какие выделяют категории роботов
Виды роботов и автономных интеллектуальных систем, применяемых в современном мире
Существуют различные виды роботов, отличающиеся способами управления, техническими возможностями, назначением. Некоторые автоматизированные устройства способны полностью заменить труд человека. Робот может выполнять команды пользователя или действовать автономно, следуя заложенной программе.
Виды роботов по сфере применения
По назначению роботы делятся на бытовые, сервисные, медицинские, военные, промышленные, космические, развлекательного и обучающего назначения.
Медицинские помощники
Медицинские автоматизированные устройства используются для проведения лечебных или диагностических процедур. В эту категорию входят такие роботы:
Бытовые ассистенты
Такая техника предназначена для помощи человеку в выполнении повседневных задач. В категорию бытовых входят следующие типы роботов:
Роботы-игрушки
В эту категорию входят разновидности, применяемые для развлечения или обучения детей.
Сервисные
Классификация роботов включает в эту группу устройства, не относящиеся к другим категориям. К сервисным можно отнести средства сбора данных, демонстрации новых технологий, исследовательские аппараты, а также роботы, используемые в сфере услуг – консультанты, администраторы, промоутеры, гиды и т. д.
Военные роботы
Военными называют многофункциональные технические средства, заменяющие человека при выполнении некоторых военных операций. Эти устройства наделены искусственным интеллектом и предназначены для задач, которые не может решить человек.
В современном мире существуют следующие разновидности военных роботов:
Промышленные машины
Промышленные устройства помогают полностью или частично автоматизировать производственные процессы. По назначению аппараты делятся на такие типы:
Развлекательные
Они не требуют постоянного вмешательства человека в их работу, способны взаимодействовать с людьми в жилых домах или развлекательных заведениях. В эту группу входят:
Классификация по типу управления
То, какие бывают роботы, также определяет степень их автономности и способы функционирования. По типу управления роботизированные аппараты делятся на:
Разделение по методу передвижения
Внешний вид и строение робота во многом зависят от способа его передвижения. С этой точки зрения, роботизированные машины классифицируются на:
Большинство автоматических устройств в отличие от человека, не чувствительны к воздействию негативных факторов, что позволяет использовать роботов в разных сферах.
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.
Роботы в промышленности — их типы и разновидности
Что это?
Это статья об индустриальном применении робототехники. Применение роботов в промышленности началось, по историческим меркам, не так давно — чуть больше, чем полвека назад, но сейчас уже мало какое производство можно представить себе без автоматических линий, без стальных манипуляторов и зорких стеклянных зрачков роботов — эти железные ребята прочно вошли в большинство производственных процессов и уходить не собираются.
Несмотря на такое обширное, почти повсеместное распространение роботов, лишь специалисты в полной мере представляют себе весь спектр их возможностей. В этой статье мы приоткроем дверь в мир промышленной робототехники для широкого круга читателей: опишем некоторые разновидности производственных роботов и сферы их применения. Нельзя объять необъятное в одной статье, но, если читателям будет интересно, мы обязательно продолжим.
Так какие они бывают — роботы?
Есть несколько классификаций промышленных роботов: по типу управления, по степени мобильности, по области применения и специфике совершаемых операций.
По типу управления:
Управляемые роботы: требуют, чтобы каждым их движением управлял оператор. В силу узости областей применения распространены мало. Да и не совсем роботы.
Автоматы и полуавтономные роботы: действуют строго по заданной программе, зачастую не имеют сенсоров и не способны корректировать свои действия, не могут обойтись без участия рабочего.
Автономные: могут совершать запрограммированный цикл действий без участия человека, согласно заданным алгоритмам и корректируя свои действия по мере необходимости. Такие роботы способны полностью перекрыть поле деятельности на своем участке конвейера, без привлечения живой рабсилы.
По функциям и сфере применения:
Роботы разделяются по назначению и исполняемым функциям, вот лишь некоторые из них: промышленные роботы бывают универсальные, сварочные, машиностроительные, режущие, комплектовочные, сборочные, упаковочные, складские, малярные.
Это далеко не полный перечень: количество всевозможных вариантов постоянно растет и все перечислить невозможно в рамках одной статьи. Можно лишь с уверенностью сказать о том, что вряд ли найдется такая область человеческой деятельности, где роботы не смогли бы сделать труд человека более творческим, взяв всю монотонную и опасную часть работы на себя.
Другие методы классификации
У каждой энциклопедии, каждого справочника и каждого производителя своя классификация и типология роботов. Что и не удивительно — зачастую она определяется сугубо специфическими нуждами и частным подходом того, кто её составляет.
