Robotique

La robotique est la science et la technologie des robots leur conception, fabrication, et application. La robotique exige une connaissance fonctionnante de l'électronique , de la mécanique et du logiciel , et est habituellement accompagnée d'une grande connaissance fonctionnante de beaucoup de sujets. Une personne travaillant dans le domaine est un Roboticist .

Bien que l'aspect et les possibilités des robots varient énormément, tous les robots partagent les dispositifs d'une structure mécanique et mobile sous une certaine forme de commande autonome. La structure d'un robot est habituellement la plupart du temps le mécanique et peut s'appeler une chaîne cinématique (sa fonctionnalité de étant apparentée au squelette du corps humain). La chaîne est constituée des liens (ses os), des déclencheurs (ses muscles) de et des joints qui peuvent permettre un ou plusieurs degrés de de liberté . La plupart des chaînes périodiques ouvertes d'utilisation contemporaine de robots dans lesquelles chaque lien relie celui avant à celui après elle. Ces robots s'appellent les robots périodiques et ressemblent souvent au bras humain. Quelques robots, tels que la plate-forme de Stewart de , utilisation ont fermé les chaînes cinématiques parallèles. D'autres structures, de ce type qui imitent la structure mécanique des humains, des divers animaux et des insectes, sont comparativement rares. Cependant, le développement et l'utilisation de telles structures dans des robots est un domaine de recherche actif (par exemple biomécanique ). Les robots utilisés comme manipulateurs ont un terminal monté sur le dernier lien. Ce terminal peut être quelque chose d'un dispositif de la soudure à une main mécanique utilisée pour manoeuvrer l'environnement.

Étymologie

La robotique mot a été employée la première fois dans la copie par le Isaac Asimov , dans son " de l'histoire courte de la science-fiction ; " du Runaround ; , en mars édité 1942 dans la science-fiction stupéfiante de . Cependant, Asimov ignorait qu'il ait inventé une nouvelle limite. La conception des dispositifs électriques s'appelle l'électronique, ainsi la conception des robots s'appelle la robotique. Avant l'invention de la limite, cependant, il y avait intérêt pour les idées semblables à la datation de robotique (à savoir automates et androïdes ) dès le 8ème ou 7ème AVANT JÉSUS CHRIST de siècle. Dans l'iliade , le Hephaestus d'un dieu a fabriqué les servantes parlantes à partir de l'or. Le Archytas de Tarentum est créé avec créer un pigeon mécanique dans le 400 AVANT JÉSUS CHRIST. Des robots sont utilisés dans industriel, militaire, l'exploration, la fabrication de maison, et les applications d'universitaire et de recherches.

