Что называют мышцами робота
Что называют мышцами робота
Тест на грамотность: Технарь вы или гуманитарий?
Пройдете ли вы тест на психопата?
Ваш словарный запас на высоком уровне, если наберете в нашем тесте хотя бы 8/11 — ТЕСТ
Тест на эрудицию: Ваш IQ высок, как Эверест, если вы сможете набрать 80%!
Угадайте воинские звания России по погонам
Хватит ли вам фоновых знаний, чтобы ответить на рандомные вопросы из разных областей?
Если вы наберете 11/12 в этом тесте на эрудицию, то такого начитанного и разностороннего человека еще поискать
Насколько уникальна ваша личность?
Сможем ли мы определить ваш пол, узнав, что вы ненавидите?
Большой тест на интеллект: узнай свой процент знаний
Вы невероятно умны, если смогли пройти этот тест на 10 из 10
Тест, который покажет, каким животным вы являетесь в душе.
Насколько у вас хорошая логика?
Насколько Ваш мозг пошлый?
Если в этом тесте вы наберете 13/13, то вам пора поступать в Гарвард
Сможем ли мы угадать ваш возраст, задав вам 5 вопросов?
Тест на сленг СССР, который вы завалите, если не жили в то время
Умеете ли вы готовить? Сложный кулинарный Блиц-тест ресторатора Ивана Шишкина
Сумеешь угадать фильм с одного кадра?
Только те, кто росли в СССР, смогут без труда ответить на все вопросы нашего теста
Подписывайтесь на наши странички! Обязательно делитесь с друзьями! Впереди много новых интересных тестов! Ежедневные добавления! Страницы: Яндекс Дзен, ВКонтакте, Одноклассники, Facebook
Популярные тесты
Тест на грамотность: Технарь вы или гуманитарий?
Пройдете ли вы тест на психопата?
Ваш словарный запас на высоком уровне, если наберете в нашем тесте хотя бы 8/11 — ТЕСТ
Тест на эрудицию: Ваш IQ высок, как Эверест, если вы сможете набрать 80%!
Угадайте воинские звания России по погонам
Хватит ли вам фоновых знаний, чтобы ответить на рандомные вопросы из разных областей?
Если вы наберете 11/12 в этом тесте на эрудицию, то такого начитанного и разностороннего человека еще поискать
Насколько уникальна ваша личность?
Сможем ли мы определить ваш пол, узнав, что вы ненавидите?
Большой тест на интеллект: узнай свой процент знаний
Вы невероятно умны, если смогли пройти этот тест на 10 из 10
Тест, который покажет, каким животным вы являетесь в душе.
Насколько у вас хорошая логика?
Насколько Ваш мозг пошлый?
Если в этом тесте вы наберете 13/13, то вам пора поступать в Гарвард
Сможем ли мы угадать ваш возраст, задав вам 5 вопросов?
Тест на сленг СССР, который вы завалите, если не жили в то время
Умеете ли вы готовить? Сложный кулинарный Блиц-тест ресторатора Ивана Шишкина
Сумеешь угадать фильм с одного кадра?
Только те, кто росли в СССР, смогут без труда ответить на все вопросы нашего теста
Преимущества
Можете встраивать тесты на Ваш сайт. Тест показывается нашем и других сайтах. Гибкие настройки результатов. Возможность поделиться тестом и результатами. Лавинообразный («вирусный») трафик на тест. Русскоязычная аудитория. Без рекламы!
Пользователям
Вам захотелось отдохнуть? Или просто приятно провести время? Выбирайте и проходите онлайн-тесты, делитесь результатом с друзьями. Проверьте, смогут они пройти также как Вы, или может лучше?
Внимание! Наши тесты не претендуют на достоверность – не стоит относиться к ним слишком серьезно!
Искусственные мышцы получились даже лучше обычных: в чем секрет?