Помешает ли это нам рассмотреть некоторые образцы и понять — что же они умеют? Нет конечно. Поехали.
Рассмотрим образцы
Среди промышленных роботов выделяется продукция таких известных фирм, как Kuka, Fanuc, Universal Robots, некоторые образцы которых мы рассмотрим чуть ниже.
FANUC M-2000iA/1200 — пятиосевой грузоподъемный робот поднимающий до 1200 кг и перемещающий этот груз на расстояние до 3,7 м — идеален в качестве погрузчика, так как работает без участия человека, что практически сводит к нулю опасность травматизма. Работает при температурах 0°C — +45 °C. Стабильность повторяемости — 0,03 мм.
Крайне прочный аппарат.
UR10 — самый крупный из манипуляторов Universal Robots и это коллаборативный робот, проще говоря — он создан для работы с другим оборудованием и помощи в работе человеку.
Манипулятор модели UR10 имеет радиус действия 1,3 м и поднимает груз до 10 кг. Его можно использовать с сельскохозяйственным, фармацевтическим, технологическим и многим другим оборудованием. Компактно размещается на рабочем месте человека, чтобы стать ему “третьей рукой”, легко программируется и быстро настраивается.
UR10 умеет завинчивать, клеить, сваривать и паять, производить литьевые и сборочные работы.
Также роботы Universal Robots применены в проекте Voodoo Manufacturing: Project Skywalker компании Medium Corporation — это фабрика 3D-печати, многие операции на которой выполняют именно роботы-манипуляторы. Такие действия, как замена платформ для печати, сбор и складирование готовых изделий больше не требуют неустанного внимания персонала.
Особенно интересны универсальные роботы, так как именно они, в силу своего назначения, снабжены наиболее адаптивными системами управления.
Это такие роботы, как Baxter и Sawyer производства Rethinkrobotics.
Baxter — многофункциональный робот с двумя манипуляторами и системами обратной связи и самообучения.
Его 7-осевые манипуляторы способны почти на всё, на что способна рука человека, в том числе — имеют обратную связь и могут контролировать прилагаемые усилия. Это, плюс ещё особенности дизайна, делают Бакстера безопасным для живых рабочих — его рабочее место не нуждается в ограждении, да и вообще — места он занимает немного, что здорово экономит пространство в цеху. Пара бакстеров способна успешно работать вместе.
Бакстер интересен еще и тем, что не требует тщательного подробного программирования каждого своего действия — “учить” его можно не только через интуитивно понятное визуальное приложение, но и прямо на рабочем месте — повторяя показанные движения он запоминает их и применяет в дальнейшем.
Sawyer — “младший брат” Бакстера — удивительно компактный и легкий робот-манипулятор, он весит всего 19 килограмм и может быть установлен почти где угодно, не занимая при этом много места.
Точность действий Сойера доходит до 0,1 мм, что позволяет использовать его в сотнях видов комплектовочных, сборочных и других конвейерных работ.
Оба робота легко переобучаются для выполнения новых функций даже без применения традиционного программирования и столь же просто перемещаются с одного рабочего места на другое.
Гибридное производство
Очень интересным представляется подход компании Stratasys, которая создала промышленный аппарат нового типа — гибрид робота и 3D-принтера.
Конечно, любой 3D-принтер обладает признаками робота, но тут — это совершенно традиционной формы роботизированный манипулятор, имеющий в том числе и функцию FDM-печати. Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator предназначен, прежде всего, для авиационного и космического производства, в котором так важна его способность производить печать на вертикальных поверхностях неограниченной площади, в соответствии с концепцией “infinite-build” — “бесконечное построение”. С работой над проектом связаны такие монстры, как аэрокосмический гигант Boeing и автоконцерн Ford, которые предоставили Stratasys спецификации по необходимым характеристикам получаемых изделий.
Восьмиосевой механизм манипулятора, обилие специально разработанных композитных материалов для печати, традиционно высокое качество изготовления — все говорит нам о том, что у этого аппарата и его потомков большое будущее.
Figure 4 компании 3D Systems — модульная робототехническаяя система для автоматизации стереолитографической 3D-печати, ни больше, ни меньше.
Это целый автоматический комплекс, который способен производить новые изделия каждые несколько минут — в отличие от нескольких часов на обычных SLS-принтерах.
Кроме того, в цикл уже включены и такие этапы, как промывка, отделение поддержек и дозасветка, а не только первичная экспозиция. Все это Figure 4 делает сам, без вмешательства оператора в процесс работы.
