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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Robot. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Un robot es un dispositivo automático creado según el principio de un organismo vivo. Actuando de acuerdo con un programa preprogramado y recibiendo información sobre el mundo exterior de sensores (análogos de los órganos sensoriales de los organismos vivos), el robot lleva a cabo de forma independiente la producción y otras operaciones que generalmente realizan los humanos (o animales). En este caso, el robot puede comunicarse con el operador (recibir órdenes de él) y actuar de forma autónoma.
Un robot es un dispositivo automático que tiene un manipulador, un análogo mecánico de la mano humana, y un sistema de control para este manipulador. Ambos componentes pueden tener una estructura diferente, desde muy simple hasta extremadamente compleja. El manipulador generalmente consta de enlaces articulados, como una mano humana consta de huesos conectados por articulaciones, y termina con un agarre, que es algo así como la mano de una mano humana.
Los enlaces del manipulador son móviles entre sí y pueden realizar movimientos de rotación y traslación. A veces, en lugar de una pinza, el último eslabón del manipulador es algún tipo de herramienta de trabajo, por ejemplo, un taladro, una llave inglesa, un rociador de pintura o un soplete de soldadura. El movimiento de los enlaces del manipulador lo proporcionan los llamados impulsores, análogos de los músculos de la mano humana. Normalmente, los motores eléctricos se utilizan como tales. Luego, el accionamiento también incluye una caja de cambios (un sistema de engranajes que reducen el número de revoluciones del motor y aumentan el par) y un circuito de control eléctrico que regula la velocidad de rotación del motor eléctrico.
Además del eléctrico, a menudo se usa un accionamiento hidráulico. Su acción es muy sencilla. En el cilindro 1, en el que se encuentra el pistón 2, conectado mediante una varilla al manipulador 3, entra un fluido a presión, que mueve el pistón en un sentido u otro, y con él la "mano" del robot. . La dirección de este movimiento está determinada por en qué parte del cilindro (en el espacio por encima del pistón o por debajo) entra el líquido en ese momento. El accionamiento hidráulico puede informar al manipulador y al movimiento de rotación. El accionamiento neumático funciona de la misma manera, aquí solo se usa aire en lugar de líquido. Este es en términos generales el dispositivo del manipulador. En cuanto a la complejidad de las tareas que puede resolver un robot en particular, dependen en gran medida de la complejidad y perfección del dispositivo de control. En general, se acostumbra hablar de tres generaciones de robots: industriales, adaptativos y robots con inteligencia artificial. Las primeras muestras de robots industriales simples se crearon en 1962 en los EE. UU. Estos fueron Versatran de AMF Versatran y Unimate de Union Incorporated. Estos robots, así como los que les siguieron, actuaron de acuerdo con un programa rígido que no cambió durante la operación y fueron diseñados para automatizar operaciones simples en un estado del entorno sin cambios.
Por ejemplo, un "tambor programable" podría servir como dispositivo de control para tales robots. Actuó así: en un cilindro girado por un motor eléctrico, había contactos para los accionamientos del manipulador, y alrededor del tambor había placas de metal conductor que cerraban estos contactos cuando los tocaban. La ubicación de los contactos fue tal que cuando el tambor gira, las unidades del manipulador se encienden en el momento adecuado y el robot comienza a realizar las operaciones programadas en la secuencia deseada. De la misma forma, el control podría realizarse mediante tarjeta perforada o cinta magnética. Obviamente, incluso el más mínimo cambio en el entorno, la más mínima falla en el proceso tecnológico, conduce a una violación de las acciones de dicho robot. Sin embargo, también tienen ventajas considerables: son baratos, simples, fáciles de reprogramar y pueden reemplazar a una persona cuando realiza operaciones pesadas y monótonas. Fue en este tipo de trabajo donde se utilizaron por primera vez los robots. Se las arreglaron bien con operaciones repetitivas tecnológicas