Основы робототехники юревич


Юревич - Основы Робототехники - 1

Е.И. Юревич

ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ

Содержание

Предисловие

Введение

Глава 1. История развития робототехники

1.1.Предыстория робототехники

1.2.Возникновение и развитие современной робототехники

1.3.Развитие отечественной робототехники

Глава 2. Управление движением человека

2.1.Постановка задачи

2.2.Общая схема системы управления движением человека

2.3.Динамические уровни управления движением

2.4.Тактический уровень управления движением

2.5.Стратегический уровень управлени движением

Глава 3. Устройство роботов

3.1.Состав, параметры и классификация роботов

3.2.Манипуляционные системы

3.3.Рабочие органы манипуляторов

3.4.Системы передвижения мобильных роботов

3.5.Сенсорные системы

3.6.Устройства управления роботов

3.7.Особенности устройства других средств робототехники

Глава 4. Приводы роботов

4.1.Классификация приводов

4.2.Пневматические приводы

4.3.Гидравлические приводы

4.4.Электрические приводы

4.5.Комбинированные приводы

4.6.Рекуперация энергии в приводах

4.7.Искусственные мышцы

Глава 5. Системы управления роботами

5.1.Классификация систем управления

5.2.Системы программного управления

5.2.1.Системы дискретного циклового управления

5.2.2.Системы дискретного позиционного управления

5.2.3.Системы непрерывного управления

5.2.4.Системы управления по силе

5.3.Системы адаптивного управления

5.4.Система интеллектуального управления

5.5.Особенности управления средствами передвижения роботов

5.6.Системы группового управления роботами

Глава 6. Динамика роботов

6.1.Основные принципы организации движения роботов

6.2.Математические модели роботов

6.3.Особенности динамики и способы динамической коррекции систем управления роботов

6.4.Компьютерное моделирование робототехнических систем

Глава 7. Проектирование средств робототехники

7.1.Постановка задачи проектирования средств робототехники

7.2.Особенности проектирования роботов

7.3.Методы проектирования средств робототехники

Глава 8. Применение средств робототехники в промышленности

8.1.Классификация технологических комплексов с применением роботов

8.2.Компоновки технологических комплексов с роботами

8.3.Управление технологическими комплексами

8.4.Этапы проектирования технологических комплексов

8.5.Особенности роботизации технологических комплексов

в действующих производствах 8.6. Гибкие производственные системы

Глава 9. Применение промышленных роботов на основных технологических операциях

9.1.Классификация технологических комплексов с роботами на основных технологических операциях

9.2.Сборочные робототехнические комплексы

9.3.Сварочные робототехнические комплексы

9.4.Робототехнические комплексы для нанесения покрытий

ГЛАВА 10. Применение промышленных роботов на вспомогательных операциях

10.1.Классификация роботизированных технологических комплексов

10.2.Роботизированные технологические комплексы механообработки

10.3.Роботизированные технологические комплексы холодной штамповки

10.4.Роботизированные технологические комплексы в кузнечно-штамповочномпроизводстве

10.5.Роботизированные технологические комплексы литья под давлением

ГЛАВА 11. Особенности применения средств робототехники в немашиностроительных и в непромышленных отраслях

11.1.Робототехника в немашиностроительных отраслях промышленности

11.2.Робототехника в непромышленных отраслях

Глава 12. Экстремальная робототехника

12.1.Экстремальная робототехника в промышленности

12.2.Космическая робототехника

12.3.Подводные роботы

12.4.Военная робототехника

Глава 13. Социально-экономическиеаспекты робототехники

13.1.Социально-экономическаяэффективность применения средств робототехники

13.2.Техника безопасности в робототехнике

Глава 14. Робототехника завтра

Приложение

Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящая книга является вторым переработанным изданием учебника «Основы робототехники». Ленинград. Машиностроение. Ленинградское отделение. 1985 год.

Как и ее первое издание книга написана по материалам лекций, которые автор все эти годы читает в Санкт-Петербургскомгосударственном техническом университете.

Книга предназначена для студентов технических вузов как учебное пособие по общему курсу робототехники. Для студентов, специализирующихся в этой области, книга должна служить основным литературным источником для первой специальной дисциплины, за которой последует цикл спец.курсов, соответствующих основным ее главам.

1

ВВЕДЕНИЕ

Предмет робототехники — это создание и применение роботов и других средств робототехники различного назначения. Возникнув на основе кибернетики и механики, робототехника в свою очередь породила новые направления развития и самих этих наук. Для кибернетики это связано прежде всего с интеллектуальным управлением, которое требуется для роботов, а для механики с – многозвенными механизмами типа манипуляторов.

Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую работу. При создании первых роботов и вплоть до сегодняшнего дня образцом для них служат физические возможности человека. Именно стремление заменить человека на тяжелых работах и породило сначала идею робота, затем первые попытки ее реализации (в средние века) и, наконец, обусловило возникновение и развитие современной робототехники и роботостроения.

На рис.В.1 показана функциональная схема робота. Она включает исполнительные системы – манипуляционную (один или несколько манипуляторов) и передвижения, если робот подвижный, сенсорную систему, снабжающую робот информацией о внешней среде, и устройство управления. Исполнительные системы в свою очередь состоят из механической системы и системы приводов. Механическая система манипулятора – это обычно кинематическая цепь, состоящая из подвижных звеньев с угловым или поступательным перемещением, которая заканчивается рабочим органом в виде захватного устройства или какого-нибудьинструмента.

Рис.В.1. Функциональная схема робота

2

Из данного определения следует, что робот – это машина автоматического действия, которая объединяет свойства машин рабочих и информационных, являясь, таким образом, принципиально новым видом машин. В достаточно развитом виде роботы аналогично человеку осуществляют активное силовое и информационное взаимодействие с окружающей средой и благодаря этому могут обладать искусственным интеллектом и совершенствовать его. Правда, пока еще роботы очень далеки по своим интеллектуальным возможностям от человека.

При решении проблемы создания роботов одним из естественных путей является копирование человека и живой природы вообще. Однако не менее важен и поиск принципиально новых путей, определяемых возможностями современной техники. Пример первого подхода — создание механических рук шарнирного типа и захватных устройств со сгибающимися пальцами. Примеры второго подхода — использование электромагнитного поля для ориентации и взятия предметов и, наконец, колесный ход вместо шагания. Аналогичные примеры можно найти и применительно к сенсорным системам (создание «сверхчувственных» органов наряду с копированием органов чувств животных). От ранее известных видов машин роботы принципиально отличаются своей универсальностью (многофункциональностью) и гибкостью (быстрым переходом на новые операции). Под универсальностью понимается универсальность рабочих органов робота и их движений, хотя сегодня до универсальности руки человека роботам еще далеко. (Правда, это компенсируется возможностью быстрой смены рабочих органов робота в процессе выполнения операций).

Универсальность роботов предполагает возможность выполнения ими целенаправленных действий, которые требуют определенных интеллектуальных способностей. Это открывает широкие возможности использования роботов в качестве как основного технологического оборудования (на сборке, сварке, окраске и т.п.), так и вспомогательного – для замены рабочих, занятых на обслуживании такого оборудования.

Универсальность роботов дает возможность автоматизировать принципиально любые операции, выполняемые человеком, а быстрота перестройки на выполнение новых операций при освоении новой продукции или иных изменениях в производстве позволяет сохранить за автоматизируемым с помощью роботов производством по крайней мере ту же гибкость, которую на сегодня имеют только производства, обслуживаемые человеком. Роботы потому и появились лишь во второй половине XX столетия, что именно сейчас назрела необходимость в таких универсальных и гибких средствах, без которых невозможно осуществить комплексную автоматизацию современного производства с его большой номенклатурой и частой сменяемостью выпускаемой продукции, включая создание гибких автоматизированных производств.

Термин «робот», как известно, славянского происхождения. Его ввел известный писатель К. Чапек в 1920 г. в своей фантастической пьесе «R.U.R.» («Россумовские универсальные роботы»), где так названы механические рабочие, предназначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Название «робот» образовано от чешского слова robota, что означает тяжелый подневольный труд.

Помимо роботов для тех же целей широкое применение получили манипуляторы с ручным управлением (копирующие манипуляторы, телеоператоры и т.п.) и с различными вариантами полуавтоматического и автоматизированного управления, а

3

также однопрограммные (не перепрограммируемые) автоматические манипуляторы (автооператоры и механические руки). Все эти устройства являются предшественниками роботов. Появились они главным образом для манипулирования объектами, непосредственный контакт с которыми для человека вреден или опасен (радиоактивные вещества, раскаленные болванки и т. п.). Однако хотя появление роботов существенно сузило сферу их применения, эти простые средства механизации

иавтоматизации не потеряли своего значения. Все они сегодня вместе с роботами входят в общее понятие средств робототехники.

Как уже было отмечено, объективной причиной возникновения и развития робототехники явилась историческая потребность современного производства в гибкой автоматизации с устранением человека из непосредственного участия в машинном производстве и недостаточность для этой цели традиционных средств автоматизации. Поэтому задачей робототехники наряду с созданием собственно средств робототехники является разработка основанных на них систем и комплексов различного назначения. Системы и комплексы, автоматизированные с помощью роботов, принято называть роботизированными. Роботизированные системы, в которых роботы выполняют основные технологические операции, называются робототехническими.

Наряду с внедрением в действующие производства роботы открывают широкие перспективы для создания принципиально новых технологических процессов, не связанных с весьма обременительными ограничениями, налагаемыми непосредственным участием в них человека. При этом имеется в виду как действительно очень ограниченные физические возможности человека (по грузоподъемности, быстродействию, точности, повторяемости и т. п.), так и требуемая для него комфортность условий труда (качество атмосферы, отсутствие вредных внешних воздействий и т. п.). Сегодня необходимость непосредственного участия человека в технологическом процессе зачастую является серьезным препятствием для интенсификации производства и создания новых технологий.

Роботы получили наибольшее распространение в промышленности и прежде всего в машиностроении. Предназначенные для этой цели роботы называют промышленными роботами (ПР). Не менее широкие перспективы имеют роботы в горнодобывающей промышленности, металлургии и нефтяной промышленности (обслуживание бурильных установок, монтажные и ремонтные работы), в строительстве (монтажные, отделочные, транспортные работы), в легкой, пищевой, рыбной промышленности.

