Развитие современной робототехники
Не смотря на то, что отрасль, которую мы классифицируем как робототехнику, показалась всего пара десятилетий назад, исследования того, что мы именуем робототехникой, шли уже давно по линии работы над ИИ (ИИ), вычислительной техникой управления, механическими и электрическими устройствами.
Робототехника — в высшей степени многодисциплинарный предмет, основанный на знаниях в области вычислительной техники, механики, электроники, математики, гидравлической техники, металлургии, совокупностей управления, физиологии, промышленной социологии и т. д. Не смотря на то, что главный акцент на данный момент делается на разработку робототехники для индустрии, это далеко не единственное вероятное направление развития робототехнических устройств.
Тогда как автоматы, каковые, двигаясь подобно людям либо животным, предвосхитили появление современных роботов, показались кроме этого и совокупности, каковые нельзя назвать роботами, но каковые однако действовали подобно им. Первые механические счётные автомобили были созданы в XVII в. позднее Лейбницем и Паскалем, а скоро была реализована концепция программируемой автомобили в 20-х годах XVIII в., на базе ее во Франции были созданы особенные ткацкие станки, в которых подъем нужных нитей для воспроизведения требуемых сложных картинок ткани управлялся комплектом перфокарт, усовершенствованных Жаккардом в 1801 г.
В 1823 г. Чарльз Бэбидж создал механическую «разностную машину» для автоматического вычисления таблиц навигации, астрономии и страхования. Эта первая модель годилась только чтобы делать такие таблицы, и не имела возможности функционировать как универсальный калькулятор.
Проекты более сложного механического компьютера, что Бэбидж назвал «вычислительной машиной», разрешили бы осуществлять программирование требуемой задачи при помощи перфокарт, аналогичных тем, что употреблялись в ткацких станках Жаккарда. К сожалению, концептуальный подход Бэ-биджа был верным (что подтвердилось потом), достижимая в его время точность механообработки подробностей была не хватает высокой, дабы сконструировать надежно трудящиеся автомобили.
В Соединенных Штатах в 1873 г. К- М. Спенсер выстроил первый токарный автомат для того чтобы, шестерён и гаек, автома« тически управляемый посредством копиров, установленных на двух вращающихся барабанах, каковые он назвал «умными колесами». Один барабан с копирами осуществлял перемещения заготовки, второй — руководил последовательностью операций резания. Приблизительно одновременно с этим в Англии Джеймс Клерк Максвелл обрисовал воздействие шарового регулятора, использовавшегося для регулирования паровых автомобилей.
Он был одним из первых, кто совершил систематическое изучение принципа об« ратной связи, являющегося сейчас базой регулирования и автоматического управления.
В 1890 г. врач Герман Холлеринт, трудившийся статистиком американского бюро по переписи населения, применил перфокарты для записи нужных данных каждого лица, что разрешило автоматизировать обработку данных. В 1930 г. был сконструирован первый аналоговый компьютер, а потребности, появившиеся на протяжении второй мировой, ускорили создание математических баз управления с обратной связью для скоростной наводки артиллерийских орудий с применением радарного слежения. В 1944 г. компания «ИБМ» создала первый непроизвольный цифровой компьютер. Имея 750 тыс. миль и 50 деталей проводов, компьютер складывал два числа за одну треть секунды, деление же занимало 10 с.
В армейский период были запатентованы программируемые автомобили для покраски способом распыления. Пришло время для объединения производственных возможностей механических совокупностей, талантливых физически манипулировать объектами, и электронного компьютера, владеющего свойством руководить и нужной гибкостью. Считалось, что первый таковой компьютер был создан в Пенсильванском университете в 1946 г. «ЭНИ-АК» и складывался из 18 тыс. электронных ламп и занимал площадь 1700 квадратных ярдов.
Но британский эквивалент был создан в Блейтчли парк, Букингэмшир, и трудился уже в 1944 г., в то время, когда был удачно применен для расшифровки германского кода «Энигма».
