Как работают роботы-сапёры. Роботы наступают и когда-нибудь оставят нас всех без работы

Тем не менее многие из нас не имеют ни малейшего представления о том, как их делают, из чего, с какими проблемами сталкиваются инженеры и как их преодолеть. В этой статье мы подробно разберем, как устроены роботы и как они работают. На самом базовом уровне люди состоят из пяти основных компонентов:

структура тела;

система мышц, которая движет телом;

система органов чувств, которая получает информацию о теле и окружающей среде;

источник энергии, питающий мышцы и органы чувств;

мозговая система, которая обрабатывает информацию от органов чувств и дающая указания мышцам.

Конечно, у нас есть ряд нематериальных атрибутов вроде интеллекта и морали, но на чисто физическом уровне список выше включает это. Роботы делаются из аналогичных компонентов. Обычный робот обладает подвижной физической структурой, электродвигателем определенного рода, системой сенсоров (датчиков, органов чувств), блоком питания и компьютерным «мозгом», который контролирует все эти элементы. По существу, роботы - это техногенные версии животной жизни. Это машины, которые копируют поведение людей и животных. Джозеф Энгельбергер, пионер промышленной робототехники, однажды заметил: «Я не могу дать определение роботу, но я точно узнаю его, когда увижу». Если вы задумаетесь обо всех возможных машинах, которые люди называют роботами, вы поймете, что невозможно придумать всеобъемлющее определение. У каждого есть свое представление о том, что представляют собой роботы. Вам наверняка известны эти роботы:

R2D2 и C-3PO: умные говорящие роботы с ярко выраженной индивидуальностью из фильмов серии «Звездные войны»

AIBO от Sony: собака-робот, которая обучается в процессе взаимодействия с людьми

ASIMO от Honda: робот, который может ходить на двух ногах

Промышленные роботы: автоматизированные машины, работающие на сборочных конвейерах

Дейта : почти человекоподобный андроид из «Звездного пути»

Роботы-саперы

Марсоходы NASA

HAL : бортовой компьютер из «Космической Одиссеи 2001 года» Стэнли Кубрика

MindStorm : популярный роботизированный комплект от LEGO

Все вышеперечисленное можно назвать роботами. Роботом, как правило, называется то, что люди считают роботом. Большинство робототехников (людей, которые делают роботов) использует более точное определение. Они указывают, что роботы обладают перепрограммируемым мозгом (компьютером), который движет тело. Согласно этому определению, роботы отличаются от других подвижных машин вроде автомобилей, поскольку у них есть компьютерный элемент. У большинства новых автомобилей есть бортовой компьютер, но в него можно внести не так много нового. Вы управляете большинством элементов в автомобиле непосредственно при помощи механических устройств разного рода. Роботы отличаются от обычных компьютеров по своей физической природе - у обычных компьютеров нет физического тела, они могут существовать и без него.

Основы роботов

У подавляющего большинства роботов действительно есть общие черты. Прежде всего, почти у всех роботов есть подвижное тело. Некоторые обладают только моторизованными колесами, у других есть десятки подвижных сегментов, как правило, из металла или пластика. Как кости в вашем теле, отдельные сегменты соединяются вместе с помощью суставов. Колеса робота и поворотные суставные сегменты активизируются при помощи приводов разного рода. Некоторые роботы используют электродвигатели и соленоиды в качестве актуаторов (приводов); некоторые используют гидравлическую систему; некоторые - пневматическую систему (на основе сжатых газов). Роботы могут использовать все эти типы приводов. Робот нуждается в источнике питания, чтобы управлять этими приводами. Большинство роботов либо оснащены батареей, либо работают от розетки. Гидравлическим роботам нужен насос для создания давления в гидравлической системе, а пневматическим роботам нужен воздушный компрессор или баллоны со сжатым воздухом. Все приводы подключаются к электрической цепи. Цепь напрямую питает электродвигатели и соленоиды, что активизирует гидравлическую систему при помощи электрических клапанов. Клапаны направляют сжатую жидкость через машину. Для перемещения гидравлической ноги, например, оператор робота должен открыть клапан, ведущий от жидкостного насоса к поршневому цилиндру, закрепленному на ноге. Жидкость под давлением будет двигать поршень, толкая ногу вперед. Чтобы двигать конечностями в обоих направлениях, роботы используют поршни, которые могут толкаться в обе стороны. Компьютер робота управляет всем, что подключено к цепи. Чтобы передвигать робота, компьютер активирует все необходимые двигатели и клапаны. Большинство роботов можно перепрограммировать, чтобы изменить поведение - достаточно просто ввести новую программу в компьютер. Не у всех роботов есть система сенсоров, и лишь некоторые обладают способностью видеть, слышать, чувствовать запах или вкус. Самая распространенная способность робота - способность ходить и наблюдать за своим перемещением. Стандартная конструкция использует колеса с щелью в суставах робота. Светодиод на одной стороне колеса пускает луч света через щель, чтобы подсветить датчик света на другой стороне колеса. Когда робот движет определенным суставом, колесо с щелью крутится. Щель разбивает луч света по мере вращения колеса. Световой датчик считывает поведение светового луча и передает данные на компьютер. Компьютер точно может сказать, как вращается сустав в определенной модели. По тому же принципу работает компьютерная мышь. Это основы робототехники. Робототехники могут комбинировать эти элементы в бесконечное число способов создания роботов неограниченной сложности.

