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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
ロボット。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト ロボットは、生物の原理に基づいて作られた自動装置です。 ロボットは、所定のプログラムに従って動作し、センサー（生物の感覚器に相当）から外界の情報を受け取り、人間（動物）が行っている生産作業などを自律的に行います。 この場合、ロボットはオペレーターと接続する (オペレーターからコマンドを受け取る) ことも、自律的に行動することもできます。
ロボットは、人間の手の機械的な類似物であるマニピュレーターと、このマニピュレーターの制御システムを備えた自動装置です。 これらのコンポーネントは両方とも、非常に単純なものから非常に複雑なものまで、異なる構造を持つことができます。 マニピュレータは通常、関節リンクで構成されています。人間の手は関節で接続された骨で構成されており、人間の手の手のような握りで終わります。
マニピュレータのリンクは、互いに対して可動であり、回転および並進運動を実行できます。 グリッパーの代わりに、マニピュレーターの最後のリンクが、ドリル、レンチ、塗装スプレー、溶接トーチなどの作業ツールである場合があります。 マニピュレータのリンクの動きは、いわゆるドライブ（人間の手の筋肉の類似物）によって提供されます。 通常、電気モーターはそのまま使用されます。 次に、ドライブには、ギアボックス（エンジンの回転数を減らしてトルクを増やすギアのシステム）と、電気モーターの回転速度を調整する電気制御回路も含まれています。
電気に加えて、油圧ドライブがよく使用されます。 そのアクションは非常に簡単です。 ロッドによってマニピュレータ３に接続されたピストン２が配置されているシリンダ１において、流体が圧力下に入り、ピストンを一方向または別の方向に動かし、それとともにロボットの「手」を動かす。 。 この動きの方向は、シリンダーのどの部分（ピストンの上または下のスペース）で液体がその瞬間に入るかによって決まります。 油圧ドライブは、マニピュレータと回転運動を通知できます。 空気圧駆動は同じように機能しますが、ここでは液体ではなく空気のみが使用されます。 これは一般的に言えば、マニピュレータのデバイスです。 特定のロボットが解決できるタスクの複雑さに関しては、制御デバイスの複雑さと完成度に大きく依存します。 一般に、産業用、適応型、人工知能を備えたロボットのXNUMX世代のロボットについて話すのが通例です。 単純な産業用ロボットの最初のサンプルは、1962年に米国で作成されました。 これらは、AMFVersatranのVersatranとUnionIncorporatedのUnimateでした。 これらのロボットとそれに続くロボットは、動作中に変化せず、環境の変化しない状態で簡単な操作を自動化するように設計された厳格なプログラムに従って動作しました。
たとえば、「プログラム可能なドラム」は、そのようなロボットの制御装置として機能する可能性があります。 彼は次のように行動しました。電気モーターで回転するシリンダーには、マニピュレータードライブ用の接点があり、ドラムの周りには、接触するとこれらの接点を閉じる導電性の金属板がありました。 接点の位置は、ドラムが回転すると、マニピュレータドライブが適切なタイミングでオンになり、ロボットがプログラムされた操作を目的の順序で実行し始めるような位置でした。 同様に、制御はパンチカードまたは磁気テープを使用して実行できます。 明らかに、環境のわずかな変化、技術プロセスのわずかな失敗でさえ、そのようなロボットの行動に違反します。 ただし、それらにはかなりの利点もあります。安価で、シンプルで、簡単に再プログラムでき、重い単調な操作を実行するときに人の代わりになる可能性があります。 ロボットが最初に使用されたのは、この種の作業でした。 彼らは単純な技術的反復操作にうまく対処しました。彼らはスポット溶接とアーク溶接を行い、ロードとアンロードを行い、プレスと金型を修理しました。 たとえば、Unimate ロボットは乗用車ボディの抵抗スポット溶接を自動化するように設計され、SMART ロボットは乗用車に車輪を取り付けました。 