Что такое робот гуманоид
Хронология развития технологии: человекоподобные роботы Статьи редакции
Как менялись андроиды последние 500 лет.
Первый человекоподобный механизм разработал изобретатель Леонардо да Винчи. На каркас робота он надел броню и запрограммировал на имитацию человеческих движений: встать и присесть, двигать руками и шеей. Кроме того, робот обладал анатомически правильным строением челюсти.
Швейцарский часовщик Пьер Жаке-До, его сыновья Анри-Луи и Жан-Фредерик Лесшо сконструировали три кукольных автомата: музыканта, художника и писателя. Экспонаты хранятся в Женевском музее искусства и истории и до сих пор функционируют. Их считают одними из отдалённых предков современных компьютеров.
Ветеран Первой мировой войны капитан Уильям Ричардс и авиатехник Алан Реффел построили первого британского робота «Эрика». Его создали для открытия выставки Общества модельных инженеров в лондонском Королевском садоводческом зале. На мероприятии он поднялся, поклонился и дал четырёхминутную вступительную речь. Он управлялся двумя людьми, а голос получен в прямом эфире по радиосигналу.
Исаак Азимов сформулировал три закона робототехники в научной фантастике.
Норберт Винер сформулировал принципы кибернетики — основы практической робототехники.
В этом же году General Electric создала первого промышленного робота для работы на атомном реакторе. Его особенность — наличие обратной связи. Оператор наблюдал за перемещениями и чувствовал силу, которую развивал захват манипулятора для более точного управления механизмом.
Сербский инженер Миомир Вукобратович и его сотрудники в Институте автоматики и телесвязи имени Михаила Пупина построили антропоморфный экзоскелет на пневматическом приводе для помощи парализованным людям.
В Университете Васэда в Токио создали первого электронно управляемого человекоподобного антропоморфного робота Wabot-1. Он состоял из системы управления конечностями, зрением и речью. Он умел общаться с человеком на японском языке и измерять расстояние и направление к объектам, используя внешние рецепторы, искусственные уши, глаза и рот.
Также робот мог ходить, хватать и передвигать предметы руками с помощью тактильных датчиков. Устройство обладало интеллектом полуторагодовалого ребёнка.
Вукобратович совместно с коллегами из НИИ механики МГУ имени Михаила Ломоносова и Центрального государственного института ортопедии и травматологии сконструировали и протестировали первый активный экзоскелет с электромеханическими двигателями.
Университет Васэда представил второе поколение своего робота — Wabot-2. Он мог играть на пианино. Игра на музыкальном инструменты была настроена как интеллектуальная задача, которую приходилось выполнять роботу. Так как для выполнения этой задачи требуется человекоподобный интеллект и ловкость, разработку определили как специализированного робота, а не универсального, как Wabot-1.
Wabot-2 умеет разговаривать с человеком, читать обычную музыкальную партитуру и играть мелодии средней сложности на электронном органе. Также он может сопровождать человека, когда он слушает пение.
Японский конгломерат Hitachi разработал двуногого робота WHL-11. Он мог ходить по плоской поверхности со скоростью 10 секунд на каждый шаг и умел поворачиваться.
Honda разработала семь двуногих роботов, которые маркировались от E0 до E6. Разработка серии продолжилась до 1993 года. Это были экспериментальные роботы, которые превратились в серию P. Она, в свою очередь, была промежуточным этапом в создании робота Asimo и проекта Humanoid Robotics Project.
В Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории создали полномасштабного антропоморфного робота Мэнни. Он не умел ходить, но мог ползать и обладал искусственной дыхательной системой для имитации дыхания.
В Университете Васэда разработали робота Hadaly для изучения связи между человеком и роботом. Он состоит из трёх подсистем: голова-глаз, система голосового управления для прослушивания и выступлений на японском языке и подсистема правления движениями. В этом же году они представили двуногого ходового робота размером с человека Wabian.
Honda создала одного из самых известных в мире роботов — Asimo. Это многофункциональный помощник, который призван помочь людям с плохой мобильностью. Он умеет распознавать объекты, жесты, звуки и лица, позволяя взаимодействовать с людьми. Последнюю версию робота выпустили в 2014 году.
Человекоподобные роботы: история
Роботы уже давно стали частью нашей жизни, внешне они все больше похожи на людей, а их функционал с каждым днем расширяется до невероятных масштабов. А ведь само слово «робот» впервые прозвучало меньше века назад в пьесе «Россумские универсальные роботы» чешского писателя Карела Чапека.
Первые андроиды были огромными существами из стали, весившими более 120 кг и способными только двигать некоторыми конечностями благодаря электрическому управлению.
