Що таке роботехніка. Що таке робот? Соціальні наслідки роботизації

Понад дві тисячі років тому Герон Олександрійський створив водяний автомат «Пта, що співає» і ряд систем рухливих фігур для античних храмів. У 270 році давньогрецький винахідник Ктесібій винайшов особливий водяний годинник, який отримав назву клепсидра (або «крадені час»), який своїм хитромудрим пристроєм викликав значний інтерес сучасників. В 1500 великий Леонардо да Вінчі розробив механічний апарат у вигляді лева, який повинен був відкривати герб Франції при в'їзді короля в місто. У XVIII столітті швейцарським годинником П. Жаке-Дрозом була створена механічна лялька «Писець», яка могла бути запрограмована за допомогою кулачкових барабанів на написання текстових повідомлень, що містять до 40 літер. У 1801 році французький комерсант Жозеф Жаккар представив передову на той час конструкцію ткацького верстата, який можна було «програмувати» за допомогою спеціальних карт з отворами для відтворення на витканих полотнах декоративних візерунків, що повторюються. На початку XIX століття ця ідея була запозичена англійським математиком Чарлзом Беббіджем для створення однієї з перших автоматичних обчислювальних машин. Приблизно до 30-х років XX століття з'явилися андроїди, що реалізують елементарні рухи та здатні вимовляти по команді людини найпростіші фрази. Однією з перших таких розробок стала конструкція американського інженера Д. Векслі, створена для Всесвітньої виставки у Нью-Йорку у 1927 році.

У 50-ті роки XX століття з'явилися механічні маніпулятори для роботи з радіоактивними матеріалами. Вони були здатні копіювати рухи рук оператора, який був у безпечному місці. До 1960 року були проведені розробки дистанційно керованих колісних платформ з маніпулятором, телекамерою та мікрофоном для обстеження та збору проб у зонах підвищеної радіоактивності.

Широке використання промислових верстатів з числовим програмним управлінням стало стимулом створення програмованих маніпуляторів, що використовуються навантаження і розвантаження верстатних систем. У 1954 році американським інженером Д. Деволом був запатентований метод управління вантажно-розвантажувальним маніпулятором за допомогою змінних перфокарт, як наслідок в 1956 спільно з Д. Енгельбергером ним була створена перша в світі промислова компанія «Юнімейшн» (англ. Unimation від Universal Automation) з виробництва промислової робототехніки. У 1962 році побачили світ перші в США промислові роботи «Версатран» і «Юнімейт», причому деякі з них функціонують досі, подолавши поріг у 100 тисяч годин робочого ресурсу. Якщо цих ранніх системах співвідношення витрат за електроніку і механіку становило 75 % до 25 %, нині воно змінилося протилежне. При цьому кінцева вартість електроніки продовжує неухильно знижуватися. Поява в 1970-х роках недорогих мікропроцесорних систем управління, які замінили спеціалізовані блоки управління роботів на програмовані контролери, сприяло зниженню вартості роботів приблизно втричі. Це стало стимулом їхнього масового поширення у всіх галузях промислового виробництва.

Безліч подібних відомостей міститься у книзі «Робототехніка: Історія та перспективи»І. М. Макарова та Ю. І. Топчеєва, що представляє собою популярну і ґрунтовну розповідь про роль, яку зіграли (і ще зіграють) роботи в історії розвитку цивілізації.

Найважливіші класи роботів

Можна використовувати кілька підходів до класифікації роботів - наприклад, за сферою застосування, за призначенням, за способом пересування та ін. За сферою основного застосування можна виділити промислових роботів, дослідницьких роботів, роботів, що використовуються в навчанні, спеціальних роботів.

Найважливіші класи роботів широкого призначення маніпуляційніі мобільніроботи.

Маніпуляційний робот- автоматична машина (стаціонарна або пересувна), що складається з виконавчого пристрою у вигляді маніпулятора, що має декілька ступенів рухливості, та пристрою програмного управління, яка служить для виконання у виробничому процесі рухових та керуючих функцій. Такі роботи виробляються в на підлогу, підвісномуі портальномувиконання. Набули найбільшого поширення в машинобудівних та приладобудівних галузях.

Мобільний робот- автоматична машина, в якій є шасі, що рухається, з автоматично керованими приводами. Такі роботи можуть бути колісними, крокуючимиі гусеничними(існують також повзаючі, плаваючіі літаючімобільні робототехнічні системи, див. нижче).

Компоненти роботів

Приводи

Приводи:це "м'язи" роботів. В даний час найпопулярнішими двигунами в приводах є електричні, але застосовуються інші, що використовують хімічні речовини, рідини або стиснене повітря.
Двигуни постійного струму:На даний момент більшість роботів використовують електродвигуни, які можуть бути кількох видів.
Крокові електродвигуни:Як можна припустити з назви, крокові електродвигуни не обертаються вільно, подібно до двигунів постійного струму. Вони повертаються крок за кроком на певний кут під управлінням контролера. Це дозволяє обійтися без датчика положення, так як кут, на який було зроблено поворот, свідомо відомий контролеру; тому такі двигуни часто використовуються в приводах багатьох роботів та верстатах з ЧПУ.
П'єзодвигуни:Сучасною альтернативою двигунам постійного струму є п'єзодвигуни, також відомі як ультразвукові двигуни. Принцип їх роботи дуже оригінальний: крихітні п'єзоелектричні ніжки, що вібрують із частотою більше 1000 разів на секунду, змушують двигун рухатися по колу або прямий. Перевагами подібних двигунів є висока нанометрична роздільна здатність, швидкість і потужність, несумірна з їх розмірами. П'єзодвигуни вже доступні на комерційній основі та також застосовуються на деяких роботах.
Повітряні м'язи:Повітряні м'язи – простий, але потужний пристрій для забезпечення сили тяги. При накачуванні стисненим повітрям м'язи здатні скорочуватися до 40% своєї довжини. Причиною такої поведінки є плетіння, видиме із зовнішнього боку, яке змушує м'язи бути або довгими і тонкими, або короткими і товстими. ]. Так як спосіб їх роботи схожий з біологічними м'язами, їх можна використовувати для роботи з м'язами та скелетом, аналогічними м'язам та скелету тварин.
Електроактивні полімери:Електроактивні полімери – це вид пластмас, який змінює форму у відповідь на електричну стимуляцію. Вони можуть бути сконструйовані таким чином, що можуть гнутися, розтягуватись або скорочуватися. Втім, в даний час немає ЕАП, придатних для виробництва комерційних роботів, так як всі зразки, що нині існують, неефективні або неміцні.
Еластичні нанотрубки:Це - перспективна експериментальна технологія, що знаходиться на ранній стадії розробки. Відсутність дефектів нанотрубках дозволяє волокну еластично деформуватися на кілька відсотків. Людський біцепс може бути замінений дротом з такого матеріалу діаметром 8 мм. Подібні компактні «м'язи» можуть допомогти роботам у майбутньому обганяти та перестрибувати людину.

Способи переміщення

Колісні та гусеничні роботи

Найбільш поширеними роботами цього класу є чотириколісні та гусеничні роботи. Створюються також роботи, що мають іншу кількість коліс; у цьому випадку нерідко вдається спростити конструкцію робота, а також надати можливість працювати в просторах, де чотириколісна конструкція виявляється непрацездатною.

Двоколісні роботи, як правило, використовують для визначення кута нахилу корпусу робота і вироблення подається на приводи роботів відповідного керуючого напруження(з метою забезпечити утримання рівноваги та виконання необхідних переміщень) ті чи інші гіроскопічні пристрої. Завдання утримання рівноваги двоколісного робота пов'язані з динамікою зворотного маятника. Розроблено безліч подібних «балансуючих» пристроїв. До таких пристроїв можна віднести Сегвей, який може бути використаний як компонент робота; так, наприклад, сегвей використаний як транспортна платформа в розробленому НАСА роботі Робонавт.

Одноколісні роботи багато в чому є розвиток ідей, пов'язаних з двоколісними роботами. Для переміщення в 2D просторі як єдине колесо може використовуватися куля, що приводиться в обертання кількома приводами. Декілька розробок подібних роботів вже існують. Прикладами можуть бути шаробот розроблений в університеті Карнегі - Меллона , шаробот «BallIP», Розроблений в університеті Тохоку Гакуїн ( англ. Tohoku Gakuin University ) , або шаробот Rezero , розроблений у Швейцарській вищій технічній школі . Роботи такого типу мають деякі переваги, пов'язані з їхньою витягнутою формою, які можуть дозволити їм краще інтегруватися в людське оточення, ніж це можливо для роботів деяких інших типів.

