Роботы. Развитие робототехники

1. Робототехника. развитие робототехники.

РОБОТОТЕХНИКА. РАЗВИТИЕ
РОБОТОТЕХНИКИ.
Харитонов Илья

2. Робототехника

Робототехника —
прикладная наука,
занимающаяся разработкой
автоматизированных
технических систем и
являющаяся важнейшей
технической основой развития
производства.
Робототехника опирается на
такие дисциплины,
как электроника, механика, киб
ернетика, телемеханика, мехатр
оника, информатика, а
также радиотехника и электрот
ехника. Выделяют
строительную, промышленную,
бытовую, медицинскую,
авиационную и экстремальную
(военную, космическую,
подводную) робототехнику.

3. Робот

Робот — автоматическое устройство,
предназначенное для осуществления
различного рода механических
операций, которое действует по
заранее заложенной программе.
Робот обычно получает информацию о
состоянии окружающего пространства
посредством датчиков (технических
аналогов органов чувств живых
организмов). Робот может
самостоятельно
осуществлять производственные и иные
операции, частично или полностью
заменяя труд человека . При этом
робот может как иметь связь
с оператором, получая от него команды
(ручное управление), так и действовать
автономно, в соответствии с
заложенной программой
(автоматическое управление).

4. Строение робота:

Андроид
Андроид - (человекоподобный или
антропоморфный) — робот-гуманоид
или синтетический организм,
предназначенный для того, чтобы
выглядеть и действовать
наподобие человека. Такой робот
может оснащаться органами
биологического происхождения, либо
другими, не уступающими по
функциональности и внешнему виду.
Андроиды в кинофильмах: "Бегущий по
лезвию", "Терминатор", "Искусственный
разум", "Двухсотлетний человек", "Я,
робот" , "Из машины"; в
видеоиграх: Детройт: Стать
человеком и др.
Биоробот
Биоробот — человек или
животное, у которого
вместо мозга вставлен
имплантат (процессор), всё
остальное тело —
органическое.

5. В зависимости от функционального назначения, выделяют следующие типы роботов:

Промышленный робот
Транспортный робот
Подводный робот
Бытовой робот
Боевой робот
Зооробот
Звероробот
Летающий робот
Медицинский робот
Аптечный робот
Микроробот
Промо-робот
Педикулятор
Робот-артист
Робот-игрушка
Робот-официант
Робот-программа
Робот-хирург
Робот-экскурсовод
Социальный робот
Шаробот
Персональный робот
Наноробот

6. Промышленный робот

Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ)
привело к созданию программируемых манипуляторов для
разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. Появление
в 1970-х годах микропроцессорных систем управления и замена
специализированных устройств управления на программируемые
контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав
рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому
способствовали объективные предпосылки развития промышленного
производства. И. М. Макаров и Ю. И. Топчеев в книге
«Робототехника: История и перспективы» называют основные
причины, обуславливающие массовую роботизацию:
роботы выполняют сложные производственные операции по 24 часа в
сутки
выпускаемая роботами продукция имеет высокое качество
роботы не болеют, не нуждаются в обеденном перерыве и отдыхе
роботы не бастуют, не требуют повышения заработной платы и
пенсии
роботы не подвержены воздействиям окружающей среды, опасных
для жизни человека.

7. Бытовые роботы

Одним из первых примеров удачной массовой
промышленной реализации бытовых роботов
стала механическая
собачка AIBO корпорации Sony.
В сентябре 2005 года в свободную продажу
поступили первые человекообразные роботы
«Вакамару» производства фирмы Mitsubishi.
Робот стоимостью в 15 тысяч долларов способен
узнавать лица, понимать некоторые фразы,
давать справки, выполнять некоторые
секретарские функции, следить за помещением.
В начале XXI века получили популярность
роботы-уборщики, представляющие собой по
сути автоматические пылесосы, способные
самостоятельно прибраться в квартире и
вернуться на место для подзарядки без участия
человека.

8. Роботы для обеспечения безопасности

Роботы для обеспечения безопасности
Роботы широко применяются полицией,
органами государственной безопасности, аварийноспасательными службами,
силами ведомственной и вневедомственной охраны. В
2007 году в Перми прошли первые испытания российского
робота-полицейского Р-БОТ 001, разработанного
московской компанией «Лаборатория Трёхмерного
Зрения» . При тушении пожаров
применяют роботизированные установки пожаротушения.
Для оперативной разведки агентства по чрезвычайным
ситуациям и полиция используют «летающих роботов» —
(беспилотные летательные аппараты). При проведении под
водой обследования потенциально опасных объектов и
поисково-спасательных работ службы МЧС
России используют подводные роботы серии «Гном»,
выпускаемые с 2001 года московской компанией
«Подводная робототехника».

9. Боевые роботы

Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее
человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с
возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия,
разминирование и т. п. Боевыми роботами являются не только
автоматические устройства с антропоморфным действием, которые
частично или полностью заменяют человека, но и действующие в
воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека
(авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные
аппараты и надводные корабли). Большинство боевых роботов
являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели
имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без
вмешательства оператора.
В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора
Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв
инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет
наличия там врагов и мин-ловушек. Получили распространение в войсках
и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире
использовалось около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45
стран мира разрабатывало или закупало военных роботов.
В 2015 году на военной базе морских пехотинцев Куантико в США были
проведены испытания прототипа робота-собаки Spot, разработанного
двумя годами ранее компанией Boston Dynamics для использования в
войсках для разведки, патрулирования и переноски грузов. Во время
тестов робот обследовал помещения на предмет нахождения в них
противника и передавал данные об обнаруженных целях на пульт
оператора.

10. Роботы-учёные

Первые роботы-учёные Адам и Ева
были созданы в рамках
проекта Robot Scientist университета
Аберистуита и в 2009 году одним из
них было совершено первое
научное открытие.
К роботам-учёным можно отнести
роботов, с помощью которых
исследовались вентиляционные
шахты Большой Пирамиды Хеопса и
были открыты т. н. «дверки
Гантенбринка» и «ниши Хеопса».

11. Роботы-учителя

Один из первых образцов роботаучителя был разработан в 2016 году
молодыми учёными Томского
политехнического университета. В
мае 2016 года пресс-служба
университета сообщила, что с
помощью мобиробота учащиеся
лицея при вузе смогут получать
теоретические и практические
знания по математике, физике,
химии и информатике начиная с
осени того же года.

12. МЕДИЦИНСКИЕ РОБОТЫ

Роботы находят применение в медицине; в
частности, разрабатываются различные
модели хирургических роботов. Ещё в 1985 году
робот Unimation Puma 200 был использован для
позиционирования хирургической иглы при
выполнении биопсии головного мозга,
проводившейся под управлением компьютера. В
1992 году разработанный в Имперском колледже
Лондона робот ProBot впервые осуществил
операцию на предстательной железе, положив
начало практической роботизированной
хирургии. В 2000 году компания Intuitive Surgical
начала серийный выпуск роботов Da Vinсhi,
предназначенных
для лапароскопических операций.

13. Появление роботов

14. Первые прообразы роботов

Однако история создания роботов тесно переплетается с
развитием механики и логически из нее проистекает. Поэтому
для ее понимания необходимо углубиться на несколько веков
назад, а именно в эпоху античности, когда процветала
колыбель наук – Древняя Греция. В этой стране появились
автоматические устройства, созданные для выполнения
практических задач и развлечения. В качестве примера можно
привести описанную Филоном Византийским механическую
женщину-слугу, которая наливала из кувшина вино во
вставленный в ее руку стакан. Древнегреческий математик
и изобретатель Архит Тарентский еще в 5 веке до н. э.
изобрел деревянного голубя, который запускался в небо с
помощью паровой катапульты. Многие историки технологий
считают, что первый робот в истории был создан именно в этот
момент, хотя корректнее считать его прототипом крылатой
ракеты или реактивного снаряда.

15.

Еще более сложное и грандиозное
автоматическое устройство
существовало в научной столице
античного мира – великом городе
Александрия. На расположенном здесь
в начале нашей эры знаменитом
Фаросском маяке были размещены
величественные женские фигуры. Они
могли указывать направление ветра и
движение небесных светил (Солнца и
Луны), отсчитывать время и даже
сигнализировать морякам об опасности
во время шторма или тумана с помощью
громкого трубного звука. В
древнегреческом городе Сиракузы на
острове Сицилия жил великий
греческий изобретатель и ученый
Архимед, также прославившийся
созданием автоматических
механизмов. В частности, ему
приписывается создание первого
прообраза настоящего боевого робота.
Устройство под названием «коготь»,
устанавливаемое на крепостной стене,
захватывало длинным крюком
осаждавшие город римские корабли,
поднимало их в воздух и
переворачивало, стряхивая экипаж за
борт.
Другой гениальный грек, Герон
Александрийский, изобрел первый
в истории программируемый
автомат. Тележка, вывозившая на
сцену механизированные марионетки,
управлялась с помощью веревки и
колышков. Изменяя положение
последних, Герон регулировал
наматывание тросиков на независимые
оси повозки, тем самым задавая ей
траекторию движения. Этот принцип в
чем-то похож на перфорированные
ленты и карты – средства записи и
хранения информации, используемые в
автоматических станках и ЭВМ вплоть
до 80-х годов ХХ века.