Для разработки новых и продвинутых технологий срабатывания в мягкой робототехнике (направлении, нацеленном на конструирование роботов из совместимых мягких материалов, подобных тканям живых существ) нередко используются принципы биомиметики (биомимикрии). Эти принципы подразумевают имитацию движения мышц человека приводами машинных механизмов. Но, например, гидравлические и электрические двигатели довольно производительны, при этом жесткость не позволяет широко их использовать именно в робототехнике.
В университете Северной Аризоны (NAU) разработали искусственную мускулатуру с высокой эффективностью. Новая разработка на основе гидравлического привода обеспечивает более человекоподобные движения благодаря ее гибкости и способности адаптироваться и даже опережает человеческие мышцы по ряду характеристик.
Сами исследователи назвали новые приводы «каватаппи» из-за их схожести с одноименной разновидностью итальянской пасты, коротких рифленых спиралей с небольшим числом витков.
Гидравлический привод искусственных мышц изготовлен из недорогих полимерных трубок. Срабатывание происходит в результате воздействия на трубки: сначала они вытягиваются, что усиливает анизотропию их микроструктуры, а затем скручиваются и по спирали сматываются.
После вытягивания и скручивания гидравлическое или пневматическое давление внутри трубки приводит к локальному раскручиванию спиральной микроструктуры. Это раскручивание проявляется как сокращение шага спирали.
При наличии источника гидравлической или пневматической активации эти устройства могут существенно превосходить аналогичные технологии срабатывания с термической активацией в отношении ширины полосы срабатывания, эффективности, моделирования и управляемости, а также в практической реализации. Разработка способна генерировать больше энергии, поэтому хороша для робототехники.
Уже на начальном этапе разработчики продемонстрировали, что мускулатура каватаппи сокращается более чем на 50% от своей первоначальной длины, а эффективность механического сокращения составляет около 45%. Кроме того, искусственные мышцы каватаппи имеют максимальную удельную теплоту и мощность 0,38 кДж/кг и 1,42 кВт/кг соответственно. Это, в свою очередь, в 10 и 5 раз выше, чем у скелетной мускулатуры в теле человека. Дальнейшее развитие этой технологии, по мнению ученых, приведет к еще более высокой производительности.
Изначально скрученные полимерные трубки, лежащие в основе новой технологии, считались революционной идеей — приводы с ними были мощными, легкими и дешевыми. Но они были медленными и очень неэффективными, так как требовали нагрева и охлаждения. А их эффективность вообще составляла всего около 2%.
Мышцы каватаппи позволяют обойти эти недочеты, так как в разработке используется жидкость под давлением для приведения их в действие. И по этой причине есть все шансы, что технология будет широко использоваться в «мягкой» робототехнике, обычных роботизированных приводах (например, для шагающих роботов), а также в экзоскелетах.
Ученые создали новые синтетические мягкие мышцы для реалистичных роботов
Группа исследователей из Школы инженерии и прикладных наук Колумбийского университета разработала новый тип синтетических мягких мышц, производить которые можно с помощью технологии 3D-печати. Материал получился очень прочным и способен выдерживать вес в 1000 раз превосходящий его собственный, а предел его энергии упругой деформации (растяжения) в 15 раз выше в сравнении с тканями настоящих мышц.
Материал не требует использования внешнего источника для управления давлением, что часто встречается в других существующих решениях, которые полагаются на энергию пневматической или гидравлической инфляции (надува). Эти компоненты, как правило, занимают много места, что делает их неудобными в использовании при создании машин, где важна компактность и независимость.
Основой синтетических мышц служит силиконовый каучук, имеющий пористую структуру с заполнением этанолом. Материал приводится в работу с помощью электрического тока малой мощности, передаваемого по очень тонким проводам с высоким сопротивлением.
Синтетическая мышца перед и после приведения в действие
«Мы достигли определенного прогресса в создании цифрового мозга для роботов, но вот их тела по-прежнему остаются на примитивном уровне», — прокомментировал Ход Липсон, профессор механической инженерии, возглавляющий проект.
