Что такое роботехника. Основы робототехники

Роботы - часть стремительно надвигающегося будущего высоких технологий. В настоящее время на планете Земля в сфере робототехники революции происходят чуть ли не каждую неделю. Роботы спасают людей, работают в экстремальных условиях, заменяют живое общение, исследуют планеты Солнечной системы и многое другое. От слуг до наставников, роботы развиваются чрезвычайно быстрыми темпами. Работа в сфере робототехники на данный момент борется с самой важной задачей: как оснастить робота искусственным интеллектом. Говорят, именно с этой целью известный футуролог Рэй Курцвейл пришел работать в Google.

Главные материалы

У Ямена Сарайджи четыре руки. Две из них обнимают его. Конечности, охватывающие Сарайджи, длинные, долговязые и роботизированные, и они подключены к рюкзаку, который он носит. Руки управляются дистанционно другим человеком, который надел гарнитуру VR, и который видит мир с точки зрения Сарайджи (камеры, закрепленные на рюкзаке, обеспечивают хороший обзор) и использует ручные контроллеры для управления подключенными руками.

После обнимашек роботизированные руки отпускают Сарайджи и правая рука дает ему «пять».

Инженеры из Университета Карнеги – Меллона в сотрудничестве со специалистами из Миннесотского университета совершили настоящий прорыв в области разработки неивазивных методов управления роботизированным устройством. Используя неинвазивный нейрокомпьютерный интерфейс (BCI) ученые создали первую в мире роботизированную руку, управляемую человеческим мозгом и обладающую возможностью следить за направлением курсора мыши на экране компьютера. Как отмечает портал Tech Explore, сообщающий о разработке, возможность использования неинвазивного метода управления роботизированными устройствами будет иметь широкий спектр применений. Например, данная технологий может оказаться очень полезной для парализованных людей.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Мир РОБОТОВ [Новости науки и технологий]

✪ ЖИВОЙ РОБОТ [Новости науки и технологий]

✪ Team KAIST"s DRC-HUBO Robot Completes Tasks at DARPA Robotics Challenge (20x)

✪ RoboSimian Getting Out of Vehicle at DARPA Robotics Challenge Finals

✪ Роботы на службе у детей: что было на WorldsSkills Russia 2019 Казань?

