Hvad er de vigtigste komponenter i robotter?

automater — bedre kendt af de fleste som robotter — har været en del af det menneskelige kollektive ubevidste i lang tid.

de gamle hebræere og Grækere henviste begge til golemer og mekaniske assistenter for at hjælpe mennesker i deres stræben. Ordet robot optrådte ikke i litteraturen før Karel Capeks 1921-spil “Rossum’ s Universal Robots.”I 1926 blev filmen” Metropolis ” det første bevægende billede, der skildrede en menneskelig robot på sølvskærmen.

i dag er robotter en del af vores daglige liv. Selvom vi ikke krydser stier, arbejder robotter nu i vores lagre og samleanlæg, udforsker fjerne planeter, hjælper os med at inspicere vores infrastruktursteder og endda bygge helt nye.

men hvordan fungerer robotter faktisk? Hvad er hovedkomponenterne i en robot, og hvordan bidrager de til dens overordnede funktionalitet? Her er et crash kursus i de dele, der gør robotter kryds.

1. Central Processing Unit

en af hovedkomponenterne i en robot er en hovedkomponent i enhver computerdrevet teknologi: den centrale behandlingsenhed (CPU). CPU ‘ en fungerer som robotens “hjerne”. Med andre ord er en CPU robotkomponenten, der giver feedback til eksterne stimuli.

alle organismer fungerer og overlever ved hjælp af feedback. Det er det, der får os til at piske vores hånd væk, efter at vi har rørt ved en varm komfur. CPU ‘ en i en robot optager miljødata ved hjælp af sensorer og opfordrer derefter sin programmering til at udføre den passende handling.

et af de tidligste eksempler på at bruge feedback til at styre en maskine går tilbage til 1745, da Edmund Lee opfandt den automatiske fantail. Denne enhed bestod af mindre vinger fastgjort til akslen på en større vindmølle, der ændrede vindmøllens retning afhængigt af vinden. Dette enkle system kan være langt fra dagens CPU ‘ er, men kerneideen, der fungerer i henhold til ekstern feedback, forbliver den samme.

CPU ‘ er fungerer på samme måde som den menneskelige hjerne. Data kommer ind gennem sensorer, ligesom information kommer til neuronerne i din hjerne gennem din krops sanser, så fortolker CPU ‘ en og handler i overensstemmelse hermed.

2. Sensorer

det fører os til den næste nøglekomponent til hver robot: sensorer. Sensorer er kraftværket i en robots feedbackmekanisme. De fungerer som “øjne” og “ører” for at hjælpe robotten med at få information om dens omgivelser. Robotter indeholder typisk en bred vifte af sensortyper for at hjælpe dem med at udføre deres arbejde. Disse omfatter:

• lyssensorer
• lydsensorer
• temperatursensorer
• nærhedssensorer
• afstandssensorer
• tryksensorer
• positionssensorer

kontakt-og nærhedssensorer hjælper robotter med at navigere mere trygt og sikkert, især når de indsættes sammen med menneskelige arbejdere. Tryksensorer kan styre grebstyrken på en drevet robotarm, så den ikke knuser de varer, den behandler.

positionssensorer inkluderer GPS, digitale magnetiske kompasser og andre værktøjer til at tilnærme placeringen af en robot, enten indendørs eller udendørs. Nogle robotter navigerer også deres omgivelser gennem synssensorer, der fungerer som øjne. Kameraer føder i visuel information, så analyserer en kunstig intelligens (AI) proces kaldet machine vision videooptagelserne for at genkende objekter og lede roboten.

en nyere, men stadig mere populær slags robotsensor er proprioceptive sensorer. Disse komponenter overvåger en robots interne faktorer som varme, elektrisk strøm og batterilevetid. Da robotter ofte er dyre, skal virksomheder holde øje med deres vedligeholdelse, og disse oplysninger hjælper dem med at gøre det.

3. Aktuatorer

hvis sensorer er robotens øjne og ører, fungerer dens aktuatorer som muskler. Aktuatorer er små motorer, der er fastgjort direkte til robotens struktur, der letter bevægelsen. Nogle af de mest almindelige typer inkluderer:

• hydraulisk: bruger olie til at lette bevægelsen.
• pneumatisk: Bruger luft til at lette bevægelsen.
• elektrisk: bruger elektrisk strøm og magneter til at lette bevægelsen.

hydrauliske acuatorer vises typisk i tunge maskiner, herunder minedrift og entreprenørmaskiner, da de producerer meget kraft og er relativt lette at vedligeholde. Pneumatiske aktuatorer har mange af de samme fordele og er ofte billigere, men de er følsomme over for vibrationer. De er et populært valg til fremstilling og andre stabile indendørs indstillinger.

elektriske aktuatorer er langt den mest almindelige type i dag. De giver mere kontrol, har færre miljøfarer, gør lidt eller ingen støj og er nemme at programmere.

nogle af de enkleste robotter består af lidt mere end en arm, en aktuator og et værktøj til at udføre arbejde. Mere komplekse robotter kan bruge aktuatorer til at sparke slidbaner, hjul eller endda ben i bevægelse.

når robotter implementeres for at udføre sarte opgaver, der kræver finesses og nøjagtighed, kan trinmotorer bruges. Disse er forskellige motordesign, der giver bevægelse i bestemte intervaller på en meget gentagelig måde.

evnen til at realisere konsekvent resultater af høj kvalitet gennem robotter og trinmotorer er en af grundene til, at robotmontering startede på en så enorm måde i 1960 ‘ erne og aldrig bremset.

