Роботы и робототехника

     ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова»

 

 

                

 

Доклад

на тему: Роботы и робототехника.

 

 

 

                     

 

Выполнила:

студентка ЭК-61-09

Ванюшина М.О.

 

Руководитель:

к.э.н., доцент

Митрофанов Е.П.

 

 

Чебоксары - 2011год

  Содержание:

• Определение
• Основные компоненты роботов
• Системы управления
• Способы перемещения
• 3 закона робототехники
• Основные направления
• Достижения России в робототехнике
• Причины для развития робототехники в России

• Вывод

Определение

      Ро́бот (чеш. robot) — автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях, при относительной недоступности объекта или для другого использования. Слово «робот» придумано в 1920 году научным фантастом и Нобелевским лауреатом Карелом Чапеком для своей пьесы.

    Робототе́хника (от робот и техника; англ. robotics) — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем (роботов). Термин введён писателем-фантастом Айзеком Азимовым в 1942 году. Робототехника требует большого запаса знаний в области электроники, механики, программного обеспечения и многих других дисциплин.

Компоненты роботов

• Двигатели постоянного тока: В настоящий момент большинство роботов используют электродвигатели, которые могут быть нескольких видов.

Шаговые электродвигатели: Как можно предположить из названия, шаговые электродвигатели не вращаются свободно, подобно двигателям постоянного тока. Они поворачиваются пошагово на определенный угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как контроллеру точно известно, на сколько был сделан поворот. В связи с этим они часто используются в приводах многих роботов и станках с ЧПУ.

Пьезодвигатели: Современной альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели. Принцип их работы совершенно отличается: крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Преимуществами подобных двигателей являются высокое нанометрическое разрешение, скорость и мощность, несоизмеримая с их размерами. Пьезодвигатели уже доступны на коммерческой основе и также применяются на некоторых роботах.

Воздушные мышцы: Воздушные мышцы — простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом, мышцы способны сокращаться до 40 % от своей длины. Причиной такого поведения является плетение, видимое с внешней стороны, которое заставляет мышцы быть или длинными и тонкими, или короткими и толстыми. Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.

• Электроактивные полимеры: Электроактивные полимеры — это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Однако, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все неэффективны или непрочны.
• Эластичные нанотрубки:

 

Это многообещающая экспериментальная  технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет этому волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменен проводом из такого материала диаметром 8 мм. Такие компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.

Способы перемещения

Колёсные и гусеничные роботы

Наиболее распространёнными  являются четырёхколёсные и гусеничные роботы. Так же, создаются роботы, имеющие другое число колёс — два или одно. Такого рода решения позволяют упростить конструкцию робота, а так же придать роботу возможность работать в пространствах, где четырёхколёсная конструкция оказывается неработоспособна.

Шагающие роботы

Перемещение робота с использованием «ног» представляет собой сложную  задачу динамики. Уже создано некоторое  количество роботов перемещающихся на двух ногах, но эти роботы пока не могут достичь такого устойчивого  движения, какое присуще человеку. Так же, создано множество механизмов, перемещающихся на более чем двух конечностях. Внимание к подобным конструкциям обусловлено тем, что они легче  в проектировании. Предлагаются так  же гибридные варианты (как, например, роботы из фильма «Я, робот», способные перемещаться на двух конечностях во время ходьбы и на четырёх конечностях во время бега). Роботы, использующие две ноги, как правило хорошо перемещаются по полу, а некоторые конструкции могут перемещаться по лестнице. Перемещение по пересечённой местности является сложной задачей для роботов такого типа.

 Змееподобные роботы

Существует ряд разработок роботов, перемещающихся подобно змеям. Предполагается, что подобный способ перемещения может придать им возможность перемещаться в узких пространствах; в том числе предполагается использовать подобных роботов для поиска людей под обломками рухнувших зданий^. Так же, разработаны змееподобные роботы, способные перемещаться в воде.

Роботы, перемещающиеся по вертикальным поверхностям

 При проектировании  подобных роботов используются  различные подходы. Первый подход — проектирование роботов, перемещающихся подобно человеку, взбирающемуся на стену, покрытую выступами. Другой подход — проектирование роботов, перемещающихся подобно гекконам.

Плавающие роботы

Существует много разработок роботов перемещающихся в воде подражая движениям рыб. По некоторым подсчетам эффективность подобного движения может на 80 % превосходить эффективность движения с использованием гребного винта. Кроме того, подобные конструкции производят меньше шума, а так же отличаются повышенной манёвренностью. Это является причиной высокого интереса исследователей к роботам, движущимся подобно рыбам.

