуговой сварке, контроле качества для взятия неориентированных предметов, например с конвейера. К их числу относятся снабженные системами технического зрения роботы «Пума», «Юнимейт», «Ауто-плейс», «Цинциннати милакрон», сборочные робототехнические системы фирм «Хитачи», «Вестингауз» (система «Апас»), «Дженерал моторс» (система «Консайт»). Доля таких роботов в общем парке роботов неуклонно росло и приближалось к 50% несмотря на то, что эти роботы были в несколько раз дороже роботов с программным управлением и значительно сложнее в обслуживании. Однако это окупается неизмеримо большими функциональными возможностями, а, следовательно, и областями применения.
Третье поколение роботов – это интеллектуальные роботы, т.е. с интеллектуальным управлением. Интеллектуальный робот – это робот конкретного назначения, в основных функциональных системах которого используются методы искусственного интеллекта. Возникновение интеллекта у роботов связано с развитием ЭВМ [ 8 ]. В 1967 г. в США (Стэнфордский университет) был создан лабораторный макет робота, снабженного техническим зрением и предназначенного для исследования и отработки системы «глаз – рука», способной распознавать объекты внешней среды и оперировать ими в соответствии с заданием.
В 1968 г. в СССР (Институтом океанологии Академии наук СССР совместно с Ленинградским политехническим институтом и другими вузами) был создан телеуправляемый от ЭВМ подводный робот «Манта» с очувствленным захватным устройством, а в 1971 г. – следующий его вариант с техническим зрением и системой целеуказания по телевизионному экрану.
В 1969 г. в США (Стэнфордский университет) в рамках работ по искусственному интеллекту был разработан экспериментальный макет подвижного робота «Шейки» с развитой системой сенсорного обеспечения, включая техническое зрение, обладавшего элементами искусственного интеллекта, что позволило ему целенаправленно передвигаться в заранее неизвестной обстановке, самостоятельно принимая необходимые для этого решения. Тогда он назывался интегральным роботом или мобильным автоматом с использованием принципов искусственного интеллекта. Этот робот состоял из подвижной части, ЭВМ SDS-940 и соответствующего программного обеспечения. Робот был создан для изучения процессов управления в сложной окружающей среде в реальном масштабе времени. Все функции, которые должен выполнять робот, можно разделить на три класса: решение задачи, восприятие, моделирование. Система управления робота, осуществляющая решение задач, использовала записанную в модели информацию для планирования и расчёта последовательности действий. По мере изменения внешней среды активными действиями самого робота или по другим причинам модель должна была преобразоваться с целью запоминания этих изменений. Кроме того, в модель должна была добавляться новая, текущая информация о внешней среде, которую робот приобретает в процессе её познания [ 3 ].
В 1971 г. в Японии также были разработаны экспериментальные образцы роботов с техническим зрением и элементами искусственного интеллекта: робот «Хивип», способный самостоятельно осуществлять механическую сборку простых объектов по предъявленному чертежу, и робот ЭТЛ-1.
В 1972-1975 годах в Киевском Институте кибернетики под руководством Н. М. Амосова и В. М. Глушкова был создан макет транспортного автономного интегрального робота (ТАИР). Робот демонстрировал целенаправленное движение в естественной среде, обход препятствий и т.п. Конструктивно ТАИР представлял собой трехколесную самоходную тележку, снабженную системой датчиков: оптическим дальномером, навигационной системой с двумя радиомаяками и компасом, контактными датчиками, датчиками углов наклона тележки, таймером и др. Особенностью, которая отличает ТАИР от многих других систем, созданных в СССР и за рубежом, является отсутствие в его составе компьютера в том виде, к которому мы привыкли. Основу системы управления составляет аппаратно реализованная нейронная сеть (узлы сети – специальные электронные схемы, собранные на транзисторах, связи между узлами – резисторы), на которой реализуются различные алгоритмы обработки сенсорной информации, планирования поведения и управления движением робота.
В этот период и в ряде других стран создают подобные экспериментальные установки, так называемые интегральные роботы, включающие манипуляторы, управляющие ЭВМ, различные средства очувствления и общения с человеком-оператором, которые предназначены для проведения исследований в области создания роботов следующих поколений, а также искусственного интеллекта.
Одновременно развернулись работы в новой специфической области робототехники — шагающие машины как принципиально новое транспортное средство повышенной проходимости, образцом для которого являются ноги животных и человека. Были созданы экспериментальные образцы четырех- и шестиногих транспортных машин, протезов ног человека, так называемых экзоскелетонов, для парализованных и тяжелобольных.
Робототехника как научная дисциплина, формируется совместными усилиями ученых и разработчиков техники в целостное научно-техническое направление, обогащается огромным опытом разработки и эксплуатации самых разнообразных роботов, робототехнических устройств и систем.
roboreview.ru
Читать реферат по всему другому: "Рождение и основные этапы развития робототехники"
(Назад) (Cкачать работу)
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Введение Люди всегда стремились улучшить свою жизнь и увеличить свои возможности. Поэтому люди мечтали изобрести различные инструменты, механизмы, машины с целью облегчения своего труда, повышения качества и производительности. Причем данные мечты появились задолго до того, как общество получило первые представления о точных науках.
Робототехника представляет собой естественное логическое продолжение техники как явления. Сейчас роботы постепенно вытесняют человека из многих сфер его деятельности, предоставляя взамен все новые возможности для приложения усилий: просмотр кинофильмов, подводные погружения, компьютерные игры и т.д. Часть всеобщего труда, затрачиваемая человечеством на производство средств производства, а не конечного продукта потребления, постепенно увеличивается от 0%, очевидно стремясь к 100%.
Робототехника на сегодняшний день является интенсивно развивающейся научно-технической дисциплиной, изучающей как теорию, методы расчета и конструирования роботов, их систем и элементов, так и проблемы комплексной автоматизации производства (Уже сейчас усилия большинства наилучших современных роботов направлены на производство других машин: станков, автомобилей, компьютеров) и научных исследований с применением роботов. Предметом робототехники является создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения.
