Роботы: что это такое и какими они бывают | Rusbase

Роботы: что это такое и какими они бывают

Пчела, собака, геккон, актиния, мерчендайзер, шахматист, пылесос, планетоход: это странное перечисление можно объединить одним словом — роботы. Разбираемся, что такое современный робот и для чего он нужен.

Терминология

  • Говоря простым языком, робот (от чеш. robota, подневольный труд) — это кибернетическая система, которая может выполнять операции, относящиеся к физической и умственной деятельности человека. Робот включает в себя программируемую систему управления, которая контролирует механическую конструкцию, а также связывает робота с внешней средой (оборудованием и пользователем).
  • Более точное определение робота и связанных с ним понятий дается в стандартах ГОСТ Р ИСО 8373-2014 «Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения» и в соответствующем международном стандарте ISO 8373:2012 «Robots and robotic devices — Vocabulary» : «Робот — приводной механизм, который можно запрограммировать по двум и более осям, имеющий некоторую степень автономности, движущийся внутри своей рабочей среды и выполняющий задачи по предназначению», где «автономность — способность выполнять задачи по предназначению, основанная на текущем состоянии изделия и особенностях считывания данных без вмешательства человека».
  • Наконец, в более широком понимании современный робот — механизм, выполняющий запрограммированные действия, который воспринимает окружающий мир с помощью сенсоров (датчиков, микрофонов, камер), строит модели поведения, чтобы выполнять определенную программу, и способен воздействовать на физический мир тем или иным способом.

Краткая история роботизации

За последние 100 лет роботы не просто эволюционировали, они стали частью нашей повседневной жизни. Слово «робот» вошло в обиход после того, как в 1920 году свет увидела пьеса Карла Чапека об искусственных людях. И это очень символично, так как «ревущие» двадцатые — период экономического подъема и новых открытий в науке и технике.

В течение последующих десятилетий произошли выдающиеся открытия в самых различных дисциплинах — кибернетика, мехатроника, информатика, электроника, механика, а именно на них и опирается робототехника. Примерно к 30-м годам XX века появились первые андроиды, которые могли двигаться и произносить простейшие фразы.

Первые программируемые механизмы с манипуляторами были сконструированы в 1930-х годах в США. Толчком послужили работы Генри Форда по созданию автоматизированной производственной линии. На рубеже 1930-40-х годов в СССР появились автоматические линии для обработки деталей подшипников, а в конце 1940-х годов было впервые в мире создано комплексное производство поршней для тракторных двигателей с автоматизацией всех процессов — от загрузки сырья до упаковки готовой продукции.

В 1950 году Тьюринг в работе «Computing Machinery and Intelligence» описал способ, позволяющий определить, является ли машина мыслящей (тест Тьюринга). В 1950-х годах появились первые механические манипуляторы, которые копировали движения рук оператора и могли работать с радиоактивными материалами. В 1956 году американские инженеры Джозеф Девол и Джозеф Энгельберг организовали первую в мире компанию «Юнимейшн» (англ. Unimation, сокращенный термин от Universal Automation, универсальная автоматика), и в начале 1960-х первый в мире промышленный робот начал работать на производственной линии завода General Motors.

Вам будет интересно  Как в машине сделать 220 вольт - Информация - купить автотовары в Автогудок

Робот Unimate, которого отправили на фабрику General Motors

В 1960-х годах в университетах появились лаборатории искусственного интеллекта, а 1970-х были создали микропроцессорные системы управления, которые заменили специализированные блоки управления роботов на программируемые контроллеры. Это сократило стоимость роботов примерно в три раза, так что они стали всё чаще применяться в разных отраслях промышленности. В 1982 году в IBM разработали официальный язык для программирования робототехнических систем, а спустя два года компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом. В 1986 году роботы были впервые применены в Чернобыле для очистки радиоактивных отходов.

Двадцать первый век принёс невиданные успехи в развитии робототехники. В 2000 годы, по данным ООН, в мире использовалось уже 742 500 промышленных роботов. Невозможно перечислить все новые модели и открытия в сфере робототехники за последние 20 лет. Вот лишь некоторые из них.

В начале 2000-х многие компании представили новых гуманоидных роботов — например, Asimo от Honda и SDR-3X от Sony. Канадский космический манипулятор Canadarm2 использовался для завершения сборки МКС, а в мюнхенском Институте биохимии имени Макса Планка был создан первый в мире нейрочип. Появились первые серийно выпускаемые бытовые роботы-пылесосы (Electrolux) и первая киберсобака (Sanyo Electric). Компания Bandai представила прототип робота с возможностью распознавания человеческих лиц и голосов, ученые из Стэнфордского университета — робота STAIR (Stanford Artificial Intelligence Robot), наделенного интеллектом и способного принимать нестандартные решения, руководствуясь заложенными в него знаниями об окружающем мире. Военный робот смог распознавать и преодолевать препятствия — в NASA взяли на вооружение экзоскелет X1 Robotic Exoskeleton. Роботы стали активно использоваться в медицине при проведении хирургических операций.

