67481

НАУКА “РОБОТОТЕХНІКА”, ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ТА ОСТАННІ ДОСЯГНЕННЯ

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Робототехніка і гнучкі виробничі системи є найважливішою технічною основою інтенсифікації виробництва. Це, з одного боку, дітище науково-технічного прогресу, а з іншою — його рушійна сила в розвитку сучасного промислового виробництва.

Украинкский

2014-09-10

236 KB

15 чел.

Технічні засоби робототехнічних систем

Технічні засоби робототехнічних систем

Лекція 01

Тема: ВСТУП ДО КУРСУ. НАУКА “РОБОТОТЕХНІКА”, ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ТА  ОСТАННІ ДОСЯГНЕННЯ

План

  1.  Дисципліна “Технічні засоби робототехнічних систем”, структура курсу, звязок з іншими предметами.
  2.  Історія розвитку робототехніки та її перспективи.

  1.  Дисципліна “Технічні засоби робототехнічних систем”, структура курсу, звязок з іншими предметами

Робототехніка і гнучкі виробничі системи є найважливішою технічною основою інтенсифікації виробництва. Це, з одного боку, дітище науково-технічного прогресу, а з іншою — його рушійна сила в розвитку сучасного промислового виробництва. З кожним роком все більш розширяється застосування робототехнічних систем. З їхньою допомогою освоюються нові технологічні процеси, що звільняють людей від багатьох видів одноманітної, часом важкої ручної праці, у тому числі і в шкідливих для здоров'я умовах. Робототехнічні системи можуть виконувати за людину і нецікаві для неї рутинні види розумової роботи.

Робототехнічні системи є одним з нових видів виробничої техніки. Їхнє застосування вимагає нової організації технологічного процесу, а, отже, нової спеціальної підготовки інженерів та молодших спеціалістів у цій області. Тільки при такій умові промислові роботи і роботизація виробництва можуть дати щонайбільший народногосподарський ефект.

Заняття з предмету “Технічні засоби робототехнічних систем (ТЗ РТС)” розвивають і формують технічну культуру майбутніх спеціалістів, їх здатність до технічної творчості.

Знання, уміння та навички, набуті при вивченні курсу ТЗ РТС, необхідні для подальшого комплексного вивчення спеціальних дисциплін, в процесі дипломного проектування, а також в майбутній практичній діяльності молодших спеціалістів.

Оволодіння матеріалом, викладеним в курсі ТЗ РТС дозволяє опанувати графічну інформацію як засіб висловлювання технічної думки та метод розв‘язування конкретних практичних задач, а також практично засвоїти основні положення Єдиної системи конструкторської документації. Цей процес здійснюється на протязі всього навчання в коледжі. Починається він з вивчення інженерної та комп‘ютерної графіки, а потім розвивається і закріплюється в ряді загальнотехнічних та спеціальних дисциплін, а також при виконанні курсових та дипломних проектів.

Базою для вивчення ТЗ РТС є предмети “Основи інженерної графіки ”, “Основи технічної механіки”,  “Метрологія і технічні вимірювання”, “Основи цифрової техніки”. Характерним є вивчення предмету ТЗ РТС паралельно з курсом “Програмне забезпечення РТС”, а логічним продовженням – предмет “Експлуатація технічних засобів РТС”.

Метою курсу є формування теоретичної бази знань студентів з ТЗ РТС та вироблення практичних навичок читання та виконання конструкторської документації (схем, складальних креслень пристроїв РТС) традиційним ручним способом та вміння використання засобів сучасних інформаційних технологій у повсякденній, зокрема навчально-пізнавальній діяльності студентів.

В результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен ЗНАТИ:

  •  структуру РТС, їх класифікацію;
  •  конструкції промислових роботів, приклади їх застосування;
  •  існуючі типові технічні засоби транспортних систем РТС;
  •  принцип дії вимірювальних та інформаційних пристроїв РТС.

В результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен ВМІТИ:

-  виконувати та читати основні графічні та текстові конструкторські документи елементів вузлів та систем РТС (креслення, схеми, наглядні зображення, складальні креслення, специфікації, переліки елементів і т. ін.);

  •  виконувати розрахунки, необхідні для прийняття технічних рішень: перевірки на міцність механізмів промислових роботів, вибору конретного типу датчиків,  можливості транспортних засобів РТС;
  •   створювати конструкторські документи технічних засобів РТС в середовищі Компас 3D  5.11 та Автокаду;
  •  приймати самостійні аргументовані технічні рішення при виборі технічних засобів РТС;
  •  користуватись різними типами вимірювальних пристроїв та датчиків, знаходити несправності та вміти ліквідовувати їх.

Робоча навчальна програма курсу передбачає опанування студентами матеріалу, що складається з наступних модулів:

  •  модуль 1 “Промислові роботи в РТС”;
  •  модуль 2 “Система транспортних і накопичувальних засобів РТС”;
  •  модуль 3  “Інформаційно-вимірювальні пристрої систем управління РТС”.

Для організації поточного контролю в ході вивчення дисципліни передбачається проведення семінарських занять по всіх модулях дисципліни, виконання студентом 13 практичних робіт та проведення 10 лабораторних робіт. В кінці курсу виконується підсумкова контрольна робота.

Перевірка ходу засвоєння предмету студентами відбувається в відповідності із положенням про модульно-рейтингову систему оцінювання знань студентів НУНГу.

Підсумкова оцінка з ТЗ РТС виставляється за результатом іспиту.

Для успішного оволодіння матеріалом при підготовці до практичних, семінарських та лабораторних робіт, а також для самостійного опрацювання окремих тем курсу рекомендується перелік літератури.

Основна література:

  1.  Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность: Учеб. Для вузов по спец. «Робототехн. Системы и комплексы» – М.: Высш. шк., 1990.  – 224с.
  2.  Промышленная робототехника/ Под ред. Л.С.Ямпольского. – К.:Техніки, 1984. – 264с., ил.
  3.  Роботизированные производственные комплексы/ Под ред. Ю.Г.Козырева, А.А.Кудинова. – М.: Машиностроение,1987. – 272 с.
  4.  Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. – М.: Машиностроение, 1988. – 392с.
  5.  Гибкие производственные комплексы/ Под ред. П.Н.Белянина и В.А.Лещенко. – М.:Машиностроение,1984. – 384с.
  6.  Раппопорт Г.Н., Солин Ю.В. Применение промышленных роботов. – М.: Машиностроение, 1985. – 272с., ил.

Додаткова література:

  1.  Шурков В.Н. Основы автоматизации производства и промышленные роботы. – М.: Машиностроение,1989. – 240с.
  2.  Гибкое автоматическое производство/ Под ред. С.А.Майорова и Г.В.Орловского. – Л.: Машиностроение, 1983. – 376с.
  3.  Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей/ Под ред. Ю.В.Соломенцева. – М.:Машиностроение, 1986. – 140с.
  4.  Робототехнические системы в сборочном производстве/ Под ред Е.В.Пашкова. – К.: Выща шк., 1987. – 272с.
  5.  Промышленные роботы: Внедрение и эффективность: Пер. с яп./ Асаи К., Кигами С., Кодзима Т. и др.. – М.: Мир, 1987.-384 с., ил.
  6.  Письменный Г.В. и др. Системы технического зрения в робототехнике. - М.:Машиностроение, 1991. – 88с.

  1.  Історія розвитку робототехніки та її перспективи

Ідея створення штучних механічних слуг, котрі мали б усі позитивні риси людини і немали її недоліків прийшла з глибокої давнини. Якщо ретельно проаналізувати легенди і міфи про рукотворі механічні істоти, можна прийти до висновку, що мова йде або про створіння, наділених колосальною фізичною силою, котрі, крім цього ще здатні і літати, або жити під водою, чи й під землею, або про створіння, що безперечно підкоряються людині, виконуючи за неї найтяжчу або нудну роботу.

Перша достовірна згадка про штучну людину, мідного велетня по імені Талос, датується III ст. до н.е. Відомості про штучних людей, створених людиною, відносяться до І ст. і пов'язані з Героном Александрійським. Саме він створював автоматику для храму Діонісія. Рушійною силою для переміщень механізмів були сила тяжіння, тиск води і стисненого повітря, система важелів і блоків.

