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技术历史、技术、我们身边的事物
机器人。 发明和生产的历史
机器人是根据生物体原理创建的自动装置。 机器人按照预定程序行动，并从传感器（生物体感觉器官的类似物）接收有关外界的信息，独立执行通常由人类（或动物）执行的生产和其他操作。 在这种情况下，机器人可以与操作员连接（接收操作员的命令），也可以自主行动。
机器人是一种自动设备，它有一个机械手——人类手的机械模拟物——和一个用于该机械手的控制系统。 这两个组件可以有不同的结构——从非常简单到极其复杂。 机械手通常由铰接连杆组成，因为人的手由通过关节连接的骨骼组成，并以抓握结束，类似于人手的手。
机械手的连杆可以相对移动，可以进行旋转和平移运动。 有时，机械手的最后一个环节不是夹具，而是某种工作工具，例如钻头、扳手、喷漆机或焊枪。 机械手连杆的运动由所谓的驱动器提供 - 类似于人手的肌肉。 通常，这样使用电动机。 然后驱动器还包括一个变速箱（一种减少发动机转数并增加扭矩的齿轮系统）和一个调节电动机转速的电气控制电路。
除了电动之外，还经常使用液压驱动。 它的动作非常简单。 在活塞1所在的缸体2中，通过杆连接到机械手3，流体在压力下进入，该流体沿一个方向或另一个方向移动活塞，机器人的“手”也随之移动. 这种运动的方向取决于此时液体进入气缸的哪个部分（在活塞上方或下方的空间中）。 液压驱动可以通知机械手和旋转运动。 气动驱动的工作方式相同，这里只使用空气而不是液体。 这通常是机械手的装置。 至于特定机器人能够解决的任务的复杂程度，很大程度上取决于控制装置的复杂程度和完善程度。 一般来说，习惯上谈论三代机器人：工业机器人、自适应机器人和人工智能机器人。 简单工业机器人的第一批样品于 1962 年在美国制造。 这些是来自 AMF Versatran 的 Versatran 和来自 Union Incorporated 的 Unimate。 这些机器人，以及跟随它们的机器人，都按照一个在操作过程中不会改变的僵化程序行动，并被设计成在环境不变的情况下自动执行简单的操作。
例如，“可编程鼓”可以用作此类机器人的控制设备。 他的行为如下：在一个由电动机旋转的圆柱体上，放置了机械手驱动器的触点，并且在滚筒周围有导电金属板，当它们接触它们时会闭合这些触点。 触点的位置使得当滚筒旋转时，机械手驱动器在正确的时间打开，机器人开始按所需顺序执行编程操作。 同样，可以使用穿孔卡或磁带进行控制。 显然，即使是环境的最轻微变化，技术过程中最轻微的失败，都会导致对这种机器人的行为的违反。 然而，它们也有相当大的优势——它们便宜、简单、易于重新编程，并且在执行繁重的单调操作时很可能取代人。 正是在这种类型的工作中，机器人首次被使用。 他们很好地应对了简单的技术重复操作：他们进行点焊和电弧焊、装载和卸载、维修压力机和模具。 例如，Unimate 机器人旨在实现客车车身的电阻点焊自动化，而 SMART 机器人则在客车上安装车轮。 然而，第一代机器人基本不可能实现自主（无需人工干预）功能，这使得它们很难被广泛引入生产。 科学家和工程师坚持不懈地试图消除这个缺点。 他们的劳动成果是创造了更复杂的第二代自适应机器人。 这些机器人的一个显着特点是它们可以根据环境改变动作。 因此，当改变被操纵对象的参数（其角度方向或位置）以及环境（例如，当机械手的路径中出现一些障碍物时），这些机器人可以相应地设计它们的动作。 很明显，在不断变化的环境中工作，机器人必须不断地接收有关它的信息，否则它将无法在周围空间中导航。 在这方面，自适应机器人的控制系统比第一代机器人复杂得多。 该系统分为两个子系统： 1）感觉（或传感）——它包括那些收集有关外部环境和机器人各个部分在空间中的位置信息的设备； 2) 分析这些信息并根据它和给定程序控制机器人及其机械手运动的计算机。 传感设备包括触觉触摸传感器、光度传感器、超声波传感器、位置传感器和各种视觉系统。 后者特别重要。 技术视觉（实际上是机器人的“眼睛”）的主要任务是将环境物体的图像转换为计算机可以理解的电信号。 技术视觉系统的一般原理是在电视摄像机的帮助下将有关工作空间的信息传输到计算机。 计算机将其与内存中的“模型”进行比较，然后选择适合情况的程序。 在此过程中，构建自适应机器人的主要挑战之一是教机器识别模式。 在众多对象中，机器人必须选择那些它需要执行某些操作的对象。 也就是说，他必须能够区分物体的特征，并根据这些特征对物体进行分类。 