Наряду с использованием в промышленности роботы применяются и в других областях народного хозяйства и человеческой деятельности: на транспорте (включая создание шагающих транспортных машин), в сельском хозяйстве, здравоохранении (протезирование, хирургия — стерильная, дистанционная, обслуживание больных и инвалидов, транспортировка), в сфере обслуживания, для исследования и освоения океана и космоса и выполнения работ в других экстремальных условиях (стихийные бедствия, аварии, военные действия), в научных исследованиях.

Применение роботов наряду с конкретным технико-экономическимэффектом, связанным с повышением производительности труда, сменности работы оборудования

икачества продукции, является важным средством решения социальных проблем, позволяя освобождать людей от тяжелого, опасного и монотонного труда.

ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

1.1.Предыстория робототехники

Корни робототехники уходят в глубокую древность. Уже тогда впервые возникли идеи и были предприняты первые попытки создания человекоподобных технических устройств, подвижных культовых статуй, механических слуг и т. п. Статуи богов с подвижными частями тела (руки, голова) появились еще в Древнем Египте, Вавилоне, Китае.

В«Илиаде» Гомера божественный кузнец Гефест выковывает механических служанок. Аристотель упоминает о приводимых в движение с помощью ниток куклах-марионетках,из которых создавались целые механические театры. До нас дошли книги Герона Александрийского (I век н.э.), где описаны подобные и многие другие автоматы древности. В качестве источника энергии в них использовались вода, пар, гравитация (гири).

Всредние века большой популярностью пользовались различного рода автоматы, основанные на использовании часовых механизмов. Были созданы всевозможные часы с движущимися фигурами людей, ангелов и т. п. К этому периоду относятся сведения о создании первых подвижных человекоподобных механических фигур — андроидов. Так, андроид алхимика Альберта Великого (1193— 1280) представлял собой куклу в рост человека, которая, когда стучали в дверь, открывала и закрывала ее, кланяясь при этом входящему.

Кстати, в средние века было высказано предположение о возможности создания гомункулуса — живого человечка средствами алхимии. Создание такого гомункулуса химическим путем в колбе описывает Гете в «Фаусте»:

Нам говорят «безумец» и «фантаст», Но, выйдя из зависимости грустной, С годами мозг мыслителя искусный Мыслителя искусственно создаст.

Работы по созданию андроидов достигли наибольшего развития в 18 в. одновременно с расцветом часового мастерства. Механиками-часовщикамибыли созданыандроиды-музыканты,рисовальщики, писцы. К ним относится, например, «флейтист» французского механика Жака Вокансона (1709 – 1789) — фигура в рост человека; с помощью подвижных пальцев «флейтист» исполнял заложенные в его программу 11 мелодий.

Целый ряд человекоподобных автоматов был создан швейцарскими

часовщиками Пьером-ЖакомДро(1721—1790)и его сыном Анри Дро (1752 – 1791). От имени последнего было образовано позднее и само название «андроид». Эти человекоподобные игрушки представляли собой многопрограммные автоматы с оперативно сменяемыми программами. Программы задавались с помощью сменных кулачков, устанавливаемых на вращающемся барабане, и других подобных механических устройств. Привод осуществлялся от часового механизма (рис. 1.1 и 1.2).

 

 

Рис.1.1. Механический писец Анри Дро.

Рис.1.2. Механический негр-флейтист

 

(XIX в., Парижский национальный музей)

Из отечественных устройств подобного типа назовем знаменитые часы «яичной» формы с театральным автоматом И. П. Кулибина (1735—1818).В 1820 г. в Петербурге был открыт «Храм очарований» А. И. Галулецкого, обслуживаемый механическими слугами. В 1866 г. И. Мезгин создал«астрономо-исторические»часы, которые помимо времени показывали четыре сценки из истории г. Томска.

Идеи создания «механических» людей, начавшие было затухать вместе с ослаблением роли часового дела в дальнейшем развитии техники, вновь возродились в 20 в. на основе электроники и электротехники. Американский инженер Венсли построил управляемый на расстоянии с помощью свистка автомат «Телевокс», который мог не только выполнять ряд элементарных операций, но и произносить с помощью звукозаписывающей аппаратуры несколько фраз. Англичанин Гарри Мей в 1932 г. создал человекоподобный автомат «Альфа», который по командам, подаваемым голосом, садился, вставал, двигал руками, говорил. Несколько подобных автоматов под названием «Сабор» были построены в Австрии Августом Губером. Они имели управление по радио, могли ходить,

studfiles.net

Скачать Юревич Е.И. - Основы робототехники

Вашему вниманию предлагается книга известного французского автора Фредерика Жимарши. Книгу без преувеличения можно назвать энциклопедией мобильных роботов. В ней детально рассматривается элементная база роботов: микроконтроллеры, их архитектура и системы команд, типы применяемых датчиков, силовых ко...

2007 год

10.77 МБ

8.9

скачиваний: 2620

Изложены принципы действия, характеристики и примеры построения информационных устройств робототехнических систем. Даны основы расчета кинестетических, локационных, визуальных и тактильных датчиков; показаны способы их сопряжения с системами управления роботов. Приведены алгоритмы обработки сенсорно...

2005 год

22.36 МБ

0.0

скачиваний: 2493

Эта книга представляет собой справочное руководство для тех, кто хочет научиться проектировать и конструировать роботов. Благодаря представленным в ней пошаговым инструкциям, вы быстро освоите методики создания забавных и захватывающих роботов. На основании своего обширного практического опыта ав...

2010 год

62.13 МБ

8.9

скачиваний: 3747

Материал книги дает возможность самостоятельно построить робот, находящий выход из лабиринта, робот, ориентирующийся на источник света и звука, ультразвуковой дальномер и компас. Книга не только поможет организовать занимательный и интересный досуг подростка, реализовать его творческие способност...

2007 год

12.04 МБ

9.2

скачиваний: 2634

Книга Майка Предко посвящена разработке и программированию автоматических устройств на основе популярных микроконтроллеров PIC16F84 и PIC16F627 фирмы Microchip. Автор начинает с описания архитектуры микроконтроллеров PICmicro, доступно излагая основы их программирования на языке С, типовых схем п...

2004 год

6.79 МБ

9.5

скачиваний: 1841

Эта книга - отличный подарок для тех, кто собирается строить робота в первый раз, а также будет полезна и более опытным "роботостроителям", которые хотят отточить свое мастерство. Базовых знаний в области радиоэлектроники окажется вполне достаточно, чтобы книга помогла вам осуществить 12 о...

2007 год

25.45 МБ

8.9

скачиваний: 2233

Есть такой открытый проект, который называется Arduino. Основа этого проекта – базовый аппаратный модуль и программа, в которой можно написать код для контроллера на специализированном языке, и которая позволяет этот модуль подключить и запрограммировать. Модуль легко соединяется с разными ...

2011 год

14.32 МБ

8.1

скачиваний: 5084

Рассмотрены история становления робототехники как современной отрасли науки и техники от первых попыток создания "механических людей" до современных роботов и перспективы ее дальнейшего развития. Описано устройство роботов и близких им средств робототехники, способы управления роботами от программно...

2005 год

5.12 МБ

8.2

скачиваний: 3367

В книге Джеффа Вильямса подробно рассматриваются элементы схем, используемые в устройствах числового программного управления: интегральные микросхемы, контроллеры шаговых двигателей и сами двигатели, мостовые драйверы и другие элементы. Описана технология изготовления печатных плат в домашних ус...

2006 год

7.1 МБ

9.6

скачиваний: 3128

Предлагаемая вашему вниманию книга в занимательной форме знакомит с основами робототехники, радиоэлектроники и программирования микроконтроллеров для роботов шаг за шагом, практически с нуля. При этом автор, избегая сложных математических формул, на практике поясняет физику процессов, происходящих в...

2007 год

5.3 МБ

8.4

скачиваний: 3486

mexalib.com

все о роботах для детей, родителей и учителей

Название: Основы робототехники: учебное пособие.Автор: Юревич Е.И..Год: 2005.Скачать: elib.spbstu.ru.Рекомендумая аудитория: для детей и мейкеров всех возрастов, для учителей и кружков.

Настоящая книга является вторым переработанным изданием учебника «Основы робототехники». Ленинград. Машиностроение. Ленинградское отделение. 1985 год.

Как и ее первое издание книга написана по материалам лекций, которые автор все эти годы читает в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Книга предназначена для студентов технических вузов как учебное пособие по общему курсу робототехники. Для студентов, специализирующихся в этой области, книга должна служить основным литературным источником для первой специальной дисциплины, за которой последует цикл спец.курсов, соответствующих основным ее главам.

Рассмотрены история становления робототехники как современной отрасли науки и техники от первых попыток создания "механических людей" до современных роботов и перспективы ее дальнейшего развития. Описано устройство роботов и близких им средств робототехники, способы управления роботами от программного до интеллектуального, принципы проектирования. Широко представлено применение роботов в различных отраслях народного хозяйства и в других областях человеческой деятельности.

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РОБОТОТЕХНИКИ§ 1.1. Предыстория робототехники§ 1.2. Возникновение и развитие современной робототехники§ 1.3. Развитие отечественной робототехники

ГЛАВА 2. УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯМИ ЧЕЛОВЕКА.§ 2.1. Постановка задачи.§ 2.2. Общая схема управления движением человека§ 2.3. Динамические уровни управления движением.§ 2.4. Тактический уровень управления движением§ 2.5. Стратегический уровень управления движением.§ 2.6. Интеллект и творчество.

Глава 3. УСТРОЙСТВО РОБОТОВ§ 3.1. Состав, параметры и классификация роботов.§ 3.2. Манипуляционные системы§ 3,3. Рабочие органы манипуляторов§ 3.4. Системы передвижения мобильных роботов.§ 3,5. Сенсорные системы§ 3.6. Устройства управления роботов§ 3.7. Особенности устройства других средств робототехники

Глава 4. ПРИВОДЫ РОБОТОВ§ 4.1. Классификация приводов§ 4.2. Пневматические приводы§ 4.3. Гидравлические приводы§ 4.4. Электрические приводы.§ 4.5. Комбинированные приводы§ 4.6. Рекуперации энергии в приводах§4.7. Искусственные мышцы§ 4.8. Микроприводы.

Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РОБОТОВ§5.1. Основные принципы организации движения роботов§ 5.2. Математическое описание манипуляторов5.2.1. Математическое описание механической системы манипуляторов5.2.2. Взаимное влияние степеней подвижности манипуляторов5.2.3. Учет упругости звеньев манипулятора5.2.4. Математическое описание приводов5.2.5. Математическое описание манипулятора с приводами§ 5.3. Математическое описание систем передвижения роботов§ 5.4. Математическое описание человека-оператора§ 5.5. Моделирование роботов на ЭВМ§ 5.6. Классификация способов управления роботами

Глава 6. ДИСКРЕТНОЕ ЦИКЛОВОЕ ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РОБОТАМИ§ 6.1. Особенности цикловых систем управления роботов§ 6.2. Цикловое управление отдельным приводом§ 6.3. Совместное цикловое управление приводами манипуляторов§ 6.4. Резонансные цикловые приводы

Глава 7. ДИСКРЕТНОЕ ПОЗИЦИОННОЕ ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РОБОТАМИ§ 7.1. Особенности дискретного позиционного управления§ 7.2. Дискретное позиционное управление отдельным приводом§ 7.3. Совместное дискретное позиционное управление приводами манипулятора .§ 7.4. Общий порядок исследования динамики и синтеза алгоритмов дискретного позиционного программного управления

Глава 8. НЕПРЕРЫВНОЕ ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РОБОТАМИ§ 8.1. Особенности непрерывного (контурного) управления роботами§ 8.2. Непрерывное управление отдельным приводом8.2.1. Непрерывное управление приводом с последовательной коррекцией8.2.2. Непрерывное управление приводом с коррекцией с помощью обратных связей§ 8.3. Робастные системы непрерывного управления приводов8.3.1. Системы непрерывного управления с обратной связью по ускорению8.3.2. Релейные системы управления§ 8.4. Совместное непрерывное (контурное) управление приводами манипулятора8.4.1. Системы совместного контурного управления с последовательной коррекцией (с компенсатором)8.4.2. Системы совместного управления с динамической коррекцией с помощью обратных связей§ 8.5. Системы управления манипулятором совместно по положению и силе (моменту).

' mycrib[1] = '

Перворобот Lego Wedo (9580)-11220 руб. Mindstorms EV3-31300 руб.

' mycrib[2] = '' var x = 0; function rotate(mycrib) { while (x

Глава 9. АДАПТИВНОЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РОБОТАМИ§ 9.1. Функциональная схема системы сенсорного (очувствленного) управления роботов.§ 9.2. Системы адаптивного управления.9.2.1. Адаптивное управление отдельным приводом.9.2.2. Адаптивное управление манипулятором.§ 9.3. Системы интеллектуального управления.§ 9.4. Особенности управления средствами передвижения роботов

Глава 10. УПРАВЛЕНИЕ СРЕДСТВАМИ РОБОТОТЕХНИКИ ЧЕЛОВЕКОМ-ОПЕРАТОРОМ§ 10.1. Человеко-машинные системы§ 10.2. Классификация системы управления средствами робототехники человеком-оператором.§ 10.3. Системы командного управления§ 10.4. Системы копирующего управления манипулятором.§ 10.5. Системы управления с задающей рукояткой§ 10.6. Системы супервпзорного и интерактивного управления§ 10.7. Особенности управления человеком-оператором средствами передвижения

Глава 11. ГРУППОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ В РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ§ 11.1. Задачи группового управления.§ 11.2. Групповое управление в живой природе и в обществе§ 11.3. Принципы группового управления роботами

Глава 12. АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОВ§ 12.1. Развитие устройств управления роботов§ 12.2, Современные устройства управления средств робототехники п тенденции их развития

Глава 13. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ РОБОТОТЕХНИКИ§ 13.1 Постановка задачи проектирования средств робототехники§ 13.2. Методы проектирования средств робототехники

Глава 14. ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ РОБОТОТЕХНИКИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ§ 14.1. Классификация технологических комплексов с применением роботов§ 14.2. Компоновки технологических комплексов с роботами§ 14.3. Управление технологическими комплексами.§ 14.4. Этапы проектирования технологических комплексов.§ 14.5. Особенности роботизации технологических комплексов в действующих производствах§ 14.6. Гибкие производственные системы.

Глава 15. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ НА ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ§ 15.1. Классификация технологических комплексов с роботами на основных технологических операциях§ 15.2. Сборочные робототехнические комплексы§ 15.3. Сварочные робототехнические комплексы§ 15.4. Робототехнические комплексы для нанесения покрытий

Глава 16. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ ИЛ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ§ 16.1. Классификация роботизированных технологических комплексов§ 16.2, Роботизированные технологические комплексы механообработки§ 16.3. Роботизированные технологические комплексы холодной штамповки§ 16.4. Роботизированные технологические комплексы в кузнечио-штамповочном производстве.§ 16.5. Роботизированные технологические комплексы литья под давлением

Глава 17. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ РОБОТОТЕХНИКИ В НЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ И В НЕПРОМЫШЛЕННЫХ ОТРАСЛЯХ§ 17.1. Робототехника в немашиностроительных отраслях промышленности.§ 17.2. Робототехника в непромышленных отраслях.

Глава 18. ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА§ 18.1. Экстремальная робототехника в промышленности§ 18.2. Космическая робототехника§ 18.3. Подводные роботы§ 18.4. Военная робототехника§ 18.5. Микроробототехника

Глава 19. СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РОБОТОТЕХНИКИ§ 19.1. Социально-экономическая эффективность применения средств робототехники§ 19.2. Техника безопасности в робототехнике.

Глава 20. РОБОТОТЕХНИКА ЗАВТРА

ПРИЛОЖЕНИЯПриложение 1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ДВИЖЕНИЙ И ЖИВОЙ ПРИРОДЕЛИТЕРАТУРАПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Другая научно-популярная и учебная литература по робототехнике

Теги: headline, книги, литература, основы робототехники, скачать бесплатно

edurobots.ru

Юревич - Основы Робототехники - 1

говорить, выполнять различные манипуляции. В основном подобные устройства создавали в рекламных целях, хотя делались попытки использовать их и для различных практических целей.

Любопытно напомнить, что в 1937 г. на Всемирной выставке в Париже демонстрировался радиоуправляемый подвижный робот, созданный советским восьмиклассником В.Машкевичем. К этому времени уже окончательно «прижился» термин «робот», а идеи робототехники все более энергично использовались в научно-фантастическойлитературе.

1.2.Возникновение и развитие современной робототехники

Как уже было указано, современная робототехника возникла во второй половине XX столетия, когда в ходе развития производства появилась реальная потребность в универсальных манипуляционных машинах-автоматах,подобных «механическим людям», описанным К. Чапеком, и одновременно были созданы необходимые для их созданиянаучно-техническиепредпосылки и прежде всего кибернетика и вычислительная техника.

Современными предшественниками роботов явились различного рода устройства для манипулирования на расстоянии объектами, непосредственный контакт человека с которыми опасен или невозможен. Это манипуляторы с ручным

иавтоматизированным управлениями. Первые из них были пассивными, т.е. механизмами без приводов, и служащими для повторения на некотором расстоянии движений руки человека целиком за счет его мускульной силы. Затем были созданы манипуляторы с приводами и различными вариантами управления человеком вплоть до биоэлектрического.

Первые такие манипуляторы были созданы в 1940—1950гг. для атомных исследований, а затем для атомной промышленности (рис.1.3 и 1.4). Подобные манипуляторы получили также применение в глубоководной технике, металлургии

иряде других отраслей промышленности.

Первые полностью автоматически действующие манипуляторы были созданы в США в 1960—1961гг. В 1961 г. был разработан такой манипулятор, управляемый от ЭВМ и снабженный захватным устройством, очувствленным с помощью различного типа датчиков — контактных и фотоэлектрических. Этот манипуляторМН-1получил название «рука Эрнста» по фамилии его создателя Г. Эрнста [1]. По современному определению, это был прообраз очувствленного робота второго поколения с адаптивным управлением, что позволяло ему, например, находить и брать произвольно расположенные предметы.

Рис. 1.3. Горячая камера с копирующим манипулятором.

Рис.1.4. Копирующий манипулятор Маскот фирмы «Телеробот» (Италия).

В 1962 г. на рынке США появились первые роботы марки «Версотран» (фирмы «Америкэн мэшин энд фаундри»), предназначенные для промышленного применения (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Один их первых промышленных роботов «Весотран».

Одновременно возник термин «промышленный робот», по-видимому,предложенный этой фирмой. В то же время в США появились роботы «Юнимейт1900», которые получили первое применение в автомобильной промышленности на заводах фирм «Дженерал моторс», «Форд» и «Дженерал электрик» (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Один их первых промышленных роботов «Юнимейт».

Хронология дальнейшего развития производства роботов за рубежом такова: в 1967 г. начат выпуск роботов в Англии по лицензии США, в 1968 г. — в Швеции и Японии (тоже по лицензиям США), в 1971 г. — в ФРГ, в 1972 г. — во Франции, в

1973 г. — в Италии. Динамика роста парка роботов в мире выглядит следующим образом:

год

1975

1980

1985

1990

1995

2000

Количество

8,5

30

90

400

800

~1200

роботов (тыс.шт.)

 

 

 

 

 

 

Всреднем в год парк роботов возрастает на 20-30%и в 1998 году он впервые превысил 1 млн.шт.

Первое место в мире по производству и применению роботов уверенно занимает Япония, где сосредоточена большая часть мирового парка роботов. Далее следуют США, Италия, Франция, Швеция. Большая часть этого парка используется

впромышленности, примерно половина – на основных технологических операциях, где требуются наиболее сложные роботы. Доля таких роботов неуклонно растет.

Технический прогресс в развитии роботов идет прежде всего в направлении совершенствования систем управления. Первые промышленные роботы имели программное управление, в основном заимствованное от станков с числовым программным управлением (ЧПУ). От них же были взяты приводы. Эти роботы получили название роботов первого поколения. Второе поколение роботов – роботы с адаптивным управлением. Это очувствленные роботы, т.е. снабженные сенсорными системами, главными из которых являются системы технического зрения (СТЗ).

