Министерство образования и науки Украины
ДонГТУ
Кафедра АЭМС
Реферат
на тему: «Роботы»
Выполнил ст. гр. ЭМС-05-2
Бабичев С.А.
Проверил
Закутный А.С.
Алчевск 2008
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
3. РОБОТ CKBOT
4. РОБОТЫ AQUAJELLY И AIRJELLY
5. РОБОТ TETWALKER
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Робот (от чешск. robota ) — автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях или при относительной недоступности объекта.
Робот может управляться оператором либо работать по заранее составленной программе. Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях.
Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве в различных производственных процессах.
Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда.
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.
В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.
Всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути — автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.
Изобретатель Пит Редмонд (Pete Redmond) создал робота RuBot II, который может собрать кубик Рубика за 35 секунд.
Существует также направление моделизма, которое подразумевает создание роботов. Сейчас моделисты делают как радиоуправляемых роботов, так и автономных. Проводятся соревнование по нескольким основным направлениям. Среди соревнований автономных роботов стоит упомянуть бег на скорость по белой линии, борьбу сумо, робо-футбол.
· Aibo
· ASIMO
· i-SOBOT
· REEM-B
· SCORBOT-ER 4u
· STAIR
· Twendy-One
· Wakamaru
2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ) привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. В 1954 году американский инженер Д. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Ее название «Unimation» (Юнимейшн) является сокращением термина «Universal Automation»(универсальная автоматика).
В 1962 году в США были созданы первые промышленные роботы «Юнимейт» и «Версатран». Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.
«Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.
Робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счет механики. Сейчас это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться. Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.
В составе робота есть механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота делится на манипуляционную систему и систему передвижения.
Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.
Манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:
· звенья, обеспечивающие поступательные движения
· звенья, обеспечивающие угловые перемещения
Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.
Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.
Частью манипуляторов (хотя и необязательной) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека — захват осуществляется с помощью механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции.
Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочная головка, отвёртка и т. д.
Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.
Управление бывает нескольких типов:
1. Программное управление — самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования таких роботов могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC. Может происходить с помощью ПК или программируемого логического контроллера.
2. Адаптивное управление — роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.
3. Основанное на методах искусственного интеллекта.
4. Управление человеком (например, дистанционное управление).
Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.
Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.
Подчинённое управление служит для построения системы управления приводом. Если необходимо построить систему управления приводом по положению (например, по углу поворота звена манипулятора), то система управления замыкается обратной связью по положению, а внутри системы управления по положению функционирует система управления по скорости со своей обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своей обратной связью.
Современный робот оснащён не только обратными связями по положению, скорости и ускорениям звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её.
Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с числовым программным управлением к выполнению технологических операций.
Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:
· перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет;
· сварка швов и точечная сварка;
· покраска;
· выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.
Промышленный робот является устройством, производящим некие манипулятивные функции, схожие с функциями руки человека.
· достаточно быстрая окупаемость
· исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;
· повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;
· возможность использования технологического оборудования в три смены, 365 дней в году;
· рациональность использования производственных помещений;
· исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью;
3. РОБОТ CKBOT
Если этого робота ударить ногой, он рассыплется на три части. Далее эти части оживут и, ползая как гусеницы, начнут сближаться. Через весьма приличное время трём кускам бота наконец удаётся состыковаться, после чего тот встаёт на ноги, готовый к дальнейшей работе
На выставке Wired NextFest 2008, прошедшей в конце сентября – начале октября в Чикаго, был показан забавный робот ckBot, которого можно было бы принять за художественный проект с техническим уклоном. Но он –часть серьёзной работы, чьи плоды однажды могут пригодиться сразу в нескольких прикладных областях.
Любопытно, что все три части робота идентичны (каждая построена из пяти блоков, обладающих моторизованным сочленением, допускающим поворот деталей на 180 градусов). Это не мешает им в нужный момент определиться, какие из них станут ногами, а какая — туловищем.
Американские инженеры назвали это умение «Самосборка после взрыва» (Self-reassembly After Explosion), впрочем, уточняя, что «взрыв» – это просто некое сильное воздействие, не важно, какой природы.
Построил эту машину Марк Йим (Mark Yim), адъюнкт-профессор инженерии в университете Пенсильвании (University of Pennsylvania) и его коллеги из лаборатории модульных роботов (Modular Robotics Lab).
Как вы уже, наверное, догадались, каждый модуль ckBot обладает своими «мозгами», батарейкой, электромоторчиками и системами связи.
Добавим лишь, что между собой части робота стыкуются при помощи магнитов, а ищут они друг друга благодаря встроенным цифровым камерам и мигающим светодиодным маякам. Кроме того, у каждой части есть акселерометр для «чувства равновесия» как при самостоятельном движении, так и в составе полного робота.
Легко представить, что оснащённый различными датчиками самособирающийся робот пригодится как военным (для разведки, например), так и учёным (изучение планет), или ремонтникам (проникновение в труднодоступные части больших установок).
Что может при этом робота «раскидать» — не вполне понятно. Да и неважно. Главное — рассыпавшись, бот может вернуть себе первоначальный вид. Правда, в нынешнем варианте дроида рановато выпускать на настоящее поле боя, пусть сперва набьёт шишек (смотрите видео до конца).
Логично спросить: «К чему такие сложности?» Дело в том, что, по общему замыслу проекта, ckBot и ему подобные машины должны собираться из куда большего количества модулей. При этом фигура, которую они образуют, зависит только от выбранной программы, а таковых внутри модулей может быть запасено немало. Хотите — получите «змею», желаете — «кошку» или «собаку».
Помните змейку Рубика (Rubik's Snake)? Тот же принцип, только всё крутится само. Так что новый бот мог бы стать классной игрушкой. Но Марк видит для него другое поле деятельности.
Непрерывно трансформируемый робот («самореконфигурируемый» по определению создателей) пригодится там, где нужно проявлять гибкость в зависимости от ситуации. Скажем, в узкую щель может проползти «змея», какую-то механическую работу лучше поручить андроиду, а на большое расстояние путь катится «колесо».
Да, цепочка блоков ckBot может замкнуться и, меняя форму получившегося обода, катиться со скоростью до 1,6 метра в секунду. Это самый быстрый способ передвижения для ckBot, установили американские исследователи.
СkBot напомнил нам о целом ряде его идеологических предшественников. Вспомним, к примеру, робота из университета Корнелла (Cornell University).
Этот аппарат мог не просто собираться из абсолютно идентичных кусочков, но и строить свои копии. Правда, бот тот стоял на месте, а очередные детальки для сборки его собрата ему надо было класть в строго определённое место.
Получается, что группа под руководством Йима сумела «освободить» такого самосборщика, придав ему и его блокам не только способность к перемещению, но и умение находить друг друга. Осталось только научиться делать такие блоки всё более «умными» и мощными, и вперёд — отпускайте фантазию на волю.
4. РОБОТЫ AQUAJ ELLY И A IRJ ELLY
Природа не устает удивлять нас красотой своих «технологических» решений – а мы не устаем удивляться. Немудрено, что она то и дело вдохновляет дизайнеров и инженеров на то, чтобы, по возможности, не изобретать все с нуля, а воспользоваться ее дарами. Так поступили и разработчики «роботов-медуз», покоряющих воду и воздух с фантастической красотой и грацией.
Таким путем пошли и разработчики компании Festo, создатели интереснейших роботов – AquaJelly и AirJelly, обратившие свое внимание на древнейших представителей фауны, медуз. Разумеется, к этому приложены самые современные технологии, доступные человечеству.
AquaJelly, по сути, представляет собой искусственную медузу, которую приводит в движение электромотор и адаптивная механическая система. Она состоит из полупрозрачной полусферы и восьми щупалец, а центр ее занимает водонепроницаемая емкость, в которой укрыт и двигатель, и пара Li-Ion батарей, и сервоприводы.
По структуре своей каждое щупальце повторяет анатомию рыбьих плавников: оно «колышется» под влиянием перистальтических сил в заполняющих ее «сосудах», и совершает волнообразные движения. Движение же самой AquaJelly в трехмерном пространстве обеспечивает контролируемое перемещение центра ее тяжести. «Медуза» самостоятельно следить за состоянием своих аккумуляторов и поддерживает связь с зарядным устройством, при необходимости подзаряжаясь.
Связь поддерживается и с другими AquaJelly в пределах доступности. Находясь на поверхности воды, робот использует для коммуникации экономную радиосвязь – но основной способ связи под водой – это свет. Одиннадцать инфракрасных излучателей позволяют «медузам» взаимодействовать на расстояниях до 0,8 м. Это, конечно, не слишком далеко, но все же не позволяет медузам сталкиваться друг с другом.
В «нагрузку» к сенсорам, отслеживающим состояние окружающей водной среды, AquaJelly несет набор датчиков, следящих за ее внутренним состоянием, а чувствительный манометр позволяет роботу «осознавать» глубину своего погружения с точностью до нескольких миллиметров.
Но еще более интересна другая разработка инженеров из Festo – «воздушная медуза» AirJelly. Если AquaJelly чувствует себя в воде, как рыба, то AirJelly покоряет воздушную среду, используя похожие схемы. Конечно, для целей полета этот робот использует свой особый «пузырь», который заполняется легким гелием. В остальном он устроен примерно так же – хотя, на наш взгляд, впечатляет еще больше своего водного собрата.
5. РОБОТ TETWALKER
TETwalker – это пирамида из шести стержней, соединённых узлами.
В каждом узле находится электроника и электродвигатели, способные в широких пределах менять длину стержней.
Потому правильным тетраэдром данный робот является только находясь в покое. Зато когда робот хочет попутешествовать, он меняет свою форму, так, что центр тяжести выносится за предел опоры.
Тут же следует опрокидывание на бок. Но поскольку все стороны машины совершенно равнозначны – никакого «падения» нет – так робот и двигается.
Каждый узел в вершине пирамиды может нести камеры и сенсоры, так что перед нами работающий прототип робота для исследования других планет.
Его авторы считают, что подобный способ передвижения выгоден, так как этот робот принципиально не может опрокинуться на склоне.
Даже если он скатится в кратер, то спокойно продолжит работу. А если стенки не слишком крутые – сможет и подняться наверх. Надо ли говорить, что обычный марсоход (с колёсами), если перевернётся на камне, то тут же и заканчивает своё «выступление».
Однако, полагают создатели TETwalker, куда интереснее будет, когда нанотехнологии и микромеханика позволят уменьшить размеры такого тетраэдра в десятки, а может и в сотни раз.
Все технологические предпосылки к такому радикальному сокращению уже есть или намечаются в ближайшей перспективе.
И если каждый узел такого робота дополнить стыковочным механизмом – мириады подобных машин смогут формировать ту самую «живую амёбу», меняющую форму в зависимости от условий, а также заживляющую пробоины.
Она же сможет автоматически собираться в радиотелескоп или круглый планетоход типа «перекати-поле».
Миниатюрные и сравнительно простые процессоры таких модулей смогут объединяться в единый компьютер, возможно, похожий на нейронную сеть.
«Мы не жили бы долго, если бы наши тела работали, как современные космические корабли, — рассказал глава проекта доктор Стивен Кёртис (Steven Curtis). – Когда у нас возникает травма, новые клетки заменяют повреждённые. Подобным образом неповреждённые единицы роя объединятся, продолжая выполнение миссии, несмотря на обширное повреждение».
Да, авторы проекта предлагают называть такие корабли-роботы роями, хотя, учитывая, что его элементы будут соединены между собой, больше подошло бы определение многоклеточный организм.
Как бы то ни было, нынешний треугольный робот – наглядный пример, как может работать одна клетка такого робота-роя.
Он не только ходил (если можно применить к нему такое слово) по полу лаборатории в центре Годдарда, но уже успел побывать на испытаниях в Антарктиде.
В январе 2005 года машина оказалась на научной станции Макмердо (McMurdo), где условия во многом напоминают Марс.
Тест показал, что некоторые изменения улучшат работу робота. Например, размещение двигателей в середине распорок, а не в узлах, упростит конструкцию узлов и увеличит их надёжность.
Когда этот проект будет трансформироваться к микро— и наномасштабам, то телескопические стержни можно будет заменить на свёртывающиеся металлические ленточки или углеродные нанотрубки, что позволит «клеткам» будущей единой машины сжиматься почти до соприкосновения узлов, а значит, можно будет отправить на орбиту в одном запуске большее их количество.
Также в рамках данного проекта специалисты развивают новое программное обеспечение, позволяющее треугольникам собираться в «разумные» (до некоторой степени) машины.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. ru.wikipedia.org/wiki/Робот
2. ru.wikipedia.org/wiki/Промышленный Робот
3. www.prorobot.ru/
4. www.membrana.ru/articles/technic/2008/10/20/192500.html
5. www.popularmechanics.ru/part/?articleid=4182&rubricid=4
6. www.membrana.ru/articles/technic/2005/03/30/203400.html
www.ronl.ru
СОДЕРЖАНИЕ \t "Штиль1;1" 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ 3. РОБОТ CKBOT 4. РОБОТЫ AQUAJELLY И AIRJELLY 5. РОБОТ TETWALKER ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Робот (от чешск. robota) — автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях или при относительной недоступности объекта. Робот может управляться оператором либо работать по заранее составленной программе. Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях. Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве в различных производственных процессах. Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК 1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Робот 2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Промышленный Робот 3. http://www.prorobot.ru/ 4. http://www.membrana.ru/articles/technic/2008/10/20/192500.html 5. http://www.popularmechanics.ru/part/?articleid=4182&rubricid=4 6. http://www.membrana.ru/articles/technic/2005/03/30/203400.html
bukvasha.ru
Роботы – это механические помощники человека, способные выполнять операции по заложенной в них программе и реагировать на окружение. Трансгуманистическое значение робототехники состоит не только в том, что эта область связана с киборгизацией и искусственным интеллектом, но кроме того, – развитие роботов сможет значительно изменить образ жизни человека, хотя и не меняя при этом его самого.