В середні віки (ХVІІ-ХVІІІ ст.), з розвитком годинникарства, майстри-умільці створювали “механічних людей”, здатних виконувати прості рухи, відтворювати гру на музичних інструментах, писати і малювати. Особливих успіхів у цьому досягли швейцарці батько і син П’’р і Анрі Дро. Створені ними людиноподібні іграшки стали наззивати “андроїдами”.

Перша згадка про механічних людей в японській літературі (а на сьогоднішній день в сучасному світовому роботобудуванні Японія вважається безперечним лідером) зустрічається в збірці легенд "Кондзеку моногаторі»(ІІІст.). Що стосується ''механічних людей андроїдів”, то вони з'явилися в Японії в епоху Едо (1603-1867). Вчений-енциклопедист  того часу Камаксва Синрай склав знаменитий атлас креслень відомих йому театральних ляльок. Так і дійшли до нас відомості про пристрій цих надзвичайно точних і складних механізмів.

Сучасний японський професор відмові Татикава Седзі повторив у металі одне з таких описів, створивши копію ляльки-андроїда, відомої як "Дівчина, що п'є чай". Перший електричний робот в Японії 6ув побудований у 1928 р. під керівництвом доктора Нисимура Макета і названий "Природодослідник”. І хоча він міг всього лише міняти місцями положення рук і голови, саме цей механізм вважається родоначальником  сучасного японського роботобудування. Всі ці іграшки відрізнялись зовнішньою схожістю з людиною і ніякого практичного значення не мали.

Початок ХХст. Характеризується швидкими темпами розвитку техніки. Цьому передували пошуки “вічного двигуна”, що дали величзну базу для подальшого розвитку різних напрямків науки, в тому числі збільшили уявлення людини про можливості відтворення складних рухів. Найгучнішою подією ХVІІІ ст. був промисловий переворот в Англії, відкриття парової машини; ХІХ ст. знаменне створенням Чарльзом Бебіджем, професором Кембріджського університету, обчилювальної машини. На той час великі досягнення у вивченні і систематизації теорії машин і механізмів здобув російський вчений І.І.Артоболевський. Отже, можливість побудови машин типу роботів і маніпуляторів виникла внаслідок тривалої і напруженої роботи вчених та інженерів.

Слово “робот” придумав чеський письменник Карел Чапек і використар його у своїй соціально-фантастичній п’єсі “R.U.R.” (“Россумські універсальні роботи, опубліковані в 1920 р. Так були названі механічні робітники, призначені для заміни людей на важких фізичних роботах. Термін утворився від чеських слів robota- важка підневільна праця та rob – раб. З легкої руки Чапека сторінками романів помандрували людиноподібні роботи.

Американський вчений і письменник Айзек Азімов, очевидно, першим зобразив дружелюбного, корисного робота і придумав слово “роботікс” – робототехніка. В оповіданні “Мандрівник”, опублікованому в 1942р., він сформулював три знамениті закони робототехніки;

  1.  Робот не може завдати людині шкоди ані своїми діями, ані своєю бездіяльністю.
  2.  Робот повинен підкорятися наказам людини, якщо вони не суперечатьпершому законові.
  3.  Робот повинен захищати своє існування. Якщо це не суперечить першим двом законам.

Попередниками сучасних промислових роботів були різного роду пристрої для маніпулювання на відстані об’єктами, безпосередній контакт з якими небезпечний або неможливий для людини. Такі маніпулятори з дистанційним керуванням були створені в 1940-1950рр. і використовувались для атомних досліджень.

В 1954р. Дж. Дівол запатентував в США конструкцію універсальної допоміжної машани, яка вважається першим промисловим роботом (ПР). На початку 60-х років фірми “Юнімейшн” і “Версатран” приступили до випуску ПР. Дещо пізніше до випуску ПР за ліцензіями США долучились інші країни і почався стрімкий розвиток робототехніки.