Поэтому:
Цель данного реферата:
Рассмотреть развитие робототехники в соотношении с историей всего человечества, узнать, как развивалась и зарождалась данная наука и что она представляет собой на данный момент.
Задачи данной работы:
. Рассмотреть и уточнить такие понятия как "Робот", "Андроид", "Машина", "Механизм" и "Робототехника".
. Проследить историю развития роботов, рассмотреть основных ученых в данной сфере и их изобретения.
. Применение роботов в наше время и планы на будущее в этой сфере.
1. Термины "Механизм", "Машина", "Робот", "Андроид", "Робототехниика" Перед началом работы необходимо уточнить и правильно разобрать понятия, с которыми мы будем встречаться данной работе, и которые просто необходимы, чтобы при освещении данной темы вся информация имела доступный и понятный смысл.
Механизм - это непосредственное использование материалов для обеспечения некоторой механической функции; при этом все основано на взаимном сцеплении и сопротивлении тел.
Машина - это совокупность механизмов, заменяющих человека или животное в определенной области; преобразует энергию из одного вида в другие (в основном, в тепловую энергию). Но, как отмечает Марвин Минский - американский ученый в области искусственного интеллекта, термин "машина" имеет отношение не столько к совокупностям, сколько к тому, для чего это совокупность используется, - а используется она главным образом для автоматизации труда.
Робот - понятие неопределенное, к которому можно отнести любой вид машины; термин обычно используется для художественного эффекта или означает, что в машине используются определенные манипуляторные механизмы, позволяющие машине манипулировать (управлять) предметами. Важным свойством роботов является определенная степень автономности.
Андроид - это робот-гуманоид, т.е. антропоморфная, имитирующая человека машина, стремящаяся заменить человека в любой его деятельности. Андроид обязан выглядеть и вести себя как человек.
Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.
. История робототехники .1 Древние времена Как уже было сказано, люди с древних времен мечтали создать механизмы, которые выполняли бы определенную работу и значительно облегчили бы их жизнь. На это указывают многочисленные мифы и легенды. Древние люди присваивали богам то, что казалось для них фантастикой и то, чем хотели бы обладать сами.
Самый известный миф (3 век до н.э.) - древнегреческий, повествующий о создании богом огня Гефестом двух рабынь из золота, прислуживающих ему, а также золотых треножников, выполнявших простейшие команды типа: принести, подать, унести. Позднее Гефест строит бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражеских нашествий. Но есть и другие легенды, в которых Талос имеет иное происхождение. Множество деталей, присутствующих в мифах и легендах, косвенно указывают на то, что, скорее всего, Талос был первым в истории управляемым роботом. Сторонники этой теории подсчитали, что если бронзовый великан обходил Крит за день (согласно мифам), то он должен был перемещаться со средней скоростью 155 миль в час (ок. 250 км/ч). Приверженцы гипотезы "палеокибернетики" предполагают, что при ранении Талоса в лодыжку (по мифам самое уязвимое место гиганта), вместо крови вытекала жидкость, похожая на расплавленный свинец.
В середине III тыс. до н.э. египтяне изобрели идею думающих машин: внутри статуй прятались жрецы, чтобы давать предсказания и советы.
В работах Платона (5 век до н.э.) выражаются идеи, имеющие отношение к человеческому мышлению и механике машин.
Блестящий философ и математик Архит из Тарентума (350 г. до н.э.), друг Платона, конструирует деревянного голубя, который мог летать за счёт переменных воздушных потоков и управлялся струей пара. Античная традиция приписывает Архиту первый теоретический труд по механике.
В 3 веке до н. э. римский поэт Клавдий упоминал об автомате, изготовленном Архимедом. Он имел форму стеклянного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всех известных в то время небесных светил. Шар приводился в движение водой. А греческий изобретатель и физик Ктесибий из Александрии сконструировал водяные часы. Это был первый автомат для точного хронометрирования.
В книге "Пневматика" Герон Александрийский (I век н.э.) описывает подобные и многие другие автоматы древности. В качестве источника энергии в них использовались вода, пар, гравитация (гири). В "Театре автоматов" описано даже устройство целого театра, представление в котором разыгрывали фигурки-куклы, приводимые в движение с помощью системы зубчатых колес, блоков и рычагов. .2 Средние века В средние века большой популярностью пользовались различного рода автоматы, основанные на использовании часовых механизмов. Были созданы всевозможные часы с движущимися фигурами людей, ангелов и т.п.
Механик араб ал-Джазари (1206) в "Книге о познании хитроумных механических приспособлений" объясняет принципы устройства разных автоматов.
К этому периоду относятся сведения о создании первых подвижных человекоподобных механических фигур - андроидов.
Так, андроид алхимика Альберта Великого (1193-1280) представлял собой куклу в рост человека, которая, когда стучали в дверь, открывала и закрывала ее, кланяясь при этом входящему. В 13 веке Альберт Великий создал автомат, ставший впоследствии известным как "говорящая голова", способный воспроизводить человеческий голос.
В 1495 году Леонардо да Винчи разработал детальный проект механического человека, способного двигать руками и поворачивать голову (а возможно собрал и испытал). Механизм выглядит как бронированный рыцарь, облачённый в броню, по видимости являющегося первым антропоморфным
referat.co
Первые роботы и история развития робототехники
В массовом сознании слово «робот» ассоциируется в основном с научными достижениями и идеями 20-21 веков. Особенно часто этот термин мало разбирающийся в технических областях человек встречает в произведениях научной фантастики – романах Айзека Азимова, сериях фильмов «Терминатор», «Трансформеры» и т.д. Более продвинутые из них еще могут припомнить советские «Луноходы», промышленные или медицинские аппараты, зверо- или человекоподобных роботов из рекламных роликов компании Boston Dynamics. Однако, как и многие другие великие идеи человечества, концепция автоматизированных механизмов, способных самостоятельно выполнять различные операции, появилась гораздо раньше и прошла длительный путь своего развития.