С момента своего появления полвека назад роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных, эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение большей части потребностей цивилизации.
Когда роботы станут полностью неотличимы от людей, жестокое обращение с ними будет считаться безнравственным и людям придется общаться с ними как с равными.
Практически не один фантаст и даже самый приземленный реалист не рискнули бы описать общество будущего без роботов, и в частности – андроидов. И это понятно, ведь уже сейчас мы видим опытные образцы, которые демонстрируют достижения ученых и инженеров в этом направлении.
И, хотя в настоящее время еще остается нерешенным целый ряд технических задач, думаю, уже сейчас можно уверенно говорить, что в ближайшие 20 лет появятся более совершенные и дешевые технологии в этой области, которые приведут к формированию рынка роботов (андроидов) самого разного функционального назначения и уровня сложности. А это означает, что андроиды (и другие роботы) будут жить и работать среди нас, развлекая нас и помогая нам в нашем повседневном физическом и интеллектуальном труде.
Роботы в ближайшем будущем
Всё больше производственных операций будет роботизироваться. Использование программируемого производства (custom manufacturing) потребует универсальных мобильных роботов, способных не только выполнять заранее заданный набор операций на рабочем месте, но и свободно передвигаться по производственным помещениям, переносить между рабочими местами компоненты и готовые изделия и гибко реагировать на изменения в производственном процессе. Скоро такие физически простые дела как работа аптекаря или библиотекаря в книгохранилище будут отданы роботам.
Большое количество почти полностью роботизированных фабрик и заводов начнёт появляться к 2020. К 2010-2015 роботы начнут активно использовать в сельском хозяйстве. Специализированные роботы, помогающие человеку в тяжёлой физической работе (но не полностью автономные) появятся к 2015 году. Роботов на улицах наших городов мы увидим уже к 2020-2025 году. Это будут роботы-уборщики, роботы-погрузчики.
Большая часть транспорта будет автоматизированной к 2025-2030 году. Сегодняшние автомобили значительно поумнеют: сперва они будут лишь помогать водителям выполнять некоторые операции (сложная парковка, контроль за безопасностью, движение по шоссе), но потом они возьмут на себя весь процесс вождения. Чуть раньше мобильные роботы появятся в транспортной отрасли (например, погрузочные) и горнодобывающей. Мы увидим полностью автоматизированные логистические терминалы.
Хирургический робот
Роботы будут всё больше использоваться в медицине. В некоторых областях они уже могут работать более эффективно, с большей точностью и меньшей вероятностью ошибки, чем доктора люди. Скоро можно будет совместить робохирургов с технологиями диагностирования (экспертные системы уже давно используются для постановки диагнозов, анализа рентгеновских снимков и т. п.). В этой области робототехника соприкасается с телехирургией, удалёнными операциями, выполняемыми человеком по видеосвязи. К 2030 году значительная часть операций будет выполняться роботами, а первые микророботы начнут вести наблюдения над здоровьем людей внутри их тел.
Роботизация будет не совсем такой, какой её описывали фантасты. Она будет сочетаться с автоматизацией (без автономности), переносом множества видов деятельности в онлайн (как заказ билетов), поумнением нашего окружения (дома, дороги, и т. п.). Например, не будет андроида-лифтёра, нажимающего кнопки, будет умный лифт. Не будет роботов-переводчиков, как 3PO из «Звёздных войн», будут функции синхронного перевода в телефонах, карманных и носимых компьютерах.
Робот, играющий в карты с людьми (будущее)
Тем не менее, появится огромное количество автономных специализированных роботов, но выглядящих совершенно по-разному и выполняющих очень разные функции. Роботы будут передвигаться на колёсах, на двух и более ногах, ползком, прыжками и другими способами, причём не только по земле, но и по поверхности других планет. Роботы будут плавать на поверхности рек и морей и в глубинах океана, летать в воздухе (некоторые без посадки), обеспечивая связь и наблюдение за окружающей средой. Многие роботы будут способны менять свою форму и структуру в зависимости от ситуации. Программы и форма роботов смогут создаваться с помощью эволюционных алгоритмов.
Будут и похожие на человека двуногие и двурукие андроиды, универсальные помощники, созданные для взаимодействия с человеком в обычной среде, помощи ему в повседневной деятельности и любви. Первые подобные андроиды – это японский Asimo и корейский Hubo. Распространение на работе и в быту первые такие роботы получат после 2010 года.
Воздействие на экономику и общество. Робот-андроид в городе будущего
Появление роботов окажет огромное влияние на экономику. Физический труд человека станет ненужным во многих областях. Отношение людей к распространению роботов будет зависеть от политико-экономической системы. Например, международное исследование «Автоматизация и промышленные рабочие», проведённое в 15 странах с 1971 по 1979 годы, показало, что в капиталистических странах лишь 37% рабочих готовы активно поддерживать автоматизацию, а в социалистических 69% рабочих. Без активных действий, направленных на перестройку экономики и общества возможны негативные последствия. Но когда этот непростой процесс перехода будет завершён, наше общество преобразится. Практически весь физический труд будет автоматизирован. Большая часть управленческих работ низшего уровня будет выполняться компьютерными системами. Сверхдешёвый труд роботов сделает возможным увеличение расходов на переработку отходов, защиту окружающей среды, безопасность.
Самовоспроизводство и нанороботы. Погрузка ящиков – недостойное человека занятие:
Автоматизированные фабрики сегодня развиваются в сторону увеличения универсальности. Развитие производственных технологий уже к 2020-2030 годам приведёт к появлению самовоспроизводящихся систем, то есть машин, способным производить собственные копии. Первоначально это будут небольшие настольные фабрики. Это окончательно сделает роботов доступными для всех, поскольку каждая такая фабрика сможет из простых и доступных материалов создать несколько своих копий, стремительно увеличив производственные возможности человечества.
Разведывательная робомуха (будущее):
К 2020-2030 активно будут использоваться микророботы, размером в сантиметры и миллиметры. Они будут использоваться в медицине, в сельском хозяйстве (как умные сенсоры) и во многих других областях. А лет через 10 получат распространение первые нанороботы (наноботы). Нанороботы смогут выполнять строительство нужных структур из молекул и атомов, что позволит обойтись без специальной подготовки исходных материалов. Это значит, что даже отдельные нанороботы будут достаточно независимыми.
Наноробот в кровеносном сосуде (будущее)
Нанороботы произведут ещё большую революцию, чем роботы обычные, благодаря своей универсальности и размерам. Так, нанороботы не будут нуждаться в каких-то особых материалах – для производства практически чего угодно они смогут использовать даже воду (состоящую из водорода и кислорода) и воздух (содержащий азот, кислород и углерод в углекислом газе). Нанороботы смогут легко создавать любые, самые сложные и совершенные материалы и продукты с абсолютной точностью. Разумеется, они смогут создавать и свои собственные копии, так что их всегда будет достаточно, чтобы выполнить любые задачи, которые поставит перед ними человек.
Наномашины смогут не только производить, но и чинить, в том числе и клетки человеческого организма. Именно медицинские нанороботы сделают человека не просто нестареющим и неболеющим, но и практически неуязвимым. Множество невидимых нанороботов в форме «конструктивного тумана» заполнят пространство у поверхности земли, готовые по первой мысленной команде человека мгновенно преобразоваться в любой предмет.
А через какое-то время человечество может принять решение о перестройке всей нашей планеты в гигантскую наносистему. Внешне планета изменится мало, но каждая песчинка, каждая капля, каждая крупица материи будет состоять из множества нанороботов и нанокомпьютеров.
Требования к будущей робототехнике
Какие же требования современная робототехника предъявляет к человекоподобным роботам (андроидам) и какие технические задачи уже удалось решить на этом пути?
Роботы, копирующие людей (андроиды), должны уметь:-Перемещаться как люди, т.е. ходить.- Распознавать предметы и явления внешнего мира, ориентироваться во внешней среде.- Поддерживать режим естественного общения с человеком, вербального и невербального.- Самостоятельно оценивать ситуацию и принимать решения (интеллект).- Обладать физическими (манипулятивными) возможностями человека и даже превосходить их.- Конструировать себе подобных.
Роботы уже ходят
Такой естественный для человека способ перемещения в пространстве как прямохождение, является с технической точки зрения не таким уж и простым действием. Искусственное воспроизводство этого процесса является настоящим скачком в робототехнике. И хотя уже сейчас есть достаточно уверенно ходящие роботы, задача создания робота, который бы ходил абсолютно аналогично человеку, пока еще остается нерешенной.
Распознавание предметов и ориентировка в пространстве
В идеальном варианте, робот должен уметь сканировать пространство вокруг себя для построения объемной модели реальности, в которой он находится, а также распознавать отдельные объекты этой реальности. Именно такие алгоритмы (программы) отвечают за адекватное “понимание” роботом картины внешнего мира, а значит, и лежат в основе его разумного поведения. В настоящее время, принципы распознавания объектов пространства и ориентировки в нем недостаточно разработаны и представляют собой одну из актуальнейших задач в области ИИ (Искусственного Интеллекта).
Общение роботов с человеком
Андроид — это не просто робот похожий на человека, это результат достижений целого направления в робототехнике, которое стремится создавать роботов абсолютно аналогичных человеку. Высшим достижением робототехники станет андроид, который будет практически не отличим от обычного человека.
Одним из самых принципиальных трудностей на пути к достижению этой цели является имитация естественного коммуникативного поведения человека. Ведь человек не просто разговаривает, он выражает самые разные эмоции и мысли. Научить робота понимать обращенную к нему речь и выражать определенные чувства – это пока то, что более или менее удается сделать на данном этапе. В будущем, роботы научатся понимать не только обычную речь, но и невербальные сигналы (например, жесты и мимику), смогут общаться с людьми на разные темы
Интеллект роботов
Интуитивно понимая термин “Интеллект” мы в то же время затруднимся ответить на вопрос что же это такое. Строго определения этого понятия нет до сих пор, видимо потому, что природа данного феномена все еще остается не раскрытой. В нашем случае, под понятием “Интеллект робота” мы будем иметь в виду его способность принимать решения в нестандартных ситуациях на основе эвристических алгоритмов анализа (оценки) этой ситуации.
Т.е., это умение робота на основе прошлого опыта (базы данных) и арсенала аналитических возможностей (алгоритмов), находить решение задач, с которыми ему не приходилось сталкиваться ранее. Такое интеллектуальное поведение роботов возможно только на основе сложных алгоритмов самообучения и творческого подхода (эвристические алгоритмы). Эти алгоритмы и являются, по сути, предметом целого направления в технике — системы искусственного интеллекта. В настоящий момент такого рода алгоритмы разрабатываются и тестируются в рамках создания экспертных систем и самообучающихся автоматов.
Физические возможности андроида
Требование внешнего сходства андроида с человеком приводит к необходимости решения целого ряда технических задач, например, прямохождение андроида должно быть устойчивым, а его “руки” должны позволять ему перемещать грузы и манипулировать предмерами.
При этом движения андроида, скорее всего, будут оставаться не “естественными”, пока его руки и ноги будут работать на основе механических приводов и систем, которые имеют целый ряд недостатков. Принципиальным были бы решения на основе специальных синтетических материалов, которые могли бы взять на себя функцию мышц и заменить собой электрические и пневматические приводы. В настоящее время синтетические мышцы находятся на стадии разработок.
Самовоспроизводство андроидов
Способность к самовоспроизводству является фундаментальным свойством живой материи. Все живое самовоспроизводится. Человек, как живое существо, вполне может настолько уподобить себе роботов, что сделает их самовоспроизводящимися.
Если человек сможет это сделать чисто технически, то он интегрирует эту функцию в андроидов, как только в этом появится прагматическая необходимость. Например, самовоспроизводство андроидов может быть реализовано в виде их способности произвести (или добывать) исходный материал и организовать производственный цикл по созданию блоков для построения себе подобных роботов. Для решения этой задачи они могут кооперироваться и возможно даже жертвовать собой. Исследования в области самовоспроизводства технических устройств уже стали обычным делом.
Каждый шаг на пути решения обозначенных выше задач будет все больше сближать андроида с человеком, а удешевление технологий лежащих в основе производства их компонентов сделает их самыми распространенными техническими средствами призванными улучить нашу жизнь в будущем. Думаю, что облик будущего, обрисованного фантастическими рассказами и фильмами станет нашей реальностью уже в ближайшие 20-30 лет.
Рано или поздно роботы станут неотъемлемой частью нашего быта, какой стали компьютеры и мобильные телефоны.
