Робототехника. 2
Кафедра управления
Реферат на тему : « Робототехника »
Работу выполнила студентка
Наумова Ирина Анатольевна
М.М.-1-1
- Введение
-Основная часть
1)Раскрытие понятия и общие характеристики
2)История создания
3)Технологии
4)Использование в
-Заключение
- Список литературы
Современный человек в наши дни с трудом может представить свою обыденную жизнь без привычных удобств – результатов многочисленных достижений науки и техники. 21 век – эпоха бесчисленных возможностей , коммуникаций и новых технологий ; это такой период человеческой истории , когда с каждым годом жизнь людей значительно облегчается , все процессы механизируются ,прилавки супермаркетов заполняются экзотической пищей, в торговых комплексах появляются одежды из новейших материалов, а в гипермаркетах электроники и того дальше, невозможно угнаться за развитием новых изобретений. Все привычное старое стремительно сменяется на необыкновенное, новое, к которому так не просто привыкнуть.
На мой взгляд, выбранная тема , безусловно, актуальна в наши дни, и термин «робототехника» непосредственно связан со всеми характеристиками нашего быта , упомянутыми ранее.
Благодаря высокой профессиональности современных ученых физиков, безостановочно ведутся разработки в различных сферах. По последним данным, сегодня в мире работают 1,8 млн. самых различных роботов – промышленных, домашних, роботов-игрушек. Ежегодно на рынке робототехники «прокручивается» 5 - 6 миллиардов долларов, и эта цифра постоянно растет. Видимо, век накопления знаний и теоретической науки сменяется новой эпохой - когда всевозможные роботы и механизмы заполняют мир.
1)Раскрытие понятия и общие характеристики
Робототехника (от робот и техника; англ. robotics) — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.
Слово «робототехника» было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 г. «Робототехника» базируется на слове «робот», придуманном в 1920 г. научным фантастом и Нобелевским лауреатом Карелом Чапеком для своей пьесы Р. У. Р.
В свою очередь робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд или rob — раб) — автоматическое устройство, предназначенное для осуществления производственных и других операций, обычно выполняемых человеком (иногда животным). Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при рутинной работе, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях.
Робот построен по компьютерной технологии, сознание робота - это вычислительная машина, с которой информация может быть считана и перенесена на отдельный носитель. Робот не лечится, а ремонтируется путем ввода соответствующих диагностических программ.
У робота
отсутствует ассоциативное
Робот может выглядеть как угодно. В настоящее время в промышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого» .Но, тем не менее, в Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от него. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов. В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции — счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение — с помощью жестов и мимики. Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги. Подобные человекоподобные механизмы также умеют:
-ходить, бегать, подниматься по лестницам, перепрыгивать препятствия высотой до полуметра
-танцевать, ходить на лыжах, играть в футбол, кидать дротики;
-играть в шахматы, на музыкальных инструментах, дирижировать оркестром;
-делать уколы и хирургические операции;
-распознавать и синтезировать человеческую речь, вести беседу, пожимать руки, улыбаться;
-убираться по дому, выполнять функции секретаря, следить за детьми и животными, смешивать коктейли, подавать на стол;
-охранять дом, драться с другими механизмами.
Психологи установили, что идеальный робот-андроид не должен превышать ростом 1 метр 30 сантиметров. Более высокие механизмы уже вызывают у людей опасение.
Существуют следующие типы роботов, помимо андроидов :
Бытовые роботы
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony. В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением. Всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути — автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.
Роботы , обеспечивающие безопасность
Одним из самых ярких примеров является Р-БОТ 001 — робот, использующийся для охраны общественного порядка в Перми с июня 2007 года. Разработан московской компанией Лаборатория Трёхмерного Зрения. Робот способен вести наблюдения за улицами города, выявлять правонарушения и обращаться к гражданам с призывами соблюдать закон.
Боевые роботы
Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п. Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли). В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.
Роботы-учёные
Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открытие.
К роботам-ученым безусловно можно отнести роботов, с помощью которых исследовались вентшахты Большой Пирамиды Хеопса. С их помощью были открыты "дверки Гантенбринка" и "ниши Хеопса".
Также есть робот-игрушка, робот-официант, робот программа , робот хирург, робот экскурсовод , социальный робот транспортный робот и многие другие.
2)История создания
Идея искусственных созданий впервые упоминается в древнегреческом мифе о Кадме, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и запахал их, из зубов выросли солдаты, и в другом древнегреческом мифе о Пигмалионе, который вдохнул жизнь в созданную им статую — Галатею. Также в мифе про Гефеста рассказывается, как он создал себе различных слуг. Еврейская легенда рассказывает о глиняном человеке — Големе, который был оживлён пражским раввином (махараль ми-Праг) Йехудом Бен Бецалелем (1509-1609) при помощи каббалистической магии.Похожий миф излагается в скандинавском эпосе Младшая Эдда. Там рассказывается о глиняном гиганте Мисткалфе, созданном троллем Рунгнером для схватки с Тором, богом грома.
Очевидно, первыми прообразами роботов были механические фигуры, созданные арабским ученым и изобретателем Аль-Джазари (1136—1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.
Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн скорее всего основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.
С начала
XVIII века в прессе начали появляться
сообщения о машинах с «
Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. Он также изготовил механических уток, которые, как говорили, умели клевать корм и «испражняться».
Хронология:
Конец XIX века — русский инженер Пафнутий Чебышёв придумал механизм — стопоход, обладающий высокой проходимостью.
1898 — Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно.
1921 — Чешский писатель Карел Чапек представил публике пьесу под названием «Р. У. Р.» («Россумские Универсальные Роботы»), откуда и взяло начало слово «робот» (от словацк. robota).
1930-е
— Появились конструкции
1950-е
— Для работы с радиоактивными
материалами стали
1960 —
Дистанционно управляемая
1968 - Японская компания Kawasaki Heavy Industries, Ltd. получила лицензию на производство робота от американской фирмы Unimation Inc. и собрала своего первого промышленного робота. C тех пор Япония начала неуклонное движение к тому, чтобы стать мировой столицей роботов – с более чем 130 компаниями, вовлеченных в их производство. Изначально сконструированные в США, первые роботы Японии импортировались в малых количествах. Инженеры изучали их и применяли в производстве в таких специфических работах, как сварка и распыление. В 70-х годах были разработаны многочисленные возможности практического применения в данной области.
1979 —
В МГТУ им. Н. Э. Баумана по
заказу КГБ был сделан аппарат
для обезвреживания
1980–
коммерческое начало для
1982 — 18-27 октября 1982 г. в Ленинграде, в выставочном комплексе в Гавани проходила, вероятно, первая в СССР, Международная выставка «Промышленные роботы-82».
1986 — в Чернобыле, впервые в СССР применены роботы для очистки радиоактивных отходов.
2005 —
ВМФ России в Балтийском море
проведены испытания
2007 —
МВД России в г. Перми
2010 —
в Америке в продажу поступили
новые персональные роботы PR2- четырёхколёсные
(все ведущие и управляемые)
устройства ростом немного
4)Технологии
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 определенный угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как контроллеру точно известно, на сколько был сделан поворот. В связи с этим они часто используются в приводах многих роботов и станках с ЧПУ.
Пьезодвигатели: Современной альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели. Принцип их работы совершенно отличается: крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Преимуществами подобных двигателей являются высокое нанометрическое разрешение, скорость и мощность, несоизмеримая с их размерами. Пьезодвигатели уже доступны на коммерческой основе и также применяются на некоторых роботах.
Воздушные мышцы: Воздушные мышцы — простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом, мышцы способны сокращаться до 40 % от своей длины. Причиной такого поведения является плетение, видимое с внешней стороны, которое заставляет мышцы быть или длинными и тонкими, или короткими и толстыми.Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.
Электроактивные полимеры — это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Однако, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все неэффективны или непрочны.
Эластичные нанотрубки- многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет этому волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменен проводом из такого материала диаметром 8 мм. Такие компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.
Системы управления
По типу управления робототехнические системы подразделяются на:
Биотехнические:
командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота);
копирующие (повтор движения человека, возможна реализация обратной связи, передающей прилагаемое усилие, экзоскелеты);
полуавтоматические (управление одним командным органом, например, рукояткой всей кинематической схемой робота);
Автоматические:
программные (функционируют по заранее заданной программе, в основном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях окружения);
адаптивные (решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования);
интеллектуальные (наиболее развитые автоматические системы);
Интерактивные:
автоматизированные (возможно чередование автоматических и биотехнических режимов);
супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполняет только целеуказательные функции);
диалоговые (робот участвует в диалоге с человеком по выбору стратегии поведения, при этом как правило робот оснащается экспертной системой, способной прогнозировать результаты манипуляций и дающей советы по выбору цели).
В развитии методов управления роботами огромное значение имеет развитие технической кибернетики и теории автоматического управления.
Системы передвижения
Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсную или гусеничную (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot). Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo). Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.
Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками. Так же известны роботы, подражающие движениям живых организмов — паукам, змеям, рыбам, птицам, морским скатам, насекомым и другим.
Двигатели
В настоящее время в качестве приводов обычно используются двигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и сервоприводы.
Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля) , которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.
Технология подзарядки
Разработаны технологии, позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя и подсоединяясь к стационарной зарядной станции. В настоящий момент в разных лабораториях проходят испытания различных систем, обеспечивающих бесконтактную подзарядку аккумуляторов в помещениях (например, направленным мощным инфракрасным лазером или индукционным принципом).
4)Использование в промышленности
Какую пользу могут принести роботы в экономической сфере?
Я полагаю, что при комплексном использовании польза будет колоссальна.
-Роботов можно широко использовать для добычи сырья и ресурсов. Такие роботы могут работать в суровых и опасных климатических условиях, им нипочем ни мороз, ни радиация.
-Разработка месторождений полезных ископаемых актуальна ближайшие 30-40 лет. Потом в связи с приходом нано-технологий появится возможность получить сырьё из рассеянного состояния в окружающей среде. Кадровый кризис будет препятствовать освоению месторождений. Применение технологий андроидных роботов позволит в кратчайшие сроки выполнить эту работу и создать фундамент для экономического процветания страны в будущем.