しかし、第XNUMX世代のロボットが自律的に（人間の介入なしに）機能することは根本的に不可能であるため、ロボットを生産に広く導入することは非常に困難でした。 科学者とエンジニアは、この欠点を絶えず排除しようとしました。 彼らの努力の結果、はるかに複雑な第XNUMX世代の適応ロボットが作成されました。 これらのロボットの特徴は、環境に応じて動作を変えることができることです。 したがって、操作対象のパラメータ（角度方向または位置）や環境（たとえば、マニピュレータのパスに障害物が表示された場合）を変更する場合、これらのロボットはそれに応じてアクションを設計できます。 変化する環境で作業するロボットは、常にロボットに関する情報を受信する必要があることは明らかです。そうしないと、周囲の空間をナビゲートできなくなります。 この点で、適応ロボットは第一世代のロボットよりもはるかに複雑な制御システムを備えています。 このシステムは 1 つのサブシステムに分かれています。 2) この情報を分析し、その情報と所定のプログラムに従って、ロボットとそのマニピュレーターの動きを制御するコンピューター。 感覚デバイスには、触覚タッチセンサー、測光センサー、超音波センサー、位置センサー、およびさまざまな視覚システムが含まれます。 後者は特に重要です。 技術的ビジョン（実際には、ロボットの「目」）の主なタスクは、環境オブジェクトの画像をコンピューターが理解できる電気信号に変換することです。 テクニカルビジョンシステムの一般的な原則は、作業スペースに関する情報がテレビカメラの助けを借りてコンピュータに送信されることです。 コンピュータはそれをメモリ内の「モデル」と比較し、状況に適したプログラムを選択します。 その過程で、適応ロボットを構築する際の中心的な課題のXNUMXつは、パターンを認識するようにマシンに教えることでした。 多くのオブジェクトの中から、ロボットは何らかのアクションを実行するために必要なオブジェクトを選択する必要があります。 つまり、彼はオブジェクトの特徴を区別し、これらの特徴に従ってオブジェクトを分類できなければなりません。 これは、ロボットが目的のオブジェクトの画像のプロトタイプをメモリに保持し、それらと視野に入るものと比較するという事実によるものです。 通常、目的のオブジェクトを「認識する」タスクは、いくつかの単純なタスクに分けられます。ロボットは、視線の向きを変更して環境内の目的のオブジェクトを検索し、観察対象までの距離を測定し、敏感なビデオを自動的に調整します。センサーは、オブジェクトの照明に応じて、各オブジェクトを「モデル」と比較します。モデルは、いくつかの基準に従ってメモリに保存されます。つまり、輪郭、テクスチャ、色、その他の特徴を強調します。 これらすべての結果として、オブジェクトの「認識」が発生します。 適応型ロボットの作業の次のステップは、通常、このオブジェクトを使用した何らかのアクションです。 ロボットはそれに近づき、つかみ、別の場所に移動する必要があります。ランダムにではなく、特定の方法で移動する必要があります。 これらすべての複雑な操作を実行するには、環境に関する知識だけでは十分ではありません。ロボットはそのすべての動きを正確に制御し、いわば空間で自分自身を「感じる」必要があります。 この目的のために、外部環境を反映するセンサーシステムに加えて、適応ロボットは内部情報の複雑なシステムを備えています。内部センサーは、マニピュレーターの各リンクの位置に関するメッセージをコンピューターに絶えず送信します。 彼らは車に「内面の感覚」を与えるようなものです。 このような内部センサーとして、例えば、高精度のポテンショメーターを使用することができる。
高精度ポテンショメータは、よく知られているレオスタットに似たデバイスですが、精度が高くなっています。 その中で、回転接点は、従来のレオスタットのハンドルが変位したときのように、ターンからターンへとジャンプするのではなく、ワイヤ自体のターンに沿って追従します。 ポテンショメータはマニピュレータの内部に取り付けられているため、一方のリンクがもう一方のリンクに対して回転すると、可動接点もシフトするため、デバイスの抵抗が変化します。 その変化の大きさを分析して、コンピュータはマニピュレータの各リンクの位置を判断します。 マニピュレータの移動速度は、ドライブ内の電気モーターの回転速度に関連しています。 