С одной стороны, прогресс в целом постоянно ускоряется, но при этом темпы развития потребительской и коммерческой робототехники, пожалуй, несколько снизились. Даже ведущие мировые компании, производящие роботов на коммерческой основе, замораживают часть своих проектов. Уровень развития роботов напрямую зависит от совершенства таких областей, как, например, распознавание человеческой речи или искусственный интеллект, а в них никаких значительных подвижек не было уже несколько лет. Пока специалисты, занимающиеся исследованиями в этой сфере, не найдут новую парадигму, роботы так и не научатся совершать сложные комплексные действия. А вот принести тапочки или пропылесосить комнату — вполне в их силах. Собственно роботы-пылесосы уже сейчас очень популярны. Так, что за робототехникой будущее, но до него еще несколько десятилетий.
www.ronl.ru
Министерство образования и науки Украины
ДонГТУ
Кафедра АЭМС
Реферат
на тему: «Роботы»
Выполнил ст. гр. ЭМС-05-2
Бабичев С.А.
Проверил
Закутный А.С.
Алчевск 2008
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
3. РОБОТ CKBOT
4. РОБОТЫ AQUAJELLY И AIRJELLY
5. РОБОТ TETWALKER
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Робот (от чешск. robota) — автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях или при относительной недоступности объекта.
Робот может управляться оператором либо работать по заранее составленной программе. Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях.
Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве в различных производственных процессах.
Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда.
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.
В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.
Всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути - автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.
Изобретатель Пит Редмонд (Pete Redmond) создал робота RuBot II, который может собрать кубик Рубика за 35 секунд.
Существует также направление моделизма, которое подразумевает создание роботов. Сейчас моделисты делают как радиоуправляемых роботов, так и автономных. Проводятся соревнование по нескольким основным направлениям. Среди соревнований автономных роботов стоит упомянуть бег на скорость по белой линии, борьбу сумо, робо-футбол.
· Aibo
· ASIMO
· i-SOBOT
· REEM-B
· SCORBOT-ER 4u
· STAIR
· Twendy-One
· Wakamaru
2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ) привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. В 1954 году американский инженер Д. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Ее название «Unimation» (Юнимейшн) является сокращением термина «Universal Automation»(универсальная автоматика).
В 1962 году в США были созданы первые промышленные роботы «Юнимейт» и «Версатран». Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.
«Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.
Робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счет механики. Сейчас это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться. Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.
В составе робота есть механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота делится на манипуляционную систему и систему передвижения.
Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.
Манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:
· звенья, обеспечивающие поступательные движения
· звенья, обеспечивающие угловые перемещения
Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.
Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.
Частью манипуляторов (хотя и необязательной) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека — захват осуществляется с помощью механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции.
Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочная головка, отвёртка и т. д.
Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.
Управление бывает нескольких типов:
1. Программное управление — самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования таких роботов могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC. Может происходить с помощью ПК или программируемого логического контроллера.
2. Адаптивное управление — роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.
3. Основанное на методах искусственного интеллекта.
4. Управление человеком (например, дистанционное управление).
Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.
Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.
Подчинённое управление служит для построения системы управления приводом. Если необходимо построить систему управления приводом по положению (например, по углу поворота звена манипулятора), то система управления замыкается обратной связью по положению, а внутри системы управления по положению функционирует система управления по скорости со своей обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своей обратной связью.
Современный робот оснащён не только обратными связями по положению, скорости и ускорениям звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её.
Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с числовым программным управлением к выполнению технологических операций.
Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:
· перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет;
· сварка швов и точечная сварка;
· покраска;
· выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.
Промышленный робот является устройством, производящим некие манипулятивные функции, схожие с функциями руки человека.
· достаточно быстрая окупаемость
· исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;
· повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;
· возможность использования технологического оборудования в три смены, 365 дней в году;
· рациональность использования производственных помещений;
· исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью;
3. РОБОТ CKBOT
Если этого робота ударить ногой, он рассыплется на три части. Далее эти части оживут и, ползая как гусеницы, начнут сближаться. Через весьма приличное время трём кускам бота наконец удаётся состыковаться, после чего тот встаёт на ноги, готовый к дальнейшей работе
На выставке Wired NextFest 2008, прошедшей в конце сентября – начале октября в Чикаго, был показан забавный робот ckBot, которого можно было бы принять за художественный проект с техническим уклоном. Но он –часть серьёзной работы, чьи плоды однажды могут пригодиться сразу в нескольких прикладных областях.
Любопытно, что все три части робота идентичны (каждая построена из пяти блоков, обладающих моторизованным сочленением, допускающим поворот деталей на 180 градусов). Это не мешает им в нужный момент определиться, какие из них станут ногами, а какая — туловищем.
Американские инженеры назвали это умение "Самосборка после взрыва" (Self-reassembly After Explosion), впрочем, уточняя, что "взрыв" – это просто некое сильное воздействие, не важно, какой природы.
Построил эту машину Марк Йим (Mark Yim), адъюнкт-профессор инженерии в университете Пенсильвании (University of Pennsylvania) и его коллеги из лаборатории модульных роботов (Modular Robotics Lab).
Как вы уже, наверное, догадались, каждый модуль ckBot обладает своими "мозгами", батарейкой, электромоторчиками и системами связи.
Добавим лишь, что между собой части робота стыкуются при помощи магнитов, а ищут они друг друга благодаря встроенным цифровым камерам и мигающим светодиодным маякам. Кроме того, у каждой части есть акселерометр для "чувства равновесия" как при самостоятельном движении, так и в составе полного робота.
Легко представить, что оснащённый различными датчиками самособирающийся робот пригодится как военным (для разведки, например), так и учёным (изучение планет), или ремонтникам (проникновение в труднодоступные части больших установок).
Что может при этом робота "раскидать" — не вполне понятно. Да и неважно. Главное — рассыпавшись, бот может вернуть себе первоначальный вид. Правда, в нынешнем варианте дроида рановато выпускать на настоящее поле боя, пусть сперва набьёт шишек (смотрите видео до конца).
Логично спросить: "К чему такие сложности?" Дело в том, что, по общему замыслу проекта, ckBot и ему подобные машины должны собираться из куда большего количества модулей. При этом фигура, которую они образуют, зависит только от выбранной программы, а таковых внутри модулей может быть запасено немало. Хотите — получите "змею", желаете — "кошку" или "собаку".
Помните змейку Рубика (Rubik's Snake)? Тот же принцип, только всё крутится само. Так что новый бот мог бы стать классной игрушкой. Но Марк видит для него другое поле деятельности.
Непрерывно трансформируемый робот ("самореконфигурируемый" по определению создателей) пригодится там, где нужно проявлять гибкость в зависимости от ситуации. Скажем, в узкую щель может проползти "змея", какую-то механическую работу лучше поручить андроиду, а на большое расстояние путь катится "колесо".
Да, цепочка блоков ckBot может замкнуться и, меняя форму получившегося обода, катиться со скоростью до 1,6 метра в секунду. Это самый быстрый способ передвижения для ckBot, установили американские исследователи.
СkBot напомнил нам о целом ряде его идеологических предшественников. Вспомним, к примеру, робота из университета Корнелла (Cornell University).
Этот аппарат мог не просто собираться из абсолютно идентичных кусочков, но и строить свои копии. Правда, бот тот стоял на месте, а очередные детальки для сборки его собрата ему надо было класть в строго определённое место.
Получается, что группа под руководством Йима сумела "освободить" такого самосборщика, придав ему и его блокам не только способность к перемещению, но и умение находить друг друга. Осталось только научиться делать такие блоки всё более "умными" и мощными, и вперёд — отпускайте фантазию на волю.
4. РОБОТЫ AQUAJELLY И AIRJELLY
Природа не устает удивлять нас красотой своих «технологических» решений – а мы не устаем удивляться. Немудрено, что она то и дело вдохновляет дизайнеров и инженеров на то, чтобы, по возможности, не изобретать все с нуля, а воспользоваться ее дарами. Так поступили и разработчики «роботов-медуз», покоряющих воду и воздух с фантастической красотой и грацией.
Таким путем пошли и разработчики компании Festo, создатели интереснейших роботов – AquaJelly и AirJelly, обратившие свое внимание на древнейших представителей фауны, медуз. Разумеется, к этому приложены самые современные технологии, доступные человечеству.
AquaJelly, по сути, представляет собой искусственную медузу, которую приводит в движение электромотор и адаптивная механическая система. Она состоит из полупрозрачной полусферы и восьми щупалец, а центр ее занимает водонепроницаемая емкость, в которой укрыт и двигатель, и пара Li-Ion батарей, и сервоприводы.
По структуре своей каждое щупальце повторяет анатомию рыбьих плавников: оно «колышется» под влиянием перистальтических сил в заполняющих ее «сосудах», и совершает волнообразные движения. Движение же самой AquaJelly в трехмерном пространстве обеспечивает контролируемое перемещение центра ее тяжести. «Медуза» самостоятельно следить за состоянием своих аккумуляторов и поддерживает связь с зарядным устройством, при необходимости подзаряжаясь.
Связь поддерживается и с другими AquaJelly в пределах доступности. Находясь на поверхности воды, робот использует для коммуникации экономную радиосвязь – но основной способ связи под водой – это свет. Одиннадцать инфракрасных излучателей позволяют «медузам» взаимодействовать на расстояниях до 0,8 м. Это, конечно, не слишком далеко, но все же не позволяет медузам сталкиваться друг с другом.
В «нагрузку» к сенсорам, отслеживающим состояние окружающей водной среды, AquaJelly несет набор датчиков, следящих за ее внутренним состоянием, а чувствительный манометр позволяет роботу «осознавать» глубину своего погружения с точностью до нескольких миллиметров.
Но еще более интересна другая разработка инженеров из Festo – «воздушная медуза» AirJelly. Если AquaJelly чувствует себя в воде, как рыба, то AirJelly покоряет воздушную среду, используя похожие схемы. Конечно, для целей полета этот робот использует свой особый «пузырь», который заполняется легким гелием. В остальном он устроен примерно так же – хотя, на наш взгляд, впечатляет еще больше своего водного собрата.
5. РОБОТ TETWALKER
TETwalker – это пирамида из шести стержней, соединённых узлами.
В каждом узле находится электроника и электродвигатели, способные в широких пределах менять длину стержней.
Потому правильным тетраэдром данный робот является только находясь в покое. Зато когда робот хочет попутешествовать, он меняет свою форму, так, что центр тяжести выносится за предел опоры.
Тут же следует опрокидывание на бок. Но поскольку все стороны машины совершенно равнозначны – никакого "падения" нет – так робот и двигается.
Каждый узел в вершине пирамиды может нести камеры и сенсоры, так что перед нами работающий прототип робота для исследования других планет.
Его авторы считают, что подобный способ передвижения выгоден, так как этот робот принципиально не может опрокинуться на склоне.
Даже если он скатится в кратер, то спокойно продолжит работу. А если стенки не слишком крутые – сможет и подняться наверх. Надо ли говорить, что обычный марсоход (с колёсами), если перевернётся на камне, то тут же и заканчивает своё "выступление".
Однако, полагают создатели TETwalker, куда интереснее будет, когда нанотехнологии и микромеханика позволят уменьшить размеры такого тетраэдра в десятки, а может и в сотни раз.
Все технологические предпосылки к такому радикальному сокращению уже есть или намечаются в ближайшей перспективе.
И если каждый узел такого робота дополнить стыковочным механизмом – мириады подобных машин смогут формировать ту самую "живую амёбу", меняющую форму в зависимости от условий, а также заживляющую пробоины.
Она же сможет автоматически собираться в радиотелескоп или круглый планетоход типа "перекати-поле".
Миниатюрные и сравнительно простые процессоры таких модулей смогут объединяться в единый компьютер, возможно, похожий на нейронную сеть.
"Мы не жили бы долго, если бы наши тела работали, как современные космические корабли, — рассказал глава проекта доктор Стивен Кёртис (Steven Curtis). – Когда у нас возникает травма, новые клетки заменяют повреждённые. Подобным образом неповреждённые единицы роя объединятся, продолжая выполнение миссии, несмотря на обширное повреждение".
Да, авторы проекта предлагают называть такие корабли-роботы роями, хотя, учитывая, что его элементы будут соединены между собой, больше подошло бы определение многоклеточный организм.
Как бы то ни было, нынешний треугольный робот – наглядный пример, как может работать одна клетка такого робота-роя.
Он не только ходил (если можно применить к нему такое слово) по полу лаборатории в центре Годдарда, но уже успел побывать на испытаниях в Антарктиде.
В январе 2005 года машина оказалась на научной станции Макмердо (McMurdo), где условия во многом напоминают Марс.
Тест показал, что некоторые изменения улучшат работу робота. Например, размещение двигателей в середине распорок, а не в узлах, упростит конструкцию узлов и увеличит их надёжность.
Когда этот проект будет трансформироваться к микро— и наномасштабам, то телескопические стержни можно будет заменить на свёртывающиеся металлические ленточки или углеродные нанотрубки, что позволит "клеткам" будущей единой машины сжиматься почти до соприкосновения узлов, а значит, можно будет отправить на орбиту в одном запуске большее их количество.