Первые промышленные роботы с развитым очувствлением, включая техническое зрение, и микропроцессорным управлением появились на рынке и начали получать практическое применение в 1980 – 1981 гг. прежде всего на сборке, дуговой сварке, контроле качества, для взятия неориентированных предметов, например, с конвейера. Это снабженные видеосистемами роботы «Пума», «Юнимейт», «Ауто-плейс»,«Цинциннати милакрон»,«Аид-800»,сборочные робототехнические системы фирм «Хитачи», «Вестингауз» (система «Апас»), «Дженерал моторс» (система «Консайт»). Доля таких роботов в общем парке роботов неуклонно растет и приближается к 50% несмотря на то, что эти роботы в несколько раз дороже роботов с программным управлением и значительно сложнее в обслуживании. Однако это окупается неизмеримо большими функциональными возможностями, а, следовательно, и областями применения.

Третье поколение роботов – это интеллектуальные роботы, т.е. с интеллектуальным управлением. Пока эти роботы – предмет исследований и опытных разработок.

В1967 г. в США (Станфордский университет) был создан лабораторный макет робота, снабженного техническим зрением и предназначенного для исследования и отработки системы «глаз — рука», способной распознавать объекты внешней среды и оперировать ими в соответствии с заданием [1].

В 1968 г. в СССР (Институтом океанологии Академии наук СССР совместно с Ленинградским политехническим институтом и другими вузами) был создан телеуправляемый от ЭВМ подводный робот «Манта» с очувствленным захватным устройством, а в 1971 г. — следующий его вариант с техническим зрением и системой целеуказания по телевизионному экрану (рис.1.7) [2].

Рис.1.7. Один из первых отечественных подводных роботов «Манта» с техническим зрением и манипулятором, управляемым от ЭВМ.

В 1969 г. в США (Станфордский научно-исследовательскийинститут) в рамках работ по искусственному интеллекту был разработан экспериментальный макет подвижного робота «Шейки» с развитой системой сенсорного обеспечения, включая техническое зрение, обладавшего элементами искусственного интеллекта, что позволило ему целенаправленно передвигаться в заранее неизвестной обстановке, самостоятельно принимая необходимые для этого решения (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Лабораторный интегральный подвижный робот СРИ («Шейки») Станфордского научноисследовательского института (США): 1 – привод колеса 9; 2 – ролик; 3 – датчик контакта; 4 – устройство управления телевизионной камерой; 5 – бортовое устройство управления роботом, связанное со стационарной ЭВМ; 6 – неподвижный оптический дальномер; 7 – антенна системы радиосвязи; 8 – подвижная телевизионная камера;

9– одно из двух мотор-колес.

В1971 г. в Японии также были разработаны экспериментальные образцы роботов с техническим зрением и элементами искусственного интеллекта: робот «Хивип», способный самостоятельно осуществлять механическую сборку простых объектов по предъявленному чертежу (рис.1.9), и робот ЭТЛ-1(рис.1.10).

Рис. 1.9. Экспериментальный робот «Хивип» для механической сборки простых объектов по чертежу Центральной научно-исследо-вательской лаборатории фирмы «Хитачи» (Япония).

Рис.1.10. Экспериментальный Электромеханический робот ЭТЛ-1электротехнической лаборатории ЭТЛ (Япония).

В этот период и в ряде других стран создают подобные экспериментальные установки, так называемые интегральные роботы, включающие манипуляторы, управляющие ЭВМ, различные средства очувствления и общения с человекомоператором, которые предназначены для проведения исследований в области создания роботов следующих поколений, а также искусственного интеллекта [1].

Одновременно развернулись работы в новой специфической области робототехники — шагающие машины как принципиально новое транспортное средство повышенной проходимости, образцом для которого являются ноги животных и человека. Были созданы экспериментальные образцы четырех- и шестиногих транспортных машин, протезов ног человека, так называемых экзоскелетонов, для парализованных и тяжелобольных (рис. 1.11) [3,4].

Как уже упоминалось во введении, одним из основных направлений применения роботов, которое в значительной мере определяет темпы и проблематику развития современной робототехники в целом, являются гибкие автоматизированные производства прежде всего в машиностроении. Роботы, как универсальное гибкое средство для выполнения манипуляционных действий – важный компонент таких производств.

История гибкой автоматизации началась в 1955 г. с появлением станков с ЧПУ. Именно такого типа автоматическое технологическое оборудование с быстросменяемыми программами работы является основой для создания гибких, т.е. быстро перестраиваемых на выпуск новой продукции, производств. Однако для реализации идеи гибкой автоматизации, был необходим еще ряд условий. Этим и объясняется, что первые станки с ЧПУ распространялись очень медленно. За десять лет их доля в общем парке станков в технически передовых странах не

 

достигла и 0,1 %. Ситуация резко

 

изменилась в 70-ыегоды с

 

появлением следующего важней-

 

шего

компонента

гибкой

 

автоматизации

– микропроцес-

 

сорных систем управления, что

 

обеспечило

резкое

снижение

 

стоимости

 

систем

ЧПУ

и

 

повышение их надежности.

 

 

Роботы как другой обязатель-

 

ный компонент гибкой автоматиза-

 

ции появились в промышленности,

 

как уже было указано, несколько

 

раньше. В результате появились

 

все необходимые компоненты для

 

развития гибких автоматизирован-

 

ных производств, а именно:

 

технологическое

оборудование с

 

программным

 

управлением,

 

микропроцессоры как универсаль-

 

ное гибкое средство для обработки

 

информации

и

роботы

как

 

универсальное гибкое средство для

 

манипуляционных действий, тре-

Рис.1.11. Экзоскелетон.

бующихся

 

при

выполнении

 

основных

 

 

технологических

операций (сборки, сварки, окраски и т.п.) и различных вспомогательных операций по обслуживанию другого оборудования.

Одновременно роботы начинают все более широко проникать и в другие отрасли хозяйства, включая горное дело, металлургию, строительство, транспорт, легкую и пищевую промышленность, сельское хозяйство, медицину, сферу обслуживания, освоение океана и космоса, военное дело. В последние годы все ускоряющимися темпами растет доля парка роботов, занятых вне промышленности и, в частности, в быту.

Почти во всех технически развитых странах созданы национальные ассоциации по робототехнике. В ряде стран имеются финансируемые государством национальные программы по этой проблеме. Развиваются такие программы на международном уровне.

1.3.Развитие отечественной робототехники

Первые серьезные результаты по созданию и практическому применению

роботов в СССР относятся к 60-мгодам. В 1966 г. в институте ЭНИКмаш (г. Воронеж) был разработан автоматический манипулятор с простым цикловым управлением для переноса и укладывания металлических листов. Первые промышленные образцы современных промышленных роботов с позиционным управлением были созданы в 1971 г.(УМ-1,«Универсал-50»,УПК-1).В 1968 г., как уже упоминалось, был создан первый управляемый от ЭВМ подводный автоматический манипулятор. В 1971г. в Ленинградском политехническом институте был создан экспериментальный образец интегрального робота, снабженного развитой системой очувствления, включая техническое зрение и речевое управление (рис. 1.12) [2]. В том же году в Ленинграде состоялся первый Всесоюзный семинар по роботам, управляемым от ЭВМ.

Начиная с 1972 г. работы в области робототехники приняли плановый характер в масштабе страны. В 1972 г. Постановлением Госкомитета СССР по науке и технике была сформулирована проблема создания и применения роботов в машиностроении как государственно важная задача и определены основные направления ее решения. В следующем году была утверждена первая программа работ по этой проблеме, которая охватила основные отрасли промышленности и ведомства, включая Академию наук и высшую школу. В соответствии с этой программой к 1975 г., были созданы первые 30 серийно пригодных промышленных роботов, в том числе универсальных (для обслуживания станков,

Рис.1.12. Экспериментальный интегральный робот ЛПИ-2:1, 2 – электромеханические манипуляторы со съемными очувствленными схватами; 3 – телевизионная камера; 4 – задающая рукоятка для ручного управления; 5 – речевое командное устройство; 6 – очувствленный стол с фотодиодными линейками; 7 – ультразвуковой локатор.

прессов, для нанесения покрытий и точечной сварки) на пневмо-,гидро- и электроприводах, стационарных и подвижных. В следующей пятилетке эта работа была продолжена на основе новой пятилетней программы. Было создано более 100

марок промышленных роботов и организовано серийное производство 40 марок. Одновременно были начаты работы по унификации и стандартизации промышленных роботов по соответствующей программе Госстандарта СССР.

Фундаментальные и поисковые работы в области робототехники были развернуты на основе программ Академии наук и высшей школы, которые были увязаны с комплексной программой Госкомитета СССР по науке и технике.

Кконцу 1980 г. парк промышленных роботов в стране превысил 6000 шт., что находилось, например, на уровне парка роботов США, и составляло более 20% парка роботов в мире, а к 1985 г. превысил 40 тыс.шт., в несколько раз превзойдя парк роботов США и достигнув 40 % мирового парка.

Первые промышленные роботы второго поколения со средствами очувствления появились в отечественной промышленности на сборочных операциях в приборостроении с 1980 г. Первый промышленный робот с техническим зрением МП-8был создан в 1982 г. [2].

В1975 r впервые был начат выпуск инженеров по робототехнике в Ленинградском политехническом институте в рамках существующих специальностей. В 1981 г. была введена новая специальность инженера-электромеханика«Робототехнические системы» и организована их подготовка в ряде ведущих вузов страны.

Ксожалению, с распадом СССР вся эта плановая работа по развитию отечественной робототехники на государственном уровне прекратилась. Практически прекратилось серийное производство роботов. Их парк сократился более чем на порядок вместе с сокращением производства в стране в целом. В результате к 1995 г. разработки и применение роботов в России сузилось до задач обеспечения работ в экстремальных ситуациях (стихийные бедствия, аварии, борьба с террористами и т.п.), когда без роботов задача не может быть решена. Правда, в этой сфере отечественная робототехника не только не потеряла ранее достигнутого научно-техническогоуровня, но и продолжает развиваться, в том числе путем участия в различных международных проектах и программах. На рубеже 2000 года начали возрождаться отраслевые и ведомственные научнотехнические программы по робототехнике и межотраслевые по линии Миннауки по отдельным особо государственно важным ее аспектам. Все это позволяет надеяться на будущее возрождение отечественной робототехники в полном объеме по мере восстановления нашей экономики и народного хозяйства.

studfiles.net

Юревич - Основы Робототехники - 5

9

Рис.9.7. Сварочный робот фирмы КУКА.

