Основы робототехники
Робототехника – это прикладная наука, которая занимается разработкой автоматизированных технических систем и представляет собой техническую основу развития производства.
Робототехника опирается на такие науки как механика, электроника, мехатроника, телемеханика, кибернетика, информатика, электротехника и радиотехника. Выделяют следующие виды робототехники:
- Экстремальная робототехника (военная, космическая, подводная).
- Строительная робототехника.
- Промышленная робототехника.
- Авиационная робототехника.
- Бытовая робототехника.
- Медицинская робототехника.
Любой робот состоит из следующих основных элементов:
- Рама/тело. Рама робота может иметь любые форму и размеры. Изначально тело робота обеспечивает его конструкцию.
- Система управления. Система управления робота является эквивалентом центральной нервной системы человека. Она необходима для координирования управления составляющими робота. Датчики способны реагировать на взаимодействие робота с внешней средой. Ответы таких датчиков отправляются в центральный процессор, который обрабатывает полученные данные при помощи своего программного обеспечения и принимает решения на базе логики.
- Манипуляторы. Для того, чтобы выполнить большинство задач роботы взаимодействуют с внешней средой. В некоторых случаях требуется перемещение объектов внешней среды без непосредственного участия оператора. Манипуляторы не являются базовым элементом конструкции роботов.
- Ходовая часть. Некоторые роботы способны выполнять свои функции без изменения своего местоположения, но зачастую от них требуется способность перемещаться от одного места к другому. Для того, чтобы выполнить перемещение необходима ходовая часть, представляющая собой приводное средство перемещения.
Основные компоненты роботов
Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей, основными из которых являются:
- Внутренний контроллер. Абсолютно каждый современный робот оснащен компьютерной операционной системой - контроллер. В контроллере содержится вся необходимая информация для выполнения поставленных задач и указаний.
- Источник энергии. Для работы робота необходим источник энергии. Одни модели работают от батарей, другие оснащаются фотоэлементами, которые преобразуют в энергию солнечный свет. Механические модели заводятся при помощи пружинного механизма.
- Система дистанционного управления. Системами дистанционного управления оборудуются роботы, которые работают на других планетах.
- Сенсоры звука и света. При помощи сенсоров света и звука робот может определять звуковые волны и распознавать свет, который исходит от объектов. Такая функция помогает перемещаться к определенным объектам или обходить различные предметы. Иногда в корпус робота встраивается устройство распознавания голоса, при помощи которого ему отдаются устные приказы человеком.
- Датчики давления. Некоторые модели роботов оборудуются датчиками давления, которые имитируют осязание. У такого оборудования два основных назначения: позволяют правильно захватить и поднять объект, а также сообщают роботу о том, что он ударился о какой-то предмет и должен сменить направление движения.
- Приводы. Приводы являются «мышцами» роботов. Основными вариантами приводов роботов являются: двигатели постоянного тока, шаговые электрические двигатели, пьезодвигатели, воздушные мышцы, электроактивные полимеры, эластичные нанотрубки.
В настоящее время в большинстве роботов используются электрические двигатели, которые могут быть нескольких видов. Шаговые электродвигатели не вращаются свободно, как двигатели постоянного тока. Они поворачиваются пошагово на определенный угол под управлением контроллера. В данном случае нет необходимости в наличии датчиков положения. Пьезодвигатели или ультразвуковые двигатели являются альтернативой двигателям постоянного тока. Главные преимущества таких двигателей - мощность, скорость, нанометрическое разрешение. Воздушные мышцы являются простым, но мощным устройством для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом, мышцы могут сокращаться до 40 % от своей длины. Из-за того, что принцип их работы схож с работой биологических мышц, они могут использоваться для производства роботов, мышцы и скелет которых аналогичны скелету и мышцам животных. Электроактивные полимеры являются видом пластмасс, которые изменяют свою форму под действием электричества. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут растягиваться, гнуться, сокращаться. Эластичные нанотрубки являются экспериментальной технологией, которая находится на ранней стадии разработки.
