5.4. Роботика

Увод

Роботи су аутоматизоване машине које подсећају на човека, обављају самостално мање или више сложене технолошке операције без или са врло мало контроле од стране човека, и машине без којих се не може замислити савремена машинска производња. Већина алатних машина данас се производе тако да је утицај човека на исправност њиховог рада сведена на најмању могућу меру, или је чак и нема. Многе велике фабрике имају читаве аутоматске линије у којима се велики број поступака обраде врши уз контролу неколицине људи, а највећи утицај се своди на допремање репроматеријала до појединих машина које од њега производе делове потпуно саме...

Реч "робот" је кованица пореклом из чешког језика (работник-радник). Ову реч, која се данас у целом свету користи као назив за све фабричке машине које раде саме, први је употребио чешки књижевник Карел Чапек и њом је називао машине из своје драме које изгледом подсећају на људе а које постоје да би човека мењале у разноразним пословима.

Данас се реч робот не примењује само на машине које имају људски изглед.

Машина која у целости подсећа на човека изгледом зове се андроид, и честа је тема научнофантастичних романа, а у свету се и праве такве машине, али више у циљу такмичења инжењере и конструктора.

Машине које се користе у индустрији, а које су у потуности аутоматизоване називају се аутомати, али су заправо и оне роботи, иако не подсећају ликом на човека.

Да би једна машина била приближна роботу она мора бити аутоматизована, односно мора сама обављати неке функције без икаквог утицаја човека.

Аутоматизована машина је она која аутоматски нешто регулише, односно има аутоматску регулацију. Принцип аутоматске регулације заснива се на принципу повратне спреге. Најобичније казанче у тоалету је аутомат, односно мали робот, јер има аутоматску регулацију нивоа воде у себи. Када пустимо воду казанче се пуни водом, а када се напуни оно заустави доток воде без икаквог утицаја са наше стране.

Данас велики број машина има велики степен ауторегулације многих параметара.

Један од првих облика аутоматске контроле био је Ватов парни регулатор (1788).

Ватов регулатор је аутоматски затварао вентиле за довод паре уколико је број одртаја парне машине био већи од жељеног-дозвољеног.

Следи изум бушених картица код механизованих разбоја за ткање који је употребљаван у ткачкој индустрији.

Први индустријски роботи коришћени су у фордовим фабрикама, а у другој половини двадесетог века следи велики развој роботике, посебно у Јапану.

Данас у свету постоје милиони робота који мењају људски рад у фабрикама, посебно на местима где постоје велики ризици за човека, или где човек никако и не може радити. Такође, тамо где је потребна велика и увек иста прецизност користе се роботи јер они се не замарају и не греше, а уколико је потребно, услед промене редних услова или неких параметара, роботи мењају и радни задатак.

На пример: велики је ризик за човека да отровним бојама и лаковима прска и фарба аутомобиле, па у већини фабрика на свету то раде роботи. Такође, шкољке аутомобила се спајају тачкастим заваривањем, увек на исти начин за одређени модел.

Пошто је човеку немогуће да функцију заваривања увек обави на истом месту и на исти начин, за тачкасто заваривање шкољки аутомобила користе се роботи.

На развој роботике највећи утицај имао је развој електронике и информатике-рачунара.

Код већине робота процес управљања и аутоматске регулације постиже се рачунарима, односно софтверима. Пресудан утицај на роботику је проналазак вештачке интелигенције, а он је подржан управо проналском рачунара.

Учећи о индустријским револуцијама научили смо да је прва револуција проналазак парне машине, друга проналазак ОТО и Дизел мотора, трећа проналазак електромотора, четврта проналазак рачунара и пета проналазак вештачке интелигенције и робота. Ми живимо у време пете индустријске револуције.

На развој роботике неки гледају сиво, или црно.

Милиони робота одузимају радна места људима, што јесте чињеница, а већина најпризнатијих писаца научне фантастике развој роботике сматрају погубним за човечанство, а ова тема је општепозната захваљујући филмовима по њиховим новелама "Ја - робот" ,"Сали",(Исак Асимов),"Одисеја у свемиру 2001"(Артур Кларк) итд. у којима се мање више предвиђа сукоб или рат машина са људима, а који људи по правилу губе.

Свакако је најтамнији представник оваквог погледа на роботику филм "Терминатор" у коме роботи будућности производе сами себе и раде на истребљењу људске расе.

У стварности и тренутно роботи повећавају квалитет и продуктивност производње и хуманизују људски рад, јер уместо људи раде на тешким и по људско здравље опасним или потпуно недоступним радним местима. Такође, користе се и у медицини, пољопривреди и другим гранама, па је без њих данас живот готово незамислив.