simples: realizaron soldadura por puntos y por arco, cargaron y descargaron, prensas y troqueles reparados. El robot Unimate, por ejemplo, fue diseñado para automatizar la soldadura por puntos de resistencia de carrocerías de automóviles de pasajeros, mientras que el robot SMART instaló ruedas en automóviles de pasajeros. Sin embargo, la imposibilidad fundamental del funcionamiento autónomo (sin intervención humana) de los robots de primera generación hizo muy difícil que se introdujeran ampliamente en la producción. Los científicos e ingenieros intentaron persistentemente eliminar esta deficiencia. El resultado de su trabajo fue la creación de robots adaptativos de segunda generación mucho más complejos. Una característica distintiva de estos robots es que pueden cambiar sus acciones según el entorno. Entonces, al cambiar los parámetros del objeto manipulado (su orientación angular o ubicación), así como el entorno (por ejemplo, cuando aparecen algunos obstáculos en el camino del manipulador), estos robots pueden diseñar sus acciones en consecuencia. Está claro que, al trabajar en un entorno cambiante, el robot debe recibir constantemente información al respecto, de lo contrario, no podrá navegar en el espacio circundante. En este sentido, los robots adaptativos tienen un sistema de control mucho más complejo que los robots de primera generación. Este sistema se divide en dos subsistemas: 1) sensorial (o detección): incluye aquellos dispositivos que recopilan información sobre el entorno externo y la ubicación en el espacio de varias partes del robot; 2) Una computadora que analiza esta información y, de acuerdo con ella y un programa dado, controla el movimiento del robot y su manipulador. Los dispositivos sensoriales incluyen sensores táctiles, sensores fotométricos, sensores ultrasónicos, sensores de ubicación y varios sistemas de visión. Estos últimos son de especial importancia. La tarea principal de la visión técnica (en realidad, los "ojos" del robot) es convertir imágenes de objetos ambientales en una señal eléctrica comprensible para una computadora. El principio general de los sistemas de visión técnica es que la información sobre el espacio de trabajo se transmite a la computadora con la ayuda de una cámara de televisión. La computadora lo compara con los "modelos" en la memoria y selecciona un programa apropiado a las circunstancias. En el camino, uno de los desafíos centrales en la construcción de robots adaptativos fue enseñar a la máquina a reconocer patrones. De los muchos objetos, el robot debe seleccionar aquellos que necesita para realizar alguna acción. Es decir, debe poder distinguir entre las características de los objetos y clasificar los objetos de acuerdo con estas características. Esto se debe a que el robot tiene en memoria los prototipos de las imágenes de los objetos deseados y compara con ellos los que caen en su campo de visión. Por lo general, la tarea de "reconocer" el objeto deseado se divide en varias tareas más simples: el robot busca el objeto deseado en el entorno cambiando la orientación de su mirada, mide la distancia a los objetos de observación, ajusta automáticamente el video sensible sensor de acuerdo con la iluminación del objeto, compara cada objeto con un "modelo", que se almacena en su memoria, de acuerdo con varias características, es decir, destaca los contornos, textura, color y otras características. Como resultado de todo esto, se produce el "reconocimiento" del objeto. El siguiente paso en el trabajo de un robot adaptativo suele ser algún tipo de acción con este objeto. El robot debe acercarse a él, agarrarlo y moverlo a otro lugar, y no solo al azar, sino de una manera determinada. Para realizar todas estas manipulaciones complejas, el conocimiento del entorno por sí solo no es suficiente: el robot debe controlar con precisión todos sus movimientos y, por así decirlo, "sentirse" a sí mismo en el espacio. Para ello, además de un sistema de sensores que refleja el entorno externo, el robot adaptativo está equipado con un complejo sistema de información interna: sensores internos transmiten constantemente mensajes a la computadora sobre la ubicación de cada eslabón del manipulador. Le dan al auto una "sensación interna". Como tales sensores internos, por ejemplo, se pueden usar potenciómetros de alta precisión.