Определение понятия
Прежде, чем говорить о том, какими были самые первые роботы, следует определить, что именно подразумевается под данным понятием. Это имеет важное значение для понимания развития данной технологии и ее уникальности. Первое появление слова «робот» относится к 1920 году, когда чешский писатель Карел Чапек употребил его в фантастической пьесе «Rossumovi univerzální roboti (R.U.R)». Там оно обозначало искусственно созданного человека, чей труд использовался на тяжелых и опасных производствах взамен человеческого (robota в переводе с чешского – каторга). И хотя в этом произведении роботы изготавливались на фабриках из выращенных органических тканей, само понятие впоследствии было популяризировано именно в отношении механических устройств.
Робота следует отличать от простых механизмов и автоматов. Это устройство обладает способностью к более тесному и комплексному взаимодействию с оператором и внешней средой. Если простой автоматический механизм при выполнении определенного действия слепо следует заранее заложенному в нем алгоритму, то робот способен воспринимать внешние сигналы и в соответствии с ними адаптировать свои действия. Таким образом его взаимодействие с внешней средой становится более гибким, точным и универсальным. Даже самые первые в мире роботы, о которых будет сказано далее, имели примитивные аналоги органов чувств, без которых это принципиальное отличие было бы невозможным.
У истоков: первые прообразы роботов
Однако история создания роботов тесно переплетается с развитием механики и логически из нее проистекает. Поэтому для ее понимания необходимо углубиться на несколько веков назад, а именно в эпоху античности, когда процветала колыбель наук – Древняя Греция. В этой стране появились автоматические устройства, созданные для выполнения практических задач и развлечения. В качестве примера можно привести описанную Филоном Византийским механическую женщину-слугу, которая наливала из кувшина вино во вставленный в ее руку стакан. Древнегреческий математик и изобретатель Архит Тарентский еще в 5 веке до н. э. изобрел деревянного голубя, который запускался в небо с помощью паровой катапульты. Многие историки технологий считают, что первый робот в истории был создан именно в этот момент, хотя корректнее считать его прототипом крылатой ракеты или реактивного снаряда.
Еще более сложное и грандиозное автоматическое устройство существовало в научной столице античного мира – великом городе Александрия. На расположенном здесь в начале нашей эры знаменитом Фаросском маяке были размещены величественные женские фигуры. Они могли указывать направление ветра и движение небесных светил (Солнца и Луны), отсчитывать время и даже сигнализировать морякам об опасности во время шторма или тумана с помощью громкого трубного звука. В древнегреческом городе Сиракузы на острове Сицилия жил великий греческий изобретатель и ученый Архимед, также прославившийся созданием автоматических механизмов. В частности, ему приписывается создание первого прообраза настоящего боевого робота. Устройство под названием «коготь», устанавливаемое на крепостной стене, захватывало длинным крюком осаждавшие город римские корабли, поднимало их в воздух и переворачивало, стряхивая экипаж за борт.
Другой гениальный грек, Герон Александрийский, изобрел первый в истории программируемый автомат. Тележка, вывозившая на сцену механизированные марионетки, управлялась с помощью веревки и колышков. Изменяя положение последних, Герон регулировал наматывание тросиков на независимые оси повозки, тем самым задавая ей траекторию движения. Этот принцип в чем-то похож на перфорированные ленты и карты – средства записи и хранения информации, используемые в автоматических станках и ЭВМ вплоть до 80-х годов ХХ века.
История робототехники была бы неполной без достижений других государств того времени. Так, еще в конце 2 тысячелетия до н. э., задолго до древнегреческих механизмов, в Древнем Египте жрецы изготовили статую, которая поднятием руки указывала на наследника фараона во время религиозных церемоний. А в Китае примерно в это же время местные мастера создавали первые прототипы роботов, приводимые в действие силой пороховых взрывов. Великий мудрец Лао-Цзы упоминал о механическом человеке, разработанном для императора на рубеже 1 и 2 тысячелетия до н. э.
И все же именно Древнюю Грецию можно считать родиной робототехники, потому как здесь были не просто построены многие автоматические устройства, но теоретизированы принципы их создания и функционирования.
Античные изобретатели и ученые разработали многие виды передач и двигателей (в том числе паровой, гидравлический и пневматический), сформулировали основные законы классической механики, благодаря чему последующие поколения смогли воспроизвести и развить их опыт.
«Роботы» Средневековья
Вопреки распространенному мнению, Средние века не были эпохой всеобщего упадка и технологического регресса. Наука, в том числе механика, хотя и с некоторой задержкой в первые века после падения античных держав, продолжала свое развитие. Удивительно, но многие сложные устройства появились на свет благодаря силе, которая в массовом сознании ассоциируется только с мракобесием – а именно Церкви. В те времена католические монастыри были одним из центров научной и инженерной мысли. В частности, легенды приписывают виднейшему ученому и теологу Альберту Великому создание «механической служанки», которая умела самостоятельно передвигаться и даже воспроизводить речь. Задокументированным, и, следовательно, более достоверным, выглядит свидетельство средневекового архитектора Виллара де Онекура (13 век н. э.), который в своем труде описал зооморфные механизмы, а также фигуру ангела, поворачивающуюся вслед за движением солнца. К тому же 13 веку относится увеселительный сад в поместье графа Роберта II д’Артуа, заполненный автоматическими обезьянами, птицами и механизированными фонтанами.
Большое развитие механика получила в это время и на Востоке. Византия, практически не затронутая потрясениями Раннего Средневековья, славилась автоматонами, встречавшими иностранных гостей в императорском дворце. Согласно свидетельствам, около царского трона были расположены два металлических льва, которые умели реветь и бить хвостами, а в кронах деревьев находились механизированные птицы, певшие и щебетавшие на разные голоса. В мусульманских странах того времени механика и математика вышли на качественно новый уровень, благодаря чему их мастера создавали удивительные устройства. Так, братья Бану Муса в 9 веке н. э. изобрели искусственного флейтиста, а видный ученый того времени Али ибн Халаф аль-Маради, живший в 11 веке, в своей «Книге тайн» описал около 30 сложных автоматонов.