Субтитры

Сегодня в выпуске: Илон Маск показал «выносящий мозг» грузовик и электрический суперкар, а американские разработчики Boston Dynamics научили робота крутить сальто Всем вечного здравия! С вами Александр Смирнов, Правильная Правда и Новости науки и технологий. Друзья, обязательно досмотрите видео до конца, вас ожидает конкурс с интересными призами. Илон Маск известен своим отношением к этому миру - он всегда мечтает о большем. Если начало года было связано с появлением беспилотных автомобилей, то последние два месяца 2017-го запомнятся массовым выходом электрических грузовиков. Глава Tesla Motors представил долгожданную электрофуру Tesla Semi Truck. При этом Маск опубликовал в Twitter интригующее описание: «Я могу превращаться в робота, сражаться с инопланетянами и варить отличный латте». Новый транспорт, представленный в дизайнерском центре Tesla в Калифорнии, - очередной шаг в миссии Илона, цель которой состоит в том, чтобы человечество забыло об ископаемом топливе и перешло на чистую электроэнергию. Так и будет, если главе Тесла удастся убедить транспортную отрасль в том, что нужно двигаться дальше. В Калифорнии на категорию тяжелых транспортных средств приходится 7% общего объема транспорта, но при этом они производят более 20% парниковых газов. Любой грузовик, который будет использовать электричество вместо дизельного топлива, перестанет оказывать негативное влияние на планету и её обитателей. В то время, как многие только задумываются о разработке электрических грузовиков, у Tesla на это есть и ресурсы, и инженеры, и мощности. Самое главное - у компании есть ресурс, чтобы привлечь внимание всей автомобильной отрасли. Маск, похоже, не преувеличивал, когда говорил, что презентация первого электрогрузовика от Tesla «вынесет всем мозг». Tesla Semi Truck - это полностью электрический грузовой автомобиль. Уже один только внешний вид отличает его от любых конкурентов. Фура выглядит очень футуристической и больше похожа на люксовый туристический автобус. Но главные особенности все-таки под кузовом. Под кабиной установлено четыре электрических двигателя на задних осях – по одному с обеих сторон. При полной загрузке (36 тонн) грузовик может разогнаться до 100 километров в час за 20 секунд. Tesla гарантирует ресурс трансмиссии на уровне 1,6 млн км, что соответствует примерно 40 кругосветным путешествиям. Наиболее важным моментом является то, что для Semi Truck производитель заявляет фантастические 800+ км хода на одном заряде аккумулятора. Напомним, ранние слухи указывали на скромные 320-480 км. Кроме того, за 30 минут аккумуляторная батарея Tesla Semi Truck заряжается на 80%, обеспечивая грузовику дальность хода примерно в 643 км. В отличие от других грузовиков, кресло водителя в Tesla Semi размещено посредине кабины. Вместо обычных рычагов рядом с рулевым колесом расположены два сенсорных экрана: левый для мониторинга основных показателей и управления различными опциями, а правый – для привычной навигации и управления мультимедийной системой. Автомобиль заявлен как полуавтономный, способным удерживать полосу движения и торможение самостоятельно. Это соответствует 1-2 уровням автономности беспилотных автомобилей. Первые поставки грузовика ожидаются в 2019 году. Ранее Маск утверждал, что автономные электрогрузовики позволят снизить стоимость перевозок и одновременно повысить безопасность.По ориентировочным расчетам, при заезде на 160 км, Tesla Semi будет расходовать в среднем 1 доллар за километр. Это дешевле на 50 центов, в сравнении с дизельными тягачами. Маск вообще всячески давит на то, что Semi лучше и производительнее дизелей по всем показателям. Не только по мощности, тяге и аэродинамике, но и по сроку службы. Например, трансмиссия электрофуры не имеет передач, тормоза из-за рекуперативной системы имеют практически неограниченный срок службы. В сумме все нововведения должны привести к тому, что Semi будет выгоднее и эффективнее дизельных грузовиков. За равные промежутки времени грузовики Маска должны покрывать более далекие расстояния. При этом, большие вложения в такой транспорт окупятся снижением операционных расходов. Речь идет о затратах на бензин, а также зарплатах водителей: Tesla планирует сделать грузовики полностью автономными к 2020 году. В ходе презентации Илон Маск не только представил долгожданный грузовик, но и показал концепт нового двухдверного спорткара Tesla Roadster, чем немало удивил всех присутствующих. И если показа грузовика все уже заждались, то появления такого моднейшего родстера никто точно не мог себе представить. По словам Илона, это самый быстрый серийный электромобиль. До 96 км/ч он разгоняется за 1,9 с, а до 160 км/ч за 4,2 с. Полноприводный Roadster сможет проехать на одном заряде около 1000 километров, а его максимальная скорость составит около 400 километров в час. Массовое производство Tesla Roadster планируется начать в 2020 году. Цена базовой модели - 200 тысяч долларов. На данный момент модельный ряд Tesla состоит из трёх легковых автомобилей: хетчбэк Model S, кроссовер Model X и седан Model 3, продажи которого начались летом 2017 года. За пять лет, прошедших с тех пор, как Tesla начала производить седан Model S, компания продала 200 000 автомобилей. В США на дорогах около 250 миллионов автомобилей, поэтому эте 200 000 - капля в море. Даже если Tesla сможет нарастить производство «доступного» седана Model 3, пройдет много времени, прежде чем производитель автомобилей из Кремниевой долины сможет изменить сами принципы передвижения человечества, которые опираются на ископаемое топливо. Итак: Автомобиль, Грузовик, Поезд, Ракета. Ждём прицеп с приводом. А потом просто прицеп с автопилотом. Осталось яхта и самолет. А скорее всего, учитывая размах Маска, трансатлантический лайнер на 10к пассажиров и что нить в стиле Цеппелинов, но на сверхзвуке. Интересно, когда Илон уже додумается сделать такую классную штуку, типа общественного транспорта которая ездит по городу ей не нужен бак и батарея так как сверху протянуты провода а внизу есть рельсы. Это же просто гениальная идея. Все мы с интересом наблюдаем за приключениями Илона и у всех рождается вопрос: каким вообще образом этот человек может думать, что сейчас, именно сейчас, лучшее время для производства совершенно нового вида транспортного средства? Производство Model 3 отстает от графика на несколько месяцев. За последний квартал акции компании просели, а в судах представителей Tesla ждут с объяснениями предполагаемых проблем сексизма и расизма в компании. Но вряд ли это остановит Маска в его кипучей деятельности. Именно этот человек пытается переселить человечество на