Ось все це в результаті привело до того, що в січні 2003 р. власті префектури Фукуока і мерії двох міст - Фукуока і Китакюсю звернулись до парламенту з проханням затвердити їхній проект. Він полягав у створінні на їхній території "Особливої зони роботів". Для цього вченими префектури був розроблений новий тип робота, який не тільки здатний пересуватися по міських вулицях, але міг би навіть регулювати автомобільний рух. Таким чином, в даному випадку мова йде про "крокуючих роботів".

Упевненість в успіху подібного проекту вченим додає знаменитий «Футбольний чемпіонат роботів", який з великим успіхом пройшов у Фукуоке у червні 2002 р.

Популяризація робототехніки в Японії колосальна. Наприклад, у вересні 2003 р. пройшло повідомлення, що прем'єр-міністр Японії Дзюн’ітіро Кондзумі привів робота АS1МO на офіційний обід зі своїм чеським колегою Володимиром Спідлою в Празі.

Цей робот, зріст якого 1,2 м, створений в лабораторіях японської корпорації НОNDA. Він уміє підійматися по сходах, розпізнає голоси і особи, а також може (при нагоді) підтримати розмову. Як пояснила прес-служба, цим жестом глава японського уряду намірений віддати дань пошани пам'яті відомого чеського письменника Карела Чапека, який і придумав слово ''робот'.

Японські вчені з університету Такаху створили робота-танцюриста, що отримав ім’я MS DanseR (Розумний танцювальний робот, що рухається). Він побудований e лобораторіъ професора Косихура Косуге, який заявив у липні 200З р., що ця версія попередня і що зараз його колектив зайнятий збіркою нової моделі. Вона зможе досконалоі рухатися в такт партнеру". Щоправда MS DanseR пересувається на чотирьох колесах і схожий, швидше, на кентавра. Проте він обладнаний комп'ютером, який не тільки передбачає за допомогою численних сенсорних датчиків, розташованих  на його талії і руках, куди направиться партнер, а також запам’ятає фігури танцю, які повторюються.

Велику популярність отримав мініатюрний, але вельми складний механізм, що складається з пластмасової механіки, двигунців, давачів і комп'ютерних чіпів. Йдеться про песика-робота “Айбо"(Приятель). На сьогоднішній день вже більше 200 тис. людей у світі придбали собі цього популярного домашнього  робота фірми SONI.

"На відміну від іншого електронного обладнання, яке використовується в домашьому побуті, «Айбо" має особливий вмонтований комп'ютерний пристрій, який функціонує подібно мозку: робот запрограмований таким чином,  щоб  “сприймати в певних межах навколишнє середовище”, - така оцінка співробітника відділу технології Національного музею американської історії Стівена Лубара.

Не викликає, проте, ніяких сумнівів той факт, що домашні роботи - це далеко не єдиний напрямок сучасної робототехніки. Так, наприклад, невеликий, але високоманевровий робот створений японськими вченими для підводних досліджень. Цей робот, що отримав, завдяки своїй фірмі і кольору, назву Tam-egg 1 (саме так називається національне японське блюдо “Сусі” – овальний колобок рису з запеченим яблоком) здатене посилати зображення глибинного ландшафту на поверхню в реальному часі. Його основне призначення - дослідження  корпусів затонулих суден.

Tam-egg, представляючий собою овальну конструкцію  1 м довжиною і 50 см шириною (при масі 131 кг), оснащений двома ультразвуковими телевізійними камерами, які дозволяють відправляти на поверхню чітке зображення. Зараз цей робот здатний опускатися на глибину біля 300 м. Учені сподіваються, що надалі мюдификация цього високоманеврового робота зможе досягати глибин більше 3000 м.

Природно, що побудова роботів не є  тільки японською справою. В національному морському акваріумі британського міста Плімут з'явився новий різновид акул акула-робот. Ця найбільша електронна акула важить 55 кг. В неї вмонтований чіп, що – контролює і визначає звички хижаків, а також швидкість, напрям його рухів і глибину (до 30 м), на якій плаває робот. Тривалість перебування у воді досягає 4год.

