„Wenn die Maschinen alles produzieren, was wir brauchen, hängt das Ergebnis davon ab, wie es verteilt wird. Jeder kann ein Leben in Luxus und Entspannung nur genießen, wenn Maschinen, die Waren produzieren, zum gemeinsamen Eigentum werden, oder die meisten Menschen werden katastrophal arm, wenn Autobesitzer sich der Umverteilung von Reichtum widersetzen … In Wirklichkeit sollten wir keine Roboter, sondern den Kapitalismus fürchten. , - Stephen Hawking.
Historischer Bezug. Das Aufkommen von Robotern und die Robotisierung der Weltproduktion im 20. Jahrhundert
Die Prototypen moderner Roboter erschienen in den Tagen des antiken Griechenland. Auf ungefähr. Die Bewohner von Pharos installierten vier vergoldete weibliche Figuren mit automatischer Steuerung, die von weitem gut sichtbar waren. Tagsüber reflektierten sie das Sonnenlicht und abends brannten sie wie Laternen.
Es ist bekannt, dass der arabische Wissenschaftler und Erfinder Al-Jazari im 12. Jahrhundert ein Boot mit mechanischen Musikern schuf, die Menschen mit Musikinstrumenten unterhielten.
Um 1495 schuf Leonardo da Vinci eine Blaupause für einen humanoiden Roboterritter. Es ist nicht bekannt, ob er versucht hat, es zu sammeln, aber Manuskripte aus der Mitte des 20. Jahrhunderts weisen darauf hin, dass eine mechanische Person sitzen, Arme und Kopf bewegen und sogar ein Visier öffnen könnte.
Blaupause für Leonardos Roboter.
In den XVI-XVIII Jahrhunderten in Europa wurde der Bau von "Automaten" weit verbreitet. Dies waren Uhrwerkmechanismen, ähnlich wie Menschen oder Tiere, die ziemlich komplexe Bewegungen der Gliedmaßen ausführen konnten.
Im Jahr 1738 schuf Jacques de Vaucanson den ersten "Android" - ein humanoides Gerät, das Flöte spielte. Ein französischer Mechaniker und Erfinder wurde berühmt dafür, mechanische Enten zu entwerfen, die Lebensmittel picken konnten.
Werbevideo:
Jacques de Vaucansons mechanische Ente.
Auch Informationen über den russischen Ingenieur Pafnutiy Chebyshev erreichten uns, der Ende des 19. Jahrhunderts den "Stop-Walk" erfand - eine mechanische Maschine mit hohen Geländefähigkeiten.
Pafnutiy Chebyshevs Fußgängerauto.
Nikola Tesla konnte auch nicht wegbleiben. Das große Genie schuf 1898 ein funkgesteuertes Miniaturschiff und demonstrierte es der Öffentlichkeit.
Teslas ferngesteuertes Schiff.
1920 prägten der tschechische Schriftsteller Karel Čapek und sein Bruder Josef das Wort „Roboter“. Sie verwendeten dieses Wort zuerst in dem Stück "Rossum Universal Robots", das über die Ereignisse in einer Fabrik erzählt, in der "künstliche Menschen" hergestellt werden. Das Stück wurde 1921 in Prag aufgeführt und war ein großer Erfolg und trug zur Popularisierung des Begriffs "Roboter" bei.
Auf Tschechisch bedeutet das Wort robota "harte Arbeit", "harte Arbeit", "corvee" (vgl. Bulgarisch rob "Sklave"), und in russischen Übersetzungen wurde dann das Wort "Arbeiter" verwendet.
Das Interesse an Robotern wuchs. 1927 entwarf der amerikanische Ingenieur J. Wensley den sprachgesteuerten Roboter "Mr. Televox", der wie ein Mann aussah und in der Lage war, elementare Sprachbefehle auszuführen. Dieser Roboter wurde zur Ausstellung auf der Weltausstellung in New York. 1928 begrüßte der Roboter Eric Besucher der Ausstellung der British Association of Modeling Engineers. Im selben Jahr wurde unter der Leitung von Dr. Nishimura Makota der erste japanische Roboter, der "Naturalist", geschaffen, der seine Arme und seinen Kopf mit einem elektrischen Antrieb bewegen kann. In der Folge galt dieser Android als Vorfahr der japanischen Robotik.
1936 wurde der erste sowjetische Roboter B2M entwickelt. Der Moskauer Schüler Vadim Matskevich baute einen Android und erhielt dafür 1937 ein Diplom auf der Weltausstellung in Paris. V. V. Matskevich wurde später ein Kandidat der technischen Wissenschaften, der Autor vieler populärwissenschaftlicher Werke und Bücher.