Існує кілька прототипів сферичних роботів. Деякі їх для організації переміщення використовують обертання внутрішньої маси . Роботів такого типу називають англ. spherical orb robots, англ. orb bot та англ. ball bot.

У ряді конструкцій мобільних колісних роботів використовуються роликонесучі колеса типу «omnidirectional» («всеспрямовані колеса»); такі роботи відрізняються підвищеною маневреністю.

Для переміщення по нерівних поверхнях, траві та кам'янистої місцевості розробляються шестиколісні роботи, які мають більше зчеплення в порівнянні з чотириколісними. Ще більше зчеплення забезпечують гусениці. Багато сучасних бойових робіт, а також роботи, призначені для переміщення по грубих поверхнях, розробляються як гусеничні. Водночас утруднено використання подібних роботів у приміщеннях, на гладких покриттях та килимах. Прикладами таких роботів можуть бути розроблений НАСА робот англ. Urban Robot («Urbie»), розроблені компанією iRobot роботи Warrior і PackBot.

Крокуючі роботи

Перші публікації, присвячені теоретичним та практичним питанням створення крокуючих роботів, відносяться до 1970-1980-х років.

Переміщення робота з використанням «ніг» є складним завданням динаміки. Вже створено кілька роботів, що переміщаються на двох ногах, але ці роботи поки що не можуть досягти такого стійкого руху, яке властиво людині. Також створено безліч механізмів, що переміщуються на більш ніж двох кінцівках. Увага до подібних конструкцій обумовлена тим, що вони легші у проектуванні. Пропонуються також гібридні варіанти (як, наприклад, роботи з фільму "Я, робот", здатні переміщатися на двох кінцівках під час ходьби та на чотирьох кінцівках під час бігу).

Роботи, що використовують дві ноги, зазвичай добре переміщаються по підлозі, а деякі конструкції можуть переміщатися сходами. Переміщення пересіченою місцевістю є складним завданням для роботів такого типу. Існує низка технологій, що дозволяють переміщатися крокуючим роботам:

Сервопривід + гідромеханічний привід - рання технологія конструювання крокуючих роботів, реалізована в низці моделей експериментальних роботів, виготовлених компанією General Electric у 1960-ті роки. Першим втіленим у металі за вказаною технологією проектом GE і, ймовірно, першим у світі крокуючим роботом військового призначення став «чотириногій транспортер» Walking Truck (машина має роботизовані кінцівки, управління здійснюється людиною, яка знаходиться безпосередньо в кабіні).

Адаптивні алгоритми підтримання рівноваги. Здебільшого базуються на розрахунку відхилень миттєвого становища центру мас робота від статично стійкого становища чи якоїсь наперед заданої траєкторії його руху. Зокрема, подібну технологію використовує крокуючий робот-носій Big Dog. При русі цей робот підтримує постійним відхилення поточного положення центру мас від точки статичної стійкості, що тягне за собою необхідність своєрідної постановки ніг («колінки всередину» або «тянитолкай»), а також створює проблеми зі зупинкою машини на одному місці та відпрацюванням перехідних режимів ходьби. Адаптивний алгоритм підтримки стійкості також може базуватися на збереженні постійного напрямку вектора швидкості центру мас системи, проте подібні методики виявляються ефективними лише на досить високих швидкостях. p align="justify"> Найбільший інтерес для сучасної робототехніки представляє розробка комбінованих методик підтримки стійкості, що поєднують розрахунок кінематичних характеристик системи з високоефективними методами імовірнісного та евристичного аналізу.

Інші методи переміщення

Два змієподібних повзаючих робота. Лівий оснащений 64 приводами, правий - десятьма

Системи управління

Під керуванням роботомрозуміється рішення комплексу завдань, пов'язаних з адаптацією робота до кола завдань, програмуванням рухів, синтезом системи управління та її програмного забезпечення.

За типом управління робототехнічні системи поділяються на:

Біотехнічні:
- командні (кнопкове та важільне управління окремими ланками робота);
- копіюючі (повтор руху людини, можлива реалізація зворотного зв'язку, що передає зусилля, екзоскелети);
- напівавтоматичні (управління одним командним органом, наприклад, рукояткою всієї кінематичної схемою робота);
Автоматичні:
- програмні (функціонують по заздалегідь заданої програмі, переважно призначені на вирішення одноманітних завдань у постійних умов оточення);
- адаптивні (вирішують типові завдання, але адаптуються під умови функціонування);
- інтелектуальні (найрозвиненіші автоматичні системи);
Інтерактивні:
- автоматизовані (можливе чергування автоматичних та біотехнічних режимів);
- супервізорні (автоматичні системи, в яких людина виконує лише цільові функції);
- діалогові (робот бере участь у діалозі з людиною на вибір стратегії поведінки, при цьому зазвичай робот оснащується експертною системою, здатною прогнозувати результати маніпуляцій і дає поради щодо вибору мети).

Серед основних завдань управління роботами виділяють такі:

планування положень;
планування рухів;
планування сил та моментів;
аналіз динамічної точності;
ідентифікація кінематичних та динамічних характеристик робота.

У розвитку методів управління роботами велике значення мають досягнення технічної кібернетики та теорії автоматичного управління.

Області застосування

Середня кількість роботів у світі у 2017 р. складає 69 на 10 000 працівників. Найбільша кількість роботів у Південній Кореї – 531 на 10 000 працівників, Сінгапурі – 398, Японії – 305, Німеччини – 301.

Освіта

Робототехнічні комплекси також популярні в галузі освіти як сучасні високотехнологічні дослідницькі інструменти в галузі теорії автоматичного управління та мехатроніки. Їх використання у різних навчальних закладах середньої та вищої професійної освіти дозволяє реалізовувати концепцію «навчання на проектах», покладену в основу такої великої спільної освітньої програми США та Європейського Союзу, як ILERT. Застосування можливостей робототехнічних комплексів в інженерній освіті дає можливість одночасного відпрацювання професійних навичок відразу з кількох суміжних дисциплін: механіка, теорія управління, схемотехніка, програмування, теорія інформації. Потреба комплексних знань сприяє розвитку зв'язків між дослідницькими колективами. Крім того, студенти вже у процесі профільної підготовки стикаються з необхідністю вирішувати реальні практичні завдання.

Популярні робототехнічні комплекси для навчальних лабораторій:

Існують та інші. Центр педагогічної майстерності Москви порівняв найбільш популярні платформи та робототехнічні конструктори.

Професія Мобільний робототехнік входить до списку ТОП-50 найпопулярніших професій за версією Мінпраці РФ

Прогнозується, що обсяг продажу роботів для освіти та науки у 2016-2019 роках. складе 8 млн одиниць.

Промисловість

На виробництві роботи успішно використовуються вже протягом десятиліть. Роботи успішно замінюють людину під час виконання рутинних, енергоємних, небезпечних операцій. Роботи не втомлюються, їм не потрібні паузи на відпочинок, вода та їжа. Роботи не вимагають підвищення заробітної плати та не є членами профспілок.

Як правило, промислові роботи не мають штучного інтелекту. Типовим є повторення тих самих переміщень маніпулятора за жорсткою програмою.

Великих успіхів досягнуто, наприклад, у застосуванні роботів на конвеєрах автомобільних заводів. Вже існують плани підприємств автомобільної промисловості, де всі процеси збирання автомобілів та транспортування напівфабрикатів здійснюватимуться роботами, а люди лише їх контролюватимуть.

В атомній та хімічній промисловості роботи широко використовуються при роботах у радіоактивних та хімічно небезпечних для людини середовищах.

Створено робот для автоматизованої діагностики стану ЛЕП, що складається з безпілотного вертольота та пристрою для посадки та руху по грозозахисному тросу.

У промисловості всіх країн світу в 2016 році використовувалося 1,8 млн. штук роботів, прогнозується, що до 2020 року їх кількість перевищить 3,5 млн. штук.

Прогнозується, що обсяг продажів роботів у 2016-2019 роках. для застосування в логістиці, будівництві та знесення становитиме 177 тис. одиниць.

Сільське господарство

У сільському господарстві застосовуються перші роботи, які здійснюють автоматизований догляд за сільськогосподарськими культурами. Випробовуються перші роботизовані парники з вирощування овочів.

Прогнозується, що обсяг продажів роботів у 2016-2019 роках. для застосування у сільському господарстві складе 34 тис. одиниць.

Медицина

У медицині робототехніка знаходить застосування у вигляді різних екзоскелетів, які допомагають людям з порушеннями функції опорно-рухового апарату. Розробляються мініатюрні роботи для вживлення в організм людини з медичною метою: кардіостимулятори, датчики інформації тощо.

У Росії розроблено перший роботіческій хірургічний комплекс для виконання операцій в урології.