El potenciómetro de alta precisión es un dispositivo similar al conocido reóstato, pero con mayor precisión. En él, el contacto giratorio no salta de vuelta en vuelta, como cuando se desplaza la maneta de un reóstato convencional, sino que sigue las propias vueltas del hilo. El potenciómetro está montado dentro del manipulador, de modo que cuando se gira un eslabón con respecto al otro, el contacto móvil también se desplaza y, por lo tanto, cambia la resistencia del dispositivo. Al analizar la magnitud de su cambio, la computadora juzga la ubicación de cada uno de los enlaces del manipulador. La velocidad de movimiento del manipulador está relacionada con la velocidad de rotación del motor eléctrico en el accionamiento. Teniendo toda esta información, la computadora puede medir la velocidad del manipulador y controlar su movimiento. ¿Cómo "planifica" el robot su comportamiento? No hay nada sobrenatural en esta habilidad: el "ingenio" de la máquina depende completamente de la complejidad del programa compilado para ella. La memoria de la computadora de un robot adaptativo generalmente contiene tantos programas diferentes como situaciones diferentes pueden presentarse. Mientras la situación no cambie, el robot funciona según el programa básico. Cuando los sensores externos informan a la computadora sobre un cambio en la situación, la analiza y selecciona el programa más apropiado para esta situación. Teniendo un programa general de "comportamiento", una reserva de programas para cada situación individual, información externa sobre el entorno e información interna sobre el estado del manipulador, la computadora controla todas las acciones del robot. Los primeros modelos de robots adaptativos aparecieron casi simultáneamente con los robots industriales. El prototipo para ellos fue un manipulador de operación automática, desarrollado en 1961 por el ingeniero estadounidense Ernst y más tarde llamado "la mano de Ernst". Este manipulador tenía un dispositivo de agarre equipado con varios sensores: fotoeléctricos, táctiles y otros. Con la ayuda de estos sensores, así como la computadora de control, encontró y tomó objetos colocados al azar que le dieron. En 1969, en la Universidad de Stanford (EE. UU.), se creó un robot más complejo, "Sheiki". Esta máquina también tenía visión técnica, podía reconocer objetos circundantes y operarlos de acuerdo con un programa dado.
El robot fue impulsado por dos motores paso a paso accionados independientemente por ruedas a cada lado del carro. En la parte superior del robot, que podía girar alrededor de un eje vertical, se instalaron una cámara de televisión y un telémetro óptico. En el centro había una unidad de control que distribuía los comandos provenientes de la computadora a los mecanismos y dispositivos que implementan las acciones correspondientes. Se instalaron sensores a lo largo del perímetro para obtener información sobre la colisión del robot con los obstáculos. "Sheiki" podía moverse por el camino más corto hacia un lugar determinado en la habitación, mientras calculaba la trayectoria de tal manera que evitara una colisión (percibió paredes, puertas, entradas). La computadora, debido a sus grandes dimensiones, estaba separada del robot. La comunicación entre ellos se realizaba por radio. El robot podía seleccionar los elementos deseados y moverlos "empujando" (no tenía un manipulador) al lugar correcto. Más tarde, aparecieron otros modelos. Por ejemplo, en 1977, Quasar Industries creó un robot que podía barrer pisos, desempolvar muebles, operar una aspiradora y eliminar el agua que se había derramado en el piso. En 1982, Mitsubishi anunció la creación de un robot que era tan diestro que podía encender un cigarrillo y levantar el auricular de un teléfono. Pero el más notable fue el robot estadounidense creado en el mismo año que, usando sus dedos mecánicos, una cámara ocular y una computadora cerebral, resolvió el cubo de Rubik en menos de cuatro minutos. La producción en serie de robots de segunda generación comenzó a finales de los años 70. Es especialmente importante que puedan usarse con éxito en operaciones de ensamblaje (por ejemplo, al ensamblar aspiradoras, relojes despertadores y otros electrodomésticos simples); hasta ahora, este tipo de trabajo ha sido difícil de automatizar. Los robots adaptativos se han convertido en una parte importante de muchas industrias automatizadas flexibles (que se adaptan rápidamente a los lanzamientos de nuevos productos). La tercera generación de robots, robots con inteligencia artificial, aún se está diseñando. Su objetivo principal es el comportamiento útil en un entorno complejo y mal organizado, además, en tales condiciones cuando es imposible prever todas las opciones para cambiarlo. Habiendo recibido alguna tarea general, dicho robot deberá desarrollar un programa para su implementación para cada situación específica (recuerde que un robot adaptativo solo puede elegir uno de los programas propuestos). En caso de que la operación falle, el robot de IA podrá analizar la falla, compilar un nuevo programa y volver a intentarlo. Autor: Ryzhov K.V.
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