Системы управления

По типу управления робототехнические  системы подразделяются на:

1. Биотехнические:
• командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота);
• копирующие (повтор движения человека, возможна реализация обратной связи, передающей прилагаемое усилие, экзоскелеты);
• полуавтоматические (управление одним командным органом, например, рукояткой всей кинематической схемой робота);
2. Автоматические:
• программные (функционируют по заранее заданной программе, в основном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях окружения);
• адаптивные (решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования);
• интеллектуальные (наиболее развитые автоматические системы);
3. Интерактивные:
• автоматизированные (возможно чередование автоматических и биотехнических режимов);
• супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполняет только целеуказательные функции);
• диалоговые (робот участвует в диалоге с человеком по выбору стратегии поведения, при этом как правило робот оснащается экспертной системой, способной прогнозировать результаты манипуляций и дающей советы по выбору цели).

В развитии методов управления роботами огромное значение имеет развитие технической  кибернетики и теории автоматического  управления.

3 закона робототехники

1)Робот не может причинить  вред человеку или своим бездействием  допустить, чтобы человеку был  причинён вред.

   2)Робот должен  повиноваться всем приказам, которые  дает человек, кроме тех случаев,  когда эти приказы противоречат Первому Закону.

  3)Робот должен заботиться  о своей безопасности в той  мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам.

     Законы роботехники рассматриваются как идеал будущего: нужно быть действительно гением, чтобы найти спосо б применить их на практике. Требуются серьёзные исследования, для того чтобы роботы поняли Законы. Однако, чем более сложными становятся роботы, тем больше высказывается заинтересованности в разработке руководящих принципов и мер безопасности для них.

Направления робототехники

Cуществует огромное количество различных типов роботов, предназначенных для разных целей и отличающихся друг от друга не только целями и задачами, но и самими принципами их архитектуры. Однако можно условно робототехнику можно разделить на 4 основных направления.

Промышленные  роботы – данный тип роботов находит свое применение, главным образом, на промышленных производствах и в научных лабораториях. Манипулятор промышленного робота в зависимости от его задач имеет от двух до шести степеней свободы и может перемещать грузы весом до нескольких центнеров в радиусе нескольких метров. Чаще всего промышленные роботы используются для перемещения и сортировки различной продукции (в том числе крупногабаритных грузов), в качестве сварщиков и для покраски. «АвтоВАЗ» продемонстрировал на выставке «bанкостроение-2010» свои последние разработки в области робототехники. В экспозиции представлен стенд фрезерования каркаса заднего бампера седана Lada Priora на базе робота TUR 150 (рис.4), демонстрирующий возможности роботов при механической обработки деталей сложной конфигурации.

Военная и космическая  робототехника

Они предназначены как  для военных операций (в качестве основной действующей силы), так  и для помощи военнослужащим. Это  и роботы для переноски тяжестей (см. рис.5) и роботы-саперы, и активно разрабатываемые сейчас экзоскилеты .

Бытовые роботы – предназначены для помощи человеку в повседневной жизни. На данном этапе бытовые роботы – чаще всего предназначены для развлекательных целей, но 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 (см.рис.6).

Андроид – это человекоподобный робот. Именно этот тип роботов наиболее широко распространен в научной фантастике и кинематографе.

       Андроиды несколько выбиваются из нашей общей классификации, поскольку могут выполнять функции как бытовых, так и военных и промышленных роботов (см.рис.7).

 

Причины для развития робототехники в России:

• Роботы – это, прежде всего, снижение себестоимости производства.
• Роботы – это повышение качества продукции, а также количества продукции, способной пройти выходной контроль.
• "Живые" работники, всё же оставшиеся на роботизированном производстве, будут поставлены в гораздо лучшие рабочие условия, чем на традиционном предприятии.
• Роботы могут работать круглосуточно, без перерывов на выходные и праздники, при этом ни сами роботы, ни профсоюзы добавки к жалованью не попросят.
• Роботы обеспечат быстрый переход на выпуск новой продукции, при этом никого не придётся переучивать, достаточно содержать в штате толковых программистов.
• Роботы – это идеальная безопасность производства и минимум травматизма на рабочих местах.
• Роботы – это значительная экономия места в крупных производственных цехах. Потребует техпроцесс – и роботов можно разместить где угодно – на стенах, на потолке, да хоть на полках.

 

Вывод:

Человечество совершило  огромный скачок в своём развитии. Тому свидетельством являются примеры  создания роботов и робототехники. Их дальнейшее совершенствование позволит облегчить жизнь и существование  многим людям. Безусловным лидером в этой области является Япония,там такого рода проекты финансируются государством, в России цели достигаются за счет объединения единомышленников. Поэтому лишь поддержка государства способна вывести Россию на уровень Японии, Германии и США. Я считаю период 2010 - 2030 г. будущим бумом развития робототехники.