Здесь же следует упомянуть и легенду о «железном мужике», созданном придворными мастерами Ивана Грозного. Согласно ей, человекоподобный механический слуга при дворе русского царя подавал ему чашу с вином и кафтан, подметал пол, кланялся гостям и даже «побивал медведя». Звучит фантастично, но следует учитывать, что эта легенда основана на письмах голландского купца Йохана Вема – человека крайне прагматичного и не склонного к фантазиям.
На закате эпохи Средневековья автоматические устройства, воспроизводящие достаточно сложные действия, популяризировались и легендарным Леонардо да Винчи.
Леонардо да Винчи, будучи гением инженерной мысли, в своих зарисовках предложил схемы самых разных механизмов, одним из которых является фигура закованного в латы рыцаря, которая могла двигать руками и шеей, садиться и даже открывать рот. Собранный образец демонстрировался изобретателем при дворе Людовика Сфорца, герцога Миланского, в 1495 году. В 20 веке по сохранившимся чертежам была воспроизведена точная и функциональная копия этого устройства, сегодня хранящаяся в Миланском музее.
Новое время: золотой век автоматонов
Однако настоящую популярность и бурное развитие автоматические механизмы получили с началом эпохи Возрождения. Наука, вырвавшись из монополии Церкви, получила дополнительный импульс к развитию, в том числе за счет переосмысления достижения античных ученых. И на первую роль в новой волне старинной робототехники вышли часовщики. Здесь стоит упомянуть о двух важных изобретениях, которые способствовали развитию технологии автоматонов – пружинному и маятниковому заводным механизмам. До этого подобные устройства приводились в движение гирями, что позволяло создавать только крупные и относительно несложные изделия. Новые накопители энергии (пружина и маятник) стали настоящим прорывом в миниатюризации автоматических механизмов.
Особенно прославился на этом поприще мастер Жак де Вокансон, который жил в 18 веке – к слову, в детстве обучавшийся в иезуитской школе. Особенную популярность получили два его изобретения:
механическая утка, способная взмахивать крыльями, клевать зерно с руки и даже испражняться;
автоматический музыкант, умеющий наигрывать различные мелодии на флейте и свирели.
Другим известным мастером был швейцарец Пьер Жаке Дро, живший в том же 18 веке и основавший знаменитую часовую компанию Jaquet Droz. В то время он прославился не только своими хронометрами, но и множеством сложнейших устройств, среди которых особенно известно три его творения:
«Писарь» – автоматическая фигура мальчика, содержащая около 4 000 деталей, была способна написать любой текст из 40 знаков, самостоятельно макая перо в чернильницу;
«Художник» – похожий автомат, только вместо текста наносивший на бумагу различные рисунки, например портреты людей, изображения животных и т. д.;
«Девушка-музыкант» – автомат в виде органистки, который умел наигрывать на небольшом органе 5 различных мелодий, при этом двигая головой и телом, а в конце выступления изящно кланяясь.
Отличительной чертой этих автоматонов была возможность их программировать, для чего использовались барабаны или диски с насечками, в которых была закодирована последовательность действий. Поменяв их расположение, мастер мог заставить свои устройства написать различные тексты, сыграть другую мелодию и т. д. И все же утверждать, что именно он создал первого робота, нельзя – его механизмы еще слишком мало взаимодействовали с внешней средой, а их функции были сугубо развлекательными.
Технология создания подобных устройств получила широкое распространение не только в Европе, но и мире. В конце 18 века в Японии была создана автоматическая девушка, способная стрелять из лука. В Эрмитаже выставлены знаменитые часы с павлином, купленные Екатериной Великой в Британии. Вклад российских мастеров здесь тоже есть – при перевозке в Россию механизм сильно повредился, но знаменитый изобретатель Кулибин смог полностью восстановить его.
Изготовление автоматонов развивалось по пути не только усложнения, но и миниатюризации устройств. Если первые образцы таких механизмов занимали достаточно много места, то к 19 веку их часто умещали в карманные часы. В основном это были сугубо развлекательные устройства, изготавливаемые для аристократов, передвижных цирков, выставок и т. д. Однако пройдет совсем немного времени, и автоматы начнут помогать людям.
Современный этап развития робототехники
Механические игрушки-автоматоны изготавливались часовщиками вплоть до начала 20 столетия. Их главным недостатком был сильно ограниченное время действия и слабость из-за особенностей пружинного заводного механизма. Однако развитие технологии электричества дало человечеству новый источник энергии, которым можно было питать устройства гораздо более продолжительное время. В то же время начинаются и первые попытки заставить сложные механизмы работать на человека, заменяя его труд на производстве. Уже в 1808 году французский ткач Жозеф Мари Жаккар изобрел ткацкий станок, программируемый с помощью перфокарт. Пока это был еще не робот – скорее, аналог современных автоматизированных линий. Но именно в нем впервые в промышленности был реализован принцип программирования, на котором держится современная робототехника.
Параллельно совершенствовались и способы управления – в частности проводной и радиоволновой. В 1898 году Никола Тесла впервые продемонстрировал самоходную лодку, управляемую дистанционно с помощью радио. Одновременно вместо сложных механических приводов устройства начали обзаводиться более простыми, мощными и миниатюрными электрическими двигателями.
Уже к началу 20 века сформировались все условия, обусловившие создание первых роботов. Электрический ток стал не только источником питания, но и средством получения, передачи и обработки информации. Сложно сказать, когда появился первый робот в современном понимании этого слова. Многие компании и отдельные разработчики тех времен вели работу в области создания подобных машин. В 20-30-е годы прошлого века было разработано более 30 механизмов, соответствующих требованиям полноценной робототехники.
