что такое робототехника кратко
Что такое робототехника? Классификация, история и области применения роботов
Робототехника — отдел прикладной науки, который занимается проектированием, производством и применением автоматизированных технических систем — роботов. Робот — это программируемое механическое устройство, способное действовать без помощи человека.
Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком либо животными. При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.
Роботы бывают манипуляционными и мобильными:
Навигация по материалу:
Классификация мобильной робототехники по типу перемещения
Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными.
Робототехника может перемещаться по любой поверхности, в воде и в воздухе. Так, по типу передвижения роботы бывают:
Лидерами в производстве роботов на данный момент являются компании FANUC (Япония), KUKA (Германия) и ABB (Швеция, Швейцария).
Пример устройства робота — элементы и конструкция
Каждый робот состоит из следующих базовых компонентов:
Робот может быть любых форм и размеров. Именно рама или тело робота является основой его конструкции и определяет внешний облик. Среднестатистический человек при слове «робот» представляет человекоподобное существо из металла. Этот образ навязан многочисленными фантастическими кинофильмами.
На самом же деле большинство роботов совершенно не похоже на человека. Главное для робота – это его функциональность, а не то, как он выглядит.
Контроль за работой робота осуществляется при помощи системы управления. Она включает в себя огромное количество датчиков, которые помогают технике взаимодействовать с внешним миром.
Система управления роботом предполагает целый набор алгоритмов, благодаря которым решаются те или иные задачи. В работе робота происходит постоянный обмен данными между датчиками и центральным процессором (ЦП). Алгоритмы и программное обеспечение создаются человеком.
Для физического контакта с объектами внешней среды используется манипулятор. Данный элемент не является обязательным. Как правило, манипулятор не является частью рамы/тела робота. Используется для решения конкретных задач в различных отраслях.
Ходовая часть робота также не является обязательной, и наличествует лишь у тех роботов, которым необходимо передвижение в пространстве. В качестве средств для перемещения чаще всего используются колеса.
Основные компоненты робототехники
Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей. Вот основные из них:
Внутренний контроллер. Каждый робот оснащен контроллером — компьютерной операционной системой. Контроллер — это мозг любого робота. Он содержит всю необходимую информацию для выполнения задач и указаний.
Источник энергии. Роботам необходим источник энергии. Одни работают от батарей. Другие оснащены фотоэлементами, которые преобразуют солнечный свет в энергию. Механические роботы заводятся с помощью пружинного механизма.
Дистанционное управление. Роботы, которые работают на других планетах, такие как марсоход, оборудованы внутренними контроллерами, но ими также можно управлять с Земли.
Сенсоры света и звука. С их помощью робот может распознавать свет, исходящий от объектов, определять звуковые волны. Эта функция помогает либо обходить различные предметы, либо идти к ним навстречу. Также в корпус робота может быть встроено устройство распознавания голоса, с помощью которого человек отдает машине устные приказы.
Датчики давления. Некоторые роботы оборудованы датчиками давления, которые имитируют осязание. У этих сенсоров два назначения: они сообщают роботу о том, что он ударился о какой-нибудь предмет и должен сменить направление движения, а также позволяют правильно захватить и поднять объект.
Приводы — это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух. Перечислим все основные варианты приводов для робототехники:
Области применения робототехники
Применяются роботы самых различных сферах, но основными являются следующие:
В сфере промышленности роботы позволяют выполнять большой объем работ с высокой скоростью и точностью. Они позволяют решать такие задачи, с которыми невозможно справиться человеческими силами.
Очень многие места нашей планеты и за ее пределами не исследованы по той причине, что делать это человеку невозможно. Например, о том, что творится в океанных глубинах и в космосе мы знаем благодаря роботам-исследователям.
Рост инновационных технологий позволяет оптимистически смотреть в будущее. Робототехника стремительно развивается, открывая человечеству новые возможности.
Какие знания необходимы для создания робототехники?
Современная робототехника строится на знаниях из области программирования, механики, мехатроники, электротехники, электроники и автоматического управления.
Для освоения робототехники на базовом уровне достаточно школьных знаний по математике и физике. Без понимания физики движения и принципов работы механизмов и электродвигателей сложно собрать функционирующего робота.
Затем идут информатика и проектирование. Так как программирование необходимо в робототехнике не меньше математики, важно разбираться в компьютерных науках и информационных системах. Проектирование поможет создавать удобные продукты. Но знания из других инженерных дисциплин тоже будут полезны.