Также в рамках данного проекта специалисты развивают новое программное обеспечение, позволяющее треугольникам собираться в "разумные" (до некоторой степени) машины.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Робот
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Промышленный Робот
3. http://www.prorobot.ru/
4. http://www.membrana.ru/articles/technic/2008/10/20/192500.html
5. http://www.popularmechanics.ru/part/?articleid=4182&rubricid=4
6. http://www.membrana.ru/articles/technic/2005/03/30/203400.html
www.neuch.ru
Роботы – это механические помощники человека, способные выполнять операции по заложенной в них программе и реагировать на окружение. Трансгуманистическое значение робототехники состоит не только в том, что эта область связана с киборгизацией и искусственным интеллектом, но кроме того, – развитие роботов сможет значительно изменить образ жизни человека, хотя и не меняя при этом его самого.
С момента своего появления полвека назад роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных, эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение большей части потребностей цивилизации.
Когда роботы станут полностью неотличимы от людей, жестокое обращение с ними будет считаться безнравственным и людям придется общаться с ними как с равными.
Практически не один фантаст и даже самый приземленный реалист не рискнули бы описать общество будущего без роботов, и в частности – андроидов. И это понятно, ведь уже сейчас мы видим опытные образцы, которые демонстрируют достижения ученых и инженеров в этом направлении.
И, хотя в настоящее время еще остается нерешенным целый ряд технических задач, думаю, уже сейчас можно уверенно говорить, что в ближайшие 20 лет появятся более совершенные и дешевые технологии в этой области, которые приведут к формированию рынка роботов (андроидов) самого разного функционального назначения и уровня сложности. А это означает, что андроиды (и другие роботы) будут жить и работать среди нас, развлекая нас и помогая нам в нашем повседневном физическом и интеллектуальном труде.
Роботы в ближайшем будущем
Всё больше производственных операций будет роботизироваться. Использование программируемого производства (custom manufacturing) потребует универсальных мобильных роботов, способных не только выполнять заранее заданный набор операций на рабочем месте, но и свободно передвигаться по производственным помещениям, переносить между рабочими местами компоненты и готовые изделия и гибко реагировать на изменения в производственном процессе. Скоро такие физически простые дела как работа аптекаря или библиотекаря в книгохранилище будут отданы роботам.
Большое количество почти полностью роботизированных фабрик и заводов начнёт появляться к 2020. К 2010-2015 роботы начнут активно использовать в сельском хозяйстве. Специализированные роботы, помогающие человеку в тяжёлой физической работе (но не полностью автономные) появятся к 2015 году. Роботов на улицах наших городов мы увидим уже к 2020-2025 году. Это будут роботы-уборщики, роботы-погрузчики.
Большая часть транспорта будет автоматизированной к 2025-2030 году. Сегодняшние автомобили значительно поумнеют: сперва они будут лишь помогать водителям выполнять некоторые операции (сложная парковка, контроль за безопасностью, движение по шоссе), но потом они возьмут на себя весь процесс вождения. Чуть раньше мобильные роботы появятся в транспортной отрасли (например, погрузочные) и горнодобывающей. Мы увидим полностью автоматизированные логистические терминалы.
Хирургический робот
Роботы будут всё больше использоваться в медицине. В некоторых областях они уже могут работать более эффективно, с большей точностью и меньшей вероятностью ошибки, чем доктора люди. Скоро можно будет совместить робохирургов с технологиями диагностирования (экспертные системы уже давно используются для постановки диагнозов, анализа рентгеновских снимков и т. п.). В этой области робототехника соприкасается с телехирургией, удалёнными операциями, выполняемыми человеком по видеосвязи. К 2030 году значительная часть операций будет выполняться роботами, а первые микророботы начнут вести наблюдения над здоровьем людей внутри их тел.
Роботизация будет не совсем такой, какой её описывали фантасты. Она будет сочетаться с автоматизацией (без автономности), переносом множества видов деятельности в онлайн (как заказ билетов), поумнением нашего окружения (дома, дороги, и т. п.). Например, не будет андроида-лифтёра, нажимающего кнопки, будет умный лифт. Не будет роботов-переводчиков, как 3PO из «Звёздных войн», будут функции синхронного перевода в телефонах, карманных и носимых компьютерах.
Робот, играющий в карты с людьми (будущее)
Тем не менее, появится огромное количество автономных специализированных роботов, но выглядящих совершенно по-разному и выполняющих очень разные функции. Роботы будут передвигаться на колёсах, на двух и более ногах, ползком, прыжками и другими способами, причём не только по земле, но и по поверхности других планет. Роботы будут плавать на поверхности рек и морей и в глубинах океана, летать в воздухе (некоторые без посадки), обеспечивая связь и наблюдение за окружающей средой. Многие роботы будут способны менять свою форму и структуру в зависимости от ситуации. Программы и форма роботов смогут создаваться с помощью эволюционных алгоритмов.
Будут и похожие на человека двуногие и двурукие андроиды, универсальные помощники, созданные для взаимодействия с человеком в обычной среде, помощи ему в повседневной деятельности и любви. Первые подобные андроиды – это японский Asimo и корейский Hubo. Распространение на работе и в быту первые такие роботы получат после 2010 года.
Воздействие на экономику и общество. Робот-андроид в городе будущего
Появление роботов окажет огромное влияние на экономику. Физический труд человека станет ненужным во многих областях. Отношение людей к распространению роботов будет зависеть от политико-экономической системы. Например, международное исследование «Автоматизация и промышленные рабочие», проведённое в 15 странах с 1971 по 1979 годы, показало, что в капиталистических странах лишь 37% рабочих готовы активно поддерживать автоматизацию, а в социалистических 69% рабочих. Без активных действий, направленных на перестройку экономики и общества возможны негативные последствия. Но когда этот непростой процесс перехода будет завершён, наше общество преобразится. Практически весь физический труд будет автоматизирован. Большая часть управленческих работ низшего уровня будет выполняться компьютерными системами. Сверхдешёвый труд роботов сделает возможным увеличение расходов на переработку отходов, защиту окружающей среды, безопасность.
Самовоспроизводство и нанороботы. Погрузка ящиков – недостойное человека занятие:
Автоматизированные фабрики сегодня развиваются в сторону увеличения универсальности. Развитие производственных технологий уже к 2020-2030 годам приведёт к появлению самовоспроизводящихся систем, то есть машин, способным производить собственные копии. Первоначально это будут небольшие настольные фабрики. Это окончательно сделает роботов доступными для всех, поскольку каждая такая фабрика сможет из простых и доступных материалов создать несколько своих копий, стремительно увеличив производственные возможности человечества.
Разведывательная робомуха (будущее):
К 2020-2030 активно будут использоваться микророботы, размером в сантиметры и миллиметры. Они будут использоваться в медицине, в сельском хозяйстве (как умные сенсоры) и во многих других областях. А лет через 10 получат распространение первые нанороботы (наноботы). Нанороботы смогут выполнять строительство нужных структур из молекул и атомов, что позволит обойтись без специальной подготовки исходных материалов. Это значит, что даже отдельные нанороботы будут достаточно независимыми.
Наноробот в кровеносном сосуде (будущее)
Нанороботы произведут ещё большую революцию, чем роботы обычные, благодаря своей универсальности и размерам. Так, нанороботы не будут нуждаться в каких-то особых материалах – для производства практически чего угодно они смогут использовать даже воду (состоящую из водорода и кислорода) и воздух (содержащий азот, кислород и углерод в углекислом газе). Нанороботы смогут легко создавать любые, самые сложные и совершенные материалы и продукты с абсолютной точностью. Разумеется, они смогут создавать и свои собственные копии, так что их всегда будет достаточно, чтобы выполнить любые задачи, которые поставит перед ними человек.
Наномашины смогут не только производить, но и чинить, в том числе и клетки человеческого организма. Именно медицинские нанороботы сделают человека не просто нестареющим и неболеющим, но и практически неуязвимым. Множество невидимых нанороботов в форме «конструктивного тумана» заполнят пространство у поверхности земли, готовые по первой мысленной команде человека мгновенно преобразоваться в любой предмет.
А через какое-то время человечество может принять решение о перестройке всей нашей планеты в гигантскую наносистему. Внешне планета изменится мало, но каждая песчинка, каждая капля, каждая крупица материи будет состоять из множества нанороботов и нанокомпьютеров.
Требования к будущей робототехнике
Какие же требования современная робототехника предъявляет к человекоподобным роботам (андроидам) и какие технические задачи уже удалось решить на этом пути?
Роботы, копирующие людей (андроиды), должны уметь:-Перемещаться как люди, т.е. ходить.- Распознавать предметы и явления внешнего мира, ориентироваться во внешней среде.- Поддерживать режим естественного общения с человеком, вербального и невербального.- Самостоятельно оценивать ситуацию и принимать решения (интеллект).- Обладать физическими (манипулятивными) возможностями человека и даже превосходить их.- Конструировать себе подобных.
Роботы уже ходят
Такой естественный для человека способ перемещения в пространстве как прямохождение, является с технической точки зрения не таким уж и простым действием. Искусственное воспроизводство этого процесса является настоящим скачком в робототехнике. И хотя уже сейчас есть достаточно уверенно ходящие роботы, задача создания робота, который бы ходил абсолютно аналогично человеку, пока еще остается нерешенной.
Распознавание предметов и ориентировка в пространстве
В идеальном варианте, робот должен уметь сканировать пространство вокруг себя для построения объемной модели реальности, в которой он находится, а также распознавать отдельные объекты этой реальности. Именно такие алгоритмы (программы) отвечают за адекватное “понимание” роботом картины внешнего мира, а значит, и лежат в основе его разумного поведения. В настоящее время, принципы распознавания объектов пространства и ориентировки в нем недостаточно разработаны и представляют собой одну из актуальнейших задач в области ИИ (Искусственного Интеллекта).
Общение роботов с человеком
Андроид — это не просто робот похожий на человека, это результат достижений целого направления в робототехнике, которое стремится создавать роботов абсолютно аналогичных человеку. Высшим достижением робототехники станет андроид, который будет практически не отличим от обычного человека.
Одним из самых принципиальных трудностей на пути к достижению этой цели является имитация естественного коммуникативного поведения человека. Ведь человек не просто разговаривает, он выражает самые разные эмоции и мысли. Научить робота понимать обращенную к нему речь и выражать определенные чувства – это пока то, что более или менее удается сделать на данном этапе. В будущем, роботы научатся понимать не только обычную речь, но и невербальные сигналы (например, жесты и мимику), смогут общаться с людьми на разные темы
Интеллект роботов
Интуитивно понимая термин “Интеллект” мы в то же время затруднимся ответить на вопрос что же это такое. Строго определения этого понятия нет до сих пор, видимо потому, что природа данного феномена все еще остается не раскрытой. В нашем случае, под понятием “Интеллект робота” мы будем иметь в виду его способность принимать решения в нестандартных ситуациях на основе эвристических алгоритмов анализа (оценки) этой ситуации.
Т.е., это умение робота на основе прошлого опыта (базы данных) и арсенала аналитических возможностей (алгоритмов), находить решение задач, с которыми ему не приходилось сталкиваться ранее. Такое интеллектуальное поведение роботов возможно только на основе сложных алгоритмов самообучения и творческого подхода (эвристические алгоритмы). Эти алгоритмы и являются, по сути, предметом целого направления в технике — системы искусственного интеллекта. В настоящий момент такого рода алгоритмы разрабатываются и тестируются в рамках создания экспертных систем и самообучающихся автоматов.
Физические возможности андроида
Требование внешнего сходства андроида с человеком приводит к необходимости решения целого ряда технических задач, например, прямохождение андроида должно быть устойчивым, а его “руки” должны позволять ему перемещать грузы и манипулировать предмерами.
При этом движения андроида, скорее всего, будут оставаться не “естественными”, пока его руки и ноги будут работать на основе механических приводов и систем, которые имеют целый ряд недостатков. Принципиальным были бы решения на основе специальных синтетических материалов, которые могли бы взять на себя функцию мышц и заменить собой электрические и пневматические приводы. В настоящее время синтетические мышцы находятся на стадии разработок.
Самовоспроизводство андроидов
Способность к самовоспроизводству является фундаментальным свойством живой материи. Все живое самовоспроизводится. Человек, как живое существо, вполне может настолько уподобить себе роботов, что сделает их самовоспроизводящимися.
Если человек сможет это сделать чисто технически, то он интегрирует эту функцию в андроидов, как только в этом появится прагматическая необходимость. Например, самовоспроизводство андроидов может быть реализовано в виде их способности произвести (или добывать) исходный материал и организовать производственный цикл по созданию блоков для построения себе подобных роботов. Для решения этой задачи они могут кооперироваться и возможно даже жертвовать собой. Исследования в области самовоспроизводства технических устройств уже стали обычным делом.
Каждый шаг на пути решения обозначенных выше задач будет все больше сближать андроида с человеком, а удешевление технологий лежащих в основе производства их компонентов сделает их самыми распространенными техническими средствами призванными улучить нашу жизнь в будущем. Думаю, что облик будущего, обрисованного фантастическими рассказами и фильмами станет нашей реальностью уже в ближайшие 20-30 лет.
Рано или поздно роботы станут неотъемлемой частью нашего быта, какой стали компьютеры и мобильные телефоны.