このすべての情報があれば、コンピューターはマニピュレーターの速度を測定し、その動きを制御できます。 ロボットはどのようにその行動を「計画」しますか？ この能力には超自然的なものは何もありません。マシンの「機知」は、そのためにコンパイルされたプログラムの複雑さに完全に依存します。 適応ロボットのコンピュータメモリには、通常、さまざまな状況が発生する可能性がある限り多くのさまざまなプログラムが含まれています。 状況が変わらない限り、ロボットは基本プログラムに従って動作します。 外部センサーが状況の変化をコンピューターに通知すると、コンピューターはそれを分析し、この状況により適したプログラムを選択します。 「行動」の一般的なプログラム、個々の状況ごとのプログラムの予約、環境に関する外部情報、およびマニピュレータの状態に関する内部情報を備えたコンピュータは、ロボットのすべての動作を制御します。 適応型ロボットの最初のモデルは、産業用ロボットとほぼ同時に登場しました。 それらのプロトタイプは、1961年にアメリカのエンジニアErnstによって開発され、後に「Ernstの手」と呼ばれる自動操作マニピュレーターでした。 このマニピュレーターには、光電、触覚などのさまざまなセンサーを備えた把持装置がありました。 これらのセンサーと制御コンピューターの助けを借りて、彼はランダムに配置されたオブジェクトを見つけて取り出しました。 1969年にスタンフォード大学（米国）で、より複雑なロボット「Sheiki」が作成されました。 この機械は技術的なビジョンも持っており、周囲の物体を認識し、特定のプログラムに従ってそれらを操作することができました。
ロボットは、カートの両側にある車輪によって独立して駆動されるXNUMXつのステッピングモーターによって駆動されました。 垂直軸を中心に回転できるロボットの上部には、テレビカメラと光学距離計が設置されていました。 中央には、コンピューターからのコマンドを、対応するアクションを実装するメカニズムとデバイスに配布する制御ユニットがありました。 ロボットと障害物の衝突に関する情報を取得するために、センサーが周囲に沿って設置されました。 「Sheiki」は、衝突を回避するような方法で軌道を計算しながら、部屋の特定の場所への最短経路に沿って移動することができます（彼は壁、ドア、出入り口を認識しました）。 コンピュータは、その大きな寸法のために、ロボットから分離されていました。 それらの間の通信は無線によって行われた。 ロボットは目的のアイテムを選択し、適切な場所に「押す」（マニピュレーターはありません）ことでそれらを移動できます。 その後、他のモデルが登場しました。 たとえば、1977 年にクエーサー インダストリーズは、床を掃除し、家具にほこりを払い、掃除機を操作し、床にこぼれた水を取り除くことができるロボットを作成しました。 1982年、三菱はタバコに火をつけて電話の受話器を取ることができるほど器用なロボットの作成を発表しました。 しかし、最も注目に値するのは、同じ年に作成されたアメリカのロボットで、機械の指、アイカメラ、ブレイン コンピューターを使用して、ルービック キューブを XNUMX 分未満で解決しました。 第二世代ロボットの量産は70年代後半に始まりました。 組み立て作業（たとえば、掃除機、目覚まし時計、その他の単純な家電製品を組み立てる場合）で正常に使用できることが特に重要です。この種の作業は、これまで自動化が困難でした。 適応ロボットは、多くの柔軟な（新製品のリリースに迅速に適応する）自動化産業の重要な部分になっています。 第 XNUMX 世代のロボット - 人工知能を備えたロボット - はまだ設計中です。 それらの主な目的は、複雑で組織化されていない環境、さらにそれを変更するためのすべてのオプションを予測することが不可能な状況での意図的な行動です。 いくつかの一般的なタスクを受け取った後、そのようなロボットは、特定の状況ごとに実装するためのプログラムを開発する必要があります (適応型ロボットは、提案されたプログラムの XNUMX つしか選択できないことを思い出してください)。 操作が失敗した場合、AI ロボットは失敗を分析し、新しいプログラムをコンパイルして再試行できます。 著者：Ryzhov K.V.
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