Робототе́хніка (від робот і техніка; ) (, ) — прикладна наука, що опікується проєктуванням, розробкою, виготовленням та використанням роботів, а також комп'ютерних систем для керування ними, сенсорного (на основі вихідних сигналів давачів) зворотного зв'язку і обробки інформації автоматизованих технічних систем (роботів).

Загальний опис Робототехніка спрямована на створення роботів і робототехнічних систем, призначених для автоматизації складних технологічних процесів і операцій, зокрема таких, що виконуються в недетермінованих умовах, для заміни людини під час виконання важких, утомливих і небезпечних робіт.

Роботи можуть мати будь-яку форму, але деякі з них, зроблено схожими на людей за зовнішнім виглядом. Стверджується, що це допомагає у сприйнятті робота з певною реплікативною поведінкою, переважно, притаманною людям. Такі роботи намагаються повторити ходьбу, підйом, мову, в основному, все що може зробити людина. Багато з сучасних роботів, натхненні природою.

Мета робототехніки — виробляти програмування для контрольованої співпраці електроніки і механіки роботів.

Термін роботехніка запровадив письменник-фантаст Айзек Азімов 1942 року. Слово робототехніка походить від слова робот, яке було представлено читачам чеським письменником Карелом Чапеком у його п'єсі R.U.R. (Россумські Універсальні Роботи) 1920 року. Слово робот походить від слов'янського слова Robota, що означає праця. Дійство починається на фабриці, яка виготовляє штучних людей, так званих роботів — істот, яких можна було помилково прийняти за людей — що дуже схоже на сучасні ідеї андроїдів. Сам Карел Чапек слово робот не вигадав — це зробив його брат Йозеф Чапек.

Робототехніка буває будівельною, промисловою, побутовою, авіаційною, екстремальною (військовою, космічною, підводною).

За даними Національної асоціації учасників ринку робототехніки, у світі на 10 тисяч працівників, 2015 року припадало у середньому 69 промислових роботів.

Історія

Перші досліди з машинами проводилися ще у давні часи. Наприклад, відома музична машина (Водяний орган) Герона Олександрійського, або літальний голуб Архіта. У третьому сторіччі до Різдва Христового з'являється один з найбільш ранніх описів автоматів у дописі Лі Цзи. Із занепадом давніх культур, тимчасово зникли і наукові докази того часу. 1205 року Аль-Джазарі — мусульманський арабський інженер і автор 12-го століття, написав працю про механічні прилади «Книга знань дотепних механічних пристроїв». Він створив ранній людиноподібний автомат, а також програмовану групу автоматів Elefantenuhr des al-Dschazarī. До 1740 року, було спроєктовано і побудовано автоматичну качку. А в 1801 році — програмований цілком автоматичний ткацький верстат, керування яким здійснювалося за допомогою перфорованих карт.

По закінченню Другої світової війни, в галузі робототехніки спостерігався швидкий поступ.

1942 року письменник-фантаст Айзек Азімов створив свої три закони робототехніки.

1948 року Норберт Вінер сформулював принципи кібернетики, які лягли в основу прикладної робототехніки.

1973 року українською, а 1974 року російською мовами під керівництвом Віктора Глушкова, у Києві було видано першу у світі «Енциклопедію кібернетики» у 2-х томах.

Повністю автономна роботизована система, з'явилася лише у другій половині 20-го століття. Перший програмований робот з цифровим керуванням Unimate, було встановлено 1961 року, для підняття гарячих шматків металу з машини для лиття під тиском, і їх складання.

У 1960–1970-х роках промислові роботи почали активно впроваджуватися на підприємствах. У 1967 році перший промисловий робот у Європі встановили у Швеції для простих повторюваних операцій переміщення деталей. У 1969 році з'явився перший комерційний робот для фарбування, а General Motors встановила перші роботи для точкового зварювання кузовів автомобілів.

