Quali sono i componenti principali dei robot?

Gli automi — meglio conosciuti dai più come robot — hanno fatto parte dell’inconscio collettivo umano per molto tempo.

Sia gli antichi Ebrei che i greci facevano riferimento a golem e assistenti meccanici per aiutare gli esseri umani nelle loro attività. La parola robot non apparve in letteratura fino al gioco di Karel Capek del 1921 “Rossum’s Universal Robots. Nel 1926, il film “Metropolis” divenne il primo film in movimento a ritrarre un robot dall’aspetto umano sul grande schermo.

Oggi i robot fanno parte della nostra vita quotidiana. Anche se non ci incrociamo, i robot ora lavorano nei nostri magazzini e impianti di assemblaggio, esplorando pianeti lontani, aiutandoci a ispezionare i nostri siti infrastrutturali e persino a costruirne di nuovi di zecca.

Ma come funzionano effettivamente i robot? Quali sono i componenti principali di un robot e come contribuiscono alla sua funzionalità complessiva? Ecco un corso accelerato nelle parti che fanno spuntare i robot.

1. Unità centrale di elaborazione

Uno dei componenti principali di un robot è un componente principale in qualsiasi tecnologia guidata da computer: l’unità di elaborazione centrale (CPU). La CPU agisce come il” cervello ” del robot. In altre parole, una CPU è il componente del robot che fornisce feedback agli stimoli esterni.

Tutti gli organismi funzionano e sopravvivono utilizzando il feedback. E ‘ cio ‘ che ci fa sbattere via la mano dopo aver toccato una stufa calda. La CPU in un robot prende in dati ambientali utilizzando sensori e quindi invita la sua programmazione per eseguire l’azione appropriata.

Uno dei primi esempi di utilizzo del feedback per controllare una macchina risale al 1745 quando Edmund Lee inventò il fantail automatico. Questo dispositivo consisteva in palette più piccole attaccate all’asse di un mulino a vento più grande che cambiava la direzione del mulino a vento a seconda del vento. Questo semplice sistema può essere molto lontano dalle CPU di oggi, ma l’idea di base, funzionante in base al feedback esterno, rimane la stessa.

Le CPU funzionano in modo simile al cervello umano. I dati arrivano attraverso i sensori proprio come le informazioni arrivano ai neuroni nel tuo cervello attraverso i sensi del tuo corpo, quindi la CPU interpreta e agisce di conseguenza.

2. Sensori

Che ci porta al prossimo componente chiave di ogni robot: i sensori. I sensori sono la centrale elettrica del meccanismo di feedback di un robot. Si comportano come “occhi” e “orecchie” per aiutare il robot a prendere informazioni sui suoi dintorni. I robot in genere incorporano una vasta gamma di tipi di sensori per aiutarli a svolgere il loro lavoro. Questi includono:

• sensori di Luce
• sensori Sonori
• sensori di Temperatura
• sensori di Contatto
• sensori di Prossimità
• sensori di Distanza
• sensori di Pressione
• sensori di Posizionamento

Contatti e sensori di prossimità, guida robot navigare in tutta sicurezza, soprattutto quando installato insieme a un operatore umano. I sensori di pressione possono controllare la forza di presa di un braccio robotico alimentato, in modo che non schiacci la merce che sta elaborando.

I sensori di posizionamento includono GPS, bussole magnetiche digitali e altri strumenti per approssimare la posizione di un robot, all’interno o all’esterno. Alcuni robot navigano anche l’ambiente circostante attraverso sensori di visione, che funzionano come gli occhi. Le telecamere alimentano le informazioni visive, quindi un processo di intelligenza artificiale (AI) chiamato visione artificiale analizza le riprese video per riconoscere gli oggetti, guidando il robot.

Un nuovo ma sempre più popolare tipo di sensore robotico è sensori propriocettivi. Questi componenti monitorano i fattori interni di un robot come il calore, la corrente elettrica e la durata della batteria. Dal momento che i robot sono spesso costosi, le aziende devono rimanere in cima alla loro manutenzione, e queste informazioni li aiuta a farlo.

3. Attuatori

Se i sensori sono gli occhi e le orecchie del robot, i suoi attuatori funzionano come i muscoli. Gli attuatori sono piccoli motori collegati direttamente alla struttura del robot che facilitano il movimento. Alcuni dei tipi più comuni includono:

• Idraulico: Utilizza olio per facilitare il movimento.
• Pneumatico: Utilizza aria per facilitare il movimento.
• Elettrico: Utilizza corrente elettrica e magneti per facilitare il movimento.

Gli acuatori idraulici compaiono tipicamente nei macchinari pesanti, comprese le attrezzature minerarie e di costruzione, poiché producono molta forza e sono relativamente facili da mantenere. Gli attuatori pneumatici hanno molti degli stessi vantaggi e sono spesso meno costosi, ma sono sensibili alle vibrazioni. Sono una scelta popolare per la produzione e altre impostazioni stabili e interne.

Attuatori elettrici sono di gran lunga il tipo più comune oggi. Forniscono un maggiore controllo, hanno meno rischi ambientali, fanno poco o nessun rumore e sono facili da programmare.

Alcuni dei robot più semplici sono costituiti da poco più di un braccio, un attuatore e uno strumento per eseguire il lavoro. Robot più complessi possono utilizzare attuatori per calciare battistrada, ruote o anche gambe in movimento.

Quando i robot sono impiegati per completare le mansioni delicate che richiedono i finesses e la precisione, i motori di punto possono essere usati. Questi sono disegni motore distinti che forniscono movimento in intervalli specifici in modo altamente ripetibile.

