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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
로봇. 발명과 생산의 역사
로봇은 살아있는 유기체의 원리에 따라 만들어진 자동 장치입니다. 미리 결정된 프로그램에 따라 작동하고 센서(생물체의 감각 기관 유사체)로부터 외부 세계에 대한 정보를 수신하는 로봇은 일반적으로 인간(또는 동물)이 수행하는 생산 및 기타 작업을 독립적으로 수행합니다. 이 경우 로봇은 작업자와 연결하거나(그로부터 명령을 받음) 자율적으로 작동할 수 있습니다.
로봇은 인간 손의 기계적 유사체인 조작기와 이 조작기를 위한 제어 시스템이 있는 자동 장치입니다. 이 두 구성 요소는 매우 단순한 것부터 매우 복잡한 것까지 서로 다른 구조를 가질 수 있습니다. 인간의 손이 관절로 연결된 뼈로 구성되어 있고 인간의 손과 같은 잡기로 끝나는 것처럼 조작기는 일반적으로 관절 링크로 구성됩니다.
조작기의 링크는 서로에 대해 움직일 수 있으며 회전 및 병진 운동을 수행할 수 있습니다. 때로는 그리퍼 대신 조작기의 마지막 링크가 드릴, 렌치, 페인트 분무기 또는 용접 토치와 같은 일종의 작업 도구입니다. 조작기 링크의 움직임은 인간 손의 근육과 유사한 소위 드라이브에 의해 제공됩니다. 일반적으로 전기 모터가 그대로 사용됩니다. 그런 다음 드라이브에는 기어 박스 (엔진의 회전 수를 줄이고 토크를 높이는 기어 시스템)와 전기 모터의 회전 속도를 조절하는 전기 제어 회로도 포함됩니다.
전기 외에도 유압 드라이브가 자주 사용됩니다. 그 동작은 매우 간단합니다. 피스톤 1가있는 실린더 2에서 막대를 통해 매니퓰레이터 3에 연결된 유체가 압력을 받아 피스톤을 한 방향 또는 다른 방향으로 이동시키고 로봇의 "손" . 이 움직임의 방향은 실린더의 어느 부분(피스톤 위 또는 아래 공간)에 액체가 순간에 들어가는지에 따라 결정됩니다. 유압 드라이브는 매니퓰레이터와 회전 운동을 알릴 수 있습니다. 공압 드라이브는 동일한 방식으로 작동하며 액체 대신 공기만 사용됩니다. 이것은 일반적으로 조작기의 장치입니다. 특정 로봇이 해결할 수 있는 작업의 복잡성은 제어 장치의 복잡성과 완성도에 크게 좌우됩니다. 일반적으로 산업용 로봇, 적응형 로봇, 인공 지능 로봇의 XNUMX세대 로봇에 대해 이야기하는 것이 일반적입니다. 간단한 산업용 로봇의 최초 샘플은 1962년 미국에서 만들어졌습니다. 이들은 AMF Versatran의 Versatran과 Union Incorporated의 Unimate였습니다. 이 로봇과 그 뒤를 잇는 로봇은 작동 중에 변경되지 않는 엄격한 프로그램에 따라 작동하며 환경의 변경되지 않은 상태에서 간단한 작업을 자동화하도록 설계되었습니다.
예를 들어, "프로그래밍 가능한 드럼"은 이러한 로봇의 제어 장치 역할을 할 수 있습니다. 그는 다음과 같이 행동했습니다. 전기 모터로 회전하는 실린더에는 조작기 드라이브용 접점이 있었고 드럼 주위에는 접촉할 때 접점을 닫는 전도성 금속판이 있었습니다. 접점의 위치는 드럼이 회전할 때 조작기 드라이브가 적시에 켜지고 로봇이 원하는 순서로 프로그래밍된 작업을 수행하기 시작하는 위치였습니다. 같은 방법으로 펀치 카드나 자기 테이프를 사용하여 제어할 수 있습니다. 분명히 환경의 가장 작은 변화, 기술 과정의 가장 작은 실패조차도 그러한 로봇의 행동을 위반하게 됩니다. 그러나 그들은 또한 상당한 이점을 가지고 있습니다. 저렴하고 간단하며 쉽게 재 프로그래밍 할 수 있으며 단조로운 작업을 수행 할 때 사람을 대체 할 수 있습니다. 