Роботы в нашей жизни
Такое явление, как роботы, в наше время уже никого не удивляет. Если раньше, лет 50 назад, роботы были чем то сверхъестественным, и заметки о них можно было прочитать только на страницах фантастических книг и журналов, то теперь роботы встречаются повсеместно. К примеру, стиральная машинка-автомат – тот же робот, запрограммированный на стирку наших вещей, или плеер – тоже работ, компьютер – робот! Действительно, всё больше и больше новых технологий придумывают люди, чтобы облегчить себе жизнь, и называют их роботами. Но что это такое роботы и как они влияют на нашу жизнь?
По сути, робот – это автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма, запрограммированное на то или иное действие. Трудно представить нашу сегодняшнюю жизнь без них. Они часто совершают тяжёлые или вовсе невыполнимые для человека задачи. Простой пример, роботы – сапёры. Эти маленькие чудеса техники, не раз спасали жизнь людей, выполняя нелёгкую задачу: найти и обезвредить взрывное устройство. Если человек может лишиться жизни, совершив маленькую ошибку, то робота можно потом пересобрать. Поэтому очень часто роботы используются в опасной для человека профессии. Так же надо учесть, что роботы гораздо выносливее и сильнее человека, поэтому часто, там, где человек не может справиться, справляются роботы.
Роботехника развивается все стремительнее. С каждым годом появляются сотни новых видов роботов. Поэтому важно знать, что из себя представляют роботы, где их используют, и как ими пользоваться.
Классификация роботов
Промышленные роботы предназначены для автоматизации всевозможных технологических операций (например сварка, штамповка, металлообработка, сборка готовых изделий и т.д.) на производстве какой либо продукции. Применяются практически во всех отраслях промышленности (машиностроение, приборостроение, нефтехимическая, металлургическая, атомная, автомобильная, авиационная и др.).
Строительные роботы позволяют аналогичным образом автоматизировать огромное количество различных операций, выполняемых в процессе ремонта помещений или строительства новых объектов. Учитывая мировые объемы строительства и неуклонный рост населения планеты Роботизация строительства сейчас весьма актуальна.
Сельскохозяйственные роботы предназначены для выполнения трудоемких и монотонных процессов в сельском хозяйстве. В настоящее время ведется интенсивная разработка таких роботов, и даже есть примеры их использования, например, в Японии.
Транспортные роботы используются, как следует из наименования для автоматического перемещения грузов, либо автономного управления различными транспортными средствами. Транспортными роботами являются самоходные тележки, автопилоты и т.д.
Бытовые роботы. Данный тип роботов применяется в быту и офисах. Ярким примером бытовой автоматизированной машины является набравший приличную популярность робот-пылесос. К бытовым роботам также можно отнести коммуникативных роботов, обеспечивающих эффект присутствия удаленных друг от друга людей, либо способных самостоятельно вести диалог с человеком, и, конечно, многочисленные робоигрушки, предназначенные для развлечений и образовательных в области робототехники целей. В перспективе ожидается появление и более функциональных систем, умеющих выполнять более сложные домашние обязанности такие как: мытье посуды, стирка грязного белья, приготовление пищи и т. п.
Боевые (военные) роботы призваны вывести вооруженные конфликты на качественно иной уровень и предназначены для минимизации непосредственного участия человека в боевых действиях с целью сокращения или исключения вовсе людских потерь, а также для работы в условиях, несовместимых с возможностями человека в военных целях. Разновидностей боевых роботов столько же, сколько и боевых задач для войсковых подразделений: беспилотные с дистанционным управлением самолеты (вертолеты) — разведчики, подводные аппараты и надводные корабли, роботы-минеры, роботы-саперы, роботы-патрульные, роботы для переноски военной амуниции. В силу сложности поставленных перед ними задач современные боевые роботы управляются оператором, но ведутся разработки полностью автономных боевых роботов с искусственным интеллектом, способным принимать решать, однако что не может не вызывать, многочисленные споры сторонников и противников данных машин на правовом поле в части определения ответственности за действия боевых роботов и их последствия.
Перед охранными роботами ставятся задачи по защите вверенных территорий или помещений. В простейшем случае указанные роботы выполняют патрулирование охраняемых периметров и в случае фиксации проникновения злоумышленников сигнализируют об этом дежурным операторам. В последнее время появляется тенденция к оснащению робо-охранников нелетальными видами оружия.