В 1928 году были выпущены сразу три человекоподобных робота. В США инженер Дж. Уэнсли создал Мистера Телевокса – своеобразный автоответчик, которому было придано схематическое сходство с человеком. Мистер Телевокс управлялся с помощью свистков и работал благодаря громкоговорителю и микрофону, расположенному рядом с телефоном. В том же году в Японии был разработан Естествоиспытатель – андроид, который при помощи электропривода мог двигать руками и ногами. А в английской деревне Гомшелл капитан Уильям Ричардс и инженер-механик Алан Реффел в это время сконструировали робота Эрика, на корпусе которого было написано «R.U.R» – название фабрики из пьесы Карела Чапека. Эрик умел двигать головой и руками, садиться и вставать на ноги. Но не мог ходить. Зато разговаривал и отвечал на вопросы. Впрочем, последняя его функция – лишь уловка инженера, который общался с изумленными зрителями с помощью радиоприемника. Вслед за Мистером Телевоксом, Естествоиспытателем и Эриком в разных странах велась работа над тем, чтобы снабдить больших железных «людей» все большим рядом функций.
Робот Электро и его пес Спарко
Все разработки в области роботов в первой половине ХХ века носили, скорее, развлекательный характер. Человекоподобные Мистер Телевокс или Электро с его собачкой были очень милы, но не могли принести ни доход своим создателям, ни практической пользы владельцам. В то же время, несмотря на «обаятельность» этих разработок, в середине ХХ века общественность была поглощена идеей, что роботы будущего будут опасны и смогут поработить человечество. Идеей, рожденной еще Карелом Чапеком.
Сдвиг в осмыслении передовых технологий произошел опять же благодаря искусству, а не науке. В 1942 году писатель Айзек Азимов задался вопросом: как нужно программировать роботов, чтобы они приносили людям только пользу? Фантаст попытался ответить на него в своих рассказах и создал знаменитые три закона робототехники. Этот труд оказался не менее значим для мира роботов, чем работа Норберта Винера, скорректировавшего термин «кибернетика» и наделившего его современным значением.
Во второй половине ХХ века мир робототехники сосредоточился на создании промышленных роботов. Они работали с радиоактивными материалами, транспортировали тяжелые грузы и были задействованы в других сложных для человека задачах. Именно на производстве робототехника сделала несколько огромных шагов на пути к современным технологиям еще до начала 2000-х – благодаря развитию системы сенсоров и языков программирования, использованию новых контроллеров и прочим дарам прогресса.
Так, в 1960-х был запатентован первый программируемый промышленный робот и только в 1970-х в Японии создали WABOT-1, первого антропоморфного робота, который мог ходить, общаться и поднимать предметы. Впрочем, его ходьбу нельзя было назвать свободной: дистанция была ограничена кабелем питания.
А человекоподобный робот это робот с формой тела, напоминающей тело человека. Дизайн может быть для функциональных целей, таких как взаимодействие с человеческими инструментами и средой, для экспериментальных целей, таких как изучение двуногое передвижение, или для других целей. В общем, у гуманоидных роботов есть туловище, голова, две руки и две ноги, хотя некоторые формы гуманоидных роботов могут моделировать только часть тела, например, от пояса вверх. У некоторых гуманоидных роботов также есть головы, имитирующие человеческие черты лица, такие как глаза и рот. Андроиды роботы-гуманоиды, внешне напоминающие людей.
Содержание
Было высказано предположение, что очень продвинутая робототехника облегчит улучшение обычных людей. Видеть трансгуманизм.
Помимо исследований, разрабатываются роботы-гуманоиды для выполнения человеческих задач, таких как личная помощь, с помощью которой они должны иметь возможность помогать больным и пожилым людям, а также выполнять грязную или опасную работу. Гуманоиды также подходят для некоторых процедурных профессий, таких как администраторы приемных и рабочие линии автомобильного производства. По сути, поскольку они могут использовать инструменты и управлять оборудованием и транспортными средствами, разработанными для человеческого облика, гуманоиды теоретически могут выполнять любую задачу, которую может выполнять человек, при условии, что у них есть надлежащие программного обеспечения. Однако сделать это сложно.
Они также становятся все более популярными как артисты. Например, Урсула, женщина-робот, поет, играет музыку, танцует и разговаривает со своей аудиторией в Universal Studios. В нескольких шоу тематических парков Диснея используются роботы-аниматроны, которые выглядят, двигаются и разговаривают почти как люди. Хотя эти роботы выглядят реалистично, у них нет познания или физической автономии. Различные гуманоидные роботы и их возможные применения в повседневной жизни представлены в независимом документальном фильме под названием Подключи и молись, выпущенный в 2010 году.
Гуманоидные роботы, особенно с искусственный интеллект алгоритмы, может быть полезно для будущих опасных и / или далеких исследование космоса миссии, без необходимости снова развернуться и вернуться к земной шар после завершения миссии.
Датчики
А датчик это устройство, которое измеряет некоторые атрибуты мира. Будучи одним из трех примитивов робототехники (помимо планирования и управления), зондирование играет важную роль в парадигмы роботов.
Датчики можно классифицировать по физическому процессу, с которым они работают, или по типу измерительной информации, которую они выдают на выходе. В данном случае был использован второй подход.
Проприоцептивный
Проприоцептивный датчики определяют положение, ориентацию и скорость тела и суставов гуманоида.