И все же считается, что человек, создавший первого действующего робота – американский инженер Рой Уэнсли из корпорации Westinghouse Electric Company. Разработанный им в 1928 году механизм под названием «Герберт Телевокс» представлял собой человекоподобную машину, способную открывать двери и окна, отключать духовку, электродвигатели и т. д. Важнейшим отличием этого изобретения от автоматонов являлось умение отвечать и реагировать на команды, подаваемые ему по телефону. При этом робот был не подключен к линии напрямую – он, подобно человеку, с помощью встроенного микрофона слушал приказания. Из-за несовершенства технологий того времени эти команды представляли собой не обычную речь, а определенную последовательность гудков, писков, скрежетов и других звуков различной тональности.
Первенство Роя Уэсли оспаривает Макото Нисимура – японский ученый-биолог, создатель первого действующего робота в Японии (1929 год). Этот управляемый по проводам антропоморфный механизм был способен по командам выполнять различные манипуляции руками, в частности писать. Еще одним претендентом на роль родоначальника роботов был Эрик, разработанный в том же 1928 году британским военным Уильямом Ричардсом. Механизм мог не только двигать конечностями, но и «осмысленно» отвечать на ряд вопросов, при этом даже умудряясь отпускать шутки.
Однако эти и многие другие роботы предназначались для демонстрации научных достижений, но не для практической деятельности. Возникновение робототехники в производстве или сельском хозяйстве произошло позже, потому как такая работа требовала качественно нового уровня технологий. Хотя стоит отметить, что первый прообраз промышленного робота появился еще в 1898 году – это был созданный американским инженером Бэббитом манипулятор, с помощью которого выхватывались заготовки из раскаленной печи.
Полноценное развитие робототехники в промышленности произошло лишь после окончания Второй мировой войны.
В 1948 году в США компанией General Electric был создан первый промышленный робот для работы на атомном реакторе. Его особенностью было наличие обратной связи – оператор мог не только видеть его перемещение в рабочем пространстве, но и чувствовать силу, которую развивал захват манипулятора, что позволяло управлять механизмом более точно. В середине 50-х годов американец Джордж Девол основал компанию Unimation, которая занималась выпуском первых серийных промышленных роботов, программируемых с помощью перфокарт. Уже к середине 60-х годов в развитых странах насчитывалось несколько десятков компаний, наладивших выпуск подобных машин. Особенно в этом преуспела Япония – закупив у «Юнимейшн» первые роботы в 1968 году, уже через 10 лет эта страна стала мировым лидером по выпуску собственных аналогов и оснащения ими производств.
Сегодня роботы проникли практически во все сферы деятельности. Промышленность, научные исследования, энергетика, медицина, развлечения, военные действия и даже космос – современные автоматические или дистанционно контролируемые механизмы используются очень широко и даже постепенно вытесняют человеческий труд. Развитие роботов идет по нескольким направлениям – улучшение механизмов и приводов, совершенствование алгоритмов, внедрение самообучающихся систем управления (слабого искусственного интеллекта), а также разработка новых интерфейсов «человек-компьютер». Роботизация тесно переплетается с биотехнологиями и кибернетикой, результатом чего является создание кибернетических организмов (киборгов), функциональных бионических протезов, полностью автономных автомобилей, кораблей, космических и летательных аппаратов (в том числе военных). Так наше общество незаметно для себя вошло в будущее, которое всего лишь век назад описал в своей пьесе Карл Чапек.
robo-sapiens.ru
История робототехники — реферат
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» в г. Златоусте
История робототехники
Реферат по дисциплине История
Выполнен: студенткой I курса
Группы 101 «Ф»
Марининой Анастасией Николаевной
Преподаватель истории:
Ковалёва Ольга Евгеньевна
Златоуст 2012
Оглавление.
Введение«Что же означает слово «робот» и зачем придумали
«робототехнику» 2-3
Глава I. История робототехники с древности до 19 века 4-9
1.1.История создания с древности по 19 век 4-6
1.2. Развитие с 19 века до настоящего времени 7-9
Глава II. Робототехника в нескольких странах 10-15
Слово «робот» прочно вошло в современный обиход, современную речь и современную жизнь. Трудно представить себе мир XXI века без «умных» машин. Они проникли всюду: от заводских сборочных цехов и медицины до арсеналов наиболее развитых армий мира. Ну и, конечно, редкий фантастический фильм или роман обходится без автономных думающих механизмов, которые известны под славяноязычным термином «робот».
Робот – от словацкого «rabota» (тяжелый труд, каторга, барщина), создан для того, чтобы заменить человека в самой изнурительной деятельности, опасных средах и ситуациях. Беспилотные самолеты-разведчики, искусственные спутники, стратосферные зонды, саперные тралы, знаменитые советские луноходы – все это роботы. Однако наиболее впечатляющая мечта человечества – человекообразная машина, воспетая фантастами и футурологами, только начинает делать свои первые робкие шаги.
Слово «робот» вышло из под пера чешского фантаста Карела Чапека, написавшего в 1920 году пьесу «Р. У. Р.» – «Россумские Универсальные Роботы», которая повествовала о фабрике, производящей искусственных людей. После того, как ее перевели на английский и поставили на Бродвее, термин робот покорил сначала Америку, а потом и весь мир.
История робототехники неразрывно связана с большинством изобретений, сделанных человечеством и представляет собой естественное логическое продолжение техники как явления. Стремление автоматизировать любой труд постепенно вытесняет человека из многих сфер его деятельности, предоставляя взамен все новые возможности для приложения усилий: просмотр кинофильмов, подводные погружения, компьютерные игры и т.д.
2
Часть всеобщего труда, затрачиваемая человечеством на производство средств производства, а не конечного продукта потребления, постепенно увеличивается от 0%, очевидно стремясь к 100%. Уже сейчас усилия большинства наилучших современных роботов направлены на производство других машин: станков, автомобилей, компьютеров и т.д.