Прогнозується, що обсяг продажів роботів у 2016-2019 роках. для застосування в медицині складе 8 тис. одиниць.

Космонавтика

Роботи-маніпулятори використовуються в космічних літальних апаратах. Наприклад, в космічному апараті спостереження Орлець був присутній так званий капсульний автомат, що завантажує малогабаритні капсули, що спускаються, знятою плівкою. Планетоходи, такі, як місяцехід і марсохід, можуть розглядатися як найцікавіші приклади мобільних роботів.

Спорт

Перший чемпіонат світу з футболу серед роботів пройшов у Японії 1996 року (див. RoboCup).

Транспорт

За прогнозами, випуск повністю автоматизованих легкових автомобілів із автопілотом у 2025 році складе 600 тис. шт.

Військова справа

Вже розроблено перші повністю автономні роботи для військового застосування. Почалися міжнародні переговори про їхню заборону.

Пожежна безпека

Пожежні роботи (роботизовані установки) активно застосовуються у пожежогасінні. Робот здатний самостійно без допомоги людини виявити вогнище загоряння, розрахувати координати, направити вогнетривкий засіб до центру загоряння. Як правило, ці роботи встановлюються на вибухонебезпечних об'єктах. ] .

Соціальні наслідки роботизації

Зазначається, що годинна оплата ручної праці розвинених країнах зростає приблизно 10-15 % на рік, а витрати на експлуатацію робототехнічних пристроїв збільшуються на 2-3 %. При цьому рівень погодинної оплати американського робітника перевищив вартість години роботи робота приблизно в середині 70-х років XX століття. Як наслідок, заміна людини на робочому місці роботом починає приносити чистий прибуток приблизно через 2,5-3 роки.

Роботизація виробництва зменшує конкурентну перевагу економік з дешевою робочою силою та викликає переміщення кваліфікованої робочої сили з виробництва у сферу послуг. У перспективі масові професії (водії, продавці) будуть роботизовані. У Росії її можна замінити до половини робочих місць .

Збільшення кількості використовуваних у промисловості США роботів на одну штуку в період з 1990 по 2007 рік призводило до ліквідації шести робочих місць у людей. Кожен новий робот на тисячу робочих місць знижує середню зарплату економіки США в середньому на половину відсотка.

Див. також

Примітки

Політехнічний термінологічний тлумачний словник / Упорядкування: В. Бутаков, І. Фаградянц. - М: Polyglossum, 2014.
Традиційний переклад російською у творах А. Азимова.
, с. 3.
, с. 1.
, с. 101.
, с. 11.
, с. 26.
В. Л. Конюх. Історія робототехніки// Основи робототехніки. – Ростов-на-Дону: «Фенікс», 2008. – С. 21. – 281 с. - ISBN 978-5-222-12575-5.
Wesley L. Stone. The History of Robotics // Robotics and automation handbook / Thomas R. Kurfess. - Boca Raton, London, New York, Washington, DC: CRC PRESS, 2005. - ISBN 0-8493-1804-1.
, с. 6-7.
, с. 9.
Air Muscles from Image Company
Air Muscles from Shadow Robot (неопр.) (недоступне посилання)Архівовано 27 вересня 2007 року.
T.O.B.B (неопр.) . Mtoussaint.de. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
nBot, a 2 wheel balancing robot (неопр.) . Geology.heroy.smu.edu. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
ROBONAUT Activity Report (неопр.) . NASA (лютий 2004). Дата звернення 20 жовтня 2007 року. Архівовано 20 серпня 2007 року.
IEEE Spectrum: A Robot That Balances on a Ball (неопр.) . Spectrum.ieee.org. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Rezero – Focus Project Ballbot (неопр.) . ethz.ch. Дата звернення 11 грудня 2011 року. Архівовано 4 лютого 2012 року.
Carnegie Mellon (2006-08-09). Carnegie Mellon Researchers Develop New Type of Mobile Robot Це баланси та рухи на Ball Instead of Legs or Wheels. Прес-реліз. Перевірено 2007-10-20.
Spherical Robot Can Climb Over Obstacles (неопр.) Архівовано 24 серпня 2011 року.
Rotundus (неопр.) . Rotundus.se. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
OrbSwarm Gets A Brain (неопр.) . BotJunkie (11 липня 2007 року). Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Rolling Orbital Bluetooth (неопр.) . BotJunkie. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Swarm (неопр.) . Orbswarm.com. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
The Ball Bot: (неопр.) (недоступне посилання). Blogs.sun.com. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Senior Design Projects | College of Engineering & Applied Science | University of Colorado at Boulder (неопр.) (недоступне посилання). Engineering.colorado.edu (30 квітня 2008 року). Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Мартиненко Ю. Г., Формальський А. М.Про рух мобільного робота з роликонесучими колесами // Вісті РАН. Теорія та системи управління. - 2007. - №6. - С. 142-149.
Андрєєв А. С., Перегудова О. А.Про управління рухом колісного мобільного робота // Прикладна математика та механіка. – 2015. – Т. 79, № 4 . - С. 451-462.
JPL Robotics: System: Commercial Rovers
Multipod robots easy to construct
AMRU-5 hexapod robot
Achieving Stable Walking (неопр.) . Honda Worldwide. Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Funny Walk (неопр.) . Pooter Geek (28 грудня 2004 року). Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
ASIMO's Pimp Shuffle (неопр.) . Popular Science (9 січня 2007 року). Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Vtec Forum: A drunk robot? thread
3D One-Leg Hopper (1983–1984) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
3D Biped (1989-1995) (неопр.) Архівовано 24 серпня 2011 року.
Quadruped (1984-1987) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Дата звернення 26 березня 2011 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Testing the Limits (неопр.) . Boeing. Дата звернення 9 квітня 2008 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Air Penguin – роботи пінгвіни на виставці в Ганновері
Інформація про Air Penguin на сайті компанії Festo
Air-Ray Ballonet, анг.
Опис AirJelly на сайті компанії Festo, англ.
Ma, Kevin Y.; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B.; Wood, Robert J. Controlled Flight of Biologically Inspired, Insect-Scale Robot (англ.) // Science: journal. - 2013. - May (vol. 340, no. 6132). - P. 603-607. - DOI: 10.1126/science.1231806.
Чорновусько Ф. Л.Хвилеподібні рухи багатолапника горизонтальною площиною // Прикладна математика і механіка. – 2000. – Т. 64, вип. 4 . - С. 518-531.
Князьков M. M., Башкиров С. А.Плоске пересування багатоланкового робота поверхнею з сухим тертям // Мехатроніка, автоматизація, управління. - 2004. - №3. - С. 28-32.
Осадченко Н. В., Абдельрахман А. М. З.Комп'ютерне моделювання руху мобільного повзаючого робота // Вісник МЕІ. - 2008. - №5. - С. 131-136.
Miller, Gavin. Introduction (неопр.) . snakerobots.com. Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
ACM-R5 (неопр.) (недоступне посилання). Дата звернення 10 квітня 2011 року. Архівовано 11 жовтня 2011 року.
Swimming snake robot.
Capuchin at YouTube
Градецький В. Г., Вєшніков В. Б., Калініченко С. В., Кравчук Л. М.Керований рух мобільних роботів по довільно орієнтованих у просторі поверхонь. - М.: Наука, 2001. - 360 с.
Wallbot at YouTube
Stanford University: Stickybot
Sfakiotakis, et al. Review of Fish Swimming Modes for Aquatic Locomotion (англ.): journal. – IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1999. – April. Архівовано 26 вересня 2007 року.

Слово «робототехніка» чули багато разів. Але що це таке?

По-англійськи воно звучить трохи коротше - robotics - але сенс зовсім не змінюється.

Робототехніка – це наука створення технічних системз автоматизацією. Це означає, що робототехніка, по суті є синтез програмування софта, що управляє, механіки (це слово прийшло з грецької - μηχανική ( правда, красиво виглядає?) - мистецтво побудови машин) і електроніки, тому що роботи - все ж таки поки що електронні механізми.

Космічні апарати, сервіс-роботи, військові механізми, виробничі машини - роботів сьогодні така кількість, що навряд чи хто візьметься відразу перерахувати всі їхні види (але трохи). Робототехніка займається забезпеченням розвитку всіх цих численних напрямів.

Так, наприклад, для створення найпростішого необхідно:

наявність двигуна (як мінімум – для руху ніг),
наявність систем підтримки рівноваги (гіроскопи, датчики визначення положення, ультразвукові датчики для визначення перешкод),
системи управління (може бути заснована як на автономній програмі, що оперує даними із сенсорів, так і на зовнішньому пульті управління).

