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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Robot. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Un robot è un dispositivo automatico creato secondo il principio di un organismo vivente. Agendo secondo un programma preprogrammato e ricevendo informazioni sul mondo esterno dai sensori (analoghi degli organi sensoriali degli organismi viventi), il robot esegue autonomamente la produzione e altre operazioni solitamente eseguite da esseri umani (o animali). In questo caso il robot può sia comunicare con l'operatore (ricevere comandi da lui) sia agire in modo autonomo.
Un robot è un dispositivo automatico che ha un manipolatore - un analogo meccanico della mano umana - e un sistema di controllo per questo manipolatore. Entrambi questi componenti possono avere una struttura diversa, da molto semplice a estremamente complessa. Il manipolatore di solito è costituito da collegamenti articolati, poiché una mano umana è costituita da ossa collegate da articolazioni e termina con una presa, che è qualcosa come la mano di una mano umana.
I collegamenti del manipolatore sono mobili l'uno rispetto all'altro e possono eseguire movimenti di rotazione e traslazione. A volte, invece di una pinza, l'ultimo collegamento del manipolatore è una sorta di strumento di lavoro, ad esempio un trapano, una chiave inglese, uno spruzzatore di vernice o una torcia per saldatura. Il movimento dei collegamenti del manipolatore è fornito dalle cosiddette unità - analoghi dei muscoli della mano umana. Tipicamente, i motori elettrici sono usati come tali. La trasmissione comprende poi anche un cambio (un sistema di ingranaggi che riduce il numero di giri del motore e aumenta la coppia) e un circuito elettrico di controllo che regola la velocità di rotazione del motore elettrico.
Oltre all'elettrico, viene spesso utilizzato un azionamento idraulico. La sua azione è molto semplice. Nel cilindro 1, in cui è alloggiato il pistone 2, collegato tramite uno stelo al manipolatore 3, entra un fluido in pressione, che muove il pistone in una direzione o nell'altra, e con esso la "mano" del robot . La direzione di questo movimento è determinata da quale parte del cilindro (nello spazio sopra il pistone o sotto di esso) il liquido entra in quel momento. L'azionamento idraulico può informare il manipolatore e il movimento rotatorio. L'azionamento pneumatico funziona allo stesso modo, qui viene utilizzata solo aria invece del liquido. Questo è in termini generali il dispositivo del manipolatore. Per quanto riguarda la complessità dei compiti che un particolare robot può risolvere, essi dipendono in gran parte dalla complessità e perfezione del dispositivo di controllo. In generale, è consuetudine parlare di tre generazioni di robot: industriali, adattivi e robot con intelligenza artificiale. I primissimi campioni di semplici robot industriali sono stati creati nel 1962 negli Stati Uniti. Questi erano Versatran di AMF Versatran e Unimate di Union Incorporated. Questi robot, così come quelli che li hanno seguiti, agivano secondo un programma rigido che non cambiava durante il funzionamento e sono stati progettati per automatizzare operazioni semplici in uno stato inalterato dell'ambiente.
Ad esempio, un "tamburo programmabile" potrebbe fungere da dispositivo di controllo per tali robot. Ha agito in questo modo: su un cilindro azionato da un motore elettrico, erano posizionati i contatti degli azionamenti del manipolatore e attorno al tamburo c'erano piastre metalliche conduttive che chiudevano questi contatti quando li toccavano. La posizione dei contatti era tale che quando il tamburo ruota, gli azionamenti del manipolatore si accendono al momento giusto e il robot inizia a eseguire le operazioni programmate nella sequenza desiderata. Allo stesso modo, il controllo potrebbe essere effettuato utilizzando una scheda perforata o un nastro magnetico. Ovviamente, anche il minimo cambiamento nell'ambiente, il minimo errore nel processo tecnologico, porta a una violazione delle azioni di un tale robot. Tuttavia, hanno anche notevoli vantaggi: sono economici, semplici, facilmente riprogrammabili e possono benissimo sostituire una persona durante l'esecuzione di pesanti operazioni monotone. È stato in questo tipo di lavoro che i robot sono stati utilizzati per la prima volta. Hanno affrontato bene le