«Это большая часть общего пазла, и, как и в биологии, разработанные синтетические мышцы могут принимать и изменять форму тысячью различных способов. Мы начинаем преодолевать одно из последних препятствий, не позволявших создавать реалистичных роботов».
Новые синтетические мышцы могут принести большую пользу в сфере разработки и производства так называемых «мягких» роботов. За последние годы наблюдается огромный прогресс в создании машин, наделенных возможностью выполнять множество тонких поставленных задач. Тем не менее остается еще множество действий, выполнять которые твердые роботы не могут.
Действия, связанные с захватом объектов и манипуляцией ими, требуют наличия некоторого уровня ловкости и гибкости, обеспечить который нынешние технологии не в состоянии. Новые же материалы, подобные тому, о котором идет речь в данной статье, позволят создавать роботов, способных манипулировать мягкими и маленькими объектами, не нанося им каких-либо повреждений.
Машины, использующие подобные технологии, смогут обеспечивать надежную помощь человеку в работе в ситуациях, где требуются деликатные действия, например, в медицине. Вполне возможно, что подобные материалы начнут использоваться уже в протезах нового поколения, которые смогут обеспечить уровень контроля гораздо выше, чем обеспечивают нынешние протезы.
Сейчас же ученые из Колумбийского университета планируют усовершенствовать синтетические мышцы и заменить использующиеся провода высокого сопротивления на высокопроводящие материалы, чтобы увеличить скорость и эффективность отклика мышц.
Как устроены роботы?
Мы часто пишем о роботах. Их делают во всем мире. Иногда они совершенно не похожи на людей, иногда наоборот. Тем не менее многие из нас не имеют ни малейшего представления о том, как их делают, из чего, с какими проблемами сталкиваются инженеры и как их преодолеть. В этой статье мы подробно разберем, как устроены роботы и как они работают.
На самом базовом уровне люди состоят из пяти основных компонентов:
Конечно, у нас есть ряд нематериальных атрибутов вроде интеллекта и морали, но на чисто физическом уровне список выше включает это.
Роботы делаются из аналогичных компонентов. Обычный робот обладает подвижной физической структурой, электродвигателем определенного рода, системой сенсоров (датчиков, органов чувств), блоком питания и компьютерным «мозгом», который контролирует все эти элементы. По существу, роботы — это техногенные версии животной жизни. Это машины, которые копируют поведение людей и животных.
Джозеф Энгельбергер, пионер промышленной робототехники, однажды заметил: «Я не могу дать определение роботу, но я точно узнаю его, когда увижу». Если вы задумаетесь обо всех возможных машинах, которые люди называют роботами, вы поймете, что невозможно придумать всеобъемлющее определение. У каждого есть свое представление о том, что представляют собой роботы.
Все вышеперечисленное можно назвать роботами. Роботом, как правило, называется то, что люди считают роботом. Большинство робототехников (людей, которые делают роботов) использует более точное определение. Они указывают, что роботы обладают перепрограммируемым мозгом (компьютером), который движет тело.
Согласно этому определению, роботы отличаются от других подвижных машин вроде автомобилей, поскольку у них есть компьютерный элемент. У большинства новых автомобилей есть бортовой компьютер, но в него можно внести не так много нового. Вы управляете большинством элементов в автомобиле непосредственно при помощи механических устройств разного рода. Роботы отличаются от обычных компьютеров по своей физической природе — у обычных компьютеров нет физического тела, они могут существовать и без него.
Основы роботов
Колеса робота и поворотные суставные сегменты активизируются при помощи приводов разного рода. Некоторые роботы используют электродвигатели и соленоиды в качестве актуаторов (приводов); некоторые используют гидравлическую систему; некоторые — пневматическую систему (на основе сжатых газов). Роботы могут использовать все эти типы приводов.