Датчики, двигуни, програма керування, інтерфейс зв'язку з оператором.
Тобто навіть для простого андроїда потрібна робота фахівців з багатьох спеціальностей. Сьогодні роботів уже стільки, що ні в кого не виникає тез про те, що робототехніка — це наука тільки для майбутнього. А необхідність максимально ефективно розробляти нові рішення та визначили виділення робототехніки в окрему науку.

Робот - це програмований механічний пристрій, здатний виконувати завдання та взаємодіяти із зовнішнім середовищем без допомоги з боку людини. Робототехніка - це наукова та технічна база для проектування, виробництва та застосування роботів.

Слово «робот» було вперше використано чеським драматургом Карлом Чапеком у 1921. У його творі «Універсальні роботи Россума» йшлося про клас рабів, штучно створених людиноподібних слуг, які борються за свою свободу. Чеське слово "robota" означає "примусове рабство". Слово «робототехніка» було вперше застосовано відомим автором наукової фантастики Айзеком Азімовим у 1941 році.

Базові компоненти робота

Компоненти робота: тіло/рама, система управління, маніпулятори, та ходова частина.

Тіло/рама:Тіло, або рама, робота може мати будь-яку форму та розмір. Спочатку тіло/рама забезпечує конструкцію робота. Більшість людей знайомі з людиноподібними роботами, які використовуються для зйомок кінофільмів, але насправді більшість роботів не мають нічого спільного з людським виглядом. (Робонафт НАСА, поданий у попередньому розділі, є винятком). Як правило, у проекті робота увага приділяється функціональності, а не зовнішності.

Система управління:Система управління робота є еквівалентом центральної нервової системи людини. Вона призначена для координування керування всіма елементами робота. Датчики реагують на взаємодію робота із зовнішнім середовищем. Відповіді датчиків надсилаються в центральний процесор (ЦП). ЦП обробляє дані за допомогою програмного забезпечення та приймає рішення на базі логіки. Те саме відбувається при введенні команди користувача.

Маніпулятори:Для виконання завдання більшість роботів взаємодіє із зовнішнім середовищем, а також навколишнім світом. Іноді потрібно переміщення об'єктів довкілля без участі операторів. Маніпулятори не є елементом базової конструкції робота, як його тіло/рама або система управління, тобто робот може працювати без маніпулятора. У цьому курсі акцент робиться на тему маніпуляторів, особливо блок 6.

Ходова частина:Хоча деякі роботи можуть виконувати поставлені завдання, не змінюючи своє розташування, часто від роботів потрібна здатність переміщатися з одного місця до іншого. Для виконання цього завдання роботу необхідна ходова частина. Ходова частина є приводним засобом переміщення. Роботи-гуманоїди оснащені ногами, тоді як ходова частина багатьох інших роботів реалізована за допомогою коліс.

Можливості застосування та приклади роботів

На сьогоднішній день, роботи мають масу застосувань. Області застосування поділяються на три основні категорії:

промислові роботи;
дослідницькі роботи;
освітні роботи.

Промислові роботи

У промисловості для виконання величезної кількості робіт необхідні висока швидкість і точність. Протягом багатьох років відповідальність за виконання подібних робітнесли люди. З розвитком технологій, використання роботів дозволило прискорити та підвищити точність багатьох виробничих процесів. Це і упаковка, складання, фарбування та укладання на піддони. Спочатку роботи виконували лише особливі види повторюваних робіт, де потрібно дотримання простого заданого набору правил. Тим не менш, з розвитком технологій промислові роботи стали набагато рухливішими, і тепер вони здатні приймати рішення на основі складної відповіді від датчиків. Сьогодні промислові роботи часто оснащені системами технічного зору. До кінця 2014 року міжнародна робототехнічна федерація прогнозувала обсяг застосування промислових роботів у всьому світі понад 1,3 мільйона одиниць!

Роботи можуть використовуватися для виконання складних, небезпечних завдань, а також завдань, які людина виконати не в змозі. Наприклад, роботи здатні знешкоджувати бомби, обслуговувати ядерні реактори, досліджувати глибини океану і досягати найдальших куточків космосу.

Дослідницькі роботи

Роботи мають широке застосування у світі досліджень, тому що їх часто використовують для виконання завдань, у вирішенні яких людина безпорадна. Найбільш небезпечні та складні середовища знаходяться під поверхнею Землі. З метою вивчення космічного простору та планет сонячної системи в НАСА протягом використовувалися космічні апарати, посадкові модулі та всюдиходи з функціями роботів.

Роботи Pathfinder та Sojourner

Для марсіанської місії Pathfinder була розроблена унікальна технологія, що дозволяє здійснити доставку обладнаного посадкового модуля та роботизованого всюдихода Sojourner на поверхню Марса. Sojourner був першим всюдиходом, відправленим на планету Марс. Маса всюдихода Sojourner на поверхні землі складає 11 кг (24,3 фунта), на поверхні Марса – прибл. 9 фунтів, яке розміри можна порівняти з розмірами дитячої коляски. Всюдихід має шість коліс і може переміщатися зі швидкістю до 0,6 метрів (1,9 футів) за хвилину. Місію було запущено на поверхні Марса 4 липня 1997 року. Pathfinder не тільки виконав своє пряме завдання, але також повернувся на Землю з великою кількістю зібраних даних та перевищив свій проектний термін експлуатації.

Всюдиходи Spirit та Opportunity

Марсіанські дослідні всюдиходи (MER) Spirit та Opportunity були відправлені на Марс влітку 2003 року та приземлилися у січні 2004 року. Їхня місія полягала у дослідженні та класифікації великої кількості каменів та ґрунтів з метою виявлення залишків води на Марсі, сподіваючись на відправку на планету людської місії. Незважаючи на те, що запланована тривалість місії складала 90 днів, вона насправді перевищила шість років. За цей час було зібрано безліч геологічних даних про Марса.

Роботизована рука космічного корабля

Коли проектувальники НАСА вперше розпочали проектування космічного корабля, вони зіткнулися із завданням, висловленим у необхідності безпечної та ефективної доставки до космічного простору величезного, але, на щастя, невагомого обсягу вантажу та обладнання. Система дистанційного маніпулювання (RMS), або Канадарм (канадський дистанційний маніпулятор), здійснила перший вихід у космос 13 листопада 1981 року.

Рука має шість рухомих з'єднань, що імітують людську руку. Два з'єднання розташовані в плечі, одна - в лікті, і ще три - в пензлі. На кінці пензля встановлено захватний пристрій, здатний захоплювати або зачіплювати потрібний вантаж. В умовах невагомості рука здатна піднімати 586 000 фунтів вантажу та виконувати їхнє розміщення з дивовижною акуратністю. Загальна маса руки лежить на поверхні Землі становить 994 фунта.

RMS використовувалася для запуску та пошуку супутників, а також виявилася безцінним помічником для астронавтів у процесі ремонту космічного телескопа Хаббла. Остання місія Канадарм у складі космічного корабля стартувала у липні 2011 року та стала дев'яностою місією цього робота.

Мобільні обслуговуючі системи

Мобільна обслуговуюча система (MSS) є системою, аналогічною RMS, і відома також як Канадарм 2. Система була спроектована для встановлення на міжнародній космічній станції як об'єктний маніпулятор. MSS призначена для обслуговування обладнання та приладів, встановлених на міжнародній космічній станції, а також надання допомоги при транспортуванні продовольства та обладнання в межах станції.

Dextre

У рамках космічної місії STS-123 у 2008, космічний корабель Endeavor здійснював перевезення останньої частини гнучкого маніпулятора спеціального призначення Dextre.

Dextre – це робот, оснащений двома невеликими руками. Робот здатний виконувати завдання з точної збірки, які до цього виконували астронавти під час входу у відкритий космос. Dextre може транспортувати об'єкти, користуватися інструментами та здійснювати встановлення чи видалення обладнання на космічній станції. Dextre також оснащений освітленням, відеообладнанням, інструментальною базою, а також чотирма власниками інструментів. Датчики дозволяють роботу «відчувати» об'єкти, з якими він має справу, та автоматично реагувати на рухи чи зміни. Команда може спостерігати за роботою за допомогою чотирьох камер.

За конструкцією робот нагадує людину. Верхня частина тіла може повертатися в талії, а плечі утримують руки, розташовані з двох сторін.

Роботи в освіті

Робототехніка стала захоплюючим та доступним інструментом навчання та підтримки STEM, проектування та підходів до вирішення завдань. У робототехніці учні отримують можливість реалізувати себе в ролі проектувальників, артистів та техніків одночасно, використовуючи власні руки та голову. За рахунок цього відкриваються величезні можливості застосування наукових та математичних засад.