В 1948 г. Норберт Винер издал книгу «Кибернетика, либо связь и управление в машине и животном» и тем самым начал новоеобратной теории связи и направлению управления, которое с того времени именуется кибернетика — наименование, использованное Ампером за сто лет до этого и выведенное из того же слова, что и «регулятор», изучение которого кроме этого начало целоенаправлению. В тот же период В. Грей Вальтер демонстрировал мелкую подвижную «черепаху», в которой механический контакт использовался для поиска пути между объектами направления к свету и возвращения к подзаряжающим устройствам.
В 1948 г. британцы выстроили в Манчестерском университете первый компьютер, что запоминал программу руководств. В том же 1948 г. был создан транзистор. Малые размеры, низкая потребность в энергии и высокая надежность уготовили транзистору судьбу совершить революционный переворот в вычислительной технике.
До того времени кроме того при отсутствии ограничений и неограниченных затратах на размеры было бы нереально создать замечательный компьютер, хотя бы лишь вследствие того что электронные лампы были очень ненадежны. В 1950 г. британская компания «Ферранти» изгото-нЛа «Марк I стар», что, возможно, первенствовалв В.ире коммерчески дешёвым компьютером. В первую очередь 50-х годов электронные компьютеры непрерывно развивались за счет усовершенствования запоминающих общей конструкции и устройств совокупности.
В 1951 г. было запатентовано универсальное цифровое запоминающее устройство для автоматического управления станками.
В 1954 г. Джордж Дивол запатентовал конструкцию, которая считается первым промышленным роботом. Конструкция складывалась из универсального манипулятора с автоматическим запоминающим позиционной системой и устройством управления. Два года спустя Дивол в Соединенных Штатах встретился с Джозефом Энгельбергером, трудившимся космическим инженером, и они решили заняться конструированием эластичных автомобилей для заводской автоматизации.
В 1958 г. робот конструкции Дивола был создан. Позднее Дивол передал первые патенты компании «Кондек», потом выросшей в «Юни-мейшн», которую возглавил Энгельбергер. В 1972 г. «Юнимейшн» стала первой компанией по производству роботов.
Летом 1956 г. термин ИИ (ИИ) стал популярным благодаря Джону Маккарти (основавшему две ведущие в мире лаборатории в области ИИ). В 1957 г. корпорация «Плэнет Корпорейшн» (США) создала устройство, действовавшее по принципу «забрать-положить» и которое возможно было «программировать» при помощи штифтовых панелей. В это время в Соединенных Штатах насчитывалось менее 2 тыс. компьютеров, в Западной Европе—140. В начале 60-х годов роботы первого поколения были запатентованы, а первая промышленная установка была создана Энгельбергером и Диволом в 1961 г.
Первый робот для разгрузки литейных автомобилей был применен на автомобильном заводе компании «General Motors», Нью Джерси. Он был весьма похож на собственных современных потомков. направляться подчернуть, что механические прообразы робота были созданы раньше. Широкое внедрение роботов задерживало отсутствие управляющего устройства (контроллера).
Это разъясняется тем, что компьютеры были тогда еще через чур громоздки и дороги чтобы их возможно было применить к робота м: в Соединенных Штатах, к примеру, их насчитывалось 1 тыс, В Западной Европе — 1500.
В середине 60-х годов роботы взяли свойство переходить к одной из нескольких записанных программ в зависимости от внешних условий и были созданы контурные совокупности управления. Приблизительно одновременно с этим изучениями по робототехнике стали заниматься в Массачусетсском технологическом университете (МТИ), в Стенфордском исследовательском университете (СИИ) и Эдинбургском университете, а в конце 60-х — начале 70-х годов СИИ создал мобильный робот модели «Шейки», оснащенный телевизионной камерой, детектором и дальномером ударов, что разрешило роботу делать поиск пути около препятствий.
Первые роботы не смотря на то, что и включали запоминающие устройства, однако складывались из электронных логических компонентов, каковые были жестко связаны между собой так, что разрешали при помощи электроники делать определенный комплект задач, действенно копировавший функции устройств твёрдой автоматизации. В 1968 г. в МТИ соединили робот с универсальным компьютером «РДР-6». Так появился первый эластичный робот.