Будучи одной из самых интригующих вечных тем (как Бог, вселенная, время и свобода воли), робототехника с самых ранних времен привлекает к себе интерес философов и писателей. Прогресс в философском осмыслении вопросов создания искусственных думающих машин на текущий момент далеко опережает практические результаты в этой области
Еще с самого начала нашей эволюции, человек нуждался в помощи. Но такая помощь ему не представлялась. И уже со времен античности люди стали задумываться о создании механических людей, способных выполнять тяжелую и рутинную работу. В мифах есть упоминания о создании Гефестом механических рабов, выполняющих работу за человека. Поэтому человечество пыталось использовать машины для облегчения своего труда, выполнения наиболее тяжелой работы, требуемой значительных физических усилий.
3
1.1.История создания с древности по 19 век
В течение всей истории человечество в своем воображении создавало машины, наделенные способностью чувствовать (по крайней мере частично). В древних греческих мифах бога огня Гефеста сопровождали, помогая ему, две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражеского нашествия. Более двух тысяч лет назад Герои Александрийский в «Трактате о пневматике» описал множество автоматов, таких, как движущиеся фигуры и поющие птицы,— прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти замечательные игрушки оставались единственным реальным применением пневматики.
Существует множество легенд о Талосе, послуживших основой для фильма «Ясон и Аргонавты» с потрясающими зрелищными спецэффектами Рэя Харрихаусена. Среди легенд и мифов есть и такие, где бронзовый великан представлен первым известным в древности роботом.
В общей сложности древними греками было создано множество устройств, применявшихся по большей части в театре и культовых обрядах. В античной истории также остались следы примитивных древних роботов
В 350 г. до н.э. величайший математик Древней Греции Архит собрал механического голубя, передвигавшегося за счёт переменных воздушных потоков. Это был один из первых опытов полета в истории, а возможно, и древнейшая модель аэроплана.
4
В 322 г. до н. э. известный философ Аристотель, предвидя развитие и дальнейшее усовершенствование робототехники, писал: "Если каждый инструмент, когда ему скажут или даже благодаря свойственной ему согласованности, сможет выполнять работу, которую ему подобает выполнять... тогда не будет нужды ни в подмастерьях для мастеров, ни в рабах для господ".
В конце III в. до н. э. древнегреческий изобретатель и натур-философ Ктезебий Александрийский сконструировал водяные часы с передвигающимися фигурками, которые оставались наиболее точными часами в мире вплоть до XVII в.
Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил для Людовика XII механического льва, который при въезде короля в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции.
Приблизительно в 1596 г. также Леонардо да Винчи спроектировал (а возможно собрал и испытал) механического рыцаря, по видимости являющегося первым антропоморфным роботом.
Внутри доспехов находился механизм, приводящий в движение искусственного человека при помощи тросов и роликов. Рыцарь-робот умел садиться, двигать головой и руками, анатомически правильно открывать и закрывать рот. Также, он мог имитировать звуки - шёл под сопровождение автоматических барабанов. Робот-Рыцарь Да Винчи "одевался" в доспехи, характерные для Германии и Италии в конце XV в. Важно отметить, что в период средневековье было только несколько изобретателей, создававших подобные сооружения для развлечения королевских семей.
5
Первого действующего человекоподобного робота создал французский изобретатель Жак де Вокансон в 1737 году. Андроид представлял из себя человека в натуральную величину способного на флейте. Флейтист Вокансона имел в репертуаре 12 произведений!
Но самое известное изобретение Жака де Вокансона - пищеварительные утки, созданные им в 1739 году. Эти роботы состояли примерно из 400 деталей, и умели хлопать крыльями, пить воду. Также утки клевали зерна и через секунду - испражнялись. Но, на самом деле, утка не переваривала пищу: съеденные зерна, помещались в специальный контейнер, а "продукт на выходе" был заготовлен в другом.
К концу XIX века инженер из России Чебышёв Пафнутий придумал механизм — стопоход, который обладал высокой проходимостью. Конечно, это изобретение не представляло огромной пользы для человечества, но сама задумка дала определенный толчок к развитию технологий роботостроения.
6
1.2. Развитие с 19 века до настоящего времени
Всего через четыре года после бродвейской премьеры Чапековского «Р.У.Ра» на Всемирной выставке 1927-го в Нью-Йорке инженер Д. Уэксли продемонстрировал простейшего робота, способного выполнять команды человека.
В 1950-ых с развитием ядерной промышленности в строй ввели первые манипуляторы, имитировавшие движения человеческих рук, которые применялись при работе с радиоактивными материалами.
1960 – создание первых многофункциональных самоходных платформ для сбора все тех же радиоактивных материалов, ну а к 1970-м, после окончания Лунных программ США и СССР появились аппараты для обезвреживания взрывоопасных предметов, например — сверхлёгкий мобильный робот МРК-01 МГТУ им. Баумана
1981 год ознаменовался первой жертвой робота, когда рабочий завода Кавасаки Кэндзи Уарда погиб от несчастного случая в сборочном цеху. Кстати, некоторые истории о погибших от «рук» роботов пугающе напоминают легенду о Големе, восставшем против своего творца. В 2007 году в ходе полевых испытаний автономной пушки, проводившихся вооружёнными силами ЮАР, роботизированное орудие дало сбой и принялось палить по своим. Погибло 9, и было ранено 14 солдат. В 2008 году 81-летний австралиец самостоятельно собрал робота, чтобы совершить самоубийство.
В настоящее время человекоподобные роботы «андроиды» встречаются все чаще, пока еще не в жизни, но уж точно на выставках перспективных технологий.
7
Двухтысячные годы ознаменовались целой серией андроидов. Aiko – канадского изобретателя с имитацией человеческих чувств: осязание, слух, речь, зрение; робот-теннисист TOPIO от вьетнамской фирмы TOSY, ASIMO – японской Хонды, и многие другие.