Роботизированный манипулятор

Термин «робот» пришел к нам от чешского слова «robota», что означает буквально «принудительный труд». В принципе, это слово отлично описывает большинство роботов. Чаще всего роботы делают тяжелую работу, монотонно трудятся на производстве. Также они решают задачи, которые сложны, опасны или скучны для людей. Наиболее распространенный вид робота - это роботизированный манипулятор. Типичный манипулятор состоит из семи металлических сегментов, соединенных шестью суставами. Компьютер управляет роботом, вращая отдельные шаговые двигатели, подключенные к каждому суставу (некоторые крупные манипуляторы используют гидравлику или пневматику). В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели двигаются точными шажками. Это позволяет роботу перемещать руку очень точно, в точности повторяя одно и то же движение снова и снова. Робот использует датчики движения, чтобы убедиться, что совершает движения правильно. Промышленный робот с шестью суставами напоминает человеческую руку - у него есть подобия плечу, локтю и запястью. Как правило, плечо установлено на неподвижной базовой структуре, а не на подвижном теле. У такого типа робота есть шесть степеней свободы, то есть он может поворачиваться в шести разных направлениях. Для сравнения, человеческая рука имеет семь степеней свободы. Задача вашей руки - перемещаться с места на место. Аналогичным образом, задача манипулятора - перемещать концевой эффектор с места на место. Вы можете оснастить манипулятор разными концевыми эффекторами, предназначенными для конкретных задач. Один из распространенных эффекторов - упрощенная версия руки, которая может хватать и переносить разные объекты. Манипуляторы часто обладают встроенными датчиками давления, которые предписывают компьютеру, с какой силой захватывать конкретный объект. Это позволяет роботу не ломать все, что он хватает. Другие конечные эффекторы включают паяльные лампы, дрели и распылители порошка или краски. Промышленные роботы предназначены для того, чтобы делать одни и те же вещи, в контролируемой среде, снова и снова. Например, робот может закручивать колпачки на тюбиках с зубной пастой. Чтобы научить робота делать это, программист описывает порядок движения, используя ручной контроллер. Робот записывает последовательность движений в память и делает это снова и снова, когда новый продукт поступает на конвейер. Большинство промышленных роботов работает на конвейерах, собирая автомобили. Роботы делают это более эффективно, чем люди, поскольку более точны. Они всегда сверлят в одном и том же месте, затягивают болты с одной и той же силой, независимо от того, сколько часов проработали. Сборочные роботы также важны для компьютерной отрасли. Весьма сложно точно собрать крошечный микрочип силами человека.

Мобильные роботы

Манипуляторы весьма просто собрать и написать для них программу, поскольку они работают в ограниченном пространстве. Но все становится немного сложнее, если вы отправляете робота в мир. Первое препятствие заключается в том, чтобы дать роботу рабочую систему передвижения. Если робот будет двигаться только по гладкой земле, колеса или гусеницы будут лучшим вариантом. Колеса или гусеницы также могут работать на грубой земле, если будут достаточно большими. Но чаще всего робототехники задумываются о ногах, поскольку их легче адаптировать. Строительство роботов с ногами также помогает ученым понимать естественное движение - полезное упражнение для биологов. Как правило, гидравлические или пневматические поршни перемещают ноги робота вперед и назад. Поршни крепятся к разным сегментам ног так же, как мышцы крепятся к разным костям. Но заставить все эти поршни работать должным образом - сложная задача. Когда вы были ребенком, ваш мозг пытался выяснить, как нужно точно двигать мышцами, чтобы стоять на двух ногах и не падать. Аналогичным образом, конструктор робота должен определить правильную комбинацию поршневых движений, участвующих в ходьбе и запрограммировать эту информацию в компьютер робота. Многие мобильные роботы оснащены встроенной системой баланса (набором гироскопов, например), которая подсказывает компьютеру, когда нужно исправить движение. Прямохождение (ходьба на двух ногах) - довольно нестабильно, поэтому ему сложно научить роботов. Чтобы создать стабильного робота-ходока, конструкторы часто наблюдают за миром животных, особенно насекомых. Шестиногие насекомые обладают невероятно хорошим балансом и адаптируются к широкому набору местностей. Некоторые мобильные роботы управляются дистанционно - человек говорит им, что делать и когда. может осуществляться с помощью провода, радио или инфракрасных сигналов. Роботы с удаленным управлением часто называются кукольными роботами, и они полезны для работы в опасных или труднодоступных условиях - например, в глубокой воде или в жерле вулкана. Некоторые роботы управляются дистанционно лишь отчасти. Например, оператор может отправить робота в определенное место, а обратно робот уже сам найдет дорогу. Как видите, роботы чертовски похожи на нас.