semplici operazioni tecnologiche ripetitive: hanno eseguito saldature a punti e ad arco, carico e scarico, manutenzione di presse e matrici. Il robot Unimate, ad esempio, è stato progettato per automatizzare la saldatura a punti a resistenza delle carrozzerie, mentre il robot SMART ha installato le ruote sulle automobili. Tuttavia, la fondamentale impossibilità di funzionamento autonomo (senza intervento umano) dei robot di prima generazione ha reso molto difficile la loro ampia introduzione nella produzione. Scienziati e ingegneri hanno costantemente cercato di eliminare questa mancanza. Il risultato del loro lavoro è stata la creazione di robot adattivi di seconda generazione molto più complessi. Una caratteristica distintiva di questi robot è che possono cambiare le loro azioni a seconda dell'ambiente. Quindi, quando cambiano i parametri dell'oggetto manipolato (il suo orientamento angolare o posizione), così come l'ambiente (ad esempio, quando compaiono alcuni ostacoli nel percorso del manipolatore), questi robot possono progettare le loro azioni di conseguenza. È chiaro che, lavorando in un ambiente mutevole, il robot deve ricevere costantemente informazioni a riguardo, altrimenti non sarà in grado di navigare nello spazio circostante. A questo proposito, i robot adattivi hanno un sistema di controllo molto più complesso rispetto ai robot di prima generazione. Questo sistema è diviso in due sottosistemi: 1) sensoriale (o di rilevamento): include quei dispositivi che raccolgono informazioni sull'ambiente esterno e sulla posizione nello spazio di varie parti del robot; 2) Un computer che analizzi queste informazioni e, in accordo con esse e con un determinato programma, controlli il movimento del robot e del suo manipolatore. I dispositivi sensoriali includono sensori tattili tattili, sensori fotometrici, sensori a ultrasuoni, sensori di posizione e vari sistemi di visione. Questi ultimi sono di particolare importanza. Il compito principale della visione tecnica (in realtà, gli “occhi” del robot) è convertire le immagini di oggetti ambientali in un segnale elettrico comprensibile per un computer. Il principio generale dei sistemi di visione tecnica è che le informazioni sullo spazio di lavoro vengono trasmesse al computer con l'aiuto di una telecamera. Il computer lo confronta con i "modelli" in memoria e seleziona un programma adeguato alle circostanze. Lungo il percorso, una delle sfide centrali nella costruzione di robot adattivi è stata quella di insegnare alla macchina a riconoscere i modelli. Tra i molti oggetti, il robot deve selezionare quelli di cui ha bisogno per eseguire alcune azioni. Cioè, deve essere in grado di distinguere tra le caratteristiche degli oggetti e classificare gli oggetti in base a queste caratteristiche. Ciò è dovuto al fatto che il robot ha in memoria i prototipi delle immagini degli oggetti desiderati e confronta con essi quelli che ricadono nel suo campo visivo. Solitamente, il compito di "riconoscere" l'oggetto desiderato è suddiviso in più compiti più semplici: il robot ricerca l'oggetto desiderato nell'ambiente modificando l'orientamento del proprio sguardo, misura la distanza dagli oggetti di osservazione, regola automaticamente il video sensibile sensore in base all'illuminazione dell'oggetto, confronta ogni oggetto con un "modello", che è memorizzato nella sua memoria, in base a diverse caratteristiche, ovvero evidenzia i contorni, la trama, il colore e altre caratteristiche. Come risultato di tutto ciò, avviene il "riconoscimento" dell'oggetto. Il passo successivo nel lavoro di un robot adattivo è di solito una sorta di azione con questo oggetto. Il robot deve avvicinarsi, afferrarlo e spostarlo in un altro posto, e non solo casualmente, ma in un certo modo. Per eseguire tutte queste complesse manipolazioni, la sola conoscenza dell'ambiente non è sufficiente: il robot deve controllare con precisione ogni suo movimento e, per così dire, "sentirsi" nello spazio. A tal fine, oltre a un sistema di sensori che riflette l'ambiente esterno, il robot adattivo è dotato di un complesso sistema di informazioni interne: i sensori interni trasmettono costantemente messaggi al computer sulla posizione di ciascun collegamento del manipolatore. Danno all'auto una "sensazione interiore". Come tali sensori interni, ad esempio, possono essere utilizzati potenziometri ad alta precisione.