Composants des robots

Mise en action

Les déclencheurs sont les 'muscles d'un robot ; les pièces qui convertissent l'énergie stockée en mouvement. De loin les déclencheurs les plus populaires sont les moteurs électriques mais il y a beaucoup d'autres, certains dont sont actionnés par l'électricité, alors que d'autres emploient des produits chimiques, ou l'air comprimé.
le de circule en voiture : de loin la grande majorité de robots utilisent les moteurs électriques, dont il y a plusieurs sortes.C de circule en voiture qui sont bien connus à beaucoup de personnes, rotation rapidement quand un courant électrique est passé par elles. Elles tourneront vers l'arrière si le courant est fait pour entrer dans l'autre direction.
moteurs pas à pas de : comme nom suggère, les moteurs pas à pas ne tourne pas librement comme des moteurs de C.C, ils tourne dans les étapes de quelques degrés à la fois, sous la commande d'un contrôleur. Ceci les facilite pour commander, car le contrôleur sait qu'exactement à quelle distance ils ont tourné, sans devoir utiliser une sonde. Par conséquent ils sont employés sur beaucoup de robots et de centres d'usinage de commande numérique par ordinateur.
moteurs piézo-électriques de : L'alternative récente de A aux moteurs de C.C sont les moteurs piézo-électriques, également connus sous le nom de les moteurs ultrasoniques que ceux-ci travaillent à un principe fondamentalement différent, par lequel les jambes piezoceramic du minuscule , vibrant beaucoup de milliers de périodes par seconde, la promenade le moteur rond en cercle ou une ligne droite. Les avantages de ces moteurs sont résolution incroyable de Nanometre , vitesse et force disponible pour leur taille. Ces moteurs sont déjà disponibles commercialement, et étant employé sur quelques robots.
L'air de de Muscles : le muscle d'air est un dispositif simple pourtant puissant pour fournir une force de traction. Une fois gonflé avec l'air comprimé, il se contracte jusqu'à de 40% de sa longueur originale. La clef à son comportement est le tressage évident autour de l'extérieur, qui force le muscle pour être long et pour amincir, ou court et de la graisse. Puisqu'elle se comporte d'une manière très semblable à un muscle biologique, elle peut être employée pour construire des robots avec un muscle semblable/système cadre à un animal. Par exemple, la main de robot d'ombre utilise 40 muscles d'air pour actionner ses 24 joints.
polymères d'Electroactive de de : ceux-ci sont une classe des plastiques qui se déforment en réponse à la stimulation électrique. Ils peuvent être conçus de sorte qu'ils se plient, s'étendent ou se contractent, mais jusqu'ici il n'y a aucun EAPs approprié aux robots commerciaux, car ils tendent à avoir la basse efficacité ou ne sont pas robustes. En effet, tous les débutants en concurrence récente de construire les robots actionnés par EAP de lutte de bras, ont été battus par une fille de 17 ans. Cependant, on s'attend à ce qu'ils s'améliorent à l'avenir, où ils peuvent être utiles pour des applications microrobotic.
le élastique Nanotubes de

sont une promesse, technologie expérimentale de tôt-étape. L'absence des défauts dans les nanotubes permet à ces filaments de déformer élastique par plusieurs pour cent, avec des niveaux de stockage de l'énergie peut-être de 10J par Cu. cm pour des nanotubes en métal. Le biceps humain a pu être remplacé par un fil de diamètre de 8mm de ce matériel. Un tel " compact ; muscle" ; pourrait permettre à de futurs robots de dépasser et à humains d'outjump.

Manipulation

Les robots qui doivent fonctionner dans le monde réel exigent une certaine manière de manoeuvrer des objets ; prendre, modifier, détruire ou avoir autrement un effet. Ainsi « remet » d'un robot désigné souvent sous le nom des terminaux, alors que le bras désigné sous le nom d'un manipulateur. La plupart des bras de robot ont les effecteur replacable, chacun qui leur permet d'exécuter une certaine petite gamme des tâches. Certains ont un manipulateur fixe qui ne peut pas être remplacé, alors qu'uns ont un manipulateur très d'usage universel, par exemple une main humanoid.
Pinces de : L'effecteur commun de A est la pince. Habituellement il se compose de juste deux doigts qui peuvent s'ouvrir et près de reprendre et laisser aller d'une gamme de petits objets.
Pinces de vide de : Les robots de transfert de pour les composants électroniques et pour de grands objets aiment des pare-brise de voiture, utiliseront souvent les pinces très simples de vide. Ce sont très simples, mais peuvent tenir les charges très grandes, et prennent n'importe quel objet avec une surface douce pour sucer dessus à.
Effecteur d'usage universel de : que quelques robots avancés commencent à utiliser les mains entièrement humanoid, comme la main d'ombre (droite), ou la main de Schunk. Il peut être difficiles commander ces manipulateurs fortement adroits, avec l'autant d'en tant que 20 degrés de de liberté et centaines de sondes tactiles. L'ordinateur doit considérer beaucoup d'information, et décide de la meilleure manière de manoeuvrer un objet de beaucoup de possibilités. style=" de
espace libre : tous les deux ; " ; />