Seit Anfang der 30er Jahre sind Strukturen entstanden, die äußerlich humanoiden Kreaturen ähneln und in der Lage sind, auf Befehl einer Person die einfachsten Handbewegungen auszuführen und Phrasen zu reproduzieren. Es gibt Informationen, dass in diesen Jahren Roboter hauptsächlich von der Firma Westinghouse, einigen deutschen und niederländischen Ingenieuren für Werbezwecke hergestellt wurden.
1936 war ein Wendepunkt in der Geschichte der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie. Der englische Mathematiker Alan Mothison Turing führte das Konzept einer "abstrakten Rechenmaschine" (heute als "Turing-Maschine" bekannt) ein, die mit Hilfe einfacher Lese- und Verschiebungsoperationen Berechnungen beliebiger Komplexität durchführen kann, und nahm das Auftreten Ende der 1940er Jahre vorweg. Universalcomputer. In diesen Jahren entwickelten eine Reihe von Wissenschaftlern (J. von Neumann, G. Walter, W. R. Ashby, C. Shannon und andere) die Theorie der Algorithmen, die auf der Untersuchung von Analogien zwischen dem menschlichen Nervensystem, Computern und automatischen Steuerungssystemen basiert. In der Folge wurde es einer der theoretischen Ursprünge der Computermathematik und dann - Kybernetik und Robotik.
1938 erschien "Electro" auf der Welt: Ein 120 kg schwerer Android war zwei Meter groß, konnte laufen, sprechen und sogar rauchen. Der Roboter wurde vom Ingenieur Joseph Barnett entworfen.
Video des Elektroroboters:
1942 veröffentlichte der berühmte Science-Fiction-Autor, amerikanische Wissenschaftler und Popularisierer der Wissenschaft Isaac Asimov eine Reihe von Geschichten "Ich bin ein Roboter", in denen er zunächst versuchte, die Grundprinzipien des Verhaltens von Robotern und ihrer Interaktion mit Menschen zu formulieren. Die Geschichte der Sammlung basiert auf einem Interview mit Dr. Susan Kelvin im Jahr 2057, in dem sie ihre Erinnerungen an ihre Arbeit als hauptberufliche Roboterpsychologin des weltweit führenden Herstellers von Positronenrobotern bei US Robots and Mechanical Men, Inc. teilt.
Die allgemeine Idee, die die Geschichten in der Sammlung vereint, besteht darin, die mit Robotern verbundenen Probleme zu lösen, die auf das Zusammentreffen der eisernen Logik der Gesetze der Robotik und des menschlichen Faktors zurückzuführen sind. Diese Prinzipien, später die drei Gesetze der Robotik genannt, lauten:
- Ein Roboter kann einer Person keinen Schaden zufügen oder durch seine Untätigkeit zum Schaden beitragen.
- Er muss die Befehle einer Person ausführen, mit Ausnahme derjenigen, die gegen das erste Gesetz verstoßen.
- Der Roboter muss seine eigene Sicherheit gewährleisten, es sei denn, dies verstößt gegen das erste und zweite Gesetz.
Joseph F. Engelberger, einer der Pioniere der Industrierobotik, Gründer und Präsident des Robotikunternehmens Unimation, glaubt, dass die drei Gesetze der Robotik von A. Azimov die Standards sind, denen Spezialisten bei der Entwicklung moderner Roboter folgen müssen.
In den 50er Jahren erreichte die Automatisierung und Robotisierung der Produktion ein neues Niveau und wurde zu einem Massenphänomen.
Nach Angaben des American Institute of Robotics (RIA) ist ein Industrieroboter ein umprogrammierbarer multifunktionaler Manipulator, mit dem Objekte mithilfe variabel programmierbarer Bewegungen auf vorgegebenen Pfaden bewegt werden können. In der Nähe liegt die europäische Definition, nach der Roboter nur als universelle automatische Installationen mit mindestens drei Mobilitätsgraden verstanden werden, die mit verschiedenen Greifvorrichtungen und einem leicht umprogrammierbaren Steuerungssystem ausgestattet sind.
Zu diesem Zeitpunkt wurden die ersten Industrieroboter entwickelt, die die Montage der Ausrüstung und die einfachsten eintönigen Operationen durchführten. Um mit radioaktiven Materialien arbeiten zu können, wurden mechanische Manipulatoren entwickelt, die die Bewegungen der Hände einer Person an einem sicheren Ort kopieren. Ein Beispiel ist der 1960 mit einem Manipulator, einer Fernsehkamera und einem Mikrofon entwickelte ferngesteuerte Wagen, mit dem das Gebiet vermessen und Proben in Gebieten mit hoher Radioaktivität entnommen wurden.
