Доклад: Механические руки

Введение

Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд, rob - раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром. Первые упоминания о человекоподобных машинах встречаются ещё в древнегреческих мифах. Термин "робот" был впервые введён К. Чапеком в пьесе "R. U. R." (1920), где Роботами называли механических людей. В настоящее время робототехника превратилась в развитую область промышленности: тысячи промышленных роботов работают на различных предприятиях мира, подводные манипуляторы стали непременной принадлежностью подводных исследовательских и спасательных аппаратов, изучение космоса опирается на широкое использование роботов с различным уровнем интеллекта. С развитием робототехники определились 3 разновидности Роботов: с жёсткой программой действий; манипуляторы, управляемые человеком-оператором; с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно ("разумно") без вмешательства человека. Большинство современных Роботов (всех трёх разновидностей) - Роботы манипуляторы, хотя существуют и другие виды Роботов (например, информационные, шагающие и т. п.). Возможно объединение Роботов первой и второй разновидностей в одной машине с разделением времени их функционирования. Допустима также совместная работа человека с Роботами третьего вида (в так называемом супервизорном режиме). Первые Роботы ("андроиды", имитировавшие движения и внешний облик человека) использовались преимущественно в развлекательных целях . С 30-х гг. в связи с автоматизацией производства Роботы - автоматы стали применять в промышленности наряду с традиционными средствами автоматизации технологических процессов, в частности в мелкосерийном производстве и особенно в цехах с вредными условиями труда.

Промышленный Робот манипулятор имеет "механическую руку" (одну или несколько) и вынесенный пульт управления или встроенное устройство программного управления, реже ЭВМ. Он может, например, перемещать детали массой до нескольких десятков кг в радиусе действия его "механических рук" (до 2 м), выполняя от 200 до 1000 перемещений в час. Промышленные Роботы - автоматы имеют преимущество перед человеком в скорости и точности выполнения ручных однообразных операций. Наиболее распространены Роботы манипуляторы с дистанционным управлением и "механической рукой", закрепленной на подвижном или неподвижном основании. Оператор управляет движением манипулятора, одновременно наблюдая её непосредственно либо на телевизионном экране; в последнем случае. Роботы снабжается "телевизионным глазом" - передающей телевизионной камерой. Часто Робот оснащают обучающейся автоматической системой управления. Если такому Роботу "показывают" последовательность операций, то система управления фиксирует всё в виде программы управления и затем точно воспроизводит при работе. Роботы манипуляторы используют для работы в условиях относительной недоступности либо в опасных, вредных для человека условиях, например в атомной промышленности, где они применяются с 50-х гг. В 60-х гг. появились подводные Роботы манипуляторы разнообразных конструкций и назначения: от глубоководных управляемых аппаратов с "механическими руками" (в частности, для захвата образцов породы со дна моря и т. д.) и ползающих по морскому дну платформ с исследовательской аппаратурой до подводных бульдозеров и буровых установок. Подобные манипуляторы применяются и в космонавтике, на американских "Шаттлах".

Робот – это универсальный автомат, позволяющий выполнять механические действия. Его принципиальной особенностью является быстрая оперативная перестройка с одной выполняемой операции на другую. Существует несколько разновидностей роботов и для каждого из них имеется своё определение. Чаще всего говорят о трёх поколениях роботов: промышленных роботах или манипуляторах, адаптивных роботах и роботах с искусственным интеллектом или как говорили раньше – интегральных роботах.

Манипулятор, 1) в горном деле — основной механизм буровой каретки, предназначенный для перемещения в призабойном пространстве автоподатчика с перфоратором (бурильной машиной).

 2) В процессах обработки металлов давлением — машина для выполнения вспомогательных операций, связанных с изменением положения заготовки.

 3) В ядерной технике — приспособление для работы с радиоактивными веществами, исключающее непосредственный контакт человека с этими веществами. С помощью М. можно захватывать предмет, находящийся за защитной стенкой, перемещать и поворачивать его. М. пантографического типа с механическим приводом (копирующий М.) точно воспроизводит движение руки оператора. Угловая ориентация копирующей «руки» и движения, имитирующие сжимание и захват, передаются гидравлическим приводом или тросами, идущими от управляющей рукоятки к копирующей «руке». Для дистанционного управления на большом расстоянии от оператора применяются М., управляющее и копирующее плечи которых связаны между собой электрически.

«МЕХАНИЧЕСКИЕ РУКИ»

История механических рук начинается с… атомной физики. Дело в том, что многие материалы, с которыми приходится иметь дело в этой области науки, обладают радиоактивностью – свойством выделять в окружающее пространство опасные для здоровья человека лучи. Механические руки стали устанавливать там, куда доступ человека нежелателен, а сам он, управляющий руками, располагался в другом, безопасном помещении. Можно сказать, что в этих копирующих манипуляторах была использована та же идея, что и в известных всем куклах – марионетках. Оператор, работающий на манипуляторе, рукой приводит в движение управляющий механизм, звенья которого соединены с соответствующими звеньями исполнительного механизма, повторяющего все движения руки оператора.