У сучасної системиосвіти, з урахуванням фінансових обмежень, середні та вищі школи перебувають у постійному пошуку економічно вигідних шляхів викладання складних програм, що поєднують технології з безліччю дисциплін, які навчаються для їх підготовки до професійної діяльності. Викладачі відразу бачать переваги робототехніки та даного навчального курсу, тому що в них реалізовано міжпредметний метод поєднання різних дисциплін. На додаток, робототехніка пропонує найбільш доступне та придатне для повторного використання обладнання.

Сьогодні більш ніж будь-коли школи застосовують робототехнічні програми в класі для "пожвавлення" навчальних курсів і забезпечення відповідності широкому спектру академічних стандартів, необхідних для учнів. Робототехніка не тільки є унікальною та широкою базою для викладання різноманітних технічних дисциплін, але також областю техніки, що значно впливає на розвиток сучасного суспільства.

Чому робототехніка важлива?

Як видно з розділу «Можливості застосування та приклади роботів», робототехніка є новою областю техніки, яка застосовується в багатьох сферах життя людини. p align="justify"> Важливим фактором розвитку суспільства є освіченість всіх його членів у частині існуючих технологій. Але це не єдина причина значущості робототехніки. Робототехніка унікальним чином поєднує основи дисциплін STEM (природничі науки, технології, інженерія та математика). У процесі навчання у класі учні вивчають різні дисципліни та його взаємозв'язку, використовуючи сучасні, технологічні та цікаві інструменти. Крім цього, візуальне подання проектів, яке вимагається від учні, стимулює їх до експериментів та прояву винахідливості у процесі пошуку естетичних та працездатних рішень. Комбінуючи ці аспекти роботи, учні піднімають свої знання та можливості на новий рівень.

Роботехніка- порівняно новий та інтенсивно розвивається науковий напрямок, викликаний до життя необхідністю освоєння нових сфер та сфер діяльності людини, а також потребою широкої автоматизації сучасного виробництва, спрямованої на різке підвищення його ефективності. Використання автоматичних програмованих пристроїв – роботів – у дослідженні космосу та океанських глибин, а з 60-х років. нашого століття та у виробничій сфері, швидкий прогрес у галузі створення та використання роботів в останні роки зумовили необхідність інтеграції наукових знань ряду суміжних фундаментальних та технічних дисциплін в єдиному науково-технічному напрямі – робототехніці.

Ідея створення роботів - механічних пристроїв, своїм зовнішнім виглядом і діями подібних до людей або будь-яким живим істотам, захоплювала людство з незапам'ятних часів. Навіть у легендах і міфах людина прагнула створити образ рукотворних істот, наділених фантастичною фізичною силою і спритністю, здатних літати, жити під землею та водою, діяти самостійно і в той же час беззаперечно підкорятися людині та виконувати за неї найважчу та найнебезпечнішу роботу. Ще в "Іліаді" Гомера (VI ст. До н. Е..) Ідеться про те, що хромоногий коваль Гефест, бог вогню і покровитель ковальського ремесла, викував із золота дівчат, які виконували його доручення.

Назустріч йому золоті служниці вмить підбігали, Подібні дів живим, у яких Розум у грудях укладений і голос, і сила, Яких найрізноманітніших праць навчали Безсмертні боги...

У сучасної людини ці "служниці" неодмінно асоціюються з антропоморфними, тобто. створеними за образом та подобою людини, автоматичними універсальними пристроями – роботами.

Теорія робототехнікиспирається на такі дисципліни, як електроніка, механіка, інформатика, а також радіотехніка та електротехніка. Виділяють будівельну, промислову, побутову, авіаційну та екстремальну (військову, космічну, підводну) робототехніку.

Сьогодні людство практично впритул підійшло до того моменту, коли роботи будуть використовуватися у всіх сферах життєдіяльності. Тому курси робототехніки та комп'ютерного програмування необхідно вводити до освітніх закладів.

Вивчення робототехніки дозволяє вирішити такі завдання, що стоять перед інформатикою як навчальним предметом. А саме, розгляд лінії алгоритмізація та програмування, виконавець, основи логіки та логічні основи комп'ютера.

Також вивчення робототехніки можливе в курсі математики (реалізація основних математичних операцій, конструювання роботів), технології (конструювання роботів як за стандартними зборками, так і довільно), фізики (збирання деталей конструктора, необхідних для руху робота-шасі).

Класи роботів

Маніпуляційний робот- автоматична машина (стаціонарна або пересувна), що складається з виконавчого пристрою у вигляді маніпулятора, що має кілька ступенів рухливості, та пристрої програмного управління, яка служить для виконання у виробничому процесі рухових та керуючих функцій. Такі роботи виробляються в підлоговому, підвісному та портальному виконаннях. Набули найбільшого поширення в машинобудівних та приладобудівних галузях.

Мобільний робот- автоматична машина, в якій є шасі, що рухається, з автоматично керованими приводами. Такі роботи можуть бути колісними, крокуючими та гусеничними (існують також повзаючі, плаваючі та літаючі мобільні робототехнічні системи).

Компоненти роботів

Приводи- Це «м'язи» роботів. В даний час найпопулярнішими двигунами в приводах є електричні, але застосовуються інші, що використовують хімічні речовини або стиснене повітря.

Двигуни постійного струму: Зараз більшість роботів використовують електродвигуни, які можуть бути кількох видів.

Крокові електродвигуни: Як можна припустити з назви, крокові електродвигуни не обертаються вільно, подібно до двигунів постійного струму. Вони повертаються крок за кроком на певний кут під управлінням контролера. Це дозволяє обійтися без датчика положення, так як кут, на який було зроблено поворот, свідомо відомий контролеру; тому такі двигуни часто використовуються в приводах багатьох роботів та верстатах з ЧПУ.

П'єзодвигуни: Сучасною альтернативою двигунам постійного струму є п'єзодвигуни, також відомі як ультразвукові двигуни. Принцип їх роботи дуже оригінальний: крихітні п'єзоелектри.

ні ніжки, що вібрують з частотою більше 1000 разів на секунду, змушують мотор рухатися по колу або прямий. Перевагами подібних двигунів є висока нанометрична роздільна здатність, швидкість і потужність, несумірна з їх розмірами. П'єзодвигуни вже доступні на комерційній основі та також застосовуються на деяких роботах.

Повітряні м'язи: Повітряні м'язи - простий, але потужний пристрій для забезпечення сили тяги При накачуванні стисненим повітрям м'язи здатні скорочуватися до 40% своєї довжини. Причиною такої поведінки є плетіння, видиме із зовнішнього боку, яке змушує м'язи бути або довгими і тонкими, або короткими і товстими. Так як спосіб їх роботи схожий з біологічними м'язами, їх можна використовувати для роботи з м'язами та скелетом, аналогічними м'язам і скелету тварин.

Електроактивні полімери: Електроактивні полімери - це вид пластмас, який змінює форму у відповідь на електричну стимуляцію. Вони можуть бути сконструйовані таким чином, що можуть гнутися, розтягуватись або скорочуватися. Втім, в даний час немає ЕАП, придатних для виробництва комерційних роботів, так як всі зразки, що нині існують, неефективні або неміцні.

Еластичні нанотрубки: Це - багатообіцяюча експериментальна технологія, що знаходиться на ранній стадії розробки Відсутність дефектів нанотрубках дозволяє волокну еластично деформуватися на кілька відсотків. Людський біцепс може бути замінений дротом з такого матеріалу діаметром 8 мм. Подібні компактні «м'язи» можуть допомогти роботам у майбутньому обганяти та перестрибувати людину.

Способи переміщення

Колісні та гусеничні роботи

Крокуючі роботи

Інші методи переміщення:

Роботи, що літають (у тому числі БПЛА - безпілотні літальні апарати).
Роботи, що повзають.
Роботи, що переміщаються вертикальними поверхнями.
Плаваючі роботи.

Системи управління

Під управлінням роботом розуміється рішення комплексу завдань, пов'язаних з адаптацією робота до кола завдань, програмуванням рухів, синтезом системи управління та її програмного забезпечення.

За типом управління робототехнічні системи поділяються на:

1. Біотехнічні:

1.1. командні (кнопкове та важільне управління окремими ланками робота);

1.2. копіюючі (повтор руху людини, можлива реалізація зворотного зв'язку, що передає зусилля, екзоскелети);

1.3. напівавтоматичні (управління одним командним органом, наприклад, рукояткою всієї кінематичної схемою робота);

2. Автоматичні:

2.1. програмні (функціонують по заздалегідь заданої програмі, переважно призначені на вирішення одноманітних завдань у постійних умов оточення);

2.2. адаптивні (вирішують типові завдання, але адаптуються під умови функціонування);

2.3. інтелектуальні (найрозвиненіші автоматичні системи);

3. Інтерактивні:

3.1. автоматизовані (можливе чергування автоматичних та біотехнічних режимів);

3.2. супервізорні (автоматичні системи, в яких людина виконує лише цільові функції);

3.3. діалогові (робот бере участь у діалозі з людиною на вибір стратегії поведінки, при цьому зазвичай робот оснащується експертною системою, здатною прогнозувати результати маніпуляцій і дає поради щодо вибору мети).