С одной стороны, прогресс в целом постоянно ускоряется, но при этом темпы развития потребительской и коммерческой робототехники, пожалуй, несколько снизились. Даже ведущие мировые компании, производящие роботов на коммерческой основе, замораживают часть своих проектов. Уровень развития роботов напрямую зависит от совершенства таких областей, как, например, распознавание человеческой речи или искусственный интеллект, а в них никаких значительных подвижек не было уже несколько лет. Пока специалисты, занимающиеся исследованиями в этой сфере, не найдут новую парадигму, роботы так и не научатся совершать сложные комплексные действия. А вот принести тапочки или пропылесосить комнату — вполне в их силах. Собственно роботы-пылесосы уже сейчас очень популярны. Так, что за робототехникой будущее, но до него еще несколько десятилетий.
www.ronl.ru
План:
1. Введение……………………....…………………………………………….3
2. Основные сведения о робототехнике………....…………………………..5
3. Истоки робототехники……..........………………………………………..10
4. Что могут делать роботы………………………..........…………………..15
5. Основные задачи…………………….……………………………………17
5.1. Манипуляция изделиями и заготовками…….....................……………..17
5.1.1. Загрузочно-разгрузочные работы…….………...………………………..17
5.1.2. Перенос изделий с одной производственнойустановки на другую.......18
5.1.3. Упаковка………………………………………………....………………...19
5.1.4. Погрузка тяжёлых предметов на конвейер илипаллеты.........................20
5.2. Обработка деталей изаготовок..................................................................20
5.2.1. Сварка...........................................................................................................20
5.2.2. Обработка резаньем.....................................................................................21
5.2.2.1. Сверление.....................................................................................................21
5.2.2.2. Бесконтактная обработказаготовок..........................................................22
5.3. Нанесение различных составов наповерхность.......................................24
5.4. Чистоваяобработка.....................................................................................24
5.5. Испытания иконтроль................................................................................25
5.6. Сборка...........................................................................................................26
5.7. Монтаж печатныхплат...............................................................................27
6. Заключение...................................................................................................29
7. Список использованнойлитературы.........................................................30
1. Введение.
Промышленнаяробототехника является одним из новых направлений автоматизациипроизводственных процессов, начало развития, которого в нашей стране относитсяк последнему десятилетию. Комплексный подход к решению технико-экономических и социальныхзадач, связанных с внедрением промышленных роботов, позволил высвободить большоеколичество рабочих. В процессе создания, производства и внедрения роботовприходилось сталкиваться с решением ряда сложных научно-технических проблем. Получен большой, опыт по разработке робототехническихкомплексов (РТК) и организации автоматизированного производствана базе промышленных роботов. Все эти вопросы представляют, по моему мнению значительный интерес как для широкогокруга специалистов, конструкторов и производителей различных отраслей, которые заняты в настоящее время работой по увеличениюпроизводства и широкому применению роботов во всех отраслях народного хозяйства, так и для всехспециалистов, работающих в областиавтоматизации производственных процессов.
Современный этапнаучно-технической революции характеризуется комплексной автоматизацией производствана базе систем машин-автоматов. До недавних пор в основном применялиспециализированные автоматы и автоматические линии, незаменимые в массовомпроизводстве, но нерентабельные в условиях серийного и мелкосерийногопроизводства из-за высокой стоимости, а также длительности разработки,внедрения и перена-ладки их на новую продукцию. Традиционное управляемоевручную оборудование обеспечивает достаточную гибкость производства, но требуетпримене-ния квалифицированного труда рабочих и имеет низкую производительность.
За последние десятилетияавтоматизация основных технологических операций (формообразование и изменениефизических свойств деталей) достигла такого уровня, что вспомогательныеоперации, связанные с транспортировкой и складированием деталей, разгрузкой изагрузкой технологического оборудования, выполняемых вручную либо с помощью существующихсредств механизации и автоматизации, являются «тормозом» как в повышениипроизводительности труда, так и в дальнейшем совершенствовании технологии.Обычными методами с помощью существующих технических средств невозможноавтоматизировать сборочные, сварочные, окрасочные и многие другие операции. Всеэто привело к острым противоречиям между совершенством промышленной техники ихарактером труда при ее использовании, потребностью в трудовых ресурсах и ихфактическим наличием, требованиями интенсификации производственных процессов иограниченными психофизиологическими возможностями человека. Эти причинысоциального, экономического и технического характера, ставшие основнымисдерживающими факторами в развитии производства и даль-нейшем повышении производительноститруда, а также современные достижения в создании орудий производства, вычислительнойтехники и электроники привели к бурному развитию робототехники — отрасли,создавшей и производящей новую разновидность автоматических машин — промышленные роботы. По замыслу разработчиков эти машины предназначены длязамены человека на опасных для здоровья, физически тяжелых и утомительнооднообразных ручных работах. Свое название они получили благодаряреализованной в них идеи моделирования двигательных, управляющих и, внекоторой степени, приспособительных функций рабочих, занятых на повторяющихсятрудовых операциях по разгрузке-загрузке технологического оборудования,управлению работой этого оборудования, межоперационному перемещению искладированию деталей, а также на различных сборочных, сварочных, окрасочных идругих операциях, выполняемых с применением переносных орудий труда.
Промышленные роботы (ПР)оказались тем недостающим звеном, появление которого позволило решать задачикомплексной автоматизации на более высоком уровне, объединяя средства производствапредприятия в единый автоматизированный комплекс.
2. Основные сведения о робототехнике.
Ближайшими по назначению прототипамидля ПР послужили автооператоры и механические руки, уже давно применяющиеся впромышленности, но не удовлетворяющие производственников по причинам их узкойспециализации, плохой переналаживаемости, небольшого числа выполняемых функцийи ограниченной (массовым и крупносерийным производством) области применения.Недостатки, присущие этим прототипам, в конструкциях ПР были в значительнойстепени устранены посредством увеличения их манипуляционных возможностей,снабжения собственной системой привода и системой программного управления.Благодаря этому созданные устройства приобрели качественно новые свойства:автономность в смысле невстроенности в технологическое оборудование испособность работать автоматически по заданной программе, универсальность, т.е. способность перемещать в пространстве объекты различного типа по сложнымпространственным траекториям, сопрягаемость с достаточно большим количествомтипов технологического оборудования и хорошую переналаживаемость на различныесменяющиеся виды работ.
В настоящее время под роботом понимаютавтоматический манипулятор с программным управлением. В зависимости от участиячеловека в процессах управления роботами их подразделяют на биотехнические иавтономные или автоматические.
К биотехническим роботам относятсядистанционно управляемые копирующие роботы; экзоскелетоны; роботы, управляемыечеловеком с пульта управления, полуавтоматические роботы.
Дистанционно управляемые копирующиероботы снабжены задающим органом (например, манипулятором, полностью идентичнымисполнитель-ному), средствами передачи сигналов прямой и обратной связи исредствами отображения информации для человека-оператора о среде, в которойфунк-ционирует робот.
Экзоскелетоны выполняются в видеантропоморфных конструкций, обычно «надеваемых» на руки, ноги или корпусчеловека. Они служат для воспроизведения движений человека с некоторыминеобходимыми усилиями и имеют иногда несколько десятков степеней подвижности.
Роботы, управляемые человеком спульта управления, снабжаются системой рукояток, клавиш или кнопок, связанныхс исполнительными механизмами каналов управления по различным обобщённымкоординатам. На пульте управления устанавливают средства отображения информациио среде функционирования робота, поступающей к человеку по радиоканалу связи.
Полуавтоматический робот характеренсочетанием ручного и автомати-ческого управления. Он снабжен супервизорнымуправлением для вмешательства человека в процесс автономного функционированияробота путем сообщения ему дополнительной информации с помощью указания цели, последовательности действий и т. п.
Роботы с автономным илиавтоматическим управлением обычно подразделяют на производственные инаучно-исследовательские роботы, которые после создания и наладки в принципемогут функционировать без участия человека.
По областям примененияпроизводственные роботы подразделяют на промышленные, сельскохозяйственные,транспортные, строительные, бытовые и т. п.
За короткий период развития роботовпроизошли большие изменения в элементной базе, структуре, функциях и характереих использования. Это привело к делению роботов на поколения.
Роботы первого поколения (программныероботы) имеют жесткую программу действий и характеризуются наличием элементарнойобратной связи с окружающей средой, что вызывает определенные ограничения в ихприменении.
Роботы второго поколения(очувствленные роботы) обладают коор-динацией движений с восприятием. Онипригодны для малоквалифици-рованного труда при изготовлении изделий. Программадвижений робота требует для своей реализации управляющей ЭВМ.
Неотъемлемая часть роботов второгопоколения — алгоритмическое и программное обеспечение, предназначенное дляобработки сенсорной информации и выработки управляющих воздействий.
Роботы третьего поколения относятся кроботам с искусственным интеллектом. Они создают условия для полной заменычеловека в области квалифицированного труда, обладают способностью к обучениюи адаптации в процессе решения производственных задач. Эти роботы способныпонимать язык и вести диалог с человеком, формировать в себе модель внешнейсреды с той или иной степенью детализации, распознавать и анализировать сложныеситуации, формировать понятия, планировать поведение, строить програм-мныедвижения исполнительной системы и осуществлять их надежную отработку.
Появление роботов различных поколенийне означает, что они последовательно приходят на смену друг другу. В процессеразвития совершенствуются функциональные возможности и техническиехарактеристики роботов различных поколений.
К роботам первого поколения относятобычно промышленные роботы. По количеству внедренных ПР наша страна занимаетодно из ведущих мест в мире.
Блок-схема ПР представляет собойсложную конструкцию (рис.1), включающую ряд систем: механическую, приводовуправления, связи с оператором, информационную, а также операционноеустройство.
<img src="/cache/referats/23666/image002.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">
Рисунок 1- Блок-схемапромышленного робота.
Механическую систему выполняют, какправило, в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности,укрепленного на неподвижном или подвижном основании; она обеспечивает перемещениерабочего органа с определенным грузом. Форма и габаритные размеры манипулятораопределяются видом и особенностями технологического процесса, для которого онпредназначен. Созданные модели ПР представляют собой по существумногокоординатные манипуляторы с программным управлением, программируемые попервому циклу. Их системы управления помимо основных функций по управлению движениемрабочих органов манипулятора обеспечивают выдачу сигналов на обслуживаемоеоборудование, прием сигналов от простейших датчиков внешней информации,работающих по принципу Да-Нет, и использование этих сигналов в целях выборатой или иной подпрограммы работы из числа заданных оператором. Наличие внешнегоконтура управления существенно расширило области применения созданных ПР, таккак позволило использовать их по отношению к автоматизированному процессу нетолько в качестве универсальных манипулирующих, но также и в качествеуправляющих устройств. Наличие датчиков и соответствующих электронных схемвнешней информации придало этим ПР принципиально новую способность адаптации кизменяющимся условиям работы.
Привод для каждой из координат ПРобеспечивает силовое воздействие на соответствующий механизм, осуществляющийзадаваемое перемещение. Приводом служит автоматическая система, входнымсигналом которой является детерминированное воздействие управляющей системы, авыходным сигналом — механическое перемещение.
Разработка типажа ПР,имеющего существенное значение для организации их производства, проведениянаучно-исследовательских и опытно-конструкторских работ еще не закончена. Внастоящее время наиболее разработан типаж ПР первого поколения. Так, например,в станкостроительной и инструментальной промышленности по структуре типаж этихПР подразделяют на следующие группы и подгруппы: универсальные ПР, обслуживающиеразличное технологическое оборудование и выполняющие различные основныетехнологические операции; целевые ПР подъемно-транспортной группы(многоцелевые), обслуживающие различное технологическое оборудование,выполняющие транспортно-складские и специальные работы; целевые ПР производственнойгруппы (многоцелевые) для выполнения различных технологических операцийсварки, очистки и подготовки деталей, окраски и нанесения покрытий, разборки,контроля, измерения, отбраковки, разметки и сборки.
3. Истокиробототехники.
Человечество стремилосьсоздать механическое подобие себя задолго до
того, как были начаты первые работы в этом направлении, которые в конце
концов привели в начале 60-х годов к успешному применениюпромышленных
роботов.
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 Таласа 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.
Примерно в <st1:metricconverter ProductID=«1500 г» w:st=«on»>1500 г</st1:metricconverter>. Леонардо да Винчи построил для Людовика XII
Механического льва, который при въезде короля в Милан выдвигался,
раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянно
усложняющиеся механические автоматыоставались модными и на протяжении
последующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык
лишь в начале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела
Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). Впьесе «роботы»
выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличитьот людей,
разве что только по отсутствию эмоций. Сам термин был образован от
чешского слова “работа”, означающегопринудительный труд, и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти созданияв пьесе получили бы сегодня скорее название «андроиды», чем «роботы» (которые, кактеперь считается, должны быть механическими), неправильное употребление этого слова стало повсеместным.
Слово «роботикс»(робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем АйзикомАзимовым. В рассказе «Скиталец», появившемся в марте <st1:metricconverter ProductID=«1942 г» w:st=«on»>1942 г</st1:metricconverter>. в сборнике«Поразительная научная фантастика», А. Азимов впервые выдвинул три знаменитыхзакона робототехники:
1. Робот не может причинить вредчеловеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.
2. Робот должен исполнять приказы,отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили быпервый закон.
3. Робот должен защищать себя, еслиэто не нарушает первого или второго законов.