Марс, строит многоразовые ракеты, пытается предотвратить апокалипсис с роботами, уничтожает пробки, роя туннели, а также планирует запускать людей в бобе по сврехзвуковой трубе. И все сразу. Подумаешь, пару грузовиков поставить на конвейер. Когда основная масса людей не верит в будущее эл. мобилей, это значит Маск идет верной дорогой. Тем временем, где-то плачут дальнобойщики катающие на камазах по нашим "дорогам" От смеха. Американская лаборатория Boston Dynamics, прославившаяся благодаря созданию жутковатых роботов, больше не входит в состав Google, но не прекращает разработки. Несколько лет назад компания представила прямоходящего робота Атлас. Робота, который уже умеет медленно перетаскивать коробки, создавать бардак в офисе и падать со сцены. Но на этот раз его создатели решили удивить нас совершенно новыми трюками: они научили своё детище основам паркура. Лаборатория робототехники Boston Dynamics, которая была основана при Массачусетском технологическом институте, затем была куплена Alphabet, после чего – продана японской компании Softbank, известна тем, что производит роботов, максимально похожих на животных и людей. В своё время она разработала робота BigDog для военного агентства DARPA, затем был робот-гепард CHEETAH и даже шестиногий робот RiSE, умеющий карабкаться по вертикальным поверхностям. Многие вспомнят роботов, которых подвергали ударам и тычкам, ради доказательства их устойчивости и стабильности. Человекоподобного робота Atlas, пожалуй, можно назвать наиболее интересным творением Boston Dynamics, но с тех пор, как последняя сменила владельца, никаких новостей о нем мы не слышали. Теперь, спустя почти два года после последнего обновления Atlas, команда научила робота делать сальто. Компания продемонстрировала небольшое видео, как робот Atlas забирается на небольшие возвышения, перепрыгивает с одного на другое разворачивается в прыжке на 180 градусов и довольно грациозно крутит сальто, плавно восстанавливая равновесие. А после удачного прыжка поднимает вверх руки - как настоящий гимнаст. Двуногий робот использует множество датчиков в своем теле и ногах, чтобы поддерживать равновесие, и использует системы LIDAR и стереодатчики для обнаружения и преодоления препятствий. Далеко не каждый сможет сделать этот сложный гимнастический трюк лучше. И повторять не советуем, поскольку без инструктажа и поддержки есть высокий риск нанести вред своему здоровью. Впрочем, Boston Dynamics показала и одно неудачное приземление напоследок, видимо, чтобы успокоить человечество и показать, что восстание машин в самом ближайшем будущем нам не грозит. Разработчики робота заявили, что научить робота удерживать равновесие после прыжков было крайне непростой задачей, над которой они бились на протяжении долгого времени. Такая способность нужна роботу не для выступлений в цирке, а для более практической задачи - передвижения и доставки грузов по пересеченной местности. Для этого робота научили использовать "руки", чтобы карабкаться вверх по вертикальным поверхностям, как это делают альпинисты. В результате хорошей сбалансированности он может решать широкий спектр задач занимая совсем немного площади - т.е. стоя на одном и том же месте. Про роботов-животных компания тоже не собирается забывать, поэтому представила новую модель под названием The New SpotMini. В последние годы в индустрии робототехники наметилась тенденция делать роботов более миловидными, и последний подобный проект Boston Dynamics, - яркое тому подтверждение. Напомним, до этого разработчики создали робо-пса SpotMini с повадками настоящих собак. Он бегает, крадется на полусогнутых ногах, пытается принюхиваться к окружающим предметам и даже приносит тапочки. По сравнению со своим предшественником новый робот обрел более элегантную оболочку и конечности. Элементы конструкции и механизмы, которым многим казались жутковатыми, теперь прикрыты декоративными панелями, окрашенными в веселый ярко-желтый цвет. То есть, по сути, в Boston Dynamics решили, что с актами публичного «машинного эксгибиционизма» пора заканчивать и начали одевать своих роботов в благопристойные одеяния. Однако не это является самым главным, новый робот способен передвигаться походкой, которая практически не отличается от бега живой собаки, кроме этого, новый робот научился приседать по-собачьи, заглядывая через камеру прямо в Вашу душу своим квадратным, мертвым механическим "лицом". Мало того, что новый робот SpotMini продемонстрировал способности к "живому" бегу по лужайке где-то на задворках территории компании Boston Dynamics, он обрел способности к повороту туловища при стоянии на месте, к приседанию и подъему в вертикальном направлении и к выполнению других движений. Правда, сейчас он бегает по обычному ровному газону и нам еще предстоит узнать, насколько легко он будет передвигаться, например, по пересеченной местности, по песку или пробираться через завалы в местах катастроф. Boston Dynamics показала робота лишь мельком. Но из ролика становится понятно одно: технологии с каждым годом совершенствуются и роботы становятся изящнее, подвижнее, правдоподобнее. Несмотря на то, что у робота-собаки нет головы, она действительно очень походит на настоящее животное. Отметим, что сама Boston Dynamics ранее в качестве наиболее подходящего места работы Spot называла профессию курьера. Удивительно наблюдать, что четвероногие роботы, которые еще только несколько лет назад были большими, неуклюжими и способными перемещаться смешной механической походкой, "переминаясь с ноги на ногу" даже стоя на месте, сделали такой огромный рывок вперед. Глядя на такой прогресс, начинаешь верить прогнозам дедушки Курцвейла. Что касается Атласа. Двигается как маленький китаец в костюме робота. Не намекаю, просто наблюдение. Вспомните, в предыдущих видео исследователи тыкали в робота палкой, а сейчас уже нет. Более того, обратите внимание, не видно ни одного человека в кадре. Осталось поселить в него ИИ и прятаться. А лет через 10 он сам будет бить нас палкой в ангаре и смотреть, как мы реагируем. И делать выводы, из разряда: традиционная плеть на 20% эффективнее чем селфи палка в деле мотивации высших обезьян. Как там у классика: "Спи, ребёнок, сладким сном. Будешь спать до гроба ты. Битва кончилась давно, Победили роботы. Ты расти, расти скорей, Становись большим. Ты одна из батарей Армии машин" Всем спасибо за просмотр! С вами был Александр Смирнов, Правильная Правда и Новости науки и технологий. Не забывайте ставить Любо данному синематографу, подписываться на канал, делиться видео с друзьями и отжимать колокольчик, чтобы не пропустить новые выпуски. Лехаим, бояре!

Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника , механика , телемеханика , механотроника информатика , а также радиотехника и электротехника . Выделяют строительную, промышленную, бытовую, медицинскую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.

Этимология

Слово «роботика» (или «роботехника», «robotics» ) было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году.

В основу слова «робототехника» легло слово «робот », придуманное в г. чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом для научно-фантастической пьесы Карела Чапека «Р. У. Р. » («Россумские универсальные роботы»), впервые поставленной в 1921 г. и пользовавшейся успехом у зрителей. В ней хозяин завода налаживает выпуск множества андроидов , которые сначала работают без отдыха, но потом восстают и губят своих создателей .

Впрочем, некоторые идеи, положенные позднее в основу робототехники, появились ещё в античную эпоху - задолго до введения перечисленных выше терминов. Найдены остатки движущихся статуй, изготовленных в I веке до нашей эры . В «Илиаде » Гомера говорится, что бог Гефест сделал из золота говорящих служанок, придав им разум (т. е. - на современном языке - искусственный интеллект) и силу . Древнегреческому механику и инженеру Архиту Тарентскому приписывают создание механического голубя, способного летать (ок. 400 г. до н. э.) . Множество подобных сведений содержится в книге «Робототехника: История и перспективы» И. М. Макарова и Ю. И. Топчеева, представляющей собой популярный и обстоятельный рассказ о роли, которую сыграли (и ещё сыграют) роботы в истории развития цивилизации.

Важнейшие классы роботов

Важнейшие классы роботов широкого назначения - манипуляционные и мобильные роботы.

Манипуляционный робот - автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора , имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном , подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях .

Мобильный робот - автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными , шагающими и гусеничными (существуют также ползающие , плавающие и летающие мобильные робототехнические системы, см. ниже) .

Компоненты роботов

Приводы

Одноколёсные роботы во многом представляют собой развитие идей, связанных с двухколёсными роботами. Для перемещения в 2D пространстве в качестве единственного колеса может использоваться шар, приводимый во вращение несколькими приводами. Несколько разработок подобных роботов уже существуют. Примерами могут служить шаробот разработанный в университете Карнеги - Меллона , шаробот «BallIP» , разработанный в университете Тохоку Гакуин (англ. Tohoku Gakuin University ) , или шаробот Rezero , разработанный в Швейцарской высшей технической школе . Роботы такого типа имеют некоторые преимущества, связанные с их вытянутой формой, которые могут позволить им лучше интегрироваться в человеческое окружение, чем это возможно для роботов некоторых других типов .

Существует некоторое количество прототипов сферических роботов. Некоторые из них для организации перемещения используют вращение внутренней массы . Роботов подобного типа называют англ. spherical orb robots , англ. orb bot и англ. ball bot .

Для перемещения по неровным поверхностям, траве и каменистой местности разрабатываются шестиколёсные роботы , которые имеют большее сцепление, по сравнению с четырёхколёсными. Ещё большее сцепление обеспечивают гусеницы. Многие современные боевые роботы , а также роботы, предназначенные для перемещения по грубым поверхностям разрабатываются как гусеничные. Вместе с тем, затруднено использование подобных роботов в помещениях, на гладких покрытиях и коврах. Примерами подобных роботов могут служить разработанный НАСА робот англ. Urban Robot («Urbie») , разработанные компанией iRobot роботы Warrior и PackBot .

Шагающие роботы

Первые публикации, посвящённые теоретическим и практическим вопросам создания шагающих роботов , относятся к 1970 - 1980-м годам XX в. .

Перемещение робота с использованием «ног» представляет собой сложную задачу динамики. Уже создано некоторое количество роботов, перемещающихся на двух ногах, но эти роботы пока не могут достичь такого устойчивого движения, какое присуще человеку. Также создано множество механизмов, перемещающихся на более чем двух конечностях. Внимание к подобным конструкциям обусловлено тем, что они легче в проектировании . Предлагаются также гибридные варианты (как, например, роботы из фильма «Я, робот» , способные перемещаться на двух конечностях во время ходьбы и на четырёх конечностях во время бега).

Роботы, использующие две ноги, как правило, хорошо перемещаются по полу, а некоторые конструкции могут перемещаться по лестнице. Перемещение по пересечённой местности является сложной задачей для роботов такого типа. Существует ряд технологий, позволяющих перемещаться шагающим роботам:

Сервопривод + гидромеханический привод - ранняя технология конструирования шагающих роботов, реализованная в ряде моделей экспериментальных роботов изготовленных компанией General Electric в 1960-е гг. Первым воплощённым в металле по указанной технологии проектом GE и, по всей вероятности, первым в мире шагающим роботом военного назначения стал «четвероногий транспортёр» Walking Truck (машина имеет роботизированные конечности, управление осуществляется человеком, находящимся непосредственно в кабине).

Адаптивные алгоритмы поддержания равновесия. В основном базируются на расчете отклонений мгновенного положения центра масс робота от статически устойчивого положения или некоей наперед заданной траектории его движения. В частности, подобную технологию использует шагающий робот-носильщик Big Dog . При движении этот робот поддерживает постоянным отклонение текущего положения центра масс от точки статической устойчивости , что влечет необходимость своеобразной постановки ног («коленки внутрь» или «тянитолкай»), а также создает проблемы с остановкой машины на одном месте и отработкой переходных режимов ходьбы. Адаптивный алгоритм поддержания устойчивости также может базироваться на сохранении постоянного направления вектора скорости центра масс системы, однако подобные методики оказываются эффективными только на достаточно высоких скоростях. Наибольший интерес для современной робототехники представляет разработка комбинированных методик поддержания устойчивости, сочетающих расчет кинематических характеристик системы с высокоэффективными методами вероятностного и эвристического анализа .

Другие методы перемещения

Системы управления

Под управлением роботом понимается решение комплекса задач, связанных с адаптацией робота к кругу решаемых им задач, программированием движений, синтезом системы управления и её программного обеспечения .

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).

Среди основных задач управления роботами выделяют такие :

планирование положений;
планирование движений;
планирование сил и моментов;
анализ динамической точности;
идентификация кинематических и динамических характеристик робота.