Серед основних завдань управління роботами виділяють такі:

планування положень;
планування рухів;
планування сил та моментів;
аналіз динамічної точності;
ідентифікація кінематичних та динамічних характеристик робота.

Підвиди сучасних роботів:

Промислові роботи

Медичні роботи

Побутові роботи
Роботи для забезпечення безпеки
Бойові роботи

Роботи-вчені

До теперішнього часу роботи впроваджені в багато сфер діяльності людини і продовжують доповнювати і іноді замінювати людську працю як у небезпечних видах діяльності, так і в повсякденному житті.

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

✪ Світ Роботів [Новини науки та технологій]

✪ ЖИВИЙ РОБОТ [Новини науки та технологій]

✪ Team KAIST's DRC-HUBO Robot Completes Tasks в DARPA Robotics Challenge (20x)

✪ RoboSimian Getting Out of Vehicle на DARPA Robotics Challenge Finals

✪ Роботи на службі у дітей: що було на WorldsSkills Russia 2019 Казань?

Субтитри

Сьогодні у випуску: Ілон Маск показала вантажівку і електричний суперкар, що «виносить мозок», а американські розробники Boston Dynamics навчили робота крутити сальто Всім вічного здоров'я! З вами Олександр Смирнов, Правильна Правда та Новини науки та технологій. Друзі, обов'язково догляньте відео до кінця, на вас чекає конкурс із цікавими призами. Ілон Маск відомий своїм ставленням до цього світу – він завжди мріє про більше. Якщо початок року був пов'язаний з появою безпілотних автомобілів, то останні два місяці 2017 року запам'ятаються масовим виходом електричних вантажівок. Глава Tesla Motors представив довгоочікувану електрофуру Tesla Semi Truck. При цьому Маск опублікував у Twitter інтригуючий опис: «Я можу перетворюватися на робота, битися з інопланетянами та варити відмінний латте». Новий транспорт, представлений у дизайнерському центрі Tesla у Каліфорнії, - черговий крок у місії Ілона, мета якої полягає в тому, щоб людство забуло про викопне паливо і перейшло на чисту електроенергію. Так і буде, якщо главі Тесла вдасться переконати транспортну галузь у тому, що треба рухатись далі. У Каліфорнії на категорію важких транспортних засобів припадає 7% загального обсягу транспорту, але вони виробляють понад 20% парникових газів. Будь-яка вантажівка, яка використовуватиме електрику замість дизельного палива, перестане негативно впливати на планету та її мешканців. У той час, як багато хто тільки замислюється про створення електричних вантажівок, у Tesla на це є і ресурси, і інженери, і потужності. Найголовніше - компанія має ресурс, щоб привернути увагу всієї автомобільної галузі. Маск, схоже, не перебільшував, коли казав, що презентація першого електровантажівки від Tesla «винесе всім мозок». Tesla Semi Truck – це повністю електричний вантажний автомобіль. Вже один тільки зовнішній вигляд відрізняє його від будь-яких конкурентів. Фура виглядає дуже футуристичною та більше схожа на люксовий туристичний автобус. Але головні особливості таки під кузовом. Під кабіною встановлено чотири електричні двигуни на задніх осях – по одному з обох боків. При повному завантаженні (36 тонн) вантажівка може розігнатися до 100 кілометрів на годину за 20 секунд. Tesla гарантує ресурс трансмісії на рівні 1,6 млн км, що відповідає приблизно 40 навколосвітнім подорожам. Найбільш важливим моментом є те, що Semi Truck виробник заявляє фантастичні 800+ км ходу одному заряді акумулятора. Нагадаємо, ранні чутки вказували на скромні 320-480 км. Крім того, за 30 хвилин акумуляторна батарея Tesla Semi Truck заряджається на 80%, забезпечуючи вантажівці дальність ходу приблизно 643 км. На відміну від інших вантажівок, крісло водія Tesla Semi розміщене посередині кабіни. Замість звичайних важелів поруч із кермовим колесом розташовані два сенсорні екрани: лівий для моніторингу основних показників та управління різними опціями, а правий – для звичної навігації та управління мультимедійною системою. Автомобіль заявлений як напівавтономний, здатний утримувати смугу руху та гальмування самостійно. Це відповідає 1-2 рівням автономності безпілотних автомобілів. Перші поставки вантажівки очікуються у 2019 році. Раніше Маск стверджував, що автономні електровантажівки дозволять знизити вартість перевезень і одночасно підвищити безпеку. За орієнтовними розрахунками, при заїзді на 160 км, Tesla Semi витрачатиме в середньому 1 долар за кілометр. Це дешевше на 50 центів порівняно з дизельними тягачами. Маск взагалі всіляко тисне на те, що Semi краще і продуктивніше за дизелі за всіма показниками. Не тільки за потужністю, тягою та аеродинамікою, а й за терміном служби. Наприклад, трансмісія електрофури не має передач, гальма через рекуперативну систему мають практично необмежений термін служби. У сумі всі нововведення повинні призвести до того, що Semi буде вигідніше та ефективніше дизельних вантажівок. За рівні проміжки часу вантажівки Маска повинні покривати більш далекі відстані. При цьому великі вкладення в такий транспорт окупляться зниженням операційних витрат. Йдеться про витрати на бензин, а також зарплати водіїв: Tesla планує зробити вантажівки повністю автономними до 2020 року. У ході презентації Ілон Маск не лише представив довгоочікувану вантажівку, а й показав концепт нового дводверного спорткара Tesla Roadster, чим чимало здивував усіх присутніх. І якщо показу вантажівки всі вже зачекалися, то появи такого модного родстера ніхто точно не міг собі уявити. За словами Ілона, це найшвидший серійний електромобіль. До 96 км/год він розганяється за 1,9 секунди, а до 160 км/год за 4,2 секунди. Повнопривідний Roadster зможе проїхати на одному заряді близько 1000 кілометрів, а його максимальна швидкість становитиме близько 400 кілометрів на годину. Масове виробництво Tesla Roadster планується розпочати у 2020 році. Ціна базової моделі – 200 тисяч доларів. На даний момент модельний ряд Tesla складається з трьох легкових автомобілів: хетчбек Model S, кросовер Model X та седан Model 3, продаж якого розпочався влітку 2017 року. За п'ять років, що минули відколи Tesla почала виробляти седан Model S, компанія продала 200 000 автомобілів. У США на дорогах близько 250 мільйонів автомобілів, тому ці 200 000 - крапля в морі. Навіть якщо Tesla зможе наростити виробництво «доступного» седана Model 3, мине багато часу, перш ніж виробник автомобілів з Кремнієвої долини зможе змінити самі принципи пересування людства, які спираються на викопне паливо. Отже: Автомобіль, Вантажівка, Поїзд, Ракета. Чекаємо на причіп з приводом. А потім просто причіп із автопілотом. Залишилося яхта та літак. А швидше за все, з огляду на розмах Маска, трансатлантичний лайнер на 10к пасажирів і що нитка у стилі Цепелінів, але на надзвуку. Цікаво, коли Ілон вже додумається зробити таку класну штуку, типу громадського транспорту яка їздить містом їй не потрібен бак і батарея так як зверху протягнуті дроти, а внизу є рейки. Це просто геніальна ідея. Всі ми з інтересом спостерігаємо за пригодами Ілона і у всіх народжується питання: яким взагалі ця людина може думати, що зараз, саме зараз, найкращий час для виробництва абсолютно нового виду транспортного засобу? Виробництво Model 3 відстає від графіка на кілька місяців. За останній квартал акції компанії просіли, а в судах представників Tesla чекають з поясненнями передбачуваних проблем сексизму та расизму в компанії. Але навряд чи це зупинить Маска у його кипучій діяльності. Саме ця людина намагається переселити людство на Марс, будує багаторазові ракети, намагається запобігти апокаліпсісу з роботами, знищує пробки, роячи тунелі, а також планує запускати людей у бобі по сврехзвуковій трубі. І все одразу. Подумаєш, пару вантажівок поставити на конвеєр. Коли основна маса людей не вірить у майбутнє ел. мобілів, це означає Маск йде вірною дорогою. Тим часом, десь плачуть далекобійники, що катають на камазах нашими "дорогами" Від сміху. Американська лабораторія Boston Dynamics, що прославилася завдяки створенню моторошних роботів, більше не входить до складу Google, але не припиняє розробки. Кілька років тому компанія представила прямохідного робота Атлас. Робота, яка вже вміє повільно перетягувати коробки, створювати бардак в офісі та падати зі сцени. Але цього разу його творці вирішили здивувати нас новими трюками: вони навчили своє дітище основам паркуру. Лабораторія робототехніки Boston Dynamics, яка була заснована при Массачусетському технологічному інституті, потім була куплена Alphabet, після чого – продана японській компанії Softbank, відома тим, що виробляє роботів, які максимально схожі на тварин і людей. Свого часу вона розробила робота BigDog для військового агентства DARPA, потім був робот-гепард CHEETAH і навіть шестиногий робот RiSE, що вміє дертися по вертикальних поверхнях. Багато хто згадає роботів, яких піддавали ударам і тичкам, задля доказу їхньої стійкості та стабільності. Людиноподібного робота Atlas, мабуть, можна назвати найцікавішим творінням Boston Dynamics, але відколи остання змінила власника, жодних новин про нього ми не чули. Тепер, майже через два роки після останнього оновлення Atlas, команда навчила робота робити сальто. Компанія продемонструвала невелике відео, як робот Atlas забирається на невеликі піднесення, перестрибує з одного на інше, розгортається в стрибку на 180 градусів і досить граційно крутить сальто, плавно відновлюючи рівновагу. А після вдалого стрибка піднімає руки вгору - як справжній гімнаст. Двоногий робот використовує безліч датчиків у своєму тілі та ногах, щоб підтримувати рівновагу, та використовує системи LIDAR та стереодатчики для виявлення та подолання перешкод. Не кожен зможе зробити цей складний гімнастичний трюк краще. І повторювати не радимо, оскільки без інструктажу та підтримки є високий ризик завдати шкоди своєму здоров'ю. Втім, Boston Dynamics показала й одне невдале приземлення насамкінець, мабуть, щоб заспокоїти людство і показати, що повстання машин у найближчому майбутньому нам не загрожує. Розробники робота заявили, що навчити робота утримувати рівновагу після стрибків було вкрай непростим завданням, над яким вони билися протягом тривалого часу. Така здатність потрібна роботу не для виступів у цирку, а для більш практичного завдання – пересування та доставки вантажів по пересіченій місцевості. Для цього робота навчили використовувати "руки", щоб дертися вгору вертикальними поверхнями, як це роблять альпіністи. Через війну хорошої збалансованості може вирішувати широкий спектр завдань займаючи зовсім небагато площі - тобто. стоячи на тому самому місці. Про роботів-тварин компанія теж не збирається забувати, тому представила нову модель під назвою The New SpotMini. В останні роки в індустрії робототехніки намітилася тенденція робити роботів миловиднішими, і останній подібний проект Boston Dynamics - яскраве тому підтвердження. Нагадаємо, до цього розробники створили робо-пса SpotMini із звичками справжніх собак. Він бігає, крадеться на напівзігнутих ногах, намагається принюхуватися до навколишніх предметів і навіть приносить капці. У порівнянні зі своїм попередником новий робот знайшов більш елегантну оболонку та кінцівки. Елементи конструкції та механізми, яким багатьом здавались моторошними, тепер прикриті декоративними панелями, забарвленими у веселий яскраво-жовтий колір. Тобто, по суті, у Boston Dynamics вирішили, що з актами публічного «машинного ексгібіціонізму» настав час закінчувати і почали одягати своїх роботів у пристойні шати. Однак не це є найголовнішим, новий робот здатний пересуватися ходою, яка практично не відрізняється від бігу живого собаки, крім цього новий робот навчився присідати по-собачому, заглядаючи через камеру прямо у Вашу душу своїм квадратним, мертвим механічним "обличчям". Мало того, що новий робот SpotMini продемонстрував здібності до "живого" бігу по галявині десь на задвірках території компанії Boston Dynamics, він набув здатності до повороту тулуба при стоянні на місці, до присідання та підйому у вертикальному напрямку та до виконання інших рухів. Щоправда, зараз він бігає звичайним рівним газоном і нам ще доведеться дізнатися, наскільки легко він пересуватиметься, наприклад, пересіченою місцевістю, піском або пробиратися через завали в місцях катастроф. Boston Dynamics показала робота лише миттю. Але з ролика стає зрозуміло одне: технології з кожним роком удосконалюються і роботи стають витонченішими, рухливішими, правдоподібнішими. Незважаючи на те, що у робота-собаки немає голови, вона дійсно дуже схожа на справжню тварину. Зазначимо, що сама Boston Dynamics раніше як найбільш відповідне місце роботи Spot називала професію кур'єра. Дивно спостерігати, що чотирилапі роботи, які ще кілька років тому були великими, незграбними і здатними переміщатися смішною механічною ходою, "переминаючись з ноги на ногу" навіть стоячи на місці, зробили такий величезний ривок вперед. Дивлячись на такий прогрес, починаєш вірити прогнозам дідуся Курцвейла. Щодо Атласу. Рухається як маленький китаєць у костюмі робота. Не натякаю, просто спостереження. Згадайте, у попередніх відео дослідники тицяли в робота палицею, а зараз уже ні. Більше того, зверніть увагу, не видно жодної людини у кадрі. Залишилось поселити в нього ІІ та ховатися. А років через 10 він сам битиме нас палицею в ангарі і дивитися, як ми реагуємо. І робити висновки, з розряду: традиційна батіг на 20% ефективніший за селфі палицю у справі мотивації вищих мавп. Як там у класика: "Спи, дитино, солодким сном. Будеш спати до труни ти. Битва скінчилася давно, Перемогли роботи. Ти рости, рости швидше, Стань великим. Ти одна з батарей Армії машин" Всім дякую за перегляд! З вами був Олександр Смирнов, Правильна Правда та Новини науки та технологій. Не забувайте ставити будь-якому синематографу, підписуватися на канал, ділитися відео з друзями і віджимати дзвіночок, щоб не пропустити нові випуски. Лехаємо, бояри!

