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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Robô. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Um robô é um dispositivo automático criado com base no princípio de um organismo vivo. Atuando de acordo com um programa predeterminado e recebendo informações sobre o mundo exterior de sensores (análogos dos órgãos dos sentidos dos organismos vivos), o robô realiza de forma independente a produção e outras operações que geralmente são realizadas por humanos (ou animais). Nesse caso, o robô pode ter uma conexão com o operador (receber comandos dele) ou agir de forma autônoma.
Um robô é um dispositivo automático que possui um manipulador - um análogo mecânico da mão humana - e um sistema de controle para esse manipulador. Ambos os componentes podem ter uma estrutura diferente - de muito simples a extremamente complexa. O manipulador geralmente consiste em elos articulados, como uma mão humana consiste em ossos conectados por articulações, e termina com um aperto, que é algo como a mão de uma mão humana.
As ligações do manipulador são móveis uma em relação à outra e podem realizar movimentos de rotação e translação. Às vezes, em vez de uma pinça, o último elo do manipulador é algum tipo de ferramenta de trabalho, por exemplo, uma furadeira, chave inglesa, pulverizador de tinta ou tocha de solda. O movimento dos elos do manipulador é fornecido pelos chamados impulsos - análogos dos músculos da mão humana. Normalmente, os motores elétricos são usados como tal. Em seguida, o acionamento também inclui uma caixa de engrenagens (um sistema de engrenagens que reduz o número de rotações do motor e aumenta o torque) e um circuito de controle elétrico que regula a velocidade de rotação do motor elétrico.
Além do elétrico, um acionamento hidráulico é frequentemente usado. Sua ação é muito simples. No cilindro 1, no qual está localizado o pistão 2, conectado por meio de uma haste ao manipulador 3, entra um fluido sob pressão, que movimenta o pistão em uma direção ou outra, e com ele a "mão" do robô . A direção desse movimento é determinada por qual parte do cilindro (no espaço acima do pistão ou abaixo dele) o líquido entra no momento. O acionamento hidráulico pode informar o manipulador e o movimento de rotação. O acionamento pneumático funciona da mesma maneira, apenas ar é usado aqui em vez de líquido. Este é, em termos gerais, o dispositivo do manipulador. Quanto à complexidade das tarefas que um determinado robô pode resolver, elas dependem em grande parte da complexidade e perfeição do dispositivo de controle. Em geral, costuma-se falar em três gerações de robôs: industrial, adaptativo e robôs com inteligência artificial. As primeiras amostras de robôs industriais simples foram criadas em 1962 nos EUA. Estes foram Versatran da AMF Versatran e Unimate da Union Incorporated. Esses robôs, assim como os que os seguiram, agiam de acordo com um programa rígido que não mudava durante a operação e foram projetados para automatizar operações simples em um estado inalterado do ambiente.
Por exemplo, um "tambor programável" pode servir como dispositivo de controle para esses robôs. Ele agia assim: em um cilindro girado por um motor elétrico, eram colocados os contatos dos acionamentos do manipulador, e ao redor do tambor havia placas metálicas condutoras que fechavam esses contatos quando os tocavam. A localização dos contatos foi tal que quando o tambor gira, os acionamentos do manipulador ligam na hora certa e o robô começa a realizar as operações programadas na sequência desejada. Da mesma forma, o controle pode ser feito por meio de cartão perfurado ou fita magnética. Obviamente, mesmo a menor mudança no ambiente, a menor falha no processo tecnológico, leva a uma violação das ações de tal robô. No entanto, eles também têm vantagens consideráveis - são baratos, simples, facilmente reprogramados e podem substituir uma pessoa ao realizar operações monótonas pesadas. Foi nesse tipo de trabalho que os robôs foram usados pela primeira vez. Eles lidavam bem com operações repetitivas tecnológicas simples: realizavam soldagem a