Хотя А. Азимов в то времяи не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово«робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийсяотцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А.Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым припроектировании должны следовать специалисты по робототехнике.
«Что такое робот?»
До настоящего времени невыработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже вотношении сравнительно недавно появившегося понятия «промышленный робот» нетмеждународного соглашения о его определениях — границы термина устанавливаютсявесьма произвольно.
Например, в Япониироботом называется устройство, действующее по принципу взять-положить, т. е.простая механическая рука, движения которой ограничены механическими упорами.Однако на Западе подобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудьне передвинет упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом. Итак,когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда просто страдиционной формой автоматики?
Например, поставленазадача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как самуоперацию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачив соответствии с уровнем сложности используемых технических средств можнопредставить в такой последовательности:
1. Человек вручную сгибает листвперед-назад, пока не отломится кусок металлического листа.
2. Лист разрезается с помощью ручногоинструмента.
3. Лист разрезается с помощьюинструмента с каким-либо силовым приводом.
4. Лист разрезается на специальномоборудовании под управлением человека.
5. Режущий станок автоматическивыполняет заданную последовательность
резки, которую нельзя изменить;загрузку листа осуществляет человек либо поточная линия.
6. Устройство типа «взять-положить»берет лист из единственного фиксированного положения и загружает в станок,который затем отрезает лист в заданной последовательности. Положение листа длязахвата и последовательность операций резки могут быть изменены путем механическойпереналадки станка.
7. Простой робот с позиционнойсистемой управления забирает лист из произвольного положения и загружает его встанок, который вырезает один из нескольких возможных профилей и конфигураций(возможных в зависимости от того, откуда робот берет лист).
8. Робот с контурным управлением посплошной траектории мягко берет один из многих листов и с управляемымускорением загружает его в станок, который вырезает один из многих сложныхпрофилей.
9. Вся робототехническая системаявляется частью значительно большей системы, управляемой компьютером. Видыпрофилей могут изменяться в зависимости от номенклатуры производимых изделий.
10. Вся робототехническая системаиспользует значительный объем визуальной и тактильной информации, например, дляпоиска листа.
Уровни с первого пошестой считаются (на Западе) жесткой (или специализированной) автоматизацией,хотя ясно, что на шестом уровне уже достигается значительная гибкость. Седьмойуровень представляет собой простейшую робототехническую систему, посколькувозможность изменения запрограммированных движений манипулятора позволяетклассифицировать его как робот. Далее, металлорежущий станок может быть снабженустройством числового программного управления (ЧПУ). Такой автоматическийстанок управляется мини- или микрокомпьютером с использованием предварительнозаписанной последовательности операций механической обработки деталей. Однако,хотя его и можно перепрограммировать, станок с ЧПУ нельзя отнести к роботам,поскольку он может, например, только резать металл. Устройства уровней 9 и 10уже находят ограниченное применение на заводах, однако их широкое распространениесдерживается необходимостью решения ряда проблем. Сейчас приняты различныеопределения роботов. Как правило, роботами называют механизмы, которые целикомили частично имитируют человека—внешность, действия, иногда то и другое. Что жекасается определений промышленного робота, то они различаются по степени общности.Например, Японская ассоциация промышленных роботов подразделяет роботы поуровню сложности на шесть классов: ручные манипуляторы; устройства типа«взять-положить»; программируемые манипуляторы; роботы, обучаемые вручную; роботы,управляемые на языке программирования; роботы, способные реагировать наокружающую среду. В Европе и США термин «промышленный робот» не включает первыедва класса японской трактовки. Британская ассоциация по робототехнике (БАР) определяетробот как «перепрограммируемое устройство, предназначенное для манипулированияи транспортировки деталей, инструментов или специализированной технологическойоснастки посредством вариабельных программируемых движений по выполнениюконкретных производственных задач». Определение, используемое Американскиминститутом по робототехнике, в основном схоже с трактовкой БАР и характеризуетробот как «перепрограммируемый многофункциональный манипулятор,предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментов или другихспециальных устройств посредством программируемых движений для выполненияразнообразных задач».
Таким образом, термином «робот», как он трактуется на Западе, не
охватываются такие устройства как дистанционно управляемые манипуляторы (телеоператоры),искусственные конечности, основанные на принципах бионики, или протезы,поскольку эти устройства управляются человеком, хотя они и основаны на той жетехнологии, что и роботы.
Отнесение японцами кроботам устройств типа «взять-положить» и ручных манипуляторов серьезнозатрудняет сравнение статистики производства и использование роботов в Японии,Западной Европе и США. Однако для того, чтобы преодолеть эту путаницу, японцыпредложили термин мехатроника, делающий акцент на взаимосвязи механики и электроникикак главной особенности всех видов этой техники.
4.<span Times New Roman"">
Что могут делать роботы.Применение современныхпромышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпускпродукции, улучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных итяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, ониобладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукциисредними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизациинеприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследованияпоказывают, что подавляющее большинство деталей, закупаемых даже военнымиорганизациями, были выпущены партиями менее 100 штук, а в Великобританиисогласно проведенным оценкам примерно 75 % всех металлических деталейвыпускалось партиями менее 50 штук. Роботы еще не обладают многими важнейшимикачествами, присущими человеку, например не способны к разумному реагированиюна непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основесобственного опыта, использованию тонкой координации системы «рука — глаз».Роботы с захватами или подобные им применяются для выполнения манипуляционныхопераций, например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке,термообработке, точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке,формовке, упаковке, размещении деталей в паллеты и складировании. Руки роботоввместо захватов могут оснащаться различными инструментами для выполнения работ,начиная с покраски распылением, нанесения клеевых и изоляционных покрытий икончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой, пескоструйнойочисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной и дуговой сварки, тепловойобработки и резания с помощью пламени или лазера, а также при очищении спомощью водяных струй. Следует отметить, что первоначальные иллюзии овозможности создать универсальный робот, способный выполнить почти любую работу- от сборки до точечной сварки, теперь в значительной степени развеяны. Внастоящее время роботы приобретают специализацию, становясь покрасочнымироботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т. д.
Наконец, в отношениипотенциальной замены рабочих «стальными воротничками» следует помнить, чторобот может заменить только того, кто «работает, как робот». Однако недалеко товремя, когда роботы смогут заменить людей не только на утомительной,повторяющейся или тяжелой работе, но и на работах, которые, как считалосьраньше, требуют сноровки, приобретаемой с опытом. Поэтому вполне понятно, что умногих распространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростомбезработицы.
С появлением сложныхробототехнических устройств нельзя более утверждать, что роботы просто заменятлюдей на непривлекательных работах, однако человечеству грозит деградация, еслионо, опасаясь безработицы, будет продолжать работать на нудных однообразныхработах.
5. Основные задачи.
Рассмотрим конкретныезадачи, которые роботы решают в настоящее время на промышленных предприятиях.Их можно разделить на три основных категории:
— манипуляции заготовками и изделиями
— обработка с помощью различных инструментов
-сборка.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;text-decoration:none;text-underline:none">5.1. Манипуляцииизделиями и заготовками.
Приразгрузочно-загрузочных и транспортных операциях робот заменяет паручеловеческих рук. В его обязанности не входят особенно сложные процедуры.Он всего лишь многократно повторяет одну итуже операцию в соответствии с заложенной в нем (роботе) программой. Рассмотримтипичные применения таких роботов.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">5.1.1. Загрузочно-разгрузочные работы.
Во многих отрасляхмашиностроительной промышленности используются установки для литья, резки иковки. В большинстве случаев последовательность выполняемых ими операций весьмапроста. Вначале заготовки загружают в производственную установку, которая затемобрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые деталиизвлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие или втех случаях, когда применимы средства жесткой автоматизации, специализированныемеханизмы, рассчитанные на операции только одного вида. Роботы могут здесьоказаться полезными, если характер таких загрузочно-разгрузочных операций времяот времени меняется.
Например, в литейномпроизводстве роботы используются как для дозированной разливки расплавленногоалюминия, так и для извлечения из пресс-формы затвердевших отливок и охлаждениях.Такой подход обладает двумя преимуществами. прежде всего роботы гарантируютболее строгое соблюдение требований технологического процесса: действую исоответствии с заданной программой, они всегда вводят в установку точнодозированное количество металла. Затем в строго определенные моменты времениони извлекают из нее отформованные детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строгособлюдаются и характеристики изделий.
Второе преимущество данногоподхода заключается в том, что значительно облегчается работа оператора.Извлечение раскаленного куска металла из пресс-формы одна из малопривлекательных работ, и желательно, чтобы ее выполнял робот. Таким образомроль человека сводится к контролю за протеканием процесса и управлениюдействиями робота с помощью компьютера.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">5.1.2. Перенос изделий с однойпроизводственной установки на другую.
Во многих отраслях машиностроительной промышленностипогрузочно-разгрузочные механизмы предназначены для перемещения изделий содного производственного участка на другой. И при выполнение таких перемещений роботыиграют немаловажную роль.
Назаводе фирмы IBM в Пикипси (шт. Нью-Йорк), выпускающем компьютеры, роботызагружает магнитные диски в систему, где на них записывается необходимая информация.Программа, управляющая роботом, содержит инструкции относительно того, в какуюиз четырех установок для записи следует загружать тот или иной «пустой» диск.Кроме того, программа задает конкретный набор команд, который соответствующаяустановка должна занести на диск. Тот же робот осуществляет и два других этапаэтого технологического процесса. Он извлекает диск из записывающей установки ипомещает его в устройство, которое струей сжатого воздуха прижимает кповерхности диска самосклеивающуюся метку. Затем робот вынимает диск с помощьюзахватного приспособления и упаковывает его конверт.
Подобныйробот разработан и внедрен на английском автомобилестроительном заводе. Онпередвигается на гусеницах между пятью производственными участками завода.Робот извлекает пластмассовую деталь автомобиля из установки для инжекторного прессованияи последовательно переносит деталь на доводочные участки, где с нее снимаются обоии заусенцы. Далее робот помещает деталь на специализированный станок, которыйполирует ее. И, наконец, деталь перемещается с полировального станка на конвейер.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">5.1.3. Упаковка.
Практически все бытовые и промышленные товары необходимоупаковывать, и для роботов не представляет сложности поднимать готовые изделияи помещать в какую-либо тару.
Назаводах одной из кондитерских фирм Англии специализированные роботы занимаютсяукладкой конфет в коробки. Эти машины весьма сложны и совершенны. Во-первых,они обращаются с продукцией очень аккуратно: сжав шоколадное изделие, они могутнарушить его форму или раздавить его. Во-вторых, робот соблюдает высокуюточность при укладке конфет в коробки, помещая их в определенные ячейки коробки.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">5.1.4. Погрузка тяжелых предметов наконвейер или паллеты.
Помимо упаковки миниатюрных изделий, а также промышленных ибытовых товаров роботы иногда выполняют и погрузку тяжелых предметов. Посуществу они здесь заменяют подъемно-транспортные машины, управляемыеоператором-человеком.
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-weight:normal;text-decoration:none;text-underline: none">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;text-decoration:none;text-underline:none">5.2. Обработкадеталей и заготовок.
Хотя роботы, выполняющие обработку изделий с помощьюразличных инструментов и нашли пока менее широкое применение, чем аналогичноеоборудование для транспортировки деталей и заготовок, они про-демонстрировалисвою эффективность при решении многих задач.
<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:RU">
<span Times New Roman",«serif»; mso-ansi-language:RU;font-style:normal">5.2.1. Сварка.
Эта операция чаще всего выполняется с помощью роботов,предназначенных для манипулирования и
www.ronl.ru
Дипломатическаяакадемия МИД РФ
Кафедрагосударственного управления и информационных технологий.
Курсоваяработа
натему «Домашние роботы».
Выполнил:студентка 1 курса дневного
отделенияфакультета Мировая
Экономикагруппы №3 Черникова Т.Г.
Проверил:профессор Ваньков Б.М.
Москва2006
Содержание.
Введение………………………………………………………….…………3
Глава 1: Роботы дляразвлечения………………..………………………..4
Глава 2:Роботы-пылесосы………………………………..……………….7
Глава 3: Сторожевые илиохранные роботы…………………..…………9
Глава 4: Андроиды…………………………..……………………………12
Глава 5: Умныйдом………………………………………………………15
Заключение………………………………………………………………..26
Списокиспользуемой литературы……………………………………….27
Введение.
Всвоей курсовой работе я бы хотела рассмотреть тему домашних роботов и уделитьнекоторое внимание системе «Умный дом», которая, на мой взгляд, в некоторой степениблизка домашним роботам. В последнее время популярность роботов растет с небывалойскоростью. Роботизация домашнего хозяйства теперь не представляется нам чем-тоиз области фантастики, это вполне реально и даже облегчает нашу жизнь, избавляяот массы хлопот. К 2007 году количество домашних роботов превысит 4 миллиона, иони смогут охранять дома, мыть окна, чистить бассейны и заниматься мелкимихозяйственными делами. По словам специалистов, к концу 2010 года роботы будутухаживать за пожилыми людьми и инвалидами, а также смогут заменить хирургов,пожарных, саперов и сантехников. Кроме того, появятся первые человекообразные роботы.
Глава 1: Роботы для развлечения.
<img src="/cache/referats/22171/image001.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1028">SDR4X.