Як повідомило у січні 2003 р. китайське агентство “Синьхуа”, вчені Пекінського університету науки і техніки провели випробування людиноподібного робота BHR, який володіє…мистецтвом оздоровчої гімнастики тай-цзи. Майстру тай-цзи необхідна гнучкість, яку має цей робот: його конструкція налічує 32 з’єднання, зріст 158 см, маса 76кг, що є достатньо традиційними для середнього жителя Піднебесної.

У серпні 2003 р.з’явилась інформація про те, що британська аерокомічна компаня BAE System фінансує розробку спеціалізованого робота-змії Snakebot. Цей робот здатен пережити отримані на полі бою пошкодження і продовжити свою шпигунську діяльність. Метою проекту є створення дешевого військового робота, котрого можна скинути, скажімо, з гелікоптера, щоб він виконав розвідувальну місію. Проаналізувавши всі можливі варіанти, творці вибрали модульну конструкцію змії-робота. Кожен модуль складається з трьох окремих “мускулів”, зроблених з нітінолу (сплав нікелю і титану, що має пам’ять форми).

Кристалічна структура нітінолу стискається при проходженні через неї електричного струму. А потім матеріал відновлює свою первісну форму. Конструктор Пітер Бентлі підкреслюєщо його робот, втративши повністю один із своїх содулів, однак. “виживе”.

Таким чином сучасна робототехніка використовує всі конструктивно мислимі види рухів: гусениці, колеса, ноги, водометні пристрої, повзаючі і т.д.

Отже, який же зміст ми сьогодні вкладаємо в поняття “робот”? Професор Токійського університету Сигеру Ватаата пропонує вважати роботом пристрій, здатний самостійно переміщуватись в просторі, справлятись з завданням розпізнання образів, що має велике число степенів вільності, вміє аналізувати ситуацію за допомогою зворотнього зв’язку, а також прогнозувати ситуацію, спираючись на власний досвід і доступну інформацію.

А ось на думку професора Університету Васеда доктора Ітіро Кодо, будь-який робот повинен містити три структурні елементи: технічний “мозок”, який наділяє робот свідомістю, механічні руки, що дозволяють виконувати задану роботу і механічні ноги, які дають можливість переміщуватись в довільному напрямку.

Крім цього, всі три вище вказані елементи повинні бути об’єднані в єдине фізичне тіло – корпус. Це саме до нього повинні кріпитись пристрої сприйняття інформації (еквівалент зору і слуху).

Американський професор М.Шпрингер (Університет Куін Мері) настоював на обов’язковій навності у робота таким “джентельменським набором”:

  •  наявність механічної руки і захвату;
  •  вміння самостійно рухатись і керувати своїми діями;
  •  наявність виконавчої системи;
  •  наявність вмонтованого комп’ютера;
  •  наявність сенсорних давачів і пристроїв, що забезпечують можливість сприймати зовнішнє середовище.

Всі ці визначення вважались у вищій мірі науковими в 80-х роках минулого століття (і сьогодні вважаються). Але життя неодмінно є багатшим і витонченішим, ніж кожне академічне твердження. Насправді. Де ж руки у змії-робота чи робота-акули, а ноги у промислових роботів. що складають комп’ютерні плати, робот-песик обходиться без захватного пристрою? Ось чому найбільшу перевагу надають визначенню професора Е.Накано: “Робот – це механічний пристрій, здатний при допомозі своїх органів чуття і розуму виконувати яку-небудь роботу і має зовнішню схожість з людиною чи іншими живими істотами”.

Цікавою є структурна схема інтелектуального робота, представлена на рисунку 1.1

Таким чином, робототехніка – напрям розвитку науки і техніки в області механізації і автоматизації ручних робіт. Причини виникнення робототехніки: потреба звільнити людину від роботи в екстремальних умовах (висока температура, рівень радіації, вібрація. шум, хімічні токсичні речовини); звільнити від монотонної втомлюючої праці; підвищити продуктивність праці і якість продукції. Робототехніка вивчає:

  •  теоретичні дослідження, розрахунок і реконструювання та модернізація існуючих роботизованих виробництв, створення нових;
  •  керування ними;