В развитии методов управления роботами огромное значение имеют достижения технической кибернетики и теории автоматического управления .

Образование

Робототехнические комплексы также популярны в области образования как современные высокотехнологичные исследовательские инструменты в области теории автоматического управления и мехатроники . Их использование в различных учебных заведениях среднего и высшего профессионального образования позволяет реализовывать концепцию «обучение на проектах», положенную в основу такой крупной совместной образовательной программы США и Европейского союза, как ILERT. Применение возможностей робототехнических комплексов в инженерном образовании даёт возможность одновременной отработки профессиональных навыков сразу по нескольким смежным дисциплинам: механика , теория управления , схемотехника , программирование , теория информации . Востребованность комплексных знаний способствует развитию связей между исследовательскими коллективами. Кроме того, студенты уже в процессе профильной подготовки сталкиваются с необходимостью решать реальные практические задачи.

Популярные робототехнические комплексы для учебных лабораторий:

Mechatronics Control Kit
Festo Didactic

Существуют и другие. Центр педагогического мастерства Москвы сравнил наиболее популярные платформы и робототехнические конструкторы .

Профессия Мобильный робототехник входит в список ТОП-50 самых востребованных профессий по версии Минтруда РФ

Промышленность

Уже существуют планы предприятий автомобильной промышленности, где все процессы сборки автомобилей и транспортировки полуфабрикатов будут осуществляться роботами, а люди будут только их контролировать

В атомной и химической промышленности роботы-манипуляторы широко используются при работах в радиоактивных и химически опасных для человека средах.

Создан робот для автоматизированной диагностики состояния ЛЭП , состоящий из беспилотного вертолёта и устройства для посадки и движения по грозозащитному тросу .

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве находят применение первые роботы, осуществляющие автоматизированный уход за сельскохозяйственными культурами .

Медицина

В медицине робототехника находит применение в виде различных экзоскелетов , помогающих людям с нарушениями функции опорно-двигательного аппарата .

В России разработан первый роботический хирургический комплекс для выполнения операций в урологии .

Космонавтика

Роботы-манипуляторы применяются в космических летательных аппаратах, луноходах и марсоходах для проведения научных экспериментов и т.д. в условиях дистанционного управления.

Спорт

Первый чемпионат мира по футболу среди антропоморфных роботов прошёл в Японии в 2017 году .

Социальные последствия роботизации

Увеличение числа используемых в промышленности США роботов на одну штуку в период с 1990 по 2007 год приводило к ликвидации шести рабочих мест у людей. Каждый новый робот на тысячу рабочих мест понижает среднюю зарплату по экономике США в среднем на половину процента .

См. также

Типы роботов:

Примечания

Политехнический терминологический толковый словарь / Составление: В. Бутаков, И. Фаградянц. - М.: Polyglossum, 2014.
Традиционный перевод на русский в произведениях А. Азимова.
, с. 3.
, с. 1.
, с. 101.
, с. 11.
, с. 26.
, с. 6-7.
, с. 9.
Air Muscles from Image Company
Air Muscles from Shadow Robot
T.O.B.B (неопр.) . Mtoussaint.de. Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
nBot, a two wheel balancing robot (неопр.) . Geology.heroy.smu.edu. Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
ROBONAUT Activity Report (неопр.) . NASA (февраль 2004). Дата обращения 20 октября 2007. Архивировано 20 августа 2007 года.
IEEE Spectrum: A Robot That Balances on a Ball (неопр.) . Spectrum.ieee.org. Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
Rezero – Focus Project Ballbot (неопр.) . ethz.ch. Дата обращения 11 декабря 2011. Архивировано 4 февраля 2012 года.
Carnegie Mellon (2006-08-09). Carnegie Mellon Researchers Develop New Type of Mobile Robot That Balances and Moves on a Ball Instead of Legs or Wheels . Пресс-релиз . Проверено 2007-10-20 .
Spherical Robot Can Climb Over Obstacles (неопр.) Архивировано 24 августа 2011 года.
Rotundus (неопр.) . Rotundus.se. Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
OrbSwarm Gets A Brain (неопр.) . BotJunkie (11 июля 2007). Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
Rolling Orbital Bluetooth Operated Thing (неопр.) . BotJunkie. Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
Swarm (неопр.) . Orbswarm.com. Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
The Ball Bot: Johnnytronic@Sun (неопр.) . Blogs.sun.com. Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
Senior Design Projects | College of Engineering & Applied Science| University of Colorado at Boulder (неопр.) . Engineering.colorado.edu (30 апреля 2008). Дата обращения 27 ноября 2010. Архивировано 24 августа 2011 года.
JPL Robotics: System: Commercial Rovers
Multipod robots easy to construct
AMRU-5 hexapod robot
Achieving Stable Walking (неопр.) . Honda Worldwide. Дата обращения 22 октября 2007. Архивировано 24 августа 2011 года.
Funny Walk (неопр.) . Pooter Geek (28 декабря 2004). Дата обращения 22 октября 2007. Архивировано 24 августа 2011 года.
ASIMO"s Pimp Shuffle (неопр.) . Popular Science (9 января 2007). Дата обращения 22 октября 2007. Архивировано 24 августа 2011 года.
Vtec Forum: A drunk robot? thread
3D One-Leg Hopper (1983–1984) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Дата обращения 22 октября 2007. Архивировано 24 августа 2011 года.
3D Biped (1989–1995) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Архивировано 24 августа 2011 года.
Quadruped (1984–1987) (неопр.) . MIT Leg Laboratory. Архивировано 24 августа 2011 года.
Testing the Limits (неопр.) . Boeing. Дата обращения 9 апреля 2008. Архивировано 24 августа 2011 года.
Air Penguin - роботы пингвины на выставке в Ганновере
Информация о Air Penguin на сайте компании Festo
Air-Ray Ballonet, англ.
Описание AirJelly на сайте компании Festo, англ.
Ma, Kevin Y.; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B.; Wood, Robert J. (May 2013). “Controlled Flight of a Biologically Inspired, Insect-Scale Robot” . Science . 340 (6132): 603–607. DOI :10.1126/science.1231806 . Используется устаревший параметр |month= (справка)