4. Sluteffektorer

en anden kvalitet, som de fleste robotter har til fælles, er sluteffektorer. Udtrykkene “effektor” og “end-effector” bruges undertiden om hverandre. Begge udtryk henviser til værktøjerne ombord på robotten — det vil sige de værktøjer, der udfører det faktiske arbejde og interagerer med miljøet eller et emne. Her er et par eksempler:

• Fabriksrobotter kan indeholde sluteffektorer såsom svejsebrændere, skruetrækkere, nittepistoler og malingssprøjter.
• Mobile robotter har normalt manipulatorer og gribere til at løfte genstande eller bortskaffe farlig ordinance.
• robotter som dem, der sendes til andre planeter, kan bære skovle, øvelser, hamre, kameraer, lys og andre analytiske redskaber.

fra simple til komplekse giver effektorer robotter mulighed for at udføre deres specifikke opgaver med præcision. For eksempel bruger nogle af de nyeste robotteknologi små skalpeller, hænder og kameraer i slutningen af deres arme til at udføre operation. Disse præcise værktøjer kombineret med robotternes stabilitet og bevægelsesområde gør operationen mere sikker og mindre invasiv. Nogle robotter kan udføre operationer med kun et 25 mm snit, hvilket ville være alt for lille til, at et menneske kunne operere i.

5. Strømforsyning

ligesom mennesker spiser mad, når de har brug for energi, har robotter også brug for energi til at fungere. Næsten alle robotter modtager deres strøm fra elektricitet.

strømforsyninger kan dog stadig antage mange forskellige former. Stationære robotter, som dem i fabrikker, modtager direkte strøm ligesom ethvert andet apparat. Mobile robotter har typisk batterier med høj kapacitet, mens robotprober og satellitter generelt er udstyret med solpaneler til høst af energi fra solen.

da energibesparelse er blevet et mere presserende problem, inkluderer mange robotter i dag strømbesparende funktioner. Nogle skifter automatisk til en lav strømtilstand i henhold til deres brug, andre bruger unikke designs for at minimere mekanisk bevægelse, og andre bruger grønne energikilder. Efterhånden som denne tendens fortsætter, vil der opstå flere nye måder at reducere robotternes strømforbrug på.

6. Et Program

en robot programmering er ikke en fysisk komponent, men det er stadig en væsentlig del af helheden. Hver af de komponenter i robotter, vi har set på i dag, tager enten stimuli eller giver en form for feedback. Programmet inden for en robot giver den logik, der driver denne adfærd.

du kan være bekendt med automatiseringsopskrifter, herunder “hvis dette så det” funktionalitet. Det er et koncept, som alle kan udforske med deres smartphones og smarte hjem. Robotter indeholder ligeledes” logiske træer”, der indsamler og analyserer opgave-og miljødata og derefter vælger et passende svar baseret på denne stimulus.

for eksempel — hvis en robot nærmer sig et stejlt drop-off, vil den automatisk vende tilbage. En robotprobe, der udforsker en anden verden, kan aktivere et andet værktøj afhængigt af, hvad dets kameraer og sensorer registrerer omkring det.

andre eksempler på robotprogrammering er mere avancerede. Den nyeste robotteknologi bruger maskinindlæring, som efterligner, hvordan mennesker lærer. Disse robotter noterer sig løbende forskellige situationer og ouctomes, de støder på og lærer af dem. Jo længere de opererer, jo mere lærer de, bliver mere og mere nøjagtige og hjælpsomme.

selvkørende biler er et eksempel på robotsystemer, der bruger maskinindlæring. Når virksomheder tester disse køretøjer på vejen, støder de på flere forhindringer under flere forhold og lærer at identificere dem bedre. Uden maskinindlæring genkender disse biler muligvis ikke ethvert objekt, de støder på, hvilket kan være farligt.

menneskelig beslutningstagning sker hurtigt nok, at vi normalt ikke er opmærksomme på at træffe beslutninger i øjeblikket. Det samme generelle koncept gælder for at få robotter til at udføre specifikke opgaver under usikre omstændigheder, alt sammen uden meget eller nogen menneskelig interaktion.

robotter og fremskridt sammenflettet

robotter har længe været en klokke for marts af teknologiske fremskridt. Tidlige forsøg på robotter ser standsende og klodset ud nu, når man overvejer agility af noget som Boston Dynamics’ robothund, “Spot.”Langt fra et legetøj er denne $74.500 robot i stand til “næsten ubegrænsede” applikationer, ifølge Boston Dynamics-talsmænd, lige fra at trække tunge belastninger til at udføre automatiseret overvågning af privat ejendom.

marchen fortsætter. I løbet af de kommende år vil vi snart se robotter påtage sig en endnu bredere vifte af former og udføre mange flere opgaver, end de gør i dag. Fra at udføre opgaver for små virksomheder til at opbygge og vedligeholde nogle af de mest imponerende strukturer i verden, hvis der er noget at inspicere, fremstille eller bære, er der sandsynligvis en robot til det.