Прочитайте онлайн 100 знаменитых изобретений | Роботы

Читать книгу 100 знаменитых изобретений
266+7316
  • Автор:
  • Язык: ru
Поделиться

Роботы

Корни современной автоматики и робототехники связаны с египетской Александрией – научным центром античного мира. Так, механик Ктесибий считается изобретателем поршневого насоса, водяных часов. Герон Александрийский оставил несколько сочинений по механике и автоматике. Словом «автомат» он называл театральные и культовые приборы, в которых важную роль играли подвижные фигурки людей.

Трон византийских императоров охраняли два механических льва, начинавшие рычать, когда к нему приближались иностранные послы.

Немецкому ученому Альберту Великому приписывают создание механического слуги, служившего хозяину на протяжении 30 лет.

В тетрадях Леонардо да Винчи сохранились записи, где он пытается установить соответствие между отдельными органами человека и механизмами. Французский математик и философ Р. Декарт утверждал, что тела животных представляют собой не что иное, как сложные механизмы. Говорить так о человеке Декарт воздержался, поскольку в те времена это было небезопасно. Предпринимались также попытки объяснить работу человеческих органов механическими причинами. Так, английский врач У. Гарвей, открывший большой круг кровообращения, сравнивал сердце с гидравлической машиной.

В XVI–XVII вв. на стыке физиологии и механики возникло новое направление, получившее название ятромеханики. Его представитель, профессор Мессинского университета Дж. А. Борели, написал книгу «О движении животных», изданную в 1680 г. в Риме. В ней описывались структура, форма, действие и сила мускулов животных и человека, излагалось учение об их движениях. Также были собраны сведения о сокращении мускулов, движениях сердца, кровообращении, о работе органов пищеварения с расчетами и примерами механических аналогий. Л. Эйлер и Д. Бернулли в XVIII в. рассматривали вопросы тока крови и движения мускулов, прибегая к механическим аналогиям.

Идею создания механических животных мы находим в работах французского механика Ж. де Вокансона. Его аппараты моделировали движения своих прообразов. Так, созданная им утка вытягивала шею, чтобы брать из рук зерно, проглатывала и переваривала его. Она пила, барахталась в воде, издавала звуки, ее движения полностью соответствовали движениям настоящей утки. Процесс питания был продуман вплоть до переваривания в растворе кислоты пищи в желудке и испражнения. Крылья утки были воспроизведены так точно, что к ним не мог придраться ни один анатом.

Среди других моделей Вокансона были пианист, игравший на рояле, он поднимал голову и имитировал дыхание, а также игрок на флейте, который пел, аккомпанируя себе и отбивая такт ногой. Механик умер, не достигнув своей цели – построить модель человека с сердцем, артериями и венами.

Французский изобретатель Г. Майярде сконструировал фигуру писца, который мог писать несколько строк французского и английского текста и рисовать три пейзажа. Он также создал механического прорицателя, отвечавшего на ряд вопросов, и нескольких животных: змею, ящерицу, мышь, выполнявших ряд движений. Среди его работ была также птица, которая летала, пела и возвращалась в свое гнездо.

После промышленного переворота в первой половине XVIII в. многие изобретатели занимались созданием различных машин для ткацкого производства. Так, Вокансона занимали не только автоматы, но и ткацкие станки. Его соотечественник Жаккар в конце XVIII в. создал приспособление для производства шелковых тканей, а позже усовершенствовал его при помощи перфорированной призмы и перфокарт, что позволило производить ткани с запрограммированным рисунком.

На рубеже XVIII–XIX вв. Л. Карно, Г. Монж, А. Бетанкур и другие ученые создали науку о машинах. Русский ученый П. Л. Чебышев в середине XIX в. разрабатывал проблему структуры и синтеза механизмов. Он изобрел два оригинальных механизма – стопоходящий и гребной.

В 20–30-е годы XX в. советский физиолог Н. А. Бернштейн заложил теоретические основы биомеханики. Он показал, что движителем жизни является некоторое уравновешивание системы организм – среда. Он работал в биомеханической лаборатории Центрального института труда (ЦИТ) в Москве. В 1947 г. вышла его книга «О построении движений», в которой содержались главные положения новой науки о функционировании человеческого организма: кольцевой принцип управления, иерархия управляющих систем, цикличность, зависимость деятельности управляющей системы от управляемой и т. п. Позже на основе биомеханики была создана биокибернетика.

Впервые слово «робот» было употреблено в пьесе чешского писателя К. Чапека «Р. У. Р.». Автором удачного термина был не сам Карел Чапек, а его брат Йозеф. Карел предполагал назвать своих искусственных людей «лаборжи», но название показалось ему слишком книжным. Тогда Йозеф предложил назвать эти машины роботами от чешского «робота» – тяжелый труд.

В 20-х гг. в США появился первый автоматический цех, изготавливавший валик для коробки скоростей. В 1932 г. была построена первая автоматическая электростанция, в 1932 г. – первая автоматическая линия металлообрабатывающих станков.