Робот нуждается в источнике питания, чтобы управлять этими приводами. Большинство роботов либо оснащены батареей, либо работают от розетки. Гидравлическим роботам нужен насос для создания давления в гидравлической системе, а пневматическим роботам нужен воздушный компрессор или баллоны со сжатым воздухом.
Все приводы подключаются к электрической цепи. Цепь напрямую питает электродвигатели и соленоиды, что активизирует гидравлическую систему при помощи электрических клапанов. Клапаны направляют сжатую жидкость через машину. Для перемещения гидравлической ноги, например, оператор робота должен открыть клапан, ведущий от жидкостного насоса к поршневому цилиндру, закрепленному на ноге. Жидкость под давлением будет двигать поршень, толкая ногу вперед. Чтобы двигать конечностями в обоих направлениях, роботы используют поршни, которые могут толкаться в обе стороны.
Компьютер робота управляет всем, что подключено к цепи. Чтобы передвигать робота, компьютер активирует все необходимые двигатели и клапаны. Большинство роботов можно перепрограммировать, чтобы изменить поведение — достаточно просто ввести новую программу в компьютер.
Не у всех роботов есть система сенсоров, и лишь некоторые обладают способностью видеть, слышать, чувствовать запах или вкус. Самая распространенная способность робота — способность ходить и наблюдать за своим перемещением. Стандартная конструкция использует колеса с щелью в суставах робота. Светодиод на одной стороне колеса пускает луч света через щель, чтобы подсветить датчик света на другой стороне колеса. Когда робот движет определенным суставом, колесо с щелью крутится. Щель разбивает луч света по мере вращения колеса. Световой датчик считывает поведение светового луча и передает данные на компьютер. Компьютер точно может сказать, как вращается сустав в определенной модели. По тому же принципу работает компьютерная мышь.
Это основы робототехники. Робототехники могут комбинировать эти элементы в бесконечное число способов создания роботов неограниченной сложности.
Роботизированный манипулятор
Наиболее распространенный вид робота — это роботизированный манипулятор. Типичный манипулятор состоит из семи металлических сегментов, соединенных шестью суставами. Компьютер управляет роботом, вращая отдельные шаговые двигатели, подключенные к каждому суставу (некоторые крупные манипуляторы используют гидравлику или пневматику). В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели двигаются точными шажками. Это позволяет роботу перемещать руку очень точно, в точности повторяя одно и то же движение снова и снова. Робот использует датчики движения, чтобы убедиться, что совершает движения правильно.
Промышленный робот с шестью суставами напоминает человеческую руку — у него есть подобия плечу, локтю и запястью. Как правило, плечо установлено на неподвижной базовой структуре, а не на подвижном теле. У такого типа робота есть шесть степеней свободы, то есть он может поворачиваться в шести разных направлениях. Для сравнения, человеческая рука имеет семь степеней свободы.
Задача вашей руки — перемещаться с места на место. Аналогичным образом, задача манипулятора — перемещать концевой эффектор с места на место. Вы можете оснастить манипулятор разными концевыми эффекторами, предназначенными для конкретных задач. Один из распространенных эффекторов — упрощенная версия руки, которая может хватать и переносить разные объекты. Манипуляторы часто обладают встроенными датчиками давления, которые предписывают компьютеру, с какой силой захватывать конкретный объект. Это позволяет роботу не ломать все, что он хватает. Другие конечные эффекторы включают паяльные лампы, дрели и распылители порошка или краски.
Промышленные роботы предназначены для того, чтобы делать одни и те же вещи, в контролируемой среде, снова и снова. Например, робот может закручивать колпачки на тюбиках с зубной пастой. Чтобы научить робота делать это, программист описывает порядок движения, используя ручной контроллер. Робот записывает последовательность движений в память и делает это снова и снова, когда новый продукт поступает на конвейер.
Большинство промышленных роботов работает на конвейерах, собирая автомобили. Роботы делают это более эффективно, чем люди, поскольку более точны. Они всегда сверлят в одном и том же месте, затягивают болты с одной и той же силой, независимо от того, сколько часов проработали. Сборочные роботы также важны для компьютерной отрасли. Весьма сложно точно собрать крошечный микрочип силами человека.