боты для контактной точечной сварки имеют специальную конструкцию, которая предусматривает размещение сварочного трансформатора и токопроводящего кабеля, идущего от него к сварочным клещам. Сварочный трансформатор расположен обычно на манипуляторе ПР, в том числе и непосредственно в его рабочем органе (с целью максимально сократить длину кабеля от трансформатора к сварочным клещам, по которым проходит большой импульсный сварочный ток). Грузоподъемность таких сварочных ПР обычно составляет 20-30кг. Управление ПР для контактной точечной сварки дискретное позиционное. Устройство управления должно быть рассчитано на работу в условиях сильных электромагнитных помех, создаваемых импульсами сварочного тока.

10

Наиболее широко контактная точечная сварка с помощью ПР применяется в автомобилестроении (сварка кузовов), судостроении и вагоностроении. На рис.9.8 показан участок сварки кузовов автомобилей с помощью ПР.

Дуговая сварка — более сложный технологический процесс, чем контактная точечная. Здесь требуется осуществлять непрерывное перемещение сварочного электрода с определенной скоростью по сложной траектории вдоль свариваемого шва с одновременным поперечным перемещением для создания нужной формы. Электрод при этом должен сохранять определенную ориентацию по отношению к плоскости шва. Грузоподъемность ПР для дуговой сварки меньше, чем ПР для контактной точечной, и не превышает 5-8кг. Промышленный робот для дуговой сварки часто комплектуется еще столом с несколькими степенями подвижности по углу для размещения на нем свариваемых изделий и манипулирования ими перед ПР.

Рис.9.8. Участок точечной сварки роботами кузовов автомобилей.

В функции устройства управления ПР для дуговой сварки помимо управления движением входит еще регулирование параметров режима сварки (тока, напряжения дуги, притока газа им т.д.). Управление при этом должно быть адаптивным. Основные задачи адаптации – это поиск начала шва, слежение за кромками свариваемых деталей с учетом возможной кривизны их поверхностей и ориентации электрода. Кроме того, адаптация требуется при регулировании технологических параметров собственно процесса сварки с учетом состояния внешней среды.

Для контроля положения электродов относительно кромок свариваемых деталей применяют контактные и магнитные датчики, ультразвуковые и оптические дальномеры, телевизионные системы. На рис.9.9 показан робототехнический комплекс для дуговой сварки в комплекте с манипуляционным столом — так называемый сварочный центр.

11

Рис.9.9. Робототехнический комплекс для дуговой сварки с ПР «Мотоман» с двухкоординатным столом.

Электронно-лучеваясварка осуществляется в вакууме путем перемещения электронного пучка, создаваемого электронной пушкой, по линии шва. Этот вид сварки интересен тем, что в отличие от обычных механических манипуляторов здесь манипулирование производится электронным лучом с помощью отклоняющего магнитного или электрического поля. (Хотя существуют установки и с перемещением стола, на котором крепятся свариваемые детали.) Управление движением луча по шву осуществляется в простейших случаях по жесткой программе, а при наиболее сложных траекториях стыка – с применением адаптивного управления и обратной связи через телевизионную систему технического зрения.

С робототехническими комплексами для сварки схожи комплексы для пайки и резки (дугой, лазерным лучом, плазмой). Последние, в частности, широко применяют для раскроя материала и снабжают обычно устройствами ЧПУ.

12

9.4. Робототехнические комплексы для нанесения покрытий.

Промышленные роботы нашли применение на операциях нанесения покрытий различного назначения: лакокрасочных, защитных, упрочняющих, герметизирующих и т.п. Операции эти для человека не только физически тяжелы, но и вредны для здоровья. В большинстве случаев нанесение покрытий связано с применением взрыво- и пожароопасных веществ. Поэтому используемые на таких операциях ПР должны иметь взрывобезопасное исполнение. Для нанесения покрытий широко применяют пульверизаторы. На рис.9.10 показан ПР с пульверизатором в качестве ра-

Рис.9.10. Роботизированный окрасочный комплекс с ПР фирмы «Девилбис» (США).

бочего органа. Робот такого же назначения был показан на рис.4.9. Управление такими ПР – непрерывное (контурное) с программированием методом обучения. По сравнению со сварочными ПР требование к точности ПР для нанесения покрытий существенно ниже, а к быстродействию, наоборот, выше. Применяется в этих ПР и

адаптивное управление: с использованием системы технического для зрения определения габаритов очередного изделия, на которое должно быть нанесено покрытие. По полученным данным автоматически выбирается и корректируется управляющая программа для ПР.

Другим вариантом технологии нанесения покрытий является использование для этого электростатического поля. Этот способ обеспечивает высокое качество покрытия и более экономичен. Однако высокое напряжение (десятки киловольт) создает дополнительную взрывоопасность, что ограничивает область применения окрасочных ПР с такого типа распылителями.

Широкое применение получили средства робототехники для нанесения гальванических покрытий. Основная манипуляционная операция .здесь — это погружение в ванны деталей или корзин с деталями и перемещение их от одной ванны к другой. Операция эта выполняется с помощью простых однопрограммных

13

автооператоров. На рис.9.11 показана линия гальванопокрытий. Сегодня тысячи автооператоров заменяют рабочих в этом вредном производстве.

Рис.9.11. Линия гальванопокрытий с автооператорами.

Близки к процессу нанесения покрытий пескоструйная и дробеструйная обработка поверхностей. На этих операциях также нашли применение ПР с непрерывным управлением. Из других основных технологических операций, где используются ПР с непрерывным управлением, следует назвать шлифование, зачистку (например, отливок), обрубку облоя.

Промышленные роботы с дискретным позиционным управлением применяют также на клепке и для контроля размеров. Для последней операции созданы специальные измерительные машины, рабочим органом которых является измерительный щуп, которым производится ощупывание контролируемого изделия в нужных точках. Обычно такие измерительные машины имеют прямоугольную систе-

му координат и ЧПУ, обеспечивающее точность до единиц микрометров. На рис.9.12 показан пример такой измерительной машины.

14

Рис.9.12. Измерительная машина фирмы DEA (Италия).

ГЛАВА 10. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ НА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ.

10.1. Классификация роботизированных технологических комплексов.

Одна из актуальных задач робототехники – замена рабочих, занятых на вспомогательных операциях. Хотя, как было отмечено выше, стоимость автоматизации вспомогательных операций в три-четырераза ниже, чем основных степень их автоматизации почти вдвое ниже. В результате сегодня около половины рабочих, занятых в промышленности, работают на таких наименее престижных и не требующих высокой квалификации ручных операциях. Роботизированные технологические комплексы (РТК), в которых ПР используются на вспомогательных операциях по обслуживанию основного технологического оборудования, и сами такие ПР классифицируются по виду основного технологического процесса или реализующего его основного технологического оборудования. Основными по значению типами таких РТК являются РТК механообработки, штамповки, прессования пластмасс, горячей штамповки и ковки, литья под давлением и внутрицехового транспорта.

10.2. Роботизированные технологические комплексы механообработки.

Одна из главных областей применения ПР на вспомогательных операциях – это обслуживание металлорежущих станков. Здесь ПР выполняют наиболее типичную вспомогательную операцию загрузки-разгрузкиоборудования, т.е. установки обрабатываемой детали и снятие ее по окончании обработки. Аналогичные операции осуществляют ПР и при обслуживании других типов технологического оборудования. Имеются еще и некоторые более специальные вспомогательные операции, выполняемые ПР, такие как смазкапресс-форм,окунание деталей в жидкость, межоперационная транспортировка, штабелирование, упаковка и т.д. Основным технологическим оборудованием в РТК механообработки служат станки токарные, сверлильные, фрезерные, зубообрабатывающие, шлифовальные и т.д. К технологическому оборудованию предъявляются следующие основные требования: автоматический режим работы, взаимная согласуемость систем управления, возможность доступа ПР в зону установки детали на станке.

Для обеспечения автоматического режима РТК в его состав должны входить устройства размельчения и удаления стружки, смазки и охлаждения рабочих органов и инструмента, очистки поверхностей базирования, средства контроля качества обработки изделий, магазины с поштучной выдачей ориентированных деталей, устройства ограждения. В соответствии с первым требованием основным типом станков для РТК являются станки с ЧПУ.

Вследствие значительного времени механообработки здесь, как отмечалось в параграфе 8.2, широкое применение получило обслуживание одним ПР нескольких станков. Варианты соответствующих компоновок PТK со стационарными и мобильными ПР приведены на рис.8.3-8.5.

2

Для обслуживания станков в простейших случаях применяют ПР с цикловым управлением, а наиболее общим вариантом является использование дискретных позиционных ПР. Эти IIP перепрограммируются в среднем раз в неделю, т.е. реже, чем обслуживаемые ими станки с ЧПУ. Средняя длительность цикла работы таких ПР – единицы минут.

Рис. 10.1. Компоновки роботизированных технологических ячеек «станок – ПР»:

ТО – основное технологическое оборудование, М – магазин с поштучной выдачей ориентированных деталей, ОУ – ориентирующее устройство, Н – детали навалом, АПР – адаптивный ПР.

3

На рис.10.1,а показана простейшая роботизированная технологическая ячейка «станок – ПР». Деталь, которую надо обработать, ПР берет из левого магазина. Здесь они расположены в ориентированном положении в ячейках или подаются поштучно к ПР. По окончании обработки ПР снимает деталь и кладет ее в правый магазин. Из таких ячеек собирают участки, подобные показанному на рис.8.5. При последовательном соединении подобных ячеек в линию все последующие ячейки получают детали из магазина на выходе предыдущей ячейки. Однако для левого магазина самой первой ячейки существует задача предварительного ориентированного размещения в нем деталей, получаемых в общем случае в неориентированном виде, т.е. навалом. Принципиально возможны следующие варианты решения этой задачи:

-применение специального ориентирующего устройства (рис.10.1,б),

-использование для загрузки магазина адаптивного ПР,

-применение такого ПР для обслуживания станка первой ячейки (рис.10.1,в). В настоящее время широкое распространение получили специальные

ориентирующие устройства типа вибробункеров.