La capacità di realizzare risultati costantemente di alta qualità attraverso robot e motori passo-passo è uno dei motivi per cui l’assemblaggio robotico è decollato in modo così enorme negli anni ‘ 60 e non ha mai rallentato.

4. End-Effettori

Un’altra qualità che la maggior parte dei robot hanno in comune è end-effettori. I termini “effector ” e” end-effector ” sono talvolta usati in modo intercambiabile. Entrambi i termini si riferiscono agli strumenti a bordo del robot, ovvero gli strumenti che eseguono il lavoro effettivo e interagiscono con l’ambiente o un pezzo. Ecco alcuni esempi:

• I robot di fabbrica possono essere dotati di end-effettori come torce di saldatura, cacciaviti, rivetti e spruzzatori di vernice.
• I robot mobili di solito dispongono di manipolatori e pinze per il sollevamento di oggetti o lo smaltimento di ordinanze pericolose.
• Robot come quelli inviati ad altri pianeti possono trasportare pale, trapani, martelli, macchine fotografiche, luci e altri strumenti analitici.

Dal semplice al complesso, gli effettuatori consentono ai robot di svolgere con precisione i loro compiti specifici. Ad esempio, alcune delle più recenti tecnologie robotiche utilizzano piccoli bisturi, mani e telecamere alla fine delle braccia per eseguire un intervento chirurgico. Questi strumenti precisi combinati con la stabilità e la gamma di movimento dei robot rendono la chirurgia più sicura e meno invasiva. Alcuni robot possono eseguire operazioni con solo un’incisione di 25 mm, che sarebbe troppo piccola per un essere umano per operare.

5. Alimentazione

Proprio come gli esseri umani consumano cibo quando hanno bisogno di energia, anche i robot hanno bisogno di energia per funzionare. Quasi tutti i robot ricevono il loro potere dall’elettricità.

Gli alimentatori possono ancora assumere molte forme diverse, tuttavia. I robot fissi, come quelli delle fabbriche, ricevono energia diretta proprio come qualsiasi altro apparecchio. I robot mobili in genere sfoggiano batterie ad alta capacità, mentre le sonde e i satelliti robotici sono generalmente dotati di pannelli solari per la raccolta di energia dal sole.

Poiché il risparmio energetico è diventato un problema più urgente, molti robot oggi includono funzionalità di risparmio energetico. Alcuni passano automaticamente a una modalità a bassa potenza in base al loro utilizzo, altri utilizzano design unici per ridurre al minimo il movimento meccanico e altri utilizzano fonti di energia verde. Man mano che questa tendenza continua, emergeranno nuovi modi per ridurre il consumo energetico dei robot.

6. Un programma

La programmazione di un robot non è un componente fisico, ma è comunque una parte essenziale del tutto. Ognuno dei componenti dei robot che abbiamo esaminato oggi riceve stimoli o fornisce una forma di feedback. Il programma all’interno di un robot fornisce la logica che guida questi comportamenti.

Potresti avere familiarità con le ricette di automazione, inclusa la funzionalità “If This Then That”. È un concetto che chiunque può esplorare con i propri smartphone e case intelligenti. I robot, allo stesso modo, contengono “alberi logici” che raccolgono e analizzano dati di attività e ambientali, e quindi scelgono una risposta appropriata basata su tale stimolo.

Ad esempio, se un robot si avvicina a un ripido drop-off, si allontanerà automaticamente. Una sonda robotica che esplora un altro mondo può attivare uno strumento diverso a seconda di ciò che le sue telecamere e sensori rilevano intorno ad esso.

Altri esempi di programmazione robotica sono più avanzati. L’ultima tecnologia robotica utilizza l’apprendimento automatico, che imita il modo in cui gli esseri umani imparano. Questi robot prendono continuamente nota delle diverse situazioni e degli outtomi che incontrano e imparano da loro. Più a lungo operano, più imparano, diventando sempre più precisi e utili.

Le auto a guida autonoma sono un esempio di sistemi robotici che utilizzano l’apprendimento automatico. Mentre le aziende testano questi veicoli sulla strada, incontrano più ostacoli in più condizioni, imparando a identificarli meglio. Senza l’apprendimento automatico, queste auto potrebbero non riconoscere ogni oggetto che incontrano, il che potrebbe essere pericoloso.

Il processo decisionale umano avviene abbastanza rapidamente che di solito non siamo consapevoli di prendere decisioni nel momento. Lo stesso concetto generale si applica a far sì che i robot eseguano compiti specifici in circostanze incerte, il tutto senza molta o nessuna interazione umana.

Robot e progresso intrecciati

I robot sono stati a lungo un anello di congiunzione per la marcia del progresso tecnologico. I primi tentativi di robot sembrano ora fermi e goffi se si considera l’agilità di qualcosa come il cane robotico di Boston Dynamics”, Spot.”Lontano da un giocattolo, questo robot da 7 74.500 è in grado di applicazioni “quasi illimitate”, secondo i portavoce di Boston Dynamics, che vanno dal tirare carichi pesanti alla conduzione di una sorveglianza automatizzata della proprietà privata.

La marcia continua. Nei prossimi anni, vedremo presto i robot assumere una varietà ancora più ampia di forme e svolgere molti più compiti di quanto non facciano oggi. Dall’esecuzione di compiti per le piccole imprese alla costruzione e manutenzione di alcune delle strutture più impressionanti del mondo, se c’è qualcosa da ispezionare, fabbricare o trasportare, probabilmente c’è un robot per questo.