ponto e arco, carga e descarga, manutenção de prensas e matrizes. O robô Unimate, por exemplo, foi projetado para automatizar a soldagem por pontos de resistência de carrocerias de carros de passeio, enquanto o robô SMART instalou rodas em carros de passeio. No entanto, a impossibilidade fundamental de funcionamento autônomo (sem intervenção humana) dos robôs de primeira geração dificultou muito sua ampla introdução na produção. Cientistas e engenheiros tentaram persistentemente eliminar essa deficiência. O resultado de seus trabalhos foi a criação de robôs adaptativos de segunda geração muito mais complexos. Uma característica distintiva desses robôs é que eles podem mudar suas ações dependendo do ambiente. Assim, ao alterar os parâmetros do objeto manipulado (sua orientação angular ou localização), bem como o ambiente (digamos, quando alguns obstáculos aparecem no caminho do manipulador), esses robôs podem projetar suas ações de acordo. É claro que, trabalhando em um ambiente em mudança, o robô deve receber constantemente informações sobre ele, caso contrário não poderá navegar no espaço circundante. A este respeito, os robôs adaptativos têm um sistema de controle muito mais complexo do que os robôs de primeira geração. Esse sistema é dividido em dois subsistemas: 1) sensorial (ou sensoriamento) - inclui aqueles dispositivos que coletam informações sobre o ambiente externo e a localização no espaço de várias partes do robô; 2) Um computador que analisa esta informação e, de acordo com ela e um determinado programa, controla o movimento do robô e seu manipulador. Os dispositivos sensoriais incluem sensores de toque tátil, sensores fotométricos, sensores ultrassônicos, sensores de localização e vários sistemas de visão. Estes últimos são de particular importância. A principal tarefa da visão técnica (na verdade, os “olhos” do robô) é converter imagens de objetos ambientais em um sinal elétrico compreensível para um computador. O princípio geral dos sistemas de visão técnica é que as informações sobre o espaço de trabalho sejam transmitidas ao computador com a ajuda de uma câmera de televisão. O computador compara-o com os "modelos" na memória e seleciona um programa adequado às circunstâncias. Ao longo do caminho, um dos desafios centrais na construção de robôs adaptativos foi ensinar a máquina a reconhecer padrões. Dos muitos objetos, o robô deve selecionar aqueles de que necessita para realizar alguma ação. Ou seja, ele deve ser capaz de distinguir entre características de objetos e classificar objetos de acordo com essas características. Isso se deve ao fato de o robô ter na memória os protótipos das imagens dos objetos desejados e comparar com eles aqueles que caem em seu campo de visão. Normalmente, a tarefa de "reconhecer" o objeto desejado é dividida em várias tarefas mais simples: o robô procura o objeto desejado no ambiente alterando a orientação de seu olhar, mede a distância até os objetos de observação, ajusta automaticamente o vídeo sensível sensor de acordo com a iluminação do objeto, compara cada objeto com um "modelo", que fica armazenado em sua memória, de acordo com diversas características, ou seja, destaca os contornos, textura, cor e outras características. Como resultado de tudo isso, ocorre o "reconhecimento" do objeto. O próximo passo no trabalho de um robô adaptativo geralmente é algum tipo de ação com esse objeto. O robô deve se aproximar dele, agarrá-lo e movê-lo para outro lugar, e não apenas aleatoriamente, mas de uma certa maneira. Para realizar todas essas manipulações complexas, o conhecimento do ambiente por si só não é suficiente - o robô deve controlar com precisão todos os seus movimentos e, por assim dizer, "sentir-se" no espaço. Para tanto, além do sistema de sensores que reflete o ambiente externo, o robô adaptativo é equipado com um complexo sistema de informações internas: sensores internos transmitem constantemente mensagens ao computador sobre a localização de cada link do manipulador. Eles meio que dão ao carro um "sentimento interior". Como tais sensores internos, por exemplo, potenciômetros de alta precisão podem ser usados.