Сьогодні, на початку XXI століття, широко розповсюджені комерційні і промислові роботи, що використовуються для виконання різної праці дешевше, точніше та надійніше за людей. Вони також застосовуються для деяких завдань, які занадто брудні, небезпечні або марудні, щоби бути придатними для людей. Роботи працюють у виробництві, складанні, пакуванні, транспортуванні, дослідженні Землі і космосу, хірургії, озброєнні, лабораторних дослідах, безпеці та масовому виробництві споживчих і промислових товарів.

Складові робототехніки

Є чимало видів роботів і вони використовуються у багатьох відмінних середовищах для великої кількості різних застосувань. Хоча роботи дуже різноманітні у вжитку, усі вони мають три основні подібності, коли справа доходить до їх будови: всі роботи мають деякий вид механічної конструкції — рами, або форми, призначені для досягнення певного завдання. Наприклад, робот пристосований подорожувати у важкій багнюці, міг би використовувати гусениці. Механічний чинник, є головним рішенням розробника задля завершення поставленого завдання. Форма слідує за функцією.

Роботи мають електричні складники, які керують механізмами. Наприклад, роботу з гусеницями, будуть потрібні якісь сили, щоби перемістити трекер протекторів. Ця сила приходить у вигляді електрики крізь дроти від батареї, основним електричним колом. Навіть бензинові машини, які отримують свою силу, в основному, з бензину, вимагають електричного струму, щоби почати процес згоряння. Саме тому, більшість бензинових машин, як і автомобілі, мають батареї. Електрична складова роботів, використовується для руху (через двигун), зондування (де електричні сигнали застосовуються для вимірювання таких речей, як тепло, звук, положення і стан енергії) і оперативний (роботи потребують певного рівня електричної енергії, що підводиться до їхніх двигунів і давачів для того, щоби їх задіяти і виконувати основні операції).

Усі роботи мають деякий рівень комп'ютерного програмування. Програма вирішує для робота, коли і як щось зробити. У гусеничному прикладі, робот, котрий повинен пересуватися по болоту, може мати правильну механічну конструкцію і отримати достатню кількість енергії від своєї батареї, але не буде нікуди йти без програми, що змушує його рухатися. Програми є основною сутністю робота. Він може мати відмінну механічну і електричну конструкцію, але якщо його програму погано розроблено, його продуктивність буде дуже низькою (або він не зможе виконувати завдання взагалі). Існує три види роботизованих програм: дистанційне керування, штучний інтелект і гібрид. Робот з дистанційним програмованим керуванням, має раніше встановлений набір команд і буде їх виконувати, коли отримує сигнал від джерела керування, здебільшого, людини з пультом дистанційного керування. Роботи, що використовують штучний інтелект, взаємодіють з навколишнім середовищем без джерела керування, і можуть детерміновано реагувати на проблеми, з якими вони стикаються, отже, використовують власне програмування. Гібрид, є формою програмування що об'єднує обидві функції AI і RC.

Застосування

Оскільки все більше і більше роботів призначено для виконання окремих завдань, спосіб їх класифікації, стає все більш потрібним. Наприклад, багато роботів призначено для праці з монтажу, і не можуть бути легко пристосовані для інших застосувань. Їх називають «складальними роботами». Для зварювання шва, деякі виробники постачають повні зварювальні системи з роботом, тобто зварювальне устаткування поряд з іншими зручностями обробки матеріалів, наприклад, поворотні столи та інше, як єдине ціле. Така інтегрована роботизована система, називається «зварювальний робот». Деякі роботи, навмисно призначено для орудування значними навантаженнями і позначені як «важкі роботи службових обов'язків».

Поточні і можливі галузі застосування роботів, передбачають:

Військові роботи.

Caterpillar планував розробити дистанційно керовані машини та повністю автономних важких роботів до 2021 року. Деякі підіймальні крани, вже керуються віддалено.

Було показано, що робот може виконувати скотарські завдання.

Роботи все частіше використовуються у виробництві (з 1960 року). В автомобільній промисловості, вони можуть складати більше половини від загальної «праці». Є навіть фабрики «з вимкненим світлом», як-от завод з виробництва клавіатур IBM у Техасі, котрий на 100 відсотків автоматизовано.

