Роботика

Роботиката е наука која го проучува дизајнот, производството и продажбата на роботите. Роботиката бара огромно познавање од областите електроника, механика и програмирање, а истовремено уклучува и многу други научни области. Личностите кои се занимаваат со проучување на оваа област се нарекуваат роботичари. Во денешно време се почеста е употребата на роботите во сите полиња на секојдневниот живот, па поради тоа и роботиката бележи огромен развој.

Структурата на роботите е механичка и изгледот и принципот на работа е многу сличен со оној на човечкото тело. Тој главно се состои од извршни уреди (актуатори) кои ги заменуваат мускулите на човечкото тело и зглобови кои ги поврзуваат извршните уреди.

Потекло на поимот

Името роботика е добиено врз основа на зборот „робот“ кое го измислил и употребил чешкиот писател на научно-фантастични раскази Карел Чапек во 1920 во една од своите драми. Зборот робот потекнува од чешкиот збор робота во буквален превод значи „тешка работа“ или општо земено „самосработено“. Пред употребата на ова име имало слични идеи за вакви електронски машини кои ги нарекувале автомати или андроиди.

Составни делови на роботите

Извршни уреди

Изглед на една роботска нога придвижувана од воздушни мускули

Извршните уреди (актуатори) се „мускулите“ на роботот, односно деловите кои добиената енергија ја претвораат во движење. Моментално најчесто користени извршни уреди се електромотори кои користат електрична енергија и ја претвораат во движење но има и други методи кои користат други горива или пак компресиран воздух за создавање на движење.

Мотори: Моментално повеќето роботи користат електромотори, кои работаат на прост принцип. Добиената струја ги врти во една насока, доколку пак имаме обратна струја ќе ги врти во друга насока.
Чекорни мотори: Како што и укажува името овие мотори не се вртат постојано како обичните мотори, туку се вртат во чекори од по неколку аглови степени контролирани од некој управувач. Оваа особина ги прави полесни за контрола бидејќи во секое време можеме да го одредиме нивното движење без да употребуваме сензори.
Пиезо мотори: Овие мотори работаат на друг принцип за разлика од обичните мотори. Тие користат пиезо-електрични елементи за нивното праволиниско движење или ротирање.
Воздушни мускули: Воздушните мускули работаат на основа на компресиран воздух кој ги тера на нивно мускулите да се издолжуваат а со тоа вршат и придвижување. При соодветен притисок мускулите можат да се истегнат и до 40% од својата должина.
Електроактивни полимери: Електроактивните полимери се одредени видови на пластика кои си ја менуваат формата при електрични надразнувања. Се прават да се издолжуваат и собираат меѓутоа имаат слаба ефикасност.
Еластични наноцевки: Ова е сосема нова технологија која овозможува истегнување и собирање на материјалот со голем процент на заштеда на енергијата.

Работа со објектите

Роботска рака (ефектор со општа намена) држи светилка

Роботите коишто работаат со реални објекти мораат да имаат начин да манипулираат со тие објекти како фаќање, чувствување, менување или уништување на објектите. Ако дланките на роботите се ефектори, рамото претставува манипулатор. Повеќето манипулатори имаат лесно заменливи ефектори кои се менуваат во зависност од задачата што треба да ја извршат. Најчесто ефекторите се подлежни на следниве категории:

Механички грабач: се состои од два прста кои можат да се отворат и затворат, а со тоа да го зграбат и да го отпуштат предметот
Вакуумски пренесувач: за некои потешки елементи како на пр. шофершајбна на кола се користат вакви грабачи кои вакуумски се залепуваат за објектот го пренесуваат, па го отпуштаат.
Ефектори со општа намена: Некои од понапредните роботи имаат сопствени раце слични на човековите со кои можат да вршат огромен број на работи.

Начини на движење

Роботи на тркала

Погон за движење на робот на три тркала

Поради едноставност повеќето роботи на тркала се прават со четири тркала, меѓутоа има и случаи на роботи со 2 или едно тркало. Дури се направени и некои роботи кои се движат со топки.

Роботи што одат

Робот на Хонда со две нозе

Одењето е еден од најтешките процеси што треба да се реши кај роботите. Најмногу тоа е поради нерамниот терен и различните препреки што се јавуваат. Има верзии на роботи со две нозе што е прилично потешко за изработка, а почесто се користат роботите на четири нозе кои овозможуваат полесна рамнотежа на роботот.

Се користат повеќе различни теники за одење како на пример со потскокнување, со користење на точката на нулта гравитација и слично.

Роботи што летаат

Модерен патнички авион е типичен пример за летечки робот, со постојано надгледување од двајца пилоти. Автоматскиот пилот може да го вози авионот цело време вклучувајќи го и полетувањето и слетувањето.

Другите летечки авиони - роботи се и без човечко присуство. Многу вакви роботи се користат во воената индустрија носејќи најразлични проектили и успешно извршувајќи ги своите задачи со прецизност која не може да ја достигне човекот.

