Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Манипулятор представляет собой машину , которая имитирует действие человеческой руки. Механические рычаги состоят из нескольких балок, соединенных шарнирами с приводом от приводов . Один конец руки прикреплен к твердому основанию, а другой - с инструментом . Они могут управляться людьми как напрямую, так и на расстоянии . Механическая рука, управляемая компьютером, называется роботизированной рукой . Однако роботизированная рука - это лишь один из многих типов механических рук. [1]

Механические руки могут быть простыми, как пинцет, или сложными, как протезы. Другими словами, если механизм может захватывать объект, удерживать объект и переносить объект так же, как человеческая рука, его можно классифицировать как механическую руку. [2]

Недавние достижения привели к будущим улучшениям в области медицины протезирования и механической руки в целом. Когда инженеры-механики создают сложные механические руки, цель состоит в том, чтобы рука выполняла задачу, которую обычные человеческие руки не могут выполнить. [2]

Амбруаз Паре: протезирование механической руки (опубликовано: 1564 г.)

История [ править ]

Роботизированное оружие [ править ]

Исследователи классифицировали роботизированный манипулятор , показывая его промышленное применение, медицинское применение, технологию и т. Д. Он был впервые представлен в конце 1930-х годов Уильямом Поллардом и Гарольдом А. Розлендом, где они разработали распылитель, который имел около пяти степеней свободы и электрическая система управления. Полларда называли «первым аппаратом управления положением». Уильям Поллард никогда не проектировал и не строил свою руку, но она стала базой для других изобретателей в будущем. [3]

В 1961 году компания Unimate изобрела другие роботизированные манипуляторы, которые впоследствии превратились в манипулятор PUMA. В 1963 году была спроектирована рука Rancho, а также многие другие в будущем. Несмотря на то, что Джозеф Энгельбергер продавал Unimate, Джордж Девол изобрел роботизированную руку. Он сосредоточился на использовании Unimate для задач, которые вредны для человека. В 1959 году прототип Unimate весом 2700 фунтов был установлен на заводе по литью под давлением General Motors в Трентоне, штат Нью-Джерси. Серия Unimate 1900 стала самой первой роботизированной рукой для литья под давлением.. За очень короткий период времени было произведено по меньшей мере 450 используемых роботов-манипуляторов. Он по-прежнему остается одним из самых значительных достижений за последние сто лет. Шли годы, казалось, что технологии развиваются, помогая создавать более совершенные роботы-манипуляторы. Роботы-манипуляторы изобрели не только компании, но и колледжи. В 1969 году Виктор Шейнман из Стэнфордского университета изобрел Стэнфордский рычаг, у которого были руки с электронным питанием, которые могли перемещаться по шести осям. Марвин Мински из Массачусетского технологического института построил роботизированную руку для офиса военно-морских исследований, возможно, для подводных исследований. Эта рука имела двенадцать суставов с одной степенью свободы в этой электрогидравлической руке с высокой маневренностью. Изначально роботы создавались для выполнения ряда задач, которые люди считали скучными, вредными и утомительными. [3][4] [5]

Протезирование [ править ]

До Нового времени [ править ]

Копия протеза руки. Оригинал, вероятно, датируется периодом между 1550 и 1600 годами.

История протезирования конечностей была создана такими великими изобретателями. Первые и самые ранние функционирующие части тела в мире - это два пальца из Древнего Египта. Благодаря своей уникальной функциональности эти пальцы ног являются примером настоящего протезного устройства. Эти пальцы ног несут не менее сорока процентов веса тела. Большинство протезов конечностей будет изготовлено после интенсивного изучения формы человека с использованием современного оборудования. Протезы конечностей использовались и во время войны, в том числе в конце 1480-х годов. Немецкий рыцарь, служивший вместе с императором Священной Римской империи Карлом V, был ранен во время войны. Несмотря на то, что протезы были дорогими, эта конкретная конечность была изготовлена ​​специалистом по броне. Солдатам разрешили продолжить карьеру из-за протезирования. Пальцы могли ухватиться за щит, удержать поводья лошадей,[6]

Современная эра [ править ]

Искусственная левая рука, Лондон, Англия Wellcome.

