Основы робототехники и разработка человекоподобных роботов

Основы робототехники

Робототехника – это прикладная наука, целью которой является проектирование, изготовление и модернизация автоматизированных систем, осуществляющих работу в соответствии с заложенной программой.

Робототехника является отраслью мехатроники и тесно связана электроникой, механикой, кибернетикой. Роботы уже широко внедрены во все отрасли человеческой жизни.

Функциональность роботизированной системы определяется степенью ее свободы, используемым программным обеспечением, наличием возможности к передвижению и методом ее обеспечения и другими кинематическими и динамическими характеристиками.

Основные элементы конструкции роботов:

• Несущий корпус – каркас, в котором располагаются все составные части установки
• Датчики, которые помогают роботу собирать информацию о внешней среде и ее изменениях: датчики движения, освещения, расстояния, эхолокационные и другие устройства, выбор которых осуществляется в зависимости от назначения робота
• Приводы – «мышцы», с помощью которых аппарат может перемещаться. Используются шаговые, пьезодвигатели, пневматические, электромеханические и другие приводы

Человекоподобный робот: история разработки, направления использования в современном мире

Под человекоподобным роботом подразумевается робот-андроид. Это искусственно созданный организм, функции которого заключаются в имитации внешнего вида и функций человека.

Андроиды наделяются искусственным интеллектом и могут поддерживать разговор, рисовать, свободно передвигаться, принимать решения.

Первый человекоподобный робот был создан в середине 20 века. Он мог осуществлять несколько десятков простых функций и применялся в развлекательных целях. На человеческий организм он был похож лишь отдаленно.

Андроид, способный совершать полезную работу, был впервые разработан и произведен в Японии. Он переносил грузы, осуществлял вычислительные операции, мог общаться и самостоятельно выбирать оптимальный маршрут передвижения.

В современном мире основной функцией роботов-андроидов остается развлекательная. Одним из направлений разработки человекоподобных аппаратов является создание роботизированных двойников известных личностей.

Однако по мере развития планируется внедрение людей-роботов в сферу услуг. Они смогут вести беседу с человеком, имитируя эмоции, выполнять его голосовые команды. Роботы-сиделки будут ухаживать за больными.

Робот-манипулятор: производство промышленных человекоподобных роботов

Роботы могут не только имитировать внешний облик и работу человеческого тела полностью, но и воспроизводить действия отдельных конечностей.

Роботы-манипуляторы относятся ко второму виду аппаратов. Они сконструированы и функционируют подобно человеческой руке.

Манипуляторы используются, в основном, для автоматизации промышленных процессов. Они обладают целым рядом преимуществ перед ручным трудом: высокими скоростью и точностью, отсутствием необходимости в отдыхе и способностью работать без перерывов в течение многих смен подряд.

Внедрение промышленных роботов позволяет повысить качество выпускаемой продукции или выполняемой работы, при этом в разы увеличив производительность.

Однако для обеспечения длительной и бесперебойной работы роботы-манипуляторы должны качественно обслуживаться.

Наиболее подходящими смазочными материалами для узлов трения роботов, время отключения от работы которых должно быть минимальным, являются антифрикционные покрытия. Они позволяют обеспечить ресурсную смазку механизмов без необходимости последующего обслуживания.

Такие материалы уже используются в процессе производства роботов-манипуляторов. Например, на шестерни рулевых механизмов наносятся Modengy 1005 и Modengy 1066 – твердосмазочные покрытия российского производства.

Во-первых, они снижают трение и износ на протяжении всего срока службы компонентов, во-вторых, повышают точность позиционирования изделий на конвейере благодаря предотвращению скачкообразного движения.

Производство роботов-манипуляторов для конкретных производственных предприятий, как правило, осуществляется по индивидуальному плану согласно потребностям. Чем больше средств готовы вложить заказчики, тем более современные и функциональные роботы будут установлены на технологические линии.

Оснащение предприятий манипуляторами включает следующие основные этапы: проектирование, изготовление, монтаж, пуско-наладочные работы.

Экзоскелет

Отдельным видом роботов являются экзоскелеты – устанавливаемые на человеческое тело каркасы, которые позволяют улучшить его физические качества.

Они делятся на две большие группы: пассивные и активные устройства.

Пассивные экзоскелеты разрабатываются с целью снижения нагрузки на опорно-двигательный аппарат пользователя и, при необходимости, предоставления ему дополнительной «конечности», в которую можно помещать тяжелые инструменты.

Они применяются на промышленных производствах для облегчения работы сотрудников и минимизации риска производственных травм, а также в медицинских организациях в процессе многочасовых операций для снижения нагрузки на позвоночник врача.

Активные устройства оснащаются электроникой, датчиками и другими сложными устройствами, которые позволяют улучшать физические качества людей.

Они используются в военной сфере для повышения выносливости, силы и скорости бойцов, в медицине для обеспечения вертикального положения и перемещения пациентов после травм или людей с атрофированными конечностями.

Так как экзоскелеты непосредственно контактируют с телом и одеждой человека, для увеличения срока службы и ресурса узлов необходимо применять чистые сухие смазки, которые не выделяют вредных испарений и не пачкают одежду пользователей.

В узлы экзоскелетных комплексов уже активно внедряются антифрикционные твердосмазочные покрытия, соответствующие всем требованиям производителей. Так, на рабочие поверхности регулировочных пластин наносится покрытие MODENGY 1066.

Благодаря применению такого смазочного состава устраняется скрип в процессе перемещения деталей, повышается срок службы и надежность работы механизма регулировки.

Российский экзоскелет

Компании Российской Федерации активно налаживают разработку, производство и выпуск экзоскелетов различного назначения.

Так, на производстве экзоскелетов для медицинских целей специализируется компания «Экзоатлет», которая выпускает роботов, помогающих в реабилитации пациентов и в обеспечении передвижения лишенных способности к активности пользователей.

Промышленные экзоскелеты производят научно-исследовательская лаборатория мехатроники и робототехники ЮЗГУ, «Экзаурус», «Экзоатлант», Exorise.