Der erste Roboterarm wurde 1954 vom autodidaktischen Erfinder George Devol entwickelt. Die Struktur wog zwei Tonnen und wurde durch ein Programm gesteuert, das auf einer Magnettrommel aufgezeichnet war. Dieses System wurde "Unimate" genannt, ein Patent wurde für das Gerät erteilt, und dann gründete der Erfinder 1961 die Firma "Unimation". Dieses System wurde zum Gießen von Metallteilen aus Formen verwendet. Die Greifvorrichtung arbeitete mittels eines hydraulischen Antriebs. Im selben Jahr 1961 installierte dieses Unternehmen den ersten Industrieroboter. Es wurde im Werk von General Motors in New Jersey am Standort der Gießerei implementiert. Dann wurde die Neuheit von den Chrysler- und Ford-Fabriken getestet.
Manipulator "Unimate".
Dieser Roboter hatte fünf Freiheitsgrade (was es ist, werden wir in den folgenden Artikeln erzählen) und einen Greifer mit zwei "Fingern". Diese Maschine war effizienter und schneller als Menschen. Die Genauigkeit der Arbeit war ziemlich hoch - bis zu 1,25 mm. Die Anzahl der defekten Teile hat abgenommen.
1965 entwickelte Ralph Mosher, Ingenieur bei General Electric, den Walking Truck-Roboter zum Tragen von Lasten und einer Reihe ähnlicher Funktionen.
Video von Walking Truck Robot:
Seit 1967 kommen Industrieroboter nach Europa. Schweißroboter und Maler erscheinen. Mithilfe von Videokameras und Sensoren lernen Manipulatoren, die Abmessungen von Produkten und ihren Standort zu bestimmen.
1968 begann sich in Japan die Robotisierung zu entwickeln. Japanisches Unternehmen "Kawasaki Heavy Industries, Ltd." erhielt eine Lizenz zur Herstellung eines Roboters von "Unimation Inc." und baute ihren ersten Industrieroboter zusammen. Das Angebot an solchen Robotern war anfangs gering und wurde hauptsächlich zum Schweißen und Sprühen eingesetzt.
Die 70er Jahre sind in der rasanten Entwicklung der Robotik vergangen. 1982 erstellt IBM die erste offizielle Sprache für die Programmierung von Robotersystemen. 1984 stellte Adept den ersten elektrisch angetriebenen Scara-Roboter vor.
Wenn Japan 1968 einer der Neulinge in der Produktion und Entwicklung von Robotik war, dann stieg die Zahl der in dieser Branche tätigen Unternehmen Anfang der 80er Jahre um ein Vielfaches - von 10 auf 175. Wenn die Japaner zu Beginn der Produktionsbildung etwa 200 Roboter produzierten, dann 1981 - bereits 22100 Stück.
Insgesamt für den Zeitraum von 1968 bis 1981. In japanischen Fabriken wurden 98.800 Roboter hergestellt. Im Jahr 1982 betrug der Park der tatsächlichen Industrieroboter in Japan etwa 13.000, 1984 - 65.000, 1985 - 93.000, 1986 - 116.000 und 1989 - 174.000! Und dies ohne Berücksichtigung nicht programmierbarer Manipulatoren ohne starre Kontrolle. Seitdem hat Japan eine Reise angetreten, um die Roboterhauptstadt der Welt zu werden. Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts waren etwa 130 Unternehmen an der Herstellung von Robotern beteiligt. Zu den führenden japanischen Robotikunternehmen gehören: Kawasaki Heuvy Industries, Hitachi, Mitsubishi Heavy Industries, Fujitsu Fanuc, Aida Engineering, die Matsushita Electric Company, Yasukawa Electric und andere.
Die Vereinigten Staaten waren in den frühen 80er Jahren anderen Ländern in Bezug auf die Flotte von Industrierobotern lange Zeit unterlegen. 1984 betrug die Anzahl der Roboter ungefähr 13.000, 1985 - 20.000. Insgesamt wurden seit 1981 3.500 Roboter in der US-Industrie eingesetzt, und 1989 wurden mehr als 35.000 eingesetzt.