У людей отолиты и полукруглые каналы (во внутреннем ухе) используются для поддержания равновесия и ориентации. Кроме того, люди используют свои собственные проприоцептивные датчики (например, прикосновение, разгибание мышц, положение конечностей), чтобы помочь им ориентироваться. Гуманоидные роботы используют акселерометры для измерения ускорения, по которому можно вычислить скорость интегрированием; датчики наклона измерить наклон; датчики силы, расположенные в руках и ногах робота, для измерения силы контакта с окружающей средой; датчики положения, которые показывают фактическое положение робота (из которого скорость может быть вычислена путем деривации) или даже датчики скорости.
Экстероцептивный
Массивы тактели может использоваться для предоставления данных о том, что было затронуто. В Рука Тени использует массив из 34 тактелей, расположенных под его полиуретан кожа на каждом кончике пальца. [2] Тактильные датчики также предоставляют информацию о силах и крутящих моментах, передаваемых между роботом и другими объектами.
Зрение относится к обработке данных из любого режима, который использует электромагнитный спектр для создания изображения. В гуманоидных роботах он используется для распознавать объекты и определить их свойства. Датчики зрения работают почти так же, как глаза человека. Большинство гуманоидных роботов используют CCD камеры как датчики зрения.
Звуковые датчики позволяют роботам-гуманоидам слышать речь и звуки окружающей среды и действовать как уши человека. Микрофоны обычно используются для этой задачи.
Приводы
Гуманоидные роботы сконструированы таким образом, что они имитируют человеческое тело, поэтому они используют приводы, которые работают как мышцы и суставы, правда, с другой структурой. Чтобы достичь того же эффекта, что и движение человека, роботы-гуманоиды используют в основном поворотные приводы. Они могут быть как электрическими, так и пневматический, гидравлический, пьезоэлектрический или же ультразвуковой.
Гидравлические и электрические приводы ведут себя очень жестко, и их можно заставить действовать согласованным образом только за счет использования относительно сложных стратегий управления с обратной связью. В то время как приводы с электродвигателями без сердечника лучше подходят для работы с высокими скоростями и малой нагрузкой, гидравлические приводы хорошо работают при низких скоростях и высоких нагрузках.
Пьезоэлектрические приводы при подаче напряжения создают небольшое движение с высокой нагрузочной способностью. Их можно использовать для сверхточного позиционирования, а также для создания и управления высокими усилиями или давлениями в статических или динамических ситуациях.
Ультразвуковые приводы предназначены для создания движений порядка микрометра на ультразвуковых частотах (более 20 кГц). Они полезны для управления вибрацией, позиционирования и быстрого переключения.
Пневматические приводы работают на основе газ сжимаемость. Когда они надуваются, они расширяются вдоль оси, а когда они сдуваются, они сжимаются. Если один конец зафиксирован, другой будет двигаться линейно. траектория. Эти приводы предназначены для применений с низкой / средней нагрузкой. Между пневмоприводами находятся: цилиндры, мехи, пневматические двигатели, пневматические шаговые двигатели и пневматические искусственные мышцы.
Планирование и контроль
В планировании и управлении существенная разница между гуманоидами и другими видами роботов (например, промышленный единиц) заключается в том, что движение робота должно быть похоже на человеческое, с использованием движения на ногах, особенно двуногий походка. Идеальное планирование движений гуманоидов во время обычной ходьбы должно приводить к минимальному потреблению энергии, как это происходит в организме человека. По этой причине исследования на динамика и контроль таких структур становится все более важным.
Вопрос стабилизации шагающих двуногих роботов по поверхности имеет большое значение. Поддержание центра тяжести робота над центром зоны подшипника для обеспечения стабильной позиции может быть выбрано в качестве цели контроля. [3]
Для поддержания динамического баланса во время ходить, роботу нужна информация о контактной силе, ее текущем и желаемом движении. Решение этой проблемы основывается на основной концепции: Точка нулевого момента (ZMP).
Еще одна характеристика гуманоидных роботов заключается в том, что они перемещаются, собирают информацию (с помощью датчиков) в «реальном мире» и взаимодействуют с ним. Они не остаются на месте, как фабричные манипуляторы и другие роботы, работающие в сильно структурированной среде. Чтобы гуманоиды могли перемещаться в сложной среде, планирование и контроль должны быть сосредоточены на обнаружении самоуничтожения, планирование пути и избегание препятствий.
Роботы-гуманоиды пока не обладают некоторыми особенностями человеческого тела. Они включают конструкции с переменной гибкостью, которые обеспечивают безопасность (самого робота и людей) и избыточность движений, т. степени свободы и, следовательно, широкая доступность задач. Хотя эти характеристики желательны для человекоподобных роботов, они привнесут больше сложности и новых проблем в планирование и управление. Область контроля всего тела занимается этими вопросами и направлена на надлежащую координацию многочисленных степеней свободы, например одновременное выполнение нескольких задач управления с соблюдением заданного порядка приоритета. [4]
Хронология развития