Роботы поисковой системы

Роботы поисковой системы, иногда их называют «пауки» или «кроулеры» (crawler) - это программные модули, занимающиеся поиском web-страниц. Как они работают? Что же они делают в действительности? Почему они важны?

Учитывая весь шум вокруг поисковой оптимизации и индексных баз данных поисковиков, вы, наверное думаете, что роботы должно быть великие и могущественные существа. Неправда. Роботы поисковика обладают лишь базовыми функциями, похожими на те, которыми обладали одни из первых броузеров, в отношении того, какую информацию они могут распознать на сайте. Как и ранние броузеры, роботы попросту не могут делать определенные вещи. Роботы не понимают фреймов, Flash анимаций, изображений или JavaScript. Они не могут зайти в разделы, защищенные паролем и не могут нажимать на все те кнопочки, которые есть на сайте. Они могут "заткнуться" в процессе индексирования динамических адресов URL и работать очень медленно, вплоть до остановки и безсилием над JavaScript-навигацией.

Как работают роботы поисковой машины?

Поисковые роботы стоит воспринимать, как программы автоматизированного получения данных, путешествующие по сети в поисках информации и ссылок на информацию.

Когда, зайдя на страницу "Submit a URL", вы регистрируете очередную web-страницу в поисковике - в очередь для просмотра сайтов роботом добавляется новый URL. Даже если вы не регистрируете страницу, множество роботов найдет ваш сайт, поскольку существуют ссылки из других сайтов, ссылающиеся на ваш. Вот одна из причин, почему важно строить ссылочную популярность и размещать ссылки на других тематических ресурсах.

Прийдя на ваш сайт, роботы сначала проверяют, есть ли файл robots.txt. Этот файл сообщает роботам, какие разделы вашего сайта не подлежат индексации. Обычно это могут быть директории, содержащие файлы, которыми робот не интересуется или ему не следовало бы знать.

Роботы хранят и собирают ссылки с каждой страницы, которую они посещают, а позже проходят по этим ссылкам на другие страницы. Вся всемирная сеть построена из ссылок. Начальная идея создания Интернет сети была в том, что бы была возможность перемещаться по ссылкам от одного места к другому. Вот так перемещаются и роботы.

"Остроумность" в отношении индексирования страниц в реальном режиме времени зависит от инженеров поисковых машин, которые изобрели методы, используемые для оценки информации, получаемой роботами поисковика. Будучи внедрена в базу данных поисковой машины, информация доступна пользователям, которые осуществляют поиск. Когда пользователь поисковой машины вводит поисковый запрос, производится ряд быстрых вычислений для уверенности в том, что выдается действительно правильный набор сайтов для наиболее релевантного ответа.

Вы можете просмотреть, какие страницы вашего сайта уже посетил поисковый робот, руководствуясь лог-файлами сервера, или результатами статистической обработки лог-файла. Идентифицируя роботов, вы увидите, когда они посетили ваш сайт, какие страницы и как часто. Некоторые роботы легко идентифицируются по своим именам, как Google"s "Googlebot". Другие более скрытые, как, например, Inktomi"s "Slurp". Другие роботы так же могут встречаться в логах и не исключено, что вы не сможете сразу их идентифицировать; некоторые из них могут даже оказаться броузерами, которыми управляют люди.

Помимо идентификации уникальных поисковых роботов и подсчета количества их визитов, статистика также может показать вам агрессивных, поглощающих ширину катала пропускания роботов или роботов, нежелательных для посещения вашего сайта.

Как они читают страницы вашего web-сайта?

Когда поисковой робот посещает страницу, он просматривает ее видимый текст, содержание различных тегов в исходном коде вашей страницы (title tag, meta tags, и т.д.), а так же гиперссылки на странице. Судя по словам ссылок, поисковая машина решает, о чем страница. Есть много факторов, используемых для вычисления ключевых моментов страницы «играющих роль». Каждая поисковая машина имеет свой собственный алгоритм для оценки и обработки информации. В зависимости от того, как робот настроен, информация индексируется, а затем доставляется в базу данных поисковой системы.

После этого, информация, доставленная в индексные базы данных поисковой системы, становится частью поисковика и процесса ранжирования в базе. Когда посетитель существляет запрос, поисковик просматривает всю базу данных для выдачи конечного списка, релевантного поисковому запросу.

Базы данных поисковых систем подвергаются тщательной обработке и приведению в соответствие. Если вы уже попали в базу данных, роботы будут навещать вас периодически для сбора любых изменений на страницах и уверенности в том, что обладают самой последней информацией. Количество посещений зависит от установок поисковой машины, которые могут варьироваться от ее вида и назначения.