Locomotion

Robots de roulement

Pour la simplicité, la plupart des robots mobiles ont quatre roues cependant, quelques chercheurs ont essayé de créer des robots à roues plus complexes, avec seulement un ou deux roues.
Équilibrage à deux roues de : alors que le Segway n'est pas a généralement pensé à comme un robot, il peut être considéré comme un composant d'un robot. Plusieurs vrais robots emploient un algorithme de équilibrage dynamique semblable, et le Robonaut de s de la NASA le 'a été monté sur un Segway.
Ballbot : les chercheurs de l'université de Carnegie Mellon de de ont développé un nouveau type de robot mobile qui équilibre sur une boule au lieu des jambes ou des roues. " ; Ballbot" ; est un robot d'un seul bloc, à piles, omnidirectionnel ce équilibre dynamiquement sur une sphère uréthane-enduite simple en métal. Il pèse 95 livres et est la taille et la largeur approximatives d'une personne. En raison son long, de forme et de capacité minces de manoeuvrer dans les espaces serrés, il a le potentiel de fonctionner mieux les robots que courants mettent en boîte dans les environnements avec des personnes.
Robot de voie de : un autre type de robot de roulement est un qui a des voies, comme le robot urbain de la NASA, Urbie.

Robots de marche

la marche de est un problème difficile et dynamique à résoudre. On a fait plusieurs robots qui peuvent marcher sûrement sur deux jambes, toutefois aucun n'a été encore fait qui sont aussi robustes qu'un humain. Typiquement, ces robots peuvent marcher bien sur les planchers plats, et peuvent de temps en temps marcher vers le haut des escaliers . Aucun ne peut marcher au-dessus du terrain rocheux et inégal. Certaines des méthodes qui ont été essayées sont :
* de zéro techniques du point (ZMP) de moment : est l'algorithme employé par des robots tels que le ASIMO de s de Honda le « . L'ordinateur embarqué du robot essaye à la subsistance les forces à inertie (la combinaison de total de pesanteur du de la terre et l'accélération et décélération de la marche), exactement opposées par la force de réaction de de plancher (la force du plancher refoulant sur le pied du robot). De cette façon, les deux forces décommandent dehors, ne laissant aucun moment (force de faisant tourner et tomber le robot plus de). Cependant, ce n'est pas exactement comment un humain marche, et la différence est tout à fait évidente aux observateurs humains, une partie de qui ont précisé qu'ASIMO marche comme si il a besoin des toilettes . L'algorithme de marche d'ASIMO n'est pas statique, et l'équilibrage dynamique est employé (voir ci-dessous). Cependant, il exige toujours d'une surface douce de marcher dessus.
* houblonnage de : plusieurs robots, construits dans les années 80 par le marc Raibert au laboratoire de jambe du MIT , a avec succès démontré la marche très dynamique. Au commencement, un robot avec seulement une jambe, et un pied très petit, ont pu rester droits simplement par le houblonnage . Le mouvement est identique que celui d'une personne sur un bâton de Pogo . Car le robot tombe à un côté, il sauterait légèrement dans cette direction, afin de s'attraper. Bientôt, l'algorithme a été généralisé à deux et quatre jambes. Un robot bipedal était fonctionnement démontré et même l'exécution du quadrupède des sauts périlleux A de a été également démontrée ce qui pourrait le trot , course, le pas de et bondir. Pour une pleine liste de ces robots, voir la page de robots de laboratoire de jambe de MIT.
* de équilibrage dynamique de : La manière plus avancée de A pour qu'un robot marche est en employant un algorithme de équilibrage dynamique, qui est potentiellement plus robuste que la technique zéro de point de moment, pendant qu'il surveille constamment le mouvement du robot, et place la stabilité principale de pieds. Cette technique a été récemment démontrée robot de Dexter par de Anybots le », qui est si stable, il peut même sauter.
* dynamique passive de : peut-être l'approche la plus prometteuse étant prise est d'employer l'élan des membres de oscillation pour une plus grande efficacité . On lui a montré que les mécanismes humanoid totalement unpowered de que peut descendre une pente douce, employant seulement la pesanteur au propulsent eux-mêmes. Using cette technique, un approvisionnement du besoin de robot seulement par un peu de puissance de moteur de marcher le long d'une surface plate ou de marcher un peu davantage vers le haut d'une colline . Cette technique promet de rendre les robots de marche au moins dix fois plus efficaces que des marcheurs de ZMP, comme ASIMO. style=" de