Мобильные роботы
Первое препятствие заключается в том, чтобы дать роботу рабочую систему передвижения. Если робот будет двигаться только по гладкой земле, колеса или гусеницы будут лучшим вариантом. Колеса или гусеницы также могут работать на грубой земле, если будут достаточно большими. Но чаще всего робототехники задумываются о ногах, поскольку их легче адаптировать. Строительство роботов с ногами также помогает ученым понимать естественное движение — полезное упражнение для биологов.
Как правило, гидравлические или пневматические поршни перемещают ноги робота вперед и назад. Поршни крепятся к разным сегментам ног так же, как мышцы крепятся к разным костям. Но заставить все эти поршни работать должным образом — сложная задача. Когда вы были ребенком, ваш мозг пытался выяснить, как нужно точно двигать мышцами, чтобы стоять на двух ногах и не падать. Аналогичным образом, конструктор робота должен определить правильную комбинацию поршневых движений, участвующих в ходьбе и запрограммировать эту информацию в компьютер робота. Многие мобильные роботы оснащены встроенной системой баланса (набором гироскопов, например), которая подсказывает компьютеру, когда нужно исправить движение.
Прямохождение (ходьба на двух ногах) — довольно нестабильно, поэтому ему сложно научить роботов. Чтобы создать стабильного робота-ходока, конструкторы часто наблюдают за миром животных, особенно насекомых. Шестиногие насекомые обладают невероятно хорошим балансом и адаптируются к широкому набору местностей.
Некоторые мобильные роботы управляются дистанционно — человек говорит им, что делать и когда. Дистанционное управление может осуществляться с помощью провода, радио или инфракрасных сигналов. Роботы с удаленным управлением часто называются кукольными роботами, и они полезны для работы в опасных или труднодоступных условиях — например, в глубокой воде или в жерле вулкана. Некоторые роботы управляются дистанционно лишь отчасти. Например, оператор может отправить робота в определенное место, а обратно робот уже сам найдет дорогу.
Как видите, роботы чертовски похожи на нас.
Что называют мышцами робота
Робототехникой называется прикладная наука, которая занимается разработкой любых автоматизированных технических систем. Робототехника развивается, опираясь на такие дисциплины как механика, электроника, программирование. Следует знать, что выделяют промышленную и бытовую, строительную и авиационную робототехнику. А также есть экстремальная робототехника, делящаяся на космическую, подводную и военную категории. Слово «робототехника» первый раз появилось в печати, благодаря научно-фантастическому рассказу Айзека Азимова «Лжец», который был опубликован в 1941 году.
Термин «робототехника» основывается на слове «робот», который в 1920 году придумал научный фантаст, Нобелевский лауреат Карел Чапек для своей пьесы Р.У.Р.. Но надо заметить, что интерес к направлению, похожему на робототехнику, был замечен гораздо раньше появления терминов. Например, в «Илиаде» у Гефеста есть говорящие золотые служанки. Считается, что Архит Тарентский создал механического голубя ещё в 400 году до нашей эры.
Все роботы состоят из определенных компонентов. Например, приводы называют «мышцами» роботов. Сегодня самыми востребованными являются электрические двигатели в приводах, хотя используются и другие, работающие с помощью сжатого воздуха или химических веществ. Электрические двигатели бывают разных видов. Так, шаговые двигатели не могут вращаться свободно, как двигатели постоянного тока. Они выполняют повороты на определенный угол пошагово под управлением контроллера. Такие двигатели находят применение в станках с ЧПУ и многих роботах.
Альтернативой двигателям с постоянным током сегодня являются пьезодвигатели, их ещё называют ультразвуковыми двигателями. Их работа построена по своему принципу: пьезоэлектрические ножки вибрируют с огромной частотой. Этим они заставляют мотор двигаться по прямой или окружности. К преимуществам таких двигателей стоит отнести скорость, мощность, нанометрическое разрешение.