-Большинство населения концентрируется в больших городах. Сейчас трудно найти людей готовых работать в удаленных районах страны. Андроидные роботы смогут сыграть существенную роль в отдаленных районах. Там они потребуют значительно меньших затрат на использование, чем работа человека. Впрочем, работа человека тоже понадобится. Ведь роботами кто-то должен управлять. Нужны люди, которые будут заниматься обслуживанием и дополнительным обучением роботов.
-Есть крупные компании, которые сталкиваются с проблемой грядущего кадрового дефицита в производстве различной продукции - андроидные роботы смогут заменить человека у станка. Роботы будут выполнять основную работу по производству, в то время как люди смогут потратить больше сил и ресурсов на разработку более конкурентоспособной продукции, и продвижению этой продукции на международные рынки, налаживанию сбыта и инфраструктуры, разработкой рекламы и высокого имиджа продукции на мировых рынках.
-Да и сами по себе роботы являются продуктом высоких технологий. Их разработка и внедрение в производство требует разработку целой отрасли науки и промышленности. Знания, полученные при разработке андроидных роботов, смогут быть применены в самых различных сферах. Андроидные роботы, узлы и детали к ним, программное обеспечение, все это является качественным высокотехнологичным товаром, который обязательно найдет своего покупателя в самом ближайшем будущем.
-Просто внедрение роботов, от микроскопических капсул, вживляемых в организм человека, до высокотехнологичных пылесосов позволит людям сосредоточиться на решении более важных проблем и задач. Механические помощники могут также присматривать за детьми, пенсионерами и выполнять работу по дому.
Роботы к 2025 году смогут выполнять работу, для которой Японии потребовалось бы занять 3,5 миллиона человек.
Эксперты
Международной федерации
В Европе же используется 233 тысячи, а в Северной Америке - 104 тысячи промышленных роботов и используются они, главным образом, на сборочных конвейерах.
Также электронные помощники заняты и при уборке мусора или погрузке. Среди европейских государств больше всего промышленных роботов используется в Германии - 105,2 тысячи, второе место занимает Италия - 46,8 тысячи, на третьем - Франция - 24,2 тысячи. В России уже работает 5 тысяч роботов, Швейцария и Австрия используют по 3,5 тысячи роботов, Финляндия - 3 тысячи, Дания - 1,8 тысячи, Польша - 644 робота и Венгрия - 176.
На рынке техники с давних пор существуют компании компании, специализирующиеся на производстве роботов. Одна из крупнейших подобных компаний — iRobot Corporation. Так же, роботов выпускают некоторые компании, работающие в сфере высоких технологий, такие как Honda, Mitsubishi, Sony, World Dеmanded Electronic, Gostai, KUKA.
Я полагаю, из всего вышесказанного можно сделать вывод , что технической усовершенствование мира стало для нас привычным и вполне приемлемым процессом . Люди изучают роботов, создают их , внедряют в производство, медецину , социальную и правовую сферу . Ученые огромными шагами несутся к новым открытиям и разработкам , и это , безусловно, правильные шаги, целью которых является доставление радости взрослым и детям , помощь людям с ограниченными способностями , обеспечение порядка в стране и многое другое.
Но, как известно ,у каждой медали есть две стороны.
Подбирая материал для работы , я не могла упустить и трагичные факты истории робототехники. Например, в 1981 году Кэндзи Урада, рабочий завода Kawasaki стал первой официальной жертвой, погибшей от руки робота. С этого времени число жертв роботов растет, несмотря на внедрение усовершенствованных механизмов безопасности. Также меня удивил случай, произошедший всего несколько лет назад: 18 марта 2008 года 81-летний австралиец стал первым человеком, который покончил жизнь самоубийством при помощи робота, которого сам собрал согласно схемам, взятым из сети Интернет. А стоит ли говорить об опасности боевых роботов?
К сожалению, всех подобных фактов не перечислить, не считая даже тех, которые не были опубликованы в СМИ.
Я уверена, что пытаясь создать механизмы с искуственным или даже «идеальным» интеллектом, человек должен быть уверен в своих дейсвтиях , силах, умственных способностях и в своей психологической устойчивости ,чтобы не сотворить оружие , которое может навредить окружающей среде , здоровью и моральному состоянию общества.
Список использованной литературы :
- Информация
из свободной энциклопедии «
- TehPlaneta.ru — Новости робототехники
-Byte- журнал, посвященный современным технологиям
- prorobot.ru – все о робототехнике
- Робототехника
- Робототехника в космосе
- Робототехника в медицине
- Робототехниканың даму тарихы
- Робототехниканың құрылу және даму шарттары
- Робототехническая отрасль в рамках нанотехнологичного производства в современных условиях и её роль в экономике США
- Робототехнические системы с элементами искусственного интеллекта
- Робота концнгтмейстера з педагогом
- Робота МНС в Україні
- Робота практичного психолога з учнями підліткового віку
- Робота серця
- Роботизация и автоматизация производства на основе электронно-вычислительной техники - основа интенсификации производства
- Роботизированный бортовой компьютер
- Роботизированный технологический комплекс