vilka är de viktigaste komponenterna i robotar?

automater — mer kända av de flesta som robotar — har länge varit en del av det mänskliga kollektiva omedvetna.

de forntida hebreerna och grekerna hänvisade båda till golems och mekaniska assistenter för att hjälpa människor i deras sysslor. Ordet robot dök inte upp i litteraturen förrän Karel Capeks 1921-pjäs “Rossum’ s Universal Robots.”År 1926 blev filmen “Metropolis” den första rörliga bilden för att skildra en mänsklig robot på silverskärmen.

idag är robotar en del av vårt dagliga liv. Även om vi inte korsar vägar arbetar robotar nu i våra lager och monteringsanläggningar, utforskar avlägsna planeter, hjälper oss att inspektera våra infrastrukturplatser och till och med bygga helt nya.

men hur fungerar robotar egentligen? Vilka är de viktigaste komponenterna i en robot, och hur bidrar de till dess övergripande funktionalitet? Här är en snabbkurs i de delar som gör robotar kryssa.

1. Centralenhet

en av huvudkomponenterna i en robot är en huvudkomponent i vilken datordriven teknik som helst: den centrala processorenheten (CPU). CPU fungerar som robotens” hjärna”. Med andra ord är en CPU robotkomponenten som ger feedback till yttre stimuli.

alla organismer fungerar och överlever genom att använda feedback. Det är det som får oss att piska bort handen efter att vi har rört en het spis. CPU i en robot tar in miljödata med hjälp av sensorer och uppmanar sedan sin programmering att utföra lämplig åtgärd.

ett av de tidigaste exemplen på att använda feedback för att styra en maskin går tillbaka till 1745 när Edmund Lee uppfann den automatiska fantailen. Denna enhet bestod av mindre skovlar fästa vid axeln på en större väderkvarn som ändrade väderkvarnens riktning beroende på vinden. Detta enkla system kan vara långt ifrån dagens processorer, men kärntanken, som fungerar enligt extern feedback, förblir densamma.

processorer fungerar på samma sätt som den mänskliga hjärnan. Data kommer in genom sensorer precis som information kommer till neuronerna i din hjärna genom kroppens sinnen, då tolkar CPU och agerar därefter.

2. Sensorer

som tar oss till nästa nyckelkomponent till varje robot: sensorer. Sensorer är kraftverket för en Robots återkopplingsmekanism. De fungerar som “ögon” och “öron” för att hjälpa roboten att ta in information om omgivningen. Robotar innehåller vanligtvis ett brett utbud av sensortyper för att hjälpa dem att utföra sitt arbete. Dessa inkluderar:

• ljussensorer
• ljudsensorer
• temperatursensorer
• Kontaktsensorer
• närhetssensorer
• avståndssensorer
• trycksensorer
• Positioneringssensorer

kontakt-och närhetssensorer hjälper robotar att navigera säkrare och säkrare, särskilt när de används tillsammans med mänskliga arbetare. Trycksensorer kan styra greppstyrkan hos en driven robotarm, så att den inte krossar de varor den bearbetar.

Positioneringssensorer inkluderar GPS, digitala magnetiska kompasser och andra verktyg för att approximera platsen för en robot, antingen inomhus eller utomhus. Vissa robotar navigerar också i sin omgivning genom visionssensorer, som fungerar som ögon. Kameror matar in visuell information, sedan analyserar en artificiell intelligens (AI) process som kallas machine vision videofilmerna för att känna igen objekt och styra roboten.

en nyare men alltmer populär typ av robotsensor är proprioceptiva sensorer. Dessa komponenter övervakar en Robots interna faktorer som värme, elektrisk ström och batterilivslängd. Eftersom robotar ofta är dyra måste företag hålla koll på underhållet, och den här informationen hjälper dem att göra det.

3. Ställdon

om sensorer är robotens ögon och öron fungerar dess ställdon som muskler. Ställdon är små motorer fästa direkt på robotens struktur som underlättar rörelse. Några av de vanligaste typerna är:

• hydraulisk: använder olja för att underlätta rörelse.
• pneumatisk: Använder luft för att underlätta rörelse.
• elektrisk: använder elektrisk ström och magneter för att underlätta rörelse.

hydrauliska acuatorer förekommer vanligtvis i tunga maskiner, inklusive gruv-och anläggningsmaskiner, eftersom de producerar mycket kraft och är relativt lätta att underhålla. Pneumatiska ställdon har många av samma fördelar och är ofta billigare, men de är känsliga för vibrationer. De är ett populärt val för tillverkning och andra stabila inomhusinställningar.

elektriska ställdon är den överlägset vanligaste typen idag. De ger mer kontroll, har färre miljöfaror, gör lite eller inget ljud och är lätta att programmera.

några av de enklaste robotarna består av lite mer än en arm, ett ställdon och ett verktyg för att utföra arbete. Mer komplexa robotar kan använda ställdon för att sparka slitbanor, hjul eller till och med ben i rörelse.

när robotar används för att slutföra känsliga uppgifter som kräver finess och noggrannhet kan stegmotorer användas. Dessa är distinkta motordesigner som ger rörelse i specifika intervaller på ett mycket repeterbart sätt.

förmågan att uppnå konsekvent högkvalitativa resultat genom robotar och stegmotorer är en av anledningarna till att robotmontering tog fart på ett så enormt sätt på 1960-talet och aldrig saktade ner.