Исследовательские роботы используются для сбора всевозможных видов информации об исследуемых объектах, ее переработки и передаче оператору. Объекты могут быть самыми разнообразными: поверхности планет, подводное пространство, подземные шахты, пещеры, полости эксплуатируемых трубопроводов, зараженная местность и другие труднодоступные для человека области.
Строение роботов
Основы роботов
У подавляющего большинства роботов действительно есть общие черты. Прежде всего, почти у всех роботов есть подвижное тело. Некоторые обладают только моторизованными колесами, у других есть десятки подвижных сегментов, как правило, из металла или пластика. Как кости в вашем теле, отдельные сегменты соединяются вместе с помощью суставов.
Колеса робота и поворотные суставные сегменты активизируются при помощи приводов разного рода. Некоторые роботы используют электродвигатели и соленоиды в качестве актуаторов (приводов); некоторые используют гидравлическую систему; некоторые — пневматическую систему (на основе сжатых газов). Роботы могут использовать все эти типы приводов.
Робот нуждается в источнике питания, чтобы управлять этими приводами. Большинство роботов либо оснащены батареей, либо работают от розетки. Гидравлическим роботам нужен насос для создания давления в гидравлической системе, а пневматическим роботам нужен воздушный компрессор или баллоны со сжатым воздухом.
Все приводы подключаются к электрической цепи. Цепь напрямую питает электродвигатели и соленоиды, что активизирует гидравлическую систему при помощи электрических клапанов. Клапаны направляют сжатую жидкость через машину. Для перемещения гидравлической ноги, например, оператор робота должен открыть клапан, ведущий от жидкостного насоса к поршневому цилиндру, закрепленному на ноге. Жидкость под давлением будет двигать поршень, толкая ногу вперед. Чтобы двигать конечностями в обоих направлениях, роботы используют поршни, которые могут толкаться в обе стороны.
Компьютер робота управляет всем, что подключено к цепи. Чтобы передвигать робота, компьютер активирует все необходимые двигатели и клапаны. Большинство роботов можно перепрограммировать, чтобы изменить поведение — достаточно просто ввести новую программу в компьютер.
Не у всех роботов есть система сенсоров, и лишь некоторые обладают способностью видеть, слышать, чувствовать запах или вкус. Самая распространенная способность робота — способность ходить и наблюдать за своим перемещением. Стандартная конструкция использует колеса с щелью в суставах робота. Светодиод на одной стороне колеса пускает луч света через щель, чтобы подсветить датчик света на другой стороне колеса. Когда робот движет определенным суставом, колесо с щелью крутится. Щель разбивает луч света по мере вращения колеса. Световой датчик считывает поведение светового луча и передает данные на компьютер. Компьютер точно может сказать, как вращается сустав в определенной модели. По тому же принципу работает компьютерная мышь.
Роботизированный манипулятор
Наиболее распространенный вид робота — это роботизированный манипулятор. Типичный манипулятор состоит из семи металлических сегментов, соединенных шестью суставами. Компьютер управляет роботом, вращая отдельные шаговые двигатели, подключенные к каждому суставу (некоторые крупные манипуляторы используют гидравлику или пневматику). В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели двигаются точными шажками. Это позволяет роботу перемещать руку очень точно, в точности повторяя одно и то же движение снова и снова. Робот использует датчики движения, чтобы убедиться, что совершает движения правильно.
Промышленный робот с шестью суставами напоминает человеческую руку — у него есть подобия плечу, локтю и запястью. Как правило, плечо установлено на неподвижной базовой структуре, а не на подвижном теле. У такого типа робота есть шесть степеней свободы, то есть он может поворачиваться в шести разных направлениях. Для сравнения, человеческая рука имеет семь степеней свободы.
Задача вашей руки — перемещаться с места на место. Аналогичным образом, задача манипулятора — перемещать концевой эффектор с места на место. Вы можете оснастить манипулятор разными концевыми эффекторами, предназначенными для конкретных задач. Один из распространенных эффекторов — упрощенная версия руки, которая может хватать и переносить разные объекты. Манипуляторы часто обладают встроенными датчиками давления, которые предписывают компьютеру, с какой силой захватывать конкретный объект. Это позволяет роботу не ломать все, что он хватает. Другие конечные эффекторы включают паяльные лампы, дрели и распылители порошка или краски.