Картинки по запросу

Три поколения роботов

  1. Роботы первого поколения, освоенные промышленностью в 1960-х годах, работали по жесткой программе, не могли адаптироваться к изменяющимся условиям производства и внешней среды, а на входе требовали упорядоченного размещения ориентированных деталей в накопителе. Некоторые из первых промышленных роботов «Версатран» и «Юнимейт» функционируют до сих пор, преодолев порог в 100 тысяч часов рабочего времени.
  2. Роботы второго поколения работают по гибкой программе и используются для выполнения сложных производственных задач, например, для сборки прецизионных изделий. Прецизионный — обладающий высокой точностью или созданный с соблюдением высокой точности параметров. У таких роботов более развитый сенсорный аппарат, который обеспечивает работу по принципу «ситуация — действие» и способен выбрать оптимальный алгоритм функционирования в зависимости от хода производственного процесса.
  3. Роботы третьего поколения — это уже интегральные или интеллектуальные системы, оснащенные новейшими средствами адаптации. Они имеют способность к самообучению и распознаванию образов, которая является важным элементом искусственного интеллекта. С развитием ИИ роботы получают возможность моделировать внешнюю среду, анализировать производственную обстановку, принимать решения и планировать собственные действия.

Классификации роботов

В зависимости от общей прикладной области роботов можно разделить на промышленных и сервисных. На сегодняшний день в мире больше промышленных роботов, но ниша сервисных растет с огромной скоростью.

Что такое промышленный робот

Промышленный робот состоит из манипулятора, в том числе приводов, и контроллера, включая пульт обучения и аппаратный или программный коммуникационный интерфейс. Манипулятор робота можно программировать по трем или более степеням подвижности в зависимости от задач автоматизации. Проще говоря, промышленная робототехника предназначена для выполнения основных и вспомогательных операций производственного цикла без участия человека. По данным аналитического отчета Сбербанка, на сегодня на производстве задействовано около двух миллионов роботов.

Вам будет интересно  Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Общая классификация промышленных роботов содержит от 7 до 12 классификационных признаков (в зависимости от информационного источника). Вот несколько примеров частных классификаций по наиболее важным признакам.

По характеру выполняемых операций промышленные роботы делятся на:

  • технологические (выполняют основные операции — обработку, сборку, сварку, окраску);
  • вспомогательные (используют для обслуживания основного технологического оборудования: установка — снятие заготовок, транспортно-складские и другие операции);
  • универсальные (сочетают признаки первых двух групп).

По характеру обработки программы промышленные роботы могут быть:

  • жесткопрограммируемые (программа действий содержит информацию, не меняющуюся в процессе работы);
  • адаптивные (содержат информацию об объектах и условиях внешней среды. Сенсорное оснащение позволяет таким роботам корректировать управляющую программу);
  • гибкопрограммируемые (способны формировать программу своих действий на основе поставленной цели и информации об объектах и условиях внешней среды).

Области применения промышленных роботов

Промышленные роботы дают возможность автоматизировать все виды операций. Сфера применения довольно широка: заготовительное производство, механообработка, сварочное производство, сборочное производство, термообработка, гальванические и лакокрасочные покрытия, транспортно-накопительные системы. В обрабатывающей промышленности отрасли лидеры по покупкам роботов не меняются уже более пяти лет: это автомобильная промышленность и электроника.

Промышленные роботы Kuka

Роботы применяются практически во всех отраслях промышленности, их целесообразность применения диктуется прежде всего интересами человека, удобством и безопасностью работы.

Самая важная роль отводится роботам, заменяющим человека при выполнении различных задач в экстремальных условиях: на больших глубинах, в вакууме, в космосе, на участках с радиационно- взрыво- и пожароопасными условиями, а также на химических и фармацевтических производствах.

 

Что такое кобот

Коллаборативный робот (кобот) — это вариант промышленного робота, который также состоит из манипулятора и перепрограммируемого устройства управления. Кардинальное отличие кобота в том, что он может работать совместно с человеком для создания или производства различных продуктов.