Иногда поисковые роботы не в состоянии проиндексировать web-сайт. Если ваш сайт упал или на сайт идет большое количество посетителей, робот может быть безсилен в попытках его индексации. Когда такое происходит, сайт не может быть переиндексирован, что зависит от частоты его посещения роботом. В большинстве случаев, роботы, которые не смогли достичь ваших страниц, попытаются позже, в надежде на то, что ваш сайт в ближайшее время будет доступен.

Многие поисковые роботы не могут быть идентифицированы, когда вы просматриваете логи. Они могут посещать вас, но логи утверждают, что кто-то использует Microsoft броузер и т.д. Некоторые роботы идентифицируют себя использованием имени поисковика (googlebot) или его клона (Scooter = AltaVista).

В зависимости от того, как робот настроен, информация индексируется, а затем доставляется в базы данных поисковой машины.

Базы данных поисковых машин подвергаются модификации в различные сроки. Даже директории, имеющие вторичные поисковые результаты используют данные роботов как содержание своего web-сайта.

Собственно, роботы не используются поисковиками лишь для вышеизложенного. Существуют роботы, которые проверяют баз данных на наличие нового содержания, навещают старое содержимое базы, проверяют, не изменились ли ссылки, загружают целые сайты для просмотра и так далее.

По этой причине, чтение лог-файлов и слежение за выдачей поисковой системы помогает вам наблюдать за индексацией ваших проектов.

Назад

Будников Константин Андреевич

Цель работы – оценить вклад создания роботов, изучить устройство простого робота и условия, при которых он работает.

Задачи исследования:

Изучить литературу по теме «Роботы»;

Узнать об истории изобретения роботов;

Провести опыты по изучению работы роботов.

Методы:

- теоретический анализ различных источников информации;

Постановка опытов;

Обработка материалов эксперимента;

Наблюдение;

Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ДЛЯ ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО И МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА – ДЕТСКИЙ САД №43

Городское соревнование юных исследователей «Шаг в будущее – Юниор»

Роботы. Как они устроены

Учебно - исследовательская работа

Исполнитель: Будников Константин Андреевич, ученик 4 – В класса МОУ НШ-ДС №43

Руководитель: Басманова

Елена Геннадьевна,

Учитель начальных классов МОУ НШ-ДС №43

Сургут, 2011

Введение…………………………………………………………………….3

1.1. История создания первых роботов ………………………………....4

1.2. Преимущества и недостатки изобретения роботов…….……...5

Виды роботов………………………………………………..………..6

Устройство роботов……………………………………………….7

Глава 2. Опытно – экспериментальное исследование ……….……..10

Заключение……………………………………………………………......11

Список источников……………………………………………… …….12

Введение

Процесс научных открытий -

Это, в сущности,

непрерывное бегство от чудес.

Цель работы – оценить вклад создания роботов, изучить устройство простого робота и условия, при которых он работает.

Задачи исследования:

Изучить литературу по теме «Роботы»;

Узнать об истории изобретения роботов;

Провести опыты по изучению работы роботов.

Методы:

- теоретический анализ различных источников информации;

Постановка опытов;

Обработка материалов эксперимента;

Наблюдение;

Анализ.

Для проведения исследований мы использовали одну микросхему драйвера моторов и два фотоэлемента.

Глава 1. Роботы: история создания, использование человеком

1.1. История создания роботов

Ро́бот - аппарат, способный самостоятельно взаимодействовать с внешним миром и обладающий искусственным интеллектом или его зачатками. Обычно представляется в виде механического человека, реже предполагается колёсный робот или неантропоморфный. Часто роботами в рекламных целях или по незнанию называют автоматы и удалённо управляемые людьми устройства. Человекоподобный робот зовётся андроидом.

Слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека « Р. У. Р. » («Россумские универсальные роботы», ). До появления промышленных роботов считалось, что роботы должны выглядеть подобно людям.

Идея искусственных созданий впервые упоминается в древнегреческом мифе о Кадме, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и запахал их, из зубов выросли солдаты, и в другом древнегреческом мифе о Пигмалионе , который вдохнул жизнь в созданную им статую - Галатею.

Самый древний в истории механический человек был сделан в 1540 году итальянцем Джанелло Делла Торре. Для развлечения императора Карла V он смастерил лютнистку, которая умела ходить и извлекала из своего инструмента звуки. Спустя два века швейцарский часовщик Пьер Жакке- Дроз продолжил работу начатую Делла Торре. Он конструировал красивейшие автоматы, которые функционировали за счет пружинного механизма, похожего на часовой.