Промышленные роботы предназначены для того, чтобы делать одни и те же вещи, в контролируемой среде, снова и снова. Например, робот может закручивать колпачки на тюбиках с зубной пастой. Чтобы научить робота делать это, программист описывает порядок движения, используя ручной контроллер. Робот записывает последовательность движений в память и делает это снова и снова, когда новый продукт поступает на конвейер.
Большинство промышленных роботов работает на конвейерах, собирая автомобили. Роботы делают это более эффективно, чем люди, поскольку более точны. Они всегда сверлят в одном и том же месте, затягивают болты с одной и той же силой, независимо от того, сколько часов проработали. Сборочные роботы также важны для компьютерной отрасли. Весьма сложно точно собрать крошечный микрочип силами человека.
Мобильные роботы
Манипуляторы весьма просто собрать и написать для них программу, поскольку они работают в ограниченном пространстве. Но все становится немного сложнее, если вы отправляете робота в мир.
Первое препятствие заключается в том, чтобы дать роботу рабочую систему передвижения. Если робот будет двигаться только по гладкой земле, колеса или гусеницы будут лучшим вариантом. Колеса или гусеницы также могут работать на грубой земле, если будут достаточно большими. Но чаще всего робототехники задумываются о ногах, поскольку их легче адаптировать. Строительство роботов с ногами также помогает ученым понимать естественное движение — полезное упражнение для биологов.
Как правило, гидравлические или пневматические поршни перемещают ноги робота вперед и назад. Поршни крепятся к разным сегментам ног так же, как мышцы крепятся к разным костям. Но заставить все эти поршни работать должным образом — сложная задача. Когда вы были ребенком, ваш мозг пытался выяснить, как нужно точно двигать мышцами, чтобы стоять на двух ногах и не падать. Аналогичным образом, конструктор робота должен определить правильную комбинацию поршневых движений, участвующих в ходьбе и запрограммировать эту информацию в компьютер робота. Многие мобильные роботы оснащены встроенной системой баланса (набором гироскопов, например), которая подсказывает компьютеру, когда нужно исправить движение.
Прямохождение (ходьба на двух ногах) — довольно нестабильно, поэтому ему сложно научить роботов. Чтобы создать стабильного робота-ходока, конструкторы часто наблюдают за миром животных, особенно насекомых. Шестиногие насекомые обладают невероятно хорошим балансом и адаптируются к широкому набору местностей.
Некоторые мобильные роботы управляются дистанционно — человек говорит им, что делать и когда. Дистанционное управление может осуществляться с помощью провода, радио или инфракрасных сигналов. Роботы с удаленным управлением часто называются кукольными роботами, и они полезны для работы в опасных или труднодоступных условиях — например, в глубокой воде или в жерле вулкана. Некоторые роботы управляются дистанционно лишь отчасти. Например, оператор может отправить робота в определенное место, а обратно робот уже сам найдет дорогу.
Технология
Робототехника. 5 класс
Автор Копосов Д. Г.
Что приходит на ум, когда мы слышим слово «робот»? В научной фантастике термин предполагает, что робот имеет человекоподобный вид или обладает возможностями человека, но в действительности современные роботы очень мало похожи на людей. Разновидностей роботов столько же, сколько существует для них видов работ. Для человекоподобных роботов используется термин — андроид.
Важное определение или утверждение
Термин «робот», который придумал в 1920 году писатель, научный фантаст Карел Чапек, происходит от чешского слова robota, что означает «тяжелая монотонная работа» или «каторга». Название науки произошло от литературного термина — редчайший случай!
Первым промышленным роботом стал Unimate, выпущенный в 1961 году, — это механическая рука, использовавшаяся корпорацией General Motors при производстве автомобилей. Робот выполнял последовательность действий, которая была записана на магнитный барабан.
Роботы успешно освоили рутинные задания, они особенно удобны при выполнении многократно повторяющихся работ, сложных или опасных для людей. Сегодня в мире во всех сферах человеческой деятельности нашлось применение миллионам роботов. Их используют при управлении самолетами и поездами, они спускаются на дно океана, работают в космосе, собирают автомобили, охраняют здания, производят микрочипы, помогают спасателям. Во всех областях человек старается создать себе автоматического помощника. К 2020 году в медицине и сельском хозяйстве планируется начать использование микророботов размером меньше сантиметра. Это будут умные сенсоры (датчики). А ещё через 10 лет ожидается появление первых нанороботов, способных строить нужные структуры из молекул и атомов.