Со временем дизайн конечностей стал ориентироваться и на особенности людей. Например, пианисту потребуется другой тип механической руки, чем другим. Их конечности будут широко расставлены, а средний и безымянный пальцы будут меньше, чем обычно. Кроме того, конструкция руки с мягкими наконечниками на большом и мизинском пальцах позволит пианисту охватить серию нот, играя на своем инструменте. [6]

Технология протезирования конечностей продолжала развиваться после Первой мировой войны. После войны рабочие возвращались к работе, используя либо ноги, либо руки из-за их способности захватывать предметы. Это один из дизайнов, который не изменился на протяжении последнего столетия. Люди с таким протезом будут заниматься повседневными делами, такими как водить машину, есть пищу и многое другое. [6]

Оружие для автомобилестроения [ править ]

6-осевые шарнирно-сочлененные роботы

Без механической руки производство автомобилей было бы чрезвычайно трудным. Эта проблема была впервые решена в 1962 году, когда на заводе General Motors была использована первая механическая рука. Используя эту механическую руку, также известную как промышленный робот , инженеры смогли решить сложные сварочные задачи. Кроме того, снятие литья под давлением было еще одним важным шагом в улучшении возможностей механической руки. С помощью такой технологии инженеры смогли легко удалить ненужный металл под полостями формы. В связи с этим, сварка стала становиться все более популярной для механических рычагов. [5]

В 1979 году компания Nachi усовершенствовала первого робота с моторным приводом для точечной сварки . Точечная сварка - очень важный процесс, используемый при создании автомобилей для соединения отдельных поверхностей вместе. Вскоре механические рычаги стали передаваться другим автомобильным компаниям. [7]

Поскольку постоянно совершенствовались, Национальный университет Сингапура (NUS) решил сделать еще один шаг вперед, изобретя механическую руку, которая может поднимать вес в 80 раз больше его первоначального. Эта рука не только увеличивала силу подъема, но также могла увеличиваться в пять раз от своей первоначальной длины. Эти достижения были впервые представлены в 2012 году, и автомобильные компании могут извлечь большую пользу из этих новых научных знаний. [7]

Хирургические руки [ править ]

Робот для лапроскопической хирургии (2006)

Хирургические руки были впервые использованы в 1985 году, когда была проведена нейрохирургическая биопсия. Хотя в 1985 году впервые была проведена операция с использованием механической руки, ученые веками работали над созданием хирургической руки. В 1495 году Леонардо да Винчи сконструировал сложную роботизированную руку, которая проложила путь для хирургических рук будущего. [8]

В 1990 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) разрешило проведение эндоскопических хирургических вмешательств с помощью системы автоматизированного замещающего оператора образования (AESOP). Однако это было не единственное улучшение, сделанное FDA . Хотя система AESOP больше походила на компьютерную систему движения, первая хирургическая система появилась в 2000 году. В 2000 году открытия Леонардо да Винчи привели к тому, что «Хирургическая система Да Винчи» стала первой роботизированной хирургической системой, одобренной FDA (Моран) . Да Винчи создавал сложную хирургическую руку и создавал свои творческие способности более 500 лет назад. [8]

Типы [ править ]

Протезы рук [ править ]

Протезирование может показаться не механической рукой, но это так. В нем используются петли и жгут проводов, позволяющие недееспособному существу выполнять повседневные функции. Они начали создавать руки, которые принимают структуру человеческой руки, и хотя они выглядят как скелетные металлические руки, они движутся как обычные рука и кисть. Эта рука была изготовлена ​​Университетом Джона Хопкинса в 2015 году. Она имеет 26 суставов (намного больше, чем у старых устаревших рук) и способна поднимать до 45 фунтов. Эта рука имеет 100 датчиков, которые подключаются к человеческому разуму. Эти датчики позволяют человеку, у которого есть рука, двигать рукой, как если бы это была еще одна часть его или ее тела. Люди, которые использовали этот новый протез, могут сказать, что они действительно смогли почувствовать текстуру, что в конечном итоге сделало протезирование огромной частью категории механических рук. [7]

Оружие вездехода [ править ]

Три поколения марсоходов

В космосе НАСА использовало механическую руку для открытий новых планет. Одно из этих открытий произошло в результате отправки марсохода на другую планету и сбора образцов с этой планеты. С помощью марсохода НАСА может просто удерживать марсоход на указанной планете и исследовать все, что они хотят. К кораблям также прикреплены механические рычаги, которые действуют как спутниковые станции в атмосфере Земли, потому что они помогают захватывать обломки, которые могут вызвать повреждение других спутников. Более того, они также обеспечивают безопасность космонавтов, когда им приходится ремонтировать корабль или спутник. Теперь космос - не то место, где есть вездеход с механическими рычагами. Даже группа спецназа и другие спецподразделения используют эти вездеходы, чтобы заходить в здания или в небезопасную зону, чтобы обезвредить бомбу, установить бомбу или отремонтировать автомобили. [9]

Повседневное механическое оружие [ править ]

Каждый день человек может использовать механическую руку. Многие механические руки используются для самых обычных вещей, например, для захвата недоступного объекта с помощью клещей. Простая система из 3 суставов сжимает и отпускает движение, заставляя клещи смыкаться и, наконец, хватать желаемый объект. Даже объекты, которые могут показаться очень упрощенными, например пинцет, можно отнести к механической руке. Этот простой объект используется миллионы раз в день благодаря помощи инженера, создающего простой, но отличный дизайн. [10]