4. End-Effectors

en annan kvalitet som de flesta robotar har gemensamt är end-effectors. Termerna “effector” och “end-effector” används ibland omväxlande. Båda termerna hänvisar till verktygen ombord på roboten — det vill säga verktygen som utför det faktiska arbetet och interagerar med miljön eller ett arbetsstycke. Här är några exempel:

• Fabriksrobotar kan ha sluteffektorer som svetsbrännare, skruvmejslar, nitpistoler och färgsprutor.
• mobila robotar har vanligtvis manipulatorer och gripare för att lyfta föremål eller bortskaffa farlig förordning.
• robotar som de som skickas till andra planeter kan bära spadar, borrar, hammare, kameror, lampor och andra analytiska redskap.

från enkla till komplexa effektorer tillåter robotar att utföra sina specifika uppgifter med precision. Till exempel använder en del av den senaste robottekniken små skalpeller, händer och kameror i slutet av armarna för att utföra operation. Dessa exakta verktyg i kombination med robotarnas stabilitet och rörelseomfång gör operationen säkrare och mindre invasiv. Vissa robotar kan utföra operationer med bara ett 25 mm snitt, vilket skulle vara alldeles för litet för en människa att fungera i.

5. Strömförsörjning

precis som människor konsumerar mat när de behöver energi, behöver robotar energi för att fungera också. Nästan alla robotar får sin kraft från El.

nätaggregat kan dock fortfarande ta många olika former. Stationära robotar, som de i fabriker, får direkt kraft precis som alla andra apparater. Mobila robotar sportar vanligtvis högkapacitetsbatterier, medan robotprober och satelliter i allmänhet är utrustade med solpaneler för att skörda energi från solen.

eftersom energibesparing har blivit en mer pressande fråga innehåller många robotar idag energibesparande funktioner. Vissa växlar automatiskt till ett lågeffektläge enligt deras användning, andra använder unika mönster för att minimera mekanisk rörelse och andra använder gröna energikällor. När denna trend fortsätter kommer fler nya sätt att minska robotarnas strömförbrukning att dyka upp.

6. Ett Program

en Robots programmering är inte en fysisk komponent, men det är fortfarande en viktig del av helheten. Var och en av komponenterna i robotar som vi har tittat på idag tar antingen stimuli eller ger en form av feedback. Programmet inom en robot ger logiken som driver dessa beteenden.

du kanske känner till automatiseringsrecept, inklusive “If This Then That” – funktionalitet. Det är ett koncept som alla kan utforska med sina smartphones och smarta hem. Robotar innehåller också” logiska träd ” som samlar in och analyserar uppgifts-och miljödata och väljer sedan ett lämpligt svar baserat på den stimulansen.

till exempel — om en robot närmar sig en brant avhopp, kommer den att backa automatiskt. En robotprob som utforskar en annan värld kan aktivera ett annat verktyg beroende på vad dess kameror och sensorer upptäcker runt den.

andra exempel på robotprogrammering är mer avancerade. Den senaste robottekniken använder maskininlärning, som efterliknar hur människor lär sig. Dessa robotar noterar kontinuerligt olika situationer och ouctomes de möter och lär sig av dem. Ju längre de arbetar, desto mer lär de sig, blir allt mer exakta och hjälpsamma.

självkörande bilar är ett exempel på robotsystem som använder maskininlärning. När företag testar dessa fordon på vägen stöter de på fler hinder under fler förhållanden och lär sig att identifiera dem bättre. Utan maskininlärning kanske dessa bilar inte känner igen varje objekt de stöter på, vilket kan vara farligt.

mänskligt beslutsfattande sker snabbt nog att vi vanligtvis inte är medvetna om att fatta beslut i ögonblicket. Samma allmänna koncept gäller för att få robotar att utföra specifika uppgifter under osäkra omständigheter, allt utan mycket eller någon mänsklig interaktion.

robotar och framsteg sammanflätade

robotar har länge varit en bellwether för marschen av tekniska framsteg. Tidiga försök till robotar ser stoppande och klumpiga ut nu när man överväger smidigheten hos något som Boston Dynamics robothund, “Spot.”Långt ifrån en leksak kan denna $ 74 500 robot “nästan obegränsade” applikationer, enligt Boston Dynamics talesmän, allt från att dra tunga laster till att utföra automatiserad övervakning av privat egendom.

marschen fortsätter. Under de kommande åren kommer vi snart att se robotar ta på sig ett ännu större utbud av former och utföra många fler uppgifter än de gör idag. Från att utföra uppgifter för småföretag till att bygga och underhålla några av de mest imponerande strukturerna i världen, om det finns något att inspektera, tillverka eller bära, finns det förmodligen en robot för det.