Активное производство роботов началось в 1970-е годы. Прежде всего, они стали использоваться в производстве, для выполнения однообразных (и часто опасных) операций. Больше всего промышленных роботов используется в автомобильной промышленности, где они работают на штамповочных и сварочных участках, в покрасочных камерах, на сборке. Разумеется, роботы не могли сразу заменить людей в промышленности, но доля человеческого труда в производстве с тех пор неуклонно сокращается. Полностью автоматизированные фабрики, такие как фабрика IBM для сборки клавиатур в Техасе, называются "фабрики без освещения". Люди там уже не нужны: абсолютно всё производство, от момента выгрузки материалов и до получения готовой продукции у погрузочных ворот, полностью роботизировано и может работать круглосуточно и без выходных.

1.2 Преимущества и недостатки изобретения роботов

Роботы обладают следующими потенциальными преимуществами перед людьми:

теоретическая бессмертность - если какая-то деталь робота изнашивается, её легко заменить новой;
потенциальная приспособленность к любым условиям обитания, где материалы, из которых сделан робот, будут находиться в стабильном состоянии;
легкость получения новых особей - можно собирать промышленным способом;
легкость обучения - достаточно скопировать программу другого робота в нового робота;
робота можно отключить, если он не нужен, и хранить в таком виде.

Однако пока у роботов по сравнению с людьми более проявляются недостатки:

изготовление более-менее универсального и надёжного робота обходится слишком дорого;
настоящий искусственный интеллект не создан.

Очевидно, вследствие технического прогресса цена робота, выполняющего один и тот же набор функций, должна снижаться. Поэтому следует ожидать исчезновения первого указанного недостатка со временем. Второй же недостаток - отсутствие искусственного интеллекта - вполне может оказаться непреодолимым хотя бы потому, что мы не знаем, как работает интеллект естественный, и не факт, что когда-либо узнаем.

1.3. Виды роботов

Промышленные роботы

Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ ) привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. Появление в 70-х гг. 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.

Бытовые роботы

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

По всей видимости, оружие, используемое сегодня, понемногу теряет эффективность и актуальность в борьбе с врагом. Или же оно не настолько универсально и функционально, если ученые не перестают искать оружие, поражающее воображение тонкостью, миниатюрными размерами и смертельной опасностью. Израильские ученые взялись за разработку проекта, предусматривающего с помощью нанотехнологий создать роботов по размерам меньше обычной осы, которые будут способны выследить, сфотографировать и убить жертву. Также, применение нанотехнологий позволит сделать процесс слежки и атаки вражеских объектов более скрытным и опасным.

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.

Роботы 1-го поколения были большими механическими «рабочими», предназначенными для тяжелой промышленности. Но потом, благодаря развитию и совершенствованию технологии, родилась новая серия роботов, более умелых и в то же время более похожих на тех, которых придумали за долго до этого литератора и кинематографисты. Это – так называемые «антропоморфные», то есть похожие на человека, роботы, которые делают то, на что не способны промышленные механизмы. Можно привести несколько примеров: они ходят, звонят по телефону и даже играют в настольный теннис.

Роботы игрушки

Многие крупные фирмы, специализирующиеся на производстве игрушек, работают над ними и уже представили общественности эти разработки. Среди роботов «сделай сам» – управляемый дистанционно футболист, робот-паук, который замечает препятствия, и другой, двигающийся под воздействием изменения освещения. Самый большой называется 65 230 , состоит из 400 деталей и снабжен 5 электродвигателями.

1.4. Устройство роботов

Так как же устроен робот? Что помогает ему двигаться? Их каких деталей он состоит?

Роботам требуются портативные аккумуляторы чрезвычайно высокой ёмкости, характеристики которых превосходят имеющиеся на рынке образцы. Проблемы адекватного энергообеспечения роботов не решены до сих пор. Решением могут стать атомные установки и , которые используются на космических зондах для дальних перелётов, с такими аккумулятором робот сможет работать 50-100 лет без зарядки

Также необходимы роботу двигатели. В наше время в качестве двигателей часто используются шаговые электродвигатели и сервоприводы .

Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля) которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.

Внешний вид

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов.

В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции - счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение - с помощью жестов и мимики. Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.

Система передвижения

Советский Луноход-1

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсную или гусеничную, реже - шагающую систему передвижения роботов. Это самые универсальные виды систем перемещения.

Робот на гусеничном ходу

Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе .

Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов , по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками.

Робот « BigDog » (внешне похожий на кентавра и разработанный для помощи в переноске грузов), демонстрирует достаточно эффективную походку на четырех ногах, включая удержание равновесия после бокового неожиданного воздействия (пинка).

Известный робот Asimo ходит на двух конечностях, подобно человеку. Так же известны роботы, подражающие движениям живых организмов.

Технология подзарядки

Разработаны технологии, позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя и подсоединяясь к стационарной зарядной станции.