Il potenziometro ad alta precisione è un dispositivo simile al noto reostato, ma con una maggiore precisione. In esso, il contatto rotante non salta di giro in giro, come quando si sposta l'impugnatura di un reostato convenzionale, ma segue le spire del filo stesso. Il potenziometro è montato all'interno del manipolatore, in modo che quando una maglia viene ruotata rispetto all'altra, anche il contatto mobile si sposti e, quindi, la resistenza del dispositivo cambia. Analizzando l'entità del suo cambiamento, il computer giudica la posizione di ciascuno dei collegamenti del manipolatore. La velocità di movimento del manipolatore è correlata alla velocità di rotazione del motore elettrico nell'azionamento. Avendo tutte queste informazioni, il computer può misurare la velocità del manipolatore e controllarne il movimento. In che modo il robot "pianifica" il suo comportamento? Non c'è nulla di soprannaturale in questa capacità: l'"intelligenza" della macchina dipende interamente dalla complessità del programma compilato per essa. La memoria del computer di un robot adattivo di solito contiene tanti programmi diversi quante possono verificarsi situazioni diverse. Finché la situazione non cambia, il robot funziona secondo il programma di base. Quando i sensori esterni informano il computer di un cambiamento nella situazione, lo analizza e seleziona il programma più appropriato per questa situazione. Avendo un programma generale di "comportamento", uno stock di programmi per ogni singola situazione, informazioni esterne sull'ambiente e informazioni interne sullo stato del manipolatore, il computer controlla tutte le azioni del robot. I primi modelli di robot adattivi sono apparsi quasi contemporaneamente ai robot industriali. Il prototipo per loro era un manipolatore a funzionamento automatico, sviluppato nel 1961 dall'ingegnere americano Ernst e successivamente chiamato "mano di Ernst". Questo manipolatore aveva un dispositivo di presa dotato di vari sensori: fotoelettrici, tattili e altri. Con l'aiuto di questi sensori, oltre al computer di controllo, ha trovato e preso oggetti posizionati casualmente che gli erano stati dati. Nel 1969 presso la Stanford University (USA) è stato creato un robot più complesso "Sheiki". Questa macchina aveva anche una visione tecnica, poteva riconoscere gli oggetti circostanti e azionarli secondo un determinato programma.
Il robot era azionato da due motori passo-passo azionati indipendentemente da ruote su ciascun lato del carrello. Nella parte superiore del robot, che poteva ruotare attorno ad un asse verticale, erano installati una telecamera e un telemetro ottico. Al centro c'era una centralina che distribuiva i comandi provenienti dal computer ai meccanismi e ai dispositivi che attuano le relative azioni. Lungo il perimetro sono stati installati sensori per ottenere informazioni sulla collisione del robot con gli ostacoli. "Sheiki" potrebbe spostarsi lungo il percorso più breve fino a un determinato punto della stanza, calcolando la traiettoria in modo tale da evitare una collisione (percepiva pareti, porte, porte). Il computer, per le sue grandi dimensioni, era separato dal robot. La comunicazione tra loro è stata effettuata via radio. Il robot poteva selezionare gli oggetti desiderati e spostarli "spingendo" (non aveva un manipolatore) nel posto giusto. Più tardi apparvero altri modelli. Ad esempio, nel 1977, Quasar Industries ha creato un robot in grado di spazzare pavimenti, spolverare mobili, azionare un aspirapolvere e rimuovere l'acqua versata sul pavimento. Nel 1982, Mitsubishi annunciò la creazione di un robot così abile da poter accendere una sigaretta e sollevare il ricevitore del telefono. Ma il più notevole è stato il robot americano creato nello stesso anno, che, usando le sue dita meccaniche, un occhio di macchina fotografica e un cervello di computer, ha risolto il cubo di Rubik in meno di quattro minuti. La produzione in serie di robot di seconda generazione iniziò alla fine degli anni '70. È particolarmente importante che possano essere utilizzati con successo nelle operazioni di assemblaggio (ad esempio, durante il montaggio di aspirapolvere, sveglie e altri semplici elettrodomestici): questo tipo di lavoro è stato finora difficile da automatizzare. I robot adattivi sono diventati una parte importante di molte industrie automatizzate flessibili (che si adattano rapidamente al rilascio di nuovi prodotti). La terza generazione di robot - robot con intelligenza artificiale - è ancora in fase di progettazione. Il loro scopo principale è un comportamento mirato in un ambiente complesso e mal organizzato, inoltre, in tali condizioni in cui è impossibile prevedere tutte le opzioni per modificarlo. Dopo aver ricevuto alcuni compiti generali, un tale robot dovrà sviluppare esso stesso un programma per la sua implementazione per ogni situazione specifica (ricordiamo che un robot adattivo può scegliere solo uno dei programmi proposti). Nel caso in cui l'operazione fallisca, il robot AI sarà in grado di analizzare l'errore, compilare un nuovo programma e riprovare. Autore: Ryzhov KV
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