РОБОТОТЕХНИКА

Робототехника - одно из перспективнейших направлений в сфере информационных технологий.

Робототехника – создание, применение роботов и других средств робототехники различного назначения. Она возникла на основе кибернетики и механики, породив новые направления развития этих наук. Для кибернетики это связано с интеллектуальным управлением, которое требуется для роботов, а для механики – с мгновенными механизмами типа манипуляторов.

Первое появление слова «РОБОТ» относится к 1920г. Его употребил чешский писатель Карел Чапек в фантастической пьесе «Rossumovi univerzální roboti (R.U.R)». В произведении оно обозначало искусственно созданного человека, труд которого был использован на тяжелых и опасных производствах. Несмотря на то, что в пьесе роботы изготавливались на фабриках из выращенных органических тканей, само понятие было применено в отношении механических устройств.

В России роботы появились в 60-е годы прошлого столетия в связи развития кибернетики, вычислительной техники, электроники и систем управления, гидравлики и пневматики.

Робот – автоматическая машина, включающая перепрограммируемое устройство управления и другие технические средства, обеспечивающие выполнение тех или иных действий, свойственных человеку в процессе его трудовой деятельности.

Существует много разновидностей роботов. Большую группу составляют мобильные роботы/мобильные платформы. У этой категории относятся человеческие роботы и широкий диапазон конструкций, имитирующий животных.

Манипулятор – оснащенное рабочим органом исполнительное устройство для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве. Роботы – манипуляторы удобны для выполнения утомительных/монотонных операций в промышленности и в средах, опасных для жизни людей.

Рисунок 1. Схема кинематической аналогии руки человека и механической руки манипулятора промышленного робота

Для подъема и транспортировки тяжестей используют портальные роботы. Однако они немобильные, вследствие чего расстояние переноса груза ограничено.

В мире сформировались три основных этапа оценки уровня промышленности роботов:

-Роботы первого поколения. Работают по жесткой программе и не способны адаптироваться к изменяющимся условиям производства. Требуют упорядоченного размещения ориентированных деталей в накопителе. Широко применяются в промышленности.

-Роботы второго поколения. Работают по гибкой программе. Оснащены развитым сенсорным аппаратом, который обеспечивает работу с целью выбора оптимального алгоритма функционирования в зависимости от реального состояния производственного процесса. Используются для выполнения сложных производственных задач.

-Роботы третьего поколения. Относятся к интегральным/интеллектуальным системам. Оснащены новейшими средствами адаптации, которые дают способность самообучения.

По характеру выполняемых операций различают:

-Технологических роботов – основные операции технологического процесса (обработка, сборка, сварка и т.д.);

-Вспомогательных роботов – обслуживание основного технологического оборудования (установка-снятие заготовок, деталей и т.п.);

-Универсальных роботов – основные и вспомогательные операции.

Робототехнику для экстремальных ситуаций можно разделить на две группы:

-Первая – промышленные роботы для производительных задач с тяжелыми, опасными и вредными условиями труда;

-Вторая - специальная робототехника для проведения спасательных работ при возникновении техногенных и природных аварий и катастроф, а также техника для проведения уникальных исследовательских работ в глубинах океана, в открытом космосе, в условиях национальной безопасности страны, включая предотвращение террористических актов.

Структура промышленных роботов:

-Система управления – воспроизведение и отработка программы функционирования промышленного робота с учетом координации его действий с работой технологического оборудования.

-Информационная система – сбор, первичная обработка и передача в систему управления данных о функционировании узлов и механизмов промышленного робота и о состоянии внешней среды.

-Механическая система/манипулятор – выполнение двигательных функций и реализация технологического назначения промышленного робота.

Этапы создания робота:

-Определение типа создаваемого робота;

-Определение первой спецификации;

-Составление перечня операций, которые должен выполнять робот;

-Описание структуры робота.