Настоящий робот — это машина, которую можно обучить, т. е. подобно компьютеру запрограммировать (определить ему набор действий для выполнения разнообразных видов заданий). Машины, которые делают только одну работу и не могут быть переобучены, настоящими роботами не являются. Их называют автоматами (примерами служат микроволновая печь, кофеварка и т. д.).
Действиями робота управляет микропроцессор, запрограммированный в соответствии с заданием. Робота всегда можно быстро перепрограммировать на выполнение нового задания. Он точно следует инструкциям, т. е. выполняет операции по заложенной в нём программе. Иногда про человека, который работает механически и рационально, но неосмысленно, говорят: работает как робот.
На практике роботами можно назвать даже машинки с моторчиками, но при условии, что они реализуют какую-либо последовательность действий (либо самостоятельно следуют по какому-то маршруту).
В жизни всегда существует дата — отправная точка, после которой о событии, явлении или объекте узнаёт весь мир. В робототехнике тоже есть такая дата, это 17 ноября 1970 года. В этот день самоходный аппарат 8ЕЛ, более известный как «Луноход-1» (рис. 1), в составе автоматической станции Е8 № 203 впервые в истории человечества достиг лунной поверхности. Всего он проехал 10 540 м и передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Общая масса первого лунохода составляла 756 кг, его длина с открытой крышкой солнечной батареи — 4,42 м, ширина — 2,15 м, высота — 1,92 м.
А датой рождения лунохода можно считать 18 мая 1966 года, когда главный конструктор Машиностроительного завода имени С. А. Лавочкина Григорий Николаевич Бабакин подписал проект «Е8».
Важное определение или утверждение
Робот — это автоматическое устройство для осуществления производственных и других операций по определённой программе.
Основы робототехники
Роботехника — сравнительно новое и интенсивно развивающееся научное направление, вызванное к жизни необходимостью освоения новых сфер и областей деятельности человека, а также потребностью широкой автоматизации современного производства, направленной на резкое повышение его эффективности. Использование автоматических программируемых устройств — роботов — в исследовании космоса и океанских глубин, а с 60-х гг. нашего столетия и в производственной сфере, быстрый прогресс в области создания и использования роботов в последние годы обусловили необходимость интеграции научных знаний ряда смежных фундаментальных и технических дисциплин в едином научно-техническом направлении — робототехнике.
Идея создания роботов — механических устройств, своим внешним видом и действиями подобных людям или каким-либо живым существам, увлекала человечество с незапамятных времен. Даже в легендах и мифах человек стремился создать образ рукотворных существ, наделенных фантастической физической силой и ловкостью, способных летать, жить под землей и водой, действовать самостоятельно и в то же время беспрекословно подчиняться человеку и выполнять за него самую тяжелую и опасную работу. Еще в «Илиаде» Гомера (VI в. до н. э.) говорится о том, что хромоногий кузнец Гефест, бог огня и покровитель кузнечного ремесла, выковал из золота девушек, которые исполняли его поручения.
У современного человека эти «служанки» непременно ассоциируются с антропоморфными, т.е. созданными по образу и подобию человека, автоматическими универсальными устройствами — роботами.
Теория робототехники опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, информатика, а также радиотехника и электротехника. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.
Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому курсы робототехники и компьютерного программирования необходимо вводить в образовательные учреждения.
Изучение робототехники позволяет решить следующие задачи, которые стоят перед информатикой как учебным предметом. А именно, рассмотрение линии алгоритмизация и программирование, исполнитель, основы логики и логические основы компьютера.
Также изучение робототехники возможно в курсе математики (реализация основных математических операций, конструирование роботов), технологии (конструирование роботов, как по стандартным сборкам, так и произвольно), физики (сборка деталей конструктора, необходимых для движения робота-шасси).
Классы роботов
Манипуляционный робот — автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.
Мобильный робот — автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют также ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы.
Компоненты роботов
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 определённый угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как угол, на который был сделан поворот, заведомо известен контроллеру; поэтому такие двигатели 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 весьма оригинален: крошечные пьезоэлектри
ческие 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[источник не указан 987 дней]. Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.