При работе с радиоактивными веществами расстоянии от оператора до исполнительных рук манипулятора может доходить до десятков метров, при работах в подводном мире – до тысяч метров. При применении манипуляторов в космическом пространстве это расстояние будет измеряться сотнями тысяч, миллионами километров… Надёжное и точное управление на значительном расстоянии – вот первое требование, которое предъявляют к любой конструкции копирующего манипулятора. Первое, но не единственное

РОБОТ ТИПА «РУКА»

Каждый робот рассчитан на выполнение той или иной работы, которая и определяет его конструкцию, размеры, степень подвижности, число рук и пальцев на руке, грузоподъёмность, точность движения и т.д. Независимо от того, стоит ли робот возле станков, передвигается между ними или ползает под потолком, у него всегда есть мощная механическая рука с двумя или четырьмя пальцами. Роботы отличаются один от другого общим видом, габаритами и техническими характеристиками, но у них есть и общие признаки. На рис. 4 изображена структурная схема такого робота. Рукой управляет либо оператор с пульта, либо мозг робота – его ЦВМ (цифровая вычислительная машина). В блоке памяти находится программа действий робота, которую вводят в него или которую он приобретает во время обучения.

Общий блок управления электрическими, гидравлическими или пневматическими двигателями, расположенными в плече руки, предплечье, в кисти, состоит из цепей управления движением руки по каждой из координатных осей. Сколько степеней свободы у руки, столько и цепей управления.

Рис. 4. Структурная схема робота.

Робот – манипулятор, встав на рабочее место, согласовывает свою работу с обслуживаемым технологическим оборудованием. Движения руки точные, повороты строго рассчитаны во времени. Робот с оборудованием образует автоматизированную ячейку. Из таких ячеек составляют робототехнологические комплексы или линии. Одно из наиболее распространённых занятий роботов – манипуляторов – окраска изделий.

Окрашивают обычно способом набрызгивания. Чтобы защититься от вредного действия распыляемой краски, приходится работать в специальной маске, а рабочую зону оборудовать специальными защитными устройствами. Это сложно, дорого и все равно небезвредно для человека. Если же окраску изделий поручить манипулятору, а управление им человеку, это оздоровит условия работы и повысит производительность труда.

Процессы формовки кирпича обычно высокомеханизированы. За формовкой следуют операции пропаривания, обжига, требующие перекладывания кирпича и складывания его в пирамиды определённой конфигурации. Эти операции также можно механизировать и автоматизировать, используя манипуляторы. Механическая рука может брать одновременно 5-6 и более кирпичей, каждый из которых весит до 4 кг, и не боится обжечься, даже если они только что из печи.

Стеклянные заготовки для телевизионного кинескопа могут весить 10-15 кг. Сложный технологический процесс их изготовления требует многократной установки, съёма, погрузки. Сотни людей были заняты этой малопроизводительной работой, но им на смену пришли механические руки.

Эти несколько скупых примеров ясно свидетельствуют о том, как широко поле деятельности, открывающееся перед автоматическими манипуляторами в самых различных областях производства.

РОБОТЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ – ОБУЧАЕМЫЕ МАНИПУЛЯТОРЫ

Каждый промышленный робот – манипулятор состоит из двух основных частей: манипулятора и устройства управления. Первая отвечает за все необходимые движения, вторая – за управление ими. Описывая конструктивную компоновку робота для промышленности, трудно удержаться от сравнения его с «конструкцией» человека. Каждый промышленный робот имеет мозг – блок управления и механическую часть, включающую тело и руку. Тело робота – это, как правило, массивное основание или, как его называют, станина, а рука – многозвенный рычажный механизм – манипулятор. Чтобы рука могла совершать положенное ей многообразие движений, она имеет мышцы – привод. Задача мышц – преобразовывать сигналы блока управления в механические перемещения руки. Венчает механическую руку кисть или захватное устройство – схват.

Большинство промышленных роботов имеет одну руку, но существуют и роботы, обладающие двумя, тремя и более руками. Взглянув на руки промышленного робота, почти любой человек, даже не обладающий проницательностью Шерлока Холмса, сможет, немного подумав, определить сферу «профессиональных интересов» робота. Вот клешни из трёх крюков для круглых поковок, вот присоски, как у осьминога, для стеклянных листов, вот ковш для сыпучих материалов, и т.д. и т.п. Ещё проще разобраться в обязанностях робота, если руки его снабжены специализированным инструментом: сверлом, краскораспылителем, гайковёртом и др. Инструмент закреплён прямо на руке, а не в схвате, теперь уже ненужном.

Различают руки роботов и по размерам: есть экземпляры рук для работы с многотонными валами, а есть миниатюрнейшие щипчики – пинцетики для изделий микроэлектроники или часовых шестерёнок. Некоторые пальчики – усики манипулируют деталями, различимыми лишь в микроскоп.

Cписок литературы

1.  Вадим Викторович Мацкевич «Занимательная анатомия роботов» – М.: Сов. радио, 1980.

2.  Значение слова "Манипулятор" в Большой Советской Энциклопедии