В Японии создан 60-сантиметровыйробот, который пляшет и поет. Синтетическое существо предназначено для удовлетворения потребности человекав общении. Возможно, поэтому робот тоже напоминает человека: у него есть ноги,голова, руки, которыми он жестикулирует и даже бедра, которыми он трясет вритме исполняемой песни. Компания Sony, создавшая новое чудо техники, обещает,что существо, известное пока под не слишком привлекательным для маркетингаименем SDR 4X, вскоре научится распознавать лица, поддерживать нехитрыйразговор и даже вставать на ноги после случайного падения.
SonyAIBO.
<img src="/cache/referats/22171/image003.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1029">Sony уже торгует роботом-собакой поимени AIBO, стотысячная популяция которого уже распространилась по всему миру. Выпокупаете AIBO еще щенком, который почти ничего не умеет. Он ни в чем неуступает своим живым собратьям. Бросьте ему розовую косточку – он найдет ипринесет вам. Киньте мяч – и он станет с ним играть. Заслышав музыку, щенокначнет танцевать, может и сам по вашей просьбе включить интернет-радио, mp3 илиCD. И вот, проводя с вами день за днём, собака развивается: начинает узнаватьвас в лицо, отличает ваш голос от голосов других людей, понимает новые слова,запоминает трюки, которым вы её обучили. AIBO подстраивается под ваш распорядокдня, не шаля по ночам и не тревожа ваш полуденный сон. Вам не понадобятсябольше ни будильник, ни органайзер. Ведь электронная собачка предупредит васобо всём звонком, музыкой или лаем. В ваше отсутствие она может слоняться подому и, заметив что-то необычное, выслать вам фотографию или звук на мобильныйтелефон или электронную почту.
R100.
<img src="/cache/referats/22171/image004.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1030">Небольшой R100 (высота <st1:metricconverter ProductID=«44 см» w:st=«on»>44 см</st1:metricconverter>, максимальный диаметр <st1:metricconverter ProductID=«28 см» w:st=«on»>28 см</st1:metricconverter>, вес <st1:metricconverter ProductID=«7,9 кг» w:st=«on»>7,9 кг</st1:metricconverter>) больше всего похожна матрешку. У него три колеса (два передних и одно заднее колесо), на которыхон движется со скоростью 60 см/сек, обходя препятствия. R100 ориентируется благодаряоптической системе из двух камер, что обеспечивает стереоскопический эффект ипозволяет определить расстояние до объекта. Кроме того, у робота есть шестьдатчиков, расположенных по периметру в горизонтальной плоскости. Они позволяютему экстренно остановиться при угрозе столкновения с каким-нибудь объектом.Робот умеет распознавать лица знакомых ему людей и их голоса, понимает порядка100 фраз, сам умеет произносить около 300 фраз. Направленные микрофоны R100позволяют ему отыскивать источник звука. Поэтому он умеет поворачивать голову ксобеседнику и может следовать за ним в течение разговора. Тактильные сенсоры,расположенные на голове робота, позволяют ему чувствовать прикосновения хозяев,определять их характер — поглаживание или шлепок — и вести себя соответственно.«Мозги» робота — это маломощная система на базе Intel 486DX4-75, авсе вычисления, связанные с распознаванием образов, речи, принятием решенийвыполняются на базовом персональном компьютере, с которым R100 связан порадиоканалу. В целом, никакой особой пользы, кроме хорошего настроения, от R100нет, однако, он может включать и выключать свет, отопление, бытовую технику,если всё это подключено к домашнему контроллеру.
Глава 2: Роботы-пылесосы.
<img src="/cache/referats/22171/image005.jpg" v:shapes="_x0000_i1025"> Trilobit
<img src="/cache/referats/22171/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1026"> ROBOKING
<img src="/cache/referats/22171/image007.jpg" v:shapes="_x0000_i1027"> Робот-пылесос от Panasonic
Пожалуй, самыераспространённые сегодня, полезные каждой домохозяйке роботы — это пылесосы.Инфракрасные датчики следят, как за типом поверхности (паркет или ковёр), чтобывыбрать подходящую щётку или режим работы, так и за тем, чтобы пылесос нескатился кубарем вниз по лестнице. Можно купить робот-пылесос ROBOKING от LG. Свой вариант предлагаети Panasonic. Или, скажем, Trilobit от Electrolux за 1600 долларов - Робот-пылесос ориентируется в пространстветак же, как летучая мышь, — при помощи ультразвука: покрытый тонкой золотойпластиной акустический локатор с большим количеством микрофонов улавливаетвибрации на частоте 60 тысяч Гц, а полукруглая форма даёт роботу угол обзора в180 градусов. Таким образом, Trilobite быстро определяет стены, ножки стульев,дверные проемы и ступеньки. Он легко преодолевает провода, кабели и границу«пол — ковёр». Внешне Trilobite больше всего похож на круглуюдиванную подушку, а его небольшие размеры (высота <st1:metricconverter ProductID=«13 см» w:st=«on»>13 см</st1:metricconverter> и диаметр <st1:metricconverter ProductID=«35 см» w:st=«on»>35 см</st1:metricconverter>) позволяют ему с лёгкостьюубирать даже под кроватями и столами. Робот движется на двух колёсах, каждое изкоторых имеет свой двигатель, а всего у Trilobite — четыре двигателя. Максимальнаяскорость уборки — 40 квадратных сантиметров в секунду. Притом, что человек спылесосом на самом деле убирает пыль только с 60% доступной площади, Trilobiteохватывает 95%. Во время уборки вэлектронных «мозгах» робота-пылесоса формируется некая «картаместности». Кроме того, робот вычисляет, сколько времени ему потребуетсядля уборки. Когда аккумуляторы робота «садятся», Trilobite самнаходит зарядное устройство (charging station) и едет заряжаться. Если батареи«сели» прежде, чем робот закончил чистку, Trilobite — как только зарядится— автоматически возобновляет уборку с того самого места, где он ее прекратил. Ксожалению, робот не может сам выгрузить собранную пыль и, хотя мешки для сборапыли не нужны — есть «коробка многоразового использования для пыли»(reusable dust box) — её хозяевам придётся вытряхивать самим. Управлятьроботом-пылесосом нужно при помощи LCD-дисплея — можно выбрать одну из трёхпрограмм уборки: обычную, быструю и «местную», то есть на площади додвух квадратных метров.
Глава 3: Сторожевые илиохранные роботы.
iRobot-LE.
<img src="/cache/referats/22171/image009.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1031"> iRobotCorporation представила универсального домашнего робота-тележку iRobot-LE,управлять которым можно из любой точки мира через любой web-браузер. «iRobot-LEпозволяет занятым профессионалам быть в двух местах одновременно, — говорит ХеленГрейнер (Helen Greiner), президент и соучредитель iRobot Co. — Вы управляетеiRobot-LE через Интернет, видите изображение и слышите звуки, которые онполучает, на своем компьютере. Вы можете бродить по своему дому в Бостоне, сидяперед ноутбуком в Сан-Франциско. Вы можете проверить, как справляется с детьминяня и увидеть своими глазами все, что происходит в доме в режиме реальноговремени». Для этого робот оборудован всем необходимым: видеокамерой, микрофонами,двигателем, позволяющим даже самостоятельно подниматься по стандартнымлестницам, бортовым компьютером класса Pentium II, беспроводным доступом вИнтернет, датчиками и сенсорами, предотвращающими столкновения и дажепозволяющими почувствовать запах гари. В качестве бортовой операционной системыиспользуется Linux.
MARON-1.
<img src="/cache/referats/22171/image010.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1032"> MARON-1корпорации Fujitsu тоже имеет видеокамеру, инфракрасные датчики и подключение кИнтернету. Он может управляться с телефона и работать, как телефон,подключаться к бытовой аппаратуре и сообщать владельцу о том, что обнаружил какое-тодвижение в квартире в его отсутствие. Цена робота — около 2500 долларов.Встроенная ОС — Windows CE 3.0.
ApriAlpha.
<img src="/cache/referats/22171/image012.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033"> Основное предназначение шарообразногоробота — управление домашними сетями, в которые вскоре будут объединяться всябытовая электроника и средства связи. Среди функциональных особенностей роботаможно отметить способность читать вслух входящие электронные письма и распознаватьлица 100 человек. Управлять роботом, а, следовательно, и всей инфраструктуройэлектронного дома можно с сотового телефона (японского стандарта i-mode). Онможет отсылать готовые снимки на сотовый телефон и содержит ифракрасный порт ипорт Bluetooth для связи с бытовой техникой.
Banryu.
Четвероногий,похожий на крокодила, Banryu (Turn Dragon) от Sanyo может работать домашнимохранником. Он слоняется по дому в отсутствие <img src="/cache/referats/22171/image013.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1034">хозяина, регистрируя подозрительныедвижения, шумы и, в случае необходимости, извещая хозяина о подозрительныхсобытиях. У Banryu естьуникальная особенность — распознавание запаха. Разработчики полагают, что новыйсенсор — это одно из первых устройств, с помощью которого роботы смогут с высокойточностью идентифицировать специфические ароматы. С таким датчиком робот может обнаружитьзапах горелого — тот самый, что предшествует пожару.
Глава 4: Андроиды.
Способностьудерживать равновесие и, собственно ходить, и были самыми главными проблемамипоявления на свет «универсальных роботов общего применения». Непросто было домельчайших деталей разобраться с техникой хождения на двух конечностях,разработать легкие и мощные сервомоторы и достаточно мощные компьютеры, чтобыуспевать обрабатывать поступающие данные от всех датчиков и выдавать команды насервомоторы в реальном времени. Теперь всё это есть.
ASIMO.
Наиболее популярени разрекламирован средствами массовой информации андроид ASIMO (Advanced Stepin Innovative MObility) фирмы Honda. <img src="/cache/referats/22171/image015.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1036">ASIMO твёрдо стоит на ногах. Онходит, поднимается и спускается по лестницам, танцует и самостоятельно поднимается,если вдруг упадет на пол. Он узнает людей по лицам, запоминает их имена и приследующей встрече обращается к человеку по имени, распознаёт жесты и слова.Рост <st1:metricconverter ProductID=«120 см» w:st=«on»>120 см</st1:metricconverter>.Годовая аренда робота обойдется в сумму около 170 тысяч долларов.
Wakamaru.
<img src="/cache/referats/22171/image017.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1035">Производятся компанией MitsubishiHeavyIndustries. Большое внимание разработчикамиуделено внешности Wakamaru — чего стоят одни брови, придающие роботу немалоеочарование. Помимо того, робот наделен прекрасными манерами и сложной программнойначинкой, позволяющей запомнить по именам 10 человек и приветствовать их поимени, приветливо помахивая рукой-манипулятором. Что же до практичных функцийWakamaru, то их у него две — он предназначен для охраны дома и обязанностейличного секретаря. В случае если в ваше отсутствие в дом проберется незнакомыйчеловек, Wakamaru немедленно уведомит вас путем посылки на мобильный телефонсообщений и фотографий. Он напомнит пожилым людям о том, что пора принятьтаблетки, проверит, нет ли утечки газа, и сообщит по телефону, если ваш близкийчеловек вдруг потерял сознание и не отвечает на жесты Wakamaru. Робот может отвечатьна телефонные звонки, записывать голосовые сообщения, запоминать ваше расписаниена день, будить вас и рассказывать погоду. Когда же Wakamaru свободен от своихобязанностей он будет бродить по дому в поисках собеседника, или простоприсядет посмотреть телевизор. За железного друга ростом чуть менее метражелающим придется выложить около 14000 долларов, кроме того, обновлениепрограммного обеспечения будет стоить около 85 долларов в месяц.
Repliee Q1.
<img src="/cache/referats/22171/image018.jpg" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1037">Совсем недавно японцы создали робота,практически совсем неотличимого от человека. Это женщина по имени Repliee Q1. Вместокожи у нее не твердый пластик, как у обычных роботов, а эластичный силикон.Многочисленные датчики и сервомоторы позволяют андроиду поворачиваться иреагировать на события совсем, как человек. Repliee Q1 умеет моргать глазами,женственно двигать руками и делает вид, что дышит. Пока женщина-робот можеттолько сидеть, но в ее теле имеется 31 силовой привод. Питание приводовосуществляется от воздушного компрессора, а запрограммированы они такимобразом, что движения андроида неотличимы от человеческих. Движения тела роботапостроены на компьютерном анализе движений человека. Алгоритм совершенствуется,когда Repliee Q1 наблюдает за настоящими людьми и действует независимо от них.Андроид способен общаться с человеком и реагировать на прикосновения.
Глава 5: Умный дом.