Робототехніка спирається на такі дисципліни, як електроніка, механіка, телемеханіка, механотроніка інформатика, а також радіотехніка та електротехніка. Виділяють будівельну, промислову, побутову, медичну, авіаційну та екстремальну (військову, космічну, підводну) робототехніку.

Етимологія

Слово «роботика» (або «роботехніка», «robotics») було вперше використано у пресі Айзеком-Азимовим у науково-фантастичному оповіданні «брехун», опублікованому в 1941 році.

В основу слова «робототехніка» лягло слово «робот», придумане в м. чеським письменником Карелом Чапеком та його братом Йозефом для науково-фантастичної п'єси Карела Чапека «Р. У. Р.» («Россумські універсальні роботи»), яка вперше поставлена в 1921 р. і мала успіх у глядачів. У ній господар заводу налагоджує випуск безлічі андроїдів, які спочатку працюють без відпочинку, але потім повстають і гублять своїх творців.

Втім, деякі ідеї, покладені пізніше в основу робототехніки, з'явилися ще в античну епоху – задовго до введення перерахованих вище термінів. Знайдені залишки статуй, що рухаються, виготовлених у I столітті до нашої ери. В «Іліаді» Гомера говориться, що бог Гефест зробив із золота служниць, що розмовляють, надавши їм розум (тобто - сучасною мовою - штучний інтелект) і силу. Давньогрецькому механіку та інженеру Архіту-Тарентському приписують створення механічного голуба, здатного літати (бл. 400 до н.е.). Безліч подібних відомостей міститься у книзі «Робототехніка: Історія та перспективи»І. М. Макарова та Ю. І. Топчеєва, що представляє собою популярну і ґрунтовну розповідь про роль, яку зіграли (і ще зіграють) роботи в історії розвитку цивілізації.

Найважливіші класи роботів

Найважливіші класи роботів широкого призначення маніпуляційніі мобільніроботи.

Компоненти роботів

Приводи

Одноколісні роботи багато в чому є розвиток ідей, пов'язаних з двоколісними роботами. Для переміщення в 2D просторі як єдине колесо може використовуватися куля, що приводиться в обертання кількома приводами. Декілька розробок подібних роботів вже існують. Прикладами можуть служити шаробот розроблений в університеті Карнегі - Мелона, шаробот «BallIP», розроблений в університеті Тохоку Гакуїн ( англ. Tohoku Gakuin University ) , або шаробот Rezero , розроблений у Швейцарській , вищій технічній школі . Роботи такого типу мають деякі переваги, пов'язані з їхньою витягнутою формою, які можуть дозволити їм краще інтегруватися в людське оточення, ніж це можливо для роботів деяких інших типів.