Цена их пока «зашкаливает», однако, первые механические слуги уже поступают в официальную продажу. Цена (от 100 000 долларов), заметная неуклюжесть и хрупкость, проблемы с «компьютерным зрением», источники питания, а главное – искусственный интеллект – вот что является препятствием для повсеместного распространения человекообразных роботов.
Но знаменитый шахматный компьютер Deep Blue («Дип Блю») уже обыграл Гарри Каспаров. А все развивающаяся индустрия электроактивных полимеров, способных имитировать движения и КПД природных мышц, обещает решить проблемы неуклюжести и заторможенности движений роботов.
Известно, чтоЛига Бойцовых Роботов (ЛБР) 19 декабря 2004 провела первый открытый чемпионат России по боям роботов. Победителем чемпионата стал робот "Армадилло", действовавший под управлением пилота Евгения Луньева (команда ИНКС).
Армия США вооружает пулеметами роботов Talon, которые производит компания Foster-Miller. Предполагается, что человек будет крепко держать их под своим контролем. Роботы будут оснащаться пулеметами M240 или M249. На них могут монтироваться также и ракетные пусковые установки. Оборонные ведомства проводят испытания вооруженной версии Talon с 2003 года. Несколько роботов, применялись для проведения таких разведывательных операций, как съемка в пещерах Тора-Бора в Афганистане во время вооруженного конфликта в этой стране
8
Быть может тогда человечество будет застраховано от случаев, подобных тому, что произошел на испытаниях в ЮАР, а так же многочисленных мрачных прогнозов литературы и кино, начиная с «Метрополиса» Фрица Ланга (1927), повествующих о восстании машин? По крайней мере, такие вопросы ставятся на повестку дня. В Институте сингулярности (SIAI) в США исследуют проблемы глобальных рисков, которые могут возникнуть при использовании сверхчеловеческого искусственного интеллекта, не запрограммированного на безусловную лояльность человеку. Что из этого выйдет – покажет время, причем, самое недолгое.
9
2.1. Робототехника в России
В 1969 году в ЦНИТИ Миноборонпрома приступили к разработке первого в СССР промышленного робота «Универсал-50» и в 1971 году, через два года после этого, первые советские роботы, созданные в технологических институтах МОП и МАП были продемонстрированы на выставке в Сетуне, в результате чего началась активная роботизация отраслей промышленности СССР.
В общей сложности в Советском Союзе было выпущено более 100 тыс. единиц промышленной робототехники. Они заменили более одного миллиона рабочих. Самое поразительное, что эти 100 тысяч роботов исчезли с 1992 по 1994 годы полностью. Возникает вопрос: надо ли теперь восстанавливать промышленную робототехнику? Безусловно, надо.
Промышленные роботы - данный тип роботов находит свое применение, главным образом, на промышленных производствах и в научных лабораториях.
Примером промышленного робота может служить Промышленный робот B2b. Он был создан для перемещения разного рода предметов не очень большой величины
«АвтоВАЗ» продемонстрировал на выставке «Станкостроение-2010» свои последние разработки в области робототехники. Производство технологического оборудования и оснастки (ПТОО) компании привезло в столицу семейство роботов TUR, созданное совместно со специалистами МГТУ «СТАНКИН».
referat911.ru
Кратко о развитии робототехники — Мегаобучалка
Идея развития робототехники относится к глубокой древности. Еще во времена Гомера люди мечтали создать механических помощников человека, выполняющих его трудовую деятельность. Гомер пишет в своем известном произведении «Илиада»
... Навстречу ему золотые служанки вмиг подбежали, Подобные девам живым, у которых Разум в груди заключен, и голос, и сила, Которых самым различным трудам обучили Бессмертные боги...
Впервые слово «робот» было введено Карелом Чапеком в 1920 г. в фантастической пьесе «РУР» («Рассумские универсальные роботы»). Областью применения роботов стали области деятельности человека, опасные для его жизнедеятельности. Как правило, это были дистанционно управляемые манипуляторы для работы в атомных реакторах, в подводных аппаратах и космических кораблях. В 1947 году в Арагонской национальной лаборатории были впервые разработаны механические руки для работы с радиоактивными материалами [1.19].
В 1977 году фирмой Quasar Industries создан робот, умеющий подметать пол, стричь траву на лужайках и готовить простую пищу. Корпорация Object Recognition Systems объявила в 1982 году о создании системы зрения для роботов, которая позволяет им вынимать детали, произвольно расположенные вящиках или других емкостях [1.24]. В 1982 году фирма Mitsubishi о роботе, который был настолько ловок, что прикуривал сигарету и снимал телефонную трубку. Самым замечательным в 1982 году был признан американский робот Cubot, собирающий с помощью своих механических пальцев, камеры-глаза и компьютера-мозга кубик Рубика менее чем за четыре минуты.
Появление первых роботов дало мощный толчок к развитию таких направлений, как машинное зрение и распознавание изображений, построение методов моделирования состояний мира, построение планов дляпоследовательности действий и управление выполнением этих планов, управление работой роботов в трехмерном пространстве. Интеллект роботов постоянно повышается с созданием более совершенных человеко-машинных интерфейсов. Существенно расширяется диапазон их применения.
Японская корпорация Sony объявила в 2000 году о создании нового поколения роботов-собак, которые понимают на слух около 50 команд и даже могут фотографировать то, что видят своими глазами-камерами. Новый робот получил то же ласковое имя «Айбо», что и первое поколение умных электронных собачек, появившихся на рынке годом раньше. К умению прыгать, бегать, вилять хвостиком, катать мячик и демонстрировать различные чувства — от страха до щенячьей радости, четвероногий робот нового поколения добавил способность реагировать на кличку, которую присваивает ему хозяин, подавать лапу, садиться и бежать вперед. По особому указанию он фотографирует глазами-камерами и полученную картинку потом можно посмотреть на экране компьютера. Новый «Айбо», больше похожий на львенка, чем на щенка, стоит 150 тысяч иен (около 1,4 тыс. долл.).