Основные направления в изучении робототехнике :
История развития робототехники за последние 100 лет
Краткая история становления и развития робототехники с указанием самых значимых событий и разработок:
Робототехника — что это такое?
Татьяна Ботнару
Робототехника — что это такое?
Для развития современного ребенка необходимо использовать соответствующие методики, которые будут в полной мере отвечать запросам времени. Вот почему многие родители начинают интересоваться, что собой представляет робототехника для дошкольников, так ли она эффективна, как обещают руководители кружков и школ по этому направлению, какие навыки развивает. Отметим, что направление не новое, но только сейчас начало стремительно завоевывать популярность.
ЧТО ЭТО ТАКОЕ? Занятия по робототехнике представляют собой творческий процесс, в рамках которого ребенку удается создать собственный продукт – робота. Не надо думать, что появляется нечто сложное, некий искусственный разум, – нет, малыши, по сути, работают со специальными конструкторами, создавая фигуры и машины, используя подсказки педагога и собственную фантазию. Суть занятий состоит в изучении механизмов, упрощенной работе с моторами, рычагами, колесом, создании моделей по схемам или даже придумывании своих. Такие виды деятельности по силам детям 5-6 лет. Ребята постарше начинают знакомство с программированием –их задача усложняется: нужно не просто собрать модель, но и написать для нее простейшую программу на ПК. Такие развивающие упражнения дают возможность сформировать у детей интерес к технике и получить важнейшие навыки. Сами занятия помогают развить усидчивость, целеустремленность, умение искать альтернативные пути решения проблемы, а эти качества, в свою очередь, очень помогут и в школе, и в дальнейшей жизни ребенка. Вот почему вопрос о занятиях робототехникой в детских садах поднимался на государственном уровне – такая форма работы позволяет сформировать творческую личность, готовую фантазировать и воплощать свои идеи в жизнь, наделенную пространственным и конструктивным мышлением.
ЛУЧШИЙ ВОЗРАСТ ДЛЯ СТАРТА Отметим, что целью занятий по робототехнике для дошкольников является прежде всего развитие личности малыша, его творческих и интеллектуальных способностей, а не создание какого-то технически сложного уникального продукта. Дети в 5 лет начинают испытывать интерес к механизмам и конструированию, что и необходимо использовать для их продуктивного развития. Для самых маленьких «робототехников» предлагается использовать особый вид конструктора – с крупными деталями, интуитивно понятными механизмами, которые легко соединить между собой. Первый успех очень важен, поскольку помогает ребенку обрести уверенность в своих силах и желание заниматься дальше. При желании малыша занятия можно продолжить и в школе, в этом случае они выйдут на новый уровень и будут не только развивать общие умения и навыки, но и помогут ребенку обрести специфические знания.
ПОЛЬЗА РОБОТОТЕХНИКИ Проведение современных занятий по конструированию, без сомнения, будет очень полезно для дошкольника. Робототехника полностью соответствует духу времени, позволяет подготовить малыша к реалиям нынешней жизни, где механизмы и машины играют ключевую роль. Кроме того,польза занятий состоит в следующем: ребенок работает с небольшими элементами, что помогает развить мелкую моторику; получает первый опыт программирования; улучшает математические навыки (счет, симметрия, пропорции); учится общаться с ровесниками и педагогами, работать в команде, быстро ориентироваться в пространстве; получает первые навыки презентации своего «творения»; развивает мышление, внимание, память. Такие занятия за счет игровой формы интересны ребенку, не вызывают у него скуки, поэтому работает он с удовольствием. Через игру ребенок учится мыслить, сосредотачиваться на решении поставленной задачи. Робототехника активирует его познавательную активность, повышает интерес к самому процессу обучения.
LEGO-конструирование и робототехника в ДОУ Тема проекта: «LEGO-конструирование и робототехника в ДОУ» Авторы проекта: Рамазанова Д. Р., воспитатели, МБДОУ №44, Сибирячок. г. Сургут.
Робототехника в дошкольной образовательной организации ЧТО ТАКОЕ РОБОТОТЕХНИКА?Слайд 1 Инновационные процессы в системе образования требуют новой организации системы в целом, особое значение.
Презентация «Робототехника в детском саду» Вы спросите, почему робототехника не использовалась раньше, если она такая полезная и уникальная? Причин опять же несколько. Во-первых,.
