Новейшие достижения робототехники

Министерство сельского хозяйства РФ

ФГБОУ ВПО ТГСХА

Институт  экономики и финансов

Кафедра: экономики математических методов и вычислительной техники 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

По  теме: Новейшие достижения робототехники 
 

Руководитель _________ Ерёмина Д.Н 

Исполнитель__________ Бейкин А.А 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тюмень 2011

Содержание

Введение

1.Введение

2.Определение  робототехники

3.Компоненты роботов

4.Системы управления

5.Современная робототехника

5.1 Применение  робототехники

5.2Промышленная робототехника

5.3 Робототехника  в медецине

Заключение

Список используемой литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

Современный этап научно-технической революции характеризуется  комплексной автоматизацией производства на базе систем машин—автоматов. До недавних пор в основном применяли специализированные автоматы и автоматические линии, незаменимые  в массовом производстве, но нерентабельные в условиях серийного и мелкосерийного производства из-за высокой стоимости, а также длительности разработки, внедрения и перена- ладки их на новую продукцию. Традиционное управляемое вручную оборудование обеспечивает достаточную гибкость производства, но требует примене-ния квалифицированного труда рабочих и имеет низкую производительность.

За последние  десятилетия автоматизация основных технологических операций (формообразование и изменение физических свойств  деталей) достигла такого уровня, что  вспомогательные операции, связанные  с транспортировкой и складированием деталей, разгрузкой и загрузкой  технологического оборудования, выполняемых  вручную либо с помощью существующих средств механизации и автоматизации, являются тормозом как в повышении  производительности труда, так и  в дальнейшем совер-шенствовании технологии. 
Обычными методами с помощью существующих технических средств невозможно автоматизировать сборочные, сварочные, окрасочные и многие другие операции. 
Все это привело к острым противо-речиям между совершенством промышленной техники и характером труда при ее использовании, потребностью в трудовых ресурсах и их фактическим наличием, требованиями интенсификации производственных процессов и ограниченными психофизиологическими возможностями человека. Эти причины социального, экономического и технического характера, ставшие основными сдерживающими факторами в развитии производства и даль-нейшем повышении производительности труда, а также современные достижения в создании орудий производства, вычислительной техники и электроники привели к бурному развитию робототехники — отрасли, создавшей и производящей новую разновидность автоматических машин — промышленные роботы. По замыслу разработчиков эти машины предназ-начены для замены человека на опасных для здоровья, физически тяжелых и утомительно однообразных ручных работах. Свое название они получили благодаря реализованной в них идеи моделирования двигательных, управ-ляющих и, в некоторой степени, приспособительных функций рабочих, занятых на повторяющихся трудовых операциях по разгрузке-загрузке технологического оборудования, управлению работой этого оборудования, межоперационному перемещению и складированию деталей, а также на различных сборочных, сварочных, окрасочных и других операциях, выполняемых с применением переносных орудий труда.

Определение робототехники.

Робототе́хника (от робот и техника; англ. robotics) — прикладная наука,занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем

Робототехника опирается на такие дисциплины как электронника, механика,прогромирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику

Компоненты роботов.

Приводы  

Приводы- это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух.

• 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.
• Электро активные 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.

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.

Современная робототехника

Современная робототехника основана на компьютерных технологиях: без компьютеров роботы не смогли бы и десятой части того, что они могут. Современных роботов  можно условно разделить на две  категории: рабочие (т. е. роботы, сконструированные  для служебных задач) и домашние. 
 
Промышленные роботы составляют больше 80% от всех существующих на сегодня устройств. Они способны практически полностью заменить человека на многих заводах: например, на большинстве автомобильных заводов всю сборочную работу выполняют именно роботы, человеку же остается только контролировать их. В таком подходе много плюсов: механические «рабочие» не допускают ошибок, не устают, им, в конце концов, не нужно платить зарплату. 
 
У большинства людей слово «робот» ассоциируется с андроидом, то есть с чем-то, похожим на человека. Но в большинстве случаев такое представление оказывается ложным. Типичный промышленный робот состоит из следующих частей: 
 
1. Контроллер — чип, координирующий все действия робота. 
2. Роботизированная рука. Основной задачей руки является перемещение т. н. END-эффектора. Роботизированные руки различают по количеству степеней свободы: чем их больше, тем лучше. Большинство промышленных роботов имеют руки с 6 степенями свободы. 
3. Привод — двигатель, который обеспечивает подвижность руки. Управляется контроллером. 
4. END-эффектор — грубо говоря, насадка на руке робота. Такие насадки могут быть совершенно разными: от примитивного зажима до сварочного аппарата. 
5. Сенсор, который обеспечивает «чувства» робота: именно благодаря ему робот распознает объект, с которым предстоит работать. 
 
Как только появились первые образцы более-менее развитых роботов, человеку захотелось, чтобы механические создания заменили его во многих опасных местах. Например, без робота Dante II человек никогда бы заглянул в кратер действующего вулкана. Без робота Sojourner наши знания о Марсе были бы намного более скудными. Этот агрегат в 1997 году высадился на поверхность планеты и передал на Землю огромное количество фотоснимков. 
 
Домашние роботы не приспособлены к экстремальным условиям, они не могут выполнять сложную работу. Их задача — помочь человеку в быту и развлечь его. Существует огромное количество недорогих домашних роботов: роботы-пылесосы, роботы-газонокосильщики и многие другие. Но если с первой задачей — помочь в быту — они справятся, то со второй — развлечь — дела обстоят намного сложнее. Очень небольшое количество роботов способны развлечь человека. Например, робот PaPeRo компании NEC, помимо чисто бытовых функций, умеет говорить. Этот робот знает более 300 фраз, а распознает и того больше. 
 