Математическая база

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трехмерном мире: робот-собака Aibo (использованный как механическое устройство) под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец - самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами. Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Глава 2. Опытно – экспериментальное исследование создания робота

Я попробовал сделать робота. Использовал одну микросхему драйвера моторов и два фотоэлемента. В зависимости от способа соединения моторов, микросхемы и фотоэлементов мой робот будет двигаться на свет или, наоборот, прятаться в темноту, бежать вперед в поисках света или пятиться, как крот, назад.

Принцип поведения робота основывается на "фоторецепции". В живой природе, которой будет подражать наш робот, фоторецепция - одно из основных фотобиологических явлений, в котором свет выступает как источник информации.
Устройство робота, двигающегося вперед, когда на него падает луч света, и останавливающегося, когда свет перестает его освещать - называется фотокинезисом - ненаправленным увеличением или уменьшением подвижности в ответ на изменения уровня освещённости.
В устройстве робота, кроме микросхемы драйвера моторов L293D , будет использоваться только один фотоэлемент и один электромотор. В качестве фотоэлемента можно применить не только фототранзистор.

Заключение

В качестве научного открытия мы возможно должны считать робот как продукт многовековой эволюции человеческой мысли всего человечества.
Трудно недооценить смысла созданного робота для техники. Ведь изобретение робота сильно изменило всю отрасль. Это значимое событие в истории техники. История создания робота покрыта тайнами. И даже то, что в наличии большое количество свидетельств, трудно достоверно узнать достоверное время появления первого робота.

Анализируя изобретение робота, мы можем считать, что научная база, основа изобретения робота, к этому времени уже была создана. Робот не так легко был изобретен, таким как мы привыкли к нему. Множество людей билось над изобретением робота. В течение длительного времени люди заимствовали друг у друга те или иные черты робота.

Список источников

Космонавтика. Малая энциклопедия. Гл. редактор В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1970. 527c.

2. Энциклопедия Космонавтика. Гл. ред. В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1985. 526c.

3. Дитрих А.К. Почемучка. – М.:АСТ, 2004, 335с.

4. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов.- М.:Эксмо, 2002, 512с.

5. Я познаю мир: Детская энциклопедия.: Изобретения._ М.: АСТ, 1999, 512с.

6. Я познаю мир: Детская энциклопедия: История вещей. – М.:АСТ, 1998, 512с. Слайд 2

Задачи исследования: - изучить литературу по теме «Роботы»; - узнать об истории изобретения роботов; - провести опыты по изучению работы роботов. Методы: - теоретический анализ различных источников информации; - постановка опытов; - обработка материалов эксперимента; - наблюдение; - анализ.

Ро́бот - аппарат, способный самостоятельно взаимодействовать с внешним миром и обладающий искусственным интеллектом или его зачатками.

Кто первый создал механического человека? 1540 год - итальянец Джанелло Делла Торре

Промышленные роботы

Бытовые роботы

Военные роботы

Для передвижения используют колёсную или гусеничную, реже - шагающую систему передвижения роботов.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОДЗАРЯДКИ

ВЫВОД: Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Список источников 1. Космонавтика. Малая энциклопедия. Гл. редактор В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1970. 527c. 2. Энциклопедия Космонавтика. Гл. ред. В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1985. 526c. 3. Дитрих А.К. Почемучка. – М.:АСТ, 2004, 335с. 4. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов.- М.:Эксмо, 2002, 512с. 5. Я познаю мир: Детская энциклопедия.: Изобретения._ М.: АСТ, 1999, 512с. 6. Я познаю мир: Детская энциклопедия: История вещей. – М.:АСТ, 1998, 512с. 7. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика\Сост. А.А. Леонович. – М.:АСТ, 1996, 480 с. 8. http://www.e-blog.com.ua/8854/

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Под понятием интернет и школа я понимаю не только интернет, но и развивающиеся инновационные технологии. Так, скажем, технологии будущей и настоящей школы. В первую очередь это, конечно же, роботы. Люди очень увлечены идеей вдыхания жизни в другое существо. Возможно, все потому, что роботы - удивительные создания. На эту идею меня вдохновил мультфильм «Город героев», в котором рассказывается о Юном Хиро Хамада — прирожденном изобретателе и гении конструирования роботов. Вместе со старшим братом Тадаши они воплощают в жизнь самые передовые идеи в Техническом университете города будущего Сан-Франсокио. После серии загадочных событий друзья оказываются в центре коварного заговора. Отчаявшись, Хиро решает использовать веселого и добродушного экспериментального робота Бэймакса, перепрограммировав его в неуязвимую боевую машину. И ведь,вправду, Бэймакса - удивительный робот, Бэймакс был создан, чтобы заботиться о людях. Этот надувной робот-медбрат с помощью встроенного сканера может измерить температуру тела или давление, оценить уровень боли и вылечить практически любой недуг. Сконструированный Тадаши, Бэймакс стал настоящим прорывом в области прикладной медицины, а для Хиро — лучшим другом.

Я решила узнать как можно больше о роботах. И вот что у меня получилось.