이러한 유형의 작업에서 로봇이 처음 사용되었습니다. 그들은 단순한 기술적 반복 작업에 잘 대처했습니다. 그들은 스폿 및 아크 용접, 로드 및 언로드, 서비스 프레스 및 다이를 수행했습니다. 예를 들어 Unimate 로봇은 승용차 차체의 저항 스폿 용접을 자동화하도록 설계되었으며 SMART 로봇은 승용차에 바퀴를 설치했습니다. 그러나 XNUMX세대 로봇의 자율(인간 개입 없이) 기능은 근본적으로 불가능하여 생산에 널리 도입되기가 매우 어려웠습니다. 과학자와 엔지니어는 이러한 단점을 제거하기 위해 지속적으로 노력했습니다. 그들의 노력의 결과로 훨씬 더 복잡한 XNUMX세대 적응 로봇이 탄생했습니다. 이 로봇의 특징은 환경에 따라 행동을 바꿀 수 있다는 것입니다. 따라서 조작된 개체의 매개변수(각도 방향 또는 위치)와 환경(예: 조작자의 경로에 일부 장애물이 나타날 때)을 변경할 때 이 로봇은 그에 따라 동작을 설계할 수 있습니다. 변화하는 환경에서 작업하는 로봇은 이에 대한 정보를 지속적으로 수신해야 합니다. 그렇지 않으면 주변 공간을 탐색할 수 없습니다. 이와 관련하여 적응형 로봇은 1세대 로봇보다 훨씬 복잡한 제어 시스템을 가지고 있습니다. 이 시스템은 두 가지 하위 시스템으로 나뉩니다. 2) 감각(또는 감지) - 외부 환경 및 로봇의 다양한 부분 공간에서의 위치에 대한 정보를 수집하는 장치를 포함합니다. XNUMX) 이 정보를 분석하고 주어진 프로그램과 로봇의 움직임을 제어하는 컴퓨터. 감각 장치에는 촉각 터치 센서, 측광 센서, 초음파 센서, 위치 센서 및 다양한 비전 시스템이 포함됩니다. 후자가 특히 중요합니다. 기술 비전(실제로 로봇의 "눈")의 주요 임무는 환경 물체의 이미지를 컴퓨터가 이해할 수 있는 전기 신호로 변환하는 것입니다. 기술 비전 시스템의 일반적인 원칙은 작업 공간에 대한 정보가 텔레비전 카메라를 통해 컴퓨터로 전송된다는 것입니다. 컴퓨터는 그것을 메모리의 "모델"과 비교하고 상황에 적합한 프로그램을 선택합니다. 그 과정에서 적응형 로봇을 구축할 때의 핵심 과제 중 하나는 기계가 패턴을 인식하도록 가르치는 것이었습니다. 많은 개체 중에서 로봇은 어떤 작업을 수행하는 데 필요한 개체를 선택해야 합니다. 즉, 사물의 특징을 구별하고 이러한 특징에 따라 사물을 분류할 수 있어야 합니다. 이것은 로봇이 원하는 물체의 이미지 프로토타입을 메모리에 가지고 있고 시야에 들어오는 이미지와 비교하기 때문입니다. 일반적으로 원하는 물체를 "인식"하는 작업은 몇 가지 간단한 작업으로 나뉩니다. 로봇은 시선의 방향을 변경하여 환경에서 원하는 물체를 검색하고, 관찰 대상까지의 거리를 측정하고, 민감한 비디오를 자동으로 조정합니다. 센서는 물체의 조명에 따라 각 물체를 메모리에 저장된 "모델"과 비교하여 여러 기준, 즉 윤곽, 질감, 색상 및 기타 기능을 강조 표시합니다. 이 모든 결과로 대상에 대한 "인식"이 발생합니다. 적응 로봇 작업의 다음 단계는 일반적으로 이 물체에 대한 일종의 행동입니다. 로봇은 무작위가 아니라 특정 방식으로 접근하여 잡고 다른 장소로 이동해야 합니다. 이러한 복잡한 조작을 모두 수행하려면 환경에 대한 지식만으로는 충분하지 않습니다. 로봇은 모든 움직임을 정확하게 제어해야 하며 말하자면 우주에서 스스로를 "느껴야" 합니다. 이를 위해 외부 환경을 반영하는 센서 시스템 외에도 적응형 로봇에는 복잡한 내부 정보 시스템이 장착되어 있습니다. 내부 센서는 매니퓰레이터의 각 링크 위치에 대한 메시지를 컴퓨터에 지속적으로 전송합니다. 그들은 일종의 "내적 느낌"을 차에 줍니다. 이러한 내부 센서로는 예를 들어 고정밀 전위차계를 사용할 수 있습니다.
고정밀 전위차계는 잘 알려진 가변 저항과 유사한 장치이지만 정확도가 더 높습니다. 그 안에서 회전 접점은 기존 가변 저항기의 핸들이 변위될 때처럼 회전에서 회전으로 점프하지 않고 와이어 자체의 회전을 따라 이동합니다. 전위차계는 조작기 내부에 장착되므로 한 링크가 다른 링크에 대해 회전하면 가동 접점도 이동하므로 장치의 저항이 변경됩니다. 그 변화의 크기를 분석하여 컴퓨터는 매니퓰레이터의 각 링크의 위치를 판단합니다. 조작기의 이동 속도는 드라이브에서 전기 모터의 회전 속도와 관련이 있습니다. 이 모든 정보를 가지고 컴퓨터는 조작기의 속도를 측정하고 그 움직임을 제어할 수 있습니다. 로봇은 어떻게 행동을 "계획"합니까? 이 능력에는 초자연적인 것이 없습니다. 기계의 "재치"는 전적으로 기계를 위해 컴파일된 프로그램의 복잡성에 달려 있습니다. 적응형 로봇의 컴퓨터 메모리에는 일반적으로 다양한 상황이 발생할 수 있는 만큼 다양한 프로그램이 포함되어 있습니다. 상황이 바뀌지 않는 한 로봇은 기본 프로그램에 따라 작동합니다. 외부 센서가 상황의 변화를 컴퓨터에 알려주면 이를 분석하여 상황에 더 적합한 프로그램을 선택합니다. "행동"의 일반 프로그램, 각 개별 상황에 대한 예비 프로그램, 환경에 대한 외부 정보 및 조작자의 상태에 대한 내부 정보를 가지고 있는 컴퓨터는 로봇의 모든 동작을 제어합니다. 적응형 로봇의 첫 번째 모델은 산업용 로봇과 거의 동시에 등장했습니다. 그들의 프로토타입은 1961년 미국 엔지니어 Ernst가 개발하고 나중에 "Ernst's hand"라고 불리는 자동 작동 조작기였습니다. 이 조작기에는 광전, 촉각 및 기타 다양한 센서가 장착된 그립 장치가 있습니다. 이 센서와 제어 컴퓨터의 도움으로 그는 무작위로 배치된 물건을 찾아서 가져갔습니다. 1969년 미국 스탠포드 대학에서 더 복잡한 로봇 "Sheiki"가 만들어졌습니다. 이 기계는 또한 기술적 비전을 가지고 있었고, 주변 물체를 인식하고 주어진 프로그램에 따라 그것들을 작동시킬 수 있었습니다.
로봇은 카트의 양쪽에 있는 바퀴에 의해 독립적으로 구동되는 XNUMX개의 스테퍼 모터로 구동되었습니다. 수직축을 중심으로 회전할 수 있는 로봇의 상부에는 텔레비전 카메라와 광학 거리계를 설치했다. 중앙에는 컴퓨터에서 오는 명령을 해당 작업을 구현하는 메커니즘 및 장치에 배포하는 제어 장치가 있었습니다. 로봇과 장애물의 충돌에 대한 정보를 얻기 위해 주변을 따라 센서를 설치했습니다. "Sheiki"는 충돌을 피하는 방식으로 궤적을 계산하면서(그는 벽, 문, 출입구를 감지) 최단 경로를 따라 방의 주어진 위치로 이동할 수 있었습니다. 컴퓨터는 크기 때문에 로봇과 분리되어 있었습니다. 그들 사이의 통신은 라디오로 수행되었습니다. 로봇은 원하는 항목을 선택하고 올바른 위치로 "밀어서"(조작기가 없음) 이동할 수 있습니다. 나중에 다른 모델이 등장했습니다. 예를 들어, 1977년 Quasar Industries는 바닥을 쓸고, 가구에 먼지를 털고, 진공 청소기를 작동하고, 바닥에 엎질러진 물을 제거하는 로봇을 만들었습니다. 1982년 Mitsubishi는 매우 민첩하여 담배에 불을 붙이고 수화기를 집는 로봇을 개발했다고 발표했습니다. 그러나 가장 놀라운 것은 같은 해에 만들어진 미국 로봇으로, 기계식 손가락, 눈 카메라, 뇌 컴퓨터를 사용하여 XNUMX분도 채 되지 않는 시간에 루빅스 큐브를 풀었습니다. 70세대 로봇의 양산은 XNUMX년대 후반에 시작되었습니다. 조립 작업(예: 진공 청소기, 알람 시계 및 기타 간단한 가전 제품을 조립할 때)에서 성공적으로 사용할 수 있다는 것이 특히 중요합니다. 이러한 유형의 작업은 지금까지 자동화하기 어려웠습니다. 적응형 로봇은 많은 유연한(신제품 출시에 빠르게 적응하는) 자동화 산업의 중요한 부분이 되었습니다. 인공 지능을 갖춘 로봇인 XNUMX세대 로봇은 아직 설계 중입니다. 그들의 주요 목적은 복잡하고 잘 조직되지 않은 환경에서 의도적으로 행동하는 것입니다. 또한 환경을 변경하기 위한 모든 옵션을 예측할 수 없는 상황에서 의도적으로 행동하는 것입니다. 일부 일반적인 작업을 받은 이러한 로봇은 각 특정 상황에 대한 구현을 위한 프로그램을 자체적으로 개발해야 합니다(적응형 로봇은 제안된 프로그램 중 하나만 선택할 수 있음을 기억하십시오). 작업이 실패할 경우 AI 로봇은 실패를 분석하고 새 프로그램을 컴파일하고 다시 시도할 수 있습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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