Для переміщення по нерівних поверхнях, траві та кам'янистої місцевості розробляються шестиколісні роботи, які мають більше зчеплення, порівняно з чотириколісними. Ще більше зчеплення забезпечують гусениці. Багато сучасних бойових роботів, а також роботи, призначені для переміщення по грубих поверхнях розробляються як гусеничні. Водночас утруднено використання подібних роботів у приміщеннях, на гладких покриттях та килимах. Прикладами подібних роботів можуть бути розроблений НАСА робот англ. Urban Robot («Urbie»), розроблені компанією iRobot роботи Warrior і PackBot.

Крокуючі роботи

Перші публікації, присвячені теоретичним та практичним питанням створення крокуючих роботів, відносяться до 1970 - 1980-х років XX ст. .

Переміщення робота з використанням «ніг» є складним завданням динаміки. Вже створено кілька роботів, що переміщаються на двох ногах, але ці роботи поки що не можуть досягти такого стійкого руху, яке властиво людині. Також створено безліч механізмів, що переміщуються на більш ніж двох кінцівках. Увага до подібних конструкцій обумовлена тим, що вони легші у проектуванні. Пропонуються також гібридні варіанти (як, наприклад, роботи з фільму «Я, робот», здатні переміщатися на двох кінцівках під час ходьби і на чотирьох кінцівках під час бігу).

Сервопривід + гідромеханічний привод - рання технологія конструювання крокуючих роботів, реалізована в ряді моделей експериментальних роботів виготовлених компанією General Electronic в 1960-і рр.. Першим втіленим у металі за вказаною технологією проектом GE і, ймовірно, першим у світі крокуючим роботом військового призначення став «чотириногій транспортер» Walking Truck (машина має роботизовані кінцівки, управління здійснюється людиною, яка знаходиться безпосередньо в кабіні).

Адаптивні алгоритми підтримання рівноваги. В основному базуються на розрахунку відхилень миттєвого становища центру-мас робота від статично стійкого положення або якоїсь наперед заданої траєкторії його руху. Зокрема, подібну технологію використовує крокуючий робот-носій Big Dog. При русі цей робот підтримує постійним відхилення поточного положення центру мас від точки статичної стійкості, що тягне за собою необхідність своєрідної постановки ніг («колінки всередину» або «тянитолкай»), а також створює проблеми зі зупинкою машини на одному місці та відпрацюванням перехідних режимів ходьби. Адаптивний алгоритм підтримки стійкості також може базуватися на збереженні постійного напрямку вектора швидкості центру мас системи, проте подібні методики виявляються ефективними лише на досить високих швидкостях. Найбільший інтерес для сучасної робототехніки представляє розробка комбінованих методик підтримки стійкості, що поєднують розрахунок кінематичних характеристик системи з високоефективними методами імовірнісного та евристичного аналізу.

Інші методи переміщення

Системи управління

За типом управління робототехнічні системи поділяються на:

Біотехнічні:
- командні (кнопкове та важільне управління окремими ланками робота);
- копіюючі (повтор руху людини, можлива реалізація зворотного зв'язку, що передає зусилля, екзоскелети);
- напівавтоматичні (управління одним командним органом, наприклад, рукояткою всієї кінематичної схемою робота);
Автоматичні:
- програмні (функціонують по заздалегідь заданої програмі, переважно призначені на вирішення одноманітних завдань у постійних умов оточення);
- адаптивні (вирішують типові завдання, але адаптуються під умови функціонування);
- інтелектуальні (найрозвиненіші автоматичні системи);
Інтерактивні:
- автоматизовані (можливе чергування автоматичних та біотехнічних режимів);
- супервізорні (автоматичні системи, в яких людина виконує лише цільові функції);
- діалогові (робот бере участь у діалозі з людиною на вибір стратегії поведінки, при цьому зазвичай робот оснащується експертною системою, здатною прогнозувати результати маніпуляцій і дає поради щодо вибору мети).

Серед основних завдань управління роботами виділяють такі:

планування положень;
планування рухів;
планування сил та моментів;
аналіз динамічної точності;
ідентифікація кінематичних та динамічних характеристик робота.

У розвитку методів управління роботами велике значення мають досягнення технічної, кібернетики та теорії автоматичного управління.

Освіта

Популярні робототехнічні комплекси для навчальних лабораторій:

Mechatronics Control Kit
Festo Didactic

Професія Мобільний робототехнік входить до списку ТОП-50 найпопулярніших професій за версією Мінпраці РФ

Промисловість

Вже існують плани підприємств автомобільної промисловості, де всі процеси збирання автомобілів та транспортування напівфабрикатів здійснюватимуться роботами, а люди лише їх контролюватимуть.

В атомній та хімічній промисловості роботи-маніпулятори широко використовуються при роботах у радіоактивних та хімічно небезпечних для людини середовищах.

Сільське господарство

У сільському господарстві застосовуються перші роботи, які здійснюють автоматизований догляд за сільськогосподарськими культурами.

Медицина

У медицині робототехніка знаходить застосування у вигляді різних екзоскелетів, які допомагають людям з порушеннями функції опорно-рухового апарату.

У Росії розроблено перший роботіческій хірургічний комплекс для виконання операцій в урології.

Космонавтика

Роботи-маніпулятори застосовуються в космічних літальних апаратах, місяцеходах та марсоходах для проведення наукових експериментів тощо. в умовах дистанційного керування.

Спорт

Перший чемпіонат світу з футболу серед антропоморфних роботів пройшов у Японії у 2017 році.

Соціальні наслідки роботизації

Див. також

Типи роботів:

Примітки

Політехнічний термінологічний тлумачний словник / Упорядкування: В. Бутаков, І. Фаградянц. - М: Polyglossum, 2014.
Традиційний переклад російською у творах А. Азимова.
, с. 3.
, с. 1.
, с. 101.
, с. 11.
, с. 26.
, с. 6-7.
, с. 9.
Air Muscles from Image Company
Air Muscles from Shadow Robot
T.O.B.B (неопр.) . Mtoussaint.de. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
nBot, a two wheel balancing robot (неопр.) . Geology.heroy.smu.edu. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
ROBONAUT Activity Report (неопр.) . NASA (лютий 2004). Дата звернення 20 жовтня 2007 року. Архівовано 20 серпня 2007 року.
IEEE Spectrum: A Robot That Balances on a Ball (неопр.) . Spectrum.ieee.org. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Rezero – Focus Project Ballbot (неопр.) . ethz.ch. Дата звернення 11 грудня 2011 року. Архівовано 4 лютого 2012 року.
Carnegie Mellon (2006-08-09). Carnegie Mellon Researchers Develop New Type of Mobile Robot That Balances and Moves on a Ball Instead of Legs . Прес-реліз. Перевірено 2007-10-20.
Spherical Robot Can Climb Over Obstacles (неопр.) Архівовано 24 серпня 2011 року.
Rotundus (неопр.) . Rotundus.se. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
OrbSwarm Gets A Brain (неопр.) . BotJunkie (11 липня 2007 року). Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Rolling Orbital Bluetooth Operated Thing (неопр.) . BotJunkie. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Swarm (неопр.) . Orbswarm.com. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
The Ball Bot: Johnnytronic@Sun (неопр.) . Blogs.sun.com. Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Senior Design Projects | College of Engineering & Applied Science| University of Colorado at Boulder (неопр.) . Engineering.colorado.edu (30 квітня 2008 року). Дата звернення 27 листопада 2010 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
JPL Robotics: System: Commercial Rovers
Multipod robots easy to construct
AMRU-5 hexapod robot
Achieving Stable Walking (неопр.) . Honda Worldwide. Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Funny Walk (неопр.) . Pooter Geek (28 грудня 2004 року). Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
ASIMO"s Pimp Shuffle (неопр.) . Popular Science (9 січня 2007 року). Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Vtec Forum: A drunk robot? thread
3D One-Leg Hopper (1983–1984) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Дата звернення 22 жовтня 2007 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
3D Biped (1989–1995) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Quadruped (1984–1987) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Testing the Limits (неопр.) . Boeing. Дата звернення 9 квітня 2008 року. Архівовано 24 серпня 2011 року.
Air Penguin - роботи пінгвіни на виставці в Ганновері
Інформація о Air Penguin на сайті компанії Festo
Air-Ray Ballonet, англ.
Опис AirJelly на сайті компанії Festo, англ.
Ma, Kevin Y.; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B.; Wood, Robert J. (Май 2013). “Controlled”, “Flight”, “of”, “Biologically”, Inspired, “Insect-Scale”, “Robot” . Science. 340 (6132): 603-607. DOI: 10.1126/science.1231806. Використовується застарілий параметр | month = (довідка)