Робот — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно. У роботов существует 3 закона:

1 - робот не может действием или бездействием принести вред человеку.

2 - робот обязан выполнять все команда человека, кроме тех, что противоречат 1 закону.

3 - робот обязан охранять себя в той мере, в какой это не противоречит 1 и 2 законам.

Раньше я никогда не понимала, почему люди ими так восхищаются? Обычная железяка делает различные функции. Но, разобравшись с внутренним строением роботов и функциями, которые они могут выполнять, я больше так не думаю.

Существует 3 основных типа роботов: механические, биороботы и нанороботы. Я нашла 20 видов роботов (которые происходят от основных): аптечный робот, андроид (человекообразный робот), промышленный робот, транспортный робот, подводный робот, бытовой робот, боевой робот, зооробот, летающий робот, медицинский робот, микроробот, персональный робот, робот-артист, робот-художник, робот-игрушка, робот-официант, робот-хирург, робот-экскурсовод, социальный робот, шаробот.

Всех их объединяет то, что все они человекоподобные. Одним словом, чем больше робот похож на живое существо, тем он лучше. Многие ученые пытаются создать из кучи проводов, железа, пластика и компьютера - живое существо. С каждым годом человечество все ближе подходит к завершению этой цели. Самым человекообразным роботом является андроид (к примеру, Asim).

Чтобы разобраться, как устроены роботы, я предлагаю сравнить его с человеческим строением.

И так человек состоит из:

Структуры тела;
Системы мышц (которые приводят тело в движение);
Системы органов чувств (которая получает информацию о теле и окружающей среде);
Источника энергии (который питает мышцы и органы чувств);
Мозговой системы (которая обрабатывает информацию от органов чувств и дающая указания мышцам);

Робот состоит из:

Подвижной физической структуры;
Двигателя;
Системой сенсоров (органов чувств);
Блока питания;
Компьютерного «мозга» (который контролирует все эти элементы);

Подвижной физической структурой у роботов, является система передвижения .

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot). Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo). Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.

Внутри помещений, на промышленных объектах роботы передвигаются вдоль монорельсов , по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками . Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов — змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других; соответственно, говорят о ползающих , инсектоморфных (от лат. Insecta ‘насекомое’) и других типах роботов бионического происхождения.

Так же в подвижную физическую структуру робота входят исполнительные органы - это манипуляторы, с помощью которых робот может воздействовать на окружающие его предметы. Причем по своей структуре это сложные технические устройства, по аналогии с живыми организмами - это руки и ноги робота.

Двигатели

В настоящее время обычно используются двигатели постоянного тока , двигатели внутреннего сгорания , шаговые электродвигатели и сервоприводы .

Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля), которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.

Система сенсоров (органов чувств)

Системы распознавания уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).

Математическая база

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Навигация

Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).

Внешний вид

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики«лица» роботов.

В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции — счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение — с помощью жестов и мимики. Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.

Датчики

Датчики - это системы технического зрения, слуха, осязания, датчики расстояний, локаторы. Устройства, которые позволяют получить информацию из окружающего мира.

Блок питания роботов - источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов робота электрической энергией постоянного тока, путём преобразования напряжения до требуемых значений.

Технология подзарядки

Разработаны технологии, позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя и подсоединяясь к стационарной зарядной станции. В настоящий момент в разных лабораториях проходят испытания различных систем, обеспечивающих бесконтактную подзарядку аккумуляторов в помещениях (например, направленным мощным инфракрасным лазером или индукционным принципом).

Компьютерный мозг

Система управления (компьютерный мозг) - это мозг робота, который должен принимать информацию от датчиков и управлять исполнительными органами.

Интеллектуальность робота - это способность системы решать задачи, сформулированные в общем виде . Робот сам справляется с задачей, без помощи оператора.

Но не все компьютеры владеют подобной системой. Многими роботами управляет оператор (человек). Как радиоуправляемой машинкой - при помощи специального пульта для управления. Так же, робот может быть управляем с помощью компьютера. Оператор садится за компьютер, отправляет команды через компьютер к роботу, а робот выполняет ее.

Есть люди, которые занимаются уборкой полов только раз в неделю, а есть и другие, кто делает эту работу значительно чаще. Привлекательной характеристикой роботов-пылесосов становится тот факт, что они отвечают нуждам обоих категорий. Так или иначе, с ними дом становится безупречней, практически не требуя человеческого фактора.

Современные лучшие роботы пылесосы далеки от первых моделей, которые приходилось искать под каждым предметом мебели в доме, пока вы не услышите сигнал нехватки энергии. Последние модели, направленные на уборку домов, предлагают разительное повышение эффективности, способность к самоочищению, а также умение находить дорогу к зарядной станции самостоятельно.

В этой статье мы подробнее разберемся как работает робот пылесос. Помогать нам понять как устроен робот пылесос будет iRobot Roomba Red, а также проверим несколько других роботов-пылесосов на рынке.