Основной недостаток применения адаптированных ПР – их значительная стоимость. Поэтому в тех случаях, когда могут быть использованы специальные ориентирующие устройства, они являются более предпочтительными. К сожалению, однако, область их применения, как и вообще всех специальных устройств, ограничена крупносерийным и серийным производством с достаточно редкой сменяемостью обрабатываемых деталей. Для ослабления этого ограничения создаются перестраиваемые ориентирующие устройства (со сменными частями и т.п.).

Вариант использования адаптивного ПР непосредственно для обслуживания станков применим в основном только при достаточно длительном цикле обработки деталей на станке, когда время работы ПР заведомо меньше цикла работы станка. Особенно эффективно применение таких ПР, когда значительная длительность цикла обработки позволяет осуществить обслуживание одним ПР нескольких станков (рис.10.1,г и д). В этом случае стоимость ПР соответственно распределяется на несколько технологических ячеек.

На рис. 10.2 показан цех механообработки, где автоматизированы все операции, включая транспортно-складские.Система управления включаетмикро-ЭВМ,устройство беспроводной связи и пульт с речевым командным устройством.

10.3. Роботизированные технологические комплексы холодной штамповки.

Одной из областей широкого применения ПР является холодная листовая штамповка. Объясняется это большим травматизмом, достигающем 30%, и монотонностью обслуживания прессов, а также простотой применения на этих операциях ПР. Промышленный робот используется здесь, как и в механообработке, прежде всего для выполнения операций загрузки-разгрузки:загрузка прессов исходным листовым материалом, т.е. подача его в штамп, и разгрузка штампа, т.е.

4

Рис.10.2. Роботизированный цех механообработки: 1, 2, 11, 12, 3 — токарные станки; 3 — склад; 4 — загрузочное устройство; 5 — разгрузочное устройство; 6 — напольные транспортные ПР; 7 — промежуточные склады; 8 — протяжной станок; 9 — шлифовальные станки; 10 — фрезерные станки; 14 — ПР; 15 — магазины; 16 — пульт диспетчера

съем штамповки и укладки ее в магазин. На рис. 8.1 и 8.2 были представлены основные компоновки РТК холодной штамповки.

Основной особенностью применения ПР на холодной штамповке по сравнению с механообработкой является необходимость обеспечить значительно большее быстродействие, поскольку цикл работы пресса измеряется всего несколькими секундами. Используемые здесь ПР имеют простое цикловое управление, как правило, цилиндрическую систему координат и не более трех степеней подвижности. Захватное устройство чаще всего выполняется в виде вакуумных присосок. Для обеспечения необходимой быстроты обслуживания пресса часто применяют ПР с двумя манипуляторами — один для загрузки, а другой для загрузки штампа. Иногда также разгрузку осуществляют с помощью устанавливаемого на станине пресса толкателя или штамповка сдувается сжатым воздухом. На рис.10.3 показан пример РТК холодной штамповки с адаптивным ПР на входе для взятия заготовок из навала.

Адаптивный позиционный робот ПР1 с техническим зрением берет неориентированные листовые заготовки из магазина М1, где они расположены навалом, и в произвольном положении кладет на стол С. Над столом расположены видеодатчик ВД (телевизионная камера) и устройство подсветки УП. Информация от видеодатчика поступает на устройство предварительной обработки видеоинформации УПО, где осуществляется выделение контура заготовки. Далее в мини-ЭВМвычисляются координаты и ориентация заготовки и формируются кор-

studfiles.net

Юревич - Основы Робототехники - 5

ГЛАВА 14. РОБОТОТЕХНИКА ЗАВТРА.

Современная робототехника как новое научно-техническоенаправление идейно сформировалась через несколько лет после провозглашения Н.Винером концепции кибернетики под ее влиянием.

Робот как нового типа машина-автоматворвался в сложившуюся классификацию машин какчто-тоинородное: он может быть и технологической машиной и транспортной и информационной, а может и вообще выпадать из этой категории, выполняя функции технологического устройства, приспособления или средства автоматизации. Правда, и в последнем робот тоже сразу же стал «возмутителем спокойствия» и породил новый термин «роботизация», который никак не вписывается в понятие «автоматизация». До этого были известны манипуляторы, управляемые человеком, однопрограммные автоматическиеманипуляторы-автооператоры,механические руки. Но, вот, появились манипуляторы с ЧПУ, их назвали роботами и родилось новоенаучно-техническоенаправление – робототехника.

С самого начала в развитии робототехники определялись две, правда, сперва довольно слабо связанные цели – прикладная и фундаментальная. Прикладная цель была объективно обусловлена развитием современного производства, а именно переходом к комплексной гибкой автоматизации, к гибким автоматизированным производствам. Здесь одной из первоочередных задач стало создание выявленного в ходе этих работ недостающего звена в перечне компонентов таких производств, которое должно заменять человека, выполняющего различные манипуляционные операции – основные технологические и вспомогательные. Из этой задачи сразу же выделилась как отдельная задача высвобождения людей от опасных и вредных работ. Затем по мере развития робототехники, естественно, возникла задача создания средств робототехники, предназначенных для работ, которые принципиально не могут выполняться с помощью или даже просто в присутствии людей (дальний космос, глубины океана, новые интенсивные безлюдные технологии и т.д.). Возникли экстремальная робототехника, медицинская микроробототехника, биоробототехника, шагающие машины и другие специальные разделы робототехники. Появилось роботостроение с международной кооперацией и специализацией. Постепенно сложились определенные принципы построения, проектирования и применения средств робототехники и основанных на них технических систем. Определились основные области применения и перспективы их расширения, основанные на реальных технических и экономических характеристиках этой техники.

Принципиальный вопрос – по какому пути идти робототехнике – в сторону повышения универсальности роботов или, наоборот, их специализации разрешился признанием в качестве основного модульного принципа их построения. Этот принцип позволяет промышленности оперативно поставлять даже в единичных количествах роботы, собранные из хорошо отработанных унифицированных модулей, для выполнения самых разнообразных технологических операций. Таким образом, заманчивая идея создания сравнительно небольшого семейства

универсальных роботов, такая близкая их прототипу – человеку, была заменена идеей универсального набора компонентов роботов – модулей.

Сегодня роботы применяются практически во всех сферах человеческой деятельности, а уровень робототехники является важным показателем научнотехнического, промышленного и оборонного потенциалов каждой страны.

Вторая указанная выше фундаментальная цель робототехники – это экспериментальное изучение и воспроизведение феномена разумного поведения живых существ. В дальнейшем эта проблема развилась в самостоятельное научнотехническое направление, получившее название «искусственный интеллект». То, что эта проблематика наиболее остро встала именно в робототехнике, вытекает из самой ее исходной сущности, как альтернативы занятого физическим трудом человека. Первый же опыт создания таких машин показал недостаточность, и даже примитивность современной теории и техники автоматического управления и теории информации по сравнению с задачами, решаемыми человеком при выполнении даже самых простых манипуляционных операций.

В связи с этим были развернуты интенсивные экспериментальные исследования с объектами типа «глаз-рука»и различными очувствленными мобильными объектами – тележками, которые продолжаются и сегодня. В последнее время к ним добавились исследования группового поведения подобных объектов (мультиагентные системы, игры роботов и т.п.).

Это направление в робототехнике непосредственно соответствует основной идее кибернетики об общности информационно-управляющихпроцессов в технике и в живом мире. Одна из конечных целей этого направления в робототехнике – воспроизведение процесса эволюции живой природы, поскольку именно робот является технической системой, которая реализует триаду «сенсоры – мозг – активаторы (эффекторы)», замкнутую в кольцо через внешнюю среду. Именно на базе роботов представляется возможным реализовать и исследовать известный тезис «рука создала человека». Конечнымнаучно-техническимрезультатом этих исследований должны стать принципы и методика самоусовершенствования интеллектуальных технических систем типа робот. Это позволит спустить курок эволюционного совершенствования роботов, пределом которого, разумеется, не будут интеллектуальные способности человека. Конечно, это эмпирика, но она даст результат, гарантированный опытом развития живой природы. Ведь ее эволюционное развитие – это тоже эмпирика, метод проб и ошибок.

Однако решить эту проблему в рамках одной робототехники нереально. Здесь необходимо скоординированное взаимодействие со многими смежными научнотехническими направлениями, хотя бы потому, что для этого требуется создание принципиально нового материально-техническогообеспечения не только дляинформационно-управляющихсистем (технические нейроподобные структуры и т.д.), но и для остальных компонентов названной выше триады – исполнительных систем и сенсоров.

Что касается первых, то подобно тому как робототехника явилась одной из побудительных причин и полигоном развития работ по проблеме искусственного интеллекта, она же инициировала проблему «искусственной мышцы», как

проблему создания принципиально новых приводных исполнительных систем с по крайней мере на порядок лучшими массо-габаритнымихарактеристиками, чем у таких систем, основанных на современных электрических, гидравлических и пневматических приводах. Последние именно более чем на порядок уступают по указанным характеристикампоперечно-полосатыммышцам животных. Речь идет о принципиально новом подходе к построению приводов, так же заимствованном у живой природы и основанном напараллельно-последовательнойработе сотен и тысяч элементарных микроактиваторов. Аналогичная проблема перехода к микромодульному построению стоит и перед сенсорными системами. Успешное решение этих проблем будет иметь революционизирующее значение не только для робототехники, но и для всего машиностроения.

Что касается собственно робототехники, то, как отмечено выше, прикладная робототехника в своем развитии практически быстро исчерпала научный задел, который был предоставлен ей, прежде всего теорией автоматического управления и информатикой, а также технический задел в виде приводов и систем ЧПУ, заимствованный у станкостроителей. И сегодня ее дальнейший прогресс почти целиком зависит от успехов в решении названных выше фундаментальных проблем. Так сомкнулись первоначально почти не связанные два направления развития робототехники – прикладное и фундаментальное. Конечно, это признак ее зрелости и становления как самостоятельной науки.

В начале своего развития робототехника пережила период романтизма, период «бурь и натиска», когда казалось, что еще немного и мы «схватим бога за бороду»

– наступит «роботовладельческий» строй. На смену порожденных кибернетикой споров о том может ли машина мыслить и превзойти в этом человека, разогрелись дискуссии об опасностях, которые могут принести роботы, вплоть до их бунта против человека. Затем наступили зрелость и прозрение: определился целый комплекс серьезнейших научно-техническихпроблем, которые стоят на пути к царству роботов. Основные из них были названы выше и, как следует из изложенного, генеральное направление дальнейшего развития робототехники – это прежде всего комплексная миниатюризация компонентов и интеллектуализация в виде распределенного интеллекта, пронизывающего все системы роботов от сенсорики до приводов и даже до конструктивных материалов и «кожи» роботов (интеллектуальные материалы) и искусственные мышцы.

