История становления мехатроники как науки

Национальный исследовательский Иркутский технический университет

Институт авиамашиностроения и транспорта

Кафедра оборудования и автоматизации машиностроения

Курс лекций

Основы мехатроники и робототехники

Разработал Суржик Виталий Витальевич - д.т.н., профессор, кафедры ОиАМ

Иркутск 2015

Лекция 1.

Раздел 1. Краткая история и современные задачи мехатроники

Современное промышленное производство настолько насыщено разнообразными автоматами, что порой возникает ощущение, что весь завод – это один гигантский робот. Сам термин «робот», как известно, ввел в обиход чешский писатель Карел Чапек в пьесе «Россумские Универсальные Роботы». «Робот» – это искусственный аналог живого мыслящего существа.

История становления мехатроники как науки

Что такое робот?

Во-первых, умственные способности, обучение, наличие памяти и логики.

Во-вторых, физические данные, включающие силу, скорость, надежность, стабильность основных характеристик.

В-третьих, универсальность выполнения различной работы, сложность выполнения движений, адаптируемость.

Именно в совпадении этих качеств и состоит антропоморфность робота (сходство с человеком).

В англоязычных странах непереводимое название роботов «KLuge» означает систему, состоящую из разнородных компонентов, например, насосная станция и ЭВМ или механическая рука и телекамера. Области использования роботов различны: от сиделки у постели больного до исследовательских работ на дне океана или на других планетах.

Идея о промышленном роботе зародилась в США в 50-ых годах. Фирма «Юнимейшен Инкорпорейтед» проанализировала человеческую деятельность по заводам фирм «Дженерал Моторс», «Форд» и др. Изучались расстояния, скорость, порядок перемещения рук рабочих, например, при сварке, штамповке, окраске, термообработке, литье и т.д., а также собирались данные о размерах и массе предметов, которыми манипулировали рабочие. Функции, форма и габариты первого робота «Юнимейт» копировали человека. Было исследовано много вариантов сервоуправления, чтобы он мог выполнять работу быстрее и в то же время мягко. Опытный образец появился в 1961 году, но отладка заняла пять лет.

Главное отличие робота от автомата в его гибкости и универсальности (быстроте переналадки на выполнение других операций). Так роботы могут при перенастройке и замене программного обеспечения утром штамповать детали, днем красить их, вечером грузить для отправки.

Робототехника настолько молодая наука, что термин «история» к ней вряд ли подходит. И тем не менее, стоит вспомнить о механических игрушках древности, названных андроидами. В 223-285 гг. до н.э. в Египте во дворце Прометея I в Александрии гостей встречал «железный слуга», который встречал и сопровождал гостей. У него была голова, руки, ноги, двигающиеся посредством механизма (внутри туловища опускался груз).

В ХШ веке Альберт фон Больштедт изобрел механического человека, выполняющего обязанности слуги. Он умел кланяться, открывать двери и выполнял некоторые поручения хозяина. Он мог произносить несколько приветственных слов. Был очень похож на человека и некоторые принимали его за порождение дьявола.

Весной 1774 года швейцарский часовщик Пьер- Жак Дро и его сын Анри представили механического писца, который макал гусиное перо в чернильницу, писал ровным почерком целые фразы, посыпал написанное песком и стряхивал бумагу. При этом он двигал головой и любовно оглядывал написанное.

Около 200 лет назад в Петербурге на Невском проспекте был открыт «Храм очарований или механический, физический и оптический кабинет». Там при входе гостей встречал механический швейцар, который как бы парил в воздухе и играл на валторне. Там были лающая автоматическая собака, петух хлопал крыльями и вскакивал на перекладину, кошка мяукала, змея шипела, механические слуги обслуживали гостей. Слуга-автомат разносил на подносе напитки.

В ХХ веке был создан робот-дежурный. Он следил за уровнем воды в небоскребе, включая и выключая насосы, принимал по телефону команды и отвечал на вопросы о состоянии систем. Это «Электрический человек» был сконструирован американским инженером Венсли и назван «телевоксом». От греческого Теле – далеко и Voks – голос. Телевокс представлял собой автоматическую телефонную станцию, где абонентами были электродвигатели, которые выполняли все действия. Это был первый робот с электрическим приводом.

Первый советский робот был создан школьником в 1936 году, управлялся по радио и выполнял десять команд. Он рекламировал новые товары, сообщая информацию и цены. Движения его губ были синхронны с произносимыми словами. Управляемый по радио робот двигал руками, показывал на товары указкой.

В 1970 г. В.В.Мацкевич с ребятами изготовил кибернетический робот с радиоуправлением на 27 команд. Световой локатор позволял обнаруживать и обходить препятствия. Им можно было управлять звуковыми командами с расстояния 8-10 метров. Звуки речи различались частотными полосовыми фильтрами. На выставке в Японии в 1970 г. на «Экспо-70» робот наградили дипломом.

Промышленный робот, согласно Госстандарта – это «перепрограммируемая автоматическая машина», применяемая в производственном процессе для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям человека, при перемещении предметов производства и (или) технологической оснастки.

Манипулятор – есть техническое устройство, предназначенное для воспроизведения некоторых рабочих функций рук человека. Манипулятор есть также исполнительный механизм промышленного робота, оснащенный приводом и рабочим органом. Способность воспроизводить движения, подобные движениям рук человека, достигается приданием манипулятору нескольких степеней свободы.

Числом степеней свободы механической системы называется число перемещений системы. С момента создания стационарных и подвижных роботов большое внимание уделяется их надежности. Чем шире функциональные возможности роботов, тем они менее надежны вследствие их большой сложности. Надежность роботов оценивается наработкой на отказ. При выходе из строя одного только робота из нескольких обслуживающих технологическую линию происходит останов всей этой линии.

Поиск по сайту: