Основы робототехники: базовые понятия и классификации
Робототехника – это относительно новая научная область, позволяющая повышать эффективность осуществления производственных операций и осваивать новые сферы деятельности путем создания автоматизированных комплексов, способных к автоматической работе согласно заложенной в них программе.
Данная отрасль тесно связана с электроникой, математикой, мехатроникой, кибернетикой, механикой и другими науками.
Робот – это автоматическое устройство, которое действует согласно заложенной программе и, собирая информацию из окружающей среды с помощью датчиков, может менять модель своего поведения.
Своими действиями и внешним обликом роботы напоминают человека либо определенную часть его тела.
Роботостроение развивается стремительными темпами и становится все более популяризированным. Основы робототехники начинают активно изучать в рамках других дисциплин, например, математики и физики. Кроме того, высшие образовательные организации технической направленности открывают новые направления обучения, связанные со строительством роботизированных систем.
Сферы применения роботов очень широки и постоянно расширяются.
Роботы выполняют задачи на производственных предприятиях, в медицинских учреждениях, исследуют океаническое дно, участвуют в разведывательных операциях и спасательных миссиях, помогают человеку в освоении космоса, применяются в ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Существует большое количество классификаций роботов.
По виду управления они делятся на жестко программируемые, адаптивные и гибко программируемые; по позиционированию – с декартовой, цилиндрической, сферической системами координат, комбинированные и другие; по способу передвижения – колесные, гусеничные, шагающие, плавающие, летающие и комбинации.
Самая широкая классификация роботов – по назначению. В современном мире сложно найти область, в которой не могут применяться роботизированные системы.
Проектирование робототехники
Одним из самых главных и ответственных этапов создания робота является проектирование. Робототехники – разработчики роботизированных систем – должны учесть все мельчайшие детали для производства качественных и эффективно работающих устройств. В этом им помогают компьютерные модели.
Каждый робот состоит из двух систем – исполнительной и управляющей. Первым этапом проектирования является разбиение всех частей робота на компоненты этих двух систем.
Обобщенно процесс проектирования в робототехнике может выглядеть следующим образом:
- Определение технических параметров робота на основании условий его последующей эксплуатации и требований к готовому изделию: грузоподъемность, форма и размеры робота и его рабочей зоны, количество степеней подвижности и система координат, в которой работает устройство, кинематическая схема, скорость перемещения и другие параметры
- Выбор приводов
- Подбор вида управляющего устройства
- Проектирование рабочих органов
- Составление полной кинематической схемы
- Расчет погрешностей и допустимых отклонений
- Разработка эскизного проекта
- Разработка технического проекта
- Разработка рабочего проекта
На этапе проектирования важно не только полностью описать и представить узлы робота и вид их соединения, но и разработать способы обеспечения их долговременной работы.
Помимо прочих, к сочленениям все чаще предъявляются требования по необслуживаемости. Это значит, что в процессе эксплуатации робот не должен нуждаться в остановке для обновления расходных материалов, в том числе и смазочных.
Узлы робота
Благодаря большому количеству сочленений и наличию нескольких степеней подвижности роботы способны выполнять множество разнообразных функций.
Проектирование и производство роботов требует больших затрат, поэтому ресурс основных узлов должен быть как можно выше.
Для обеспечения ресурсной смазки и значительного повышения срока службы на узлы робота наносятся инновационные смазочные материалы – антифрикционные твердосмазочные покрытия.
Например, на шестерни рулевых механизмов промышленных роботов-манипуляторов наносятся покрытия MODENGY 1005 и MODENGY 1066.
Они эффективно снижают трение, предотвращают скачкообразное движение, повышают срок и надежность функционирования рулевых узлов.
Робот-человек как наиболее совершенный вид робота
Самая сложная задача для роботостроителей – сделать свое изделие очень похожим на человека.
В вопросе внешнего вида удается достичь успехов. Некоторые синтетические организмы сложно сразу идентифицировать, не спутав с живым человеком.
Однако пока не удается обучить робота ходить долго и плавно, поддерживать длительный разговор и адекватно реагировать на все внешние факторы.
Хотя сегодня робот-человек не выполняет большого количества полезных функций и используется по большему счету только в качестве развлечения, в дальнейшем такие автоматические устройства будут управлять автомобилем, ухаживать за пожилыми людьми, встречать посетителей в ресторанах и офисах. Схожесть с человеком для такой работы робота является большим плюсом.