В 1974 г. компания «Цинциннати милэкрон» создала первый коммерческий дешёвый робот «ТЗ», управляемый мини-компьютером. Такие перепрограммкруемые роботы с программным обеспечением были действеннее, чем автомобили со специальными электронными схемами, они имели возможность трудиться в нескольких совокупностях координат, реагировать на сигналы датчиков и применять сложные способы обучения.
Исследования робототехники, не смотря на то, что и не всегда поддерживаемые надлежащим образом, в течение 70-х годов стали прибыльными.
Но в 1973 г. Джеймс Лайтхил представил в Совет по научным изучениям (что финансирует большая часть университетских изучений в Англии) доклад о бесперспективности изучений по ИИ. Это заключение практически сходу повлекло за собой уменьшение финансирования изучений. Не смотря на то, что изучениями в области ИИ занимались не только эксперты по робототехнике, без сомнений, доклад Лайтхила снизил шансы Англии вывести в 70-х годах робототехнику на всемирный уровень.
В Соединенных Штатах Вик Шейнман создал для роботов манипуляторы (руки) маленьких размеров сперва в Стенку-форде, а после этого в МТИ. По окончании образования компании «Викарм» для осуществления собственных проектов он пере-„ ! I их компании «Юнимейшн», которая приступила к разработке руки для робота «ПУМА» (один из первых коммерческих сборочных роботов). В Стенфорде в 1973 г. была создана первая интегрированная с компьютером роботизированная сборочная установка для сборки десятикомпонентного водяного насоса.
В 1976 г. «Дрейпер Лэбс» создала устройство, действовавшее как плавающее незакрепленное запястье для захвата изделий на протяжении сборки с учетом погрешностей их размещения. Это было в тот же год, в то время, когда капсула-робот, установленная на межпланетной станции «Викинг 1», выстроенной НАС А, приземлилась на Марсе.
Не считая случайных разработок в механике роботов, прогресс в области робототехники достигался по большей части за счет развития вычислительной техники. С середины 60-х годов плотность памяти компьютеров каждый год фактически удваивалась и снабжала мощность за десять лет в тысячу раз, за двадцать лет — в миллион раза больше.
Разработка в конце 60-х годов громадных интегральных схем (БИС) с размещенными на кристалле кремния тысячами элементов разрешила достигнуть неосуществимой ранее вычислительной мощности за дешёвую цену. Так со времени электроламповой эры началась эра уже третьего поколения компьютеров.
Однако направляться подчернуть, что несложная миниатюризация электроники не делает ее машинально дешевле. Изготовление первой интегральной схемы по какому-либо конкретному проекту немыслимо дорогое дело. Лишь благодаря необыкновенной функциональной гибкости и огромной потенциальной применимости чипов их возможно реализовывать миллионами однообразных экземпляров (распределяя так громадную цена разработок и исследований на громадный количество выпуска).
Компьютерные языки смогли стать с внутренней стороны существенно сложнее, так, дабы с внешней стороны они были несложнее для пользователя-неспециалиста. Сложные совокупности распознавания образов разрешили создать .неестественное зрение с ограниченными возможностями по крайней мере в лабораторных условиях.
В на-чале 80-х годов началась важная работа по созданию роботов второго поколения, каковые владели бы достаточно; вычислительной мощностью и были способны изменять собственный поведение в соответствии с информации датчиков об окружающей среде, к примеру делать сложные операции, такие, как сборка и дуговая сварка. Это требует применения компьютеров на очень больших интегральных схемах (СБИС) с чипами, память каждого из которых способна вмещать сотни и десятки тысяч бит информации. количество и Сложность обоюдных соединений на таких чипах потрясающи: больше, чем улиц на карте мнимого города, расположенного на всей территории США.
Всемирный финансовый кризис, в условиях которого появилась необходимость повышать производительность труда, стал причиной повышенного интереса к применению роботов в индустрии. Были начаты изучения, цель которых пребывала в выяснении, как лучше использовать роботы, при каких условиях они экономически действенны и как проектировать и руководить внедрением робототехники.