Роботи, як-от HOSPI, використовуються як кур'єри в лікарнях (лікарняний робот). Інші лікарняні завдання, виконують роботи рецепціонери, гіди і носильники — помічники.

Роботи можуть служити офіціантами і кухарями, також і у домашніх умовах. «Boris» — це робот, який може завантажувати посуд до посудомийної машини.

Робот бойового спорту — хобі або спортивний захід, де два або більше роботів борються на арені, щоби вимкнути один одного.

Очищення забруднених територій, від токсичних відходів або продуктів ядерних установок.

Сільськогосподарські роботи (AgRobots).

Внутрішні роботи, очищення приміщення та догляд за людьми похилого віку.

Медичні роботи, що виконують дії з малоінвазивної хірургії.

Домашні роботи з повним використанням.

Освітня робототехніка. Роботи стали поширеним підручним посібником у деяких середніх і вищих навчальних закладах, а також у численних літніх таборах молоді, задля підвищення цікавості до програмування, штучного інтелекту і робототехніки серед студентів. У деяких університетах світу, перший рік навчання передбачає комп'ютерні курси програмування роботів, на додаток до традиційної програмної інженерії, на основі курсових робіт.

Приводи

Привод — це «м'язи» роботів. На початку XXI століття, найбільш розповсюдженими рушіями у приводах, є електричні, але застосовуються й інші, що використовують хімічні речовини або стиснене повітря. Двигуни постійного струму : Поки що, більшість роботів використовують електродвигуни, які можуть бути декількох видів. Крокові електродвигуни: Як можна припустити з назви, крокові електродвигуни не обертаються вільно, подібно до двигунів постійного струму. Вони повертаються покроково на певний кут під керуванням контролера. Це дозволяє обійтися без давача положення, оскільки контролеру точно відомо, на який кут було зроблено поворот. П'єзодвигуни: Сучасною альтернативою двигунів постійного струму, є п'єзодвигуни, також відомі як ультразвукові двигуни. Спосіб їхньої роботи цілком відрізняється: маленькі п'єзоелектричні ніжки, які вібрують з частотою більше 1000 разів на секунду, змушують мотор рухатися по колу або прямій. Перевагами подібних двигунів є висока швидкість і потужність, непорівнянна з їхніми розмірами. П'єзодвигуни вже доступні на комерційній основі і також застосовуються на деяких роботах. Повітряні м'язи: Повітряні м'язи — простий, але потужний пристрій для забезпечення сили тяги. За накачування стисненим повітрям, м'язи здатні скорочуватися до 40 % від власної довжини. Причиною такого поводження є плетіння, видиме з зовнішнього боку, яке змушує м'язи бути або довгими і тонкими, або короткими і товстими. Через те, що спосіб їх роботи схожий з біологічними м'язами, їх можна використовувати для виготовлення роботів з м'язами і скелетом, подібними м'язам і скелету тварин. Електроактивні полімери: електроактивні полімери (ЕАП) — це вид пластмас, який змінює форму у відповідь на електричний вплив. Вони можуть бути сконструйовані таким способом, що здатні гнутися, розтягуватися або скорочуватися. Однак, досі немає ЕАП, придатних для виробництва комерційних роботів, оскільки всі вони неефективні або неміцні. Еластичні нанотрубки: Це далекосяжна дослідна технологія, що перебуває на ранній стадії розробки. Відсутність дефектів у нанотрубках дозволяє цьому волокну пружно деформуватися на кілька відсотків. Людський біцепс може бути замінений проводом з такого матеріалу діаметром 8 мм. Такі невеликі штучні «м'язи» здатні допомогти роботам у майбутньому, обганяти і перестрибувати людей.

Руховий апарат

Колісні роботи

Одноколісні; Двоколісні; Танковий тип; Триколісні; Система керування кермом; Чотириколісні; Багатоколісні.

Крокувальні роботи За способом зчеплення ноги з поверхнею, вирізняють: З утриманням ноги за допомогою вакуумних присосок;