В апреле 2003 года в Японии, в городе Иокогамае, прошла четвертая по счету выставка роботов «Robodex» (рис. 1.4). Как заведено, выставляются на ней так называемые персональные железяки: роботы-домохозяйки, роботы-охранники. Аббревиатура в названии мероприятия расшифровывается как «робот твоей мечты» (Robot Dream Exposition). Гвоздем выставки стал робот SDR-4Х фирмы Sony. В него заложены 10 песен, 1000 телодвижений и 200 интерактивных диалогов.
В 2004 году прошли гонки автомобилей без водителей Grand Challenge от Лос-Анджелеса до Лас-Вегаса — это одно из значительных событий в робототехнике. К участию в соревновании допускались только беспилотные роботы — на их борту не должно быть ни людей, ни животных. На участие в соревнованиях было заявлено около сотни команд, 25 из них были допущены к квалификационному отбору и 15 из них этот отбор прошли. Организаторы соревнований остались довольны результатами, несмотря на то, что ни один робот не прошел трассу.
Студенты Университета Южной Флориды создали специального робота-пугало для защиты сельскохозяйственных угодий от птиц. :)
Робот-пугало оснащен веб-камерой и небольшим компьютером со специальным программным обеспечением, которое позволяет машине опознавать зловредных птиц. Отгонять пернатых робот будет с помощью водометов и сигнализации, издающей угрожающий для птиц звук.
Компания iRobot сообщила о создании прототипа боевого робота-медика Bloodhound. Этот робот предназначен для оказания помощи раненым, к которым невозможно приблизиться "живым" санитарам из-за сильного огня противника. Bloodhound оснащен видеокамерами, радиостанцией с микрофоном и динамиками, а также стетоскопом которые позволяют медикам дистанционно управлять им, проводить первичный осмотр раненого и беседовать с ним. После постановки диагноза, Bloodhound сможет остановить кровотечение (например, наложить повязку на рану) и сделать укол, который позволит раненому дождаться эвакуации. iRobot также разрабатывает целое семейство боевых медицинских роботов. Один из них будет способен эвакуировать раненых и контуженных, второй - защищать неспособных двигаться раненых от обстрела.
Японские родители в ближайшее время смогут спокойно заняться своими делами или просто отдохнуть от непоседливых детей, так как с их отпрысками будет нянчиться специально обученная няня, которая никогда не устает и готова в любой момент поиграть с ребенком.
Японская компания-ритейлер Aeon Co в сотрудничестве инженерной компанией Tmusk сегодня представили свою последнюю разработку - 1,4-метрового человекоподобного робота, основное предназначение которого заключается в занятии с детьми и постоянном присмотре за ними.
На сегодня, тестовый образец робота представлен в одном из токийских супермаркетов Aeon, где он может присмотреть за ребенком пока родители совершают покупки.
Разработчики говорят, что несмотря на то, что словарный запас робота довольно ограничен, он способен запомнить и распознать каждого из вверенных ему детей по имени и возрасту. Машина способна общаться с детьми, а на мониторе, который служит лицом роботу, могут отображаться детские игры или рекламные сообщения. Ориентируется робот при помощи миниатюрной камеры.
В перспективе компании Tmusk и Aeon намерены продолжить совместные эксперименты по робототехнике для того, чтобы совершенствовать уже созданные образцы и создавать принципиально новые.
В качестве одного из наиболее вероятных образцов следующей разработки компании называют робота-ассистента, который будет работать в магазине, помогая покупателям найти нужный товар и заполняя различные карты на скидки. В более отдаленной перспективе стороны не исключили создания магазинных роботов, которые послужат охранниками, администраторами и уборщиками
находясь в честных, добрых руках. Таким образом, К. Чапек не только создал литературное произведение, но и поставил и рассмотрел ряд важных вопросов робототехники, таких как способы создания роботов, их основные характеристики, размеры производства и области использования, социально-психологические аспекты взаимоотношения роботов и людей, самовоспроизведение роботов. Наверно более значительное место тема робототехники занимает в творчестве другого писателя-фантаста, американского ученого и популяризатора науки Айзека Азимова (1920-1992). В одном из своих рассказов, объединенных общим циклом «Я, робот», А. Азимов в 1942 г. попытался впервые сформулировать основные принципы поведения роботов и взаимодействия их с человеком, исходя из категорий добра и гуманности. Эти принципы, названные тремя законами робототехники, гласят:
. Книга содержит описание общих концепций управления в любых системах, в особенности живых, машинных и социальных. Одной из самых важных идей книги является обоснование того, что процессы управления, такие как процессы передачи, хранения и переработки информации, и связи в машинах, живых организмах и обществах подобны. Логическим завершением периода формирования теоретических основ вычислительной техники можно считать работы американского математика, одного из основоположников кибернетики Джона фон Неймана (1903-1957). Именно ему принадлежит идея записи программы решения какой-либо задачи в память ЭВМ. Благодаря принципу хранимых программ вычислительные машины стали универсальными. Первыми компьютерами, в которых фоннеймановский принцип получил практическое воплощение, были вычислительная машина на электромагнитных релейных схемах Говарда Эйкена Mark I (1944 год) и электронная вычислительная машина ENIAC, разработанная в 1947 году под руководством Дж. Проспера Эккерта и Дж. Мокли, которые в последствии стали основателями знаменитой фирмы IBM.
подвижной части, ЭВМ SDS-940 и соответствующего программного обеспечения. Робот был создан для изучения процессов управления в сложной окружающей среде в реальном масштабе времени. Все функции, которые должен выполнять робот, можно разделить на три класса: решение задачи, восприятие, моделирование. Система управления робота, осуществляющая решение задач, использовала записанную в модели информацию для планирования и расчёта последовательности действий. По мере изменения внешней среды активными действиями самого робота или по другим причинам модель должна была преобразоваться с целью запоминания этих изменений. Кроме того, в модель должна была добавляться новая, текущая информация о внешней среде, которую робот приобретает в процессе её познания [ 3 ].
(Назад)
(Cкачать работу)