16. Роботы Средневековья

17. «Роботы» Средневековья

Вопреки распространенному мнению, Средние
века не были эпохой всеобщего упадка и
технологического регресса. Наука, в том числе
механика, хотя и с некоторой задержкой в
первые века после падения античных держав,
продолжала свое развитие. Удивительно, но
многие сложные устройства появились на свет
благодаря силе, которая в массовом сознании
ассоциируется только с мракобесием – а
именно Церкви. В те времена католические
монастыри были одним из центров
научной и инженерной мысли. В
частности, легенды приписывают виднейшему
ученому и теологу Альберту Великому
создание «механической служанки», которая
умела самостоятельно передвигаться и даже
воспроизводить речь. Задокументированным,
и, следовательно, более достоверным,
выглядит свидетельство средневекового
архитектора Виллара де Онекура (13 век н. э.),
который в своем труде описал зооморфные
механизмы, а также фигуру ангела,
поворачивающуюся вслед за движением
солнца. К тому же 13 веку относится
увеселительный сад в поместье графа Роберта
II д’Артуа, заполненный автоматическими
обезьянами, птицами и механизированными
фонтанами.
Большое развитие механика получила в
это время и на Востоке.Византия,
практически не затронутая потрясениями
Раннего Средневековья, славилась
автоматонами, встречавшими иностранных
гостей в императорском дворце. Согласно
свидетельствам, около царского трона были
расположены два металлических льва,
которые умели реветь и бить хвостами, а в
кронах деревьев находились
механизированные птицы, певшие и
щебетавшие на разные голоса. В
мусульманских странах того времени механика
и математика вышли на качественно новый
уровень, благодаря чему их мастера создавали
удивительные устройства. Так, братья Бану
Муса в 9 веке н. э. изобрели искусственного
флейтиста, а видный ученый того времени Али
ибн Халаф аль-Маради, живший в 11 веке, в
своей «Книге тайн» описал около 30 сложных
автоматонов.
Здесь же следует упомянуть и легенду о
«железном мужике», созданном
придворными мастерами Ивана
Грозного. Согласно ей, человекоподобный
механический слуга при дворе русского царя
подавал ему чашу с вином и кафтан, подметал
пол, кланялся гостям и даже «побивал
медведя». Звучит фантастично, но следует
учитывать, что эта легенда основана на
письмах голландского купца Йохана Вема –
человека крайне прагматичного и не
склонного к фантазиям.

18. Леонардо да Винчи(закат эпохи)

Леонардо да Винчи, будучи гением
инженерной мысли, в своих
зарисовках предложил схемы
самых разных механизмов, одним
из которых является фигура
закованного в латы рыцаря,
которая могла двигать руками и
шеей, садиться и даже открывать
рот. Собранный образец
демонстрировался изобретателем
при дворе Людовика Сфорца,
герцога Миланского, в 1495 году. В
20 веке по сохранившимся
чертежам была воспроизведена
точная и функциональная копия
этого устройства, сегодня
хранящаяся в Миланском музее.

19. Золотой век

20. Новое время

Однако настоящую популярность и бурное развитие
автоматические механизмы получили с началом эпохи
Возрождения. Наука, вырвавшись из монополии
Церкви, получила дополнительный импульс к
развитию, в том числе за счет переосмысления
достижения античных ученых. И на первую роль в
новой волне старинной робототехники вышли
часовщики. Здесь стоит упомянуть о двух важных
изобретениях, которые способствовали развитию
технологии автоматонов – пружинному и
маятниковому заводным механизмам. До этого
подобные устройства приводились в движение гирями,
что позволяло создавать только крупные и
относительно несложные изделия. Новые
накопители энергии (пружина и маятник) стали
настоящим прорывом в миниатюризации
автоматических механизмов.

21. мастер Жак де Вокансон

механическая утка, способная
взмахивать крыльями, клевать
зерно с руки и даже
испражняться;
автоматический музыкант,
умеющий наигрывать различные
мелодии на флейте и свирели.

22. Выводы:

Античные изобретатели и
ученые разработали многие
виды передач и двигателей (в
том числе паровой,
гидравлический и
пневматический),
сформулировали основные
законы классической механики,
благодаря чему последующие
поколения смогли
воспроизвести и развить их
опыт.
На закате эпохи Средневековья
автоматические устройства,
воспроизводящие достаточно
сложные действия,
популяризировались и
легендарным Леонардо да
Винчи.
Полноценное развитие
робототехники в
промышленности произошло
лишь после окончания Второй
мировой войны.

23. Игра

24. Соотнесите картинки и названия роботов

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Промышленные
роботы
Бытовые роботы
Роботы для
обеспечения
безопасности
Боевые роботы
Роботы учёные
Роботы учителя
Медицинские
роботы
а
б
в
г
д
е
ё