这是因为机器人在内存中存储了所需物体图像的原型，并与它们进行了比较，这些图像落入了它的视野范围内。 通常，“识别”所需对象的任务分为几个更简单的任务：机器人通过改变其注视方向在环境中搜索所需对象，测量与观察对象的距离，自动调整敏感视频传感器根据物体的照度，将每个物体与一个“模型”进行比较，该模型存储在其内存中，根据几个标准，即突出轮廓、纹理、颜色和其他特征。 作为所有这一切的结果，发生了对对象的“识别”。 自适应机器人工作的下一步通常是对该物体采取某种行动。 机器人必须接近它，抓住它并将它移动到另一个地方，而且不仅仅是随机的，而是以某种方式。 要执行所有这些复杂的操作，仅了解环境是不够的——机器人必须精确控制它的每一个动作，并且可以说是在空间中“感觉”自己。 为此，除了反映外部环境的传感器系统外，自适应机器人还配备了复杂的内部信息系统：内部传感器不断向计算机发送有关机械臂每个链接位置的信息。 他们给汽车一种“内在的感觉”。 作为这种内部传感器，例如，可以使用高精度电位器。
高精度电位器是一种类似于众所周知的变阻器的装置，但精度更高。 在其中，旋转触点不会像传统变阻器的手柄移动时那样逐圈跳跃，而是沿着电线本身的圈数移动。 电位器安装在机械手内部，因此当一个连杆相对于另一个连杆旋转时，可动触点也会移动，因此设备的电阻会发生变化。 计算机分析其变化幅度，判断机械手各环节的位置。 机械手的运动速度与驱动器中电动机的旋转速度有关。 有了所有这些信息，计算机就可以测量机械手的速度并控制其运动。 机器人如何“计划”它的行为？ 这种能力没有什么超自然的——机器的“智慧”完全取决于为其编译的程序的复杂性。 自适应机器人的计算机内存通常包含尽可能多的不同程序，因为不同的情况可能会出现。 只要情况不变，机器人就按照基本程序运行。 当外部传感器通知计算机有关情况的变化时，它会对其进行分析并选择更适合这种情况的程序。 具有“行为”的通用程序，针对每个个体情况的程序储备，有关环境的外部信息和有关机械手状态的内部信息，计算机控制机器人的所有动作。 自适应机器人的第一批模型几乎与工业机器人同时出现。 他们的原型是一个自动操作的机械手，由美国工程师恩斯特于 1961 年开发，后来被称为“恩斯特的手”。 该机械手有一个配备各种传感器的抓取装置 - 光电，触觉等。 在这些传感器以及控制计算机的帮助下，他找到并拿走了随机放置的物品。 1969 年，斯坦福大学（美国）创建了一个更复杂的机器人“Sheiki”。 这台机器还具有技术视觉，可以识别周围的物体并根据给定的程序操作它们。
机器人由两个步进电机驱动，由推车两侧的轮子独立驱动。 在可以绕垂直轴旋转的机器人的上部，安装了电视摄像机和光学测距仪。 在中心有一个控制单元，它将来自计算机的命令分配给执行相应动作的机制和设备。 传感器沿周边安装，以获取有关机器人与障碍物碰撞的信息。 “Sheiki”可以沿着最短路径移动到房间中的给定位置，同时以避免碰撞的方式计算轨迹（他感知墙壁、门、门口）。 由于尺寸较大，计算机与机器人是分开的。 他们之间的通讯是通过无线电进行的。 机器人可以选择所需的物品并通过“推动”（它没有机械手）将它们移动到正确的位置。 后来，出现了其他型号。 例如，1977 年，Quasar Industries 创造了一种机器人，它可以扫地、除尘家具、操作真空吸尘器以及清除洒在地板上的水。 1982 年，三菱宣布创造出一种机器人，它非常灵巧，可以点燃香烟并接听电话。 但最引人注目的是同年创造的美国机器人，它使用机械手指、眼部摄像头和大脑计算机，在不到四分钟的时间内解决了魔方。 第二代机器人的批量生产始于 70 年代后期。 尤其重要的是它们能够成功地用于组装操作（例如，在组装吸尘器、闹钟和其他简单的家用电器时）——这种类型的工作迄今为止很难实现自动化。 自适应机器人已成为许多灵活（快速适应新产品发布）自动化行业的重要组成部分。 第三代机器人——具有人工智能的机器人——仍在设计中。 它们的主要目的是在复杂、组织不良的环境中进行有目的的行为，此外，在无法预见所有改变它的选择的情况下。 在接受了一些一般性任务后，这样的机器人本身必须针对每种特定情况为其实施开发一个程序（回想一下，自适应机器人只能选择一个提议的程序）。 如果操作失败，AI机器人将能够分析失败，编译新程序并重试。 作者：Ryzhov K.V.
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