Программа дополнительного образования «Робототехника» Учебно-тематический план » Робототехника». № Тема Количество часов Теория Практика 1. Знакомство с конструктором LegoWedo 1час 0.5часа 0.5.
Робототехника для дошкольников Робототехника для дошкольников Современные дети живут в эпоху активной информатизации, компьютеризации и роботостроения. Технические достижения.
Робототехника. Икаренок Конкурс. г. Нижний Тагил. Ездила посмотреть,что это такое и с чем едят. После длительного отпуска 2 лет. Вышла на работу и поняла, что.
Фотоотчет «Робототехника в детском саду» Современное общество и технический мир не разделимы в своем совершенствовании и продвижении вперед. Мир технологии захватил всю сферу человеческого.
Фотоотчет «Робототехника в ДОУ» С сентября 2018 года в нашем детском саду воспитанники старшего дошкольного возраста начали осваивать новый вид дополнительной образовательной.
Видеоотчет «Робототехника в ДОУ» Техническое творчество в ДОУ (конструктор УАРО) Понятие технического творчества все прочнее укрепляется в образовательной деятельности дошкольного.
Роботека
О сайте
Вы здесь
Что такое робототехника? Понятие и классификации
Робототехника – это техническая наука, изучающая автоматизацию производственных и иных систем при помощи роботов. Предполагает проектирование, создание и использование роботов для взаимодействия с внешней средой выполнения различных задач без участия человека.
Понятия робот и робототехника
Робот
Механизированное устройство, цель которого выполнение определенных операций и действий, заранее заданных по заложенной программе.
Слово «робототехника» обязано своим появлением американскому писателю российско-еврейского происхождения Айзеку Азимову, который внес немалый вклад в популяризацию науки.
Робототехника
Прикладная наука, цель которой разработка автоматических роботизированных систем, направленных на улучшение и автоматизацию производства.
История появления роботов берет начало с появления первых механических машин андроидного типа, а развитие робототехники, как отрасли, начинается с первых индустриальных конвеерных роботов, использующихся на производствах.
Ключевые даты в развитии робототехники:
1913 год. Создание Чарльзом Маколи машины, находящей решения логических проблем.
1921 год. Первое упоминание слова «робот» в пьесе «R.U.R.» Карела Чапека.
1934 год. Создание индустриального конвейерного робота для покраски поверхностей.
1946 год. Презентация механизма управления машинами посредствам магнитного записывающего устройства.
1950-е годы. Активная разработка механических роботов-манипуляторов.
1971 год. Изобретение первого в мире микропроцессора.
1980 годы. Сильнейший скачок роста рынка робототехники, произошедший благодаря коммерческой реализации японских роботов.
2000 год. Компания Electrolux в эфире телеканала BBC представила робот-пылесос Trilobite.
2010 год. Корейская фирма Ilshim Global презентует первого в мире робота для мойки окон Windoro.
С 2017 года. Основное направление робототехники – это прогресс искусственного интеллекта.
Строение робота
Каждый робот состоит из следующих базовых компонентов:
(Наглядное устройство робота)
Робот может быть любых форм и размеров. Именно рама или тело робота является основой его конструкции и определяет внешний облик. Среднестатистический человек при слове «робот» представляет человекоподобное существо из металла. Этот образ навязан многочисленными фантастическими кинофильмами.
На самом же деле большинство роботов совершенно не похоже на человека. Главное для робота – это его функциональность, а не то, как он выглядит.
Контроль за работой робота осуществляется при помощи системы управления. Она включает в себя огромное количество датчиков, которые помогают технике взаимодействовать с внешним миром.
(На картинке робот Humanoid)
Система управления роботом предполагает целый набор алгоритмов, благодаря которым решаются те или иные задачи. В работе робота происходит постоянный обмен данными между датчиками и центральным процессором (ЦП). Алгоритмы и программное обеспечение создаются человеком.
Для физического контакта с объектами внешней среды используется манипулятор. Данный элемент не является обязательным. Как правило, манипулятор не является частью рамы/тела робота. Используется для решения конкретных задач в различных отраслях.
Ходовая часть робота также не является обязательной, и наличествует лишь у тех роботов, которым необходимо передвижение в пространстве. В качестве средств для перемещения чаще всего используются колеса.
Классификация робототехники
Роботов можно разделить по нескольким типам:
Перемещение робота в пространстве не всегда является обязательным. Если данная задача от робота не требуется, он является статичным.