Электроактивные полимеры : Электроактивные полимеры — это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Впрочем, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все ныне существующие их образцы неэффективны или непрочны.
Эластичные нанотрубки: Это — многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменён проводом из такого материала диаметром 8 мм. Подобные компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.
Способы перемещения
Колёсные и гусеничные роботы
Шагающие роботы
Другие методы перемещения:
- Летающие роботы (в том числе БПЛА – беспилотные летательные аппараты).
- Ползающие роботы.
- Роботы, перемещающиеся по вертикальным поверхностям.
- Плавающие роботы.
Системы управления
Под управлением роботом понимается решение комплекса задач, связанных с адаптацией робота к кругу решаемых им задач, программированием движений, синтезом системы управления и её программного обеспечения.
По типу управления робототехнические системы подразделяются на:
1. Биотехнические:
1.1. командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота);
1.2. копирующие (повтор движения человека, возможна реализация обратной связи, передающей прилагаемое усилие, экзоскелеты);
1.3. полуавтоматические (управление одним командным органом, например, рукояткой всей кинематической схемой робота);
2. Автоматические:
2.1. программные (функционируют по заранее заданной программе, в основном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях окружения);
2.2. адаптивные (решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования);
2.3. интеллектуальные (наиболее развитые автоматические системы);
3. Интерактивные:
3.1. автоматизированные (возможно чередование автоматических и биотехнических режимов);
3.2. супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполняет только целеуказательные функции);
3.3. 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).
Среди основных задач управления роботами выделяют такие:
- планирование положений;
- планирование движений;
- планирование сил и моментов;
- анализ динамической точности;
- идентификация кинематических и динамических характеристик робота.
В развитии методов управления роботами огромное значение имеют достижения технической кибернетики и теории автоматического управления.
Подвиды современных роботов:
- Промышленные роботы
- Медицинские роботы
- Бытовые роботы
- Роботы для обеспечения безопасности
- Боевые роботы
- Роботы-учёные
К настоящему времени роботы внедрены во многие сферы деятельности человека и продолжают дополнять и иногда заменять людской труд как в опасных видах деятельности, так и в повседневной жизни.
Робот это автоматическая машина которая
Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую работу. При создании первых роботов и вплоть до наших дней образцом для них служат возможности человека. Именно стремление заменить человека на тяжелых и опасных работах породило идею создания робота, затем первые попытки ее реализации (в средние века) и, наконец, обусловило возникновение и развитие современной робототехники и роботостроения.
Функциональная схема робота.
В общем виде она включает исполнительные системы — манипуляционную (один или несколько манипуляторов) и передвижения (транспортную), информационно-управляющую, сенсорную, дающую информацию о внешней среде и систему связи с оператором, а также с другими взаимодействующими с роботом машинами.
Исполнительные системы состоят из механической системы и системы приводов. Механическая система манипулятора — это кинематическая цепь, состоящая из подвижных звеньев с угловым или поступательным перемещением, которая заканчивается каким-нибудь рабочим инструментом или захватным устройством.
Со временем понятие робот расширилось и под ним часто стали понимать любую автоматическую машину, заменяющую человека и чем-то напоминающую его разумное поведение
Робот- это машина автоматического действия, которая объединяет свойства машин — рабочих и информационных. Роботы также принципиально отличаются от других машин своей универсальностью (многофункциональностью) и гибкостью (быстрым переходом к выполнению новых операций.)
Примечание. Термин «робот» славянского происхождения. Его ввел известный чешский писатель Карел Чапек в 1920 г. в своей фантастической пьесе «Россумовские универсальные роботы», в которой так названы механические рабочие, предназначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Название «робот» образовано от чешского слова Робоtа, что означает тяжелый подневольный труд.
Помимо роботов для тех же целей широкое применение получили манипуляторы с ручным управлением (копирующие манипуляторы, телеоператоры и т. П.) и с различными вариантами полуавтоматического и автоматизированного управления, а также однопрограммные (не перепрограммируемые) автоматические манипуляторы (автооператоры и механические руки). Эти устройства явились в значительной степени предшественниками роботов. Появились они главным образом для манипулирования объектами, непосредственный контакт с которыми для человека вреден или опасен (радиоактивные вещества, раскаленные болванки и т. П.).