Роботехника - сравнительно новое и интенсивно развивающееся научное направление, вызванное к жизни необходимостью освоения новых сфер и областей деятельности человека, а также потребностью широкой автоматизации современного производства, направленной на резкое повышение его эффективности. Использование автоматических программируемых устройств - роботов - в исследовании космоса и океанских глубин, а с 60-х гг. нашего столетия и в производственной сфере, быстрый прогресс в области создания и использования роботов в последние годы обусловили необходимость интеграции научных знаний ряда смежных фундаментальных и технических дисциплин в едином научно-техническом направлении - робототехнике .

Идея создания роботов - механических устройств, своим внешним видом и действиями подобных людям или каким-либо живым существам, увлекала человечество с незапамятных времен. Даже в легендах и мифах человек стремился создать образ рукотворных существ, наделенных фантастической физической силой и ловкостью, способных летать, жить под землей и водой, действовать самостоятельно и в то же время беспрекословно подчиняться человеку и выполнять за него самую тяжелую и опасную работу. Еще в "Илиаде" Гомера (VI в. до н. э.) говорится о том, что хромоногий кузнец Гефест, бог огня и покровитель кузнечного ремесла, выковал из золота девушек, которые исполняли его поручения.

Навстречу ему золотые служанки вмиг подбегали, Подобные девам живым, у которых Разум в груди заключен и голос, и сила, Которых самым различным трудам обучали Бессмертные боги...

У современного человека эти "служанки" непременно ассоциируются с антропоморфными, т.е. созданными по образу и подобию человека, автоматическими универсальными устройствами - роботами.

Теория робототехники опирается на такие дисциплины, как электроника, механика, информатика, а также радиотехника и электротехника. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.

Сегодня человечество практически вплотную подошло к тому моменту, когда роботы будут использоваться во всех сферах жизнедеятельности. Поэтому курсы робототехники и компьютерного программирования необходимо вводить в образовательные учреждения.

Изучение робототехники позволяет решить следующие задачи, которые стоят перед информатикой как учебным предметом. А именно, рассмотрение линии алгоритмизация и программирование, исполнитель, основы логики и логические основы компьютера.

Также изучение робототехники возможно в курсе математики (реализация основных математических операций, конструирование роботов), технологии (конструирование роботов, как по стандартным сборкам, так и произвольно), физики (сборка деталей конструктора, необходимых для движения робота-шасси).

Классы роботов

Манипуляционный робот - автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.

Мобильный робот - автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют также ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы.

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 определённый угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как угол, на который был сделан поворот, заведомо известен контроллеру; поэтому такие двигатели 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 весьма оригинален: крошечные пьезоэлектри

ческие 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[источник не указан 987 дней]. 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 : 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. Впрочем, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все ныне существующие их образцы неэффективны или непрочны.

Эластичные нанотрубки : Это - многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменён проводом из такого материала диаметром 8 мм. Подобные компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.

Способы перемещения

Колёсные и гусеничные роботы

Шагающие роботы

Другие методы перемещения:

Летающие роботы (в том числе БПЛА – беспилотные летательные аппараты).
Ползающие роботы.
Роботы, перемещающиеся по вертикальным поверхностям.
Плавающие роботы.

Системы управления

Под управлением роботом понимается решение комплекса задач, связанных с адаптацией робота к кругу решаемых им задач, программированием движений, синтезом системы управления и её программного обеспечения.

По типу управления робототехнические системы подразделяются на:

1. Биотехнические :

1.1. командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота);

1.2. копирующие (повтор движения человека, возможна реализация обратной связи, передающей прилагаемое усилие, экзоскелеты);

1.3. полуавтоматические (управление одним командным органом, например, рукояткой всей кинематической схемой робота);

2. Автоматические :

2.1. программные (функционируют по заранее заданной программе, в основном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях окружения);

2.2. адаптивные (решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования);

2.3. интеллектуальные (наиболее развитые автоматические системы);

3. Интерактивные :

3.1. автоматизированные (возможно чередование автоматических и биотехнических режимов);

3.2. супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполняет только целеуказательные функции);

3.3. 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).

Среди основных задач управления роботами выделяют такие:

планирование положений;
планирование движений;
планирование сил и моментов;
анализ динамической точности;
идентификация кинематических и динамических характеристик робота.

Подвиды современных роботов:

Промышленные роботы

Медицинские роботы

Бытовые роботы
Роботы для обеспечения безопасности
Боевые роботы

Роботы-учёные

К настоящему времени роботы внедрены во многие сферы деятельности человека и продолжают дополнять и иногда заменять людской труд как в опасных видах деятельности, так и в повседневной жизни.