O potenciômetro de alta precisão é um dispositivo semelhante ao conhecido reostato, mas com maior precisão. Nela, o contato rotativo não salta de volta em volta, como quando a alça de um reostato convencional é deslocada, mas segue ao longo das voltas do próprio fio. O potenciômetro é montado dentro do manipulador, de modo que quando um elo é girado em relação ao outro, o contato móvel também se desloca e, portanto, a resistência do dispositivo muda. Analisando a magnitude de sua mudança, o computador julga a localização de cada um dos links do manipulador. A velocidade de movimento do manipulador está relacionada com a velocidade de rotação do motor elétrico no acionamento. De posse de todas essas informações, o computador pode medir a velocidade do manipulador e controlar seu movimento. Como o robô "planeja" seu comportamento? Não há nada de sobrenatural nessa habilidade - a "inteligência" da máquina depende inteiramente da complexidade do programa compilado para ela. A memória do computador de um robô adaptativo geralmente contém tantos programas diferentes quantas situações diferentes possam surgir. Enquanto a situação não mudar, o robô opera de acordo com o programa básico. Quando sensores externos informam o computador sobre uma mudança na situação, ele a analisa e seleciona o programa mais adequado para essa situação. Tendo um programa geral de "comportamento", um estoque de programas para cada situação individual, informações externas sobre o ambiente e informações internas sobre o estado do manipulador, o computador controla todas as ações do robô. Os primeiros modelos de robôs adaptativos surgiram quase simultaneamente aos robôs industriais. O protótipo para eles era um manipulador de operação automática, desenvolvido em 1961 pelo engenheiro americano Ernst e mais tarde chamado de "mão de Ernst". Este manipulador possuía um dispositivo de preensão equipado com vários sensores - fotoelétricos, táteis e outros. Com a ajuda desses sensores, bem como do computador de controle, ele encontrou e pegou objetos colocados aleatoriamente que lhe foram dados. Em 1969 na Universidade de Stanford (EUA) foi criado um robô mais complexo "Sheiki". Esta máquina também tinha visão técnica, podia reconhecer objetos ao redor e operá-los de acordo com um determinado programa.
O robô era acionado por dois motores de passo acionados independentemente por rodas em cada lado do carrinho. Na parte superior do robô, que podia girar em torno de um eixo vertical, foram instaladas uma câmera de televisão e um telêmetro óptico. No centro havia uma unidade de controle que distribuía os comandos vindos do computador para os mecanismos e dispositivos que implementam as ações correspondentes. Sensores foram instalados ao longo do perímetro para obter informações sobre a colisão do robô com obstáculos. "Sheiki" poderia se mover pelo caminho mais curto para um determinado local na sala, enquanto calculava a trajetória de forma a evitar uma colisão (ele percebeu paredes, portas, portais). O computador, devido às suas grandes dimensões, era separado do robô. A comunicação entre eles era feita por rádio. O robô poderia selecionar os itens desejados e movê-los "empurrando" (não tinha um manipulador) para o lugar certo. Mais tarde, outros modelos apareceram. Por exemplo, em 1977, a Quasar Industries criou um robô que podia varrer o chão, tirar o pó de móveis, operar um aspirador de pó e remover a água derramada no chão. Em 1982, a Mitsubishi anunciou a criação de um robô tão hábil que poderia acender um cigarro e pegar um telefone. Mas o mais notável foi o robô americano criado no mesmo ano, que, usando seus dedos mecânicos, um olho de câmera e um cérebro de computador, resolveu o cubo de Rubik em menos de quatro minutos. A produção em série de robôs de segunda geração começou no final dos anos 70. É especialmente importante que eles possam ser usados com sucesso em operações de montagem (por exemplo, ao montar aspiradores de pó, despertadores e outros eletrodomésticos simples) - esse tipo de trabalho até agora tem sido difícil de automatizar. Os robôs adaptativos tornaram-se uma parte importante de muitas indústrias automatizadas flexíveis (que se adaptam rapidamente a novos lançamentos de produtos). A terceira geração de robôs - robôs com inteligência artificial - ainda está sendo projetada. Seu principal objetivo é o comportamento proposital em um ambiente complexo e mal organizado, além disso, em tais condições em que é impossível prever todas as opções para alterá-lo. Tendo recebido alguma tarefa geral, esse robô terá que desenvolver um programa para sua implementação para cada situação específica (lembre-se de que um robô adaptativo só pode escolher um dos programas propostos). Caso a operação falhe, o robô de IA poderá analisar a falha, compilar um novo programa e tentar novamente. Autor: Ryzhov K.V.
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