Системы и комплексы, автоматизированные с помощью роботов, принято называть роботизированными.
Роботизированные системы, в которых роботы выполняют основные технологические операции, называются робототехническими.
Роботы получили наибольшее распространение в промышленности и, прежде всего, в машиностроении. Предназначенные для этой цели роботы называют промышленными роботами (ПР).
Наряду с использованием в промышленности роботы применяются и в других областях народного хозяйства и вообще человеческой деятельности:
- на транспорте (включая создание шагающих транспортных машин),
- в сельском хозяйстве,
- медицине (протезирование, хирургия – обслуживание больных и инвалидов),
- в сфере обслуживания,
- для исследования и освоения океана и космоса и выполнения работ в других экстремальных условиях (стихийные бедствия, аварии, военные действия), в научных исследованиях.
Применение роботов не только приносит конкретный технико-экономический эффект, связанный с повышением производительности труда, сменности работы оборудования и качества продукции, но и является важным средством решения социальных проблем, позволяя освобождать людей от тяжелого, опасного и монотонного труда.
Состав, параметры и классификация роботов
Итак, робот как машина состоит из двух основных частей — исполнительных систем и информационно-управляющей системы с сенсорной системой. В свою очередь исполнительные системы включают манипуляционную систему (обычно в виде механических манипуляторов) и системы передвижения, имеющиеся только у мобильных (подвижных) роботов.
Классификация роботов. Основные области применения роботов.
Классификация роботов по назначению. т. е. область применения.
Промышленные роботы (ПР), которые предназначены для применения в промышленности и составляют до 80% всего парка роботов в мире.
По типу выполняемых операций все ПР делятся на
- роботов технологических, которые выполняют основные технологические операции, и
- роботов вспомогательных, предназначенных для выполнения вспомогательных технологических операций по обслуживанию основного технологического оборудования — для выполнения транспортно-складских, погрузочно-разгрузочных и других вспомогательных операций.
Технологические роботы относятся к основному технологическому оборудованию, а вспомогательные можно отнести к средствам автоматизации.
По широте перечня операций, для выполнения которых предназначен робот, различаются роботы
- специальные,
- специализированные
- универсальные.
Специальные роботы предназначены для выполнения одной конкретной технологической операции (например, сварка, нанесение покрытий, определенная сборочная операция или обслуживание определенной марки технологического оборудования).
Специализированные роботы могут выполнять несколько однотипных операций (сборочный робот со сменными рабочими инструментами, робот для обслуживания определенного типа технологического оборудования и т. п.).
Универсальные роботы могут выполнять различные основные и вспомогательные операции в пределах их технических возможностей.
Универсальные промышленные роботы обладают широкими технологическими возможностями, что предопределяет их количественное превосходство над специальными и специализированными. Специальные роботы рассчитаны на работу (подъем, перемещение, опускание и т.д.) с одинаковыми деталями или выполнение определенной технологической операции, а специализированные — на работу с конструктивно и технологически сходными деталями или выполнение однотипных технологических операций (процессов).
Классификация роботов по показателям, определяющим их конструкцию.
К таким показателям относятся:
- тип приводов;
- грузоподъемность;
- количество манипуляторов;
- тип и параметры их рабочей зоны;
- подвижность и способ размещения;
- исполнение по назначению.
Приводы, которые используются в манипуляторах и системах передвижения роботов, могут быть электрическими, гидравлическими и пневматическими. Часто их применяют в комбинации.
Грузоподъемность робота — это грузоподъемность его манипуляторов, а для транспортного робота еще и его шасси.
Количество манипуляторов у роботов в большинстве случаев ограничено одним. Однако в зависимости от назначения существуют конструкции роботов с 2, 3 и совсем редко 4 манипуляторами. Манипулятор может быть оснащен двумя схватами (рабочими органами), что повышает эффективность его работы.
Тип и параметры рабочей зоны манипулятора определяют область окружающего робот пространства, в пределах которой он может осуществлять манипуляции, не передвигаясь, т. е. при неподвижном основании. Рабочая зона манипулятора — это пространство, в котором может находиться его рабочий орган при всех возможных положениях звеньев манипулятора. Форма рабочей зоны определяется системой координат, в которой осуществляется движение рабочего органа манипулятора, и числом степеней подвижности манипулятора.