Но больше всех умеет разработка компании Sony — собачка Aibo. Этот небольшой зверек имеет отличное зрение, слух, осязание. Собачка способна узнавать своего хозяина, реагировать на команды, ласку. Aibo имеет четыре стадии взросления: младенчество, детство, юность и зрелый возраст. И только от вас зависит, каким будет взрослый Aibo: характер собаки может быть разным, так как собачке присущи различные эмоции — от счастья до злобы. Кстати, в отличие от большинства других роботов эта собака весьма и весьма подвижна, она умеет бегать, прыгать, потягиваться, выполнять акробатические трюки. Кстати, при желании можно научить Aibo играть в футбол и танцевать.  
 
Беспроводная клавиатура и мышь позволят владельцу 912-го работать как с обычным настольным компьютером. 
 
Нетрудно предугадать, как роботы упростили бы нашу жизнь, выполняя за нас хозяйственные работы, охраняя наши дома, помогая нам на наших рабочих местах. 
 
Вот специалисты из компании White Box Robotics и создали робота 912 «MP3». Это передвижной мультимедийный центр, который может подключаться к любому экрану и воспроизводить видео. Кроме этого в корпус встроен 5,5-дюймовый LCD-монитор. «На борту» есть достаточно мощные колонки. 912 MP3 — это концептуальная модель, серийно она не производится. Скорее — это демонстрация возможностей платформы, позволяющей превратить обычную компьютерную систему в робота. 
 
Но это не единственный робот компании. Развлечения развлечениями, а кто-то должен заботиться о нашей безопасности. Специально для этого был создан 912 «HMV». 
 
Его миссия — патрулировать квартиру или офис и посылать на выбранный владельцем адрес электронной почты или сотовый телефон запись любых «беспорядков». Семейство 912 было представлено на суд зрителям, посетившим в ноябре 2004 года первую выставку робототехники в США — RoboNexus 2004. К сожалению, пока что приобрести таких помощников не получится, так как их разработка находится в самом начале пути и коммерческое использование не представляется возможным. 

Применение робототехники

Сегодняшняя робототехника сформировалась примерно в 50-х годах ХХ века. В 1956 году Джорджем Диро и Джозефом Энжилбергером был создан робот Ultimate, который сразу был куплен компанией General Motors. Ultimate представлял собой огромную конструкцию, похожую на человеческую руку. Примерно в это же время была основана лаборатория искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте. Своим рождением лаборатория обязана Джону МакКарти и Марвину Мински. В 1966 году появился результат многолетних экспериментов Стендфордской исследовательской лаборатории — робот Shakey. Его рождение стало эпохальным событием для робототехники — первый автономный робот, способный самостоятельно ориентироваться в пространстве и объезжать препятствия, был настоящим чудом. 

Помышленная робототехника

Промышленная  робототехника является одним из новых направлений автоматизации  производственных процессов, начало развития, которого в нашей стране относится  к последнему десятилетию. Комплексный  подход к решению технико-экономических  и социальных задач, связанных с  внедрением их промышленных роботов (ПР), позволил высвободить около 2000 рабочих. В процессе создания, производства и внедрения ПР приходилось сталкиваться •с решением ряда сложных научно-технических проблем. Получен большой, опыт по разработке робототехнических комплексов 
(РТК) и организации автоматизированного производства на базе ПР. Все эти вопросы, получившие отражение в предлагаемой книге, представляют, по нашему мнению, значительный интерес как для широкого круга специалистов, конструкторов и производственников различных отраслей, которые заняты в настоящее время работой по увеличению производства и широкому применению ПР во всех отраслях народного хозяйства, так и для всех специалистов, работающих в области автомати- зации производственных процессов.

Промышленные  роботы (ПР) оказались тем недостающим звеном, появление которого позволило решать задачи комплексной автоматизации на более высоком уровне, объединяя средства производства предприятия в единый автоматизированный комплекс.

Робототехника в медицине

Роботы  так же широко применяются в медецине. Израильские ученые изобрели систему под названием SpineAssist. Это первая роботизированная система для проведения оперативных вмешательств в области ортопедической хирургии. Новая разработка получила одобрение инстанций Европы и Америки, с ее помощью уже было выполнено множество успешных операций.

Операция  проводится безопасно, эффективно и  точно. К тому же, оперативное вмешательство  с помощью SpineAssist является малоинвазивным, то есть, оказывает минимальное повреждение организма, в отличие от консервативных операций позвоночника. Система использует специальные алгоритмы и создает трехмерное изображение. Отверстия, делаемые в костной ткани пациента, в пять раз тоньше человеческого волоска. SpineAssist сводит к минимуму риски повреждения спинного мозга человека и его кровеносных сосудов. Таким образом, существенно минимизируются осложнения, болевые ощущения и рецидивы, сокращается период реабилитации пациента. Сравнительные исследования подтвердили, что роботизированная система делает операции с большой точностью и успехом, в сравнении с открытой хирургией. В Израиле выполнено уже более 400 операций с  роботом SpineAssist. Миниатюрный робот не оперирует вместо врача, и не заменяет его, он ему помогает. Использование данной технологии значительно снижает риск ошибки врача. Робот, согласно компьютерной программе, воплощает план размещения трансплантантов и проводимых манипуляций.

Заключение

Как показал опыт внедрения робототехника, является новой формой технической и организационной ячейки. Робототехника реализует стремление к снижению напряженности человека в работе, связанной с необходимостью приноравливаться к циклу машины.

Список используемой литературы 

Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность: Учеб. для вузов по спец. ‘Роботехнические системы и комплексы'  

Бабич А.В., Баранов А.Г., Калабин И.В. и др. Промышленная робототехника