Слово «робототехника» слышали все много раз. Но что это такое по сути?

По-английски оно звучит чуть покороче – robotics — но смысл совсем не меняется.

Робототехника – это наука создания технических систем с автоматизацией. Это значит, что робототехника, по сути есть синтез программирования управляющего софта, механики (это слово пришло из греческого – μηχανική (правда, красиво смотрится?=) ) - искусство построения машин) и электроники, так как роботы – всё же пока ещё электронные механизмы.

Космические аппараты, сервис-роботы, военные механизмы, производственные машины — роботов сейчас такое количество, что вряд ли кто возьмётся сходу перечислить все их виды (но немножко ). Робототехника же занимается обеспечением развития всех этих многочисленных направлений.

Так, например, для создания самого простого необходимо:

наличие двигателя (как минимум – для движения ног),
наличие систем поддержания равновесия (гироскопы, датчики определения положения, ультразвуковые датчики для определения препятствий),
системы управления (может быть основана как на автономной программе, оперирующей данными с сенсоров, так и на внешнем пульте управления).

Датчики, двигатели, программа управления, интерфейс связи с оператором…
То есть даже для простого андроида нужна работа специалистов многих специальностей. Сегодня роботов уже столько, что ни у кого не возникает тезисов о том, что робототехника — наука только для будущего. А необходимость максимально эффективно разрабатывать новые решения и определили выделение робототехники в отдельную науку.

:: Мнение 1::
(Большая советская энциклопедия)

Интегральный робот
Шейки Стэнфордского
университета (1970 г.)

Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд, rob - раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

A.L.I.C.E. - чат-робот,
едва не прошедший
тест Тюринга

С развитием робототехники определились 3 разновидности роботов: с жёсткой программой действий; управляемые человеком-оператором; с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно ("разумно") без вмешательства человека. Большинство современных роботов (всех трёх разновидностей) - роботы-манипуляторы, хотя существуют и другие виды роботов (например, информационные, шагающие и т. п.). Возможно объединение роботов первой и второй разновидностей в одной машине с разделением времени их функционирования. Допустима также совместная работа человека с роботом третьего вида (в так называемом супервизорном режиме).

:: Мнение 2::
(Большая советская энциклопедия. Машин и механизмов теория.)

Робот - машина-автомат, моделирующая свойства и функции живых организмов и, в частности, имитирующая действия человека при перемещении в пространстве орудий и объектов труда.

:: Мнение 3::
(Глоссарий.ру Cловарь по естественным наукам.)

Беспилотный
летательный
аппарат (БПЛА)

Животное Хопкинса

Робот - электронно-механическое устройство: - способное к целесообразному поведению в условиях изменяющейся внешней обстановки; - выполняющее рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

Главную часть робота составляет вычислительная система, управляющая перемещением самого робота или сторонних предметов с помощью устройств-манипуляторов. Для выполнения своих функций робот обрабатывает информацию, поступающую от его датчиков.

Робот-атомобиль Stanley,
победитель гонок DARPA
Grand Challenge 2005 г.

Робот (от чешск. robota) - электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах и др.

Модульный
робот Atron

Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом. Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.

Промышленный робот является устройством, производящим некие манипулятивные функции, схожие с функциями руки человека.

Робот «вообще» - понятие неопределённое, и поэтому к классу роботов можно отнести многие автоматические устройства.

Робот-пылесос

Системы управления роботами
Программное управление
Программное управление - самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются.
Адаптивное управление
Роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые сенсорами, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т.д.
Интеллектуальное управление
Интелектуальный способ управления основан на методах искусственного интеллекта. Управление при участии человека
Примером такого робота является аппарат для разминирования с дистанционным управлением.

Робот (программа)
Робот или бот (англ. bot, сокр. от англ. robot) - специальная программа, выполняющая автоматически и/или по заданному расписанию, какие-либо действия через те же интерфейсы, что и обычный пользователь. Как правило, термин употребляется в применении к Интернету. В сетевых играх ботами иногда называют игроков, управляемых компьютером.

Роботы Monsieur

Термин робот не имеет устойчивости. К нему почти всегда необходимо добавочное слово (например, промышленный или BEAM).

Робот должен включать три составляющих:
1. Сенсор. Датчик, вопринимающее устройство для восприятия среды функционирования робота.
2. Рефлектор. Программа, обрабатывающее устройство, нейрон, нейрод...
3. Актуатор. Механизм, позволяющий совершать работу в среде функционирования робота.

Таким образом:
Робот - независимая от среды функционирования автономная система, реализующая механизм обратной связи в цепочке сенсор-рефлектор-актуатор.

Робот - машина (точнее - "автомат"), поведение которой выглядит разумным.

Роботы PaPeRo от NEC

Ключевые слова здесь "выглядит" и "разумность" . Т.е. определение, является ли данная машина "роботом" или нет в каждый момент времени лежит на наблюдателе, причем имеется в виду не частное лицо, а скорее общественное сознание, с его оценкой текущего состояния науки и техники.

В общественном сознании машины, которые окружают нас повседневно, не "разумны", произвести впечатление "разумности" может только что-то новое и на тот период, пока не стало обыденным. Первая стиральная машина, которая "научилась" отличать шелк от хлопка, тоже казалась "очень умной" и, соответственно, "роботом", а теперь это уже "обычная" стиральная машина.