Благодаря модульности, на основе Figure 4 можно создать достаточно крупные автоматические линии, используя стандартные компоненты.
Этот комплекс был представлен общественности в этом году, на выставке The International Dental Show в Кёльне, как и новый 3D-принтер ProJet CJP 260Plus — полноцветный 3D-принтер предназначенный для анатомического моделирования медицинских изделий и быстрого прототипирования любых промышленных образцов.
Принтер также роботизирован — снабжен системой автоматической загрузки, удаления и переработки печатного порошка.
Можно с уверенностью сказать, что комплексный подход к 3D-печати — часть производственной культуры будущего. Он даст радикально новое сочетание скорости, точности, удобства и снижения себестоимости изделий.
Carbon SpeedCell — технологическое решение от компании Carbon, которое включает в себя новый 3D-принтер The M2, работающий по технологии CLIP, и финишинговый аппарат для стереолитографических распечаток Smart Part Washer.
CLIP — технология бесслойной стереолитографической печати, обеспечивающая скорость от 25 до 100 раз быстрее обычной SLS и новый уровень качества поверхности.
Система CLIP (Continuous Liquid Interface Production) позволяет получить невозможные ранее формы изделий требующие минимальной постобработки. Точных характеристик аппаратного комплекса производитель пока не предоставил, но сам подход уже радует — это почти готовое решение для любой мастерской, в которой требуется стереолитографическая печать.
Аппарат сочетающий в себе несколько разных подходов к обработке деталей: это и классический фрезерный станок с программным управлением — пятиосевой и весьма точный, и лазерный режущий инструмент с теми же степенями свободы, и печатающий металлом 3D-принтер с технологией лазерного напыления. Сложно представить себе операцию, которую не смог бы произвести этот станок с металлической деталью. Гибридный подход: фрезеровка заготовки, наплавление недостающих деталей или печать с нуля и чистовая обработка — все операции могут произведены с деталью за один подход, в рамках одной заданной программы, без прерывания технологического цикла. Размер обрабатываемой и/или печатаемой детали составляет до 600 на 400 мм, а вес может быть до 600 кг.
Такое МФУ для работы по металлу уже многое изменило в культуре производства штучных и мелкосерийных изделий, а в ближайшее время подобный подход может распространиться и на серийное производство.
EOS — Additive Manufacturing
Компания EOS создала манипуляторы, которые способны производить различные операции, где требуется захват и перемещение детали. Разработки EOS в этой области основываются на наблюдениях за поведением животных, в частности — этот манипулятор создан по примеру хобота слона.
Такой робот-манипулятор может быть использован во множестве промышленных операций, как то: в транспортировке и упаковке, в перемещении деталей из одной рабочей зоны в другую, например — из 3D-принтера в камеру пост-обработки, чтобы исключить участие человека на этом этапе.
Вот так он устроен:
Также компания спонсирует и представляет проект Roboy — это мобильный гуманоидный робот, который способен выполнять любые движения свойственные человеку и служить помощником на производстве.
Известный производитель печатающих металлом 3D-принтеров, Concept Laser заключил соглашение с компанией Swisslog, их общий проект — M Line Factory, это система перемещения металлических 3D-печатных деталей между станками Concept Laser с помощью роботов Swisslog.
Компании продолжают совершенствование аппаратных комплексов для 3D-печати металлом. Роботизированные составляющие этих машин способны провести деталь через весь цикл — от загрузки проекта в память, до выхода готового изделия на склад, — без необходимости вмешательства оператора.
Единственная в своем роде установка — единая система для печати, транспортировки из рабочей камеры и хранения готовых деталей. Фактически — готовый цех металлической 3D-печати в одном корпусе.
Существуют роботы, которые способны выполнять функции сварочных и фрезерных станков c программным управлением.
А также такие, которые обслуживают традиционные фрезерные ЧПУ-станки, увеличивая их производительность.
Например, вот так это делает упомянутый выше Sawyer:
Выводы
Роботы в современной промышленности везде. Они в любом цеху и в любой области производства. И это нормально: роботы экономят деньги работодателей, а рабочих спасают от вредной и монотонно-отупляющей работы; роботы работают круглосуточно и безостановочно; роботы намного точнее живых рабочих — они не устают, у них не “замыливается глаз”, их сенсоры и системы позиционирования способны сохранять точность до сотых долей миллиметра.
Пока мы видим их еще не везде — многие производственные процессы скрыты от рядового пользователя, да и не особо интересны обычно, — но совсем скоро невозможно будет не замечать того, что подавляющая часть всех материальных благ производится умными машинами.
Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?