Решение проблемы комплексной миниатюризации в машиностроении – это одна из основ машиностроения XXI века в целом. Этот процесс начался в шестидесятые годы в наиболее молодой отрасли машиностроения – электронном машиностроении. Традиционное машиностроение основано на идеях, возникших в XVIII веке вместе с созданием первых машин. В ее основе лежит концепция повышения мощности машинных единиц как путь повышения удельной мощности, КПД и других основных показателей. Машины XXI века в значительной степени будут построены на других принципах, еще совсем недавно не прогнозируемых даже в научной фантастике. Это базирование, подобно живым организмам, на распределенные десятки тысяч адаптивных и интеллектуальных ячейки типа «сенсор-процессор-активатор».Они получили названиемикроэлектронно-

механических систем (МЕМС) и представляют собой электромеханические приборы размером в единицы миллиметров. Переход на такую элементную базу позволит не только на порядки улучшить основные характеристики машин, но и кардинально расширить их функциональные возможности и создать принципиально новые типы машин. Достаточно назвать подводные корабли с возможностями дельфинов, многотысячные группы миниатюрных летательных аппаратов, контролирующих среду и выполняющих другие, например, военные задания, микроробототехнические системы для хирургии и внутреннего контроля различных технических объектов, массовые микросистемы для переработки отходов, обработки сельскохозяйственных угодий, разрушения сооружений и т.п., «умные» материалы (smart materials) и конструкции, адаптирующиеся к внешним условиям.

Неизбежность этой научно-техническойреволюции обусловлена, как и в робототехнике, в частности, с одной стороны все большим приближением в ходе эволюционного освоения потенциальных возможностей традиционных типов машин к пределу, а с другой появлением и быстрым развитием научнотехнического и технологического задела для формирования новой концепции построения машин на микротехнической базе. Исходной технологической основой при этом является современное производство микроэлектроники. Однако в ближайшем будущем предстоит перейти от этой в основном плоскостной технологии к новымтрехмерным технологиям изготовления пространственных структур и подвижных микросоединений в видемикроэлектронно-механическихпреобразователей типа сенсоров, датчиков и исполнительных устройств (активаторов). По существу, предстоит создать основуновой индустрии микротехники подобно тому, как в свое время это было сделано в микроэлектронике.

Что касается собственно робототехники, то по мере решения проблемы комплексной микроминиатюризации неизбежно будет пересматриваться и общая концепция построения роботов. Уже сегодня назрела необходимость создания на базе единого системного подхода нового поколения модулей – интеллектуальных, основанных на новой микроэлектромеханической элементной базе. За этим в свою очередь неизбежно последует корректировка самого принципа модульного построения роботов с кардинальным расширением их функциональных возможностей, а, следовательно, и сфер применения. И не исключено, что на этом новом витке развития технической базы может возродиться идея универсальных роботов. Основной предпосылкой для этого, как раз, будет успешное решение проблемы создания приводов типа искусственная мышца по универсальности близких мышцам животных. Дело в том, что основным препятствием для расширения степени универсальности роботов являются их силовые, исполнительные системы. Они не допускают избыточности как с точки зрения экономических, так и массо-габаритныхи энергетических показателей, подобной избыточности, реализованной в вычислительной технике на базе микропроцессоров. Идея искусственной мышцы может стать основной для преодоления этого препятствия.

Взаключении перечислим основные области применения робототехники, где

впервую очередь должны будут реализовываться достижения в решении рассмотренных научно-техническихпроблем:

1. Космическая робототехника. Сегодня это важнейший компонент очередного этапа развития космонавтики. К нему относится, прежде всего, конечно, освоение дальнего космоса и ближайших планет, включая Луну. Космическая робототехника открывает перспективы создания принципиально новых космических объектов и систем, в том числе и в околоземном пространстве, ориентированных на новые возможности, которые предоставляет робототехника.

2. Подводная робототехника. Наряду с космосом это второе направление «экспансии» человечества, где решающую роль должна играть робототехника нового поколения. Если человек-амфибия– это фантастика, тороботы-амфибии– это уже реальность. Достаточно напомнить их работу по обследованию «Титаника» и затонувших подводных лодок, использование подводныхроботов-геологов.А, ведь, это, по существу, еще только предыстория подводной робототехники.

Внастоящее время еще нет ни лунных и других космических баз, обслуживаемых саморемонтирующимися роботами, нет и подобных подводных сооружений. Однако если сегодня основное направление развития современного машинного производства – это безлюдные

комплексно-роботизированныепредприятия, то тем более это должно относиться к освоению космоса и глубин океана и развитию соответствующих технологий.

3.Мобильная робототехника наземного и воздушного базирования. Сюда относятся робототехнические системы для действий в экстремальных условиях, в том числе для вооруженных сил и других силовых структур, групповое применение роботов, в том числе в конфликтных ситуациях, и создание следующих интеллектуальных поколений таких роботов, принципиально ориентированных на автономное функционирование.

Особенно большие перспективы связаны при этом с микроробототехникой. Летающие, плавающие, ползающие и т.п. микророботы произведут революцию во многих важнейших сферах человеческой деятельности.

4.Био- и медицинская робототехника. Сюда входит как рассмотренная выше проблематика заимствования бионических решений, так и обратный процесс внедрения робототехники в живые организмы. Начало последнему положило протезирование конечностей, затем усиление физических возможностей человека для функционирования в экстремальных условиях (активные скафандры, биоуправляемые шагающие машины и т.п.). Наконец, появились новые поколения интеллектуальных протезов и экзоскелетонов, роботы-сиделки,робототехнические системы для реабилитации инвалидов, массажисты и т.п. Однако, прежде всего – это такие новые области применения робототехники как хирургия, в том числе

дистанционная, роботы-ассистенты,микророботы для внутрисосудистой и внутриполостной диагностики и хирургии.

Среди перечисленных перспективных областей применения робототехники отсутствует промышленная робототехника. Объясняется это тем, что хотя в обозримом будущем основной мировой парк роботов, по-прежнему,будут составлять промышленные роботы, не этот уже сложившийся раздел робототехники определяет ее развитие в рассмотренных выше направлениях, а именно перечисленные выше бурно развивающиеся области применения.

Как уже отмечалось, для решения вышеуказанных проблем необходима консолидация сил робототехники со смежными научно-техническиминаправлениями. И в этой связи назрела потребность в анализе самой сложившейся системы таких направлений, которые так или иначе тоже порождены идеями кибернетики и соответственно близки робототехнике. Основой и символом такой консолидации может стать названная выше триада «сенсорика – процессор – активатор». Она появилась в технике вместе с первыми автоматами древности, затем составила основу теории автоматического управления и кибернетики, а в последние годы начинает пронизывать буквально все направления научнотехнического прогресса, начиная с материаловедения (интеллектуальные материалы) и кончаякомпьютерно-сетевымитехнологиями (мультиагентные системы). Заметим, что если в первом случае эта триада реализуется полностью на материальной основе, то во втором – на программной, когда даже объект управления является программным продуктом.

Другим важным принципом для указанной консолидации может стать и тот системной подход к реализации названной выше триады, который заключается в отказе при изучении и создании технических систем от декомпозиции их на объект управления и управляющую систему. Перспективность этого принципа для робототехники очевидна и он прогрессивно внедряется, в частности, в ходе распределенной интеллектуализации роботов и их модулей. Этот принцип, основанный на использовании общесистемных критериев, начал применяться в технике давно еще при создании первых статически неустойчивых объектов, например, в электроэнергетике («искусственная устойчивость»), в авиации. В частности, он лежит в основе мехатроники, которая тоже входит в родственные робототехнике научно-техническиенаправления.

В этой связи остановимся на связях робототехники и мехатроники. Формально они объединены в научное направление «Роботы, мехатроника и робототехнические системы и в учебное направление «Мехатроника и робототехника».

Вместе с тем мехатронику и робототехнику нельзя сопоставить как самостоятельные научно-техническиенаправления, поскольку они определены по разным квалификационным признакам. Робототехника определена по функциональному назначению, а мехатроника по физическому составу. Однако, действительно, мехатроника и робототехника имеют много общего и довольно тесно взаимосвязаны. Многие компоненты средств робототехники – приводные и сенсорные можно отнести к мехатронным. В свою очередь мехатронные

устройства в наиболее развитом виде реализуют как и все робототехнические системы замкнутую на внешнюю среду триаду «сенсорика-процессоры-активаторы». Из этого следует, что мехатроника, действительно, должна иметь много общего с робототехникой в принципах построения и методах проектирования. Сюда прежде всего относятся лежащий в основе построения средств робототехники модульный принцип построения и упомянутый выше системный подход к проектированию.

Мехатроника как новое научно-техническоенаправление возникла в результате органического слияния электромеханики и микроэлектроники в виде прежде всего автоматических технических объектов и систем.

Аналогичным образом в свое время возникла электромеханика в результате интеграции механики и электротехники. Типичные объекты электромеханики – электрическая машина, реле и т.п. динамические объекты не могут быть созданы путем сотрудничества механиков и электротехников. Для этого необходимы принципиально новые синтетические специалисты – электромеханики. И технические требования, соответственно, критерии оптимизации для таких объектов не могут быть разбиты на механические и электротехничкские.

Главным обоснованием мехатроники, как самостоятельного научнотехнического направления, должно являться аналогичное наличие именно таких объектов нового типа, которые требуют системного подхода и критериев, охватывающих образующие ее науки – механику и выросшую из электротехники электронику. В этой связи в соответствии с общей тенденцией развития техники одним из основных направлений развития мехатроники в ближайшие годы станет микротехника на основе развития микроэлектроники в трехмерные структуры с подвижными частями. Именно в микротехнике электромеханика превратилась микроэлектромеханику, т.е., по существу, в мехатронику. Из микротехники уже сегодня можно назвать целый ряд истинно мехатронных объектов. К ним относятся некоторые типы гироскопов, аксельрометров и других микромеханических сенсорных систем, микроэлектромашины, микротурбины и т.п. изделия микротехники.