Наземное передвижение робота осуществляется при помощи колес. Для повышения проходимости используется гусеничный ход. Перемещение роботов на двух ногах, как мы привыкли видеть в фантастических фильмах, не является практичным и используется в робототехнике редко.
Существуют летательные роботы, в создании которых используются достижения аэродинамики. Роботы также используются для полетов в космос.
Управлять роботом можно программно, с использованием алгоритмов для автоматической деятельности. При необходимости в программу робота могут быть внесены коррективы, чтобы оптимизировать его работу в соответствии с текущими задачами. Существует также ручное управление роботом, осуществляемое оператором.
Области робототехники
Применяются роботы самых различных сферах, но основными являются следующие:
В сфере промышленности роботы позволяют выполнять большой объем работ с высокой скоростью и точностью. Они позволяют решать такие задачи, с которыми невозможно справиться человеческими силами.
Очень многие места нашей планеты и за ее пределами не исследованы по той причине, что делать это человеку невозможно. Например, о том, что творится в океанных глубинах и в космосе мы знаем благодаря роботам-исследователям.
Рост инновационных технологий позволяет оптимистически смотреть в будущее. Робототехника стремительно развивается, открывая человечеству новые возможности.
Робототехника: все, что нужно знать о роботах
Тема: Наука
Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.
Слово «робототехника» (в его английском варианте «robotics») было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году.
Робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд или rob — раб) — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма.
Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.
“Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций.” И. М. Макаров, Ю. И. Топчеев. “Робототехника: История и перспективы”
Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. В настоящее время впромышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого».
История
Сведения о первом практическом применении прообразов современных роботов — механических людей с автоматическим управлением — относятся к эллинистической эпохе.
Тогда на маяке, сооружённом на острове Фарос, установили четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались, так что всегда были хорошо видны издалека. Эти статуи через определённые промежутки времени, поворачиваясь, отбивали склянки; в ночное же время они издавали трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега.
Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным 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 механического 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 «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.
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».
Виды роботов
Промышленные роботы
Появление станков с числовым программным управлением привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков.
Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.
Несмотря на их высокую стоимость, численность промышленных роботов в странах с развитым производством быстро растёт. Основная причина массовой роботизации такова:
«Роботы выполняют сложные производственные операции по 24 ч в сутки. Выпускаемая продукция при этом имеет высокое качество. Они… не болеют, не нуждаются в обеденном перерыве и отдыхе, не бастуют, не требуют повышения заработной платы и пенсии. Роботы не подвержены влиянию температуры окружающей среды либо воздействию газов или выбросов агрессивных веществ, опасных для жизни человека».
Медицинские роботы
В последние годы роботы получают всё большее применение в медицине; в частности, разрабатываются различные модели хирургических роботов.
Ещё в 1985 году робот Unimation Puma 200 был использован для позиционирования хирургической иглы при выполнении биопсии головного мозга, проводившейся под управлением компьютера.
В 1992 году разработанный в Имперском колледже Лондона робот ProBot впервые осуществил операцию на предстательной железе, положив начало практической роботизированной хирургии.
С 2000 года компания Intuitive Surgical серийно выпускает робот Da Vinci, предназначенный для лапароскопических операций и установленный в нескольких сотнях клиник по всему миру.
Бытовые роботы
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.
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.
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.
В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек (доставляются к зданию «главным роботом» — мобильным роботом на гусеничном ходу).
Получили распространение в войсках и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире использовались около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов.
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 открыти.
К роботам-учёным безусловно можно отнести роботов, с помощью которых исследовались вентиляционные шахты Большой Пирамиды Хеопса. С их помощью были открыты т. н. «дверки Гантенбринка» и т. н. «ниши Хеопса». Исследования продолжаются.
Система передвижения
Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (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 роботы передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками.
Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов — змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других типах роботов бионического происхождения.
Система распознавания образов
Системы распознавания уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).
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.
Математическая база
Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.
Навигация
Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).
Внешний вид
В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. 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.
Производители роботов
Существуют компании, специализирующиеся на производстве роботов (среди крупнейших — iRobot Corporation). Роботов также выпускают некоторые компании, работающие в сфере высоких технологий: ABB, Honda, Mitsubishi, Sony, World Demanded Electronic, Gostai, KUKA.
Проводятся выставки роботов, напр. самая крупная в мире International robot exhibition (iRex) (проводится в начале ноября раз в два года в Токио, Япония).
Если вы хотите получать больше статей, подобно этой, то кликните Recommend ниже.