СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2015

РОБОТОТЕХНИКА 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2015 В статье представлены понятия «робототехника», «мехатроника», «встраиваемая система». Рассмотрены исторические аспекты понятий и представлены основные компоненты робототехнических систем. Освещены основные составляющие встраиваемых систем, в том числе операционные системы реального времени (RTOS). Андрей Антонов (Волгоград) Специальный проект журнала «Современная электроника» и сайта robotosha.ru П ОНЯТИЯ « РОБОТОТЕХНИКА » И « МЕХАТРОНИКА » В окружающем нас современном мире мы сталкиваемся с применением мехатроники и робототехники в раз- личных областях: машиностроении, авиационной и космических отрас- лях, медицине, фармацевтической промышленности, при производстве спортивного оборудования, бытовой техники, продуктов питания. Так что же стоит за этими понятиями? Термин «робототехника» происходит от двух слов «робот» и «техника». Впер- вые слово «робот» (от чеш. «robota», что переводится как «подневольный труд») употребил чешский писатель Карел Чапек в своей пьесе «Россумские Уни- версальные Роботы» («Р.У.Р»), вышед- шей в 1920 году [1]. Роботами Чапек назвал механических людей. Термин же «робототехника» впервые исполь- зовал американский писатель рус- ского происхождения Айзек Азимов в своём научно-фантастическом рас- сказе «Лжец», впервые опубликован- ном в американском журнале фан- тастики «Astounding Science Fiction» в 1941 году [2]. В современном представлении робо- тотехника – это прикладная научная область, включающая в себя знания в области машиностроения, электро- техники, электроники и вычислитель- ной техники, которая занимается проектированием, строительством и применением роботов, а также ком- пьютерных систем для их управления, реализации сенсорной обратной свя- зи и обработки информации. В Российской Федерации лишь в мар- те 2000 года Министерством образова- ния был утверждён государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению 652000 «Мехатроника и робототехника». Термин «мехатроника» (образован от двух слов: «механика» и «электро- ника») впервые ввёл в 1969 году стар- ший инженер компании Yakasawa Elec- tric японец Тецуро Мория. Изначально это было названием торговой марки, но с течением времени понятие распро- странилось настолько широко, что ста- ло нарицательным. В России термин «мехатроника» заменил словосочетание «электриче- ский привод», которое уже с начала 30-х годов XX века использовалось для обозначения технических систем, кото- рые обеспечивали заданные движения механизмов, используя электричество. Постепенно происходила интегра- ция элементов, которые составляли электропривод. Механика, электри- ческие машины, силовая электрони- ка, микропроцессорная техника и про- граммное обеспечение часто теперь образуют единую систему. В настоя- щее время под мехатроникой пони- мают разнообразные системы элек- тропривода, обеспечивающие пре- цизионные движения и обладающие развитой системой управления. К при- мерам мехатронных систем мож- но отнести промышленные станки с ЧПУ, автономные самоуправляемые транспортные средства и даже быто- вую электронику, например, автома- тические стиральные машины и офис- ные принтеры. Специалист, занимающийся робо- тотехникой и мехатроникой, должен обладать обширным багажом знаний и навыков: ● уметь программировать, используя различные алгоритмические языки; ● знать современную элементную базу и тенденции развития электроники; ● использовать алгоритмы искусствен- ного интеллекта, включая алгоритмы машинного обучения, статистиче- ские и вероятностные методы; ● быть в состоянии создавать мате- матические модели мехатронных и робототехнических систем и раз- рабатывать управление ими, исполь- зуя математический аппарат кибер- нетики и теории автоматического управления (ТАУ); ● разрабатывать интеллектуальные интерфейсы и системы технического зрения, а также другие системы робо- тотехнических комплексов; ● проводить анализ различных техно- логических процессов и вырабаты- вать рекомендации по их возможной автоматизации и роботизации; ● обеспечивать внедрение и эксплуа- тацию роботизированных устройств с соблюдением требований эргоно- мики и безопасности. О СНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ РОБОТОВ Как правило, любая робототехни- ческая система состоит из механиче- ской, электрической и программной компонент. Механическая часть Роботы имеют различные механиче- ские конструкции, несущие рамы, дета- ли обшивки, которые используются для решения той или иной поставленной задачи. Например, если мы хотим, что- бы мобильный робот мог перемещать- ся по бездорожью, то лучше всего для этого использовать гусеничные траки, поэтому формой робота может быть коробка с гусеницами. Механическая часть целиком зависит от условий окру- жающей среды, в которой планирует- ся применение робота, и от связанных с ней физических процессов: гравита- ции, трения, сопротивления и так далее. Робототехника и встраиваемые системы Р О Б О Т О ША