Составляющей роботов являются воздушные мышцы – мощное, хотя и простое устройство для обеспечения силы тяги. Накачанные сжатым воздухом мышцы могут сокращаться примерно на 40% своей длины. Этому способствует плетение, позволяющее быть мышцам короткими и толстыми или длинными и тонкими. Способ их работы схож с биологическими мышцами, поэтому их применяют в роботах со скелетом, аналогичных скелету и мышцам живых существ.
Используются в роботах электроактивные полимеры – вид пластмасс, способный изменять свою форму после электрической стимуляции. Они могут конструироваться так, что будут гнуться, сокращаться или растягиваться. Однако стоит сказать, что сегодня нет электоактивных полимеров, которые были бы пригодны для выпуска коммерческих роботов. Все они показывают низкую прочность и малую эффективность.
Одним из компонентов роботов являются эластичные нанотрубки. Это новая, перспективная экспериментальная технология, которая находится на стадии разработки. В нанотрубках нет дефектов, поэтому волокно может деформироваться очень эластично на несколько процентов. Для сравнения: 8-ми миллиметровым проводом из этого материала можно заменить человеческий бицепс. Именно компактность «мышц» может помочь роботам научиться превосходить человека в беге и пряжках.
Роботы различаются по способу перемещения. Самые распространенные – это гусеничные и четырехколесные роботы. Наряду с ними производятся роботы с одним или двумя колесами. Разные решения дают возможность упрощать конструкции роботов, использовать их в меньших пространствах. Роботы на двух колесах используют гироскоп. Он нужен для того, чтобы определить угол наклона корпуса робота, а также для выработки управляющего напряжения для приводов, что необходимо для удержания равновесия робота и совершения необходимых перемещений.
Одноколесные роботы в основном разработаны на идеях двухколесных машин. Для перемещения в качестве одного колеса можно использовать шар, который вращается несколькими приводами. Уже имеется несколько разработок подобных роботов, например, шароробот Rezero, созданный в Швейцарской высшей технической школе. К преимуществам одноколесных роботов стоит отнести вытянутую форму, которая позволяет им легче интегрироваться в человеческое окружение, чем роботам иных видов.
Для перемещения по каменистой местности, траве и другим неровным поверхностям создаются роботы на шести колесах, имеющие большее сцепление, чем их четырехколесные собратья. Ещё лучшим сцеплением обладают гусеницы, поэтому для использования по грубым поверхностям разрабатываются гусеничные роботы. Большинство современных боевых роботов тоже гусеничные.
Кроме всех перечисленных существуют шагающие роботы. «Научить шагать» робота – это сложная задача динамики. На сегодняшний день создано несколько роботов, способных перемещаться на двух ногах, но все-таки они не могут двигаться столь устойчиво, как человек. Есть много механизмов, которые перемещаются на нескольких конечностях. Они пользуются популярностью, так как являются более легкими в проектировании. Имеются гибридные варианты. В 1980-х годах был разработан прыгающий робот.
На современном этапе развития робототехники созданы устройства с разными способами перемещения. Например, змееподобные, летающие роботы (беспилотные летающие аппараты, современные самолеты), плавающие роботы. В роботах используются и другие способы передвижения, например подобные скатам, пингвинам, медузам.
Робототехнические системы по типу управления делятся на биотехнические, автоматические и интерактивные. Биотехнические системы бывают командными (рычажное и кнопочное управление звеньями робота), копирующими (повторение движения человек) и полуавтоматическими (управление рукояткой, то есть одним командным органом).
Автоматические системы делятся на программные, адаптивные (при решении типовых задач адаптируются под условия) и интеллектуальные. Интерактивные системы включают в себя автоматизированные, супервизорные (человек выполняет только целеуказательные функции), диалоговые виды. В развитии методов управления робототехническими системами большую роль играет развитие теории автоматического управления и технической кибернетики.