Наряду с такого типа изделиями мехатроники ее объектами, очевидно, могут быть и близкие им по физической природе и принципу действия устройства, которые допускают декомпозицию при проектировании и, поэтому, строго говоря, не являются мехатронными в указанном выше смысле, однако именно специалисты по мехатронике могут их наиболее качественно создавать. Таким образом, с точки зрения предмета мехатроники можно говорить о ее объектах в указанном выше узком и в широком смысле.

Аналогичное положение существует в робототехнике. Ее объектами, как было показано выше, наряду с роботами являются различные транспортные машины, манипуляторы и другие компоненты роботов, применяемые как самостоятельные изделия.

1

ПРИЛОЖЕНИЕ

Основные этапы развития движений в живой природе.

В табл.П.1 приведены основные этапы эволюции движения, начиная с первых возникших на Земле живых организмов и кончая человеком [17]. Около 1 млрд. лет тому назад случайное соединение молекул в Мировом океане дало начало жизни — живую, т.е. размножающуюся клетку. Примерно через 200 млн. лет после этого появились первые многоклеточные, у которых со временем начался эволюционный процесс специализации клеток. Из наружных клеток, развивших способность реагировать на внешние раздражения (механические, химические, температурные и др.), возникли сенсорные клетки — рецепторы. Внутренние клетки, развив способность сокращаться, превратились в мышечные. В результате возникли первые еще беспорядочные рефлекторные движения прежде всего как реакция на внешние воздействия. Необходимая для этого связь между рецепторными и мышечными клетками была сперва реализована химических путем (с помощью специальных веществ — медиаторов), а затем с помощью электрических сигналов. Последнее позволило повысить быстродействие, хотя в начале эти сигналы тоже были ненаправленными, диффузно распространявшимися по всему телу. Затем постепенно оформились определенные пути для этих сигналов и появились соответствующие специальные нервные клетки.

Следующим принципиальным этапом эволюции было развитие специализации частей тела животных. Появились продолговатые животные, один конец тела которых, где помещался рот, постепенно обогащаясь рецепторами, стал главным, т.е. головой. Развитие чувствительности этих рецепторов привело к появлению дистанционных рецепторов — телерецепторов (обонятельных — из вкусовых, слуховых – из механических, зрительных – из температурных). Такая дистанционная чувствительность в определенных направлениях дала толчок к организации локомоций, т.е. к целенаправленному передвижению всего тела. В связи с этим потребовалась координация частей тела, в результате чего появился такой центр управления, как головной мозг, задачами которого стали сбор информации от рецепторов, обработка ее и на этой основе выработка сигналов управления мышцами, т.е. движением тела, как реакция на зарегистрированные внешние раздражения.

Следующий этапный момент в развитии движения животных — появление поперечнополосатой мышцы, которая в сотни и тысячи раз мощнее и динамичнее ранее возникшей гладкой мышцы. С появлением такого мощного двигателя потребовался жесткий скелет (до этого все живые существа были мягкотелыми). Эволюция пошла здесь двумя путями:

1)наружный скелет в виде панциря, состоящий из отдельных пластинок, соединенных внутри мышцами, у членистоногих;

2)скелет из костей внутри, а соединяющие их мышцы снаружи, у хордовых (позвоночных).

2

Таблица П.1

Этапы развития движений в живой природе.

 

 

Сколько

Новое появившееся качество

У кого возникло

лет тому

 

 

назад

Зарождение живой клетки в океане.

Одноклеточные

1 млрд.

Специализация клеток у многоклеточных с

Губки

800 млн.

возникновением рецепторных, мышечных, а затем и

 

 

нейронных клеток, осуществляющих связь между

 

 

клетками, которая привела к возникновению

 

 

рефлекторности.

 

 

Формирование головы со ртом и развитие на ней

Черви

 

телерецепторов, ориентированных на внешнюю среду

 

 

и, соответственно, появление возможности

 

 

целенаправленного движения всего тела в сторону

 

 

определенных объектов внешней среды, т.е.

 

 

локомоций.

 

 

Головной мозг как центр координированного

Высшие

500 млн.

управления движением всех частей тела.

моллюски

 

 

(осьминоги,

 

 

каракатицы и др.)

 

Поперечнополосатая мышца и скелет, сперва

Членистоногие

 

наружный.

(ракообразные

 

 

и др.)

 

Внутренний скелет — основа дальнейшего

Рыбы и далее все

 

совершенствования двигательных способностей.

другие хордовые

 

 

(позвоночные)

 

Развитие сенсорной коррекции движений как нового

 

 

уровня управления движением в функции от текущей

 

 

информации о внешней среде и соответствующее

 

 

совершенствование головного мозга.

 

 

Конечности, возникшие из парных плавников рыб при

Земноводные

 

переходе от водного к водно-наземномуобразу жизни.

 

 

 

 

 

3

Продолжение таблицы П.1.

 

 

Сколько

Новое появившееся качество

У кого возникло

лет тому

 

 

назад

Экстрапирамидная двигательная система —

Земноводные,

 

иерархическая система управления движением,

пресмыкающиеся,

 

включающая как древние нижние уровни

птицы

 

сегментарного управления туловищем, так и новые

 

 

уровни управления конечностями, развившиеся в

 

 

головном мозгу и совершенствующиеся у

 

 

пресмыкающихся, а затем птиц. У последних эта

 

 

иерархическая система рефлекторного управления

 

 

достигла наибольшего совершенства. Развился

 

 

мозжечок, обеспечивающий координацию движений,

 

 

равновесие.

 

 

Пирамидный путь управления мышцами от коры

Млекопитающие

100 млн.

головного мозга, возникший параллельно с

 

 

иерархическим экстрапирамидным путем. Этот

 

 

качественный скачок произошел на фоне эволюционно

 

 

усложняющегося экстрапирамидного пути в результате

 

 

развития коры головного мозга (зачатки которой

 

 

появились еще у пресмыкающихся) и явился базой для

 

 

освоения новых более совершенных (по сложности,

 

 

быстродействию, точности) движений и развития

 

 

самообучения как основы уже не инстинктивного, а

 

 

разумного поведения.

 

 

Рука для манипуляций в процессе трудовой

Человек

3 млн.

деятельности человека с использованием орудий труда.

Специализация

2 млн.

В результате развилась современная кора полушарий

людей в трудовом

 

головного мозга.

процессе

 

Робот выступает как качественно новый тип орудие

Робот

30-35

труда, который, взаимодействуя с другими машинами и

 

 

другими орудиями труда, реализует вместо человека

 

 

трудовой процесс непринципиально способен лучше

 

 

человека осуществлять необходимые для этого

 

 

манипуляции и иметь интеллект, включая подобно

 

 

человеку способность к самообучению и

 

 

самоусовершенствованию.

 

 

 

 

 

studfiles.net

Скачать Юревич Е.И. - Основы робототехники

Юревич Е.И.

Рейтинг книги

0.00

(оценок&nbsp&lt&nbsp5)

0 10

Учебник для втузов по общему курсу «Основы робототехники» предназначен для студентов специальности «Робототехнические системы» (0654), а также для студентов, специализирующихся в области робототехники. Книга может быть рекомендована для инженеров, проходящих переподготовку по специальности «Механика и управление машинами — роботы и манипуляторы», и, кроме того, для инженеров и научных работников, занимающихся созданием и применением средств робототехники.

Учебник написан по материалам лекций, которые автор читает в Ленинградском политехническом институте им. М. И. Калинина для студентов-электромехаников.

5.73 МБ

0.0

скачиваний: 728

Монография французских специалистов по робототехнике посвящена вопросам проектирования отдельных узлов роботов и их функционирования. Рассмотрены принципы действия и конструкции различных схватов манипуляторов, механических передач, электро-, пневмо- и гидродвигателей, используемых в робототехнике. ...

1986 год

3.08 МБ

0.0

скачиваний: 1498

Пособие соответствует действующему учебному плану для ММФ, дисциплинам «Проектирование мехатронных систем» и «Проектирование роботов и робототехнических систем». Рассмотрены системы микроперемещений, предназначенные для манипулирования миниатюрными объектами. Приведены и оценены структура и прин...

2003 год

1.88 МБ

0.0

скачиваний: 1470

Настоящее учебное пособие предназначено прежде всего для студентов, начинающих знакомиться с робототехникой, поэтому при его подготовке авторы стремились дать системное и целостное представление о дисциплине, затронуть все основные аспекты робототехники: историю ее развития и современное состояние; ...

1993 год

3.5 МБ

8.7

скачиваний: 1256

Учебник для втузов по общему курсу «Основы робототехники» предназначен для студентов специальности «Робототехнические системы» (0654), а также для студентов, специализирующихся в области робототехники. Книга может быть рекомендована для инженеров, проходящих переподготовку по...

1985 год

5.01 МБ

0.0

скачиваний: 1228

Рассмотрены общие сведения о роботах, вопросы расчета и конструирования их механических систем: схватов, манипуляторов, деталей и звеньев механизмов. Сформулированы требования к информационно-измерительным, приводным и управляющим системам роботов, даны методики расчета и выбора элементов и механизм...

1990 год

6.47 МБ

8.8

скачиваний: 1725

Учебное пособие ориентировано на подготовку специалистов в области проектирования мехатронных и робототехнических систем. Книга охватывает широкий круг вопросов, связанных с деятельностью разработчика изделий мехатроники и робототехники и с организацией проектных работ; содержит краткие характеристи...

2012 год

14.51 МБ

0.0

скачиваний: 1372

6.01 МБ

8.3

скачиваний: 678

Книга посвящена новому средству комплексной автоматизации производства — промышленным роботам. В ней кратко описаны конструкции отечественных промышленных роботов первого поколения, в том числе первого робота, выпускаемого серийно, а также показаны конструкции лучших зарубежных роботов и приведены и...

1975 год

5.73 МБ

0.0

скачиваний: 865

Приведены конструкционно-технологические параметры современных промышленных роботов, систем и комплектующих узлов, рекомендации по их применению, а также по созданию и внедрению автоматизированных производственных систем с промышленными роботами. Второе издание (1-е изд. 1983 г. ) переработано и ...

1988 год

4.82 МБ

7.4

скачиваний: 1549

mexalib.com


Смотрите также