"Робот" - это всегда передний край науки и техники. И именно потому же маленького механического жучка из десятка деталек, ползущего на свет ("Смотрите, такой маленький, а такой умный!"), мы также без возражений считаем настоящим роботом!

Попробуем определить границы понятия "робот".

Черепашка Грея Уолтера

Постулат первый: Робот это машина, продукт деятельности другого существа. То есть робот вторичное создание. Этим мы проводим черту между роботом и живым существом.

Постулат второй: Робот предназначен для выполнения работы. Этим мы вновь подчеркиваем вторичность робота. Задачи роботу ставит его создатель, в частности человек.

Отсюда вытекает несколько следствий.
Следствие первое: робот может производить действия, прямо воздействующие на органы чувств своего создателя. Отсюда - домашние роботы, игровые роботы, обучающие роботы.
Второе следствие: робот может производить видимость работы, воздействием на своего создателя создавая у него ощущение производимой работы.
Третье следствие: Робот может имитировать ожидаемое создателем поведение. Отсюда: Айбо, Асимо, Квиро, и прочая японская псевдоживность.

Робот-собака
Aibo (прототип)

Постулат третий: Робот получает информацию о том мире, в котором он существует. Если не получает, то это не робот, а просто автомат.

Постулат четвертый: Робот изменяет внешний мир. Робот безусловно производит физическое воздействие на окружающий его мир. Он перемещает в нем предметы, перемещается сам, влияет своим присутствием или отсутствием на взаимодействие иных объектов своего мира.

Постулат пятый: Обратная связь между роботом и окружающим миром. Робот должен получать информацию о результате произведенного им воздействия на внешний мир.

Робот-рыба Popo

Постулат шестой: Робот имеет различные уровни "разумности". Можно попытаться разделить роботов на четыре уровня сложности (уровня разумности).

Простая жесткая программа
Сложная жесткая программа
Простая адаптивная программа
Сложная адаптивная программа

Разработка понятия "робот"

Робот изначально определялся как антропоморфный артефакт, функционирующий антропоморфно (то есть робот создан искусственно - человеком или роботом, похож на человека и выполняет действия, похожие на действия человека).

Однако антропоморфность существенно сужает круг артефактов, которые можно, вообще говоря, отнести к роботам (например, механизмы, способные выполнять сложные программы, но не похожие на человека внешне: способ передвижения - платформа на колесах).

Определение 1:

Робот - артефакт, функционирующий автономно.

Артефакт - робот создан искусственно (разумным живым существом или роботом). Робот может быть механизмом, устройством или их сочетанием. Введение понятия искусственности создания позволяет отделить роботов от предметов, созданных естественным путем (например, живых организмов, природных явлений).

Функционирующий - робот выполняет какие-либо действия, используя энергию источника. Необходим источник энергии. Источник энергии может быть возобновляемым или же нет. В конечном итоге это влияет только на время функционирования и автономности. Примеры источников энергии: пружина, маховик, гальванический элемент или аккумулятор, электрическая сеть, солнечная батарея, резервуар со сжатым воздухом, кинетическая или потенциальная энергия артефакта. Сложность: все предметы как-то себя проявляют, и эти проявления могут быть обнаружены. Возможно надо отделять действия от проявлений и действия, которые свойственны роботу, от действий которые он может выполнять, возможно нет необходимости ограничивать понятие выполнения действий. Дополнительно: действия могут быть полезными, бесполезными, вредными, бессмысленными.

Автономно - робот функционирует самостоятельно в какой-либо среде, имеет пространственный ограниченный объем, может быть изъят из одного места и перемещен в другое место и продолжить или возобновить функционирование.

Примеры роботов по определению 1:

Заводная игрушка. Источник энергии - пружина, выполняемые действия - механическое перемещение в пространстве.
Фонарный столб. Источник энергии - электрическая сеть, выполняемые действия - освещение.
Движущийся предмет (например, мяч). Источник энергии - начальная потенциальная или кинетическая энергия, выполняемые действия - механическое перемещение в пространстве.
Паровой котел с турбиной и электрическим генератором. Источник энергии - топливо в топке, выполняемые действия - производство электрической энергии.
Компьютер, работающий от аккумулятора и выполняющий программу. Источник энергии - аккумулятор, выполняемые действия - обработка информации.

Не относятся к роботам по определению 1:

Шкаф. Отсутствует источник энергии. Но, если в шкаф встроена лампа с аккумулятором, то его можно отнести к роботам.
Атомы, планеты. Не являются артефактами. Но, если из атомов искусственно собрана молекула, которая выполняет какие-либо действия, например, механическое движение под воздействием электрического поля (микроэлектромотор), то ее можно отнести к роботам.
Растения, животные. Не являются артефактами, хотя могут обладать свойствами, полученными за счет селекции или генетических опытов.

Приведенные примеры показывают, что автор принял определение робота, в соответствии с которым к роботам может быть отнесен весьма широкий круг артефактов. Если этот круг требуется сузить, то вышеприведенное определение необходимо дополнять ограничениями, например: движущийся робот - артефакт, функционирующий автономно и способный к механическому перемещению.

1. Карел Чапек. R. U. R. (Rossum"s Universal Robots), 1920 г.
2. Накано Э. Введение в робототехнику: Пер. с япон. - М.: Мир, 1988. - 334 с., ил.
3. Шахинпур М. Курс робототехники: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 527 с., ил.