D'autres méthodes de locomotion

vol de : L'avion de ligne moderne de passager de de A est essentiellement un robot de vol, avec deux humains pour s'occuper de lui. Le pilote automatique peut commander l'avion pour chaque étape du voyage, y compris le décollage, le vol normal et débarquer même. D'autres robots de vol sont complètement automatisés, et sont connus en tant que véhicules aériens touchés par (UAV). Ils peuvent être plus petits et allumeur sans pilote humain, et mouche dans le territoire dangereux pour des missions de surveillance militaires. Certains peuvent même mettre le feu sur des cibles sous la commande. On développe des UAV également qui peuvent mettre le feu sur des cibles automatiquement, sans besoin de commande d'un humain. D'autres robots de vol incluent les missiles de croisière l'Entomopter et le robot micro d'hélicoptère d'Epson.
serpent de : plusieurs robots de serpent ont été avec succès développés. L'imitation de la manière que les vrais serpents se déplacent, ces robots peut diriger les espaces très confined, signifiant ils peut un jour être employée pour rechercher des personnes emprisonnées dans les bâtiments effondrés. Le robot japonais de serpent du ACM-R5 peut même diriger sur la terre et dans l'eau.
de patinage de : un nombre restreint de robots de patinage ont été développés, un dont est un dispositif de marche et le patinage à plusieurs modes de fonctionnement, titan VIII. Il a quatre jambes, avec les roues unpowered, qui peuvent faire un pas ou rouler. Un autre robot, Plen, peut employer une planche à roulettes miniature ou les rollerskates, et le patin à travers un ordinateur de bureau.
natation de : on le calcule que quelques poissons peuvent réaliser une efficacité de propulsion plus considérablement que 90% du . En outre, ils peuvent accélérer et manoeuvre bien meilleure que n'importe quel bateau synthétique ou sous-marin , et produisent moins de perturbation de bruit et d'eau. Par conséquent, beaucoup de chercheurs étudiant les robots sous-marins voudraient copier ce type de locomotion. Les exemples notables sont les poissons robotiques de l'informatique d'université d'Essex, et le thon de robot construit par l'institut de la robotique de champ, pour analyser et modeler mathématiquement le mouvement de thunniform de . style=" de