Система Умный Дом обеспечивает механизм централизованного контроля иинтеллектуального управления в жилых, офисных или общественных помещениях. Синсталляцией подобной системы дома или на работе каждый пользователь получаетвозможность:
·<span Times New Roman"">
Врамках общей среды обитания задавать параметры собственной индивидуальной среды(свет, температура воздуха, звук и т.д.), в т.ч. сценарии работы системы·<span Times New Roman"">
Осуществлятьуправление необходимой системой (освещение, климат, видеонаблюдение и т.п.)·<span Times New Roman"">
Получатьдоступ к информации о состоянии всех систем жизнеобеспечения дома (находясьвнутри него или удаленно)Общая схемасистемы управлениявыглядит следующим образом:
·<span Times New Roman"">
Центральныйпроцессор управления/главный блок управления·<span Times New Roman"">
Датчики(температуры, освещенности, задымленности, движения и др.)·<span Times New Roman"">
Управляющиеустройства (диммеры, реле, ИК-эмиттеры и др.)·<span Times New Roman"">
Интерфейсыуправления (кнопочные выключатели, пульты ИК и радиопульты, сенсорные панели,web/wap интерфейс)·<span Times New Roman"">
Собственнаясеть управления, объединяющая вышеуказанные элементы·<span Times New Roman"">
Управляемыеустройства (светильники, кондиционеры, компоненты домашнего кинотеатра и др.)·<span Times New Roman"">
Вспомогательныесети (Ethernet, телефонная сеть, дистрибуция аудио и видеосигнала)·<span Times New Roman"">
Программноеобеспечение проектаОсновная функция центрального процессора — управлениеподчиненными ему устройствами с использованием следующих интерфейсов: Ethernet,RS-232, RS-485, IR, аналоговых и цифровых входов/выходов и др. Также центральныйпроцессор управления содержит многозадачную операционную систему,инструментальные средства программирования и в некоторых случаях Web сервер. Датчики располагаются в определенныхместах квартиры, которые непосредственно или через промежуточные устройствасвязаны единой сетью. Интерфейсыуправления осуществляют общее управление системами Умный дом.
Общийалгоритм работы системыУмный Дом:
1.<span Times New Roman"">
По собственной сети управленияинформация от датчиков или интерфейсов поступает к центральному процессорууправления.2.<span Times New Roman"">
Программное обеспечение центральногопроцессора обрабатывает полученную информацию и генерирует команды дляуправляющих устройств.Команды поступают как по собственнойсети, так и по вспомогательной. Способы генерации команд, а также форма исостав отображаемой информации о состоянии систем закладывается на этаперазработки программного обеспечения с учетом требований проекта.
Управление системойУмный дом.
Удобство илегкость управления всем многообразием оборудования и систем, объединенных Умным домом в единый организм, является одним из главныхдостоинств системы.
Для общения с системой и управленияею, используется все многообразие средств от традиционных кнопочныхвыключателей различного дизайна до сенсорных видео панелей. Причем выключателии пульты управления не связаны с конкретным светильником, телевизором,кондиционером.
Кнопочная панель, оснащеннаямикроконтроллером, и подключенная к системе УД, способна управлять не толькоосвещением в данном помещении, но и во всем доме, а также, например, климатомили громкостью звучания музыки. Функциональность каждой кнопки задаетсяпрограммно и может быть изменена по желанию хозяина.
Сенсорные панели являютсямногофункциональным интерактивным органом управления системой и контроля надсостоянием вашего дома или офиса.
Интуитивно понятный интерфейспользователя системы Умный Дом создается в соответствиис пожеланиями и вкусами хозяина дома. На сенсорных видео панелях отображаетсяплан любого помещения или окружающей территории, выводятся картинки с видеокамер.Легким прикосновением к экрану можно изменить режимы работы кондиционеров,включить ландшафтное освещение или полив газонов.
Видео панели могут быть стационарнымиили переносными, различного размера и дизайна.
Управлять системой можно с помощьюперсонального компьютера или ноутбука, подключенного к системе Умный Дом через локальную сеть или через сеть Интернет
Бурно развивающиеся технологиидистанционного доступа через сети Интернет или мобильные системы позволяютконтролировать и управлять процессами, происходящими в доме, находясь далеко отнего.
Для повышения комфортности системауправления Умный Дом может иметь набор типовых«сценариев» автоматизированной работы с фиксированными предустановленныминастройками.
В одну систему автоматизациисвязываются освещение, розеточная сеть, охранные системы и климатическиеустановки, что позволяет контролировать и изменять условия комплексно, незадумываясь каждый раз, в какой комнате включить или выключить свет, какизменить режим работы котельной, выключены ли утюг или другие нагревательные приборы.
Эти настройки определяются хозяином,исходя из возможных жизненных ситуаций, и программируются на стадии установкиСистемы.
При работе системы УмныйДом по любому «сценарию» хозяин может оперативно изменитьпараметры работы всех устройств помощью любого пульта управления.
Установите режим " Ночь", иСистема отключит основное освещение в местах общего пользования, включит ночнуюподсветку, отключит или переведет в экономный режим работы неиспользуемыхпотребителей электроэнергии (телевизоры, теплые полы, кондиционеры), включитрежим охраны периметра квартиры или дома. Тем самым обеспечивается экономный ибезопасный режим работы оборудования. Об аварийных ситуациях система оповеститхозяина через встроенные акустические системы.
Или установите режим«Гости», и система обеспечит наилучшую освещенность и комфортныеклиматические условия в гостевых помещениях, звуковое и видео сопровождение,изменение световых сцен по заранее заданным программам. Ограничит доступ в некоторыепомещения, например спальни, винный погреб.
В режиме «Никого дома нет „все устройства и подсистемы будут переведены в наиболее безопасный иэнергосберегающий режим функционирования, при котором отключены все потребителиэлектроэнергии, кроме дежурных устройств (холодильник, телефон, охраннаясистема) и естественно самой системы. В этом режиме Умный Домосуществляет контроль состояния инженерных коммуникаций и систем, отслеживаетпопытки несанкционированного доступа в помещения или на территорию.Производится имитация присутствия людей – включение и выключение света ввечернее время в различных помещениях, в соответствии с обычным ритмом,открытие и закрытие жалюзи, включение музыки. Об аварийных и чрезвычайныхситуациях Умный Дом оповестит хозяина с помощью телефонногозвонка или SMS-сообщения, а если ему будет поручено, дозвонится до специальныхслужб (милиция, пожарная часть).
Домашний кинотеатр.
Для управлениядомашним кинотеатром подключенного к системе Умный Дом,n-ое количество пультов ДУ уже не понадобится. Его заменяет единый пультуправления или сенсорная панель. Программирование сценария позволяет выполнятьперечень команд с помощью одной кнопки. Так, при активизации функции «просмотрфильма» опускается моторизованный экран, потолочный лифт выдвигает спрятанный внише проектор, закрываются светонепроницаемые жалюзи на окнах, гаснет свет.
Функциямультирум распределяет аудио- и видеосигнал, позволяя прослушивать источниксигнала (один или несколько) в независимых зонах (комнатах), управлять источникомиз любой зоны и регулировать громкость. Во время просмотра фильма Умный Дом создает условия для Вас и Ваших гостей,поддерживая необходимую температуру и проветривая помещение, и при желанииможет переводить все телефонные звонки на автоответчик.
Климат-контроль.
Системауправления климатом используется для поддержания и изменения параметровтемпературы, влажности и циркуляции свежего воздуха снаружи и внутри помещений.Работу системы обеспечивает набор различных средств: приточная вентиляция,кондиционеры, электрическое или водяное отопление, теплые полы.
Для управления параметрамииспользуются разнообразные датчики, фиксирующие текущее состояние климата вВашем доме, переключатели и панели. Последние применяются для установлениярежима работы климатических систем и для отображения полученных показателей.Можно настроить индивидуальный климат для каждого жильца дома или квартиры,разделив помещение на условные зоны. Находясь вне дома и направив сообщение потелефону или Интернету, теперь можно обеспечить комфортные условия у себя домазаблаговременно.
Установив систему Умный дом у Васпоявляется возможность:
·<span Times New Roman“»>
Осуществитьподогрев комнат в соответствии с желаемой температурой·<span Times New Roman"">
Установитьболее низкую температуру в помещении, например, в ночное время·<span Times New Roman"">
Запрограммироватьнеобходимый температурный режим·<span Times New Roman"">
Настроитьболее экономичный режим работы компонентов климат-контроля·<span Times New Roman"">
Установитьфункцию оповещения в случае сбоев работы системы (протечек воды, излишнегодавления в трубах)Управление освещением.
Работа системосвещения в комнатах, целом здании или на прилегающей территории подчиненаразличным кнопочным выключателям, кнопочным панелям, оснащенныммикроконтроллером, и сенсорным панелям. Также каждая клавиша выключателя программируетсядля выполнения набора функций, задавая режимы: «Гости», «Все ушли» и др.Автоматический режим работы системы освещения осуществляется с помощью различныхдатчиков, наружных и внутренних, и таймеров для программируемого включения ивыключения светильников в заданное время.
СистемаУмный домпредлагаетВам:
·<span Times New Roman"">
Включение/отключениесвета из любого места Вашего дома при неограниченном количестве светильников впомещениях – от квартиры до гаража·<span Times New Roman"">
Регулированиеяркости свечения ламп·<span Times New Roman"">
Воспроизведениезаранее заданных световых сценариев (в зависимости от присутствия в помещениичеловека, времени суток – например, «вечер», года – «зима», освещенности)·<span Times New Roman"">
Обеспечениеэнергосберегающего режима освещенияИнтеллектуальное управление светомзначительно экономит энергоресурсы. Они могут быть перераспределены в пользусамого энергопотребляющего на данный момент оборудования. Помимо функцииснижения пиковой нагрузки, это увеличивает ресурс работы светильников.
Безопасность.
Системабезопасности Умного Дома представляет собой комплексфункций по обеспечению комфорта Вашей жизнедеятельности. Сюда относятся:охранная и пожарная сигнализация, контроль доступа, состояния инженерныхподсистем, видеонаблюдение и т.д.
Текущее состояние охраняемых зон контролируютпроводные и беспроводные датчики (например, датчики окон, дверей, движения,задымленности). В зависимости от типа сигнала они вызывают соответствующую реакциюуправляющей системы. Если датчик фиксирует угрозу возникновения пожара, системапринимает решение отключить электроэнергию, отправить на мобильный телефонхозяину SMS-сообщение или оповестить его о случившемся через Интернет. В случаенесанкционированного вторжения, система также передает тревожный сигнал напульт охраны, включает звуковую и световую сигнализацию, информирует хозяина спомощью телефонного звонка.
Система Умный дом гарантированнообеспечит Вам разрешение любых форс-мажорных ситуаций, предложив:
·<span Times New Roman"">
Контрольдопуска в здание (для хозяев: использование карточек с индивидуальным кодом,считывание отпечатков пальцев; для гостей – аудио- или видеодомофон)·<span Times New Roman"">
Контрольнесанкционированного доступа в Ваше помещение, принятие необходимых мер вслучае вторжения (предупреждение по громкоговорящей линии, блокировка дверей,вызов охраны, дозвон в специальные службы) и ограничение проникновения вотдельные помещения (для детей и обслуживающего персонала)·<span Times New Roman"">
Системавидеонаблюдения (запись и выведение изображения на монитор, телевизор,компьютер или через Интернет) снаружи здания и в помещениях·<span Times New Roman"">
Специализированныйконтроль и автоматическая ликвидация сбоев в работе инженерных систем (в случаепротечек воды, утечки газа). Работа систем пожаротушения, вентиляцииВызов официанта.
Современноеоборудование и безупречный сервис составляют на сегодняшний день доминантусовременного ресторанно-гостиничного бизнеса. Вызов официанта в ресторане сиспользованием систем Умный Дом, — это оперативностьзаказа блюд и даже контроль его выполнения.
Вызов официанта осуществляется спомощью:
·<span Times New Roman"">
специальнойкнопки на столике посетителей·<span Times New Roman"">
ЖК-дисплеяОфициант получает сигнал вызова отклиента, находясь либо в зале, либо в служебном помещении. Болеепредпочтительным и удобным сервисом для посетителя, хотя и дорогостоящим,является непосредственный заказ блюда с помощью ЖК-монитора (в ресторанахэлитной категории). Он предусматривается как на клиентских столиках, так и уадминистратора. Это позволяет избегать повторных сигналов к вызову. Клиентуможно не сомневаться, что его заказ принят и находится в стадии обработки.
Оформить заказ можно и из номерагостиницы. Тогда сигнал о вызове поступает с индивидуального пульта клиента нацентрализованный диспетчерский пульт либо ЖК-дисплей.
Заключение.
В своей курсовой работе я рассмотрела тему домашних роботов исистемы Умный дом. В данной работе описано, как Умный Домобеспечивает механизм централизованного контроля и интеллектуального управленияв жилых, офисных или общественных помещениях. Также показано, что домашниероботы делятся на несколько подгрупп в зависимости от их назначения, а именно:роботы для развлечения, роботы-пылесосы, сторожевые или охранные роботы иандроиды. В конце 2003 года в употреблении находились 691 тысяча роботов,предназначенных для развлечений или обучения. Главным образом, это такиеигрушки, как Sony Aibo. К 2007 году рынок развлекательных роботов расширитсяпримерно на два с половиной миллиона единиц. Увеличение количества роботов наЗемле исследователи связывают не только с развитием технологий, но и судешевлением роботов (за последние 12 лет их стоимость в среднем упала вдвое),а также с увеличением инвестиций в эту область.
Список используемой литературы:
1.<span Times New Roman"">
www.membrana.ru/2.<span Times New Roman"">
http://news.bbc.co.uk/3.<span Times New Roman"">
www.itogi.ru/4.<span Times New Roman"">
http://www.news.battery.ru/5.<span Times New Roman"">
www.zdnet.ru/6.<span Times New Roman"">
www.intelkey.ru/www.ronl.ru