Принцип работы робота пылесоса

Современный рынок предлагает огромный выбор роботов-пылесосов , цены на которые варьируются от 3.500 рублей до 100.000 рублей. Эти пылесосы для клининговых услуг характеризуются низкой посадкой и компактными размерами, чтобы сохранить возможность проникать под мебель, что недоступно традиционным пылесосам.

Большинство производителей скажет вам, что робот пылесос предназначен для дополнения к стандартной уборке пылесосом, но не может заменить эту работу. Они предназначены для выполнения ежедневной уборки , которая становится важным штрихом в поддержании чистоты, таким образом, робот-пылесос призван поддерживать чистоту между ручной уборкой пылесосом. Тем не менее, если вы из тех людей, кто никогда не пылесосит, роботизированный помощник сможет сделать полы и ковры чище, чем они есть сейчас, а вам не придется и палец о палец ударить.

Самым популярным производителем роботов-пылесосов в России остается iRobot , который предлагает на рынке разнообразные модели, начиная с базовой модели Roomba Red и заканчивая технологически продвинутыми Roomba Scheduler. Для того, чтобы разобраться с тем, как работает робот пылесос, мы заполучили в свои руки iRobot Roomba Red, который станет нашим проводником в мир роботизированной уборки. Давайте начнем с того, что у него внутри.

iRobot Roomba Red имеет размеры, приблизительно, 13-ю дюймами (33 см) в диаметре и 3,5 дюймами (9 см) в высоту. Внешний осмотр робота пылесоса позволяет выявить следующие детали:

Большинство роботов Roomba работают на аккумуляторах NiMH. Аккумулятор Roomba Red, для примера, рассчитан на 3 ампер-часа, а его полная зарядка занимает порядка семи часов / 18 вольт. Некоторые из последних моделей роботов-пылесосов iRobot, конечно, сократили это время до 2-3 часов. Полная зарядка равна приблизительно 2-3 часам времени уборки, что в мире пылесосов Roomba означает 2-3 комнаты, прежде чем роботу потребуется зарядка. За мобильность робота-пылесоса отвечают два моторизованных колеса. Roomba управляется переменной подачей мощности на каждое колесо.

Пылесос Roomba оборудован пятью моторами:

Один за каждым колесом (Итого: 2);
Третий управляет пылесосом;
Четвертый вращает боковой щеткой;
Пятый управляет комплектом щеток;

Если рассматривать её отдельно, то именно навигационная система делает роботы-пылесосы роботизированными. И основная разница в моделях за 3.500 рублей и за 80.000 рублей, скрывается в точности навигационных датчиков. Подопытный Roomba Red использует AWARE Robotic Intelligence System от iRobot, систему, призванную сократить вмешательство человека в работу робота максимально. Система осведомления включает несколько датчиков, которые собирают данные из окружающей среды, отправляют их на микропроцессор робота-пылесоса, после чего поведение Roomba регулируется должным образом. Согласно iRobot, система может реагировать на новые вводные данные до 67 раз в секунду. Далее мы разберемся с навигацией роботов-пылесосов детально и поймем как работает робот пылесос более детально.

Первое, что Roomba делает при нажатии на кнопку «Clean», рассчитывает размеры комнаты. Компания iRobot была весьма туманна, когда речь зашла о том, как робот это делает, но мы считаем, что робот посылает инфракрасный сигнал и проверяет, сколько времени требуется на возврат сигнала до приемника, расположенного на бампере робота-пылесоса. После того, как робот устанавливает размеры комнаты, он знает, как долго и далеко ему нужно двигаться в процессе уборки.

Ну а пока робот-пылесос убирает, он избегает ступенек и других видов перепадов высоты, используя четыре инфракрасных датчика на передней нижней части робота. Это «Датчики Обрыва», которые постоянно посылают инфракрасные сигналы и, получив отрицательный сигнал, Roomba незамедлительно остановится. Если робот приближается к обрыву, сигнал пропадет. Старшие модели, как Roomba Red, просто разворачиваются и двигаются в другую сторону, современные же модели способы почистить край обрыва. Когда Roomba Red врезается во что-то, его бампер активирует механические датчики, которые сообщают системе робота, что он столкнулся с препятствием. Затем используется определенный алгоритм действий, вовлекающих поворот и попытку движения вперед до тех пор, пока робот не сможет двигаться вперед.

Есть ещё один инфракрасный датчик, который мы назовем «Датчиком Стены», он расположен на правой стороне бампера и позволяет роботу-пылесосу Roomba очень внимательно двигаться вдоль стены и вокруг других объектов (например, мебели), не касаясь их. Это значит, что робот может пройтись вдоль плинтусов, не натыкаясь на них. Он также может самостоятельно рассчитать себе путь уборки, что, согласно iRobot, подключает предварительно заданный алгоритм, который позволяет роботу полностью охватить полы.