Interaction humaine

Si les robots sont de travailler effectivement dans les maisons et d'autres environnements non-industriels, la manière ils sont chargés pour effectuer leurs travaux, et particulièrement comment on leur dira pour s'arrêter être d'importance critique. Les personnes qui agissent l'un sur l'autre avec elles peuvent avoir peu ou pas de formation en robotique, et ainsi n'importe quelle interface devront être extrêmement intuitives. Les auteurs de la science-fiction supposent également typiquement que les robots communiqueront par la suite avec des humains par le parlant , gestes et expressions faciales , plutôt qu'une commande-ligne l'interface . Bien que la parole soit la manière la plus normale pour que l'humain communique, il est tout à fait artificiel pour le robot. Ce sera tout à fait un moment avant que les robots agissent l'un sur l'autre aussi naturellement que le fictif C3P0 .
reconnaissance de la parole de de : interprétant l'écoulement continu du retentit venant d'un humain, dans le en temps réel, est une tâche difficile pour un ordinateur, la plupart du temps en raison de la grande variabilité de la parole . Le même mot , parlé par la même personne peut sembler différent selon l'acoustique locale , le volume , le mot précédent, si le haut-parleur a un froid, etc…. Il devient encore plus dur quand le haut-parleur a un accent différent . Néanmoins, de grands pas ont été faits dans le domaine depuis Davis, Biddulph, et Balashek a conçu le premier " ; system" à entrée vocale ; ce qui a identifié le " ; chiffres des dizaines parlés par un utilisateur simple avec l'accuracy" 100% ; en 1952. Actuellement, les meilleurs systèmes peuvent identifier le discours continu et normal, jusqu'à 160 mots par minute, avec une exactitude de 95%.
le de fait des gestes : un peut imaginer, à l'avenir, expliquer à un chef de robot comment faire une pâtisserie, ou demander des directions à partir d'un policier de robot. À tous les deux occasions, la fabrication des gestes de main faciliterait les descriptions verbales. Dans le premier cas, le robot identifierait des gestes faits par l'humain, et peut-être les répéterait pour la confirmation. Dans le deuxième cas, le policier de robot ferait des gestes pour indiquer le " ; en bas de la route, tourner alors le right" ;. Il est tout à fait probable que les gestes composent une partie de l'interaction entre les humains et les robots. Un grand beaucoup de systèmes a été développé pour identifier des gestes de main humains.
expression faciale de : Les expressions faciales de peuvent fournir la rétroaction rapide sur le progrès d'un dialogue entre deux humains, et bientôt il pourrait pouvoir faire la même chose pour des humains et des robots. Un robot devrait savoir approcher un humain, jugeant par leur expression faciale et langage du corps. Si la personne est heureuse, effrayé ou le fou-regard affecte le type d'interaction prévu du robot. De même, un robot comme le Kismet peut produire une gamme des expressions faciales, lui permettant d'avoir des échanges sociaux signicatifs avec des humains.
personnalité de : plusieurs des robots de la science-fiction ont la personnalité, et c'est quelque chose qui des mai ou mai ne pas être souhaitable dans les robots commerciaux du futur. Néanmoins, les chercheurs essayent de créer les robots qui semblent avoir une personnalité : c. ils emploient des bruits, des expressions faciales et le langage du corps pour essayer de donner un état interne, qui peut être joie, tristesse ou crainte. Un exemple commercial est Pleo , un dinosaur de robot de jouet, qui peut montrer plusieurs émotions apparentes.

Commande

La structure mécanique du d'un robot doit être commandée pour effectuer des tâches. La commande d'un robot implique trois phases distinctes - perception, traitement et action (paradigmes robotiques ). Les sondes fournissent des informations sur l'environnement ou le robot lui-même (par exemple la position de ses joints ou de son terminal). Using des stratégies du champ de la théorie de commande , cette information est traitée pour calculer les signaux appropriés aux déclencheurs (le circule en voiture qui déplacent la structure mécanique. La commande d'un robot implique la planification de chemin, la reconnaissance des structures, l'action d'éviter d'obstacle, etc. Des stratégies de commande plus complexe et plus adaptable peuvent désigné sous le nom de l'intelligence artificielle .

Dynamique et cinématique

L'étude du mouvement peut être divisée en cinématique et dynamique . La cinématique directe se rapporte au calcul de la position de terminal, de l'orientation, de la vitesse et de l'accélération quand les valeurs communes correspondantes sont connues. La cinématique inverse se rapporte au cas opposé dans lequel des valeurs communes required sont calculées pour des valeurs indiquées de terminal, comme fait dans la planification de chemin. Quelques aspects spéciaux de la cinématique incluent la manipulation de la redondance (différentes possibilités d'effectuer le même mouvement), de l'action d'éviter de la collision et de l'action d'éviter de la singularité . Une fois toutes les positions, vitesses et accélérations appropriées ont été calculées using la cinématique , méthodes de du champ de la dynamique sont employées pour étudier l'effet des forces sur ces mouvements. La dynamique directe se rapporte au calcul des accélérations dans le robot une fois que les forces appliquées sont connues. La dynamique directe est employée dans les simulations sur ordinateur du robot. La dynamique inverse se rapporte au calcul des forces de déclencheur nécessaires pour créer une accélération prescribed de terminal. Cette information peut être employée pour améliorer les algorithmes de commande d'un robot.

Dans chaque secteur mentionné ci-dessus, les chercheurs tâchent de développer de nouveaux concepts et stratégies, améliorent celles existantes et améliorent l'interaction entre ces secteurs. Pour faire ceci, critères pour le " ; optimal" ; l'exécution et les manières d'optimiser la conception, la structure et la commande des robots doivent être développées et mises en application.

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