Dann beschäftigten sich etwa 20 Firmen mit der Entwicklung von Robotern, von denen die bekanntesten Cincinnati Milacron und Unimation waren (die Anfang der 80er Jahre an das Westinghouse-Unternehmen übertragen wurden). Am häufigsten wurden Industrieroboter in den USA in der Automobilindustrie eingeführt, wo sie beim Punktschweißen von Karosserien eingesetzt wurden. 1981 gab es bei General Motors bereits 270 Roboter. Auch Roboter wurden von Ford, Chrysler und anderen Unternehmen eingeführt.
Auch in Westeuropa nahm das Tempo der Industrialisierung zu.
Das Drittland bei der Entwicklung von Industrierobotern und deren Umfang ist die Bundesrepublik Deutschland. 1980 stellten 22 Unternehmen Industrieroboter her, und mittlerweile liefern mehr als 90 Unternehmen etwa 200 verschiedene Modelle. Mindestens 50% aller verwendeten Industrieroboter werden jedoch von ASEA, Kuka und Volkswagen untereinander aufgeteilt.
Der Park der Industrieroboter in Deutschland war 1980 etwa 1300, 1984 - 6600, 1986 - 12400 und Anfang 1988 - 14900 Einheiten, von denen etwa die Hälfte in der Automobilindustrie eingesetzt wurden.
In den frühen 90er Jahren gelang ein Durchbruch in der Entwicklung der Robotik: Eine Steuerung erschien mit einer intuitiven Steueroberfläche, die von einem Bediener gesteuert werden konnte. Er konnte die Arbeitsparameter ändern und den Modus regulieren. Der wissenschaftliche und technologische Fortschritt hat es ermöglicht, die Entwicklungskapazitäten, die Intelligenz und die Kontrolle von Robotern zu verbessern. Ihre Funktionen und Zuverlässigkeit haben sich erst weiterentwickelt: Die Komplexität, die Arbeitsgeschwindigkeit und die Anzahl der Achsen nahmen zu, und es wurden zusätzliche Materialien verwendet. Es wurden auch einige zuversichtliche Schritte zur Schaffung künstlicher Intelligenz unternommen.
Zwar gab es Mitte der neunziger Jahre einen gewissen Rückgang bei der Einführung von Robotern und der Finanzierung von Großprojekten. Aus einer Reihe von Gründen wurden Robotergeräte nur für die Fahrzeugmontage und einige andere Branchen verwendet. Die Kosten für Entwicklung und Nutzung waren sehr hoch, aber bis zum Jahr 2000 begann die Produktion wieder zu wachsen und stieg jährlich um 30%.
Die führenden Roboterhersteller im 20. Jahrhundert waren Kawasaki Heuvy Industries, Hitachi, Mitsubishi Heavy Industries, Fujitsu Fanuc, Yasukawa Electric und Matsushita Electric Company (Japan); Cincinnati Milacron, Unimation, GMF Robotics, IBM (USA); ASEA (Schweden); Volkswagen und Kuka (Deutschland); Renault (Frankreich); Comau-Fiat (Italien); Tralfa (Norwegen); GEC und Dainichi Sykes (UK).
Die Leistungsindikatoren von Robotern führender Unternehmen erreichten bereits große Höhen: Roboter von Unimate, Versatran, Kawasaki Unimate, Trallfa, ASEA, Kuka usw. konnten bis zu 500 arbeiten 700 Stunden erhöht sich ihre Gesamtlebensdauer auf 40.000 Stunden. Die mit Ausfallzeiten während der Reparatur und Umstellung verbundenen Verluste betrugen nicht mehr als 2% der Gesamtarbeitszeit. All diese Faktoren führten zu guten Kosteneinsparungen für die Hersteller.
Eine der Hauptrichtungen des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts der Weltindustrie am Ende des 20. Jahrhunderts war die Schaffung flexibler Produktionssysteme (die genaue Definition wird im nächsten Artikel gegeben). Solche Systeme haben die Effizienz der Kleinserien- und Serienproduktion erhöht. 1987 waren weltweit 360-370 GPS in Betrieb, beispielsweise in Japan - 102, USA - 66, Deutschland - 40, Großbritannien - 36, Italien - 32, Frankreich - 30, Schweden - 10.
Ende des 20. Jahrhunderts wurde die Robotisierung der Produktion in allen Industrieländern sehr intensiv durchgeführt. Die Verbesserung von Robotersystemen wurde entwickelt und untersucht, verbunden mit ihrer Empfindung und künstlichen Intelligenz. Die Hauptprioritäten der Hersteller sind die Umverteilung des Weltmarktes, die Markteinführung von Waren besserer Qualität zu einem niedrigeren Selbstkostenpreis und einem vielfältigeren Sortiment.