Подвижность робота определяется наличием или отсутствием у него системы передвижения. В первом случае роботы называют мобильными, а во втором — стационарными
По способу размещения стационарные и мобильные роботы бывают
- напольными,
- подвесными (мобильные роботы этого типа обычно перемещаются по поднятому монорельсу),
- встраиваемыми в другое оборудование (например, с размещением на станине обслуживаемого им станка).
Исполнение робота по назначению зависит от внешних условий, в которых он должен функционировать. Различают исполнение
- нормальное,
- пылезащитное,
- теплозащитное,
- влагозащитное,
- взрывобезопасное и т. д.
Классификация роботов по способу управления.
По этому признаку различают роботы с
Управление движением по отдельным степеням подвижности может быть непрерывным и дискретным. В последнем случае управление движением осуществляется заданием последовательности точек с остановкой в каждой из них. Простейшим вариантом дискретного управления является цикловое (например , робот ЦПР-1), при котором количество точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально — чаще всего ограничено двумя — начальной и конечной.
Метод управления, по которому различают роботы с ручным, копирующим и кнопочным управлением.
Классификация роботов по быстродействию и точности движений.
Эти параметры взаимосвязаны и характеризуют динамические свойства Быстродействие манипулятора определяется скоростью перемещения его рабочего органа и может быть разбито на 3 диапазона в зависимости от линейной скорости:
- малое — до 0,5 м/с;
- среднее — от 0,5 до 1—3 м/с;
- высокое — при больших скоростях.
Наибольшая скорость манипуляторов современных роботов достигает 10 м/с и выше.
Точность манипулятора и системы передвижения робота характеризуется погрешностью позиционирования. Чаще всего точность роботов характеризуют абсолютной погрешностью. Точность роботов общего применения можно разбить на 3 диапазона в зависимости от линейной погрешности:
- малая — от 1 мм и более;
- средняя — от 0,1 до 1 мм;
- высокая — при меньшей погрешности.
Наименьшую точность имеют роботы, предназначенные для выполнения наиболее грубых, например, транспортных движений, а наибольшую, микронную, — роботы, используемые, например, в электронной промышленности.
Грузоподъемность. В зависимости от нее роботы бывают сверхлегкие — на 0,1 . 1,0 кг; легкие — на 1,6. 10 кг; средние — на 16. 100 кг; тяжелые — на 160. 1000 кг и сверхтяжелые (> 1000 кг).
Степень их технического совершенства. По этому признаку различают роботы первого, второго и третьего поколений.
Роботы первого поколения (с программным управлением) применяют для: обслуживания станков, прессов, печей, сварочных установок и машин; выполнения основных технологических процессов (гибки, вальцовки, резки, сборки, сварки); погрузочно-разгрузочных и складских работ. Роботы второго поколения отличаются от роботов первого наличием чувствительных устройств (осязание, телевизионное зрение), имеют более сложное управляющее устройство. Роботы третьего поколения (интегральные роботы) в отличие от роботов второго поколения обрабатывают информацию, получаемую от органов чувств. Эти роботы применяют для работ, требующих распознавания образов (работа по чертежу), а также протекающих в сложных и изменяющихся условиях.
По типу информационной системы их подразделяют на роботы: с поисковой системой; отражением усилий; искусственным зрением; комбинированной информационной системой. Применяют эти роботы для: сборки и монтажа по монтажной схеме; выполнения работ, требующих информации о внешнем виде и свойствах предметов (трещины, загрязненность, цвет и т.д.); работ с неориентированными деталями произвольной формы.
В зависимости от назначения промышленных роботов признаками классификации могут быть тип привода рабочих органов, тип системы управления, число манипуляторов (два — четыре и более), степень гибкости программы (уровень адаптации), тип рабочей зоны, способ задания режима работы, тип информационной системы, тип исполнения, быстродействие и т.д.
По уровню сложности работы и его устройства разделяются на 3 поколения:
1 поколение – это роботы, имеющие только память обучающую и адаптивные системы;
2 поколение – это роботы с частично самоорганизующейся системой управления, обучения и адаптации от ЭВМ;
3 поколение – это роботы с самоорганизующейся системой управления и органами чувств.
В машиностроении в основном применяются роботы 1-го поколения и частично 2-го. Роботы 2-го и 3-го поколения применяются для научных исследований и работе в условиях недоступных и вредных для человека.