И учење са овог сајта било би немогуће без робота. Први рачунар је направљен одмах после другог светског рата за потребе војске САД и заузимао је простор од неколико хектара, а био је смештен у огромној хали. Тек последњих петнаестак година доступно је сваком да има свој лични рачунар, захваљујући развоју тзв. нано технологије и интегрисаних кола-чипова.

Чип је величине нокта а на њему се налази хиљаду пута више транзистора( неколико милиона) и других полупроводничких компоненти него у оној хали у којој је био смештен први компјутер. Човек није у стању да направи чип, да међусобно повезује и спаја компоненете које једва види и под највећим микроскопом, и све чипове праве роботи. Дакле, да нема робота, нико у свом дому не би имао рачунар, па нити би овај сајт могао да буде направљен од стране аутора нити би ученик могао са њега да учи.

Ако бисмо анализирали коренито предмете који нас окружују и које свакодневно користимо схватили би да већина њих не би ни постојала без робота. Волимо ли савремене аутомобиле, морамо да волимо и роботе. Волимо ли себе, и своје здравље, морамо волети и роботе, јер ако се озбиљније разболимо, одемо лекару, а у болници не постоји ни доплер, ни скенер, ни ултразвучни апарат, тешко да ће нам лекари поставити и тачну дијагнозу, а камоли да ћемо се излечити.

Без обзира на црне слутње поводом развоја роботике, у фабрикама широм света број робота се данас броји милионима и сигурно је да ће их временом бити све више и више.

Конструкција робота

Сваки робот има:

• механику, која омогућава кретање робота и његових делова

• конструктивно решење ( начин на који су повезани његови делови)

• погон ( мотор, извор енергије који га покреће)

• управљање (програм на основу којег се регулише кретање робота и његових делова)

Механика робота

Роботи се састоје из машинских елемената, механизама и кинематских парова.Најчешће примењивани кинематски парови код робота су цилиндрични зглоб, који омогућава ротацију, и клизно лежиште, које омогућава транслацију. Кретање робота описује се степеном слободе кретања. Роботи се најчешће конструишу са три степена слободе кретања.

Најважнији део робота јесте његова механичка рука.

Простор који механичка рука може покрити у свакој тачки зове се радни простор робота. Решавање кретања механичке руке робота по појединим степенима кретања решава се тзв. циклограмима кретања.

Поред машинских елемената, роботи су опремљени и електронским елементима, сензорима на одређене физичке величине као што су сила, температура, притисак итд.

Сензори чине робота сличним човеку, можемо их назвати и вештачким чулима, и они су основа вештачке интелигенције робота.

Погон робота

Погон робота, као и сваке друге савремене машине, је најчешће електромотор.

Електромотор је уређај који електричну енергију претвара у механичку.

Излазно вратило се преко спојнице повезује са преносницима у роботу и тиме се омогућава његово кретање.

Управљање роботима

Најосетљиви и најтежи део конструкције робота јесте његов управљачки софтвер.

Ако сензорима роботима вештачки дајемо чула, софтверима за регулацију његових кретања дарујемо им вештачки мозак.

Постоје два основна начина управљања роботима:

• по отвореној спрези

• по затвореној спрези

По отвореној спрези задато кретање се остварује а регистровање његовог остваривања се врши након извршења кретања, после чега наступа нов циклус истог кретања.

Дакле, по отвореној спрези кретање се оствари, региструје да је остварено и изводи поново.

У току кретања нема повратне спреге, односно нема регулације кретања од стране самог робота. Ако машина има отворену спрегу она је заправо манипулатор који изнова и изнова изводи једну те исту операцију увек на исти начин.

Управљање по затвореној (повратној) спрези захтава регулацију кретања и у току извођења. Кретање се остварује на задати начин, али се у току извођења врши и његова аутоматска регулација уколико постоје услови за то.

Дакле, када се управља по затвореној спрези све време извођења кретања добијамо повратне информације о кретању које омогућавају његову корекцију уколико је потребно.

За управљање роботом потребно је дефинисати следеће елементе:

• циклограм кретања ( захтев о обављању кретања на одређени, утврђени начин),

• везу између циклограма кретања и механизама помоћу којих се кретање остварује( радних органа кретања: ход цилиндра, број обртаја електромотора итд.),

• дужину трајања кретања

Најједноставнија и најпрактичнија регулација кретања остварује се преко рачунара, односно програма којим се регулише кретање.