Роботи што лазат

Роботи со форма на змија

Направени се и роботи во форма на змија кои со лазење се движат во просторот. Имаат најразлична намена од извршување на тајни шпионски задачи, до пронаоѓање на луѓе во тешко пристапни и ризични места, срушени зграда па дури и во вода.

Комуникација со човекот

Ако замислениот идеален робот е оној робот што беспрекорно ги извршува сите домашни задачи (т.е. домашен робот), тогаш начинот на комуникација со обичниот човек е една од најбитните работи. Обичниот човек нема познавање во наредбите на роботот па начинот на комуникација со роботот мора да се одвива преку зборување, гестови и изрази на лицето. Од сите начини зборувањето е најидеален начин за комуникација помеѓу човекот и роботот.

Препознавање на говор: Препознавање и обработка на постојаниот говор што доаѓа од страна на човекот е прилично тешка задача за еден компјутер, пред сè поради различните акценти и гласови. Истиот збор изговорен во различни ситуации од истата личност може да звучи поинаку во зависност од смислата во реченицата, од ситуацијата, од гласовните можност на говорникот и слично. Меѓутоа доста се работи на ова поле и моментално постои технологија што препознава до 160 зборови во минута со прецизност од 95%. Ова е поле на секојдневно истражување па сигурно ќе следуваат огромни напредувања.
Гестови: Препознавањето на гестовите од човекот е уште една област каде што се истражува. Многу работи во природата дури и меѓу комуникацијата меѓу луѓето не можат да се опишат со зборови па се опишуваат со гестови или се покажуваат некои чувства. Развиени се добри системи за препознавање на гестовите кои се разбира ќе се подобруваат во иднина.
Изрази на лицето: Читањето на изразите од лицето и нивен соодветен одговор е уште една од особините која што треба да ја поседува добар робот. Од лицето на домаќинот роботот треба да ги прочита неговите чувства па да следи и соодветен одговор или реакција.

Отсекогаш кај роботите идеја било да им се даде нивна персоналност, односно секој робот да се разликува од останатите. Се работи на тоа поле во вештачката интелегенција, меѓутоа прилично е комплицирано машините да ги направиш да размислуваат.

Контрола

За успешно да ги извршува зададените задачи роботот мора да биде контролиран. Контролата на роботот се состои од три фази - восприемање, обработка и соодветно делување.

Восприемањето на роботот се врши преку сензори. Сензорите му даваат информации на роботот за средината во која се наоѓа.

Добиената информација мора да биде обработена па во зависност од неа да се одреди дејството што ќе го преземе роботот. Обработката може да биде просто а може да биде и комплексно. Кај случаите на просто обработување, обработувачот врз основа на сензорот дава директни наредби на извршниот уред, додека при сложените обработки има мешање на повеќе информации од различни сензори па според тоа и покомплицирано решение.

Големо внимание се посветува со помош на вештачката интелегенција роботот сам да изнаоѓа решенија дури и ако дадената ситуација не е предвидена во неговите наредби. Односно да се направат роботи коишто ќе учат од средината, па според тоа самостојно ќе донесуваат решенија.

По обработената информација останува уште извршните елементи да ја извршат соодветното дејство односно наредба зададена од обработувачот (мозокот) на роботот.

Динамика и кинематика

Проучувањето на движењето на роботот се дели на две гранки и тоа кинематика и динамика. Директната кинематика ја проучува положбата на ефекторите во просторот како и одредувањето на брзината и забрзувањето на ефекторите при познати позиции на зглобовите. Инверзната кинематика пак обратно при зададени вредности на ефекторите ја одредува позицијата на зголобовите.

Директната динамика ја одредува брзината со која треба да се движат зголобовите и самите патеки кога се познати сите сили кои дејствуваат врз процесот. Инверзната динамика ја пресметува потребната сила за да се направат зададените движења.

Образование

Роботиката е прилично нова и скапа наука. Поради овие фактори таа сѐ уште не е развиена во многу земји. Најмногу внимание на оваа наука му се посветува во САД и Јапонија каде огромен број на реномирани универзитети овозможуваат студии и катедри од оваа област. Исто така внимание на оваа област се посветува во Велика Британија, Индија, Мексико и во другите поразвиени земји.

Во нашата земја сѐ уште нема посебна студии од оваа област, иако во насоката по Компјутерско системско инжинерство и автоматика (КСИА) на ФЕИТ се изучуваат неколку предмети од оваа област.

Надворешни врски

„Сала на славните роботи“ - портал каде што се даваат гласови за најновите роботи и се одбира најдобриот од нив (англиски)
Новости и информации за роботи (англиски)
Оддел за роботика Архивирано на 2 февруари 2008 г. - Лабораторија за реактивен погон (НАСА) (англиски)
Основи на роботиката (англиски)