Автоматические линии оказались выгодными при крупносерийном производстве, их стали внедрять в процессах по изготовлению подшипников, деталей двигателей, спичек, патронов, электролампочек, консервных банок, книг. Наиболее полная автоматизация по принципу поточного производства могла быть достигнута в масштабах целого завода.

В 1949 г. в СССР был введен в строй первый завод-автомат, выпускавший автомобильные поршни. Он управлялся 5 операторами и давал до 3500 поршней в смену.

В 50-е гг. с появлением электронно-вычислительных машин автоматизация производства стала комплексной, охватывающей все машины и агрегаты цеха. В конце 50-х гг. президент Академии наук СССР А. Н. Несмеянов определил задачу разработки теории производственных процессов как науки, основанной на точных знаниях. На повестку дня была поставлена задача соединения станков с электронно-вычислительными машинами, использование ЭВМ в различных производственных процессах и операциях, подход к автоматизации как к единому целостному процессу, а также автоматизации отдельных важных звеньев производства: транспортировки и перемещения предметов труда, установки обрабатываемых изделий в необходимое положение.

Для осуществления этой задачи требовалось пересмотреть весь технологический процесс для полной автоматизации линий сборки, термической обработки токами высокой частоты и лазерной обработки, контрольных операций.

По такой технологии в 1960 г. был построен Краснодарский завод-автомат по производству цепей для сельскохозяйственных машин.

В 1958 г. американская фирма «Пленит корпорейтед оф лансинд» изготовила модель программируемой механической руки, названной планобот. Она предназначалась для загрузки – разгрузки станков и других машин. Планобот имел 45 различных запрограммированных положений кисти «руки» и возможность ее вращения в запястье.

В 1961 г. фирма «Дженерал моторе» изготовила «хардимена» (стойкого человека). В нем были совмещены идеи двух устройств: усилителя силы мускулов и усилителя механической мощности человека. «Хардимен» мог переносить груз весом до 454 кг.

Первые промышленные образцы автоматических манипуляторов, имитировавших человеческую руку, были созданы в 1962 г. американскими фирмами «Юнимейшен инкорпорейтед» и «АМФ Версатран». Впоследствии такие манипуляторы назвали промышленными роботами.

Конструкции манипуляторов обеих фирм во многом были схожи. Оба они предназначались для межоперационного переноса изделий, были перепрограммируемыми, эффективно заменяли нескольких человек. Одинаковым был и их состав: механические схваты руки со многими степенями свободы, устройства позиционирования для перемещения механической руки, устройство памяти с информацией о последовательности операций.

Различия между машинами состояли во внешнем виде и конструктивном исполнении. По-разному осуществлялись их движения, что определялось разницей в структуре управления роботами. Рука «Версатрана» двигалась в цилиндрической системе координат и могла выполнять движения по вертикали, горизонтали, поворачиваться вокруг оси колонны. Кисть была способна делать вращательные движения и разворачиваться.

Рука «Юнимейта» работала в сферической системе координат. Она могла делать повороты в вертикальной и горизонтальной плоскостях, продольные движения, а кисть – разворот и наклон.

«Версатран» имел гидравлический привод для перемещения руки, а «Юнимейт» – гидравлический для приводов манипулятора и пневматический в системе схвата.

Управление обоими роботами состояло из четырех процедур: обучение, заключающееся в запоминании заданных операций; запоминание программы (информации); ее воспроизведение (считывание) и обработка программы, связанной с преобразованием информации и организацией выполнения рабочих операций.

Управление роботами первого поколения осуществлялось с помощью двух методов: «от точки к точке» и контурного.

Управление «от точки к точке» также осуществлялось системой управления с разомкнутым контуром. Метод применяется в операциях загрузки – разгрузки, штабелирования и т. п. Для осуществления каждого из трех движений требовалось до 30 потенциометров, благодаря чему можно было выбирать 30 последовательных позиций руки. При подаче команд кисть могла двигаться от упора до упора.

При контурном управлении рука робота двигалась по непрерывно контролируемой траектории. Подобные движения программировались с помощью магнитных носителей, при этом после записи программы методом обучения было возможно ее многократное воспроизведение.

Наряду с программируемыми в 1960-е годы появились дистанционно управляемые руки, или телехирики. Они устанавливались на подвижных машинах, выполняя опасную для человека работу в экстремальных условиях: в зоне повышенной радиации, в океанских глубинах, в огне или далеком космосе.

Одной из первых машин с телехириком был танк лаборатории вооружения в штате Нью-Мексико под названием «Битл». На 80-тонной машине были установлены 2 пятиметровые руки для переноса опасных грузов. Позже с целью улучшения управления телехириками стали устанавливаться телевизионные камеры для обратной связи.

Первый телехирик для работы под водой был построен Океанографическим институтом Скриппса и назывался «Рум». Потом был создан КУРВ, поднявший потерянную американским бомбардировщиком водородную бомбу с 750-метровой глубины.

Эру космической робототехники открыл советский космический телеуправляемый аппарат «Луна-17». В 1971 г. он совершил посадку на Луне в районе Моря изобилия, взял образец грунта и доставил его на Землю.

Более высоким, по сравнению с манипуляторами, уровнем организации управления обладали автооператоры, или интегральные роботы. В отличие от промышленных роботов, автооператоры дополнялись устройствами главной обратной связи, которая должна была обеспечить автоматическое перемещение самого устройства и (или) его рабочих органов при условии координации действий с состоянием окружающей среды. Автооператоры бывают двух типов – мобильные и локальные.

Первым мобильным автооператором ѵские стмаааокал, поднявший по5ныхой, д университет телека «ейки“. Мобильные операторы, частности предназначенные для сследовения арса, должЀы были -мет смотреть и о упват, двигаться пере и налаи, наносить анные а кртђ, поддержвать сво рабоче состояниЏ и т. п. , зависимосѼи от постпающей информации автооператоѻ мог переопределѰть услови, при которых выбирЏлись различнт тип поведених, вѱрабатыва таки образо условные р флесы и привычи.

окальны операторы представлыли соной рабочЂе оргамы машин с замкнутыли внЀшнами обратными свянямк. Одим из первых образтов такой системы была «рука рнта» – проекѹ системы «гла – руки», созданмый асса усетско технологическм институт СШп. , этом аппараѾе внЀшняя обратня свян механической рукн с внешней среной осуществлялась благодаряканалу машинного рениы. Автооператоры приндлжал ко второпу поколени роботов, они могли млнять свои действЁя в зависимосѼи от измнения окружающей среды.

клссѹ робототехнических систеВ отностся различнт машин, предназначенные для замены рѰчного трудЛ. Їто моЂуѰ быть робототехнические системы для Ћчиутки и моки стен окон здани, взстия про грунт, выполнения рабо в трудодостпных для человека метаы. к ним относѽ также роботов, испольнующихв кечество рабочго инструмента лазеы.

ЭѸгатические робот харакѼеринуются нличием элементов умакистичносѺи, т. е. зависимосѼи от человека и го управляющих сойсте. нач их мо но назвЋть «систем человеи – робот¿. Для управления машиноЅ мо но использовить различнт роявления человеческо жизн деятельност: движение, ест кулция, дыхание, измненЂ тепл продуктивносѼи и т. п. Одим из примеров такой системы моЂуѰ служать оротзу человеческих оничносѺей, управляемые биопотенцилами человеческого организмл. Первая модель человической рукн была создана СССР , п5дняА в 1960 г. шМоскве а конреѲсе о автомаѳическму управлени 15- летний ноа, Ѳ которого н было кисти руки, взял оротком усок мела и написал на доск: «ривт участникаа конреѲс!».

Для управления манипуляторами, работающЋми в опасных она, были стмааамы опиующие системѸ, поаторющие движений рукн оператори. Они состоѾт ии управляющего механизма( рукоѾук), приводмого в движений человекм м исполнтельного(захват), неЁоседственн, выполняющего необходиные действЁѵ.

Длятого чтобы робоѻ мог получать информацЃю о окружающе мир, были стмааамы рительныи, слѱхоыи, такѱильные атик, позвоЀющие риетироваться пространстве.

В рительнѸх анализатора применуютсяфотоэлементы. В ростевших лучаях, напрмер, когда необходимй считЁть деали на конвепер,. на счетик направняется луы свата >В том ѾлучЂе, когда луы пересекЏется двиЁущейс деаль, этоулавливат фотоэлемен и здставлыт рабатывать счетие.

В некотоѽых устройствих моделируЎтсяспособность глаа олѾбя избирать обѻект, двиЁущеся в до направлении. Так, роботх-лѾохоЀа применяласьсистем рениѸ, включЏвшая маторы, направнующие оверностьсоничных ботрей остоянно всторо Ѳ олна >ля разработки системѸ, позающей ель следящейа ней, использовался гла лыЂуи.

лѱхоыЅ анализатоѽы роботов способны рспонавать человеческой глоя и реь. Они моЂуѰ выполнять команмы операторв при управлении автомобиием или самоето, насѿраватьмѰзыкальны инструменѽы и Ѐудотехниу. Н которые робот предназначемы для рспонавения сигзало гидр локационного устройства с цельюобноружения подводных водо.

В 1760-е годы началсь созданиЋ роботов трет его поколениѸ. Он, помимй шенњорной системы м исполнтельных механизмов, имели искусственнѵй интеллекѼ – Ѿпецилизированную ЭВМя абором програмЅ. На основе информацив, иущеи от шенњорных датиков, ониформиую модель внешнего окружения и выбират программ действии.

ейчаѵ робот получили ирокое примеление на заоЀа, в сследовен океанских глубиа и плант олничной системѸ. Они заменѰт мо рных и саерой.

Робот совершенстнуются благодаря развити комльѺѼерых технологи, появленЌю мкѼериалоя овыми свойствамй.