По степени специализации подразделяются:
1) специальные – только для выполнения одной технологической операции или обслуживания конкретного технологического оборудования;
2) специализированные ПР – предназначены для выполнения технологических операций одного вида (сварки, окраски, сборки, гибки, штабелирования и т.д.);
3) многоцелевые – для выполнения различных основных и вспомогательных операций и они относятся к числу универсальных.
По типам производства – серийное и массовое.
Область применения по виду производства:
1) в заготовительных цехах: литейных, кузнечнопрессовых и т.д.
2) в основных цехах: механических, сборочных, термических, гальванических и др.;
3) во вспомогательных цехах: инструментальных, ремонтных и др
По технологическим операциям:
1) выполнение основных операций – сборка, сварка, окраска, штабелирование и др.;
2) выполнение вспомогательных операций при всех видах обработки;
3) проведение операций контроля – информационные РТС;
4) выполнение всех видов работ на складах;
5) внутрицеховой и межцеховой транспорт.
Системы основных координатных перемещений:
5) Полярная- плоская,- цилиндрическая,- сферическая
6) Ангулярная- плоская, — цилиндрическая, — сферическая
Число степеней подвижности:
с одно, двумя и n- степенями подвижности.
Мобильность – стационарные или подвижные.
Тип силового привода – гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный привод.
Схема расположения приводов – в едином блоке, на вспомогательных органах или комбинированная.
Характер обработки программы – жесткопрограммируемые, адаптивные и гибкопрограммируемые.
Характер программирования скоростей и дискретности перемещений – позиционные, многоточечные или малоточечные, контурные и комбинированные СПУ.
Параметры, определяющие технический уровень роботов.
К параметрам, определяющим технический уровень относятся параметров, которые могут иметь количественное выражение, такие, как из ранее рассмотренных: быстродействие, точность.
К параметрам относятся, в частности,
- удельная грузоподъемность, отнесенная к массе робота,
- выходная мощность манипулятора (произведение грузоподъемности на скорость перемещения), отнесенная к мощности его приводов;
- размер рабочей зоны, отнесенный к габаритам робота.
Другими ранее не упоминавшимися параметрами, характеризующими технический уровень роботов, являются
- число одновременно работающих степеней подвижности,
- надежность,
- способы и время программирования.
Составными частями ПР являются:
1) исполнительное устройство (устройство передвижения + манипулятор);
2) рабочий орган;
3) устройство управления.
Устройство передвижения может быть колесным, на гусеничном ходу, на механических ногах (в случае начального варианта) или моторельсовым, на тельферных балках (подвесной вариант).
Манипулятор – это многозвенный шарнирный механизм, с заданным числом степеней подвижности (3. 9), заканчивающийся рабочим органом.
Рабочий орган выполняется в двух вариантах:
1) в виде захватного устройства (механического, магнитного, вакуумного и т.п.);
2) в виде рабочего инструмента (сварочные клещи с электродом, окрасочный пистолет, сборочный инструмент типа гайковерта и др.).
В первом случае это обслуживающий робот, а во втором – операционный,который предназначен для выполнения технологических операций.
Устройство управленияпредназначено для формирования и выдачи исполнительному устройству команд в соответствии с управляющей программой. Устройство управления включает:
— блоки управления приводами манипулятора и устройства передвижения.
С позиции ОТ роботы характеризуются четырьмя важными показателями:
1) рабочее пространство ПР – это часть пространства, в которой может оказаться робот в процессе эксплуатации (манипулируя и передвигаясь);
2) рабочая зона ПР – это пространство, в котором может оказаться рабочий орган при его функционировании;
3) зона обслуживания ПР – это пространство, в котором робот выполняет свои функции в соответствии с установленной программой.
4) скорость перемещения (м/с) (в среднем 1 м/с, но может достигать 2,5-3 м/с) – это много.
Промышленные роботы получили применение в машиностроении в следующих производствах:
− при обслуживании различных металлообрабатывающих станков; (
− при штамповке, ковке, сварке (
— для транспортировки заготовок;
− в сборочном производстве;
− в литейном производстве; 35%
− в окрасочном производстве;
− для термической обработки и др.
- Вы здесь:
- Главная
- Обучение
- Основы автоматизации производства
- Общие сведения о роботах. Применение роботов. Классификация роботов.