Материалы для корпуса/рамы робота должны быть прочными, простыми в обработке, надежными и дешевыми. Компоненты робота скрепляют с помощью болтов и гаек.

Компоненты электронной схемы собирают на прямоугольной печатной плате, изготовленной из изолирующего материала.

Компоненты соединяются посредством припаивания их к полоскам, а также – соединения некоторых полосок с помощью проводов, расположенных поперек платы под прямыми углами.

Есть три вида соединительных проводов:

-Одножильный изолированный провод диаметром 0,71 мм. Используется для монтажа на печатной плате.

-Многожильный гибкий изолированный провод 13 х 0,12 мм. Используется для подключения внешних компонентов, наподобие двигателей, а также межплатных соединений.

-Луженый медный провод без изоляции диаметром 0,71 мм. Используется для монтажа на печатных платах.

Для оборачивания “рискованных” проводов и выводов, а также для изоляции точек спайки двух проводов используют ПВХ изоленту.

Популярные электронные компоненты:

-Резисторы;

-Переменные резисторы (подходят для макетирования);

-Конденсаторы (сглаживание всплесков и импульсов напряжения питания);

-Транзисторы;

-Светодиоды;

-Кнопки.

Все роботы оборудованы датчиками, связанными с микроконтроллером.

Часто используемые датчики в робототехнике:

-Резистивные датчики – реагируют на изменения в некоторой количественной характеристике (освещенность, позиция), путем изменения сопротивления.

-ЭДС-датчики – реагируют на изменения в контролируемой характеристике путем изменения ЭДС (электродвижущей силы/напряжения), которую они производят.

Наиболее популярный фотоэлемент в роботах – фоторезистор. Он реагирует на свет большинства оттенков с пиковой реакцией на желтый цвет.

Еще один популярный фотоэлемент – фотодиод. Его действие основано на том факте, что ток утечки, когда диод смещен в обратном направлении, изменяется в зависимости от интенсивности освещенности. Фотодиоды лучше реагируют на свет в красном конце спектра. Некоторые чувствительны к инфракрасному излучению.

Фототранзистор по свойствам подобен фотодиоду. Он может управлять током базы благодаря тому, что падающий на него свет высвобождает подачу электронов, действующих как ток базы.

Два роботы, которые могут “переговариваться” и взаимодействовать друг с другом открывают захватывающие возможности. Очевидных способ общения – радиосвязь, использующая модули передачи и приемника, которые работают на частоте 433,92 МГц.

Проекты:

-Робот андроид.

Применяется для кинофильмов и видеоигр. Корпус робота сформирован из двух легких в обработке материалов малой плотности. Панели корпуса из пенопласта. Конструкции скреплены ремесленным клеем.

Программы:

-игра «Ножницы, бумага, камень»;

-песни и танцы;

-поиск света;

-обход препятствий.

-Робот “Искатель”. Мобильная платформа, обеспечивающая возможность установки максимального числа датчиков и исполнительных механизмов. Он идеален для экспериментов в области механики и электроники роботов, а также – робототехнического программирования.

Программы:

-программный селектор;

-“Скиталец” (обход препятствий);

-поиск света;

-отслеживание линии;

-“Узник” (нельзя пересекать линию);

-проход лабиринта.

-Портальный робот. Встречается на промышленных предприятиях.

Программы:

-перемещение из А в В;

-перемещение из С в D;

-сканирование;

-управление крюком;

-управление захватом;

-игра “Подкова”;

-прохождение лабиринта.

Список литературы:

1. https://robo-sapiens.ru/stati/pervyie-robotyi-i-kratkaya-istoriya-razvitiya-robototehniki/
2. А. А. Иванов “Основы робототехники” - учеб. пособие НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Нижний Новгород, 2011. – 200 с.
3. Оуэн Бишоп “Настольная книга разработчика роботов” – К.: ”Мк-Пресс”, СПБ.: “КОРОНА-ВЕК”, 2010.-400с.