Первого кобота изобрели в 1999 году Эд Колгейт и Майкл Пэшкин, инженеры Северо-Западного университета. Большинство коллаборативных роботов имеют небольшие размеры (вес — 15-20 кг, в некоторых случаях — до 50 кг, высота — около 1,5 м).

Согласно международному стандарту ISO 10218, есть четыре типа коллаборативных роботов:

  • с защитным механизмом остановки; когда при приближении человека кобот считывает движение с помощью датчиков и останавливается, пока человек не уйдет из рабочего пространства;
  • с ручным управлением; робот дополнен специальными устройствами, распознающими давление руки. Когда робот не обучается, а выполняет свои прямые функции, человек должен находиться за границами его рабочей зоны;
  • с системой «компьютерного зрения», которые отслеживают перемещения работников-людей и замедляются до безопасной скорости или вообще останавливаются при приближении человека;
  • с ограничением силы; если робот чувствует сильное сопротивление на пути, он останавливается.

Основная сфера применения коботов — автомобилестроение и производство электроники, а самыми популярными операциями являются погрузка/перемещение и сборка.

Картинки по запросу

Кобот YuMi от ABB

Что такое сервисный робот

Сервисный робот — это робот, выполняющий полезную работу для людей и оборудования, исключая промышленные задачи по автоматизации.

Сервисная робототехника делится на два типа — для личного применения (роботы-пылесосы, развлекательные роботы, роботы-помощники) и для профессионального, то есть для оказания различных услуг (полевая, подводная робототехника, медицина, мониторинг и эксплуатация, строительство и снос, логистические системы, мобильные платформы, военные роботы, подводные системы, силовые экзоскелеты и так далее).

Вам будет интересно  Полиграфические машины: от электромеханики к мехатронике

Кейсы применения сервисных роботов очень разнообразны. Например, американская компания SIMBE ROBOTICS разработала мобильного робота для аудита товарных полок в розничных магазинах. Робот перемещается между стеллажами и сканирует их содержимое, определяя, в том числе, не заканчивается ли товар и тот ли товар вообще выложен. Он безопасен для сотрудников и посетителей магазина, поэтому может выполнять аудит в любое время, а данные обо всех товарах сохраняет в облако. А вот другой робот от компании Fellow Robots — идеальный торговый консультант, который сопровождает покупателей в магазине и может порекомендовать им тот или иной товар на 25 языках.

Картинки по запросу

Компания Locus Robotics в начале 2020 года отпраздновала юбилей — ее автономные мобильные роботы перенесли 100 миллионов посылок. Locus Robotics сотрудничает с крупнейшими транспортными компаниями, среди которых DHL, GEODIS, Port Logistics. Bossa Nova Robotics планирует обеспечить роботами для инвентаризации товаров в 1000 магазинов Walmart в США. В США также разрабатываются роботы, которые будут помогать на заправке. А в Японии давно в ходу роботы — бармены и повара.

Картинки по запросу

Современный робот может ходить вниз «головой» по потолку или работать на глубине, поэтому в его сходстве с человеком нет особой необходимости. Однако работа над созданием андроидов и гиноидов (роботов в женском обличии) захватила умы многих изобретателей в последние десятилетия. Практически все развитые страны представили своих андроидов, обладающих самыми разными функциями и интерфейсом, максимально напоминающим человеческое тело.

В 2010 году в Китае для человекоподобных роботов провели Олимпийские игры, где андроиды соревновались в разных спортивных дисциплинах. К участию допускались автономные роботы, полуавтономные системы и устройства с дистанционным управлением, и каждый класс соревновался только с себе подобными. Гиноид София стала первым роботом, который получил официальное гражданство Саудовской Аравии. В России есть собственные разработки: например, один из последних российских роботов андроидов — Бетси, антропоморфный робот с возможностью нейроуправления.

Картинки по запросу

Как будут развиваться роботы

Сложно представить, что только не будут уметь роботы в ближайшие десятилетия. Уже созданы роботизированные мышцы, которые в 1000 раз сильнее человеческих и способны поднимать грузы в 50 раз больше собственного веса. Дальнейшее развитие роботов будет связано с открытием новых материалов и свойств, а также достижений компьютерной техники.

Программное обеспечение манипуляторов со временем увеличит возможности техники и сенсоров. Например, робот-манипулятор, захватывающая груз, сможет сообщить оператору точный вес или размер, а новые компьютерные технологии смогут обеспечить более сложные траектории. Будет повышена эффективность использования нейросетей за счет усложнения их архитектуры и снижения энергопотребления. Продолжится массовое внедрение облачных сервисов для машинного обучения, что расширит двигательные действия роботов.

Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter

Источник Источник https://rb.ru/story/robotics-dictionary/

X
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: