Введение в робототехнику

 

Что такое робот?

 

В широком понимании робот может быть определен как техническая система, способная замещать человека или помогать ему в выполнении различных задач. Однако и до сих пор отсутствует строгая и общепринятая формулировка. Различные источники дают разное толкование этого понятия.

В БСЭ: 

Робот (чеш. robot, от robota – подневольный труд, rob – раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

С развитием робототехники определились 3 разновидности роботов: с жёсткой программой действий; управляемые человеком-оператором; с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно (“разумно”) без вмешательства человека. 

В БСЭ, Теория машин и механизмов:

Робот – машина-автомат, моделирующая свойства и функции живых организмов и, в частности, имитирующая действия человека при перемещении в пространстве орудий и объектов труда.

В Глоссарий.RU: 

Робот – электронно-механическое устройство: – способное к целесообразному поведению в условиях изменяющейся внешней обстановки; – выполняющее рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

Главную часть робота составляет вычислительная система, управляющая перемещением самого робота или сторонних предметов с помощью устройств-манипуляторов. Для выполнения своих функций робот обрабатывает информацию, поступающую от его датчиков.

В Википедии:

Робот (от чешск. robota) — электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах и др.

Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.

Системы управления роботами:
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.
Адаптивное управление. Роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые сенсорами, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т.д.
Интеллектуальное управление основано на методах искусственного интеллекта.Управление при участии человека
Примером такого робота является аппарат для разминирования с дистанционным управлением.

В MyROBOT.RU:

Робот – независимая от среды функционирования автономная система, реализующая механизм обратной связи в цепочке сенсор-рефлектор-актуатор.

Робот должен включать три составляющих:


  1. Сенсор- датчик, воспринимающее устройство для восприятия среды функционирования робота.
    2. Рефлектор – программа, обрабатывающее устройство, нейрон, нейрод…
    3. Актуатор (манипулятор) – механизм, позволяющий совершать работу в среде функционирования робота.

В RoboClub.Ru:

Робот – машина (точнее – “автомат”), поведение которой выглядит разумным.

 

Как возникло понятие «робот»?


Термин “робот” был впервые введён
 Карелом Чапеком в пьесе “R. U. R.” (1920), где роботом называли механических людей.

Айзек Азимов разработал в научной фантастике этический кодекс для роботов – три закона робототехники— обязательные правила поведения для роботов.  Впервые они были упомянуты в рассказе «Хоровод» в 1942 г

  • Робот не может причинить вреда человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
  • Робот  должен  выполнять приказы человека, кроме приказов, противоречащих Первому закону.
  • Робот  должен  заботиться о своей безопасности, если это не противоречит Первому и Второму законам.

Какие бывают роботы?

Роботов классифицируют в зависимости от разных оснований: по степени участия человека в управлении и по типу решаемых задач.

По степени участия человека в управлении выделяют:

  • биотехнические
  • автономные (автоматические)

 

К биотехническим роботам относятся:

 

Копирующие роботы имеют следующую управляющую структуру:

  • задающий орган (обычно манипулятор), идентичный исполнительному (с масштабом по размерам и усилиям)
  • средства передачи сигналов прямой и обратной связи
  • средства отображения для оператора среды функционирования робота

Движение задающего органа Копирующего робота, задаваемое оператором, копируется с точностью до масштабного коэффициента исполнительным органом при помощи следящих систем двустороннего действия.

Видео YouTube

Экзоскелеты — это антропоморфные конструкции, которые обычно «одеваются» на руки, ноги или корпус человека и служат для воспроизведения (копирования) его движений с некоторым масштабным коэффициентом по усилиям. Экзоскелеты зачастую имеют несколько десятков степеней свободы. Подобно копирующим роботам управляются с помощью следящих систем двустороннего действия.

Роботы, управляемые с пульта управления.С подобным принципом знакомы, наверно, все — на примере радиоуправляемых моделек. На пульте – система клавиш или рукояток и средства отображения информации. Движение роботу задается человеком с пульта управления через систему исполнительных приводов.

В полуавтоматических роботах ручное управление сочетается с автоматическим. Используется, когда заранее жестко запрограммировать все нужные операции невозможно, а оснащать робота искусственным интеллектом нецелесообразно или невозможно.

К полуавтоматическим также относятся роботы с супервизорным управлением: когда оператор вмешивается в действия робота путем сообщения ему дополнительной информации (например, с помощью целеуказания, указания требуемой последовательности действий и т. п.).

Автономные роботы:

 

Другой важный класс роботов — это роботы с автономным, или автоматическим, управлением. Такие роботы после их создания и настройки могут, в принципе, функционировать и без участия человека. Типичный пример – роботы с элементами искусственного интеллектаандроиды.

По типу решаемых роботом задач можно выделить:

  • производственные роботы
  • исследовательские роботы

Производственные роботы

Предназначены для выполнения тяжелой, монотонной, вредной и опасной физической работы. Для таких роботов характерно наличие автоматических исполнительных устройств (манипуляторы, имитирующие движения рук человека, самоходные тележки с различными типами шасси и т. п.).

Производственные роботы делятся, в свою очередь на несколько разновидностей:

  • промышленные
  • строительные
  • сельскохозяйственные
  • транспортные
  • бытовые
  • боевые

Видео YouTube

 

Промышленные роботы предназначены в основном для автоматизации всех видов ручных и транспортных операций в различных отраслях промышленности. Наибольшее применение они нашли в машиностроении и приборостроении, в горнодобывающей, нефтехимической, металлургической и атомной промышленности.

Строительные роботы позволят автоматизировать огромное количество ручных операций как вспомогательных, так и основных, органически присущих строительному делу. Роботизация строительства сегодня весьма актуальна.

Сельскохозяйственные роботы предназначены для автоматизации трудоемких и монотонных процессов в сельском хозяйстве. В настоящее время начинается интенсивная разработка таких роботов, знаменующих начало роботизации сельскохозяйственного производства.

Транспортные роботы предназначены для автоматизации управления различными транспортными средствами. Это самоходные тележки, шагающие аппараты, автопилоты и авторулевые.


В последнее время большие успехи достигнуты в создании 
бытовых роботов. Они служат для автоматизации операций, связанных с бытом человека и с сферой его обслуживания. 

Видео YouTube

 

Зачастую здесь требуются более гибкие и универсальные системы, чем обычные автоматы. Эти роботы должны мыть посуду, стирать, натирать полы,готовить пищу и т. п.


Боевые (военные) роботы
 заменяют человека в боевых ситуациях для сохранения человеческой жизни или для работы в условиях несовместимых с возможностями человека в военных целях. В настоящее время существует несколько видов боевых роботов. Это беспилотные или с дистанционным управлением авиационные, подводные аппараты и надводные корабли, роботы-минеры, роботы-саперы, роботы-разведчики и роботы-патрульныеК бытовым роботам можно отнести и роботов-игрушек, которые способны имитировать движения (а иногда и некоторые эмоции) живого существа.

 

 

 

Итог: Типы роботов

Видео YouTube

 

 

Ссылки на историю робототехники:

Хронология робототехники

История робототехники

История развития робототехники

Робот из УрФУ

Знакомство с деталями Lego 9797 

ПервоРобот NXT (Education) и их соединением

Робот – это механическое устройство, которое может выполнять заранее заложенную программу.Робототехника – это наука, которая изучает способы и методы создания роботов в различных сферах нашей с вами деятельности. Каждый робот в первую очередь является механизмом, который нужно рассчитать, правильно собрать чтобы он мог выполнять поставленную задачу.

Из чего же состоит механизм? Механизм это сложная система узлов (стыков и соединений) различных частей – деталей.

ДЕТАЛЬ (от франц. detail, букв. – подробность) – изделие, изготовленное без применения сборочных операций.

Т.е. весь механизм состоит из различных деталей, которые нужно еще и прикрепить к механизму, а вот прикрепляют их с помощью инструментов. Давайте разберемся с тем что такое инструмент.

ИНСТРУМЕНТ (от лат. instrumentum — орудие), орудие человеческого труда или исполнительный механизм машины, который «захватывает предмет труда и целесообразно изменяет его».

А теперь давайте рассмотрим что же все таки такое механизм. 

МЕХАНИЗМ (от греч. mechane — машина), система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения.

Рассмотрите картинку с деталями набора Lego. На распечатке этой картинки выделите соответствующие группы деталей, отметьте их названия, заполните ниже строки по назначению этих деталей.

В комплект входит:

  • Программируемый блок NXT на основе 32 битного микропроцессора
  • Набор датчиков:

  • Зубчатые и другие передачи.
    •  Зубчатая передача (шестеренка) – в большинстве случаев служит для передачи вращательного движения (например от мотора к колесам).
  • Штифты. 
    •  Штифт служит для крепления и фиксации (неподвижного соединения) деталей
    • Оси. 
    •  Ось  служит для поддержания вращающихся на ней деталей (например, колес)
  • Втулки. 
    • Втулка служит для закрепления деталей на цилиндрических участках осей  
  • Пластины.
    • Пластина – связующее звено в конструкции

 

  • Балки.
    • Балка  – связующее звено в конструкции, элемент крепления деталей

 

    • На схемах и технологических картах имеются некоторое обозначения, облегчающие создание роботов:

 

    • Существуют различные способы соединения деталей:

Введение в робототехнику

  • А теперь поиграем!

Игра “Слепой близнец” на знание названий деталей Лего

 

Для каждой команды сформировано по 2 одинаковых набора деталей. (участники могут сформировать их сами по фото)

 

Игра проходит в 2 этапа: 

1 этап. Первый игрок собирает из Лего своего робота

2 этап. Первый игрокпрячет за ширму своего робота и дает команды второму, какую деталь надо взять и как ее прикрепить, чтобы получился такой же робот. Подсматривать нельзя. Надо уложиться в заданное время.

Можно получить следующие баллы:

  • задействованы все детали +1
  • получена точная копия робота +2, есть несколько недочетов +1
  • уложились раньше заданного времени +1
0

Автор публикации

не в сети 3 часа

admin

0
Комментарии: 1Публикации: 101Регистрация: 14-06-2017