аналіз економічних і соціальних проблем впровадження роботів у промисловість.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77531. Фреймовое представление знаний 1.36 MB
  Термин фрейм frme рамка остов каркас предложен в 1975 г. Фрейм это единица представления знаний заполненная в прошлом детали которой могут быть изменены согласно текущей ситуации т. Получается что фрейм это абстрактный образ объект или ситуация.
77532. Экспертные системы. Приобретение (извлечение) знаний 255.5 KB
  В экспертных системах знания отделены от данных и мощность ЭС обусловлена в первую очередь мощностью базы знаний и только во вторую очередь используемыми методами решения задач. системы функциональные возможности которых являются в первую очередь следствием их наращиваемой базы знаний БЗ и только во вторую очередь определяется используемыми методами принятия решения. Правильное функционирование ЭС как систем основанных на знаниях зависит от качества и количества знаний хранимых в их БЗ. Поэтому приобретение знаний для ЭС является очень...
77533. Нечеткая логика: история проблемы, практические приложения 1.22 MB
  Для этого значения степень принадлежности физической величины к терму будет равна единице а для всех остальных значений в зависимости от выбранной функции принадлежности. Здесь необходимо описать лингвистические переменные которые вы будете использовать; их функции принадлежности; описать стратегию управления посредством нечетких правил которые вы сможете объединить в единую базу правил или знаний о системе. Другими словами множество А образуют такие объекты элементы для которых указанная выше функция называемая функцией...
77534. НЕЙРОННЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НЕЙРОННЫЕ СЕТИ 463 KB
  С появлением дешевых компьютеров появилась возможность использовать в этой области нейронные сети НС. Крупный толчок развитию нейрокибернетики дал американский нейрофизиолог Френк Розенблатт предложивший в 1962 году свою модель нейронной сети персептрон. Хопфилд предложил оригинальную модель нейронной сети названную его именем.
77535. Проблемно-ориентированные языки. Языки представления знаний 97.5 KB
  Стремление к эффективной программной реализации моделей представления знаний привело к разработке большого числа языков представления знаний от простых, предназначенных для решения отдельных специальных задач, до мощных универсальных.
77536. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ 299 KB
  В животной клетке каждая молекула ДНК окружена оболочкой такое образование называется хромосомой. Основная часть хромосомы нить ДНК определяющая какие химические реакции будут происходить в данной клетке как она будет развиваться и как функции выполнять. В каждой соматической клетке человека содержится 46 хромосом. Эти 46 хромосом на самом деле 23 пары причем в каждой паре одна из хромосом получена от отца а вторая от матери.
77537. РАСПОЗНАВАНИЕ ОБРАЗОВ И СИТУАЦИЙ 89 KB
  Суть задачи распознавания установить обладают ли изучаемые объекты фиксированным конечным набором признаков позволяющим отнести и ке определенному классу. Цели науки распознавания образов: замена человеческого эксперта или сложной экспертной системы более простой системой автоматизация деятельности человека или упрощение сложных систем; построение обучающихся систем которые умеют принимать решения без указания четких правил а именно систем которые умеют сами синтезировать правила принятия решений на основе некоторого конечного...
77538. МУЛЬТИ-АГЕНТНЫЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 96.5 KB
  Системы группового управления должны обеспечить возможность быстрой перестройки производства к изменению типа и объёма выпускаемой продукции в изменяющейся среде. Первоначально были разработаны принципы централизованного и децентрализованного группового управления сложными робототехническими системами. При децентрализованном управлении использовались распределённая группа микропроцессоров встроенных в локальные системы управления гибко программирующие поведение роботов и оборудования в соответствии с заданной в реальном времени...
77539. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 66 KB
  Изменения во внешней среде влияют не только на сам МО но и на выбор требований к цели и качеству управления и как следствие на характер желаемых траекторий движения рабочих органов. Современные МО должны обладать возможностями выполнения функций принятия решений и управления близкими к интеллектуальным функциям человека а по скорости получения решений существенно превышать возможности человека. Эти функции реализуются с помощью современных средств вычислительной техники в интеллектуальных системах управления ИСУ.