Модификации и улучшения [ править ]

Мышечная ткань для механических рук [ править ]

Национальный университет Сингапура начал производство искусственной мышечной ткани, которую можно было бы поместить в механические руки, чтобы помочь людям поднимать тяжелые грузы. Эта искусственная ткань может поднимать вес в 500 раз больше собственного веса. В зависимости от того, сколько тканевых инженеров помещают в механическую руку, тем выше ее подъемная сила. Обычный взрослый человек весит от 160 до 180 фунтов. Теперь человек с таким весом может поднять объект весом около 80 000 фунтов. Это сделало бы строительные площадки намного безопаснее, если бы вы могли просто подняться со строительными материалами вместо использования крана, который может обрушиться из-за суровой погоды. Скоро строительная техника может уйти в прошлое. [11]

Сенсорные механические рычаги [ править ]

Новые механические руки, используемые для протезирования, начинают оснащаться датчиками, которые с помощью чипа, прикрепленного к спинному мозгу, позволяют человеку перемещать руку. Поскольку датчики можно легко запрограммировать на более высокую чувствительность ко всему, к чему прикасается датчик, люди с протезами рук также смогут чувствовать объект, к которому они прикасаются. При этом человек мог почувствовать даже малейшую вибрацию. Это могло быть опасно и хорошо. Это может быть опасно для человека, потому что при сильном давлении человек с протезом может испытать сильную боль. Помимо фактического восстановления осязания, можно было также ощутить большую осведомленность о надвигающейся опасности. [12] [13]

Реалистичные механические руки [ править ]

Реалистичные механические руки, наряду с обычными человеческими руками, настолько похожи, что их может быть трудно различить. Причина этого в том, что спрей, который наносит покрытие на протез, придает руке естественный вид. Эта футуристическая фантазия становится все более реальностью. Ученые даже начинают создавать искусственные кожные покровы рукавного типа, чтобы протез руки выглядел как нормальная рука. Это позволит людям с протезами не стесняться своей роботизированной руки. [4]

См. Также [ править ]

  • Экскаватор
  • Шарнирно-сочлененный робот
  • Машиностроение
  • Марсоход Curiosity - роботизированная рука
  • Леонардо да Винчи

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Что такое машиностроение?" . Машиностроение . Колумбийский университет . Проверено 13 февраля 2017 года .
  2. ^ а б Харрис, Том (2002). «Как работают роботы» . HowStuffWorks Science . HowStuffWorks . Проверено 13 февраля 2017 года .
  3. ^ a b Хеффернан, Джейкоб. «История роботизированной руки» . Крупный проект IPT . Weebly . Проверено 13 февраля 2017 года .
  4. ^ a b Шейнман, Виктор. «Роботы и их оружие» . Stanford.edu . Проверено 13 февраля 2017 года .
  5. ^ a b «Unimate - Первый промышленный робот» . Робототехника онлайн . Проверено 13 февраля 2017 года .
  6. ^ a b c Парк, Уильям (2015). «BBC - Future - Гении, изобретшие протезы конечностей» . BBC News . BBC . Проверено 13 февраля 2017 года .
  7. ^ a b c «Робототехника прежде всего: команда инженеров создает искусственные мышцы, которые могут поднимать нагрузки, в 80 раз превышающие их вес» . Phys.org . 2013 . Проверено 13 февраля 2017 года .
  8. ^ a b Самади, Дэвид. «История и будущее роботизированной хирургии» . Роботизированная онкология . Проверено 13 февраля 2017 года .
  9. ^ Мэй, Сандра (2015). «Роботизированная рука» . НАСА . НАСА . Проверено 1 марта 2017 года .
  10. ^ Моран, Майкл Э. (2007). «Эволюция роботизированного оружия» . Журнал роботизированной хирургии . 1 (2): 103–111. DOI : 10.1007 / s11701-006-0002-х . PMC 4247431 . PMID 25484945 .  
  11. ^ Мерфи, Майк (2015). «Этот управляемый разумом протез-робот-рука позволяет вам на самом деле чувствовать то, к чему он прикасается» . Кварц . Кварц . Проверено 13 февраля 2017 года .
  12. ^ «Протезы конечностей, контролируемые мыслью» . Нью-Йорк Таймс . Нью-Йорк Таймс. 2015 . Проверено 13 февраля 2017 года .
  13. ^ Регаладо, Антонио (2014). «Мысленный эксперимент» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . MIT Technology . Проверено 13 февраля 2017 года .